CN101358845A - 表面形状测定装置 - Google Patents

Abstract

一种表面形状测定装置，具备：动作推定部(300)，其根据仿形矢量指令部(220)发出的仿形矢量指令来推定驱动机构的动作状态并计算推定动作状态量；校正运算部(400)，其根据动作推定部(300)计算的推定动作状态量来校正运算驱动传感器的检测值。动作推定部(300)具有标称模型设定部(311)，其设定从仿形矢量指令被发出到反映仿形探测器的移动位置之前的信号传递特性即标称模型，校正运算部(400)包括：校正量计算部(420)，其根据推定动作状态量来计算对由驱动中驱动机构变形产生的测定误差进行校正的校正量；测定数据合成部(430)，其把驱动传感器和检测传感器的检测值与由校正量计算部(420)计算的校正量进行合成并作为测定数据。

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。

例如涉及仿形扫描被测定物表面来测定被测定物的轮廓、表面粗糙度、波纹度等的表面仿形测定装置。

背景技术

已经知道有仿形扫描被测定物表面来测定被测定物立体形状的表面仿形测定装置。

图20表示作为利用仿形探测器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移动的三维测定机110、手动操作的操作部150、控制三维测定机110动作的运动控制器160、经由运动控制器160使三维测定机110动作并处理三维测定机110取得的测定数据来求被测定物W尺寸和形状等的主计算机200。

三维测定机110包括：平台111、竖立设置在平台111上并使仿形探测器130三维移动的驱动机构120、检测驱动机构120驱动量的驱动传感器(未图示)。

驱动机构120包括：两个横梁支承体121，其从平台111的两侧端在平台111的大致垂直方向即Zm轴方向上具有高度，且向沿平台111侧端的Ym轴方向设置成能滑动；横梁122，其被支承在横梁支承体121的上端且在Xm轴方向上具有长度；立柱123，其在Xm轴方向上能滑动地设置在横梁122上且在Zm轴方向具有导向器；测量轴124，其在Zm轴方向能滑动地设置在立柱123内，且在下端保持仿形探测器130。

驱动传感器具备：检测横梁支承体121向Ym轴方向移动的Ym轴传感器、检测立柱123向Xm轴方向移动的Xm轴传感器、检测测量轴124向Zm轴方向移动的Zm轴传感器。

如图21所示，仿形探测器130具备：前端具有接触部(测头)132的触针131和使触针131的基端在一定的范围内能向Xp方向、Yp方向、Zp方向滑动地支承的支承部133。

支承部133具备：滑动机构(未图示)，其具有能向相互正交的方向移动的xp滑块、yp滑块、zp滑块；探测器传感器(未图示)，其检测滑动机构在各轴方向的变位量并输出检测到的变位量。

触针131利用滑动机构相对支承部133在一定范围内能滑动地被支承。

这种仿形探测器130的结构例如在文献1(特开平05-256640号)中有记载。

在这种结构中，在把接触部132以基准按压量Δr与被测定物表面S抵触的状态下使仿形探测器130沿被测定物表面S进行仿形移动。

这时，根据驱动机构120的驱动量能得到仿形探测器130的移动轨迹。

成为仿形探测器130的移动轨迹即接触部132的移动轨迹时，相对接触部132中心点的移动轨迹来说仅在偏置了规定量(Q)的位置存在有被测定物表面S与接触部132的接触点。

于是，在把由驱动传感器检测的仿形探测器130的位置与由探测器传感器检测的触针131的变位相加来求接触部132的位置的基础上，从接触部132的位置仅校正规定的偏置值部分(Q)就能计算出被测定物表面S的位置。

在此，在由表面仿形测定装置仿形扫描被测定物表面S时，具有加速度驱动的部分被作用有惯性力。

例如，在被测定物W是圆或圆弧的情况下，由圆运动而产生离心力，如图22所示，产生驱动机构120(测量轴124)变形的问题。

当由该加速度而产生变形时，仅产生变形的部分就使驱动传感器的检测值含有误差。

例如当产生离心力时，仅测量轴124向外侧变形的部分就使驱动传感器的检测值向圆的内侧进入，例如，如图23所示那样出现径向的差。

图23中，L₁是环规的径，L₂是测定数据。

这种课题例如在测定汽车主体的大型三维测定机110需要进行高速仿形测定时就成为非常大的问题而明显化。

这点例如在文献2(特开平7-324928号)中作为校正由加速度产生的测定误差的方法而公开了下面的结构。

即上述文献2作为测定滑块的位置与测定滑块的加速度的函数而预先求出表示挠曲特性的校正值。

例如，通过在测定区域的各个位置以各加速度来测定已知半径的环规，就能预先求出加速度与挠曲特性的函数。

测定被测定物时，在由各传感器得到检测数据的基础上由测定时的加速度来特定校正值，利用校正值来校正所述检测数据。

这样对由加速度产生的测定误差进行校正而能得到正确的测定值。

作为求测定时的加速度的方法，上述文献2公开了：通过把测定滑块位置的测定值进行二阶微分来得到的方法(段落0037，权利要求12)和设置加速度传感器来检测测定滑块加速度的方法(段落0047，权利要求13)。

上述文献2的方法中，通过把测定滑块的位置进行二阶微分来特定测定时的加速度，但在位置检测值的二阶微分中，存在加速度的分辨率与取样频率的平方成反比并且恶化的问题。

例如，当把检测位置的取样频率提高到10倍，则所求的加速度的分辨率就恶化到1/100，其结果是校正量的分辨率也恶化到1/100。

这样，由位置的二阶微分来求加速度的方法并不实用，不能适应高速高精度测定的要求。

而且，把测定滑块的位置进行二阶微分来求测定滑块的加速度，但在实际的测定中，产生加速度和变形问题的是测量轴124的前端部或探测器部，作为议论测定滑块的加速度的对象，对于校正精度在原理上有界限。

上述文献2还记载了通过设置加速度传感器来求测定滑块的加速度，但关于加速度传感器的性能和设置方法却没有记载，现实中有困难。

例如，在用加速度传感器进行实测时，例如仿形直径100mm的圆，以速度10mm/sec进行仿形测定时有中心方向的约50μG的加速度产生，但把能检测50μG加速度的加速度传感器按每移动轴各一个合计设置三个是困难的。

更何况在探测器部近旁不可能设置这样的加速度传感器。

这样，由于仿形测定时产生的变形部分不能被正确求出，所以不能校正该变形部分。

因此，在高速测定时不能正确求出被测定物的形状，存在为了正确测定而限制不产生变形程度的仿形速度的问题。

特别是，由为了高速测定汽车等大的被测定物而需要大型的三维测定机，所以迫切希望有解决上述课题的方法。

发明内容

本发明的主要目的在于解决现有问题而提供一种能高速且高精度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包括：仿形探测器，其具有与被测定物表面接近或抵接的测头和检测所述测头与所述被测定物表面的相对位置的检测传感器，且把所述测头与所述被测定物表面的相对位置保持在预先设定的基准位置进行仿形扫描；仿形矢量指令部，其发出仿形矢量的指令，该仿形矢量指示出沿所述被测定物表面的所述仿形探测器下一个移动位置；驱动机构，其保持所述仿形探测器并具有使三维移动的驱动轴，且根据所述仿形矢量指令使所述仿形探测器移动；驱动传感器，其检测所述驱动机构的驱动量；动作推定部，其根据所述仿形矢量指令部发出的所述仿形矢量指令来推定所述驱动机构的动作状态并计算推定动作状态量；校正运算部，其根据所述动作推定部计算的所述推定动作状态量来校正运算所述驱动传感器的检测值，其中，所述动作推定部具有标称模型设定部，其设定从所述仿形矢量指令部发出所述仿形矢量指令到反映所述仿形探测器的移动位置之间的信号传递特性即标称模型，所述校正运算部包括：校正量计算部，其根据所述推定动作状态量来计算对由驱动中所述驱动机构变形而产生的测定误差进行校正的校正量；测定数据合成部，其把所述驱动传感器和所述检测传感器的检测值与由所述校正量计算部计算的校正量进行合成并作为测定数据。

