CN101140161A - 表面形状测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明的表面形状测定装置包括：动作估计部分(600)，基于从仿形矢量指令部分(220)发出的仿形矢量指令，估计驱动机构的动作状态，计算估计动作状态量；校正运算部分(700)，按照在动作估计部分(600)计算的估计动作状态量，对驱动传感器的检测值进行校正运算。动作估计部分(600)包括被设定了标准模型的标准模型设定部分(311)，校正运算部分(700)包括：校正量计算部分(720)，基于估计动作状态量，计算对驱动中的驱动机构变形而产生的测定误差进行校正的校正量；以及测定数据合成部分(430)，合成驱动传感器以及检测传感器的检测值和校正量计算部分(720)计算的校正量作为测定数据。

Description

表面形状测定装置

技术领域

本发明涉及表面形状测定装置。

例如，涉及对被测定物表面进行仿形扫描，从而测定被测定物的轮廓、表面粗糙度、弯曲度等的表面仿形测定装置。

背景技术

已知对被测定物表面进行仿形扫描，从而测定被测定物的立体形状的表面仿形测定装置。

图19表示作为利用了仿形探测器130的表面仿形测定装置的测定系统100的结构。

该测定系统100包括：使仿形探测器130移动的三维探测器110；进行手动操作的操作部分150；控制三维探测器110的动作的动作控制器160；通过动作控制器160使三维探测器110动作，同时对三维探测器110所取得的测定数据进行处理而求出被测定物W的尺寸或形状等的主计算机200。

三维探测器110包括：固定盘111；立着设置在固定盘111上，使仿形探测器130三维地移动的驱动机构120；以及用于检测驱动机构120的驱动量的驱动传感器(未图示)。

驱动机构120包括：两个横梁支撑体121，从固定盘111的两端在与固定盘111大致成垂直方向的Zm轴方向上具有高度，同时可以沿着固定盘111的侧端的Ym轴方向滑动地设置；横梁122，支撑在横梁支撑体121的上端并在Xm轴方向上具有长度；立柱123，在横梁122上被设置为可以沿Xm轴方向滑动并在Zm轴方向具有导轨(guide)；以及主轴124，被设置为可以在立柱123内沿Z轴方向滑动并在下端保持仿形探测器130。

驱动传感器包括：Ym轴传感器，检测横梁支撑体121沿Ym轴方向的移动；Xm轴传感器，检测立柱123沿Xm轴方向的移动；以及Zm轴传感器，检测主轴124沿Zm轴方向的移动。

如图20所示，仿形探测器130包括：触针131，前端具有接触部分(测定子)132；以及支撑部分133，支撑触针131的基端在一定的范围内可以沿Xp方向、Yp方向、Zp方向滑动。

支撑部分133包括：滑动机构(未图示)，具有可以在互相正交的方向上移动的xp滑块、yp滑块、zp滑块；以及探测器传感器(未图示)，检测滑动机构在各轴方向的位移量，同时输出所检测的位移量。

触针131通过滑动机构被支撑为可以在一定的范围内相对于支撑部分133滑动。

另外，这样的仿形探测器130的结构，例如被记载在文献1(特开平05-256640号)中。

在这样的结构中，使接触部分132以基准压入量Δr接触到被测定物表面S的状态下，使仿形探测器130沿着被测定物表面S仿形移动。

此时，根据驱动机构120的驱动量得到仿形探测器130的移动轨迹。

而且，仿形探测器130的移动轨迹，即成为接触部分132的移动轨迹的部分，在相对于接触部分132的中心点的移动轨迹仅偏移了规定量(ΔQ)的位置上存在被测定物表面S和接触部分132的接触点。

因此，对通过驱动传感器而检测的仿形探测器130的位置和通过探测器传感器而检测的触针131的位移进行合计而求出接触部分132的位置之后，从接触部分132的位置仅校正规定的偏移量(ΔQ)来计算被测定物表面S的位置。

这里，在通过表面仿形测定装置对被测定物表面进行仿形扫描时，具有加速度进行驱动的部分中惯性力起作用。

例如，在被测定物W为圆形或者圆孤的情况下，如图21所示地，产生圆形运动的离心力，从而产生驱动机构120(主轴124)变形的问题。

产生这样的加速度引起的变形的情况下，相当于产生的变形，传感器的检测值中包含有误差。

例如，在产生离心力的情况下，相当于主轴124变形到外侧，传感器的检测值进入圆的内侧，例如，产生如图22所示的径向偏移。

另外，在图22中，L₁是环规的直径、L₂是测定数据。

这样的课题，例如在需要通过测定汽车的车身的大型的三维探测器110进行高速仿形测定的情况下，呈现为非常大的问题。

在例如文献2(特开平7-324928号)中，这一点作为校正加速度所产生的测定误差的方法，公开了以下结构。

即，在该文献2中，作为测定滑块的位置和测定滑块的加速度的函数而预先求出表示伸缩特性的校正值。

例如，通过在测定区域的各个位置中，用各个加速度测定已知半径的环规，从而可以求出加速度和伸缩特性之间的函数。

而且，在测定被测定物时，除了得到各个传感器的检测数据之外，还从测定时的加速度确定校正值，用校正值校正所述检测数据。

这样，可以对加速度所产生的测定误差进行校正，得到正确的测定值。

作为求出测定时的加速度的方法，在所述文献2中，公开了对测定滑块的位置的测定值进行二阶微分而得到的方法(0037段，权利要求12)、以及设置加速度传感器来检测测定滑块的加速度的方法(0047段，权利要求13)。

在所述文献2的方法中，通过对测定滑块的位置进行二阶微分来确定测定时的加速度，但这样会产生在位置的检测值的二阶微分中加速度的分辨率与采样频率的平方成反比而被恶化的问题。

例如，将位置检测的采样频率提高为10倍时，求出的加速度的分辨率恶化为1/100，其结果，校正量的分辨率也恶化为1/100。

这样，通过位置的二阶微分求出加速度的方法并不实用，不能应对在高速的高精度测定的要求。

而且，对测定滑块的位置进行二阶微分求出测定滑块的加速度，但在实际的测定中成为产生加速度以及变形的问题的是主轴124的前端部分或者探测器部分，将测定滑块的加速度作为讨论的对象的话，理论上在校正的精度上产生界限。

另外，在所述文献2中，还记载了通过设置加速度传感器求出测定滑块的加速度的方法，但是没有记载加速度传感器的性能和设置方法，所以很难实现。

例如，在用加速度传感器进行实际测量的情况下，例如，将直径100mm的圆以仿形速度10mm/sec进行仿形测定时，产生约50μG且中心方向的加速度，但难以对每个移动轴各设置一个共三个可以检测50μG的加速度的加速度传感器。

更何况，在探测器部分的附近不可能设置这样的加速度传感器。

这样，因为不能正确地求出在仿形测定时产生的变形量，所以不能校正这样的变形量。

因此，产生这样的问题：在高速进行测定时，不能正确地求出被测定物的形状，为了正确地进行测定，限制为不产生变形的程度的仿形速度。

尤其，因为需要用于对汽车等大的被测定物进行高速测定的大型的三维探测器110，所以迫切需要解决上述课题的方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种消除以往的问题，能够高速且高精度地进行仿形测定的表面形状测定装置。

