CN103134458A - 表面形貌测量设备 - Google Patents

Abstract

一种表面形貌测量设备，其包括：测量臂表格，对于附接有具有不同质量的第二测量臂的各类型的测量臂，该测量臂表格存储整个测量臂的质量、从支撑点到触针的臂长以及测量臂在水平姿态的水平重心和竖直重心；测量臂指定部；倾角检测器，其检测检测器的倾角；和控制器，其从测量臂表格读出指定的测量臂的质量、臂长、水平重心和竖直重心，基于读出的信息和由倾角检测器检测到的倾角来计算测量臂在水平姿态的测量力与测量臂在倾斜姿态的测量力之间的差，并调节测量力。

Description

表面形貌测量设备

技术领域

本发明涉及表面形貌测量设备。更具体地，本发明涉及能够无论具有与被测物的表面接触的触针的测量臂的姿态如何、都保持测量力恒定的表面形貌测量设备。

背景技术

已知表面形貌测量设备，其使与被测物的表面接触的触针沿着被测物的表面移动、检测触针在该点处由于被测物的表面的形状和粗糙度产生的位移（在与触针的行进方向正交的方向上的位移），并且根据该位移测量诸如被测物的表面的形状和粗糙度等表面形貌。

在表面形貌测量设备中，已经建议了一种类型的表面形貌测量设备，其预先准备各种形状的触针（测量臂）以能够测量被测物中的各种形状的被测部分，并在将触针切换为最适于被测物的被测部分的形状的触针的情况下进行测量。表面形貌测量设备还能够使包括触针（测量臂）的检测器主体倾斜以能够在被测物的倾斜面上进行测量。另外，表面形貌测量设备能够自动地将测量力调节成适于触针和被测表面的组合。

例如，日本专利No.3992853描述了一种技术，其中，对于触针座（stylus holder）类型、触针类型、测量方向和检测器主体的倾角的各种组合，测量力指令值被预存在表格中，当改变触针座或触针时，使用者指定触针座类型、触针类型和测量方向；从表格中读出与该规格和由角检测器检测到的检测器主体的倾角相对应的测量力指令值；并且根据读出的测量力指令值自动地调节该测量力。

因此，除触针座类型和触针类型的组合之外，可以将测量力调节为最适于测量方向（例如，向上或向下）和主体的倾角。换句话说，即使在改变触针或座，或改变测量方向或角度时，也可以将测量力调节到预定的水平。

然而，日本专利No.3992853中描述的技术需要预先将对于触针座类型、触针类型和检测器主体的倾角的各组合的各测量力指令值转换到表格并存储在存储器中。取决于被测物的形状，可能期望使用具有除存储在表格中的倾角之外的倾角的设备。在这种情形下，因为未存储用于所期望的倾角的测量力指令值，因此日本专利No.3992853中描述的技术不能进行精密测量。

另外，当允许精细地指定检测器主体的倾角时，所需的存储容量显著增大。此外，当使用者想要使用未注册的触针时，使用者需要获得对于使用者想要使用的新触针、触针座类型、测量方向和倾角的测量力指令值，这增加了使用者的工作量。

发明内容

本发明的优点在于提供了一种表面形貌测量设备，即使在检测器移位机构的倾角改变到预定角度时其也能够进行精密测量，同时即使当期望使用新的触针时也能够实现较小的存储容量并减少使用者的工作量。

