表面形狀測定裝置的制作方法

專利名稱：表面形狀測定裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及表面形狀測定裝置。
例如，涉及對被測定物表面進行仿形掃描，從而測定被測定物的輪廓、表面粗糙度、彎曲度等的表面仿形測定裝置。

背景技術：
已知對被測定物表面進行仿形掃描，從而測定被測定物的立體形狀的表面仿形測定裝置。
圖19表示作為利用了仿形探測器130的表面仿形測定裝置的測定系統100的結構。
該測定系統100包括使仿形探測器130移動的三維探測器110；進行手動操作的操作部分150；控制三維探測器110的動作的動作控制器160；通過動作控制器160使三維探測器110動作，同時對三維探測器110所取得的測定數據進行處理而求出被測定物W的尺寸或形狀等的主計算機200。
三維探測器110包括固定盤111；立著設置在固定盤111上，使仿形探測器130三維地移動的驅動機構120；以及用于檢測驅動機構120的驅動量的驅動傳感器(未圖示)。
驅動機構120包括兩個橫梁支撐體121，從固定盤111的兩端在與固定盤111大致成垂直方向的Zm軸方向上具有高度，同時可以沿著固定盤111的側端的Ym軸方向滑動地設置；橫梁122，支撐在橫梁支撐體121的上端并在Xm軸方向上具有長度；立柱123，在橫梁122上被設置為可以沿Xm軸方向滑動并在Zm軸方向具有導軌(guide)；以及主軸124，被設置為可以在立柱123內沿Z軸方向滑動并在下端保持仿形探測器130。
驅動傳感器包括Ym軸傳感器，檢測橫梁支撐體121沿Ym軸方向的移動；Xm軸傳感器，檢測立柱123沿Xm軸方向的移動；以及Zm軸傳感器，檢測主軸124沿Zm軸方向的移動。
如圖20所示，仿形探測器130包括觸針131，前端具有接觸部分(測定子)132；以及支撐部分133，支撐觸針131的基端在一定的范圍內可以沿Xp方向、Yp方向、Zp方向滑動。
支撐部分133包括滑動機構(未圖示)，具有可以在互相正交的方向上移動的xp滑塊、yp滑塊、zp滑塊；以及探測器傳感器(未圖示)，檢測滑動機構在各軸方向的位移量，同時輸出所檢測的位移量。
觸針131通過滑動機構被支撐為可以在一定的范圍內相對于支撐部分133滑動。
另外，這樣的仿形探測器130的結構，例如被記載在文獻1(特開平05-256640號)中。
在這樣的結構中，使接觸部分132以基準壓入量Δr接觸到被測定物表面S的狀態下，使仿形探測器130沿著被測定物表面S仿形移動。
此時，根據驅動機構120的驅動量得到仿形探測器130的移動軌跡。
而且，仿形探測器130的移動軌跡，即成為接觸部分132的移動軌跡的部分，在相對于接觸部分132的中心點的移動軌跡僅偏移了規定量(ΔQ)的位置上存在被測定物表面S和接觸部分132的接觸點。
因此，對通過驅動傳感器而檢測的仿形探測器130的位置和通過探測器傳感器而檢測的觸針131的位移進行合計而求出接觸部分132的位置之后，從接觸部分132的位置僅校正規定的偏移量(ΔQ)來計算被測定物表面S的位置。
這里，在通過表面仿形測定裝置對被測定物表面進行仿形掃描時，具有加速度進行驅動的部分中慣性力起作用。
例如，在被測定物W為圓形或者圓孤的情況下，如圖21所示地，產生圓形運動的離心力，從而產生驅動機構120(主軸124)變形的問題。
產生這樣的加速度引起的變形的情況下，相當于產生的變形，傳感器的檢測值中包含有誤差。
例如，在產生離心力的情況下，相當于主軸124變形到外側，傳感器的檢測值進入圓的內側，例如，產生如圖22所示的徑向偏移。
另外，在圖22中，L1是環規的直徑、L2是測定數據。
這樣的課題，例如在需要通過測定汽車的車身的大型的三維探測器110進行高速仿形測定的情況下，呈現為非常大的問題。
在例如文獻2(特開平7-324928號)中，這一點作為校正加速度所產生的測定誤差的方法，公開了以下結構。
即，在該文獻2中，作為測定滑塊的位置和測定滑塊的加速度的函數而預先求出表示伸縮特性的校正值。
例如，通過在測定區域的各個位置中，用各個加速度測定已知半徑的環規，從而可以求出加速度和伸縮特性之間的函數。
而且，在測定被測定物時，除了得到各個傳感器的檢測數據之外，還從測定時的加速度確定校正值，用校正值校正所述檢測數據。
這樣，可以對加速度所產生的測定誤差進行校正，得到正確的測定值。
作為求出測定時的加速度的方法，在所述文獻2中，公開了對測定滑塊的位置的測定值進行二階微分而得到的方法(0037段，權利要求12)、以及設置加速度傳感器來檢測測定滑塊的加速度的方法(0047段，權利要求13)。
在所述文獻2的方法中，通過對測定滑塊的位置進行二階微分來確定測定時的加速度，但這樣會產生在位置的檢測值的二階微分中加速度的分辨率與采樣頻率的平方成反比而被惡化的問題。
例如，將位置檢測的采樣頻率提高為10倍時，求出的加速度的分辨率惡化為1/100，其結果，校正量的分辨率也惡化為1/100。
這樣，通過位置的二階微分求出加速度的方法并不實用，不能應對在高速的高精度測定的要求。
而且，對測定滑塊的位置進行二階微分求出測定滑塊的加速度，但在實際的測定中成為產生加速度以及變形的問題的是主軸124的前端部分或者探測器部分，將測定滑塊的加速度作為討論的對象的話，理論上在校正的精度上產生界限。
另外，在所述文獻2中，還記載了通過設置加速度傳感器求出測定滑塊的加速度的方法，但是沒有記載加速度傳感器的性能和設置方法，所以很難實現。
例如，在用加速度傳感器進行實際測量的情況下，例如，將直徑100mm的圓以仿形速度10mm/sec進行仿形測定時，產生約50μG且中心方向的加速度，但難以對每個移動軸各設置一個共三個可以檢測50μG的加速度的加速度傳感器。
更何況，在探測器部分的附近不可能設置這樣的加速度傳感器。
這樣，因為不能正確地求出在仿形測定時產生的變形量，所以不能校正這樣的變形量。
因此，產生這樣的問題在高速進行測定時，不能正確地求出被測定物的形狀，為了正確地進行測定，限制為不產生變形的程度的仿形速度。
尤其，因為需要用于對汽車等大的被測定物進行高速測定的大型的三維探測器110，所以迫切需要解決上述課題的方法。


發明內容
本發明的主要目的在于提供一種消除以往的問題，能夠高速且高精度地進行仿形測定的表面形狀測定裝置。