本发明的表面形状测定装置，其特征在于，包括：

仿形探测器，具有与至少一部分包括圆孤部分的被测定物表面接近连接或者接触的测定子，保持在被预先设定所述测定子和所述被测定物表面的相对位置的基准位置进行仿形扫描；

仿形矢量指令部分，指令仿形矢量，该仿形矢量指示沿着所述被测定物表面的所述仿形探测器的接着的移动位置；

驱动机构，具有保持所述仿形探测器、同时使其三维地移动的驱动轴，按照所述仿形矢量指令，使所述仿形探测器移动；

驱动传感器，检测所述驱动机构的驱动量；以及

校正运算部分，按照所述仿形矢量指令部分所指令的所述仿形矢量指令，对所述驱动传感器的检测值进行校正运算，

所述校正运算部分基于所述仿形矢量指令的指令值，计算对驱动中的所述驱动机构变形而产生的测定误差进行校正的校正量。

另外，至少一部分包括圆孤部分，无需是包括具有一定的曲率的圆孤，包括曲面的表面即可。因此，自由曲面也包含在本发明的测定对象中。

在这样的结构中，从仿形矢量指令部分发出用于使仿形探测器沿着被测定物表面移动的仿形矢量指令。

这样，按照仿形矢量指令，仿形探测器通过驱动机构沿着被测定物表面仿形移动。

通过驱动传感器检测用仿形探测器扫描被测定物表面时的驱动机构的驱动量，同时通过检测传感器检测到测定子和被测定物表面的相对位置。

在这样的仿形测定的动作时产生加速度，受到加速度的力的情况下，在驱动机构中产生变形，有可能该变形量包含于测定误差。

因此，用仿形探测器进行仿形测定，同时根据上述的变形量进行校正误差的处理。

通过校正运算部分计算基于仿形矢量指令的指令值的校正量。

即，被计算用于对伴随动作时产生的变形的测定误差量进行校正的校正量。

例如，基于从仿形矢量指令的指令值所导出的加速度，估计驱动机构的变动，计算校正量。

被计算的校正量合成到驱动传感器以及检测传感器的检测值，并作为测定数据输出。

根据这样的结构，基于仿形矢量指令的指令值计算校正量。

因此，可以详细并正确地求出驱动机构的驱动状态，正确地计算对在驱动中的驱动机构中产生的变形进行校正的校正量。

以往，为了校正测定误差，在求驱动机构的驱动状态时，根据驱动传感器的检测值求出驱动状态。

但是，驱动传感器的检测值成为包含了驱动时产生的驱动机构的变形的值，所以不能说是正确的值，所以产生通过包含了这样的误差的值的校正量的计算不能得到正确的校正的问题。

此外，在基于驱动传感器的检测值求出动作状态的情况下，例如，产生根据位置检测值计算加速度的话，离散误差变大，所以不实用的问题。

例如，将驱动传感器的位置检测的采样周期缩短为1/10时，作为动作状态量的加速度的分辨率恶化为1/100。

或者，在作为动作状态得到加速度数据的情况下，也考虑了设置加速度传感器，但难以在Xm、Ym、Zm的各个方向上设置加速度传感器，加速度传感器的检测能力也存在界限。

这一点上，在本发明中，根据仿形矢量指令的指令值求出驱动状态，所以在求出驱动机构的动作状态的情况下，也无需通过实际测定的数据，可通过运算求出。

因此，即使在短的周期，也可以正确地求出动作状态。

其结果，可以以高的分辨率进行校正。

在本发明中，优选地，

所述校正运算部分包括：

校正参数存储部分，存储了表示在所述仿形探测器中产生的加速度和所述驱动机构的变形量之间的关系的校正参数；

校正量计算部分，基于在所述仿形探测器中产生的加速度，计算对所述驱动传感器的检测值进行校正的校正量；以及

测定数据合成部分，将所述被计算的校正量合成到所述驱动传感器的检测值，求出所述被测定物表面的位置。

在这样的结构中，校正运算所需的参数被预先存储在校正参数存储部分中。

而且，在校正量计算部分中，基于从仿形矢量指令的指令值所导出的加速度以及校正参数，计算校正量。

通过计算的校正量被合成到驱动传感器以及检测传感器的检测值，可以求出正确的测定值。

这里，作为校正量，有对在圆形运动时由于每个驱动轴方向的信号传递特性或者驱动增益的差异而在各轴之间产生的指令传递的相位差进行校正的相位差校正量、和对驱动机构由于加速度而变形所产生的每个轴的增益误差进行校正的增益校正量。

而且，作为求出相位差校正量的结构，优选是以下的结构。

即，在本发明中，优选地，

所述校正量计算部分包括相位差校正量计算部分，

所述校正参数存储部分存储了用于相位差校正的校正参数，

用于所述相位差校正的校正参数(b₂、b₁)是

基于φ＝b₂f²+b₁f+φ₀的关系式(φ为相位差校正量、f为仿形测定时的旋转频率、φ₀为初始相位差)和

在测定区域中的不同的位置上以不同的仿形速度进行了圆形量规的仿形测量的结果而计算。

这样，相位差校正量作为与在仿形测定时仿形探测器扫描被测定物的旋转频率相关，建立上述关系式。

而且，在测定区域中的不同的位置中，用不同的仿形速度(旋转频率)实际测定圆规，得到校正数据。

将该校正数据带入上述关系式求出参数，作为校正参数存储。

这样，通过与旋转频率以及测定位置的差异对应地求出用于校正相位偏差的校正参数，可以进行相位差校正。

因此，可以对圆形运动时的相位误差进行校正，得到正确的测定数据。

此外，作为计算增益校正量的结构，举出以下结构。

即，也可以使用增益误差与加速度成比例的关系式，求出使加速度和增益误差相关联的参数。

在本发明中，优选地，

所述校正量计算部分包括增益校正量计算部分，

所述校正参数存储部分存储了用于增益校正的校正参数，

用于所述增益校正的校正参数k是

基于D＝k·A的关系式(将增益校正量设为D、在仿形测定时的所述仿形探测器的移动加速度设为A)和

在测定区域中的不同的位置上以不同的仿形速度进行了圆形量规的仿形测量的结果而计算。

此外，也可以使用增益误差与仿形测定时的旋转频率相关的关系式，求出使旋转频率和增益误差相关联的参数。

在本发明中，优选地，

所述校正量计算部分包括增益校正量计算部分，

所述校正参数存储部分存储了用于增益校正的校正参数，

用于所述增益校正的校正参数k是

基于|G₁|＝1-k(2π·f)²的关系式(｜G₁｜是信号传递特性G₁的增益、f是仿形测定时的旋转频率)和

在测定区域中的不同的位置上以不同的仿形速度进行了圆形量规的仿形测定的结果而计算。

而且，也可以实验性地求出增益误差和旋转频率之间的关系。

在本发明中，优选地，

所述校正量计算部分包括增益校正量计算部分，

所述校正参数存储部分存储了用于增益校正的校正参数，

用于所述增益校正的校正参数是

作为从旋转频率和增益之间的关系而导出的多项式的系数来表示的系数，旋转频率和增益之间的关系是根据在测定区域中的不同的位置上以不同的仿形速度进行了圆形量规的仿形测量的结果而导出。

在所述发明中，校正运算使用了仿形矢量指令的指令值，但并不仅限定于原样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计驱动机构以及仿形探测器的动作状态，基于该估计值进行校正运算。

即，在本发明中，优选地，

包括动作估计部分，基于从所述仿形矢量指令部分发出的所述仿形矢量指令，估计所述驱动机构的动作状态，计算估计动作状态量，

所述动作估计部分包括：

标准模型设定部分，被设定标准模型，该标准模型是在所述仿形矢量指令部分发出所述仿形矢量指令开始被反映到所述仿形探测器的移动位置为止的信号传递特性；

位置估计部分，使用来自所述仿形矢量指令部分的所述仿形矢量指令和设定在所述标准模型设定部分的所述标准模型，求出所述仿形探测器的位置作为估计位置；以及

二阶微分运算部分，对在所述位置估计部分求出的所述仿形探测器的估计位置进行二阶微分，计算作为所述估计动作状态量的加速度，

所述校正运算部分基于所述估计动作状态量，计算对驱动中的所述驱动机构变形所产生的测定误差进行校正的校正量。

在这样的结构中，来自仿形矢量指令部分的仿形矢量指令被输入到位置估计部分。

这样，在位置估计部分中仿形矢量指令的位置指令C和被设定的标准模型G_N相乘，计算仿形探测器的估计位置E。

计算的仿形探测器的估计位置E被输出到二阶微分运算部分。

而且，在二阶微分运算部分中，从仿形探测器的估计位置计算加速度数据作为估计动作状态量。

该加速度数据被输出到校正量计算部分，计算对与由驱动动作产生的驱动机构的变形伴随的测定误差量进行校正的校正量。

计算的校正量合成到驱动传感器以及检测传感器的检测值，作为测定数据输出。

根据这样的结构，能够求出在仿形探测器中产生的作为估计动作状态量的加速度。

基于实际测定的位置数据计算加速度的情况下，加速度数据的分辨率随着缩短采样周期而恶化，但在本发明中，通过对使用标准模型计算的估计位置进行二阶微分计算加速度，所以加速度数据也不会因采样周期而恶化。