该结构中，从仿形矢量指令部发出用于使仿形探测器沿被测定物表面移动的仿形矢量指令。

于是，根据仿形矢量指令，由驱动机构使仿形探测器沿被测定物表面进行仿形移动。

仿形探测器扫描被测定物表面时的驱动机构的驱动量由驱动传感器检测，且测头与被测定物表面的相对位置由检测传感器检测。

在这种仿形测定动作时有加速度产生，在作用有加速度的力时，驱动机构产生变形，该变形部分有可能包含在测定误差中。

于是，与仿形探测器进行仿形测定的同时，进行由所述变形部分产生误差的校正处理。

即，来自仿形矢量指令部的仿形矢量指令也向动作推定部输入。

驱动机构按照仿形矢量指令进行动作时的动作状态由动作推定部根据信号传递特性即标称模型进行推定并作为推定动作状态量来计算。

推定动作状态量被输出到校正量计算部，在校正量计算部中，根据推定动作状态量来计算校正测定误差的校正量。

即，计算出校正伴随动作时产生变形的测定误差部分的校正量。

把计算的校正量与驱动传感器和检测传感器的检测值进行合成并作为测定数据输出。

根据该结构，动作推定部具有标称模型设定部，通过计算基于标称模型的推定动作状态量而能计算处于驱动状态的驱动机构的动作状态。

由于校正量运算部根据该推定动作状态量来计算校正量，所以能正确计算校正驱动中驱动机构产生的变形的校正量。

以往，为了校正测定误差而求驱动机构的驱动状态时，是从驱动传感器的检测值来求驱动状态。

但驱动传感器的检测值是包含驱动时产生的驱动机构变形的值，不能说是正确的值，在包含该误差的值的校正量计算中，存在不能指望正确校正的问题。

在根据驱动传感器的检测值来求动作状态时，例如，要从位置检测值计算加速度时，出现离散化误差大而不实用的问题。

例如，若把驱动传感器的位置检测取样周期缩短到十分之一，则作为动作状态量的加速度的分辨率就恶化到百分之一。

或者作为动作状态要得到加速度时，也考虑设置加速度传感器，但在Xm、Ym、Zm的各方向设置加速度传感器原本是困难的，且加速度传感器的检测能力也有界限。

这点由于本发明在标称模型设定部设定了标称模型，所以即使在求驱动机构的动作状态时，也不是根据实测的数据而能通过运算来求。

因此，即使是短的周期也能正确地求动作状态。

其结果是能以高的分辨率进行校正。

不按照实测数据来推定动作状态时，例如假定驱动机构按照仿形矢量指令不延时地进行动作，作为在发出了位置指令时，在该指令发出的时点并且在所指令的位置具有仿形探测器，也考虑推定驱动机构的驱动位置或驱动加速度。

但由于上述方法中驱动机构具有按照时间常数延迟等的信号传递特性，所以这种推定不可能进行正确的校正。

而且由于在开始动作和描绘曲线动作时加速度有变动，所以还有简单的假定不能适用的问题。

这点由于本发明设定了表示信号传递特性的标称模型，并使用该标称模型来推定接受了仿形矢量指令的驱动机构的动作状态，所以能把驱动机构的实际位置、加速度等的动作状态按照现实正确求出。

利用根据这样求出的动作状态而计算的校正量就能正确地进行校正。

本发明中所述动作推定部最好包括：位置推定部，其使用来自所述仿形矢量指令部的所述仿形矢量指令和由所述标称模型设定部设定的标称模型求出所述仿形探测器的位置并将其作为推定位置；二阶微分运算部，其把所述位置推定部求出的所述仿形探测器的推定位置进行二阶微分来计算作为所述推定动作状态量的加速度。

在这种结构中，来自仿形矢量指令部的仿形矢量指令被输入到位置推定部。

这样，在位置推定部中，把仿形矢量指令的位置指令C与设定的标称模型G_N相乘来计算仿形探测器的推定位置E。

把计算的仿形探测器的推定位置E向二阶微分运算部输出。

在二阶微分运算部中，从仿形探测器的推定位置来计算作为推定动作状态的加速度。

该加速度被输出到校正量计算部，计算出校正伴随驱动动作产生的驱动机构变形的测定误差部分的校正量。

把计算的校正量与驱动传感器和检测传感器的检测值进行合成并作为测定数据输出。

根据该结构，作为推定动作状态量，能求出在仿形探测器上产生的加速度。

在根据实测的位置数据计算加速度时，随着缩短取样周期而加速度的分辨率恶化，但本发明通过把使用标称模型计算的推定位置进行二阶微分来计算加速度，所以没有由取样周期而引起的加速度恶化。

因此，即使短的周期也能计算加速度，能利用这样求出的加速度来精细地计算校正量。

其结果是即使是短的周期取得的位置数据，也能根据动作状态正确地进行校正，能取得短间距的正确形状数据。

本发明中所述标称模型设定部最好包括：设定所述驱动机构的标称模型的驱动机构标称模型设定部和设定所述仿形探测器的标称模型的仿形探测器标称模型设定部。

这种结构中，表面形状测定装置整体的标称模型G_N以驱动机构的标称模型G₁(s)和仿形探测器标称模型G₂(s)的积来表示。

把来自仿形矢量指令部的仿形矢量指令与表面形状测定装置整体的标称模型G_N相乘来计算仿形探测器的推定位置。

根据该结构，由于分别设置了驱动机构标称模型设定部和仿形探测器标称模型设定部，所以能分别设定驱动机构的标称模型和仿形探测器的标称模型。

因此，例如，为了更换仿形探测器而按每个仿形探测器种类准备了仿形探测器的标称模型，能选择与现场安装的仿形探测器对应的标称模型。

其结果是，即使由于在仿形探测器破损或根据测定对象的仿形探测器的选择等而要更换仿形探测器时，也能迅速应对，能谋求提高测定效率。

本发明中，当所述被测定物表面的一部分包含圆弧部分，则从所述仿形矢量指令部发出仿形所述圆弧部分的所述仿形矢量指令，优选的是，所述动作推定部具有频率推定部，其根据所述二阶微分运算部计算的加速度，把所述圆弧部分进行仿形扫描时的旋转频率f作为所述推定动作状态量来计算。

