CN100476348C - 表面仿形测定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够根据被测定物表面的状态，适当地调整仿形速度和采样间隔等测定条件的表面仿形测定装置等。为此，表面仿形测定装置包括：根据在进行仿形扫描的过程中所取得的测定数据，计算扫描地点的曲率半径的曲率半径计算装置(543)；根据所计算出的曲率半径，确定仿形探头的行进速度的行进速度确定部(544)；以及根据所计算出的曲率半径，确定采样间隔的采样间隔确定部(546)。

Description

表面仿形测定装置
技术领域
本发明涉及一种表面仿形测定装置、表面仿形测定方法、表面仿形测定程序及记录介质，例如，涉及一种对被测定物表面进行仿形扫描，测定被测定物的表面形状、被测定物的表面粗糙度、弯曲以及轮廓等的表面仿形测定装置等。
背景技术
以往，作为通过仿形探头对被测定物表面进行仿形扫描，从而测定被测定物的表面形状或立体形状的测定设备，已知有粗糙度测定器、轮廓形状测定器、圆度测定器以及三维测定器等(例如，参照文献1：日本特开平5-248852、文献2：日本特开平8-178646、文献3：日本特开2000-39302以及文献4：日本特开2003-202219)。
例如，使用了三维测定器的测定系统，由下述构成：使仿形探头移动的三维测定器；手动操作的操纵杆；控制三维测定器的动作的动作控制器；以及通过动作控制器使三维测定器动作，并处理由三维测定器所取得的测定数据，求出被测定物的尺寸和形状等的主机。并且，仿形探头的行进速度和测定数据的采样间隔等，预先被设定并输入到主机中。
在这样的结构中，通过动作控制器及主机的控制，仿形探头以已经设定好的行进速度，对被测定物表面进行仿形扫描，以预定的采样间隔取得测定数据。由该测定数据进行被测定物的形状分析。
但是，会产生以下的问题：当使仿形探头行进的行进速度和取得测定数据的采样间隔被按照预先设定的预定值固定时，将导致以因被测定物表面的状态而不合适的行进速度和采样间隔来进行仿形测定。例如，在被测定物表面的凹凸小的情况下，如果被固定在仿形速度较慢的值，则会花费不必要的测定时间，反之，在被测定物表面的凹凸大的情况下，如果以设定好的行进速度进行仿形扫描，则在仿形扫描的过程中容易发生压入过度或脱离等错误。另外，在被测定物表面的凹凸小的情况下，如果以固定的采样间隔取得数据，则数据将会过多，反之，在被测定物表面的凹凸大的情况下，如果以设定好的采样间隔取得数据，则估量形状所必要的数据将不足。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种表面仿形测定装置、表面仿形测定方法、表面仿形测定程序以及记录了该程序的记录介质，能够根据被测定物表面的状态，适当地调整仿形速度和采样间隔等测定条件，从而缩短测定时间，或者提高测定精度。
本发明的表面仿形测定装置的特征在于，包括：仿形探头，具有检测部，检测沿着被测定物表面的法线方向的、与上述被测定物表面的相对位置，并且，在将上述检测部和上述被测定物表面的上述相对位置，保持在以预先设定的基准位置为中心的预定范围内的状态下，仿形扫描上述被测定物表面；移动装置，使上述仿形探头移动；测定数据存储部，以预定的采样间隔，对上述检测部的输出和上述移动装置的驱动量进行采样，并作为测定数据进行存储；测定条件确定部，包括根据上述测定数据判断上述被测定物表面的表面状态的表面状态判断装置，并根据上述表面状态的判断结果，对包括使上述仿形探头行进的行进速度和上述采样间隔的测定参数、以及包括控制增益的控制参数这两个参数中的至少一个参数进行确定或调整，来确定合适的测定控制条件；仿形矢量指令部，发出根据上述行进速度使上述仿形探头行进的仿形矢量的指令；以及驱动控制装置，按照上述仿形矢量和上述控制参数，对上述移动装置进行驱动控制。
通过这样的结构，能够由表面状态判断装置来判断被测定物的表面状态，例如，判断被测定物表面的凹凸的程度。
并且，能够根据被测定物表面的状态，适当地对控制仿形测定的测定参数和控制参数进行确定或调整。
这里，作为测定参数，还包括以预定时间间隔或预定距离间隔，取得使仿形探头行进的行进速度和测定数据的采样间隔等各种参数。另外，作为控制参数，还包括仿形控制参数和伺服控制参数，仿形控制参数中，还包括在仿形矢量指令部中生成仿形矢量时确定仿形控制的跟踪性的仿形控制增益，伺服控制参数中，还包括驱动控制装置的伺服控制回路中的位置回路增益和速度回路增益等伺服控制增益、相位超前或相位滞后等相位补偿要素或前馈补偿要素等。
例如，如果被测定物表面的凹凸大，则测定开始时所确定的标准的行进速度，或此后所调整的行进速度被调整为低速，如果被测定物表面的凹凸小，则同样地将行进速度确定或调整为高速。这样，如果根据被测定物的状态来确定或调整仿形探头的行进速度，则即使被测定物表面的凹凸大，也不容易发生仿形探头的压入过度或者从被测定物表面脱离的错误；或者，如果被测定物表面的凹凸小，则由于仿形探头高速行进，所以，能够极大地缩短测定时间。
另外，例如，如果被测定物表面的凹凸大，则将测定开始时所确定的标准的采样间隔，或此后所调整的采样间隔调整得窄一些；如果被测定物表面的凹凸小，则同样地将采样间隔确定或调整得宽一些。这样，如果根据被测定物表面的状态来确定或调整采样间隔，则能够避免因在进行形状分析时测定数据过少而无法进行准确的形状分析的事态发生。另外，由于不会过多地取得测定数据，所以，能够以适当的时间来进行仿形测定，从而缩短测定时间。
另外，不管该采样间隔是仿形探头行进的预定距离间隔，还是预定时间间隔，都可以根据被测定物的表面状态和测定数据的分析内容，任意地确定或变更。
另外，例如，如果被测定物表面的凹凸大，则将测定开始时所确定的标准的伺服控制增益，或此后所调整的伺服控制增益调整得高一些；如果被测定物表面的凹凸小，则同样地将伺服控制增益确定或调整得低一些。这样，如果根据被测定物表面的状态来确定或调整伺服控制增益，则在进行仿形测定时被测定物表面的凹凸大的情况下，由于驱动控制装置的跟踪性提高，所以，不容易发生仿形探头的压入过度或者从被测定物表面脱离的错误；或者，如果被测定物表面的凹凸小，则由于驱动控制装置的稳定性提高，所以，所采样的测定数据的精度提高。
这里，作为仿形矢量指令部，可以生成自行仿形矢量并发出指令，也可以根据基于预先输入的形状数据所生成的轨道(预定路径)，生成轨道仿形矢量并发出指令。另外，当由测定条件确定部确定行进速度时，仿形矢量指令部，生成包括由测定条件确定部所确定的行进速度，使仿形探头行进的仿形矢量并发出指令。生成该仿形矢量时，如果根据被测定物表面的状态来确定或调整仿形控制增益，则在进行仿形测定时被测定物表面的凹凸大的情况下，由于仿形控制的跟踪性提高，所以，不容易发生仿形探头的压入过度或者从被测定物表面脱离的错误；或者，如果被测定物表面的凹凸小，则由于仿形控制的稳定性提高，所以，所采样的测定数据的精度提高。
另外，作为仿形探头的结构，可以是测头接触被测定物表面，由检测传感器检测该接触状态(压入量等)的结构，或者，也可以是在测头和被测定物表面不接触的状态下，由检测传感器检测测头和被测定物表面的距离的结构。作为这样地检测测头和被测定物表面的距离的结构，例如，可以列举用电极板构成测头，检测由测头的电极板和被测定物表面构成的电容器的静电电容的静电电容检测型的测头等。
另外，在伺服控制参数具有移动装置为正交3轴方向等多个的情况下，可以分别对每个轴确定或调整参数，也可以对所有轴共同地确定或调整参数。
另外，当作为仿形控制参数，具有高度方向和压入方向等多个参数的情况下，可以分别确定或调整参数，也可以对所有参数共同地进行确定或调整。
这样，由于在合适的测定控制条件下，适当地控制仿形探头，所以，能够稳定且高速地进行仿形测定。
这里，所谓伺服，狭义地说是指由位置或角度的反馈导致的闭环控制，但在本发明中，也可以不是闭环控制，例如，即使是使用了脉冲电机等的开环控制等，在本发明的实施中也没有问题。因此，将能够进行预定精度的位置控制的系统的参数称作伺服控制参数。
在本发明中，上述的表面状态，优选为曲率半径、粗糙度、弯曲、以及沿上述仿形探头的行进方向的上述被测定物表面的表面方向变化率中的至少任意一个。
这里，表面方向变化率是指，在仿形探头沿被测定物表面方向行进时，在被测定物表面的凹部，仿形探头沿下降方向(负角度)前进；在凸部仿形探头沿上升方向(正角度)前进。作为这时被称作行进方向角度的变化率，表面方向变化率大的地方的例子，具有被测定物的边缘部(锐角部)等；作为表面方向变化率小的地方的例子，具有被测定物的平坦部等。在表面方向连续地沿一个角度方向变化的特殊的情况下，将被测定物表面推断为弯曲的曲面，求其曲率半径，并能够由该曲率半径来代表该被测定物表面的表面状态。
在由包括粗糙度和弯曲的表面性状来代表被测定物表面的表面状态的情况下，能够使用被用于粗糙度和弯曲的各种粗糙度/弯曲参数。
在这样的结构中，例如，根据已经取得的测定数据等来计算曲率半径。然后，由所求得的曲率半径，判断被测定物表面的弯曲程度等，并根据该曲率半径，例如确定或调整行进速度。
如果这样根据扫描地点的曲率半径，时刻地调整行进速度，则总能保持适当的行进速度，例如，即使被测定物表面的弯曲大时，也不会发生压入过度或从被测定物表面脱离的错误，另外，当被测定物表面的弯曲小时，由于能够高速行进，所以，能够以较短的时间进行测定。
这里，行进速度和采样间隔等测定参数、以及伺服控制增益和仿形控制增益等控制参数，优选为记录在存储了与表面状态的对应关系的参照表等中，例如，优选为在行进速度参照表中，设定这样的相对关系：如果曲率半径小，则使行进速度小；如果曲率半径大，则使行进速度大。通过该结构，能够根据表面状态的判断结果，直接确定或调整测定参数或伺服控制参数，所以，能够高速地进行对应于被测定物的表面状态的合适的测定控制。
或者，也可以将与表面状态的对应关系作为函数关系，来定义各参数。
本发明优选为还具有求出上述相对位置相对于上述基准位置的位置偏差的相对位置判断部，并优选为还具有根据上述相对位置判断部的判断结果，切换测定模式的测定模式切换部。