因此，即使短周期，也可以计算加速度数据，并可通过这样求出的加速度数据详细地计算校正量。

其结果，即使是在短周期取得的位置数据，也可以基于动作状态正确地进行校正，可以取得在短间距上的正确的形状数据。

根据这样的结构，在频率估计部分基于在二阶微分运算部分计算的估计加速度而计算对圆进行仿形测定时的旋转频率，所以也可以正确地求出在圆的仿形动作中变化的旋转频率。

例如，即使通过仿形矢量指令部分发出以旋转频率f的旋转速度对圆进行仿形测定的指令，在动作开始之后到速度稳定之前不能达到所指定的速度，所以并不是所指定的旋转频率f。

因此，以所指定的旋转频率f作为前提计算校正量会产生不能正确地进行校正的问题。

这一点上，在本发明中，无需将指令值的旋转频率f原样作为校正运算的前提，在进行二阶微分的加速度估计之后，计算基于估计加速度的每次的旋转频率f。

其结果，也能正确地求出在圆形仿形动作中变化的旋转频率，所以即使在基于旋转频率对圆形运动时的离心力用校正运算进行校正的情况，也能够进行正确的校正。

此外，例如，在圆形仿形测定中，达到被指定的旋转频率为止需要时间，所以进行以被指定的旋转频率作为前提的校正的情况下，无需利用在加速部分所取得的数据，通过仅对仿形速度(即，旋转频率)成为一定时所取得的数据进行校正作为测定数据，可以得到正确的测定数据。

但是，在该方法中，仿形速度(即，旋转频率)成为一定为止的时间会浪费，所以测定的工作效率变得非常恶化。

这一点上，在本发明中，根据每次的加速度估计值计算旋转频率，基于该被计算的旋转频率来计算校正量，所以无需等到仿形速度(即，旋转频率)达到一定，可以对所有的取得数据进行适当的校正作为测定数据。

其结果，可以提高测定的作业效率。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的测定系统的功能方框图。

图2是表示在所述第一实施方式中，动作估计部分以及校正运算部分的结构的图。

图3是表示标准模型设定部分的结构的图。

图4是表示在仿形速度(或者旋转频率)表示一定值时取得一周(360°)的数据的情况的图。

图5是表示在仿形速度(或者旋转频率)变化(加速或减速)的区域中取得数据的情况的图。

图6是表示为了取得校正数据而在P₁到P₅的多个位置上进行圆形仿形测定的情况的图。

图7是表示在各个点P₁～P₅进行了圆形仿形测定时的仿形速度V和被检测的半径的减少量(半径误差ΔR)之间的关系的图。

图8是表示在各个点P₁～P₅进行了圆形仿形测定时的仿形速度V和被检测的半径的减少量(半径误差ΔR)之间的关系的图。

图9是表示半径的减少量和加速度之间的关系的图。

图10是表示半径的减少量和加速度之间的关系的图。

图11是表示测定位置和测定半径的减少量之间的关系的图。

图12是表示测定位置和测定半径的减少量之间的关系的图。

图13是表示在Ym轴方向和Xm轴方向上产生的相位差φ和圆形运动的旋转频率f之间的关系的图。

图14是表示在仿形测定时的旋转频率和半径误差ΔR之间的关系的图。

图15是表示在仿形测定时的旋转频率和半径误差ΔR之间的关系的图。

图16是表示增益误差的系数和坐标之间的关系的图。

图17是表示增益误差的系数和坐标之间的关系的图。

图18是表示在本发明的第二实施方式中的动作估计部分、校正运算部分以及估计判定部分的结构的图。

图19是表示背景技术中作为利用了仿形探测器的表面仿形测定装置的测定系统的结构的图。

图20是表示仿形探测器的结构以及在仿形探测器测定被测定物表面的情况的图。

图21是表示在仿形测定中产生变形所引起的误差的状态的图。

图22是表示作为测定误差产生了径向偏移的结果的图。

具体实施方式

以下，图示本发明的实施方式，同时参照对图中的各个要素所赋予的标号进行说明。

(第一实施方式)

说明本发明的表面形状测定装置的第一实施方式。

图20表示作为第一实施方式使用了仿形探测器130的表面仿形测定装置的测定系统100。

此外，图1表示测定系统100的功能方框图。

测定系统100的概略结构与背景技术中说明的结构相同，包括：三维探测器110；操作部分150，对三维探测器110的动作进行手动操作；动作(motion)控制器160，执行三维探测器110的驱动控制；主计算机200，对动作控制器160提供规定的指令，同时执行被测定物W的形状分析等运算处理；输入测定条件等的输入部件61；以及输出测定结果的输出部件62。

三维探测器110(参照图19)包括：固定盘111；驱动机构120，立着设置在固定盘111上，使仿形探测器130三维地移动；以及驱动传感器140，检测驱动机构120的驱动量。

驱动机构120包括：两个横梁支撑体121，从固定盘111的两端在与固定盘111大致成垂直方向的Zm轴方向上具有高度，同时被设置为可以沿着固定盘111的侧端的Ym轴方向滑动；横梁122，支撑在横梁支撑体121的上端并在Xm轴方向上具有长度；立柱123，在横梁122上被设置为可以沿Xm轴方向滑动并在Zm轴方向具有导轨(guide)；以及主轴124，被设置为可以在立柱123内沿Z轴方向滑动并在下端保持仿形探测器130。

驱动传感器140包括：Ym轴传感器141，检测横梁支撑体121沿Ym轴方向的移动；Xm轴传感器142，检测立柱123沿Xm轴方向的移动；以及Zm轴传感器143，检测主轴124沿Zm轴方向的移动。

仿形探测器130(参照图20)包括：触针131，前端具有接触部分(测定子)132；以及支撑部分133，支撑触针131的基端在一定的范围内可以沿Xp方向、Yp方向、Zp方向滑动。

支撑部分133包括：滑动机构(未图示)，具有可以在互相正交的方向上移动的xp滑块、yp滑块、zp滑块；以及探测器传感器134，检测滑动机构在各轴方向的位移量，同时输出所检测的位移量。

探测器传感器134包括：Xp方向传感器135，检测触针131沿Xp方向的移动；Yp方向传感器136，检测触针131沿Yp方向的移动；以及Zp方向传感器137，检测触针131沿Zp方向的移动。

动作控制器160包括：计数部分161，对来自驱动传感器140以及探测器传感器134的检测信号进行计数；以及驱动控制电路162，根据主计算机200以及来自操作部分150的指令，对驱动机构120进行驱动控制。

计数部分161包括：驱动计数器171，对来自驱动传感器140输出的脉冲信号进行计数，从而计测驱动机构120的驱动量；以及探测器计数器175，对探测器传感器134输出的脉冲信号进行计数，从而计测触针131的滑动量作为压入量。

驱动计数器171包括：Ym轴计数器172，对来自Ym轴传感器141的输出进行计数；Xm轴计数器173，对来自Xm轴传感器142的输出进行计数；以及Zm轴计数器174，对来自Zm轴传感器143的输出进行计数。

探测器计数器175包括：Xp方向计数器176，对来自Xp方向传感器135的输出进行计数；Yp方向计数器177，对来自Yp方向传感器136的输出进行计数；以及Zp方向计数器178，对来自Zp方向传感器137的输出进行计数。将驱动计数器171的计数值(Xm、Ym、Zm)以及探测器计数器175的计数值(Xp、Yp、Zp)分别输出到主计算机200。