这种结构，当被测定物表面的一部分包含圆弧部分时，则从仿形矢量指令部发出仿形扫描圆弧部分的仿形矢量指令，进行圆弧部分的仿形测定。

仿形矢量指令也被输入到动作推定部，动作推定部从使用了标称模型的位置推定和推定位置的二阶微分来进行加速度的计算。

且接着，频率推定部根据加速度来进行这时的圆运动频率的计算。

例如，根据加速度由下式来进行圆运动频率的计算。

当把仿形矢量指令的圆的仿形测定半径设定为Rs、把二阶微分运算部计算的仿形探测器的推定加速度设定为A(ax、ay、az)时，频率推定部按照下式计算旋转频率f。

$f=\sqrt{\frac{\sqrt{a_x^2+a_y^2+a_z^2}}{{\left(2\mathrm{\π}\right)}^2\·\mathrm{Rs}}}$

把这样计算的旋转频率f的数据作为推定动作状态量向校正运算部输出。

把校正驱动机构变形产生的测定误差的校正量由校正量计算部根据旋转频率f计算。

根据这种结构，由于根据二阶微分运算部计算的推定加速度来由频率推定部计算在仿形测定圆时的旋转频率f，所以在圆弧部分的仿形动作中变化的旋转频率f也能被正确求出。

例如，即使从仿形矢量指令部发出了以旋转频率f的旋转速度进行仿形测定圆的指令，由于在动作刚开始后而速度稳定之前达不到如指令的速度，所以不是指令那样的旋转频率f。

因此，把如指令那样的旋转频率f作为前提来计算校正量，有校正不能正确进行的问题。

这点在本发明中，不是把指令值的旋转频率f原封不动地作为校正运算的前提，而是在进行了二阶微分的加速度推定的基础上，以推定加速度为基准计算当时的旋转频率f。

其结果是，由于在圆弧部分的仿形动作中变化的旋转频率f也能被正确求出，所以即使把圆运动时离心力部分由根据旋转频率f的校正运算进行校正时，也能进行正确的校正。

例如在圆弧部分的仿形测定中，由于达到指令的频率需要时间，所以在把指令的旋转频率作为前提进行校正时，不利用加速部分取得的数据，仅对仿形速度(即旋转频率)成为一定时取得的数据进行校正，并通过作为测定数据而能得到正确的测定数据。

但该方法在仿形速度(即旋转频率)成为一定之前的时间就浪费了，测定的作业效率非常不好。

这点在本发明中，由于是从当时的加速度推定值来计算旋转频率，且能根据计算的旋转频率来计算校正量，所以不等待仿形速度(即旋转频率)达到一定，就能恰当地校正所有的取得数据并作为测定数据。

其结果是能提高测定的作业效率。

本发明具备判断所述动作推定部推定正确性的推定判断部，优选的是，所述推定判断部包括：实际动作状态量计算部，其根据所述驱动传感器检测的测定值来计算实际的动作状态量即实际动作状态量；差分计算部，其把所述动作推定部计算的所述推定动作状态量与所述实际动作状态量进行对比并计算差分；判断部，其把所述差分计算部计算的差分值与规定的界限值进行对比来判断所述动作推定部推定的正确性。

根据该结构，由于具备推定判断部，所以能判断由动作推定部推定加速度的正确性。

由于根据判断结果能进行校正运算的继续或是停止，所以能防止由测定数据的误校正而引起的误测定结果的输出。

附图说明

图1是本发明第一实施方式测定系统的功能方块图；

图2是表示所述第一实施方式中动作推定部和校正运算部结构的图；

图3是表示标称模型设定部结构的图；

图4是表示本发明第二实施方式中动作推定部和校正运算部的图；

图5是表示仿形速度(或旋转频率)表示出一定值时取得一周部分(360°)数据时的图；

图6是表示在仿形速度(或旋转频率)变化(加速或减速)的区域取得数据时的图；

图7是表示为了取得校正数据而在P₁到P₅的多个位置进行圆仿形测定情况的图；

图8是表示在各点P₁～P₅进行圆的仿形测定时仿形速度V与检测的半径减少量ΔR关系的图；

图9是表示在各点P₁～P₅进行圆的仿形测定时仿形速度V与检测的半径减少量ΔR关系的图；

图10是表示半径减少量与加速度关系的图；

图11是表示半径减少量与加速度关系的图；

图12是表示测定位置与测定半径减少量关系的图；

图13是表示测定位置与测定半径减少量关系的图；

图14是表示Ym轴方向和Xm轴方向产生的相位差φ与圆运动的旋转频率f关系的图；

图15是表示仿形测定时旋转频率与半径误差ΔR关系的图；

图16是表示仿形测定时旋转频率与半径误差ΔR关系的图；

图17是表示放大误差系数与坐标关系的图；

图18是表示放大误差系数与坐标关系的图；

图19是表示本发明第三实施方式中动作推定部、校正运算部和推定判断部结构的图；

图20是表示作为利用仿形探测器的表面仿形测定装置测定系统结构的图；

图21是表示仿形探测器的结构和仿形探测器测定被测定物表面情况的图；

图22是表示在仿形测定中由变形产生误差状态的图；

图23是表示作为测定误差而产生径向差结果的图。

具体实施方式

以下图示本发明的实施方式且参照图中各要素被付与的符号进行说明。

(第一实施方式)

说明本发明表面形状测定装置的第一实施方式。

作为第一实施方式把使用仿形探测器130的表面仿形测定装置的测定系统100表示在图20。

把测定系统100的功能方块图表示在图1。

测定系统100的概略结构与在背景技术中说明的结构相同，包括：三维测定机110、手动操作三维测定机110动作的操作部150、实行三维测定机110驱动控制的运动控制器160、向运动控制器160给予规定指令并实行被测定物W的形状解析等运算处理的主计算机200、输入测定条件等的输入装置61和输出测定结果的输出装置62。

三维测定机110(参照图20)包括：平台111、竖立设置在平台111上并使仿形探测器130三维移动的驱动机构120、检测驱动机构120驱动量的驱动传感器140。

驱动机构120包括：两个横梁支承体121，其从平台111的两侧端在大致垂直于平台111的方向即Zm轴方向上具有高度，且向沿平台111侧端的Ym轴方向设置为能够滑动；横梁122，其被支承在横梁支承体121的上端且在Xm轴方向上具有长度；立柱123，其在Xm轴方向上能滑动地设置在横梁122上且在Zm轴方向具有导向器；测量轴124，其在Zm轴方向能滑动地设置在立柱123内，且在下端保持仿形探测器130。

驱动传感器140具备：检测横梁支承体121向Ym轴方向移动的Ym轴传感器141、检测立柱123向Xm轴方向移动的Xm轴传感器142、检测测量轴124向Zm轴方向移动的Zm轴传感器143。

仿形探测器130(参照图21)具备：前端具有接触部(测头)132的触针131和使触针131的基端在一定的范围能向Xp方向、Yp方向、Zp方向滑动地支承的支承部133。

支承部133具备：滑动机构(未图示)，其具有能向相互正交的方向移动的xp滑块、yp滑块、zp滑块；探测器传感器134，其检测滑动机构在各轴方向的变位量并输出检测到的变位量。