本發明的表面形狀測定裝置，其特征在于，包括 仿形探測器，具有與至少一部分包括圓孤部分的被測定物表面接近連接或者接觸的測定子，保持在被預先設定所述測定子和所述被測定物表面的相對位置的基準位置進行仿形掃描； 仿形矢量指令部分，指令仿形矢量，該仿形矢量指示沿著所述被測定物表面的所述仿形探測器的接著的移動位置； 驅動機構，具有保持所述仿形探測器、同時使其三維地移動的驅動軸，按照所述仿形矢量指令，使所述仿形探測器移動； 驅動傳感器，檢測所述驅動機構的驅動量；以及 校正運算部分，按照所述仿形矢量指令部分所指令的所述仿形矢量指令，對所述驅動傳感器的檢測值進行校正運算， 所述校正運算部分基于所述仿形矢量指令的指令值，計算對驅動中的所述驅動機構變形而產生的測定誤差進行校正的校正量。
另外，至少一部分包括圓孤部分，無需是包括具有一定的曲率的圓孤，包括曲面的表面即可。因此，自由曲面也包含在本發明的測定對象中。
在這樣的結構中，從仿形矢量指令部分發出用于使仿形探測器沿著被測定物表面移動的仿形矢量指令。
這樣，按照仿形矢量指令，仿形探測器通過驅動機構沿著被測定物表面仿形移動。
通過驅動傳感器檢測用仿形探測器掃描被測定物表面時的驅動機構的驅動量，同時通過檢測傳感器檢測到測定子和被測定物表面的相對位置。
在這樣的仿形測定的動作時產生加速度，受到加速度的力的情況下，在驅動機構中產生變形，有可能該變形量包含于測定誤差。
因此，用仿形探測器進行仿形測定，同時根據上述的變形量進行校正誤差的處理。
通過校正運算部分計算基于仿形矢量指令的指令值的校正量。
即，被計算用于對伴隨動作時產生的變形的測定誤差量進行校正的校正量。
例如，基于從仿形矢量指令的指令值所導出的加速度，估計驅動機構的變動，計算校正量。
被計算的校正量合成到驅動傳感器以及檢測傳感器的檢測值，并作為測定數據輸出。
根據這樣的結構，基于仿形矢量指令的指令值計算校正量。
因此，可以詳細并正確地求出驅動機構的驅動狀態，正確地計算對在驅動中的驅動機構中產生的變形進行校正的校正量。
以往，為了校正測定誤差，在求驅動機構的驅動狀態時，根據驅動傳感器的檢測值求出驅動狀態。
但是，驅動傳感器的檢測值成為包含了驅動時產生的驅動機構的變形的值，所以不能說是正確的值，所以產生通過包含了這樣的誤差的值的校正量的計算不能得到正確的校正的問題。
此外，在基于驅動傳感器的檢測值求出動作狀態的情況下，例如，產生根據位置檢測值計算加速度的話，離散誤差變大，所以不實用的問題。
例如，將驅動傳感器的位置檢測的采樣周期縮短為1/10時，作為動作狀態量的加速度的分辨率惡化為1/100。
或者，在作為動作狀態得到加速度數據的情況下，也考慮了設置加速度傳感器，但難以在Xm、Ym、Zm的各個方向上設置加速度傳感器，加速度傳感器的檢測能力也存在界限。
這一點上，在本發明中，根據仿形矢量指令的指令值求出驅動狀態，所以在求出驅動機構的動作狀態的情況下，也無需通過實際測定的數據，可通過運算求出。
因此，即使在短的周期，也可以正確地求出動作狀態。
其結果，可以以高的分辨率進行校正。
在本發明中，優選地， 所述校正運算部分包括 校正參數存儲部分，存儲了表示在所述仿形探測器中產生的加速度和所述驅動機構的變形量之間的關系的校正參數； 校正量計算部分，基于在所述仿形探測器中產生的加速度，計算對所述驅動傳感器的檢測值進行校正的校正量；以及 測定數據合成部分，將所述被計算的校正量合成到所述驅動傳感器的檢測值，求出所述被測定物表面的位置。
在這樣的結構中，校正運算所需的參數被預先存儲在校正參數存儲部分中。
而且，在校正量計算部分中，基于從仿形矢量指令的指令值所導出的加速度以及校正參數，計算校正量。
通過計算的校正量被合成到驅動傳感器以及檢測傳感器的檢測值，可以求出正確的測定值。
這里，作為校正量，有對在圓形運動時由于每個驅動軸方向的信號傳遞特性或者驅動增益的差異而在各軸之間產生的指令傳遞的相位差進行校正的相位差校正量、和對驅動機構由于加速度而變形所產生的每個軸的增益誤差進行校正的增益校正量。
而且，作為求出相位差校正量的結構，優選是以下的結構。
即，在本發明中，優選地， 所述校正量計算部分包括相位差校正量計算部分， 所述校正參數存儲部分存儲了用于相位差校正的校正參數， 用于所述相位差校正的校正參數(b2、b1)是 基于φ＝b2f2+b1f+φ0的關系式(φ為相位差校正量、f為仿形測定時的旋轉頻率、φ0為初始相位差)和 在測定區域中的不同的位置上以不同的仿形速度進行了圓形量規的仿形測量的結果而計算。
這樣，相位差校正量作為與在仿形測定時仿形探測器掃描被測定物的旋轉頻率相關，建立上述關系式。
而且，在測定區域中的不同的位置中，用不同的仿形速度(旋轉頻率)實際測定圓規，得到校正數據。
將該校正數據帶入上述關系式求出參數，作為校正參數存儲。
這樣，通過與旋轉頻率以及測定位置的差異對應地求出用于校正相位偏差的校正參數，可以進行相位差校正。
因此，可以對圓形運動時的相位誤差進行校正，得到正確的測定數據。
此外，作為計算增益校正量的結構，舉出以下結構。
即，也可以使用增益誤差與加速度成比例的關系式，求出使加速度和增益誤差相關聯的參數。
在本發明中，優選地， 所述校正量計算部分包括增益校正量計算部分， 所述校正參數存儲部分存儲了用于增益校正的校正參數， 用于所述增益校正的校正參數k是 基于D＝k·A的關系式(將增益校正量設為D、在仿形測定時的所述仿形探測器的移動加速度設為A)和 在測定區域中的不同的位置上以不同的仿形速度進行了圓形量規的仿形測量的結果而計算。
此外，也可以使用增益誤差與仿形測定時的旋轉頻率相關的關系式，求出使旋轉頻率和增益誤差相關聯的參數。
在本發明中，優選地， 所述校正量計算部分包括增益校正量計算部分， 所述校正參數存儲部分存儲了用于增益校正的校正參數， 用于所述增益校正的校正參數k是 基于|G1|＝1-k(2π·f)2的關系式(｜G1｜是信號傳遞特性G1的增益、f是仿形測定時的旋轉頻率)和 在測定區域中的不同的位置上以不同的仿形速度進行了圓形量規的仿形測定的結果而計算。
而且，也可以實驗性地求出增益誤差和旋轉頻率之間的關系。
在本發明中，優選地， 所述校正量計算部分包括增益校正量計算部分， 所述校正參數存儲部分存儲了用于增益校正的校正參數， 用于所述增益校正的校正參數是 作為從旋轉頻率和增益之間的關系而導出的多項式的系數來表示的系數，旋轉頻率和增益之間的關系是根據在測定區域中的不同的位置上以不同的仿形速度進行了圓形量規的仿形測量的結果而導出。
在所述發明中，校正運算使用了仿形矢量指令的指令值，但并不僅限定于原樣使用仿形矢量指令的指令值，也可以是基于仿形矢量指令值估計驅動機構以及仿形探測器的動作狀態，基于該估計值進行校正運算。