本发明的表面形貌测量设备包括检测器、台架、相对移位机构及检测器倾斜机构。所述检测器具有测量臂、位移检测器及测量力施加器。所述测量臂在能够以以支撑轴作为支撑点进行枢转的方式沿圆弧移动的状态中由主体支撑并且在其顶端设置有触针。所述位移检测器检测所述测量臂的圆弧运动量。所述测量力施加器在圆弧运动方向上对所述测量臂施力并且将测量力施加到所述触针。所述台架承载被测物。所述相对移位机构包括使所述检测器在所述测量臂的轴向方向上移动的检测器移位机构并且使所述检测器和所述台架相对移动。所述检测器倾斜机构使所述检测器的运动方向相对于所述台架倾斜。在所述触针与所述被测物的表面接触的状态中，在所述相对移位机构使所述检测器和所述台架相对移动的同时，所述位移检测器检测所述测量臂的圆弧运动量。然后基于所述圆弧运动量测量所述被测物的表面形貌。在该表面形貌测量设备中，所述测量臂构造有：第一测量臂，所述第一测量臂在能够进行以所述支撑轴作为支撑点枢转的圆弧运动的状态中由所述主体支撑；和第二测量臂，所述第二测量臂经由附接件-拆卸件以可附接和可拆卸的方式设置在所述第一测量臂的顶端处，并且在顶端具有所述触针。所述表面形貌测量设备还包括测量臂表格（还称为存储器）、测量臂指定部、倾角信息提供部及控制装置。对于附接有具有不同质量的所述第二测量臂的各类型的测量臂，所述测量臂表格存储整个所述测量臂的质量M、从所述支撑点到所述触针的臂长L以及所述测量臂在水平姿态的水平重心Gx和竖直重心Gz。所述测量臂指定部指定所述测量臂的类型。所述倾角信息提供部提供通过所述检测器倾斜机构倾斜的所述检测器的倾角的信息。所述控制装置从所述测量臂表格读出由所述测量臂指定部指定的所述测量臂的质量M、臂长L、水平重心Gx和竖直重心Gz。所述控制装置还基于来自所述测量臂表格的信息和来自所述倾角信息提供部的倾角信息，计算所述测量臂在水平姿态的测量力与所述测量臂在倾斜姿态的测量力之间的差。所述控制装置然后用所述差作为校正值来调节所述测量力施加器施加的测量力。

根据该构造，在所述第二测量臂被更换成与所述被测物的表面形状相对应之后，所述测量臂指定部指定包括有更换后的第二测量臂的测量臂。所述控制装置然后从所述测量臂表格中读出指定的所述测量臂的所述质量M、所述臂长L、所述水平重心Gx和所述竖直重心Gz。基于该信息和从所述倾角信息提供部提供的倾角信息，计算所述测量臂在水平姿态的测量力与所述测量臂在倾斜姿态的测量力之间的差。用所述差作为校正值来调节所述测量力供给部的测量力。

因此，通过指定所述测量臂的类型，通过根据所述质量M、所述臂长L、所述水平重心Gx、所述竖直重心Gz和所述倾角信息进行计算，能够获得最适当的测量力。由此，可以精确地测量所述被测物的具有任意角度的测量表面。此外，由于对于包括所述第二测量臂的各类型的测量臂，需存储仅一组参数（整个所述测量臂的所述质量M、所述臂长L、所述水平重心Gx和所述竖直重心Gz），因此能够减小所需的存储容量。另外，当使用者想要使用新的测量臂时，使用者不需要注册其测量力指令值。替代地，使用者仅需注册使用者能够相对容易地获得的参数。由此，可以减少使用者的工作量。

在本发明的表面形貌测量设备中，所述倾角信息供给部优选地构造有检测所述检测器的倾角的倾角检测器。根据此构造，所述检测器的倾角由所述倾角检测器自动地检测。由此，能够减小使用者的负担。换句话说，因为使用者无须通过输入部手动输入所述检测器的倾角，所以可以减少使用者的负担。

在本发明的表面形貌测量设备中，所述控制装置优选地根据整个所述测量臂的所述质量M、所述臂长L、所述水平重心Gx、所述竖直重心Gz和所述检测器的倾角θ1，由如下公式获得所述测量臂在水平姿态的测量力与所述测量臂在倾斜姿态的测量力之间的差：

差=M×L×(Gz-Gx’）

其中

${\mathrm{Gx}}^{,}=\sqrt{({\mathrm{Gx}}^2+{\mathrm{Gz}}^2)}\×\cos \left(\mathrm{\θ}3\right)$

θ3=θ2–θ1

θ2＝Arctan(Gz÷Gx）。

根据此构造，根据整个所述测量臂的所述质量M、所述臂长L、所述水平重心Gx、所述竖直重心Gz和所述检测器的倾角θ1自动地计算所述测量臂在水平姿态的测量力与所述测量臂在倾斜姿态的测量力之间的差。由此，能够以适当的测量力进行测量。