通过这样的结构，能够根据所求得的位置偏差的值，将当前的测定模式切换成另一测定模式，因此，能够进行精度和可靠性更高的测定。例如，在位置偏差过大的情况下或过小的情况下，测定参数或控制参数有可能不适当，所以，也可以进行将测定暂时中断，通过手动来修正测定参数或控制参数，使用新的参数重新开始测定等的测定模式切换。
另外，上述相对位置判断部的判断，还可以进行位置偏差和赋予该位置偏差的临界值的临界位置偏差的比较判断，进而，还可以进行考虑了经过时间或经过距离的比较。例如，在仿形探头的行进中，当位置偏差在预定时间或预定距离以上连续地超过了临界位置偏差的情况下，也可以切换测定模式。另外，还可以根据位置偏差和临界位置偏差两者之差的统计量，来切换测定模式。例如，在位置偏差和临界位置偏差两者之差的预定距离的平均值超过了预定值的情况下，也可以切换测定模式。另外，还可以根据位置偏差和临界位置偏差两者之差的增加倾向或减少倾向，来切换测定模式。
另外，临界位置偏差可以设定为基准位置的上侧(正侧)和下侧(负侧)中的任意一侧，也可以设定为两者。另外，也可以设定多个临界位置偏差。
这里，在要切换的测定模式方面没有特别限制，除了手动参数修正以外，还可以是仿形模式的切换、测头的更换、仿形探头的更换、倾斜或旋转等工件放置姿势的变更、温度等表面仿形测定装置设置环境的变更、以及预定时间的测定中断等任何的测定模式切换。另外，测定模式切换，可以是变更测定参数或控制参数与被测定物的表面状态的对应关系，也可以是修正临界位置偏差或基准位置本身，来确定最佳值的内部处理。另外，这些测定模式切换不管是自动处理、还是手动处理都一样。总之，只要是用于改善测定精度或测定所需要的时间等测定性能的切换即可。
本发明优选为上述相对位置判断部，还进行上述位置偏差和临界位置偏差的临界比较判断，上述测定模式切换部，根据上述临界比较判断的判断结果，使上述仿形探头返回到存储在上述测定数据存储部中的过去的测定数据的位置，并且，变更上述测定参数或上述控制参数中的至少一个参数。
这里，可以列举例如在位置偏差超过了临界位置偏差时，相对位置判断部，判断为仿形探头相对于被测定物表面压入过度、或仿形探头从被测定物表面脱离，并判定为错误。
在仿形探头处于压入过度或脱离的状态，被判定为错误的情况下，由测定模式切换部使仿形探头返回，所以，能够防止仿形探头的破损等，并且，能够自动地继续测定，而不会陷入不能测定的状态。
而且，在发生错误判定的区域，例如被认为被测定物的表面凹凸大，所以，仿形探头回到正常取得的最新的数据位置，另外，通过例如将作为测定参数之一的行进速度变更为低速并重新开始仿形扫描，此后能够进行适合的表面仿形扫描。
另外，还可以在根据错误判定使仿形探头返回之后，例如降低测定参数中的行进速度，并增大或缩小采样间隔。于是，就能够取得对应于被测定物的表面凹凸的适当的测定数据。
或者，也可以在根据错误判定使仿形探头返回之后，变更仿形控制增益或伺服控制增益等控制参数，由此，就能够防止仿形探头成为压入过度或脱离状态。
这里，错误判定除了位置偏差和临界位置偏差的大小比较以外，还可以根据考虑了经过时间或经过距离的比较、基于位置偏差的统计量的比较、基于位置偏差的增加倾向或减少倾向的比较等中的任意一种比较来进行判断。
另外，临界位置偏差，可以设定在基准位置的上侧(正侧)和下侧(负侧)中的任意一侧，也可以设定为两者。另外，也可以设定多个临界位置偏差。
本发明优选为包括轨道生成部，根据预先输入的被测定物的形状数据，生成进行仿形扫描的预定路径，上述仿形矢量指令部，具有自行仿形矢量生成部，根据当前时刻的上述相对位置自动生成下一个仿形矢量；以及轨道仿形矢量生成部，生成使上述仿形探头沿着由上述轨道生成部所生成的上述预定路径进行仿形扫描的仿形矢量，上述相对位置判断部，还进行上述位置偏差和临界位置偏差的临界比较判断，上述测定模式切换部，根据上述临界比较判断的判断结果，进行由上述轨道仿形矢量生成部进行的轨道仿形，以及由上述自行仿形矢量生成部进行的自行仿形的切换控制。
通过这样的结构，在位置偏差超过了临界位置偏差的情况下，判定为错误，在没有错误判定时，沿着预先由轨道生成部所生成的轨道执行仿形扫描，所以，能够高速地进行仿形扫描。另一方面，在有错误判定的情况下，判断为轨道仿形扫描不适当，通过自行仿形，一边自行地探索被测定物，一边执行仿形扫描。
这里，错误判定除了位置偏差和临界位置偏差的大小比较以外，还可以根据考虑了经过时间或经过距离的比较、基于位置偏差的统计量的比较、基于位置偏差的增加倾向或减少倾向的比较等中的任意一种比较来进行判断。
另外，临界位置偏差，可以设定为基准位置的上侧(正侧)和下侧(负侧)中的任意一例，也可以设定为两者。另外，也可以设定多个临界位置偏差。
在本发明中，优选为包括轨道生成部，根据预先输入的被测定物的形状数据，生成进行仿形扫描的预定路径，上述仿形矢量指令部，具有轨道仿形矢量生成部，生成使上述仿形探头沿着由上述轨道生成部所生成的上述预定路径进行仿形扫描的仿形矢量，上述相对位置判断部，还进行上述位置偏差和临界位置偏差的临界比较判断，上述测定模式切换部，根据上述临界比较判断的判断结果，修正上述预定路径。
通过这样的结构，在位置偏差超过了临界位置偏差的情况下，判定为错误，即使在有错误判定的情况下，由于根据错误判定来修正仿形扫描的路径，所以，能够沿着该修正好的路径来执行轨道仿形。于是，即使在发生压入过度等错误的情况下，也能继续进行仿形扫描，并继续进行沿着预先计算出的机构的轨道仿形，所以，通过高速的仿形扫描，仿形扫描在短时间内结束，测定效率提高。
这里，作为仿形扫描路径的修正，例如，可以在位置偏差小于负侧的临界位置偏差的情况下，判断为仿形探头压入过度，将路径向外侧移动预定量；在位置偏差大于正侧的临界位置偏差的情况下，判断为仿形探头压入不足，将路径向内侧移动预定量。或者，还可以根据形状数据，对偏移预定量后所生成的预定路径，增加或减少该偏移，重新生成预定路径。
这里，错误判定除了位置偏差和临界位置偏差的大小比较以外，还可以根据考虑了经过时间或经过距离的比较、基于位置偏差的统计量的比较、基于位置偏差的增加倾向或减少倾向的比较等中的任意一种比较来进行判断。
另外，临界位置偏差，可以设定为基准位置的上侧(正侧)和下侧(负侧)中的任意一侧，也可以设定为两者。另外，也可以设定多个临界位置偏差。
本发明优选为上述测定模式切换部，根据上述位置偏差来调整上述测定参数和上述控制参数中的至少一个。
通过这样的结构，能够根据位置偏差的大小，来调整例如行进速度、仿形控制增益或伺服控制增益等，所以，在出现仿形探头对被测定物表面的压入过度、压入不足或者脱离等致命的异常之前，修正仿形探头的位置，正常地继续进行仿形扫描。
这里，例如在根据位置偏差的大小来调整行进速度的情况下，可以在位置偏差的绝对值增大时，降低行进速度；在位置偏差的绝对值减小时，增加行进速度。另外，在根据位置偏差的大小来调整控制增益的情况下，可以在位置偏差的绝对值增大时，使仿形控制增益或伺服控制增益增加；在位置偏差的绝对值减小时，使仿形控制增益或伺服控制增益减小。因为在任何情况下都能改善伴随仿形探头的行进的仿形控制的应答性，所以，位置偏差的变动变小，能够进行稳定且高速的扫描。
另外，在根据位置偏差的大小来调整参数的情况下，未定需要呈比例关系，可以具有适当的相关关系地进行调整，也可以根据例如二次函数等的函数关系，来调整行进速度。另外，预先准备记述了位置偏差和参数值的对应关系的表，如果按照该表调整参数，则也可以使调整处理高速化。
本发明优选为上述测定条件确定部，根据上述行进速度，来调整上述控制参数。
通过这样的结构，能够根据表面状态的判断结果，确定或调整测定参数或控制参数，还能够根据作为这些调整结果的仿形探头的行进速度，调整生成仿形矢量时所使用的压入控制增益等仿形控制参数，或在驱动控制装置中所设定的伺服控制增益等伺服控制参数，所以，能够在更适合的条件下进行仿形探头的扫描。
例如，在被测定物表面的曲率半径小，结果，仿形探头的行进速度降低了的情况下，通过进一步增加仿形控制增益或伺服控制增益，来提高仿形探头对被测定物表面的跟踪性能。就是说，能够准确地进行被测定物表面的局部跟踪，例如，有利于进行准确的拐小弯。
另外，在被测定物表面的曲率半径大，结果，仿形探头的行进速度增加了的情况下，通过进一步降低仿形控制增益或伺服控制增益，来提高仿形探头对被测定物表面的跟踪稳定性能。就是说，能够减少干扰的影响，进行振动少的稳定的仿形探头的行进控制。
本发明优选为包括测定条件存储部，存储预先设定输入的指定区域，以及作为该指定区域内的测定条件的上述测定参数和上述控制参数中的至少一个参数；以及指定区域判断部，判断上述仿形探头的当前的扫描地点是否在上述指定区域内，当由上述指定区域判断部断定出当前的扫描地点在上述指定区域内的情况下，上述仿形矢量指令部，根据存储在上述测定条件存储部中的参数，发出上述仿形矢量的指令，并且，上述测定数据存储部，根据存储在上述测定条件存储部中的参数，对上述测定数据进行采样。
通过这样的结构，预先设定指定区域，在该指定区域内，仿形探头按照预先设定的值执行行进速度和采样间隔等测定参数或控制参数。于是，例如通过在被测定物表面中，局部地将曲率半径小的区域指定为指定区域，指定对应于该指定区域的测定参数或控制参数，能够防止发生仿形探头的压入过度、压入不足或脱离这样的异常。或者，通过与要在被测定物表面中精密测定的区域一起，指定例如狭窄的采样间隔(指定间隔)，从而比其他区域更精密地测定预定的区域。于是，与精密地测定总体的情况等相比，能够缩短测定时间。
另外，不必指定所有被指定的区域的测定参数和控制参数，未指定的参数，也可以使用由测定条件确定部所确定或调整的参数。
另外，在指定了指定区域中的伺服控制参数的情况下，在该指定区域内，由驱动控制装置根据所指定的伺服控制参数来控制系统。
在本发明中，在从指定区域脱离时，可以返回到进入指定区域之前的各参数或预定的初始参数，或者，也可以继续维持脱离时的参数，根据此后的合适的测定控制条件，来确定或调整参数。
本发明优选为当通过确定或调整，更新了上述测定参数和上述控制参数时，平稳地进行从该已更新的参数的旧值向新值的转变。