即，在本發明中，優選地， 包括動作估計部分，基于從所述仿形矢量指令部分發出的所述仿形矢量指令，估計所述驅動機構的動作狀態，計算估計動作狀態量， 所述動作估計部分包括 標準模型設定部分，被設定標準模型，該標準模型是在所述仿形矢量指令部分發出所述仿形矢量指令開始被反映到所述仿形探測器的移動位置為止的信號傳遞特性； 位置估計部分，使用來自所述仿形矢量指令部分的所述仿形矢量指令和設定在所述標準模型設定部分的所述標準模型，求出所述仿形探測器的位置作為估計位置；以及 二階微分運算部分，對在所述位置估計部分求出的所述仿形探測器的估計位置進行二階微分，計算作為所述估計動作狀態量的加速度， 所述校正運算部分基于所述估計動作狀態量，計算對驅動中的所述驅動機構變形所產生的測定誤差進行校正的校正量。
在這樣的結構中，來自仿形矢量指令部分的仿形矢量指令被輸入到位置估計部分。
這樣，在位置估計部分中仿形矢量指令的位置指令C和被設定的標準模型GN相乘，計算仿形探測器的估計位置E。
計算的仿形探測器的估計位置E被輸出到二階微分運算部分。
而且，在二階微分運算部分中，從仿形探測器的估計位置計算加速度數據作為估計動作狀態量。
該加速度數據被輸出到校正量計算部分，計算對與由驅動動作產生的驅動機構的變形伴隨的測定誤差量進行校正的校正量。
計算的校正量合成到驅動傳感器以及檢測傳感器的檢測值，作為測定數據輸出。
根據這樣的結構，能夠求出在仿形探測器中產生的作為估計動作狀態量的加速度。
基于實際測定的位置數據計算加速度的情況下，加速度數據的分辨率隨著縮短采樣周期而惡化，但在本發明中，通過對使用標準模型計算的估計位置進行二階微分計算加速度，所以加速度數據也不會因采樣周期而惡化。
因此，即使短周期，也可以計算加速度數據，并可通過這樣求出的加速度數據詳細地計算校正量。
其結果，即使是在短周期取得的位置數據，也可以基于動作狀態正確地進行校正，可以取得在短間距上的正確的形狀數據。
根據這樣的結構，在頻率估計部分基于在二階微分運算部分計算的估計加速度而計算對圓進行仿形測定時的旋轉頻率，所以也可以正確地求出在圓的仿形動作中變化的旋轉頻率。
例如，即使通過仿形矢量指令部分發出以旋轉頻率f的旋轉速度對圓進行仿形測定的指令，在動作開始之后到速度穩定之前不能達到所指定的速度，所以并不是所指定的旋轉頻率f。
因此，以所指定的旋轉頻率f作為前提計算校正量會產生不能正確地進行校正的問題。
這一點上，在本發明中，無需將指令值的旋轉頻率f原樣作為校正運算的前提，在進行二階微分的加速度估計之后，計算基于估計加速度的每次的旋轉頻率f。
其結果，也能正確地求出在圓形仿形動作中變化的旋轉頻率，所以即使在基于旋轉頻率對圓形運動時的離心力用校正運算進行校正的情況，也能夠進行正確的校正。
此外，例如，在圓形仿形測定中，達到被指定的旋轉頻率為止需要時間，所以進行以被指定的旋轉頻率作為前提的校正的情況下，無需利用在加速部分所取得的數據，通過僅對仿形速度(即，旋轉頻率)成為一定時所取得的數據進行校正作為測定數據，可以得到正確的測定數據。
但是，在該方法中，仿形速度(即，旋轉頻率)成為一定為止的時間會浪費，所以測定的工作效率變得非常惡化。
這一點上，在本發明中，根據每次的加速度估計值計算旋轉頻率，基于該被計算的旋轉頻率來計算校正量，所以無需等到仿形速度(即，旋轉頻率)達到一定，可以對所有的取得數據進行適當的校正作為測定數據。
其結果，可以提高測定的作業效率。



圖1是本發明的第一實施方式的測定系統的功能方框圖。
圖2是表示在所述第一實施方式中，動作估計部分以及校正運算部分的結構的圖。
圖3是表示標準模型設定部分的結構的圖。
圖4是表示在仿形速度(或者旋轉頻率)表示一定值時取得一周(360°)的數據的情況的圖。
圖5是表示在仿形速度(或者旋轉頻率)變化(加速或減速)的區域中取得數據的情況的圖。
圖6是表示為了取得校正數據而在P1到P5的多個位置上進行圓形仿形測定的情況的圖。
圖7是表示在各個點P1～P5進行了圓形仿形測定時的仿形速度V和被檢測的半徑的減少量(半徑誤差ΔR)之間的關系的圖。
圖8是表示在各個點P1～P5進行了圓形仿形測定時的仿形速度V和被檢測的半徑的減少量(半徑誤差ΔR)之間的關系的圖。
圖9是表示半徑的減少量和加速度之間的關系的圖。
圖10是表示半徑的減少量和加速度之間的關系的圖。
圖11是表示測定位置和測定半徑的減少量之間的關系的圖。
圖12是表示測定位置和測定半徑的減少量之間的關系的圖。
圖13是表示在Ym軸方向和Xm軸方向上產生的相位差φ和圓形運動的旋轉頻率f之間的關系的圖。
圖14是表示在仿形測定時的旋轉頻率和半徑誤差ΔR之間的關系的圖。
圖15是表示在仿形測定時的旋轉頻率和半徑誤差ΔR之間的關系的圖。
圖16是表示增益誤差的系數和坐標之間的關系的圖。
圖17是表示增益誤差的系數和坐標之間的關系的圖。
圖18是表示在本發明的第二實施方式中的動作估計部分、校正運算部分以及估計判定部分的結構的圖。
圖19是表示背景技術中作為利用了仿形探測器的表面仿形測定裝置的測定系統的結構的圖。
圖20是表示仿形探測器的結構以及在仿形探測器測定被測定物表面的情況的圖。
圖21是表示在仿形測定中產生變形所引起的誤差的狀態的圖。
圖22是表示作為測定誤差產生了徑向偏移的結果的圖。

具體實施例方式 以下，圖示本發明的實施方式，同時參照對圖中的各個要素所賦予的標號進行說明。
(第一實施方式) 說明本發明的表面形狀測定裝置的第一實施方式。
圖20表示作為第一實施方式使用了仿形探測器130的表面仿形測定裝置的測定系統100。
此外，圖1表示測定系統100的功能方框圖。
測定系統100的概略結構與背景技術中說明的結構相同，包括三維探測器110；操作部分150，對三維探測器110的動作進行手動操作；動作(motion)控制器160，執行三維探測器110的驅動控制；主計算機200，對動作控制器160提供規定的指令，同時執行被測定物W的形狀分析等運算處理；輸入測定條件等的輸入部件61；以及輸出測定結果的輸出部件62。
三維探測器110(參照圖19)包括固定盤111；驅動機構120，立著設置在固定盤111上，使仿形探測器130三維地移動；以及驅動傳感器140，檢測驅動機構120的驅動量。
驅動機構120包括兩個橫梁支撐體121，從固定盤111的兩端在與固定盤111大致成垂直方向的Zm軸方向上具有高度，同時被設置為可以沿著固定盤111的側端的Ym軸方向滑動；橫梁122，支撐在橫梁支撐體121的上端并在Xm軸方向上具有長度；立柱123，在橫梁122上被設置為可以沿Xm軸方向滑動并在Zm軸方向具有導軌(guide)；以及主軸124，被設置為可以在立柱123內沿Z軸方向滑動并在下端保持仿形探測器130。
驅動傳感器140包括Ym軸傳感器141，檢測橫梁支撐體121沿Ym軸方向的移動；Xm軸傳感器142，檢測立柱123沿Xm軸方向的移動；以及Zm軸傳感器143，檢測主軸124沿Zm軸方向的移動。