在本发明的表面形貌测量设备中，所述测量臂指定部优选地包括质量计算器，当相对于所述第一测量臂更换所述第二测量臂时，所述质量计算器获得包括所述更换后的第二测量臂的整个测量臂的质量。所述控制装置还优选地通过从所述测量臂表格读出与由所述质量计算器计算出的质量相对应的所述测量臂的所述臂长L、所述水平重心Gx和所述竖直重心Gz来进行计算。根据此构造，当相对于所述第一测量臂更换所述第二测量臂时，所述质量计算器获得包括有所述更换后的第二测量臂的整个测量臂的质量。所述控制装置然后从所述测量臂表格读出与由所述质量计算器计算出的质量相对应的所述测量臂的臂长L、所述水平重心Gx和所述竖直重心Gz，并自动地进行计算。因此，使用者不必要指定包括所述第二测量臂的测量臂。因此，可以消除指定误差并减少使用者的负担。

在本发明的表面形貌测量设备中，所述测量力施加器优选地包括音圈，该音圈沿以所述支撑轴作为支撑点枢转的圆弧运动方向对所述测量臂施力。所述质量计算器优选地在监视由所述位移检测器检测到的所述测量臂的圆弧运动量的同时调节在所述音圈中传导的电流，并且通过将基准测量臂的所述圆弧运动量已变成预定的设定值的状态中的测量力与所述更换后的测量臂的圆弧运动量已变成预定的设定值的状态中的测量力相比较，而获得所述更换后的测量臂的质量。根据此构造，在监视由所述位移检测器检测到的所述测量臂的圆弧运动量的同时，调节在所述音圈中传导的电流，通过比较所述基准测量臂的圆弧运动量已变成预定的设定值的状态中的测量力和所述更换后的测量臂的圆弧运动量已变成预定的设定值的状态中的测量力，而获得所述更换后的测量臂的质量。由此，能够自动地识别所述更换后的测量臂。因此，能够减少使用者的工作。

附图说明

参照下面说明的多个附图、通过本发明的示例性实施方式的非限制示例，在随后的详细说明中进一步描述本发明，其中在附图的若干视图中，同样的附图标记表示类似的部件，其中：

图1是示出根据本发明的实施方式的表面形貌测量设备的立体图；

图2示出同一实施方式的X轴驱动机构和触针位移检测器；

图3是示出同一实施方式的测量臂和位移检测器之间的关系的平面图；

图4示出同一实施方式的测量臂和测量臂姿态切换机构；

图5示出同一实施方式的测量姿态和测量力控制电路；

图6是示出同一实施方式的控制系统的方框图；

图7示出同一实施方式的测量臂表格；

图8示出同一实施方式的测量臂的参数；

图9示出同一实施方式的在倾斜姿态中的测量臂的参数；

图10是示出另一实施方式的调节基准测量臂的平衡的步骤的流程图；和

图11是示出另一实施方式的获得更换后的测量臂的质量的步骤的流程图。

具体实施方式

这里示出的具体内容仅作为示例并仅用于本发明的实施方式的示例性讨论的目的，并且呈现以提供被认为是对于本发明的原理和构思方面最有用和易于理解的说明。在这方面，除对本发明的基本理解是必要的之外，并不试图更详细地示出本发明的结构上的细节，利用附图进行说明，使得本领域技术人员清楚在实践中可以实施本发明的形式。

<表面形貌测量设备的说明（见图1至图8）>

如图1所示，根据本实施方式的表面形貌测量设备包括：基部1；台架10，其载置在基部1上并在台架10的上表面上承载被测物；触针位移检测器20，其具有与被测物的表面相接触的触针26A和26B；以及相对移位机构（相对移位器）40，其使得触针位移检测器20和台架10彼此相对移动。