通过这样的结构，在通过确定或调整来更新参数值时，对从参数的旧值向新值的转变实施平稳的处理。
例如，在将仿形探头的行进速度从Va更新为Vb时，不是将行进速度从Va一下切换到Vb，而是在预定时间内使行进速度慢慢地接近Vb，从而能够防止控制系统的不必要的振动的发生，其结果，能够防止移动装置的振动的发生。一般说来，由于当移动装置发生振动时，该振动会传递到整个测定装置，所以，在该振动达到收敛的期间，容易造成仿形测定不稳定，但由于通过本发明，能够防止这样的不必要的振动的发生，所以，能够提高进行了仿形测定的测定数据的精度和可靠性。在更新伺服控制增益等时，也能获得同样的效果。
另外，作为平稳处理，例如，在更新行进速度时，除了在Va和Vb之间平滑地进行线性间插以外，还可以逐渐地变更速度的变化率。
另外，在转变多个参数时，可以分别独立地进行各参数的平稳处理，也可以相互同步地进行平稳处理。
本发明的表面仿形测定装置的特征在于，包括：仿形探头，具有检测沿着被测定物表面的法线方向的、与上述被测定物表面的相对位置的检测部，并且，在将上述检测部和上述被测定物表面的上述相对位置，保持在以预先设定的基准位置为中心的预定范围内的状态下，仿形扫描上述被测定物表面；移动装置，使上述仿形探头移动；测定数据存储部，以预定的采样间隔，对上述检测部的输出和上述移动装置的驱动量进行采样，并作为测定数据进行存储；相对位置判断部，求出上述相对位置相对于上述基准位置的位置偏差；测定条件确定部，根据上述位置偏差，对包括使上述仿形探头行进的行进速度和上述采样间隔的测定参数，以及包括控制增益的控制参数中的至少一个参数进行确定或调整，来确定合适的测定控制条件；仿形矢量指令部，发出根据上述行进速度使上述仿形探头行进的仿形矢量的指令；以及驱动控制装置，按照上述仿形矢量和上述控制参数，对上述移动装置进行驱动控制。
通过这样的结构，在仿形探头扫描被测定物表面时，由相对位置判断部比较位置偏差，判断仿形探头对被测定物表面的跟踪性。
并且，根据位置偏差的状态或跟踪性的状态，适当地确定或调整控制仿形测定的测定参数或控制参数。
这里，作为测定参数，还可以包括以预定时间间隔或预定距离间隔取得使仿形探头行进的行进速度或测定数据的采样间隔等各种参数。另外作为控制参数，还可以包括仿形控制参数和伺服控制参数，在仿形控制参数中，也可以包括由仿形矢量指令部生成仿形矢量时确定仿形控制的跟踪性的仿形控制增益；在伺服控制参数中，也可以包括驱动控制装置的伺服控制回路中的位置回路增益和速度回路增益等伺服控制增益，以及相位超前或相位滞后等相位补偿要素或前馈补偿要素等。
例如，如果在仿形探头行进时，产生压入过度、压入不足或脱离等倾向，则测定开始时所设定的初始值的行进速度、或此后所调整的行进速度被调整为低速。如果位置偏差的变动小，跟踪性良好，则同样将行进速度确定或调整为高速。这样，如果按照伴随仿形探头的行进的跟踪性，来确定或调整行进速度，则不容易发生仿形探头的压入过度、压入不足或者从被测定物表面脱离的错误；或者，如果仿形探头的跟踪性良好，则由于仿形探头高速行进，所以，测定时间能极大地缩短。
另外，例如如果位置偏差的变动大，仿形探头的跟踪不好，则测定开始时所设定的初始值的采样间隔、或者此后所调整的采样间隔被调整得窄一些；如果仿形探头的跟踪良好，则同样将采样间隔确定或调整得宽一些。这样，如果按照仿形探头的跟踪性确定或调整采样间隔，则能够避免因在进行形状分析时测定数据过少而无法进行准确的形状分析的事态发生。另外，由于不会过多地取得测定数据，所以，能够以适当的时间执行仿形测定，缩短测定时间。
另外，不管该采样间隔是仿形探头所行进的预定距离间隔，还是预定时间间隔，都可以根据被测定物的表面状态或测定数据的分析内容，任意地确定或变更。
进而，例如，如果位置偏差变动大，仿形探头的跟踪不好，则将测定开始时所设定的初始值的伺服控制增益、或此后所调整的伺服控制增益调整得高一些，如果位置偏差的变动小，仿形探头的跟踪良好，则同样将伺服控制增益确定或调整得低一些。这样，如果根据位置偏差来判断仿形探头的跟踪性，并根据其判断结果来确定或调整伺服控制增益或仿形控制增益，则在进行仿形测定时，驱动控制装置的跟踪性或仿形控制的跟踪性提高，不容易发生仿形探头的压入过度或者从被测定物表面脱离的错误，或者，驱动控制装置的稳定性提高，进行了采样的测定数据的精度也提高。
这里，作为仿形矢量指令部，可以生成自行仿形矢量并发出指令，也可以根据基于预先输入的形状数据所生成的轨道(预定路径)，生成轨道仿形矢量并发出指令。另外，当由测定条件确定部确定行进速度时，仿形矢量指令部，生成包括由测定条件确定部所确定的行进速度，使仿形探头行进的仿形矢量并发出指令。
另外，作为仿形探头的结构，可以是测头接触被测定物表面，由检测传感器检测该接触状态(压入量等)的结构，或者，也可以是在测头和被测定物表面不接触的状态下，由检测传感器检测测头和被测定物表面的距离的结构。作为这样地检测测头和被测定物表面的距离的结构，例如，可以列举用电极板构成测头，检测由测头的电极板和被测定物表面构成的电容器的静电电容的静电电容检测型的测头等。
另外，在伺服控制参数具有移动装置为正交3轴方向等多个的情况下，可以分别对每个轴确定或调整参数，也可以对所有轴共同地确定或调整参数。
另外，当作为仿形控制参数，具有高度方向和压入方向等多个参数的情况下，可以分别确定或调整参数，也可以对所有参数共同地进行确定或调整。
这样，由于在合适的测定控制条件下，适当地控制仿形探头，所以，能够稳定且高速地进行仿形测定。
这里，所谓伺服，狭义地说是指由位置或角度的反馈导致的闭环控制，但在本发明中，也可以不是闭环控制，例如，即使是使用了脉冲电机等的开环控制等，在本发明的实施中也没有问题。因此，将能够进行预定精度的位置控制的系统的参数称作伺服控制参数。
本发明的表面仿形测定方法是一种通过移动装置使仿形探头移动，来仿形测定被测定物表面的表面仿形测定方法，所述仿形探头具有检测沿被测定物表面的法线方向的、与上述被测定物表面的相对位置的检测部，并且，在将上述检测部和上述被测定物表面的上述相对位置，保持在以预先设定的基准位置为中心的预定范围内的状态下，仿形扫描上述被测定物表面，所述表面仿形测定方法的特征在于，包括：测定数据存储步骤，以预定的采样间隔，对上述检测部的输出和上述移动装置的驱动量进行采样，并作为测定数据进行存储；根据上述测定数据，判断上述被测定物表面的表面状态的表面状态判断步骤，以及求出上述相对位置相对于上述基准位置的位置偏差的相对位置判断步骤中的至少一个步骤；测定条件确定步骤，根据上述表面状态判断步骤的判断结果，或者上述相对位置判断步骤的判断结果，对包括使上述仿形探头行进的行进速度和上述采样间隔的测定参数，以及包括控制增益的控制参数中的至少一个参数进行确定或调整，来确定合适的测定控制条件；仿形矢量指令步骤，发出根据上述测定条件确定步骤的确定使上述仿形探头行进的仿形矢量的指令；以及驱动控制步骤，按照上述仿形矢量和上述控制参数，对上述移动装置进行驱动控制。
如果采用这样的结构，则能够起到与上述发明相同的作用和效果。即，根据被测定物表面的状态或仿形探头对被测定物表面的跟踪性，确定或调整测定参数或控制参数。例如，如果被测定物表面的凹凸大、或者根据位置偏差判断为跟踪性不好，则将行进速度调整为低速，所以，不容易发生仿形探头的压入过度、压入不足或从被测定物表面脱离的异常现象。另外，如果被测定物表面的凹凸小、或者根据位置偏差判断为跟踪性良好，则将行进速度调整为高速，所以，能够极大地缩短测定时间。同样，能够根据被测定物表面的状态或仿形探头对被测定物表面的跟踪性，适当地确定或调整其他测定参数和控制参数，作为总体进行稳定且高效的仿形测定。
本发明的计算机可读取的表面仿形测定程序的特征在于：将计算机细入通过移动装置使仿形探头移动，来仿形测定被测定物表面的表面仿形测定装置，使该计算机具有作为下列各部的功能，所述仿形探头具有检测沿被测定物表面的法线方向的、与上述被测定物表面的相对位置的检测部，并且，在将上述检测部和上述被测定物表面的上述相对位置，保持在以预先设定的基准位置为中心的预定范围内的状态下，仿形扫描上述被测定物表面，测定数据存储部，以预定的采样间隔，对上述检测部的输出和上述移动装置的驱动量进行采样，并作为测定数据进行存储；根据上述测定数据，判断上述被测定物表面的表面状态的表面状态判断装置，以及求出上述相对位置相对于上述基准位置的位置偏差的相对位置判断部中的至少一个；测定条件确定部，根据上述表面状态判断装置的判断结果，或者上述相对位置判断部的判断结果，对包括使上述仿形探头行进的行进速度和上述采样间隔的测定参数，以及包括控制增益的控制参数中的至少一个参数进行确定或调整，来确定合适的测定控制条件；仿形矢量指令部，发出根据上述测定条件确定部的确定使上述仿形探头行进的仿形矢量的指令；以及驱动控制装置，按照上述仿形矢量和上述控制参数，对上述移动装置进行驱动控制。
本发明的记录媒体的特征在于：记录了上述表面仿形测定程序。
通过这样的结构，能够起到与上述发明相同的作用和效果。进而，由于将程序构成为，组入具有CPU(中央处理装置)和存储器(存储装置)的计算机，使该计算机具有作为上述各功能装置或各功能部的功能，所以，能够容易地变更各功能装置(功能部)中的参数。例如，变更测定条件确定部的测定条件的确定方法以及测定条件存储部的指定区域和测定条件等也很容易。
并且，可以将记录了该程序的记录介质直接或间接地装入计算机来安装程序，也可以将读取记录介质的信息的读取装置外加到计算机上，从该读取装置将程序安装到计算机中。另外，还可以通过互联网、LAN电缆、电话线等通信线路或无线电，将程序提供给计算机并安装。
另外，记述程序的语言可以是任何一种语言，不管是汇编程序、编译程序，还是文件形式、图解形式都可以，作为语言处理状态，则不管是源码、还是翻译形式的中间代码、目标代码也都可以。
附图说明
图1是表示在本发明的实施例1中，测定系统的整体结构的图。
图2是表示在实施例1中，仿形探头进行仿形扫描的情形，以及机械坐标系、工作坐标系及探头坐标系的关系的图。
图3是在实施例1中，测定系统的功能框图。