仿形探測器130(參照圖20)包括觸針131，前端具有接觸部分(測定子)132；以及支撐部分133，支撐觸針131的基端在一定的范圍內可以沿Xp方向、Yp方向、Zp方向滑動。
支撐部分133包括滑動機構(未圖示)，具有可以在互相正交的方向上移動的xp滑塊、yp滑塊、zp滑塊；以及探測器傳感器134，檢測滑動機構在各軸方向的位移量，同時輸出所檢測的位移量。
探測器傳感器134包括Xp方向傳感器135，檢測觸針131沿Xp方向的移動；Yp方向傳感器136，檢測觸針131沿Yp方向的移動；以及Zp方向傳感器137，檢測觸針131沿Zp方向的移動。
動作控制器160包括計數部分161，對來自驅動傳感器140以及探測器傳感器134的檢測信號進行計數；以及驅動控制電路162，根據主計算機200以及來自操作部分150的指令，對驅動機構120進行驅動控制。
計數部分161包括驅動計數器171，對來自驅動傳感器140輸出的脈沖信號進行計數，從而計測驅動機構120的驅動量；以及探測器計數器175，對探測器傳感器134輸出的脈沖信號進行計數，從而計測觸針131的滑動量作為壓入量。
驅動計數器171包括Ym軸計數器172，對來自Ym軸傳感器141的輸出進行計數；Xm軸計數器173，對來自Xm軸傳感器142的輸出進行計數；以及Zm軸計數器174，對來自Zm軸傳感器143的輸出進行計數。
探測器計數器175包括Xp方向計數器176，對來自Xp方向傳感器135的輸出進行計數；Yp方向計數器177，對來自Yp方向傳感器136的輸出進行計數；以及Zp方向計數器178，對來自Zp方向傳感器137的輸出進行計數。將驅動計數器171的計數值(Xm、Ym、Zm)以及探測器計數器175的計數值(Xp、Yp、Zp)分別輸出到主計算機200。
主計算機200包括存儲器(存儲裝置)210，存儲通過輸入部件61被設定輸入的測定條件等；仿形矢量指令部分220，指令對被測定物表面進行仿形的移動方向以及移動速度的仿形矢量；動作估計部分600，基于來自仿形矢量指令部分220的指令，估計驅動機構120的動作，從而計算產生在仿形探測器130的加速度；校正運算部分700，基于動作估計部分600的動作估計，計算校正量并校正測定值；形狀分析部分500，分析被測定物W的形狀；中央處理部分(CPU)230，包括運算裝置以及存儲裝置(ROM、RAM)并執行規定程序或數據處理；以及總線，連接所述各功能部分。
存儲器210存儲從輸入部件61被設定輸入的測定條件等，例如，在仿形掃描中對驅動機構120的驅動量進行采樣的間隔(采樣間距)或將接觸部分132對被測定物W壓入的量(基準壓入量Δr)或進行仿形掃描的速度(仿形速度)或被測定物W的設計數據等的輪廓數據等。
仿形矢量指令部分220，例如基于設定在存儲器210的輪廓數據，生成對被測定物W進行仿形掃描的矢量指令。
此外，仿形矢量指令部分220基于探測器計數器175的輸出，生成將壓入量以基準壓入量Δr在規定范圍(基準位置范圍)的壓入方向的仿形矢量指令。
仿形矢量指令部分220所生成的仿形矢量指令輸出到驅動控制電路162。
圖2是表示動作估計部分600以及校正運算部分700的結構的圖。
動作估計部分600包括加速度估計部分310和頻率估計部分610。
加速度估計部分310包括標準模型設定部分311，設定標準模型，該標準模型是仿形矢量指令部分220發出仿形矢量指令開始到驅動傳感器140進行位置檢測為止的傳遞函數；位置估計部分314，基于仿形矢量指令和標準模型，估計仿形探測器130的位置；以及二階微分運算部分315，根據在位置估計部分314所求出的估計位置的數據值，通過二階微分計算仿形探測器130的加速度。
圖3是表示標準模型設定部分的結構的圖。
在標準模型設定部分311中被設定標準模型，該標準模型是從仿形矢量指令部分到仿行探測器的接觸部分(測定子)為止的頻率傳遞函數。
如圖3所示，在標準模型設定部分311中被設定三維探測器的標準模型G1(s)(驅動機構的標準模型)和仿形探測器的標準模型G2(s)。
仿形探測器的標準模型為了仿形探測器130的交換而對仿形探測器130的每個類型預先準備，并可以選擇與當前安裝的仿形探測器130對應的標準模型。
而且，從仿形矢量指令到仿形探測器130的位置為止的傳遞函數表示為三維探測器的標準模型G1(s)和仿形探測器的標準模型G2(s)的積即GN(＝G1(s)×G2(s))。
另外，矢量指令、三維探測器110的驅動動作以及傳感器的位置檢測等在Xm軸、Ym軸以及Zm軸方向分別進行，但因三維探測器110的位置控制系統(根據仿形矢量指令進行位置檢測的反饋控制系統)被調整為Xm、Ym、Zm軸方向的驅動的時間常數T都相等，所以在Xm、Ym、Zm軸方向都設為相同的標準模型GN。
標準模型GN可適當地根據設計數據或者實驗值求出。
例如，在標準模型GN為一階延時系統時，標準模型GN由下式表示。
在下式中K表示增益，s表示拉普拉斯運算符。
位置估計部分314根據仿形矢量指令的位置指令C(cx、cy、cz)和標準模型GN,估計仿形探測器130的位置。
在位置估計部分314中，每時每刻都輸入在仿形矢量指令部分220生成的仿形矢量指令。
而且，通過位置指令C(cx、cy、cz)和標準模型GN，可以如下計算仿形探測器130的估計位置E(ex、ey、ez)。
即，仿形探測器130的估計位置E表示為標準模型GN和位置指令C的積。
E＝GN·C 將估計位置分別分解為各個方向(Xm軸方向、Ym軸方向、Zm軸方向)，則成為如下式。
ex＝GN·cx ey＝GN·cy ez＝GN·cz 二階微分運算部分315通過對在位置估計部分314計算的仿形探測器130的估計位置E(ex、ey、ez)進行二階微分，求出在仿形探測器130產生的加速度A(ax、ay、az)作為估計動作狀態量。
頻率估計部分610使用仿形探測器130，估計以一定的角速度對圓進行仿形測定時的旋轉頻率f。
其中，通過二階微分運算部分315計算了加速度A時，在頻率估計部分610中被輸入在二階微分運算部分315計算的加速度A(ax、ay、az)。
而且，例如，將仿形矢量指令的圓形運動仿形測定的旋轉半徑設為Rs，將二階微分運算部分315所計算的仿形探測器130的估計加速度設為A(ax、ay、az)時，頻率估計部分610根據下式計算圓形運動的旋轉頻率f。
例如，如下說明該式的推導。
旋轉頻率f和角速度ω的關系表示為ω＝2πf，此外，將向心加速度表示為an時，an＝Rsω2，所以可根據如下式的變形而導出。