相对移位机构40包括：Y轴驱动机构41，其设置在基部1和台架10之间并且使台架10在一个水平方向（Y轴方向）上移动；柱42，其立设在基部1的上表面上；Z滑块43，其设置成在竖直方向（Z轴方向）上沿着柱42可移动；Z轴驱动机构44，其使Z滑块43在竖直方向上升起和下降；以及X轴驱动机构45，其设置于Z滑块43并且使触针位移检测器20在与台架10的移位方向（Y轴方向）和Z滑块43的移位方向（Z轴方向）垂直的垂直方向（X轴方向：测量臂24（稍后描述）的轴向方向）上移动。

因此，该相对移位机构40构造有三维移位机构，该三维移位机构包括：Y轴驱动机构41，其使台架10在Y轴方向上移动；Z轴驱动机构44，其使触针位移检测器20在Z轴方向上移动；和X轴驱动机构45，其作为使触针位移检测器20在X轴方向（测量臂24的轴向方向）上移动的检测器移位机构（检测器移位器）。此外，回转机构30设置在Z滑块43和X轴驱动机构45之间，作为使X轴驱动机构45的移位方向相对于台架10倾斜的检测器倾斜机构（检测器倾斜器）。由此，触针位移检测器20连同X轴驱动机构45一起构造成能够将它们的姿态改变成除水平姿态之外的倾斜姿态。

Y轴驱动机构41和Z轴驱动机构44构造有例如进给螺杆机构（图中略去），该进给螺杆机构具有滚珠丝杠和可螺纹地安装在滚珠丝杠上的螺母。如图2所示，X轴驱动机构45包括：驱动机构主体46，其经由回转机构30固定到Z滑块43；导轨47，其与X轴方向平行地设置到驱动机构主体46；X滑块48，其设置成在X轴方向上沿着导轨47可移动；X轴位置检测器49，其检测X滑块48的X轴方向位置；和进给机构50，其使X滑块48沿着导轨47移动。进给机构50构造有进给螺杆轴51、作为驱动源的马达52和旋转传递机构53。进给螺杆轴51与导轨47平行地设置到驱动机构主体46并且可螺纹地安装到X滑块48。旋转传递机构53将马达52的旋转传递到进给螺杆轴51。旋转传递机构53构造有包括例如齿轮系、带、滑轮等的机构。

如图2所示，触针位移检测器20包括支架22、测量臂24、设置在测量臂24的顶端处的一对触针26A和26B、位移检测器27、配重29、测量臂姿态切换机构60和壳体28。支架22作用为主体并且由X滑块48经由螺栓21可拆卸地悬挂和支撑。测量臂24由支架22支撑为能够以在作为支撑轴的旋转轴23上枢转的方式在竖直方向上摆动（可在圆弧方向上移动）。位移检测器27检测测量臂24的圆弧运动量（在Z轴方向上的位移量）。配重29设置到测量臂24使得其位置可调节。测量臂姿态切换机构60使测量臂24的位置在在圆弧运动方向的方向上（例如向上）受力的位置或在另一方向上（向下）受力的位置之间切换。壳体28覆盖支架22、测量臂24、位移检测器27、配重29和测量臂姿态切换机构60。

测量臂24构造有第一测量臂24A和第二测量臂24B。第一测量臂24A由支架22支撑，从而能够以在旋转轴23上枢转的方式在竖直方向上进行圆弧运动。第二测量臂24B经由附接拆卸机构（附接件-拆卸件）25可更换地设置在第一测量臂24A的顶端处。附接拆卸机构25具有通过磁力牵引并附接第一测量臂24A和第二测量臂24B的磁机构。触针26A和26B从第二测量臂24B在圆弧运动方向上突出。也就是说，向上的触针26A和向下的触针26B在与第二测量臂24B垂直的上下方向上突出。

如图3所示，位移检测器27设置成跟随测量臂24的圆弧运动的范围。位移检测器27构造有位置检测器，该位置检测器输出数量与测量臂24的圆弧运动量相对应的脉冲信号。具体地，位移检测器27构造有标尺（scale）27A和检测头27B。标尺27A设置到测量臂24并且在测量臂24的圆弧运动的方向上弯曲。检测头27B被附接到作用为主体的支架22，以面向标尺27A。标尺27A的检测表面位于测量臂24的轴线上并且还在由测量臂24的圆弧运动限定的表面上。因此，标尺27A的检测表面、测量臂24和触针26A和26B中的每个末端都在同一轴线上。配重29设置成使得其位置在测量臂24的轴向方向上可调节，使得第一测量臂24A侧的重量和第二测量臂24B侧的重量在作为支撑点的旋转轴23处平衡。具体地，配重29通过螺钉固定在测量臂24的期望的位置处。替代地，阳螺纹可形成在测量臂24上并且配重29可以以位置可调节的方式被旋拧到阳螺纹。