探测器传感器134具备：检测触针131向Xp方向移动的Xp方向传感器135、检测触针131向Yp方向移动的Yp方向传感器136、检测触针131向Zp方向移动的Zp方向传感器137。

运动控制器160具备：对来自驱动传感器140和探测器传感器134的检测信号进行计数的计数器部161、按照主计算机200和操作部150的指令来驱动控制驱动机构120的驱动控制电路162。

计数器部161具备：对从驱动传感器140输出的检测信号(脉冲信号)计数并计量驱动机构120驱动量的驱动计数器171、对从探测器传感器134输出的检测信号(脉冲信号)计数并把触针131的滑动量作为按压量计量的探测器计数器175。

驱动计数器171具备：对从Ym轴传感器141输出的检测信号计数的Ym轴计数器172、对从Xm轴传感器142输出的检测信号计数的Xm轴计数器173、对从Zm轴传感器143输出的检测信号计数的Zm轴计数器174。

探测器计数器175具备：对从Xp方向传感器135输出的检测信号计数的Xp方向计数器176、对从Yp方向传感器136输出的检测信号计数的Yp方向计数器177、对从Zp方向传感器137输出的检测信号计数的Zp方向计数器178。驱动计数器171的计数值(Xm、Ym、Zm)和探测器计数器175的计数值(Xp、Yp、Zp)分别被输出到主计算机200。

主计算机200包括：存储由输入机构61设定输入的测定条件等的存储器(存储装置)210、对在被测定物表面进行仿形的移动方向和移动速度的仿形矢量发出指令的仿形矢量指令部220、根据仿形矢量指令部220的指令来推定驱动机构120的动作并计算仿形探测器130产生的加速度的动作推定部300、根据动作推定部300的动作推定来计算校正量并校正测定值的校正运算部400、解析被测定物W形状的形状解析部500、具有运算装置和存储装置(ROM、RAM)并执行规定程序和进行数据处理等的中央处理部(CPU)230和连接所述各功能部的总线。

存储器210存储由输入机构61设定输入的测定条件等，例如存储：在仿形扫描中把驱动机构120的驱动量进行取样的间隔(取样间隔)、把接触部132向被测定物W按压的量(基准按压量Δr)、进行仿形扫描的速度(仿形速度)和被测定物W的设计数据等的轮廓数据等。

仿形矢量指令部220例如根据存储器210设定的轮廓数据而生成仿形扫描被测定物W的仿形矢量指令。

仿形矢量指令部220根据探测器计数器175的输出而生成按基准按压量Δr把按压量在规定范围(基准位置范围)进行的按压方向的仿形矢量指令。

仿形矢量指令部220生成的仿形矢量指令被输出到驱动控制电路162。

图2是表示动作推定部300和校正运算部400结构的图。

动作推定部300由推定并求仿形探测器130加速度的加速度推定部310构成。

加速度推定部310包括：标称模型设定部311，其设定在由仿形矢量指令部220发出仿形矢量指令之后并在由驱动传感器140进行位置检测之前的传递函数(信号传递特性)即标称模型；位置推定部314，其根据仿形矢量指令和标称模型来推定仿形探测器130的位置；二阶微分运算部315，其从位置推定部314求出的推定位置数据值而利用二阶微分来计算仿形探测器130的加速度。

图3是表示标称模型设定部311结构的图。

标称模型设定部311设定在仿形矢量指令发出之后并在驱动三维测定机110到达指令位置之前的频率传递函数(信号传递特性)即标称模型。

如图3所示，标称模型设定部311设定三维测定机110的标称模型G₁(s)(驱动机构120的标称模型)和仿形探测器130的标称模型G₂(s)。

为了更换仿形探测器130而按每个仿形探测器130的种类来准备仿形探测器130的标称模型，能选择与现场安装的仿形探测器130对应的标称模型。

从仿形矢量指令到仿形探测器130位置的频率传递函数以三维测定机110的标称模型G₁(s)与仿形探测器130的标称模型G₂(s)的积，即，G_N(＝G₁(s)×G₂(s))来表示。

虽然仿形矢量指令、三维测定机110的驱动动作和驱动传感器140的位置检测等在Xm轴、Ym轴和Zm轴方向分别进行，但由于三维测定机110的位置控制系统(进行从仿形矢量指令开始的位置检测的反馈控制系统)被调整成使Xm、Ym、Zm轴方向驱动时间常数T都相同，所以Xm、Ym、Zm轴方向都成为相同的标称模型G_N。

标称模型G_N能从设计数据或实验值等适当求出。

例如在标称模型G_N是一次延迟系时，标称模型G_N能由下式表示。

下式中K表示放大(ゲイン)，s表示拉普拉斯算子。

$G_N=K\·\frac{1}{1+T\·s}$

位置推定部314根据仿形矢量指令的位置指令C(c_x、c_y、c_z)和标称模型G_N来推定仿形探测器130的位置。

位置推定部314被随时随刻地输入由仿形矢量指令部220生成的仿形矢量指令。

由位置指令C(c_x、c_y、c_z)和标称模型G_N如下地计算仿形探测器130的推定位置E(e_x、e_y、e_z)。

即，仿形探测器130的推定位置E由标称模型G_N与位置指令C的积来表示。

E＝G_N·C

当把推定位置按各方向(Xm轴方向、Ym轴方向、Zm轴方向)分别分解表示，则如下。

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315把由位置推定部314计算的仿形探测器130的推定位置E(e_x、e_y、e_z)进行二阶微分，把仿形探测器130产生的加速度A(a_x、a_y、a_z)作为推定动作状态量来求。

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

$a_x={\stackrel{\·\·}{e}}_x$

$a_y={\stackrel{\·\·}{e}}_y$

$a_z={\stackrel{\·\·}{e}}_z$

校正运算部400包括：校正参数存储部410，其存储表示仿形探测器130产生的加速度与三维测定机110变形量关系的校正参数；校正量计算部420，其根据仿形探测器130产生的加速度来计算校正由驱动传感器140和探测器传感器134检测的检测值的校正量D；测定数据合成部430，其把算出的校正量D与由驱动传感器140和探测器传感器134检测的检测值进行合成并求被测定物表面的位置。

在校正参数存储部410中，设定存储校正参数P。

校正参数P是在仿形探测器130有加速度A作用时，使三维测定机110产生的变形量(具体说就是立柱123和测量轴124产生的变形量)与加速度A带有关系的参数。

校正参数P(p_x、p_y、p_z)按各轴方向，即，每个Xm、Ym、Zm轴方向来设定。

关于校正参数P的设定方法以后述的变形例1、变形例2、变形例3的圆运动情况为例表示了，但并不限定于这些例，只要根据设计值或实验值适当地设定表示加速度A与变形量之间关系的参数便可。

校正量计算部420从加速度A和校正参数P来计算关于各轴方向的校正量D(d_x、d_y、d_z)。

向校正量计算部420输入由动作推定部300计算的加速度A。

校正量计算部420使用由校正参数存储部410设定的校正参数P来如下地计算校正量D。

D＝P·A

d_x＝p_x·a_x

d_y＝p_y·a_y

d_z＝p_z·a_z

测定数据合成部430把由驱动计数器171计量的驱动机构120的驱动量和由校正量计算部420计算的校正量D进行合成，求仿形探测器130的位置数据。

即，相对于接触部132的位置并在考虑了规定的基准按压量Δr的位置而求出被测定物表面S的坐标值(x_s、y_s、z_s)，该接触部132是把由驱动传感器140的检测的检测值(x_m、y_m、z_m)、由校正量计算部420计算的校正量D(d_x、d_y、d_z)和由探测器传感器134的检测的检测值(x_p、y_p、z_p)进行合成而求得的。