其中，an＝Rs·ω2 因此， 此外，尤其是，在XY平面中的圓形運動的情況下，上式被簡化為如下。
校正運算部分700包括 校正參數存儲部分710，存儲了表示在仿形探測器130中產生的加速度和三維探測器110的變形量之間的關系的校正參數； 校正量計算部分720，基于在仿形探測器130中產生的加速度，計算對傳感器檢測值進行校正的校正量D；以及 測定數據合成部分430，合成所計算的校正量D和傳感器檢測值，求出被測定物表面S的位置。
在校正參數存儲部分710中被設定存儲了校正參數P。
校正參數P是在仿形探測器130中加速度A發生作用時，將三維探測器110中產生的變形量(具體地說，在立柱123以及主軸124中產生的變形量)與加速度A相關聯的參數。
校正參數P(px、pY、pZ)是在各軸方向、即在Xm、Ym、Zm軸方向分別設置。
另外，在后述的變形例1、變形例2、變形例3中以圓形運動的情況為例，表示校正參數P的設定方法。
校正量計算部分720包括增益校正量計算部分721、以及相位差校正量計算部分722。
增益校正量計算部分721中被輸入在動作估計部分600中計算的加速度A。
而且，增益校正量計算部分721使用在校正參數存儲部分710中設定的校正參數P，如下計算校正量D。
D＝P·A dx＝px·ax dy＝py·ay dz＝pz·az 相位差校正量計算部分722計算由于每個驅動軸方向的信號傳遞特性或者驅動增益的差異而在進行圓形運動時所產生的各軸間的指令傳遞的相位差作為相位差校正量φ。
相位差校正量φ表示為旋轉頻率f的函數(例如，φ＝b2f2+b1f+b0)，理論性或實驗性地求出的校正參數被設定存儲在校正參數存儲部分710。
另外，在后述的變形例1、變形例2、變形例3中舉例說明用于計算增益校正量D以及相位差校正量φ的校正參數的設定方法。
測定數據合成部分430合成 驅動傳感器140的檢測值(xm、ym、zm)、 通過校正量計算部分720計算的校正量D(dx、dY、dZ)以及相位差校正量φ、以及 探測器傳感器134的檢測值(xp、yp、zp)， 計算仿形探測器130的接觸部分132的軌跡。
而且，考慮了基準壓入量Δr，求出被測定物表面S的位置數據。
說明測定數據合成部分430中的數據合成。
為了說明，將通過在XY平面內的圓形運動的仿形移動而測定了被測定物表面的情況為例進行說明。
在將圓形運動的中心坐標設為(x0、y0)，圓的半徑表示為R時，驅動傳感器140的檢測值(xm、ym)使用規定的相位θ如下表示。
xm＝x0+Rcosθ ym＝y0+Rsinθ 而且，對計算的增益校正量(dx、dY)和相位差校正量φ進行校正時，如下表示。
另外，xm′、ym′表示校正后的驅動傳感器檢測值。
xm′＝x0+Rcosθ+dx ym′＝y0+Rsin(θ+φ)+dy 對于將這個被校正的驅動傳感器140的檢測值(xm′、ym′)和探測器傳感器134的檢測值進行合成所求出的接觸部分132的位置，考慮了基準壓入量Δr的位置上求出被測定物的表面位置。
計算的被測定物表面S的位置數據輸出到形狀分析部分500。
形狀分析部分500合成數據并計算接觸部分132的軌跡以及被測定物表面S的形狀數據。
而且，還進行將計算的被測定物的形狀數據與設計數據進行對比，而求出誤差或失真等的形狀分析。
說明具有這種結構的第一實施方式的動作。
首先，測定之前設定輸入測定條件。
作為測定條件，可以舉出采樣間距、基準壓入量Δr、被測定物的輪廓數據等。
此外，在標準模型設定部分311中設定三維探測器的標準模型G1(s)和仿形探測器的標準模型G2(s)。
仿形探測器130的標準模型是從被準備的多個模型中選擇與當前使用的仿形探測器130對應的模型。
在這個狀態下，開始測定時，首先，在仿形矢量指令部分220生成的仿形矢量指令被輸出到驅動控制電路162。
這樣，控制信號從驅動控制電路162輸出到驅動機構120，驅動機構120被驅動。
通過驅動機構120，仿形探測器130相對于被測定物表面S壓入到基準壓入量Δr為止的狀態下，沿著被測定物表面S仿形移動。
在該仿形移動時，產生加速度，在三維探測器110的主軸124產生變形(例如，參照圖21)。
此外，基于在仿形掃描時從探測器計數器175輸出到仿形矢量指令部分220的探測器計數值，壓入量被控制為基準壓入量Δr。
由驅動傳感器140檢測用仿形探測器130掃描被測定物表面S時的驅動機構120的驅動量，由探測器傳感器134檢測觸針131的位移量。
由驅動計數器171對驅動傳感器140的傳感器輸出進行計數，由探測器計數器175對探測器傳感器134的傳感器輸出進行計數。
另外，由這樣的計數部分161計數的數據在設定的采樣間距511被取得。
由計數部分161(驅動計數器171以及探測器計數器175)計數而取得的計數值也輸出到校正運算部分700。
仿形矢量指令部分220的仿形矢量指令傳送到驅動控制電路162，同時也傳送到動作估計部分600。
在動作估計部分600中，仿形矢量指令被輸入到位置估計部分314。
位置估計部分314根據設定在標準模型設定部分311的標準模型和仿形矢量指令的位置指令，計算考慮了信號傳遞特性的當前時刻的仿形探測器130的估計位置E(t)。
即，使用位置指令C(cx、cy、cz)和標準模型GN，如下計算仿形探測器130的估計位置E(t)(ex、ey、ez)。
ex＝GN·cx ey＝GN·cy ez＝GN·cz 在位置估計部分314計算的估計位置E被輸入到二階微分運算部分315。
二階微分運算部分315通過對計算的估計位置進行二階微分，計算在當前時刻的仿形探測器130中產生的加速度A(ax、ay、az)。
在二階微分運算部分315計算的加速度數據A輸出到校正運算部分700的校正量計算部分720。
增益校正量計算部分721根據被輸入的加速度A和校正參數，對每個軸計算用于校正由加速度產生的變形的校正量D。
即，如下計算在仿形探測器130中產生加速度A時的驅動傳感器檢測值的校正量D(dx、dy、dz)。
dx＝px·ax dy＝py·ay dz＝pz·az 而且，在二階微分運算部分315所計算的加速度A被輸出到頻率估計部分610。
在頻率估計部分610被計算圓形運動的旋轉頻率f，被計算的旋轉頻率f被輸出到相位差校正量計算部分722。
而且，通過相位差校正量計算部分722，被計算作為旋轉頻率f的函數的相位差校正量φ。
被計算的相位差校正量φ與由增益校正量計算部分721計算的增益校正量D(dx、dy、dz)一起被輸出到測定數據合成部分430。
測定數據合成部分430合成驅動傳感器140的檢測值(xm、ym、zm)、所計算的校正量D(dx、dY、dZ)以及相位差校正量φ、探測器傳感器134的檢測值(xp、yp、zp)，求出接觸部分132的位置。