主计算机200包括：存储器(存储装置)210，存储通过输入部件61被设定输入的测定条件等；仿形矢量指令部分220，指令对被测定物表面进行仿形的移动方向以及移动速度的仿形矢量；动作估计部分600，基于来自仿形矢量指令部分220的指令，估计驱动机构120的动作，从而计算产生在仿形探测器130的加速度；校正运算部分700，基于动作估计部分600的动作估计，计算校正量并校正测定值；形状分析部分500，分析被测定物W的形状；中央处理部分(CPU)230，包括运算装置以及存储装置(ROM、RAM)并执行规定程序或数据处理；以及总线，连接所述各功能部分。

存储器210存储从输入部件61被设定输入的测定条件等，例如，在仿形扫描中对驱动机构120的驱动量进行采样的间隔(采样间距)或将接触部分132对被测定物W压入的量(基准压入量Δr)或进行仿形扫描的速度(仿形速度)或被测定物W的设计数据等的轮廓数据等。

仿形矢量指令部分220，例如基于设定在存储器210的轮廓数据，生成对被测定物W进行仿形扫描的矢量指令。

此外，仿形矢量指令部分220基于探测器计数器175的输出，生成将压入量以基准压入量Δr在规定范围(基准位置范围)的压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输出到驱动控制电路162。

图2是表示动作估计部分600以及校正运算部分700的结构的图。

动作估计部分600包括加速度估计部分310和频率估计部分610。

加速度估计部分310包括：标准模型设定部分311，设定标准模型，该标准模型是仿形矢量指令部分220发出仿形矢量指令开始到驱动传感器140进行位置检测为止的传递函数；位置估计部分314，基于仿形矢量指令和标准模型，估计仿形探测器130的位置；以及二阶微分运算部分315，根据在位置估计部分314所求出的估计位置的数据值，通过二阶微分计算仿形探测器130的加速度。

图3是表示标准模型设定部分的结构的图。

在标准模型设定部分311中被设定标准模型，该标准模型是从仿形矢量指令部分到仿行探测器的接触部分(测定子)为止的频率传递函数。

如图3所示，在标准模型设定部分311中被设定三维探测器的标准模型G₁(s)(驱动机构的标准模型)和仿形探测器的标准模型G₂(s)。

仿形探测器的标准模型为了仿形探测器130的交换而对仿形探测器130的每个类型预先准备，并可以选择与当前安装的仿形探测器130对应的标准模型。

而且，从仿形矢量指令到仿形探测器130的位置为止的传递函数表示为三维探测器的标准模型G₁(s)和仿形探测器的标准模型G₂(s)的积即G_N(＝G₁(s)×G₂(s))。

另外，矢量指令、三维探测器110的驱动动作以及传感器的位置检测等在Xm轴、Ym轴以及Zm轴方向分别进行，但因三维探测器110的位置控制系统(根据仿形矢量指令进行位置检测的反馈控制系统)被调整为Xm、Ym、Zm轴方向的驱动的时间常数T都相等，所以在Xm、Ym、Zm轴方向都设为相同的标准模型G_N。

标准模型G_N可适当地根据设计数据或者实验值求出。

例如，在标准模型G_N为一阶延时系统时，标准模型G_N由下式表示。

在下式中K表示增益，s表示拉普拉斯运算符。

$G_N=K\·\frac{1}{1+T\·s}$

位置估计部分314根据仿形矢量指令的位置指令C(c_x、c_y、c_z)和标准模型G_N,估计仿形探测器130的位置。

在位置估计部分314中，每时每刻都输入在仿形矢量指令部分220生成的仿形矢量指令。

而且，通过位置指令C(c_x、c_y、c_z)和标准模型G_N，可以如下计算仿形探测器130的估计位置E(e_x、e_y、e_z)。

即，仿形探测器130的估计位置E表示为标准模型G_N和位置指令C的积。

E＝G_N·C

将估计位置分别分解为各个方向(Xm轴方向、Ym轴方向、Zm轴方向)，则成为如下式。

e_x＝G_N·c_x

e_y＝G_N·c_y

e_z＝G_N·c_z

二阶微分运算部分315通过对在位置估计部分314计算的仿形探测器130的估计位置E(e_x、e_y、e_z)进行二阶微分，求出在仿形探测器130产生的加速度A(a_x、a_y、a_z)作为估计动作状态量。

$A\left(t\right)=\frac{d^{2}E\left(t\right)}{{\mathrm{dt}}^2}$

$a_x={\stackrel{\·\·}{e}}_x$

$a_y={\stackrel{\·\·}{e}}_y$

$a_z={\stackrel{\·\·}{e}}_z$

频率估计部分610使用仿形探测器130，估计以一定的角速度对圆进行仿形测定时的旋转频率f。

其中，通过二阶微分运算部分315计算了加速度A时，在频率估计部分610中被输入在二阶微分运算部分315计算的加速度A(a_x、a_y、a_z)。

而且，例如，将仿形矢量指令的圆形运动仿形测定的旋转半径设为Rs，将二阶微分运算部分315所计算的仿形探测器130的估计加速度设为A(a_x、a_y、a_z)时，频率估计部分610根据下式计算圆形运动的旋转频率f。

$f=\sqrt{\frac{\sqrt{{a_X}^2+{a_Y}^2+{a_Z}^2}}{{\left(2\mathrm{\π}\right)}^2\·\mathrm{Rs}}}$

例如，如下说明该式的推导。

旋转频率f和角速度ω的关系表示为ω＝2πf，此外，将向心加速度表示为a_n时，a_n＝R_sω²，所以可根据如下式的变形而导出。

$f=\frac{\mathrm{\ω}}{2\mathrm{\π}}$

其中，a_n＝R_s·ω²

$\mathrm{\ω}=\sqrt{\frac{a_n}{\mathrm{Rs}}}$

$=\sqrt{\frac{\sqrt{{a_X}^2+{a_Y}^2+{a_Z}^2}}{\mathrm{Rs}}}$

因此，

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{\sqrt{{a_X}^2+{a_Y}^2+{a_Z}^2}}{\mathrm{Rs}}}$

$=\sqrt{\frac{\sqrt{{a_X}^2+{a_Y}^2+{a_Z}^2}}{{\left(2\mathrm{\π}\right)}^2\·\mathrm{Rs}}}$

此外，尤其是，在XY平面中的圆形运动的情况下，上式被简化为如下。

$f=\sqrt{\frac{\sqrt{{a_X}^2+{a_Y}^2}}{{\left(2\mathrm{\π}\right)}^2\·\mathrm{Rs}}}$

校正运算部分700包括：

校正参数存储部分710，存储了表示在仿形探测器130中产生的加速度和三维探测器110的变形量之间的关系的校正参数；

校正量计算部分720，基于在仿形探测器130中产生的加速度，计算对传感器检测值进行校正的校正量D；以及

测定数据合成部分430，合成所计算的校正量D和传感器检测值，求出被测定物表面S的位置。

在校正参数存储部分710中被设定存储了校正参数P。

校正参数P是在仿形探测器130中加速度A发生作用时，将三维探测器110中产生的变形量(具体地说，在立柱123以及主轴124中产生的变形量)与加速度A相关联的参数。