如图4所示，测量臂姿态切换机构60构造有管状磁体61和音圈62。磁体61设置在第一测量臂24A的中间。音圈62穿过磁体61的内部，固定到作用为主体的支架22，并且沿在旋转轴23上枢转的圆弧运动方向的一个方向（向上）或另一方向（向下）对测量臂24施力。测量臂姿态切换机构60由来自测量姿态和测量力控制电路70的指令控制。当电流响应于来自测量姿态和测量力控制电路70的指令在音圈62中流动时，测量臂24的磁体61由于音圈62产生的电磁力和磁体61的磁力被吸引到音圈62。测量臂24的姿态因此被切换到测量臂24的顶端被向上或向下施力的姿态。在该实施方式中，测量臂姿态切换机构60包括音圈62，音圈62沿在旋转轴23上枢转的圆弧运动方向对测量臂24施力，并且测量臂姿态切换机构60还用作通过在该圆弧运动方向上对测量臂24施力而将测量力施加到触针26A和26B的测量力施加器。

如图5所示，测量姿态和测量力控制电路70包括指令信号发生器72、数字模拟转换器73和恒流电路76。指令信号发生器72产生与从控制装置101（稍后描述）输出的测量力指令值相对应的电压。数字模拟转换器73将来自指令信号发生器72的电压（数字信号）转换成模拟信号。恒流电路76将来自数字模拟转换器73的电压转换成电流并将该电流施加到测量臂姿态切换机构60的音圈62。

图6示出本表面形貌测量设备的控制系统。控制装置（控制器）101与Y轴驱动机构41、Z轴驱动机构44、X轴驱动机构45、回转机构30、检测X轴驱动机构45的倾角的倾角检测器31、包括在触针位移检测器20中的位移检测器27和测量臂姿态切换机构60（经由测量姿态和测量力控制电路70）连接。控制装置101还与输入部102、输出部103、存储装置104等连接。倾角检测器31构成倾角信息供给部，该倾角信息供给部提供通过回转机构30使触针位移检测器20倾斜的倾角θ1的信息。

除存储由位移检测器27检测的数据的存储器之外，存储装置104设置有测量臂表格105和倾角存储器106。如图7所示，对于附接有具有不同质量的第二测量臂24B（A21至A27）的各类型的测量臂24，测量臂表格105存储整个测量臂24的质量M、从测量臂24的支撑点（旋转轴23）到触针26A和26B的臂长L、及测量臂24在水平姿态的水平重心Gx（从支撑点起的X轴方向位置）和竖直方向重心Gz（从支撑点起的Z轴方向位置）。此外，图8示出测量臂24在水平姿态的臂长L、水平重心Gx和竖直重心Gz。

倾角存储器106存储通过倾角检测器31检测的X轴驱动机构45的倾角θ1。从输入部102输入指定测量臂24的类型的信息。在本实施方式中，输入部102还用作测量臂指定部。

控制装置101从测量臂表格105读出通过输入部102指定的测量臂24的质量M、臂长L、水平重心Gx和竖直重心Gz。基于该信息和从倾角存储器106提供的倾角θ1信息，控制装置101计算测量臂24在水平姿态的测量力与测量臂24在倾斜姿态的测量力之间的差。用该差作为校正值，控制装置101然后调节作用为测量力施加器的测量臂姿态切换机构60的测量力。具体地，根据整个测量臂的质量M、臂长L、水平重心Gx、竖直重心Gz和检测器的倾角θ1，利用以下公式（1）获得测量臂24在水平姿态的测量力与测量臂24在倾斜姿态的测量力之间的差：