图4是表示在实施例1中，仿形矢量指令部的结构的图。
图5是说明在实施例1中，生成自行仿形矢量的情形的图。
图6是表示在实施例1中，压入量和行进速度的调整的关系的图。
图7是表示在实施例1中，高度偏移和行进速度的调整的关系图。
图8是表示在实施例1中，测定条件确定部的结构的图。
图9是表示在实施例1中，被测定物表面的曲率半径和行进速度的关系的图。
图10是表示在实施例1中，被测定物表面的曲率半径和采样间隔的关系的图。
图11是表示在实施例1中，表面仿形测定方法的程序的流程图。
图12是表示在实施例1中，初始选择的程序的流程图。
图13是表示在实施例1中，仿形测定的程序的流程图。
图14是表示在实施例1中，重试动作的程序的流程图。
图15是表示在实施例1中，一边调整行进速度，一边由仿形探头仿形扫描被测定物表面的情形的图。
图16是表示在实施例1中，一边调整采样间隔，一边由仿形探头仿形扫描被测定物表面的情形的图。
图17是在本发明的实施例2中，测定系统的功能框图。
图18是表示在实施例2中，仿形矢量指令部的结构的图。
图19是表示在实施例2中，生成轨道的情形的图。
图20是表示在实施例2中，初始选择的程序的流程图。
图21是表示在实施例2中，仿形测定的程序的流程图。
图22是在本发明的实施例3中，测定系统的功能框图。
图23是表示在实施例3中，仿形测定的程序的流程图。
图24是表示使行进速度阶梯状变化的情形的图。
具体实施方式
以下，与图示本发明的实施例一起，参照对图中的各要素所添加的标号进行说明。
<实施例1>
[测定系统的结构]
作为本发明的实施例1，图1表示作为使用了三维测定器的表面仿形测定装置的测定系统。
测定系统100包括：三维测定器1，对三维测定器1的动作进行手动操作的操作部3，执行三维测定器1的驱动控制的动作控制器4，将预定的指令提供给动作控制器4、并执行被测定物W的形状分析等运算处理的主机5，输入测定条件等的输入装置7，以及输出测定结果的输出装置6。
三维测定器1包括：底座11，设立在底座11上、使仿形探头2三维移动的驱动机构(移动装置)12，以及检测驱动机构12的驱动量的驱动传感器13(参照图3)。
驱动机构12被设置成，使能够向Ym轴方向滑动的门型框121的横梁122向Xm方向滑动，并包括在Zm轴方向上具有导轨的立柱123，被设置成在该立柱123内测量轴124能够沿Zm轴方向滑动。并且，仿形探头2被保持在测量轴124的下端。
这里，由驱动机构12的Xm轴方向、Ym轴方向、Zm轴方向来规定机械坐标系(参照图1)。
驱动机构12的Xm轴、Ym轴、Zm轴是相互正交的驱动轴，由门型框121、立柱123以及测量轴124构成滑动构件。
虽然未在图中示出，但驱动传感器13包括：检测向门型框121的Ym轴方向的移动的Ym轴传感器，检测向立柱123的Xm轴方向的移动的Xm轴传感器，以及检测向测量轴124的Zm轴方向的移动的Zm轴传感器。驱动传感器13的检测结果，经由动作控制器4输出给主机5。
如图2的概略结构所示，仿形探头2包括：在前端具有接触部(测头)22的触针21，以及能够在一定的范围内沿着Xp方向、Yp方向、Zp方向滑动地支撑触针21的基端的支撑部23。
支撑部23包括：具有能够沿相互正交的方向移动的Xp滑块、Yp滑块以及Zp滑块的滑动机构(图中未示出)，以及检测滑动机构的各轴方向的位移量、并输出所检测到的位移量的探头传感器24(参照图3)。触针21通过滑动机构能够在一定范围内对支撑部23滑动地支撑着，并且，施加预定的压力，使得向原点返回。
虽然未在图中特别示出，但探头传感器(检测部)24包括：检测触针21向Xp方向的移动的Xp方向传感器，检测触针21向Yp方向的移动的Yp方向传感器，以及检测触针21向Zp方向的移动的Zp方向传感器。由探头传感器24检测到的触针21的位移量，经由动作控制器4输出给主机5。
这里，由具有接触部22的触针21以及支撑部23构成检测部。
这里，由滑动机构的Xp方向、Yp方向、Zp方向来规定探头坐标系(参照图2)。
另外，如图2所示，以放置在底座11上的被测定物W的面S为基准，规定工作坐标系。工作坐标系，例如将在由被测定物W的预定的面S上的指定的3点所确定的平面内，相互正交的方向规定为Xw方向和Yw方向，将该平面的法线规定为Zw方向。
操作部3包括：作为手动操作仿形探头2的移动的手动操作部件的操纵杆32，选择指示移动方向时的坐标系的坐标系选择开关(坐标系选择装置)34，以及选择使仿形探头2的移动固定的轴的固定轴选择开关(轴选择装置)35。通过操作坐标系选择开关34，来切换选择机械坐标系和工作坐标系。另外，固定轴选择开关35包括：x轴固定开关、y轴固定开关、以及z轴固定开关，禁止仿形探头2沿所选择出的轴方向移动。例如，当选择x轴固定开关时，仿形探头2的移动方向被限制在YZ面内。另外，各轴的方向遵照由坐标系选择开关34所选择出的坐标系(机械坐标系或工作坐标系)。
图3表示测定系统的功能框图。
动作控制器4包括：计数三维测定器1的驱动量的计数器部41，设定预定的坐标系的坐标系设定部42，输出使仿形探头2在被测定物表面进行仿形移动的矢量指令的仿形矢量指令部44，以及根据来自仿形矢量指令部44的仿形矢量指令，对驱动机构(移动装置)12进行驱动控制的驱动控制电路(驱动控制装置)45。
计数器部41包括：计数从驱动传感器13所输出的脉冲信号、并测量驱动机构12的驱动量的驱动计数器411，以及计数从探头传感器24所输出的脉冲信号、并将触针21的滑动量作为压入量测量的探头计数器415。虽然未在图中特别示出，但驱动计数器411具有计数由驱动传感器13所检测到的各轴方向(Xm、Ym、Zm轴方向)的输出的各轴方向的计数器，另外，探头计数器415具有计数由探头传感器24所检测到的各轴方向(Xp、Yp、Zp轴方向)的输出的各轴方向的计数器。
坐标系设定部42，设定并输入机械坐标系和工作坐标系的坐标轴，并且，按照坐标系选择开关34的输入操作，切换设定机械坐标系和工作坐标系。坐标系设定部42，将进行了切换设定的坐标系输出给仿形矢量指令部44。另外，机械坐标系在出厂时已被预先设定，而工作坐标系要根据测定对象而重新生成。
如图4所示，仿形矢量指令部44包括：生成使仿形探头2沿着被测定物表面自行地仿形移动的矢量的自行仿形矢量生成部441，以及将仿形矢量转换成机械坐标系下的指令的坐标系变换部446。
自行仿形矢量生成部441包括：生成仿形探头2的行进方向的矢量的行进方向矢量生成部442，生成对被测定物W的压入方向(被测定物表面的法线方向)的矢量的压入方向矢量生成部443，生成离开被规定为测定对象区域的高度的偏差方向的矢量的高度方向矢量生成部444，以及将行进方向矢量、压入方向矢量以及高度方向矢量合成后生成自行仿形矢量的矢量合成部445。
另外，行进方向矢量生成部442，具有调整行进方向的速度的行进速度调整部442A；压入方向矢量生成部443，具有调整压入方向的压入控制增益的压入控制增益调整部443A。
这里，参照图5、图6、图7，简单地说明由自行仿形矢量生成部441生成自行仿形矢量的步骤。另外，作为测定范围，说明在Z坐标被固定为恒定值的平面S内对被测定物表面的轮廓进行自行仿形扫描的情况(参照图5)。
行进方向矢量生成部442，将行进速度VS和行进方向的单位矢量Pu合成，生成行进方向矢量VP。这里，Zu是Z方向的单位矢量，E是探头的压入方向的矢量(等于仿形探头的输出值)。
行进方向矢量 V &RightArrow; p = V S &CenterDot; P &RightArrow; u
其中 P &RightArrow; u = P &RightArrow; | P &RightArrow; |
p &RightArrow; = E &RightArrow; &times; Z &RightArrow; u
压入方向矢量生成部443，用压入方向的单位矢量Eu和压入偏移α，生成压入方向矢量VE。这里，|E|是仿形探头2的输出值，E0是基准压入量(例如，1000μm)。另外，Ve是压入方向的控制增益，由压入控制增益调整部443A根据行进速度VS的大小进行增减。例如，在行进速度VS小的情况下，将压入控制增益Ve调整得大一些。
压入方向矢量 V &RightArrow; E = V e &CenterDot; &alpha; &CenterDot; E &RightArrow; u
其中 &alpha; = | E &RightArrow; | - E 0
E &RightArrow; u = E &RightArrow; | E &RightArrow; |
高度方向矢量生成部444，用高度方向控制的单位矢量HX和高度方向的偏移量γ，生成高度方向矢量VH。
这里，Ch是当前的仿形探头2的高度位置，Zh是被指定为测定区域的固定的Z坐标值。
另外，Vh是高度方向的控制增益。
另外，(Xu、Zu)表示内积。
这里，由压入控制增益Ve和高度控制增益Vh构成仿形控制参数。
高度方向矢量 V &RightArrow; H = V h &CenterDot; &gamma; &CenterDot; H &RightArrow; X
其中 H &RightArrow; X = X &RightArrow; u ( X &RightArrow; u , Z &RightArrow; u )
X &RightArrow; u = P &RightArrow; u &times; E &RightArrow; u
γ＝Ch-Zh
矢量合成部445，将行进方向矢量VP、压入方向矢量VE、以及高度方向矢量VH合成，生成仿形矢量VC。
仿形矢量 V &RightArrow; C = V &RightArrow; P + V &RightArrow; E + V &RightArrow; H
由于这样地生成仿形矢量VC，所以，总是将控制仿形探头2的相对位置，控制得保持在以基准位置为中心的预定范围内。就是说，进行压入量恒定控制。
另外，行进速度VS，还可以由行进速度调整部442A根据压入偏移α和高度偏移γ进行控制，将根据压入偏移α所确定的速度因子SPE，和根据高度偏移γ所确定的速度因子SPH中的较小的一个作为速度因子SPD，与行进速度VS相乘。