计算出的被测定物表面的测定数据被输出到形状解析部500。

形状解析部500合成测定数据并计算接触部132的轨迹和被测定物表面的形状数据。

把计算的被测定物形状数据与设计数据进行对比，还进行求误差和失真等的形状解析。

说明具备这种结构的第一实施方式的动作。

首先，在测定之前设定输入测定条件。

作为测定条件能举出：取样间距、基准按压量、被测定物的轮廓数据等。

由标称模型设定部311设定三维测定机110的标称模型G₁(s)和仿形探测器130的标称模型G₂(s)。

仿形探测器130的标称模型从准备的多个之中选择与现场使用的仿形探测器130对应的标称模型。

在该状态下开始测定，首先把仿形矢量指令部220生成的仿形矢量指令向驱动控制电路162输出。

于是，从驱动控制电路162向驱动机构120输出控制信号，驱动机构120被驱动。

利用驱动机构120，使仿形探测器130对被测定物表面进行按压，并且按压到基准按压量Δr的状态，并在该状态下沿被测定物表面进行仿形移动。

该仿形移动时产生加速度，三维测定机110的测量轴124产生变形(例如参照图22)。

仿形扫描时，根据从探测器计数器175向仿形矢量指令部220输出的探测器计数值(触针131的按压量)来把按压量控制成基准按压量Δr。

仿形探测器130扫描被测定物表面时，驱动机构120的驱动量由驱动传感器140检测，触针131的变位量由探测器传感器134检测。

从驱动传感器140输出检测信号由驱动计数器171计数，从探测器传感器134输出的检测信号由探测器计数器175计数。

由该计数器部161计数的数据按设定的取样间距取得。

由计数器部161(驱动计数器171和探测器计数器175)计数取得的数据也被输出到校正运算部400。

来自仿形矢量指令部220的仿形矢量指令与驱动控制电路162同时也被送到动作推定部300。

动作推定部300把仿形矢量指令向位置推定部314输入。

位置推定部314根据标称模型设定部311设定的标称模型和仿形矢量指令的位置指令，计算考虑了频率传递函数的现在时点的仿形探测器130的推定位置E(t)。

即，使用位置指令C(c_x、c_y、c_z)和标称模型G_N如下地计算仿形探测器130的推定位置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

由位置推定部314计算的推定位置E(t)被输入到二阶微分运算部315。

二阶微分运算部315通过把计算的推定位置E(t)进行二阶微分，计算现在时点的仿形探测器130产生的加速度A(a_x、a_y、a_z)。

$a_x={\stackrel{\·\·}{e}}_x$

$a_y={\stackrel{\·\·}{e}}_y$

$a_z={\stackrel{\·\·}{e}}_z$

由二阶微分运算部315计算的加速度A被输出到校正运算部400的校正量计算部420。

校正量计算部420利用输入的加速度A和校正参数P(p_x、p_y、p_z)来按每轴地计算校正加速度A产生的变形部分的校正量D。

即仿形探测器130产生加速度A时，校正驱动传感器140检测值的校正量D(d_x、d_y、d_z)如下计算。

d_x＝p_x·a_x

d_y＝p_y·a_y

d_z＝p_z·a_z

这样计算的校正量D被输出到测定数据合成部430。

测定数据合成部430把由驱动传感器140检测的检测值(x_m、y_m、z_m)、计算的校正量D(d_x、d_y、d_z)和探测器传感器134的检测值(x_p、y_p、z_p)进行合成，求接触部132的位置。

还有，相对于接触部132的位置并且在考虑了规定基准按压量Δr的位置来求被测定物W的表面。

求出的被测定物W的表面数据(测定数据)顺次向形状解析部500送出，求被测定物表面的形状数据。

通过把被测定物W的形状数据与设计数据进行对比，进行求误差和失真等的形状解析。

具备该结构的第一实施方式有下面的效果。

(1)动作推定部300具有标称模型设定部311，通过基于标称模型的加速度的计算，而能正确计算处于驱动状态的作为驱动机构120动作状态的加速度。

由于校正量计算部420根据该推定加速度来计算校正量，所以能正确计算校正驱动中驱动机构120产生的变形的校正量。即使在求驱动机构120的动作状态时也能不根据实测的数据而是根据标称模型通过运算来求，所以能以高分辨率进行校正。

(第二实施方式)

下面说明本发明第二实施方式的表面仿形测定装置。

第二实施方式的基本结构与第一实施方式相同，但第二实施方式的特点之处在于，特别校正由圆运动时的离心力产生的变形部分。

图4表示第二实施方式的动作推定部600和校正运算部700。

动作推定部600具备加速度推定部310和频率推定部610。

频率推定部610推定仿形探测器130进行圆运动时的旋转频率。

在此，二阶微分运算部315计算加速度A，把由二阶微分运算部315计算的加速度A(a_x、a_y、a_z)向频率推定部610输入。

例如，把按照仿形矢量指令进行的圆运动仿形测定旋转半径设定为Rs、把由二阶微分运算部315计算的仿形探测器130的推定加速度设定为A(a_x、a_y、a_z)时，频率推定部610利用下式计算圆运动的旋转频率f。

$f=\sqrt{\frac{\sqrt{a_x^2+a_y^2+a_z^2}}{{\left(2\mathrm{\π}\right)}^2\·\mathrm{Rs}}}$

关于该式的导出例如如下说明。

旋转频率f与角速度ω的关系被表示为ω＝2πf，由于当把向心加速度表示为a_n时，则a_n＝R_sω²，所以通过下面的式子变形就能导出。

$f=\frac{\mathrm{\ω}}{2\mathrm{\π}}$

在此，a_n＝R_s·ω²

$\mathrm{\ω}=\sqrt{\frac{a_n}{R_s}}$

$=\sqrt{\frac{\sqrt{a_x^2+a_y^2+a_z^2}}{R_s}}$

因此，

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{\sqrt{a_x^2+a_y^2+a_z^2}}{R_s}}$

$=\sqrt{\frac{\sqrt{a_x^2+a_y^2+a_z^2}}{{\left(2\mathrm{\π}\right)}^2\·R_s}}$

特别在是XY平面的圆运动的情况下，上式能如下简化。

$f=\sqrt{\frac{\sqrt{a_x^2+a_y^2}}{{\left(2\mathrm{\π}\right)}^2\·R_s}}$

校正运算部700包括：校正参数存储部710、校正量计算部720和测定数据合成部430。

校正量计算部720包括：放大校正量计算部721和相位差校正量计算部722。

放大校正量计算部721的结构和动作与第一实施方式的校正量计算部420相当，使用校正参数P(p_x、p_y、p_z)来计算各轴方向的校正量D(d_x、d_y、d_z)。