差=M×L×(Gx-Gx’）…（1）

其中

${\mathrm{Gx}}^{,}=\sqrt{({\mathrm{Gx}}^2+{\mathrm{Gz}}^2)}\&times;\cos \left(\mathrm{\&theta;}3\right)...\left(2\right)$

θ3=θ2–θ1…（3）

θ2＝Arctan(Gz÷Gx）…（4）

此外，当相对于第一测量臂24A更换第二测量臂24B时，控制装置101构造平衡调节器，该平衡调节器通过调节在测量臂姿态切换机构60的音圈62中传导的电流来调节测量臂24的平衡。具体地，控制装置101构造平衡调节器，该平衡调节器在监视由位移检测器27检测的测量臂24的圆弧运动量的同时调节在音圈62中传导的电流，并且当测量臂24的圆弧运动量达到预定的设定值时，该平衡调节器完成平衡调节。

<测量方法的说明（见图9）>

在进行测量时，用具有适于被测物的测量表面的触针26A和26B的第二测量臂更换第二测量臂24B。为此，更换的第二测量臂24B经由附接拆卸机构25由第一测量臂24A牵引并保持。随后，回转机构30旋转使得X轴驱动机构45的运动方向平行于被测物的测量表面。由于当回转机构30旋动时，触针位移检测器20与X轴驱动机构45一起倾斜，所以X轴驱动机构45的运动方向被调节成与被测物的测量表面平行。然后，X轴驱动机构45和触针位移检测器20的倾角θ1由倾角检测器31检测并存储在倾角存储器106中。

此后，测量臂24的触针26B被定位在被测物的上表面上。然后通过输入部102输入包括更换后的第二测量臂24B的测量臂24的类型。然后，控制装置101从测量臂表格105读出与所输入类型的测量臂24相对应的质量M、臂长L、水平重心Gx和竖直重心Gz。基于该信息和存储在倾角存储器106中的倾角θ1，用以下公式（1）获得测量臂24在水平姿态的测量力与测量臂24在倾斜姿态的测量力之间的差：

差=M×L×(Gx-Gx’）…(1）

其中

${\mathrm{Gx}}^{,}=\sqrt{({\mathrm{Gx}}^2+{\mathrm{Gz}}^2)}\&times;\cos \left(\mathrm{\&theta;}3\right)...\left(2\right)$

θ3=θ2–θ1…(3）

θ2＝Arctan(Gz÷Gx）…(4）

此外，图9示出测量臂24在倾斜姿态的重心Gx’和θ1至θ3。

随后，控制装置101向测量姿态和测量力控制电路70提供作为校正后的计算差的测量力指令值。然后，测量姿态和测量力控制电路70将与测量力指令值相对应的电流施加到测量臂姿态切换机构60的音圈62。结果，触针26B以测量力指令值与被测物的测量表面接触。在此状态中，相对移位机构40使触针位移检测器20和台架10在测量臂24的轴向方向上相对移位。位移检测器27然后检测测量臂24的圆弧运动量。基于该圆弧运动量，测量被测物的表面形貌。

<实施方式的效果>

根据本实施方式，通过指定测量臂24的类型，可以根据质量M、臂长L、水平重心Gx、竖直重心Gz和倾角θ1计算并获得最适当的测量力。因此，可以对被测物的具有任意角度的测量表面进行精密测量。此外，由于对于包括第二测量臂24B的各类型的测量臂24需存储仅一组参数（整个测量臂的质量M、臂长L、水平重心Gx和竖直重心Gz），因此能够减小所需的存储容量。另外，当使用者想要使用新的测量臂24时，使用者不必注册（register）其测量力指令值。代替地，使用者仅需注册使用者能够较容易地获得的参数（整个测量臂的质量M、臂长L、水平重心Gx和竖直重心Gz）。因此，能够减少使用者的工作量。

特别地，由于本实施方式包括检测触针位移检测器20的倾角的倾角检测器31，因此可以自动地检测触针位移检测器20的倾角。因此，使用者不必通过输入部102手动输入触针位移检测器20的倾角。由此，能够减少使用者的负担。