这里，图6表示压入量E和速度因子SPE的关系，图7表示高度偏移γ和速度因子SPH的关系。另外，图6中的横轴表示压入量E，根据压入量E和基准压入量E0的关系将其换算成压入偏移α很容易。虽然不做详细说明，但当压入偏移α和高度偏移γ增大时，则将行进速度VS调整得小一些。
附加了基于这样的速度因子SPD的速度控制的行进方向矢量VP，如下所示。其中，θ是Z坐标被固定为恒定值的平面S的法线和触针21所成的角。
行进方向矢量 V &RightArrow; P = SP D &CenterDot; V S &CenterDot; P &RightArrow; u
其中SPD＝min{SPE，SPH}。
SP E = 1.5 - ( E 0 - | E | ) &times; 3 E 0
SP H = 1.5 - ( Z h - C h ) cos &theta; &CenterDot; E 0 &CenterDot; 0.06
另外，当由自行仿形矢量生成部441所生成的矢量，作为工作坐标系上的矢量而生成的情况下，工作坐标系的矢量由坐标系转换部446转换成机械坐标系。这样的变换，采用预定的转换矩阵[A]，由下式表示。这里，VW表示在工作坐标系上所生成的仿形矢量，VM表示将VW转换成机械坐标系的仿形矢量。
V &RightArrow; M = [ A ] V &RightArrow; W
如图3所示，主机5包括：根据相对位置和基准位置的差求出位置偏差，进行该位置偏差和临界位置偏差的比较，并判断仿形探头2的压入量(位置偏差)是否适当的错误判断部(相对位置判断部)51；按照预定的采样间隔取得由驱动计数器411和探头计数器415所计数的数据，并将其作为测定数据存储的测定数据存储部52；根据测定数据存储部52中存储的数据，判断当前的测定位置是否在指定区域内的指定区域判断部53；确定对应于被测定物W的表面状态的仿形矢量的行进速度和采样间隔的测定条件确定部54；存储由输入装置7所设定输入的测定条件等的测定条件存储部55；根据进行了采样的测定数据，分析被测定物W的形状的形状分析部56；以及控制整个主机5的中央运算处理装置57。
错误判断部51，通过位置偏差和临界位置偏差的比较(临界比较判断)，判断仿形探头2的压入状态，当压入量处于错误状态时，输出错误信号。并且，错误判断部51，具有在压入量处于错误状态的情况下，指示返回仿形探头2的位置，重新进行仿形扫描的重试动作的重试动作指令部(测定模式切换部)511。
测定数据存储部52包括：以短周期取得计数器部41的计数值，并暂时存储的控制采样点存储部521；以及从在控制采样点存储部所存储的数据中，按照采样间隔取得数据并长期存储的测定采样点存储部522。
如图8所示，测定条件确定部54包括：判断扫描地点的表面状态的表面状态判断装置541；根据表面状态判断装置541的判断，确定仿形扫描的行进速度的行进速度确定部544；以及根据表面状态判断装置541的判断，确定采样间隔的采样间隔确定部546。
表面状态判断装置541包括：判断扫描地点的被测定物表面的粗糙度(表面性状)的表面性状判断装置542；以及计算扫描地点的被测定物表面的曲率半径的曲率半径计算装置543。
表面性状判断装置542，根据控制采样点存储部521中所存储的数据的离散，判断表面性状，例如，在距离当前的扫描地点数点(例如5点)范围内，根据从对该数点进行了直线回归的线到各数据点的距离，判断表面粗糙度。作为判断，可以列举在距离的最大值超过预定阈值时，判断为“粗糙”，在距离的最大值处于预定阈值以内时，判断为“平滑”等模式。判断的结果被输出给行进速度确定部544和采样间隔确定部546。
曲率半径计算装置543，根据控制采样点存储部521中存储的数据，计算当前的扫描地点的曲率半径(参照图15)。
这里，在计算曲率半径时，例如，可以在距离扫描地点数点(例如5点)范围内，将通过从该数点中所选择出的任意三点的圆的半径看作扫描地点的曲率半径。或者，也可以在距离扫描地点数点(例如5点)范围内，求出用低通滤波器对数据点进行了处理的平滑曲线，根据该平滑曲线计算当前的扫描地点的曲率半径。即，算出扫描地点的平滑曲线的2阶微分系数的倒数即可。另外，还可以根据平滑曲线计算各控制采样点的曲率半径，将这些各控制采样点的曲率半径的平均值看作当前的扫描地点的曲率半径。
所计算出的曲率半径，被输出给行进速度确定部544和采样间隔确定部546。
行进速度确定部544，根据表面性状判断装置542的对表面性状的判断结果以及由曲率半径计算装置543所计算出的曲率半径，确定仿形扫描的行进速度。而且，行进速度确定部544，具有设定了行进速度和由曲率半径计算装置543所计算出的曲率半径的关系的行进速度参照表545。如图9所示，在行进速度参照表545中，例如记录着使行进速度相对于曲率半径R呈指数函数地单调增加，并且，当曲率半径R大于等于预定值(Rmax)时，将行进速度固定为恒定值(Vmax)的关系。另外，作为行进速度V的范围，例如，可以列举从100μm/s到150000μm/s(0.1mm/s～150mm/s)。
首先，行进速度确定部544读出对应于由曲率半径计算装置543所计算出的曲率半径R而设定在行进速度参照表545中的行进速度(基于曲率半径的行进速度)，接着，根据表面性状判断装置542的判断结果，调整从行进速度参照表545中读出的速度(基于曲率半径的行进速度)。例如，在由表面性状判断装置542判断为“粗糙”的情况下，对基于曲率半径的行进速度乘以调整系数ε(ε＜0.5)，在由表面性状判断装置542判断出“平滑”的情况下，对基于曲率半径的行进速度乘以调整系数ξ(0.5≤ξ＜1)。另外，调整系数ε和ξ的值适当地设定即可。由行进速度确定部544所确定的行进速度，被输出给自行仿形矢量生成部441(具体地说，就是行进方向矢量生成部442)。
图15表示对应于曲率半径的变化，来调整行进速度V的情况。
采样间隔确定部546，根据表面性状判断装置542的对表面形态的判断结果以及由曲率半径计算装置543所计算出的曲率半径，确定对测定数据进行采样的采样间隔。并且，采样间隔确定部546，具有设定了采样间隔和由曲率半径计算装置543所计算出的曲率半径的关系的采样间隔参照表547。如图10所示，在采样间隔参照表547中，例如记录着使采样间隔相对于曲率半径R呈一次函数地增加，并且，在曲率半径R大于等于预定值(Rmax)的情况下，将采样间隔固定为恒定值(Lmax)的关系。另外，作为采样间隔，可以列举从0.01mm到10mm。
首先，采样间隔确定部546读出对应于由曲率半径计算装置543所计算出的曲率半径R而设定在采样间隔参照表547中的采样间隔(基于曲率半径的采样间隔)，接着，根据表面性状判断装置542的判断结果，调整基于曲率半径R的采样间隔。例如，在由表面性状判断装置542判断为“粗糙”的情况下，对基于曲率半径的采样间隔乘以调整系数κ(κ＜0.5)，在由表面性状判断装置542判断为“平滑”的情况下，对基于曲率半径的采样间隔乘以调整系数λ(0.5≤λ＜1)。另外，调整系数κ和λ的值适当地设定即可。
然后，采样间隔确定部546，将调整后的采样间隔输出给测定数据存储部52，并且，将比采样间隔短的控制采样间隔一并输出给测定数据存储部52。
不特别限定控制采样间隔的间隔宽度，但可以列举例如为采样间隔的1/5。
图16表示根据曲率半径调整采样间隔的情况。
测定条件存储部55，存储开始测定时预先由输入装置7所输入的测定条件。作为在测定条件存储部55中所设定输入的数据，例如可以列举基准压入量、测定范围、指定区域、指定速度、指定间隔等控制参数，以及驱动控制电路45中设定的包括伺服控制增益等的伺服控制参数、或包括压入控制增益Ve等的仿形控制参数等初始值。
这里，基准压入量(基准位置)，是进行仿形扫描时将仿形探头2压入被测定物表面的量，压入量(相对位置)|E|，对应于探头计数器415的检测值(Xp、Yp、Zp)，由下式给出。
| E &RightArrow; | = X p 2 + Yp 2 + Zp 2
另外，测定范围是被测定物W中要测定的范围，指定区域是为了在测定范围内以预先指定的行进速度和采样间隔进行测定而指定的区域。在该指定区域内，由测定条件确定部55所确定的测定条件不适用。而且，指定速度和指定间隔，是作为初始测定或指定区域的行进速度和采样间隔而被指定的。
[表面仿形测定方法]
接下来，参照图11～图14中的流程，说明表面仿形测定方法。另外，图15和图16表示仿形探头2对被测定物表面进行仿形扫描的情况。
如图11中的流程所示，表面仿形测定方法包括：选择测定模式、或输入测定条件的初始选择步骤(ST100)；通过测定系统100的仿形测定，取得测定数据的仿形测定步骤(ST200)；以及根据由测定所取得的测定数据，进行被测定物的形状分析的步骤(ST300)。另外，形状分析的结果由输出装置6输出。
首先，参照图12中的流程，说明初始选择步骤(图11，ST100)。
在ST101中，通过来自输入装置7的输入操作，选择自行仿形模式。这样，当选择自行仿形模式时，由自行仿形矢量生成部441生成自行仿形矢量，仿形探头2根据该自行仿形矢量的指令，自行对被测定物表面进行仿形扫描。
在ST102中，选择(接通)行进速度自动确定模式，接着，在ST103中，选择(接通)采样间隔自动确定模式。按照行进速度自动确定模式的选择，进行基于由行进速度确定部544所确定的行进速度的自行仿形测定，按照采样间隔自动确定模式的选择，以由采样间隔确定部546所确定的采样间隔，进行测定数据的取得。
在ST104中，用操作部3的坐标系选择开关34选择机械坐标系和工作坐标系中的任意一个。这里，在选择工作坐标系的情况下，同时进行工作坐标系的生成。通过对被测定物表面的指定的三点测定坐标，设由该三点所确定的平面的法线为Zw方向，设平面内相互正交的方向为Xw方向及Yw方向，来生成工作坐标系。将所生成的工作坐标系存储在坐标系设定部42中。
在ST105中，输入测定条件(测定参数)。作为要输入的测定条件，可以列举仿形探头2的基准压入量、初始行进速度、初始采样间隔、测定范围等。