且第二实施方式中校正量计算部720具备相位差校正量计算部722。

相位差校正量计算部722把由每个驱动轴方向的信号传递速度或驱动放大的差异而引起的圆运动时产生的各轴之间指令传递的相位差作为相位差校正量φ来计算。

把相位差校正量φ作为旋转频率f的函数(例如φ＝b₂f²+b₁f+b₀)表示，把理论或实验求的校正参数设定存储在校正参数存储部710中。

关于用于计算放大校正量D和相位差校正量φ的校正参数的设定方法在后述的变形例1、变形例2、变形例3中举例说明。

测定数据合成部430把由驱动传感器140检测的检测值(x_m、y_m、z_m)、校正量计算部720计算的校正量D(d_x、d_y、d_z)和相位差校正量φ，以及探测器传感器134检测的检测值(x_p、y_p、z_p)进行合成，而计算仿形探测器130的接触部132的轨迹。

且考虑基准按压量Δr来求被测定物表面的位置数据。

说明在测定数据合成部430中的数据合成。

为了说明，以通过XY平面圆运动的仿形移动来测定被测定物表面的情况为例进行说明。

把圆运动的中心坐标设定为(x_o、y_o)，把圆的半径以R表示时，由驱动传感器140检测的检测值(x_m、y_m)使用规定的相位θ能如下表示。

x_m＝x_o+Rcosθ

y_m＝y_o+Rsinθ

当校正计算的放大校正量(d_x、d_y)和相位差校正量φ部分，则能如下表示。

x_m′、y_m′表示校正后的驱动传感器检测值。

x_m′＝x_o+Rcosθ+d_x

y_m′＝y_o+Rsin(θ+φ)+d_y

把该被校正的驱动传感器140的检测值(x_m′、y_m′)与探测器传感器134的检测值合成，并相对求出的接触部132的位置并且考虑了规定基准按压量Δr的位置来求被测定物W的表面位置。

根据该第二实施方式，在第一实施方式效果的基础上再加上下面的效果。

(2)根据由频率推定部610计算的圆运动时的旋转频率f来校正驱动轴之间的相位差。

因此，能校正圆运动时的相位差误差而得到正确的测定数据。

(3)由于根据二阶微分运算部315计算的推定加速度而由频率推定部610计算仿形测定圆弧部分时的旋转频率f，所以还能正确求出在圆弧部分的仿形动作中变化的旋转频率f。

(4)在圆的仿形测定中，由于到达指令的旋转频率f需要时间，所以在以指令的旋转频率f为前提进行校正时，不利用加速部分取得的数据，而仅校正仿形速度(即旋转频率f)成为一定时取得的数据，并一定作为测定数据。

例如如图5所示，必须取得仿形速度(或旋转频率f)表示出一定值时一周部分(360°)的数据。

相反地在本发明中，由于是从当时的推定加速度来计算旋转频率f且能根据计算的旋转频率f来计算校正量，所以不等待仿形速度(即旋转频率f)达到一定就能恰当地校正所有的取得数据并作为测定数据。

例如如图6所示，即使在仿形速度(或旋转频率f)变化(加速或减速)的区域也能正确地校正取得的数据。

因此，作为整体只要取得一周部分(360°)的数据便可，其结果是能提高测定的作业效率。

(变形例1)

下面说明本发明的变形例1。

变形例1基本上与第二实施方式相同，但在设定校正参数时的校正参数的求法上有特点。

第二实施方式的校正运算部700计算的校正量具有放大校正量计算部721的放大校正量和相位差校正量计算部722的相位差校正量。

首先说明用于计算放大校正量的校正参数的设定。

变形例1在求放大校正量的校正参数时，测量轴124的校正量D作为与加速度A相关而建立下式。

D＝k·A

在此，为了说明简单化而以XY面内圆运动的情况为例进行说明。

当把圆运动时的向心加速度设定为a时，则Xm轴方向的加速度a_x在仿形速度是V、半径是Rs时，如下表示。

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

有加速度产生时的变形量与测定位置也相关，所以当考虑到测定坐标的平方项时，则Xm轴方向的变形量d_x与Xm轴方向产生的加速度a_x的关系被如下表示。

$d_x=(\frac{V^2}{R_s}\×\frac{x-x_0}{R_s})\×(a_1{x}^2+a_{2}x+a_3)$

若包括Ym轴方向的校正量d_y、Zm轴方向的校正量d_z，则如下表示。

$\left(\begin{array}{c}{d}_x\\ d_y\\ d_z\end{array}\right)=\frac{V^2}{R_s}\left(\begin{array}{ccc}{a}_1(x-x_0)& a_2(x-x_0)& a_3(x-x_0)\\ a_4(x-x_0)& a_5(x-x_0)& a_6(x-x_0)\\ a_7(x-x_0)& a_8(x-x_0)& a_9(x-x_0)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}^2\\ x\\ 1\end{array}\right)$

但由于变形量D与所有x、y、z成分都有关，所以校正系数如下表示。

$\left(\begin{array}{c}{a}_1\\ a_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ a_9\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{\β}}_1& {\mathrm{\β}}_2& {\mathrm{\β}}_3\\ {\mathrm{\β}}_4& {\mathrm{\β}}_5& {\mathrm{\β}}_6\\ \·& \·& \·\\ \·& \·& \·\\ \·& \·& \·\\ {\mathrm{\β}}_{25}& {\mathrm{\β}}_{26}& {\mathrm{\β}}_{27}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{y}^2\\ y\\ 1\end{array}\right)$

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

在该前提下，在实际上进行实验求误差的基础上，作为配合曲线的系数能求校正参数。

表示实际例。

由于由加速度引起的变形量随部位不同而不同，所以在取得校正用参数时，对标准量规的多个不同位置以多个仿形速度(或加速度)做圆的仿形测定来进行校正试验。

例如如图7所示，在P₁到P₅的多个位置进行圆的仿形测定。

图7为了说明方便而选定了Ym坐标相同但Xm坐标不同的五个点，但在测定系统100的测定区域最好不遗漏地遍及所有Xm坐标、Ym坐标、Zm坐标。

图8和图9是表示在各点P₁～P₅进行圆的仿形测定时，仿形速度V与检测的半径减少量(半径误差)ΔR关系的曲线。

在此，进行圆的仿形测定时，如图23所示，由于在X轴方向和Y轴方向有放大误差而产生椭圆误差。

因此，图8的纵轴表示半径误差ΔR的Xm轴方向最大量，图9的纵轴表示半径误差ΔR的Ym轴方向最大量。

图10和图11是把图8和图9中的仿形速度变换成加速度而表示半径减少量ΔR与加速度关系的曲线。

图10的纵轴与图8同样地表示半径误差ΔR的Xm轴方向最大量，图11的纵轴与图9同样地表示半径误差ΔR的Ym轴方向最大量。

在图8和图9中了解到，无论Xm轴方向还是Ym轴方向，测定半径的减少量ΔR都与仿形速度的乘方(例如平方)相关，而从图10和图11了解到测定半径的减少量ΔR与加速度成正比，表示上述式(D＝k·A)能适用。