校正参数P(p_x、p_Y、p_Z)是在各轴方向、即在Xm、Ym、Zm轴方向分别设置。

另外，在后述的变形例1、变形例2、变形例3中以圆形运动的情况为例，表示校正参数P的设定方法。

校正量计算部分720包括：增益校正量计算部分721、以及相位差校正量计算部分722。

增益校正量计算部分721中被输入在动作估计部分600中计算的加速度A。

而且，增益校正量计算部分721使用在校正参数存储部分710中设定的校正参数P，如下计算校正量D。

D＝P·A

d_x＝p_x·a_x

d_y＝p_y·a_y

d_z＝p_z·a_z

相位差校正量计算部分722计算由于每个驱动轴方向的信号传递特性或者驱动增益的差异而在进行圆形运动时所产生的各轴间的指令传递的相位差作为相位差校正量φ。

相位差校正量φ表示为旋转频率f的函数(例如，φ＝b₂f²+b₁f+b₀)，理论性或实验性地求出的校正参数被设定存储在校正参数存储部分710。

另外，在后述的变形例1、变形例2、变形例3中举例说明用于计算增益校正量D以及相位差校正量φ的校正参数的设定方法。

测定数据合成部分430合成

驱动传感器140的检测值(x_m、y_m、z_m)、

通过校正量计算部分720计算的校正量D(d_x、d_Y、d_Z)以及相位差校正量φ、以及

探测器传感器134的检测值(x_p、y_p、z_p)，

计算仿形探测器130的接触部分132的轨迹。

而且，考虑了基准压入量Δr，求出被测定物表面S的位置数据。

说明测定数据合成部分430中的数据合成。

为了说明，将通过在XY平面内的圆形运动的仿形移动而测定了被测定物表面的情况为例进行说明。

在将圆形运动的中心坐标设为(x₀、y₀)，圆的半径表示为R时，驱动传感器140的检测值(x_m、y_m)使用规定的相位θ如下表示。

x_m＝x₀+Rcosθ

y_m＝y₀+Rsinθ

而且，对计算的增益校正量(d_x、d_Y)和相位差校正量φ进行校正时，如下表示。

另外，x_m′、y_m′表示校正后的驱动传感器检测值。

x_m′＝x₀+Rcosθ+d_x

y_m′＝y₀+Rsin(θ+φ)+d_y

对于将这个被校正的驱动传感器140的检测值(x_m′、y_m′)和探测器传感器134的检测值进行合成所求出的接触部分132的位置，考虑了基准压入量Δr的位置上求出被测定物的表面位置。

计算的被测定物表面S的位置数据输出到形状分析部分500。

形状分析部分500合成数据并计算接触部分132的轨迹以及被测定物表面S的形状数据。

而且，还进行将计算的被测定物的形状数据与设计数据进行对比，而求出误差或失真等的形状分析。

说明具有这种结构的第一实施方式的动作。

首先，测定之前设定输入测定条件。

作为测定条件，可以举出采样间距、基准压入量Δr、被测定物的轮廓数据等。

此外，在标准模型设定部分311中设定三维探测器的标准模型G₁(s)和仿形探测器的标准模型G₂(s)。

仿形探测器130的标准模型是从被准备的多个模型中选择与当前使用的仿形探测器130对应的模型。

在这个状态下，开始测定时，首先，在仿形矢量指令部分220生成的仿形矢量指令被输出到驱动控制电路162。

这样，控制信号从驱动控制电路162输出到驱动机构120，驱动机构120被驱动。

通过驱动机构120，仿形探测器130相对于被测定物表面S压入到基准压入量Δr为止的状态下，沿着被测定物表面S仿形移动。

在该仿形移动时，产生加速度，在三维探测器110的主轴124产生变形(例如，参照图21)。

此外，基于在仿形扫描时从探测器计数器175输出到仿形矢量指令部分220的探测器计数值，压入量被控制为基准压入量Δr。

由驱动传感器140检测用仿形探测器130扫描被测定物表面S时的驱动机构120的驱动量，由探测器传感器134检测触针131的位移量。

由驱动计数器171对驱动传感器140的传感器输出进行计数，由探测器计数器175对探测器传感器134的传感器输出进行计数。

另外，由这样的计数部分161计数的数据在设定的采样间距511被取得。

由计数部分161(驱动计数器171以及探测器计数器175)计数而取得的计数值也输出到校正运算部分700。

仿形矢量指令部分220的仿形矢量指令传送到驱动控制电路162，同时也传送到动作估计部分600。

在动作估计部分600中，仿形矢量指令被输入到位置估计部分314。

位置估计部分314根据设定在标准模型设定部分311的标准模型和仿形矢量指令的位置指令，计算考虑了信号传递特性的当前时刻的仿形探测器130的估计位置E(t)。

即，使用位置指令C(c_x、c_y、c_z)和标准模型G_N，如下计算仿形探测器130的估计位置E(t)(e_x、e_y、e_z)。

e_x＝G_N·c_x

e_y＝G_N·c_y

e_z＝G_N·c_z

在位置估计部分314计算的估计位置E被输入到二阶微分运算部分315。

二阶微分运算部分315通过对计算的估计位置进行二阶微分，计算在当前时刻的仿形探测器130中产生的加速度A(a_x、a_y、a_z)。

$a_x={\stackrel{\·\·}{e}}_x$

$a_y={\stackrel{\·\·}{e}}_y$

$a_z={\stackrel{\·\·}{e}}_z$

在二阶微分运算部分315计算的加速度数据A输出到校正运算部分700的校正量计算部分720。

增益校正量计算部分721根据被输入的加速度A和校正参数，对每个轴计算用于校正由加速度产生的变形的校正量D。

即，如下计算在仿形探测器130中产生加速度A时的驱动传感器检测值的校正量D(d_x、d_y、d_z)。

d_x＝p_x·a_x

d_y＝p_y·a_y

d_z＝p_z·a_z

而且，在二阶微分运算部分315所计算的加速度A被输出到频率估计部分610。

在频率估计部分610被计算圆形运动的旋转频率f，被计算的旋转频率f被输出到相位差校正量计算部分722。

而且，通过相位差校正量计算部分722，被计算作为旋转频率f的函数的相位差校正量φ。

被计算的相位差校正量φ与由增益校正量计算部分721计算的增益校正量D(d_x、d_y、d_z)一起被输出到测定数据合成部分430。

测定数据合成部分430合成驱动传感器140的检测值(x_m、y_m、z_m)、所计算的校正量D(d_x、d_Y、d_Z)以及相位差校正量φ、探测器传感器134的检测值(x_p、y_p、z_p)，求出接触部分132的位置。

而且，在对于接触部分132的位置考虑了规定的压入基准量Δr的位置上求出被测定物的表面S。

被求出的被测定物W的表面数据被依次发送到形状分析部分500，求出被测定物表面S的形状数据。

而且，通过将被测定物W的形状数据与设计数据进行对比，进行求出误差或失真等的形状分析。

根据具有这些结构的第一实施方式，可得到以下效果。

(1)动作估计部分600包括标准模型设定部分311，通过基于标准模型的加速度的计算，可以正确地计算作为在驱动状态的驱动机构120的动作状态的加速度。

而且，基于该估计加速度，在校正量计算部分720计算校正量，所以可以正确地计算用于校正在驱动中的驱动机构120中所产生的变形的校正量。即使在求出驱动机构120的动作状态的情况下，也无须根据实际测量的数据，通过基于标准模型的计算而求出，所以可以以高分析性能进行校正。

(2)基于在频率估计部分610计算的圆形运动时的旋转频率f，校正驱动轴之间的相位差。

因此，可校正圆形运动时的相位差误差，得到正确的测定数据。

(3)基于在二阶微分运算部分315计算的估计加速度，在频率估计部分610计算对圆进行仿形测定时的旋转频率，所以也可以正确地求出在圆的仿形动作中变化的旋转频率。

(4)在圆的仿形测定中，达到被指令的旋转频率为止需要时间，所以在以被指令的旋转频率作为前提进行校正的情况下，不能利用在加速部分取得的数据，需要仅对在仿形速度(即，旋转频率)成为一定时所取得的数据进行校正并作为测定数据。

例如，如图4所示，需要在仿形速度(或者旋转频率)表示一定值的部分取一周(360°)的数据。

相对于此，在第一实施方式中，能够根据每次的加速度估计值计算旋转频率f，并基于该计算的旋转频率f计算校正量，所以无需等到仿形速度(即，旋转频率)达到一定，可以对所有取得数据适当地进行校正并作为测定数据。