而且，在對于接觸部分132的位置考慮了規定的壓入基準量Δr的位置上求出被測定物的表面S。
被求出的被測定物W的表面數據被依次發送到形狀分析部分500，求出被測定物表面S的形狀數據。
而且，通過將被測定物W的形狀數據與設計數據進行對比，進行求出誤差或失真等的形狀分析。
根據具有這些結構的第一實施方式，可得到以下效果。
(1)動作估計部分600包括標準模型設定部分311，通過基于標準模型的加速度的計算，可以正確地計算作為在驅動狀態的驅動機構120的動作狀態的加速度。
而且，基于該估計加速度，在校正量計算部分720計算校正量，所以可以正確地計算用于校正在驅動中的驅動機構120中所產生的變形的校正量。即使在求出驅動機構120的動作狀態的情況下，也無須根據實際測量的數據，通過基于標準模型的計算而求出，所以可以以高分析性能進行校正。
(2)基于在頻率估計部分610計算的圓形運動時的旋轉頻率f，校正驅動軸之間的相位差。
因此，可校正圓形運動時的相位差誤差，得到正確的測定數據。
(3)基于在二階微分運算部分315計算的估計加速度，在頻率估計部分610計算對圓進行仿形測定時的旋轉頻率，所以也可以正確地求出在圓的仿形動作中變化的旋轉頻率。
(4)在圓的仿形測定中，達到被指令的旋轉頻率為止需要時間，所以在以被指令的旋轉頻率作為前提進行校正的情況下，不能利用在加速部分取得的數據，需要僅對在仿形速度(即，旋轉頻率)成為一定時所取得的數據進行校正并作為測定數據。
例如，如圖4所示，需要在仿形速度(或者旋轉頻率)表示一定值的部分取一周(360°)的數據。
相對于此，在第一實施方式中，能夠根據每次的加速度估計值計算旋轉頻率f，并基于該計算的旋轉頻率f計算校正量，所以無需等到仿形速度(即，旋轉頻率)達到一定，可以對所有取得數據適當地進行校正并作為測定數據。
例如，如圖5所示，即使是在仿形速度(或者旋轉頻率)變化(加速或減速)的區域所取得的數據也可以正確地進行校正。
因此，只要作為整體而取得一周(360°)的數據即可，其結果，可以提高測定的作業效率。
(變形例1) 接著，說明本發明的變形例1。
變形例1基本上與上述的第一實施方式相同，其特征在于，設定校正參數時的校正參數的求出方法。
作為由上述第一實施方式的校正運算部分700計算的校正量，有增益校正量計算部分721的增益校正量和相位差校正量計算部分722的相位差校正量。
首先，說明用于計算增益校正量的校正參數的設定。
在變形例1中，求出增益校正量的校正參數時，主軸124的變形量D作為與加速度A相關，成立下式。
D＝k·A 其中，為了簡化說明，在XY平面內的圓形運動的情況作為例子進行說明。
當圓形運動時的向心加速度設為a時，作為仿形速度為V、半徑為Rs，Xm軸方向的加速度ax如下表示。
產生加速度時的變形量也與測定位置相關，所以要考慮到測定坐標的平方項，則Xm軸方向的變形量dx與在Xm軸方向上產生的加速度ax之間的關系如下表示。
包括Ym軸方向的校正量dy、Zm軸方向的校正量dz時，如下表示。
其中，變形量D與x、y、z的所有分量相關，所以校正系數如下表示。
根據這些前提，實際進行實驗求出誤差之后，可以求出校正參數作為擬合曲線(fitting curve)的系數。
表示實際例子。
加速度的變形量也根據場所而不同，所以在取得校正用數據時，在不同的多個位置上設置標準量規(gauge)，用多個仿形速度(或者加速度)對圓形仿形測定進行校正實驗。
例如，如圖6所示，在從P1到P5的多個位置上進行圓形仿形測定。
另外，在圖6的說明中，選擇了Ym坐標相同、Xm坐標不同的五個點，但是在測定系統100的測定區域中，優選地，無遺漏地選擇Xm坐標、Ym坐標、Zm的所有坐標。
圖7以及圖8是表示在各點P1～P5進行圓形仿形測定時，仿形速度V和被檢測的半徑的減少量(半徑誤差ΔR)的關系的曲線圖。
其中，如圖22所示，在圓形仿形測定時，因在X軸方向和Y軸方向上增益存在差，所以產生橢圓誤差。
因此，圖7的縱軸表示半徑誤差ΔR在Xm軸方向的最大量，圖8的縱軸表示半徑誤差在Ym軸方向的最大量。
圖9和圖10是表示將圖7和圖8中的仿形速度變換為加速度，是半徑的減少量(半徑誤差ΔR)和加速度的關系的曲線圖。
圖9的縱軸與圖7相同地表示半徑誤差ΔR在Xm軸方向的最大量，圖10的縱軸與圖8相同地表示半徑誤差在Ym軸方向的最大量。
在圖7以及圖8中可知，Xm軸方向和Ym軸方向的測定半徑的減少量(半徑誤差ΔR)都與仿形速度的乘方(例如，平方)相關，但根據圖9以及圖10可知，測定半徑的減少量(半徑誤差ΔR)與加速度成比例，表示可適用上述式(D＝k·A)。
圖11以及圖12是表示測定位置和測定半徑的減少量(半徑誤差ΔR)的關系的圖。
在圖11以及圖12中，縱軸表示將測定半徑的減少量(半徑誤差ΔR)用加速度相除進行歸一化的值(ΔR/a)。
而且，圖11的縱軸是將半徑誤差ΔR在Xm軸方向的最大量(ΔRx)用加速度相除的值(ΔRx/a)，圖12的縱軸是將半徑誤差ΔR在Ym軸方向的最大量(ΔRy)用加速度相除的值(ΔRy/a)。
在圖11中可知，在Xm軸方向中，測定半徑的減少量(ΔRx)與測定位置的Xm坐標的一次方相關。
而且，在圖12中可知，即使是Ym軸方向的測定半徑的減少量(ΔRy)，也受到Xm軸方向的測定位置的誤差的影響，并與Xm坐標的二次方相關。
收集這樣的實驗數據，在Xm、Ym、Zm坐標不同的位置，將用不同的仿形速度(或者加速度)測定了標準量規時的誤差(dx、dy、dz)代入式中。
而且，通過解該式，求出增益校正的參數。
求出的增益校正的參數設定在校正參數存儲部分710。
接著，說明用于計算相位差校正量φ的校正參數的設定。
根據每個驅動軸方向的信號傳遞特性或者驅動增益的差異，在圓形運動時各軸之間產生指令傳遞的相位差。
將該相位差設為相位差校正量φ，作為圓形運動的旋轉頻率f的函數而求出。
為了簡化說明，以在XY平面內的圓形運動的情況為例進行說明。
相位差校正量φ是圓形運動的旋轉頻率f的函數，作為旋轉頻率f的多項式表示。
表示實際的例子。
圖13是在圖6所示的P1到P5的多個位置進行圓形仿形測定的結果。
在圖13中，縱軸取在Ym軸方向和Xm軸方向上產生的相位差φ，橫軸取圓形運動的旋轉頻率f。
如圖13所示，Ym軸方向和Xm軸方向的相位差φ依賴于圓形運動的旋轉頻率f。
此外，影響雖小，但也依賴于測定位置。
其中，將相位差φ表示為φ＝b2f2+b1f+φ0，從擬合曲線求出校正系數b2、b1以及φ0。
相位差φ的系數b2、b1以及φ0也受到測定位置的影響，所以如下表示相位差φ。