图12和图13是表示测定位置与测定半径的减少量ΔR关系的图。

图12和图13中，纵轴以把测定半径的减少量ΔR用加速度除并规格化了值表示。

图12的纵轴是把半径误差ΔR的Xm轴方向最大量用加速度a除的值，图13的纵轴是把半径误差ΔR的Ym轴方向最大量用加速度a除的值。

从图12了解到，在Xm轴方向上测定半径的减少量ΔR与测定位置的Xm坐标是一次相关。

进而从图13了解到，即使是Ym轴方向的测定半径减少量ΔR也随Xm轴方向的测定位置不同而被影响，与Xm坐标是二次相关。

收集这种实验数据，把在Xm、Ym、Zm坐标不同的位置以不同的仿形速度(或加速度)测定标准量规时的误差(d_x、d_y、d_z)代入式中。

通过解该式来求放大校正的参数。

把求得的放大校正的参数设定在校正参数存储部710中。

下面说明用于计算相位差校正量φ的校正参数的设定。

由于每个驱动轴方向的信号传递速度或驱动放大的差异而在圆运动时在各轴之间就产生指令传递的相位差。

把该相位差设定为相位差校正量φ并作为圆运动的旋转频率f的函数来求。

为了说明简单，以在XY面内圆运动的情况为例进行说明。

相位差校正量φ是圆运动旋转频率f的函数，作为旋转频率f的多项式表示。

以实际例表示。

图14是在图7所示的P₁到P₅的多个位置进行圆的仿形测定的结果。

图14中，纵轴是Ym轴方向和Xm轴方向产生的相位差φ，横轴是圆运动的旋转频率f。

如图14所示，Ym轴方向和Xm轴方向的相位差φ依赖于圆运动的旋转频率f。

虽然影响小但也依赖于测定位置。

于是把相位差φ表示为φ＝b₂f²+b₁f+φ₀，可以从配合曲线求b₂、b₁和φ₀。

由于相位差φ的校正系数b₂、b₁和φ₀也受测定位置的影响，所以相位差φ如下表示。

φ＝b₂f²+b₁f+φ₀

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

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

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

使用这样求的校正参数，如第二实施方式说明的那样计算放大校正量D和相位差校正量φ。

使用放大校正量D和相位差校正量φ，则能如第二实施方式说明的那样进行测定数据的校正。

(变形例2)

下面说明本发明的变形例2。

变形例2基本上与第二实施方式相同，但在设定校正参数时的校正参数的求法上有特点。

具体说就是，变形例1中把测量轴124的变形量设定为与加速度相关而建立规定变形量的式子，但变形例2中把测量轴124的变形量设定为与旋转频率f相关而利用建立的式子。

作为校正量虽然有放大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能采用与变形例1同样的方法，所以省略说明。

说明用于计算放大校正量的校正参数的设定。

变形例2把放大校正量设定为与旋转频率f相关，把驱动的频率传递特性G₁的放大|G₁|与圆运动的旋转频率f的关系由下式表示。

|G₁|＝1-k(2π·f)²

作为该式的导出，把下面的式子变形作为一例举出。

在指令进行半径Rs的圆运动时产生变形量D的情况下，频率传递特性G₁的放大|G₁|由下式表示。

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

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

由于变形量D与加速度A成正比D＝k·A，所以进一步如下变形。

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

在此，加速度A从圆运动的半径Rs与角速度ω的关系而由使用旋转频率f的下式表示。

A＝Rs·ω²

＝Rs·(2π·f)²

因此，旋转频率的|G₁|如下表示。

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

$=1-k{(2\mathrm{\π}\·f)}^2$

根据该关系式，通过设计值或实验值来求决定放大与旋转频率f关系的校正参数k。

放大|G₁|按Xm轴方向部分、Ym轴方向部分分别计算。

即计算Xm轴方向部分|G_1X|、Ym轴方向部分|G_1Y|。

实际上在求|G_1X|、|G_1Y|时，与实施方式1同样地在不同的位置以不同的旋转频率f进行圆的仿形测定，并根据其结果作为位置(x_m、y_m)与旋转频率f的函数表示|G_1X|、|G_1Y|便可。

而且考虑了这样求的放大校正量(|G_1X|、|G_1Y|)和相位差校正量φ的测定值的校正如下实行。

即，在驱动传感器140检测的检测值是(x_m、y_m)时，把圆运动的中心坐标设定为(x_o、y_o)，把圆的半径以R表示时，使用规定的相位θ则能如下表示驱动传感器140的检测值。

x_m＝x_o+Rcosθ

y_m＝y_o+Rsinθ

当校正计算的放大校正量(|G_1X|、|G_1Y|)和相位差校正量φ部分，则能如下表示。

x_m′、y_m′表示校正后的驱动传感器检测值。

x_m′＝x_o+R·g_1x·cosθ

y_m′＝y_o+R·g_1y·sin(θ+φ)

其中，

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

相对于该接触部132的位置并且在考虑了规定基准按压量Δr的位置来求出，该接触部132是把该被校正的驱动传感器140的检测值(x_m′、y_m′)与探测器传感器134检测的检测值进行合成而求出的。

利用以上说明的变形例2的方法，也能求出用于计算放大校正量的校正参数。

且使用放大校正量和相位差校正量能进行测定数据的校正。

(变形例3)

下面说明本发明的变形例3。

变形例3基本上与第二实施方式相同，但在设定校正参数时的校正参数的求法上有特点。

具体说就是，变形例2中把变形量以与旋转频率f相关的理论式表示作为前提的基础来求校正式，但变形例3中把变形量作为使用旋转频率f的多项式表示来求校正式。

即把Xm轴方向的放大校正量|G_1X|和Ym轴方向的放大校正量|G_1Y|以在进行圆的仿形测定中的与圆运动的旋转频率f相关的多项式来表示。

表示实际的实验例。

为了取得校正数据，在多个不同的位置放置标准量规，并且以多个仿形速度进行圆的仿形测定。

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Xm轴方向最大量时的曲线。

图16是横轴取仿形测定时的旋转频率，纵轴取半径误差ΔR的Ym轴方向最大量时的曲线。

测定位置与变形例1相同，是在图7所示的P₁到P₅的多个位置进行圆的仿形测定的结果。

图15的Xm轴方向、图16的Ym轴方向的任一个都能把仿形测定的旋转频率与测定误差的关系以旋转频率f的二次多项式配合，利用规定的系数，把Xm轴方向的放大误差|G_1X|(半径误差ΔR的Xm方向)和Ym轴方向的放大误差|G_1Y|(半径误差ΔR的Ym方向)如下表示。

|G_1X|＝φ₂f²+φ₁f+1

|G_1Y|＝η₂f²+η₁f+1

且变形量也随测定位置的变化而变化，所以也是测定位置的函数。

图17是表示Xm轴方向的放大误差|G_1X|的系数与Xm坐标关系的曲线。

图18是表示Ym轴方向的放大误差|G_1Y|的系数与Ym坐标关系的曲线。

即，多项式的系数φ₂、φ₁、η₂、η₁是测定位置的函数，如下表示。

在求Xm轴方向放大的式中所使用的φ₂、φ₁作为Xm坐标的函数分别如下表示。

φ₂＝u₂₂·x²+u₂₁·x+u₂₀

φ₁＝u₁₂·x²+u₁₁·x+u₁₀

在求Ym轴方向放大的式中所使用的η₂、η₁作为Ym坐标的函数分别如下表示。

η₂＝v₂₂·y²+v₂₁·y+v₂₀

η₁＝v₁₂·y²+v₁₁·y+v₁₀

根据该关系式，能求表示放大与旋转频率关系的校正参数γ₂、γ₁、η₂、η₁。

求出的放大校正的参数在校正参数存储部710设定。

实际测定时的测定值的校正与上述变形例2同样地利用放大校正量(|G_1X|、|G_1Y|)和相位差校正量φ由下式进行校正运算。

x_m′＝x_o+R·g_1x·cosθ

y_m′＝y_o+R·g_1y·sin(θ+φ)