例如，如图5所示，即使是在仿形速度(或者旋转频率)变化(加速或减速)的区域所取得的数据也可以正确地进行校正。

因此，只要作为整体而取得一周(360°)的数据即可，其结果，可以提高测定的作业效率。

(变形例1)

接着，说明本发明的变形例1。

变形例1基本上与上述的第一实施方式相同，其特征在于，设定校正参数时的校正参数的求出方法。

作为由上述第一实施方式的校正运算部分700计算的校正量，有增益校正量计算部分721的增益校正量和相位差校正量计算部分722的相位差校正量。

首先，说明用于计算增益校正量的校正参数的设定。

在变形例1中，求出增益校正量的校正参数时，主轴124的变形量D作为与加速度A相关，成立下式。

D＝k·A

其中，为了简化说明，在XY平面内的圆形运动的情况作为例子进行说明。

当圆形运动时的向心加速度设为a时，作为仿形速度为V、半径为Rs，Xm轴方向的加速度a_x如下表示。

$a_x=\frac{V^2}{\mathrm{Rs}}\·\frac{(x-x_0)}{\mathrm{Rs}}$

产生加速度时的变形量也与测定位置相关，所以要考虑到测定坐标的平方项，则Xm轴方向的变形量d_x与在Xm轴方向上产生的加速度a_x之间的关系如下表示。

$d_x=(\frac{V^2}{\mathrm{Rs}}\×\frac{x-x_0}{\mathrm{Rs}})\×({\mathrm{\α}}_1{x}^2+{\mathrm{\α}}_{2}x+{\mathrm{\α}}_3)$

包括Ym轴方向的校正量dy、Zm轴方向的校正量dz时，如下表示。

$\left(\begin{array}{c}{d}_x\\ d_y\\ d_z\end{array}\right)=\frac{V^2}{\mathrm{Rs}}\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{\α}}_1(x-x_0)& {\mathrm{\α}}_2(x-x_0)& {\mathrm{\α}}_3(x-x_0)\\ {\mathrm{\α}}_4(x-x_0)& {\mathrm{\α}}_5(x-x_0)& {\mathrm{\α}}_6(x-x_0)\\ {\mathrm{\α}}_7(x-x_0)& {\mathrm{\α}}_8(x-x_0)& {\mathrm{\α}}_9(x-x_0)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}^2\\ x\\ 1\end{array}\right)$

其中，变形量D与x、y、z的所有分量相关，所以校正系数如下表示。

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_1\\ {\mathrm{\α}}_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\mathrm{\α}}_9\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{\β}}_1& {\mathrm{\β}}_2& {\mathrm{\β}}_3\\ {\mathrm{\β}}_4& {\mathrm{\β}}_5& {\mathrm{\β}}_6\\ \·& \·& \·\\ \·& \·& \·\\ \·& \·& \·\\ {\mathrm{\β}}_{25}& {\mathrm{\β}}_{26}& {\mathrm{\β}}_{27}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{y}^2\\ y\\ 1\end{array}\right)$

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\β}}_1\\ {\mathrm{\β}}_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\mathrm{\β}}_{27}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{\γ}}_1& {\mathrm{\γ}}_1& {\mathrm{\γ}}_1\\ {\mathrm{\γ}}_1& {\mathrm{\γ}}_1& {\mathrm{\γ}}_1\\ \·& \·& \·\\ \·& \·& \·\\ \·& \·& \·\\ {\mathrm{\γ}}_1& {\mathrm{\γ}}_1& {\mathrm{\γ}}_1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{z}^2\\ z\\ 1\end{array}\right)$

根据这些前提，实际进行实验求出误差之后，可以求出校正参数作为拟合曲线(fitting curve)的系数。

表示实际例子。

加速度的变形量也根据场所而不同，所以在取得校正用数据时，在不同的多个位置上设置标准量规(gauge)，用多个仿形速度(或者加速度)对圆形仿形测定进行校正实验。

例如，如图6所示，在从P₁到P₅的多个位置上进行圆形仿形测定。

另外，在图6的说明中，选择了Ym坐标相同、Xm坐标不同的五个点，但是在测定系统100的测定区域中，优选地，无遗漏地选择Xm坐标、Ym坐标、Zm的所有坐标。

图7以及图8是表示在各点P₁～P₅进行圆形仿形测定时，仿形速度V和被检测的半径的减少量(半径误差ΔR)的关系的曲线图。

其中，如图22所示，在圆形仿形测定时，因在X轴方向和Y轴方向上增益存在差，所以产生椭圆误差。

因此，图7的纵轴表示半径误差ΔR在Xm轴方向的最大量，图8的纵轴表示半径误差在Ym轴方向的最大量。

图9和图10是表示将图7和图8中的仿形速度变换为加速度，是半径的减少量(半径误差ΔR)和加速度的关系的曲线图。

图9的纵轴与图7相同地表示半径误差ΔR在Xm轴方向的最大量，图10的纵轴与图8相同地表示半径误差在Ym轴方向的最大量。

在图7以及图8中可知，Xm轴方向和Ym轴方向的测定半径的减少量(半径误差ΔR)都与仿形速度的乘方(例如，平方)相关，但根据图9以及图10可知，测定半径的减少量(半径误差ΔR)与加速度成比例，表示可适用上述式(D＝k·A)。

图11以及图12是表示测定位置和测定半径的减少量(半径误差ΔR)的关系的图。

在图11以及图12中，纵轴表示将测定半径的减少量(半径误差ΔR)用加速度相除进行归一化的值(ΔR/a)。

而且，图11的纵轴是将半径误差ΔR在Xm轴方向的最大量(ΔRx)用加速度相除的值(ΔRx/a)，图12的纵轴是将半径误差ΔR在Ym轴方向的最大量(ΔRy)用加速度相除的值(ΔRy/a)。

在图11中可知，在Xm轴方向中，测定半径的减少量(ΔRx)与测定位置的Xm坐标的一次方相关。

而且，在图12中可知，即使是Ym轴方向的测定半径的减少量(ΔRy)，也受到Xm轴方向的测定位置的误差的影响，并与Xm坐标的二次方相关。

收集这样的实验数据，在Xm、Ym、Zm坐标不同的位置，将用不同的仿形速度(或者加速度)测定了标准量规时的误差(d_x、d_y、d_z)代入式中。

而且，通过解该式，求出增益校正的参数。

求出的增益校正的参数设定在校正参数存储部分710。

接着，说明用于计算相位差校正量φ的校正参数的设定。

根据每个驱动轴方向的信号传递特性或者驱动增益的差异，在圆形运动时各轴之间产生指令传递的相位差。

将该相位差设为相位差校正量φ，作为圆形运动的旋转频率f的函数而求出。

为了简化说明，以在XY平面内的圆形运动的情况为例进行说明。

相位差校正量φ是圆形运动的旋转频率f的函数，作为旋转频率f的多项式表示。

表示实际的例子。

图13是在图6所示的P₁到P₅的多个位置进行圆形仿形测定的结果。

在图13中，纵轴取在Ym轴方向和Xm轴方向上产生的相位差φ，横轴取圆形运动的旋转频率f。

如图13所示，Ym轴方向和Xm轴方向的相位差φ依赖于圆形运动的旋转频率f。

此外，影响虽小，但也依赖于测定位置。

其中，将相位差φ表示为φ＝b₂f²+b₁f+φ₀，从拟合曲线求出校正系数b₂、b₁以及φ₀。

相位差φ的系数b₂、b₁以及φ₀也受到测定位置的影响，所以如下表示相位差φ。

φ＝b₂f²+b₁f+φ₀

$\left(\begin{array}{c}{b}_2\\ b_1\\ {\mathrm{\φ}}_0\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{\σ}}_1& {\mathrm{\σ}}_2& {\mathrm{\σ}}_3\\ {\mathrm{\σ}}_4& {\mathrm{\σ}}_5& {\mathrm{\σ}}_6\\ {\mathrm{\σ}}_7& {\mathrm{\σ}}_8& {\mathrm{\σ}}_9\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}^2\\ x\\ 1\end{array}\right)$