φ＝b2f2+b1f+φ0 使用這樣求出的校正參數，如所述第一實施方式中所說明，計算增益校正量以及相位差校正量φ。
而且，使用增益校正量以及相位差校正量，如所述第一實施方式中所說明，進行測定數據的校正。
(變形例2) 接著，說明本發明的變形例2。
變形例2基本上與上述變形例1相同，其特征在于，設定校正參數時的校正參數的求出方法。
具體地說，在上述變形例1中立出了將主軸124的變形量規定為與加速度相關的變形量的式子，但在變形例2中，利用將主軸124的變形量作為與旋轉頻率f相關地立出的式子。
另外，作為校正量，有增益校正量和相位差校正量，但在計算相位差校正量的校正參數的設定時與上述變形例1采樣相同的方法，所以省略說明。
說明用于計算增益校正量的校正參數的設定。
在變形例2中，增益校正量設為與旋轉頻率f相關，如下式表示驅動的信號傳遞特性G1的增益|G1|和圓形運動的頻率f的關系。
|G1|＝1-k(2π·f)2 作為該式的推導，舉出如下的一例變形式。
在指令了半徑Rs的圓形運動時，產生了變形量D的情況下，由下式表示信號傳遞特性G1的增益。
因變形量D與加速度A成比例為D＝k·A，所以進一步變形為如下。
其中，根據圓形運動的半徑Rs和角速度ω的關系，加速度A可以表示為使用了旋轉頻率f的下式。
A＝Rs·ω2 ＝Rs·(2π·f)2 因此，旋轉頻率特性的增益|G1|表示為如下。
基于這樣的關系式，根據設計值或實驗值求出用于決定增益和旋轉頻率f之間的關系的校正參數k。
在Xm軸方向、Ym軸方向上分別計算增益|G1|。
即，Xm軸方向分量計算為|G1X|、Ym軸方向分量計算為|G1Y|。
實際上，在求|G1X|、|G1Y|時，與所述變形例1相同地，在不同的位置中，用不同的旋轉頻率f進行圓形仿形測定，基于該結果，作為位置(xm、ym)和旋轉頻率f之間的函數來表示|G1X|、|G1Y|即可。
而且，如下執行考慮了這樣求出的增益校正量(|G1X|、|G1Y|)和相位校正量φ的測定值的校正。
即，驅動傳感器140的檢測值為(xm、ym)時，將圓形運動的中心坐標設為(x0、y0)，在將圓的半徑表示為Rs時，使用規定的相位θ，驅動傳感器140的檢測值表示為如下。
xm＝x0+Rcosθ ym＝y0+Rsinθ 而且，在對算出的增益校正量(|G1x|、|G1y|)和相位差校正量φ進行校正時，可如下表示。
另外，xm′、ym′、表示校正后的驅動傳感器檢測值。
xm′＝x0+R·g1x·cosθ ym′＝y0+R·g1y·sin(θ+φ) 其中， 對于將這個被校正的驅動傳感器140的檢測值(xm′、ym′)和探測器傳感器134的檢測值進行合成所求出的接觸部分132的位置，考慮了規定的基準壓入量Δr的位置上求出。
如以上所說明，也可以根據變形例2的方法求出用于計算增益校正量的校正參數。
此外，可以使用增益校正量以及相位差校正量，進行測定數據的校正。
(變形例3) 接著，說明本發明的變形例3。
變形例3基本上與上述變形例2相同，其特征在于，設定校正參數時的校正參數的求出方法。
具體地說，在上述變形例2中，根據變形量為與旋轉頻率f相關的邏輯式表示作為前提求出校正式，但是在變形例3中，變形量作為以使用了旋轉頻率f的多項式表示來求出校正式。
即，假設Xm軸方向的增益校正量|G1X|以及Ym軸方向的增益校正量|G1Y|由與圓形仿形測定中的圓形運動的旋轉頻率f有關的多項式表示。
表示實際實驗的例子。
在取得校正數據時，在不同的多個位置設置標準量規(gauge)，用多個仿形速度進行圓形仿形測定。
圖14是橫軸取仿形測定時的旋轉頻率，縱軸取半徑誤差ΔR在Xm軸方向的最大量的曲線圖。
圖15是橫軸取仿形測定時的旋轉頻率，縱軸取半徑誤差ΔR的Ym軸方向的最大量的曲線圖。
測定位置與上述變形例1相同，從圖6所示的P1到P5的多個位置上進行圓形仿形測定的結果。
圖14的Xm軸方向、圖15的Ym軸方向的任一個都是用旋轉頻率f的二次多項式擬合了仿形測定的旋轉頻率和測定誤差(半徑誤差ΔR)的關系，根據規定的系數，如下表示Xm軸方向的增益誤差|G1X|(半徑誤差ΔR在Xm方向)以及Ym軸方向的增益誤差|G1Y|(半徑誤差ΔR在Ym方向)。
|G1X|＝2f2+1f+1 |G1Y|＝η2f2+η1f+1 而且，變形量也根據測定的位置而變化，所以也是測定位置的函數。
圖16是表示Xm軸方向的增益誤差|G1X|的系數和Xm坐標的關系的曲線圖。
圖17是表示Ym軸方向的增益誤差|G1Y|的系數和Ym坐標的關系的曲線圖。
即，多項式的系數φ2、φ1、η2、η1是測定位置的函數，并表示為如下。
用于求出Xm軸方向增益的式中的系數φ2、φ1作為x坐標的函數，分別表示為如下。
2＝u22·x2+u21·x+u20 1＝u12·x2+u11·x+u10 用于求出Ym軸方向增益的式中的系數η2、η1作為y坐標的函數，分別表示為如下。
η2＝v22·y2+v21·y+v20 η1＝v12·y2+v11·y+v10 基于這樣的關系式，求出表示增益和旋轉頻率的關系的校正參數v2、v1、η2、η1。
求出的增益校正的參數設定在校正參數存儲部分710。
在對實際的測定中的測定值進行校正時，與上述變形例2相同地，根據增益校正量(|G1x|、|G1y|)和相位差φ，按照下式進行校正運算。
xm′＝x0+R·g1x·cosθ ym′＝y0+R·g1y·sin(θ+φ) 其中， 通過這樣的變形例3，也可以求出用于計算增益校正量的校正參數。
此外，可以使用增益校正量以及相位差校正量，進行測定數據的校正。
(第二實施方式) 接著，說明本發明的第二實施方式。
第二實施方式的基本結構與上述第一實施方式相同，但第二實施方式的特征在于，包括估計判定部分800，它將在動作估計部分600計算的加速度的估計值與實際的實際加速度比較，判定加速度估計的正確性。
圖18是表示第二實施方式的動作估計部分、校正運算部分以及估計判定部分的結構的圖。
估計判定部分800包括 實際加速度計算部分810，基于在計數部分161檢測的坐標的測定值，計算實際的加速度； 差分計算部分820，將在動作估計部分600計算的加速度估計值與在實際加速度計算部分810計算的實際加速度比較，計算差分；以及 判定部分830，將在差分計算部分820計算的差分值與規定的閾值比較，判定加速度估計值的正確性。
在實際加速度計算部分810中被輸入來自驅動計數器171的計數值，實際加速度計算部分810對來自驅動計數器171的計數值進行二階微分，計算實際的加速度。
計算的實際加速度值被輸出到差分計算部分820。