<变形例（见图10和11）>

本发明不限于上述实施方式，只要能够实现本发明的优点，上述实施方式的变形和改进包括在本发明中。在上述实施方式中，在进行测量时，通过输入部102输入包括更换后的第二测量臂24B的测量臂24的类型。然而，通过使用控制装置101中的平衡调节器，可以计算包括有更换后的第二测量臂的整个测量臂的质量。通过从测量臂表格105读出与所计算的质量相对应的测量臂24的臂长L、水平重心Gx和竖直重心Gz，可以进一步进行计算。控制装置101的平衡调节器这里构成质量计算器。

具体地，关于基准测量臂（其中具有基准质量的第二测量臂24B被附接到第一测量臂24A的测量臂），首先进行图10中示出的一系列处理。在步骤（在下文中缩写为ST）1中，控制装置101输出对于0mN的测量力的设定指令。此后，在ST2开始监视位移检测器27的值。在ST3中输出对于给定测量力的设定指令之后，在ST4中，控制装置101检查预定时间段的位移检测器27的值的变化量是否在预定范围内。在ST4中，在预定时间段的位移检测器27的值的变化量不在预定范围内的情形中，即在基准测量臂24明显失去其平衡的情形中，处理进行到ST5。以与位移检测器27的值变化的方向相反的方向输出对于测量力的设定指令。在ST4中，ST5的处理重复直到预定时间段的位移检测器27的值的变化量变成在预定范围内的值。在ST4中，当预定时间段的位移检测器27的值的变化量变成在预定范围内的值时，在ST6中判定测量臂24是平衡的，并且处理完成。

随后，关于更换后的测量臂24，进行图11中示出的一系列处理。从ST1至ST6的该系列处理与图10中的相同。在ST7中，比较用于平衡的基准测量臂24的测量力A与用于平衡的更换后的测量臂24的测量力B，并且通过以下公式来计算更换后的测量臂24的质量。

更换后的测量臂的质量=测量力A－测量力B

换句话说，在监视由位移检测器27检测的测量臂24的圆弧运动量的同时，调节在音圈62中传导的电流。然后，通过比较在基准测量臂24的圆弧运动量已变成预定的设定值的状态中的测量力与在更换后的测量臂24的圆弧运动量已变成预定的设定值的状态中的测量力，而获得更换后的测量臂24的质量。由此，使用者不必指定包括第二测量臂24B的测量臂24。因此，可以消除指定误差并减少使用者的负担。

在上述实施方式中，触针位移检测器20和X轴驱动机构45的倾角θ1由倾角检测器31检测，并且控制装置101使用检测到的倾角θ1进行计算。然而，可通过输入部102手动输入触针位移检测器20和X轴驱动机构45的倾角θ1。

在上述实施方式中，测量臂姿态切换机构60具有以下构造：该构造包括音圈62，音圈62沿以旋转轴23作为支撑点枢转的圆弧运动方向的一个方向或另一方向对测量臂24施力，然而，测量臂姿态切换机构60的构造不限于此。例如，可采用使用线性马达的机构。另外，尽管在上述实施方式中在竖直方向上进行圆弧运动，但是也可在水平方向上进行圆弧运动。替代地，在竖直方向和水平方向之外的斜方向上进行摆动运动的构造也是可以的。在上述实施方式中，已经说明了具有位于测量臂24的顶端处的一对触针26A和26B的第二测量臂24B。然而，该构造不必包括该对触针。只要能够用具有适用于被测部分的触针的测量臂更换测量臂，则可采用任意构造。

此外，相对移位机构40构造成能够使台架10在Y轴方向上移动并使触针位移检测器20在X轴方向和Z轴方向上移动。然而，该构造不限于上述构造。实质上，只要台架10和触针位移检测器20能够在三维方向上移动，则它们中的任一个都可以移动。

当在被测物的倾斜面等上进行测量时，可以使用本发明。

注意，已提供的前述示例仅是为了说明的目的并且不能被阐释为限制本发明。虽然已经参考示例性实施方式描述了本发明，应该理解的是，这里使用的词语是描述和说明性的词语，而不是限制性的词语。在不偏离本发明的方面的范围和精神的前提下，作为当前声明和修正，可以在所附权利要求书的范围内做出改变。虽然这里已经参考具体的结构、材料和实施方式描述了本发明，但是本发明的意图并不限于这里公开的具体内容；而是，本发明延伸至诸如在所附权利要求书的范围内的全部的功能等同结构、方法和用途。