另外，还可以输入图中未示出的伺服控制参数或仿形控制参数等。这里所输入的各种初始测定参数和初始控制参数，作为初始值被提供给测定条件确定部54，并且，在驱动控制电路45中，设定用于控制驱动机构12的控制增益等伺服控制参数。
这里，作为测定范围，可以列举在以一定高度(固定Zw坐标值)进行仿形测定的情况下，将该固定的Zw坐标值作为测定范围输入。
在ST106中，输入指定区域，并且，作为对该指定区域进行仿形测定时的条件，输入指定速度和指定采样间隔。作为指定区域，可以列举对图15所示的测定区域，将X1～X2的范围指定为指定区域。
另外，也可以输入指定区域的各种控制参数。
当初始选择(ST100)结束时，接下来，转移到仿形测定步骤(ST200)。
参照图13中的流程，说明仿形测定步骤(ST200)。另外，图15表示根据被测定物表面的曲率半径，调整行进速度的情况，图16表示根据被测定物表面的曲率半径，调整采样间隔的情况。
在ST201中，使仿形探头2移动到被测定物W的测定开始点(趋近步骤)。这样的动作，可以由输入装置7输入测定开始点，向该测定开始点移动仿形探头2，或者，也可以通过由操作部3的操纵杆进行的手动操作，使仿形探头2移动到测定开始点。
在仿形探头2到达了测定开始点时，在ST202中执行初始仿形扫描。按照由自行仿形矢量生成部441所生成的仿形矢量VC执行初始仿形扫描，但这时，不是根据由测定条件确定部54所确定的行进速度和采样间隔，而是根据被输入到测定条件存储部54中的(参照ST105)初始行进速度和初始采样间隔，来进行仿形扫描。
在ST203中，在进行初始仿形扫描的过程中(ST202)取得控制采样点，并存储到控制采样点存储部521中。
在ST204中，判断作为控制采样点是否采样了5点，如果取得了5个控制采样点(ST204：是)，则接下来在ST205和ST206中，由表面状态判断装置541进行表面状态的判断。
在ST205中，根据所取得的5个控制采样点，由表面性状判断装置542进行表面性状判断。如前所述，这是根据控制采样点的离散，判断出扫描地点的被测定物表面的性状为“粗糙”或“平滑”，判断的结果被分别输出给行进速度确定部544和采样间隔确定部546。
在ST206中，由曲率半径计算装置543根据所取得的5个控制采样点，计算扫描地点的被测定物表面的曲率半径，所计算出的曲率半径被分别输出给行进速度确定部544和采样间隔确定部546。
在ST207中，由行进速度确定部544确定仿形扫描的行进速度。即，从行进速度参照表545(参照图9)中读出对应于由曲率半径计算装置543所计算出的曲率半径的行进速度。然后，根据表面性状判断(ST205)，调整基于该曲率半径的行进速度，确定仿形矢量的行进速度。所确定的行进速度被输出给仿形矢量指令部44。
在ST208中，由采样间隔确定部546确定仿形测定的采样间隔。即，从采样间隔参照表547(参照图10)中读出对应于由曲率半径计算装置543所计算出的曲率半径的采样间隔。然后，根据表面性状判断(ST205)，调整基于该曲率半径的采样间隔，确定仿形测定的采样间隔。所确定的采样间隔被输出给测定数据存储部52，并且，将比采样间隔短的间隔(例如，采样间隔的1/5的间隔)作为控制采样间隔，输出给测定数据存储部52。
在ST209中，一边采用由行进速度确定部544所确定的行进速度(ST207)，一边由自行仿形矢量生成部441生成仿形矢量。
即，在由行进方向矢量生成部442生成行进方向矢量VP时，设行进速度VS为由行进速度确定部544所确定的行进速度。然后，根据压入偏移或高度偏移，对由行进速度确定部544所确定的行进速度VS乘以速度因子SPD，调整行进速度。另外，由压入方向矢量生成部443的压入控制增益调整部443A，根据行进速度VS调整压入控制增益Ve，例如，当行进速度VS较小时，将压入控制增益设定得大一些。另外，在由自行仿形矢量生成部441所生成的仿形矢量是工作坐标系中的矢量的情况下，按照预定的转换矩阵，将其转换成机械坐标系中的矢量。
在ST210中，按照仿形矢量进行仿形扫描。即，根据来自仿形矢量指令部44的指令，将控制信号从驱动控制电路45加到驱动机构12上，由仿形探头2进行被测定物表面的仿形扫描。
图15表示伴随曲率半径的变化而调整仿形速度的情况。即，在曲率半径比较大的区域，以快的速度(V3)进行仿形扫描；相对于此，在曲率半径小的区域，以慢的速度(V1)进行仿形扫描。并且，在曲率半径非常小的区域，以非常慢的速度(V2)进行仿形扫描。
在ST211中，在进行仿形扫描的过程中(ST210)进行控制采样点的取得，这时，由错误判断部51进行错误判定(ST212)。通过在作为控制采样点从计数器部41所取得的数据中，根据探头计数器415的输出值，判断压入量是否在预定阈值(临界位置偏差)内，来进行错误判断(ST212)。在没有错误判定的情况下(ST212：是)，将控制采样点存储到控制采样点存储部521中。
接下来，在ST213中，由指定区域判断部53进行扫描地点是否是指定区域的判断。即，判断扫描地点是否是被输入到测定条件存储部55中的指定区域，在是指定区域以外的情况下(ST213：是)，继续进行仿形扫描。
在ST214中，判断当前的扫描地点是否从前一次的采样点前进了采样间隔，在满足采样间隔的情况下(ST214：是)，将计数器部41的输出值作为测定采样点存储到测定采样点存储部522中。
图16表示伴随曲率半径的变化而调整采样间隔和控制采样间隔的情况。即，在曲率半径比较大的区域，以宽的采样间隔(L3)进行测定点的取得；相对于此，在曲率半径小的区域，以比较窄的采样间隔(L1)进行测定点的取得，并且，在曲率半径非常小的区域，以非常窄的采样间隔(L2)进行测定点的取得。
在ST216中，判断是否满足结束条件，例如，在对所有被指定的测定区域进行仿形测定的情况下(ST216：是)，仿形测定结束。
在ST204中，在未取得5个控制采样点的情况下(ST204：否)，返回ST202，继续进行仿形扫描。
在ST212中，在有错误判定的情况下(ST212：否)，将重试指令从错误判断部51的重试动作指令部511输出给仿形矢量指令部44，执行重试动作(ST217)。
参照图14中的流程，说明重试动作。
当根据错误判定(ST212：否)，发出重试动作指令时，则在ST219中，仿形矢量指令部44，读出测定数据存储部52中存储的测定数据。作为要读出的数据，是作出错误判定(ST212：否)之前所取得的测定数据(控制采样点或测定采样点)，可以列举正常所取得的最新的测定数据，或者往前追溯数点的数据。
在ST220中，由自行仿形矢量生成部441生成重试矢量。重试矢量是使仿形探头2向从当前时刻的坐标返回的坐标值移动的矢量。然后，根据该重试矢量使仿形探头返回。
接着，在ST221中，降低行进方向矢量生成部442的行进速度VS。即，由行进速度确定部544降低当前所设定的行进速度。另外，作为降低率，可以列举例如50％左右。
这样，返回仿形探头2的位置，并且，在降低了行进速度之后，返回ST209，重新执行仿形扫描。
在ST213中，当由指定区域判断部53断定为当前时刻的扫描地点在指定区域内的情况下(ST213：否)，读出测定条件存储部55中所存储的指定速度及指定间隔，来代替由测定条件确定部54所确定的行进速度和采样间隔(ST218)，根据该指定速度及指定采样间隔进行仿形扫描。
这时，在设定了指定区域内的伺服控制参数的情况下，读出该参数，与由驱动控制电路45设定完的参数进行置换。
另外，在设定了指定区域内的压入控制增益的情况下，读出该值，由仿形矢量指令部44根据该值计算仿形矢量。
另外，在判断为从指定区域脱离到指定区域以外的情况下，返回到进入指定区域内之前的各测定参数和伺服控制参数。这时，也可以将一个或多个参数返回到初始设定参数或初始伺服控制参数。
在图15和图16中，关于指定区域X1～X2，按照所指定的行进速度VS和所指定的采样间隔LS，进行仿形扫描和测定数据的取得。
在ST214中，在当前的扫描地点未从前一次的测定点前进采样间隔的情况下(ST214：否)，保持当前的测定条件(行进速度和采样间隔)，继续进行仿形扫描。
在ST216中，在未满足结束条件的情况下(ST216：否)，返回ST205，在更新行进速度和采样间隔，生成了自行仿形矢量之后，继续进行仿形扫描。
这样，在仿形测定ST200结束了之后，由形状分析部56根据所取得的测定采样点，进行被测定物的形状分析(图11，ST300)。
通过这样的实施例1，能够取得以下的效果。
(1)由于根据由自行仿形矢量生成部441所生成的自行仿形矢量，一边探索被测定物表面，一边进行表面仿形扫描，所以，能够对形状未知的被测定物进行表面仿形测定。并且，由测定条件确定部54时刻地调整仿形探头2的行进速度、采样间隔等测定参数或控制参数，所以，能够总是在最佳的仿形条件(合适的测定控制条件)下，对形状未知的被测定物进行仿形扫描，而且，取得最佳数量的测定数据。即，能够对形状未知的被测定物进行最短时间的仿形扫描，并且，能够根据得当的最佳数量的测定数据进行形状分析。
(2)由行进速度确定部544，根据由曲率半径计算装置543所计算出的被测定物表面的曲率半径(表面状态)，调整仿形扫描的行进速度(测定参数)。由此，如果是曲率半径大的被测定物，则与此相对应，高速执行仿形扫描，在短时间内完成测定。
另外，由于在曲率半径小时将行进速度调整为低速，所以，不容易产生仿形探头2的压入过度或脱离等错误，能够平稳地执行仿形扫描。其结果，不会由于压入过度或脱离等错误而使测定中止，所以，能够缩短测定时间，并防止仿形探头2的破损。
(3)由采样间隔确定部546根据由曲率半径计算装置543所计算出的被测定物表面的曲率半径，调整采样间隔(测定参数)。由此，在曲率半径大时将测定采样点调整得少，另一方面，在曲率半径小时将测定采样点调整得多，所以，能够根据适当数量的数据进行形状分析。另外，由于不会过剩地进行数据的取得，所以，能够缩短测定时间。