差分計算部分820中被輸入來自二階微分運算部分315的估計加速度值和來自實際加速度計算部分810的實際加速度。
差分計算部分820從估計加速度a減去實際加速度aR，計算差分值δa。
計算的差分δa輸出到判定部分830。
判定部分830中被預先設定閾值。
該閾值是 在估計加速度a和實際加速度aR的差分值δa過大時，用于判定加速度估計沒有正確地起作用，不能基于估計加速度進行校正的閾值。
判定部分830中被輸入在差分計算部分820計算的差分值δa，判定部分830將該差分值δa與閾值進行比較。
而且，在差分值δa比閾值δs小的情況下(|δa|＜δs)，指令繼續測定動作。
另一方面，在差分值δa比閾值δs大的情況下(|δa|≥δs)，通過輸出部件62對用戶顯示該結果。
或者，使校正運算部分700中的校正運算停止。
根據包括這樣的結構的第二實施方式，因包括估計判定部分800，所以可以判定動作估計部分600的加速度的估計的正確性。
而且，可以基于判定結果，進行校正運算的繼續或結束，所以可以防止輸出測定數據的誤校正所引起的誤測定結果。
另外，本發明的表面形狀測定裝置并不僅限定于上述實施方式以及變形例的裝置，在不脫離本發明的意旨的范圍內當然可以進行各種變更。
作為估計動作狀態量以加速度為例進行說明，但加速度之外，也可以將仿形速度作為估計動作狀態量。此時，求出仿形速度和校正量的關系即可，以使可基于仿形速度進行校正運算。
在上述實施方式中，根據標準模型估計了位置之后，對該估計位置進行二階微分估計加速度，但也可以設定根據仿形矢量的位置指令直接計算加速度的標準模型。
在上述第二實施方式中也可以是，估計判定部分800在內部包括低通濾波器，根據在實際加速度計算部分中求出的實際加速度數據截止高頻噪聲。這樣，可以防止高頻噪聲導致的判定誤差。
權利要求
1.一種表面形狀測定裝置，其特征在于，包括
仿形探測器，具有與至少一部分包括圓孤部分的被測定物表面接近連接或者接觸的測定子，保持在被預先設定所述測定子和所述被測定物表面的相對位置的基準位置進行仿形掃描；
仿形矢量指令部分，指令仿形矢量，該仿形矢量指示沿著所述被測定物表面的所述仿形探測器的接下來的移動位置；
驅動機構，具有保持所述仿形探測器、同時使其三維地移動的驅動軸，按照所述仿形矢量指令，使所述仿形探測器移動；
驅動傳感器，檢測所述驅動機構的驅動量；以及
校正運算部分，按照所述仿形矢量指令部分所指令的仿形矢量指令，對所述驅動傳感器的檢測值進行校正運算，
所述校正運算部分基于所述仿形矢量指令的指令值，計算對由于驅動中的所述驅動機構變形而產生的測定誤差進行校正的校正量。
2.如權利要求1所述的表面形狀測定裝置，其特征在于，
所述校正運算部分包括
校正參數存儲部分，存儲了表示在所述仿形探測器中產生的加速度和所述驅動機構的變形量之間的關系的校正參數；
校正量計算部分，基于在所述仿形探測器中產生的加速度，計算對所述驅動傳感器的檢測值進行校正的校正量；以及
測定數據合成部分，將所述被計算的校正量合成到所述驅動傳感器的檢測值，求出被測定物表面的位置。
3.如權利要求2所述的表面形狀測定裝置，其特征在于，
所述校正量計算部分包括相位差校正量計算部分，
所述校正參數存儲部分存儲了用于相位差校正的校正參數，
用于所述相位差校正的校正參數(b2、b1)是
基于φ＝b2f2+b1f+φ0的關系式(φ為相位差校正量、f為仿形測定時的旋轉頻率、φ0為初始相位差)、和在測定區域中的不同的位置上以不同的仿形速度進行了圓形量規的仿形測量的結果而計算。
4.如權利要求2或3的任一項所述的表面形狀測定裝置，其特征在于，
所述校正量計算部分包括增益校正量計算部分，
所述校正參數存儲部分存儲了用于增益校正的校正參數，
用于所述增益校正的校正參數k是
基于D＝k·A的關系式(其中，將增益校正量設為D、在仿形測定時的所述仿形探測器的移動加速度設為A)和
在測定區域中的不同的位置上以不同的仿形速度進行了圓形量規的仿形測量的結果而計算。
5.如權利要求2或3的任一項所述的表面形狀測定裝置，其特征在于，
所述校正量計算部分包括增益校正量計算部分，
所述校正參數存儲部分存儲了用于增益校正的校正參數，
用于所述增益校正的校正參數k是
基于|G1|＝1-k(2π·f)2的關系式(其中，|G1|是信號傳遞特性G1的增益、f是仿形測定時的旋轉頻率)和
在測定區域中的不同的位置上以不同的仿形速度進行了圓形量規的仿形測量的結果而計算。
6.如權利要求2或3的任一項所述的表面形狀測定裝置，其特征在于，
所述校正量計算部分包括增益校正量計算部分，
所述校正參數存儲部分存儲了用于增益校正的校正參數，
用于所述增益校正的校正參數是作為從旋轉頻率和增益之間的關系而導出的多項式的系數來表示的系數，旋轉頻率和增益之間的關系是根據在測定區域中的不同的位置上以不同的仿形速度進行了圓形量規的仿形測量的結果而導出。
7.如權利要求2至3的任一項所述的表面形狀測定裝置，其特征在于，包括
動作估計部分，基于從所述仿形矢量指令部分發出的所述仿形矢量指令，估計所述驅動機構的動作狀態，計算估計動作狀態量，
所述動作估計部分包括
標準模型設定部分，設定標準模型，該標準模型是在所述仿形矢量指令部分發出所述仿形矢量指令開始至被反映到所述仿形探測器的移動位置為止的信號傳遞特性；
位置估計部分，使用來自所述仿形矢量指令部分的所述仿形矢量指令和設定在所述標準模型設定部分的所述標準模型，求出所述仿形探測器的位置作為估計位置；以及
二階微分運算部分，對在所述位置估計部分求出的所述仿形探測器的估計位置進行二階微分，計算作為所述估計動作狀態量的加速度，
所述校正運算部分基于所述估計動作狀態量，計算對由于驅動中的所述驅動機構變形而產生的測定誤差進行校正的校正量。
全文摘要
本發明的表面形狀測定裝置包括動作估計部分(600)，基于從仿形矢量指令部分(220)發出的仿形矢量指令，估計驅動機構的動作狀態，計算估計動作狀態量；校正運算部分(700)，按照在動作估計部分(600)計算的估計動作狀態量，對驅動傳感器的檢測值進行校正運算。動作估計部分(600)包括被設定了標準模型的標準模型設定部分(311)，校正運算部分(700)包括校正量計算部分(720)，基于估計動作狀態量，計算對驅動中的驅動機構變形而產生的測定誤差進行校正的校正量；以及測定數據合成部分(430)，合成驅動傳感器以及檢測傳感器的檢測值和校正量計算部分(720)計算的校正量作為測定數據。
文檔編號G01B5/20GK101140161SQ20071014906
公開日2008年3月12日 申請日期2007年9月7日 優先權日2006年9月7日
發明者石川修弘, 清谷進吾 申請人:三豐株式會社