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\σ}}_1\\ {\mathrm{\σ}}_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\mathrm{\σ}}_9\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{\ζ}}_1& {\mathrm{\ζ}}_2& {\mathrm{\ζ}}_3\\ {\mathrm{\ζ}}_4& {\mathrm{\ζ}}_5& {\mathrm{\ζ}}_6\\ \·& \·& \·\\ \·& \·& \·\\ \·& \·& \·\\ {\mathrm{\ζ}}_{25}& {\mathrm{\ζ}}_{26}& {\mathrm{\ζ}}_{27}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{y}^2\\ y\\ 1\end{array}\right)$

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ζ}}_1\\ {\mathrm{\ζ}}_2\\ {\mathrm{\ζ}}_3\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\mathrm{\ζ}}_{27}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{\τ}}_1& {\mathrm{\τ}}_2& {\mathrm{\τ}}_3\\ {\mathrm{\τ}}_4& {\mathrm{\τ}}_5& {\mathrm{\τ}}_6\\ {\mathrm{\τ}}_7& {\mathrm{\τ}}_8& {\mathrm{\τ}}_9\\ \·& \·& \·\\ \·& \·& \·\\ \·& \·& \·\\ {\mathrm{\τ}}_{79}& {\mathrm{\τ}}_{80}& {\mathrm{\τ}}_{81}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{z}^2\\ z\\ 1\end{array}\right)$

使用这样求出的校正参数，如所述第一实施方式中所说明，计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，如所述第一实施方式中所说明，进行测定数据的校正。

(变形例2)

接着，说明本发明的变形例2。

变形例2基本上与上述变形例1相同，其特征在于，设定校正参数时的校正参数的求出方法。

具体地说，在上述变形例1中立出了将主轴124的变形量规定为与加速度相关的变形量的式子，但在变形例2中，利用将主轴124的变形量作为与旋转频率f相关地立出的式子。

另外，作为校正量，有增益校正量和相位差校正量，但在计算相位差校正量的校正参数的设定时与上述变形例1采样相同的方法，所以省略说明。

说明用于计算增益校正量的校正参数的设定。

在变形例2中，增益校正量设为与旋转频率f相关，如下式表示驱动的信号传递特性G₁的增益|G₁|和圆形运动的频率f的关系。

|G₁|＝1-k(2π·f)²

作为该式的推导，举出如下的一例变形式。

在指令了半径Rs的圆形运动时，产生了变形量D的情况下，由下式表示信号传递特性G₁的增益。

$\left|G_1\right|=\frac{(\mathrm{Rs}-D)}{\mathrm{Rs}}$

$=1-\frac{D}{\mathrm{Rs}}$

因变形量D与加速度A成比例为D＝k·A，所以进一步变形为如下。

$\left|G_1\right|=1-\frac{k\·A}{\mathrm{Rs}}$

其中，根据圆形运动的半径Rs和角速度ω的关系，加速度A可以表示为使用了旋转频率f的下式。

A＝Rs·ω²

＝Rs·(2π·f)²

因此，旋转频率特性的增益|G₁|表示为如下。

$\left|G_1\right|=1-\frac{k\·\mathrm{Rs}\·{(2\mathrm{\π}\·f)}^2}{\mathrm{Rs}}$

$=1-k{(2\mathrm{\π}\·f)}^2$

基于这样的关系式，根据设计值或实验值求出用于决定增益和旋转频率f之间的关系的校正参数k。

在Xm轴方向、Ym轴方向上分别计算增益|G₁|。

即，Xm轴方向分量计算为|G_1X|、Ym轴方向分量计算为|G_1Y|。

实际上，在求|G_1X|、|G_1Y|时，与所述变形例1相同地，在不同的位置中，用不同的旋转频率f进行圆形仿形测定，基于该结果，作为位置(x_m、y_m)和旋转频率f之间的函数来表示|G_1X|、|G_1Y|即可。

而且，如下执行考虑了这样求出的增益校正量(|G_1X|、|G_1Y|)和相位校正量φ的测定值的校正。

即，驱动传感器140的检测值为(x_m、y_m)时，将圆形运动的中心坐标设为(x₀、y₀)，在将圆的半径表示为Rs时，使用规定的相位θ，驱动传感器140的检测值表示为如下。

x_m＝x₀+Rcosθ

y_m＝y₀+Rsinθ

而且，在对算出的增益校正量(|G_1x|、|G_1y|)和相位差校正量φ进行校正时，可如下表示。

另外，x_m′、y_m′、表示校正后的驱动传感器检测值。

x_m′＝x₀+R·g_1x·cosθ

y_m′＝y₀+R·g_1y·sin(θ+φ)

其中， $g_{1x}=\frac{1}{\left|G_{1X}\right|},$ $g_{1y}=\frac{1}{\left|G_{1Y}\right|}$

对于将这个被校正的驱动传感器140的检测值(x_m′、y_m′)和探测器传感器134的检测值进行合成所求出的接触部分132的位置，考虑了规定的基准压入量Δr的位置上求出。

如以上所说明，也可以根据变形例2的方法求出用于计算增益校正量的校正参数。

此外，可以使用增益校正量以及相位差校正量，进行测定数据的校正。

(变形例3)

接着，说明本发明的变形例3。

变形例3基本上与上述变形例2相同，其特征在于，设定校正参数时的校正参数的求出方法。

具体地说，在上述变形例2中，根据变形量为与旋转频率f相关的逻辑式表示作为前提求出校正式，但是在变形例3中，变形量作为以使用了旋转频率f的多项式表示来求出校正式。

即，假设Xm轴方向的增益校正量|G_1X|以及Ym轴方向的增益校正量|G_1Y|由与圆形仿形测定中的圆形运动的旋转频率f有关的多项式表示。

表示实际实验的例子。

在取得校正数据时，在不同的多个位置设置标准量规(gauge)，用多个仿形速度进行圆形仿形测定。

图14是横轴取仿形测定时的旋转频率，纵轴取半径误差ΔR在Xm轴方向的最大量的曲线图。

图15是横轴取仿形测定时的旋转频率，纵轴取半径误差ΔR的Ym轴方向的最大量的曲线图。

测定位置与上述变形例1相同，从图6所示的P₁到P₅的多个位置上进行圆形仿形测定的结果。

图14的Xm轴方向、图15的Ym轴方向的任一个都是用旋转频率f的二次多项式拟合了仿形测定的旋转频率和测定误差(半径误差ΔR)的关系，根据规定的系数，如下表示Xm轴方向的增益误差|G_1X|(半径误差ΔR在Xm方向)以及Ym轴方向的增益误差|G_1Y|(半径误差ΔR在Ym方向)。

|G_1X|＝₂f²+₁f+1

|G_1Y|＝η₂f²+η₁f+1

而且，变形量也根据测定的位置而变化，所以也是测定位置的函数。

图16是表示Xm轴方向的增益误差|G_1X|的系数和Xm坐标的关系的曲线图。

图17是表示Ym轴方向的增益误差|G_1Y|的系数和Ym坐标的关系的曲线图。

即，多项式的系数φ₂、φ₁、η₂、η₁是测定位置的函数，并表示为如下。

用于求出Xm轴方向增益的式中的系数φ₂、φ₁作为x坐标的函数，分别表示为如下。

₂＝u₂₂·x²+u₂₁·x+u₂₀

₁＝u₁₂·x²+u₁₁·x+u₁₀

用于求出Ym轴方向增益的式中的系数η₂、η₁作为y坐标的函数，分别表示为如下。

η₂＝v₂₂·y²+v₂₁·y+v₂₀

η₁＝v₁₂·y²+v₁₁·y+v₁₀

基于这样的关系式，求出表示增益和旋转频率的关系的校正参数v₂、v₁、η₂、η₁。

求出的增益校正的参数设定在校正参数存储部分710。

在对实际的测定中的测定值进行校正时，与上述变形例2相同地，根据增益校正量(|G_1x|、|G_1y|)和相位差φ，按照下式进行校正运算。

x_m′＝x₀+R·g_1x·cosθ

y_m′＝y₀+R·g_1y·sin(θ+φ)