(4)由错误判断部51进行错误判定，在产生错误的情况下，以重试工作(ST217)返回到取得了正常数据的过去的点，重新开始仿形扫描，所以，不会由于无法测定而使测定中断。另外，由于在导致压入过度或脱离这样的致命的错误之前，根据错误判定而返回，所以，能够防止仿形探头2的破损。
(5)设定指定区域，例如，可以对要进行精密测定的区域，预先将采样间隔设定得窄一些，以便进行精密测定，或者在精度降低时使采样间隔宽一些等，根据目的来设定。由此，与高精度地测定整体的情况相比，能够缩短测定时间。另外，当在被测定物表面上曲率半径小时等，预先指定为指定区域时，能够避免由于压入过度或脱离等而导致仿形探头2损伤。
(6)由表面性状判断装置542判断表面性状，根据表面状态的粗糙度，调整行进速度和采样间隔。因此，例如能够在表面粗糙的区域确保较多的测定数据，所以，能够进行精密的形状分析，因为能够在平滑的区域高速进行仿形扫描，所以，在短时间内结束测定。
(7)由行进速度调整部442A根据压入偏移(位置偏差)和高度偏移，调整由行进速度确定部544所确定的行进速度。于是，能够在平滑区域高速进行仿形扫描，另一方面，在曲率半径小而不容易产生压入偏移和高度偏移时，低速进行仿形扫描，所以，能够可靠地防止压入过度或脱离等错误。
(8)在由压入控制增益调整部443A根据由行进速度确定部544所确定的行进速度，调整压入控制增益(控制参数)的情况下，在行进速度小时，将压入控制增益调整得大，提高跟踪性能，所以，能够在发生压入过度或脱离的高危险的区域，进行谨慎的压入控制，可靠地避免压入过度和脱离等错误，执行流畅的仿形扫描。
<实施例2>
接下来，说明本发明的表面仿形测定装置及表面仿形测定方法的实施例2。
实施例2的基本结构与实施例1相同，但实施例2的特征在于，进行轨道仿形扫描。
图17表示实施例2的功能框图。
在图17中，主机5具有轨道生成部58，并且，将被测定物W的形状数据输入到测定条件存储部55中。另外，主机5还具有错误判断部51，错误判断部51具有模式转移指令部512。
动作控制器4具有仿形矢量指令部44，如图18所示，仿形矢量指令部44具有轨道仿形矢量生成部447。
作为输入到测定条件存储部55中的形状数据，可以列举被测定物W的设计数据等。
轨道生成部58，根据在测定条件存储部55中存储的被测定物W的设计数据，通过运算处理计算并生成仿形探头2进行仿形扫描的轨道。图19表示所计算出的轨道的一例。在图19中，对成为测定对象的被测定物的轮廓形状，计算仿形探头2的接触部22的半径向被测定物表面的法线方向偏置的轨道。另外，关于偏置量，可以看作仿形探头2的接触部22的半径，或者，也可以看作从接触部22的半径减去基准压入量的视在半径(测定偏置值)。
这里，轨道生成部58，在进行仿形扫描的过程中，先每个数点地读取设计数据，并随机地进行轨道生成。即，轨道生成部58，从在测定条件存储部55中存储的设计数据中，依次逐个读出从当前的扫描地点先行的数点，进行轨道生成。所生成的轨道，被依次输出给仿形矢量指令部44。
轨道仿形矢量生成部447，生成使仿形探头2沿着由轨道生成部58所生成的轨道移动的矢量。另外，生成使仿形探头2以由测定条件确定部54所确定的行进速度移动的矢量，在这一点上与实施例1相同。
在错误判断部51中，根据探头计数器415的输出值，判断压入量是否在预定阈值内(临界比较判断)，在这一点上与实施例1相同，但在由错误判断部51进行了错误判定的情况下，模式转移指令部(测定模式切换部)512，将模式转移指令输出给仿形矢量指令部44。当仿形矢量指令部44接收到仿形转移指令时，停止轨道仿形矢量生成部447，并启动自行仿形矢量生成部441，执行自行仿形扫描。
参照图20、图21中的流程，说明这样的实施例2的表面仿形测定方法。实施例2的表面仿形测定方法与实施例1相同，如以图11说明的那样，包括初始选择步骤(ST100)、仿形测定步骤(ST200)、形状分析步骤(ST300)。这里，图20中的流程表示初始选择步骤。首先，在ST401中，选择轨道仿形模式，接着，选择行进速度自动确定模式(ST402)和采样间隔自动确定模式(ST403)。而且，与选择了轨道仿形模式(ST401)一起，在ST404中的测定条件输入步骤中，进行被测定物W的设计数据(形状数据)的输入。
接下来，参照图21中的流程说明仿形测定步骤。
首先，在ST501中使仿形探头接近被测定物，开始仿形测定。于是，在ST502中，由轨道生成部58先行从测定条件存储部55中读出形状数据，在ST503中进行轨道生成，将所生成的轨道输出给仿形矢量指令部44。
在ST504中，根据由轨道仿形矢量生成部447所生成的轨道仿形矢量，执行仿形探头2的仿形扫描。另外，在初始阶段，按照预先存储在测定条件存储部55中的初始行进速度，进行仿形扫描即可。
根据在ST505中所取得的控制采样点，进行行进速度的确定(ST509)和采样间隔的确定(ST510)，按照由轨道仿形矢量生成部447所生成的轨道仿形矢量，进行仿形扫描(ST511)。然后，判断是否满足错误判定(ST513)和采样间隔(ST514)，进行测定采样点的取得(ST515)。这些步骤基本上与实施例1相同。
这里，在ST513的错误判定中，在有错误判定的情况下(ST513：否)，转移到自行仿形模式。即，不是按照由轨道生成部58所生成的轨道，而是根据由自行仿形矢量生成部441所生成(ST517)的自行仿形矢量，进行自行仿形(ST518)。自行仿形扫描(ST518)与在实施例1中说明的相同。
在转移到自行仿形模式之后，对于在哪个时刻重新返回轨道仿形模式，也能根据错误判断部(相对位置判断部)51的临界比较判断结果，进行模式切换控制。例如，能够在消除位置偏差超过临界位置偏差的状态，此后在位置偏差的每单位时间、或每单位距离的变化幅度收敛在预定值以内的时刻，从自行仿形模式切换到轨道仿形模式。其理由如下，可以认为在自行仿形模式的位置偏差的变化幅度小的情况下，仿形探头的跟踪性良好，其结果，推测为被测定物的表面状态是比较平坦的。因此，在该扫描位置中，即使返回轨道仿形模式，也可以判断为能够进行稳定的轨道仿形。
通过这样的实施例2，除了上述实施例的效果(2)、(3)、(5)、(6)、(7)、(8)以外，还能够取得下列效果。
(9)根据由轨道生成部58先行读出的形状数据生成轨道，沿着该轨道进行仿形扫描，所以，与进行自行仿形扫描的情况相比，不需要逐次计算行进方向和压入方向，仿形扫描的速度能够高速化。并且，由于根据由轨道生成部58所生成的轨道，来预测被测定物表面的曲率半径(表面状态)的变化，所以，能够防止仿形探头2的压入过度或脱离这样的错误。
(10)由于沿着由轨道生成部58所生成的轨道执行仿形扫描，并由测定条件确定部54时刻地调整行进速度和采样间隔，所以，能够以对应于实际的被测定物表面的行进速度和采样间隔，来进行仿形测定。
(11)由于在发生了仿形探头2的压入过度或脱离这样的错误的情况下，根据来自模式转移指令部512的模式转移指令，转移到自行仿形模式，所以，即使设计数据与实际的形状存在部分差异，也能够通过执行适当的自行仿形模式，继续进行仿形扫描。即，在轨道仿形过程中，即使在发生了压入过度或脱离等错误的情况下，也不会陷入无法测定而自行返回，并继续进行仿形测定。
<实施例3>
接下来，说明本发明的实施例3。
实施例3的基本结构与实施例2相同，但实施例3的特征在于，轨道生成单元具有轨道修正部。
图22表示实施例3的功能框图。在图22中，动作控制器4具有仿形矢量指令部44，仿形矢量指令部44不具有自行仿形矢量生成部，而具有轨道仿形矢量生成部447。另外，在主机5中，错误判断部(相对位置判断部)51具有轨道修正指令部(测定模式切换部)513，轨道生成部58具有轨道修正部581。
在由错误判断部51进行的有错误判定的情况下，轨道修正指令部513将轨道修正的指令输出给轨道生成部58。轨道修正部581在接收到轨道修正指令的情况下，根据产生了错误判定时的压入量的过少或过多，修正由轨道生成部58所生成的轨道(预定路径)。在进行轨道修正时，可以列举在使之沿法线方向从成为测定对象的被测定物的轮廓形状偏置，来进行轨道生成时，调整该偏置量。
图23是表示这样的实施例3的表面仿形测定方法的流程图。基本步骤与在实施例2中说明的相同，详细说明从略。
这里，对在轨道仿形扫描(ST611)中所取得的控制采样点进行错误判定(ST613)，在有错误判定的情况下(ST613：否)，在ST617中由轨道修正部进行轨道修正。当进行轨道修正时，由轨道仿形矢量生成部447根据修正过的轨道，生成轨道仿形矢量。然后，根据由轨道仿形矢量生成部447所生成的矢量，继续进行仿形扫描(ST611)。
通过这样的实施例3，除了上述实施例的效果(2)、(3)、(5)～(10)以外，还能够取得以下效果。
(12)由于在有错误判定的情况下，由轨道修正部581修正轨道，所以，即使在被测定物的设计数据和实际的形状存在不同的部分的情况下，也能适当地修正轨道，继续进行轨道仿形。因此，能够在维持高速的状态下进行仿形扫描，并缩短测定时间。另外，由于在有错误判定的情况下，能够根据仿形探头2的压入量的过多、过少来修正轨道，所以，因压入过度和脱离等而导致仿形探头2破损的可能性变小，测定也能够顺利地进行。
另外，本发明不限于上述实施例，在能够达到本发明的目的的范围内的变形、改良等，也包含在本发明中。
在实施例1(图3、图8)中，说明了根据被测定物的表面状态的判断结果，确定作为测定参数的行进速度和采样间隔，确定并调整当前值的例子，但不限于此，也可以根据表面状态的判断结果，确定并调整压入控制增益等仿形控制参数，以及在驱动控制电路45中所设定的伺服控制增益等仿形控制参数。并且，还可以修正仿形探头压入的基准位置和临界位置偏差等参数。
另外，在上述实施例中，表示了根据被测定物表面状态的判断结果，确定并调整测定参数等的例子，但不限于此，也可以不管表面状态的判断结果如何，而对测定参数和控制参数，确定合适的测定控制条件。