其中，

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

通过该变形例3也能求出用于计算放大校正量的校正参数。

且使用放大校正量和相位差校正量能进行测定数据的校正。

(第三实施方式)

下面说明本发明的第三实施方式。

第三实施方式的基本结构与第二实施方式相同，第三实施方式的特点之处在于具备把由动作推定部600计算的加速度推定值与实际的实际加速度进行对比以判断加速度推定正确性的推定判断部800。

图19是表示第三实施方式中动作推定部600、校正运算部700和推定判断部800结构的图。

推定判断部800包括：实际加速度计算部810，其根据由计数器部161检测的坐标的测定值来计算实际的加速度；差分计算部820，其把由动作推定部600计算的推定加速度与由加速度推定部310计算实际加速度进行对比并计算差分；判断部830，其把由差分计算部820计算的差分值与规定的界限值对比以判断加速度推定值的正确性。

驱动计数器171计量的驱动机构120的驱动量被输入到实际加速度计算部810，实际加速度计算部810把由驱动计数器171计量的驱动机构120的驱动量进行二阶微分来计算实际的加速度。

把计算的实际加速度向差分计算部820输出。

来自二阶微分运算部315的推定加速度和来自实际加速度计算部810的实际加速度被输入到差分计算部820。

差分计算部820从推定加速度a中减去实际加速度a_R来计算差分值δ_a。

把计算出的差分值δ_a向判断部830输出。

在判断部830中，预先设定界限值δ_s。

该界限值δ_s是这样的界限值：在推定加速度a与实际加速度a_R的差分值δ_a过大时，则判断加速度的推定功能不正确，不能根据推定加速度来进行校正。

把由差分计算部820计算的差分值δ_a向判断部830输入，判断部830把该差分值δ_a与界限值δ_s进行对比。

在差分值δ_a比界限值δ_s小的情况下(|δ_a|＜δ_s)，则指令测定动作继续。

另一方面，在差分值δ_a比界限值δ_s大的情况下(|δ_a|≥δ_s)，则把其结果经由输出机构62向用户显示。

或者使校正运算部700的校正运算停止。

具备这种结构的第三实施方式由于具备推定判断部800，所以能判断动作推定部600的加速度推定的正确性。

由于能根据判断结果使校正运算继续或停止，所以能防止由测定数据的误校正而引起的误测定结果的输出。

本发明的表面形状测定装置并不仅限定于上述实施方式和变形例，当然在不脱离本发明要旨的范围能进行各种变更。

作为推定动作状态量以加速度为例进行了说明，但除了加速度之外也可以把仿形速度作为推定动作状态量。这时，只要根据仿形速度能进行校正运算地来求仿形速度与校正量的关系便可。

上述实施方式在从标称模型推定位置的基础上把该推定位置进行二阶微分来推定加速度，但也可以设定从仿形矢量的位置指令直接计算加速度的标称模型。

在第三实施方式中，推定判断部800也可以在内部具备低通滤波器，阻断从由实际加速度计算部810求出的实际加速度的高频干扰。由此，能防止由高频干扰而引起的判断误差。

Claims (6)

1、一种表面形状测定装置，其特征在于，包括：仿形探测器，其具有与被测定物表面接近或抵接的测头和检测所述测头与所述被测定物表面的相对位置的检测传感器，且把所述测头与所述被测定物表面的相对位置保持在预先设定的基准位置进行仿形扫描；

仿形矢量指令部，其发出仿形矢量的指令，该仿形矢量指示出沿所述被测定物表面的所述仿形探测器下一个移动位置；

驱动机构，其保持所述仿形探测器并具有使所述仿形探测器三维移动的驱动轴，且根据所述仿形矢量指令使所述仿形探测器移动；

驱动传感器，其检测所述驱动机构的驱动量；

动作推定部，其根据所述仿形矢量指令部发出的所述仿形矢量指令来推定所述驱动机构的动作状态并计算推定动作状态量；

校正运算部，其根据所述动作推定部计算的所述推定动作状态量来校正运算所述驱动传感器的检测值，其中，

所述动作推定部具有标称模型设定部，该标称模型设定部设定从所述仿形矢量指令部发出所述仿形矢量指令到反映所述仿形探测器的移动位置之间的信号传递特性即标称模型，

所述校正运算部包括：

校正量计算部，其根据所述推定动作状态量来计算对由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；

测定数据合成部，其把由所述驱动传感器和所述检测传感器检测的检测值与由所述校正量计算部计算的校正量进行合成并作为测定数据。

2、如权利要求1所述的表面形状测定装置，其特征在于，

所述动作推定部包括：

位置推定部，其使用来自所述仿形矢量指令部的所述仿形矢量指令和所述标称模型设定部设定的标称模型求出所述仿形探测器的位置并将其作为推定位置；

二阶微分运算部，其把所述位置推定部求出的所述仿形探测器的推定位置进行二阶微分来计算作为所述推定动作状态量的加速度。

3、如权利要求1所述的表面形状测定装置，其特征在于，

所述标称模型设定部包括：

设定所述驱动机构的标称模型的驱动机构标称模型设定部和设定所述仿形探测器的标称模型的仿形探测器标称模型设定部。

4、如权利要求2所述的表面形状测定装置，其特征在于，

所述被测定物表面的一部分包含圆弧部分，

从所述仿形矢量指令部发出仿形所述圆弧部分的所述仿形矢量指令，

所述动作推定部具有频率推定部，其根据所述二阶微分运算部计算的加速度，把对所述圆弧部分进行仿形扫描时的旋转频率f作为所述推定动作状态量来计算。

5、如权利要求3所述的表面形状测定装置，其特征在于，

所述被测定物表面的一部分包含圆弧部分，

从所述仿形矢量指令部发出仿形所述圆弧部分的所述仿形矢量指令，

所述动作推定部具有频率推定部，其根据所述二阶微分运算部计算的加速度，把对所述圆弧部分进行仿形扫描时的旋转频率f作为所述推定动作状态量来计算。

6、如权利要求1到权利要求5中任一项所述的表面形状测定装置，其特征在于，

具备判断所述动作推定部推定的正确性的推定判断部，

所述推定判断部包括：

实际动作状态量计算部，其根据所述驱动传感器检测的测定值来计算实际的动作状态量即实际动作状态量；

差分计算部，其把所述动作推定部计算的所述推定动作状态量与所述实际动作状态量进行对比并计算差分；

判断部，其把所述差分计算部计算的差分值与规定的界限值进行对比来判断所述动作推定部推定的正确性。

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