其中， $g_{1x}=\frac{1}{\left|G_{1X}\right|},$ $g_{1y}=\frac{1}{\left|G_{1Y}\right|}$

通过这样的变形例3，也可以求出用于计算增益校正量的校正参数。

此外，可以使用增益校正量以及相位差校正量，进行测定数据的校正。

(第二实施方式)

接着，说明本发明的第二实施方式。

第二实施方式的基本结构与上述第一实施方式相同，但第二实施方式的特征在于，包括估计判定部分800，它将在动作估计部分600计算的加速度的估计值与实际的实际加速度比较，判定加速度估计的正确性。

图18是表示第二实施方式的动作估计部分、校正运算部分以及估计判定部分的结构的图。

估计判定部分800包括：

实际加速度计算部分810，基于在计数部分161检测的坐标的测定值，计算实际的加速度；

差分计算部分820，将在动作估计部分600计算的加速度估计值与在实际加速度计算部分810计算的实际加速度比较，计算差分；以及

判定部分830，将在差分计算部分820计算的差分值与规定的阈值比较，判定加速度估计值的正确性。

在实际加速度计算部分810中被输入来自驱动计数器171的计数值，实际加速度计算部分810对来自驱动计数器171的计数值进行二阶微分，计算实际的加速度。

计算的实际加速度值被输出到差分计算部分820。

差分计算部分820中被输入来自二阶微分运算部分315的估计加速度值和来自实际加速度计算部分810的实际加速度。

差分计算部分820从估计加速度a减去实际加速度a_R，计算差分值δ_a。

计算的差分δ_a输出到判定部分830。

判定部分830中被预先设定阈值。

该阈值是

在估计加速度a和实际加速度a_R的差分值δ_a过大时，用于判定加速度估计没有正确地起作用，不能基于估计加速度进行校正的阈值。

判定部分830中被输入在差分计算部分820计算的差分值δ_a，判定部分830将该差分值δ_a与阈值进行比较。

而且，在差分值δ_a比阈值δ_s小的情况下(|δ_a|＜δ_s)，指令继续测定动作。

另一方面，在差分值δ_a比阈值δ_s大的情况下(|δ_a|≥δ_s)，通过输出部件62对用户显示该结果。

或者，使校正运算部分700中的校正运算停止。

根据包括这样的结构的第二实施方式，因包括估计判定部分800，所以可以判定动作估计部分600的加速度的估计的正确性。

而且，可以基于判定结果，进行校正运算的继续或结束，所以可以防止输出测定数据的误校正所引起的误测定结果。

另外，本发明的表面形状测定装置并不仅限定于上述实施方式以及变形例的装置，在不脱离本发明的意旨的范围内当然可以进行各种变更。

作为估计动作状态量以加速度为例进行说明，但加速度之外，也可以将仿形速度作为估计动作状态量。此时，求出仿形速度和校正量的关系即可，以使可基于仿形速度进行校正运算。

在上述实施方式中，根据标准模型估计了位置之后，对该估计位置进行二阶微分估计加速度，但也可以设定根据仿形矢量的位置指令直接计算加速度的标准模型。

在上述第二实施方式中也可以是，估计判定部分800在内部包括低通滤波器，根据在实际加速度计算部分中求出的实际加速度数据截止高频噪声。这样，可以防止高频噪声导致的判定误差。

Claims (7)

1.一种表面形状测定装置，其特征在于，包括：

仿形探测器，具有与至少一部分包括圆孤部分的被测定物表面接近连接或者接触的测定子，保持在被预先设定所述测定子和所述被测定物表面的相对位置的基准位置进行仿形扫描；

仿形矢量指令部分，指令仿形矢量，该仿形矢量指示沿着所述被测定物表面的所述仿形探测器的接下来的移动位置；

驱动机构，具有保持所述仿形探测器、同时使其三维地移动的驱动轴，按照所述仿形矢量指令，使所述仿形探测器移动；

驱动传感器，检测所述驱动机构的驱动量；以及

校正运算部分，按照所述仿形矢量指令部分所指令的仿形矢量指令，对所述驱动传感器的检测值进行校正运算，

所述校正运算部分基于所述仿形矢量指令的指令值，计算对由于驱动中的所述驱动机构变形而产生的测定误差进行校正的校正量。

2.如权利要求1所述的表面形状测定装置，其特征在于，

所述校正运算部分包括：

校正参数存储部分，存储了表示在所述仿形探测器中产生的加速度和所述驱动机构的变形量之间的关系的校正参数；

校正量计算部分，基于在所述仿形探测器中产生的加速度，计算对所述驱动传感器的检测值进行校正的校正量；以及

测定数据合成部分，将所述被计算的校正量合成到所述驱动传感器的检测值，求出被测定物表面的位置。

3.如权利要求2所述的表面形状测定装置，其特征在于，

所述校正量计算部分包括相位差校正量计算部分，

所述校正参数存储部分存储了用于相位差校正的校正参数，

用于所述相位差校正的校正参数(b₂、b₁)是

基于φ＝b₂f²+b₁f+φ₀的关系式(φ为相位差校正量、f为仿形测定时的旋转频率、φ₀为初始相位差)、和在测定区域中的不同的位置上以不同的仿形速度进行了圆形量规的仿形测量的结果而计算。

4.如权利要求2或3的任一项所述的表面形状测定装置，其特征在于，

所述校正量计算部分包括增益校正量计算部分，

所述校正参数存储部分存储了用于增益校正的校正参数，

用于所述增益校正的校正参数k是

基于D＝k·A的关系式(其中，将增益校正量设为D、在仿形测定时的所述仿形探测器的移动加速度设为A)和

在测定区域中的不同的位置上以不同的仿形速度进行了圆形量规的仿形测量的结果而计算。

5.如权利要求2或3的任一项所述的表面形状测定装置，其特征在于，

所述校正量计算部分包括增益校正量计算部分，

所述校正参数存储部分存储了用于增益校正的校正参数，

用于所述增益校正的校正参数k是

基于|G₁|＝1-k(2π·f)²的关系式(其中，|G₁|是信号传递特性G₁的增益、f是仿形测定时的旋转频率)和

在测定区域中的不同的位置上以不同的仿形速度进行了圆形量规的仿形测量的结果而计算。

6.如权利要求2或3的任一项所述的表面形状测定装置，其特征在于，

所述校正量计算部分包括增益校正量计算部分，

所述校正参数存储部分存储了用于增益校正的校正参数，

用于所述增益校正的校正参数是作为从旋转频率和增益之间的关系而导出的多项式的系数来表示的系数，旋转频率和增益之间的关系是根据在测定区域中的不同的位置上以不同的仿形速度进行了圆形量规的仿形测量的结果而导出。

7.如权利要求2至3的任一项所述的表面形状测定装置，其特征在于，包括：

动作估计部分，基于从所述仿形矢量指令部分发出的所述仿形矢量指令，估计所述驱动机构的动作状态，计算估计动作状态量，

所述动作估计部分包括：

标准模型设定部分，设定标准模型，该标准模型是在所述仿形矢量指令部分发出所述仿形矢量指令开始至被反映到所述仿形探测器的移动位置为止的信号传递特性；

位置估计部分，使用来自所述仿形矢量指令部分的所述仿形矢量指令和设定在所述标准模型设定部分的所述标准模型，求出所述仿形探测器的位置作为估计位置；以及

二阶微分运算部分，对在所述位置估计部分求出的所述仿形探测器的估计位置进行二阶微分，计算作为所述估计动作状态量的加速度，

所述校正运算部分基于所述估计动作状态量，计算对由于驱动中的所述驱动机构变形而产生的测定误差进行校正的校正量。

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