即，在图3中，也可以根据由错误判断部(相对位置判断部)51所求得的位置偏差，确定或调整测定参数和控制参数。此时，例如在位置偏差的绝对值超过了预定值的情况下，通过降低行进速度，或者增大仿形控制增益和伺服控制增益，来提高仿形探头的扫描跟踪性能，所以，容易将相对位置保持在以基准位置为中心的预定范围内。另外，如果位置偏差的绝对值收敛在预定值内，则增加行进速度，或者降低仿形控制增益和伺服控制增益即可。由此，能够事前防止仿形探头向被测定物表面压入过度或压入不足、或者仿形探头从被测定物表面脱离等异常的发生，并进行稳定且高速的仿形扫描。
另外，在上述实施例中，说明了在根据由表面状态判断装置进行的表面状态的判断结果、或相对位置判断部的位置偏差的判断结果，确定测定参数和控制参数的合适的测定控制条件时，将各种表面状态和各种参数、或位置偏差和各种参数之间的关系保持为参照表，或者预先确定函数关系，但不限于此，这些参照表或函数关系也可以随时变更。例如，在根据表面状态的判断结果调整了行进速度的情况下，在即使经过了预定时间位置偏差也不稳定时，也可以改写参照表，使得对应于表面状态的行进速度变成更低的速度。并且，例如在作为基于表面粗糙度的调整参数，设定了仿形控制增益的情况下，在位置偏差未稳定时，也可以改写参照表，使得将调整参数变更为伺服控制增益等。
在上述实施例中，自动地确定行进速度和采样间隔，但也可以不选择(OFF)行进速度自动确定模式，或者不选择(OFF)采样间隔自动确定模式，此时，由所指定的速度和间隔进行测定。
在上述实施例中，以由行进速度确定部544所确定的行进速度进行仿形扫描时，在被测定物表面的曲率半径急剧变化的点，迅速变更行进速度，产生大的加速度。因此，例如，如图24所示，在行进速度变化时，也可以使行进速度为某种程度的缓慢。这样的处理，在行进方向矢量生成部442中，使之前所设定的行进速度和接下来所设定的行进速度的变化缓慢即可。并且，在行进速度变化时，如果使行进速度的变化呈S形弯曲，则能够实现圆滑的加速(减速)。
另外，判断指定区域的内外，即使在切换到在指定区域内预先指定的指定速度时，也可以同样使行进速度平稳地变化，并且，即使在从指定区域内向外行进时，也可以从指定速度向行进速度缓慢地变化。
在上述实施例中，行进速度确定部544具有行进速度参照表545，另外，采样间隔确定部546具有采样间隔参照表547，行进速度确定部544和采样间隔确定部546，也可以根据曲率半径用预定的运算式计算行进速度和采样间隔。
另外，对应于曲率半径的行进速度存储在行进速度参照表545中，采样间隔存储在采样间隔参照表547中，但也可以将对应于曲率半径的速度调整系数存储在行进速度参照表545中，将对应于曲率半径的采样间隔调整系数存储在采样间隔参照表547中。而且，通过将基准行进速度或基准采样间隔乘以这些调整系数，也能够实现对应于曲率半径的行进速度或采样间隔的调整。
在上述实施例中，在由压入控制增益调整部443A调整压入方向的控制增益时，调整压入方向矢量的系数Ve，但作为调整增益的结构不限于此，还包括各种变形。例如，如上所述，调整压入方向矢量的系数Ve，相当于调整对位置偏差(|E|-E0)的位置反馈增益，但除此以外，也可以调整构成驱动控制电路45的速度控制回路或电流控制回路的增益。
在上述实施例中，不限制图13所示的ST217中的重试动作的次数，但也可以将其限制为预定次数，在超过了该预定次数的情况下，输出警报，使测定动作停止。
另外，在图21的说明中，显示了在轨道仿形状态下在ST513中进行了错误判定的情况下，进行自行仿形的例子，例如，在预定时间后或在预定次数的错误判定中没有错误的情况下，也可以再次从自行仿形切换到轨道仿形。
另外，关于去除包含在测定数据中的噪声，未进行特别说明，但是，当然可以进行已知的各种噪声去除或噪声平滑化处理。
另外，关于仿形探头的测定原理，没有特别限制，在使用了模拟式或数字式的检测传感器的接触式探头，以及使用了音响式、静电电容式、电磁感应式或光学式检测传感器的非接触式探头等中的任意一个上，都能实施本发明。
另外，显示了通过使具有检测传感器的测定器沿着被测定物相对移动，对被测定物表面进行扫描并测定的例子，但不限于此，如果是能够测定被测定物的表面性状(轮廓、形状、圆度、弯曲、粗糙度等)的仿形探头，则也可以不必使测定器沿被测定物相对移动。
仿形探头的结构不限于上述实施例，例如，也可以是具有检测记录针的变形的变形仪器(gauge)的仿形探头、或非接触地检测被测定物表面的非接触式探头。

Claims (6)

1.一种表面仿形测定装置，其特征在于，包括：
仿形探头，具有检测部，检测沿着被测定物表面的法线方向的、与上述被测定物表面的相对位置，并且，在将上述检测部和上述被测定物表面的上述相对位置，保持在以预先设定的基准位置为中心的预定范围内的状态下，仿形扫描上述被测定物表面；
移动装置，使上述仿形探头移动；
测定数据存储部，以预定的采样间隔，对上述检测部的输出和上述移动装置的驱动量进行采样，并作为测定数据进行存储；
测定条件确定部，包括根据上述测定数据判断上述被测定物表面的表面状态的表面状态判断装置，并根据上述表面状态的判断结果，对包括使上述仿形探头行进的行进速度和上述采样间隔的测定参数、以及包括控制增益的控制参数这两个参数中的至少一个参数进行确定或调整，来确定合适的测定控制条件；
仿形矢量指令部，发出根据上述行进速度使上述仿形探头行进的仿形矢量的指令；
驱动控制装置，按照上述仿形矢量和上述控制参数，对上述移动装置进行驱动控制；
相对位置判断部，求出上述相对位置相对于上述基准位置的位置偏差；以及
测定模式切换部，根据上述相对位置判断部的判断结果，切换测定模式，
其中，上述相对位置判断部，还进行上述位置偏差和临界位置偏差的临界比较判断，
上述测定模式切换部，根据上述临界比较判断的判断结果，使上述仿形探头返回到存储在上述测定数据存储部中的过去的测定数据的位置，并且，变更上述测定参数或上述控制参数中的至少一个参数。
2.一种表面仿形测定装置，其特征在于，包括：
仿形探头，具有检测部，检测沿着被测定物表面的法线方向的、与上述被测定物表面的相对位置，并且，在将上述检测部和上述被测定物表面的上述相对位置，保持在以预先设定的基准位置为中心的预定范围内的状态下，仿形扫描上述被测定物表面；
移动装置，使上述仿形探头移动；
测定数据存储部，以预定的采样间隔，对上述检测部的输出和上述移动装置的驱动量进行采样，并作为测定数据进行存储；
测定条件确定部，包括根据上述测定数据判断上述被测定物表面的表面状态的表面状态判断装置，并根据上述表面状态的判断结果，对包括使上述仿形探头行进的行进速度和上述采样间隔的测定参数、以及包括控制增益的控制参数这两个参数中的至少一个参数进行确定或调整，来确定合适的测定控制条件；
仿形矢量指令部，发出根据上述行进速度使上述仿形探头行进的仿形矢量的指令；
驱动控制装置，按照上述仿形矢量和上述控制参数，对上述移动装置进行驱动控制；
相对位置判断部，求出上述相对位置相对于上述基准位置的位置偏差；
测定模式切换部，根据上述相对位置判断部的判断结果，切换测定模式；以及
轨道生成部，根据预先输入的被测定物的形状数据，生成进行仿形扫描的预定路径，
其中，上述仿形矢量指令部，具有自行仿形矢量生成部，根据当前时刻的上述相对位置自动生成下一个仿形矢量；以及轨道仿形矢量生成部，生成使上述仿形探头沿着由上述轨道生成部所生成的上述预定路径进行仿形扫描的仿形矢量，
上述相对位置判断部，还进行上述位置偏差和临界位置偏差的临界比较判断，
上述测定模式切换部，根据上述临界比较判断的判断结果，进行由上述轨道仿形矢量生成部进行的轨道仿形，以及由上述自行仿形矢量生成部进行的自行仿形的切换控制。
3.一种表面仿形测定装置，其特征在于，包括：
仿形探头，具有检测部，检测沿着被测定物表面的法线方向的、与上述被测定物表面的相对位置，并且，在将上述检测部和上述被测定物表面的上述相对位置，保持在以预先设定的基准位置为中心的预定范围内的状态下，仿形扫描上述被测定物表面；
移动装置，使上述仿形探头移动；
测定数据存储部，以预定的采样间隔，对上述检测部的输出和上述移动装置的驱动量进行采样，并作为测定数据进行存储；
测定条件确定部，包括根据上述测定数据判断上述被测定物表面的表面状态的表面状态判断装置，并根据上述表面状态的判断结果，对包括使上述仿形探头行进的行进速度和上述采样间隔的测定参数、以及包括控制增益的控制参数这两个参数中的至少一个参数进行确定或调整，来确定合适的测定控制条件；
仿形矢量指令部，发出根据上述行进速度使上述仿形探头行进的仿形矢量的指令；
驱动控制装置，按照上述仿形矢量和上述控制参数，对上述移动装置进行驱动控制；
相对位置判断部，求出上述相对位置相对于上述基准位置的位置偏差；
测定模式切换部，根据上述相对位置判断部的判断结果，切换测定模式；以及
轨道生成部，根据预先输入的被测定物的形状数据，生成进行仿形扫描的预定路径，
其中，上述仿形矢量指令部，具有轨道仿形矢量生成部，生成使上述仿形探头沿着由上述轨道生成部所生成的上述预定路径进行仿形扫描的仿形矢量，
上述相对位置判断部，还进行上述位置偏差和临界位置偏差的临界比较判断，
上述测定模式切换部，根据上述临界比较判断的判断结果，修正上述预定路径。
4.根据权利要求1～3的任意一项所述的表面仿形测定装置，其特征在于：
上述表面状态，是曲率半径、粗糙度、弯曲、以及沿上述仿形探头的行进方向的上述被测定物表面的表面方向变化率中的至少任意一个。
5.根据权利要求1～3的任意一项所述的表面仿形测定装置，其特征在于：
上述测定条件确定部，根据上述行进速度，调整上述控制参数。
6.根据权利要求1～3的任意一项所述的表面仿形测定装置，其特征在于，包括：
测定条件存储部，存储预先设定输入的指定区域，以及作为该指定区域内的测定条件的上述测定参数和上述控制参数中的至少一个参数；以及
指定区域判断部，判断上述仿形探头的当前的扫描地点是否在上述指定区域内，
当由上述指定区域判断部断定出当前的扫描地点在上述指定区域内的情况下，
上述仿形矢量指令部，根据存储在上述测定条件存储部中的参数，发出上述仿形矢量的指令，并且，上述测定数据存储部，根据存储在上述测定条件存储部中的参数，对上述测定数据进行采样。
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