本发明不限于上述实施方式，在不偏离本发明的范围的情况下，可以进行各种变化和变形。

Claims (10)

1.一种表面形貌测量设备，其包括：

检测器，其包括：

测量臂，所述测量臂由主体支撑并且构造成以以支撑轴作为支撑点进行枢转的方式沿圆弧移动，并且所述测量臂在顶端设置有触针；

位移检测器，所述位移检测器构造成检测所述测量臂的圆弧运动量；和

测量力施加器，所述测量力施加器构造成在圆弧运动方向上对所述测量臂施力，所述测量力施加器还构造成将测量力施加到所述触针；

台架，所述台架构造成承载被测物；

相对移位器，所述相对移位器包括检测器移位器，所述检测器移位器构造成使所述检测器在所述测量臂的轴向方向上移动，所述相对移位器还构造成使所述检测器和所述台架相对移动；

检测器倾斜器，所述检测器倾斜器使所述检测器的运动方向相对于所述台架倾斜，其中：

在所述触针与所述被测物的表面接触的状态中，在所述相对移位器使所述检测器和所述台架相对移动的同时，所述位移检测器检测所述测量臂的圆弧运动量；

基于所述圆弧运动量测量所述被测物的表面形貌；并且

所述测量臂包括：第一测量臂，所述第一测量臂在能够以以所述支撑轴作为支撑点进行枢转的方式进行圆弧运动的状态中由所述主体支撑；和第二测量臂，所述第二测量臂经由附接件-拆卸件以可附接和可拆卸的方式设置在所述第一测量臂的顶端，并且所述第二测量臂在顶端具有所述触针；

存储器，对于附接有具有不同质量的所述第二测量臂的各类型的测量臂，所述存储器构造成存储整个所述测量臂的质量M、从所述支撑点到所述触针的臂长L以及所述测量臂在水平位置中的水平重心Gx和竖直重心Gz；

测量臂指定部，所述测量臂指定部构造成指定所述测量臂的类型；

倾角信息提供部，所述倾角信息提供部构造成提供通过所述检测器倾斜器而倾斜的所述检测器的倾角的信息；和

控制器，所述控制器构造成：

对于由所述测量臂指定部指定的所述测量臂，从所述存储器读出所述质量M、所述臂长L、所述水平重心Gx和所述竖直重心Gz；

基于来自所述存储器的信息和来自所述倾角信息提供部的倾角信息，计算所述测量臂在水平位置中的测量力与所述测量臂在倾斜位置中的测量力之间的差，并且

用所述差作为校正值来调节所述测量力施加器施加的测量力。

2.根据权利要求1所述的表面形貌测量设备，其特征在于，所述倾角信息提供部包括倾角检测器，所述倾角检测器构造成检测所述检测器的倾角。

3.根据权利要求1所述的表面形貌测量设备，其特征在于，所述控制器还构造成根据整个所述测量臂的所述质量M、所述臂长L、所述水平重心Gx、所述竖直重心Gz和所述检测器的倾角θ1，由如下公式获得所述测量臂在水平位置中的测量力与所述测量臂在倾斜位置中的测量力之间的差：

差=M×L×(Gx-Gx’）

其中

${\mathrm{Gx}}^{,}=\sqrt{({\mathrm{Gx}}^2+{\mathrm{Gz}}^2)}\&times;\cos \left(\mathrm{\&theta;}3\right)$

θ3=θ2–θ1

θ2＝Arctan(Gz÷Gx）。

4.根据权利要求1所述的表面形貌测量设备，其特征在于，

所述测量臂指定部包括质量计算器，所述质量计算器构造成：当相对于所述第一测量臂更换所述第二测量臂时，所述质量计算器获得包括更换后的第二测量臂的整个测量臂的质量；并且

所述控制器还构造成：对于与通过所述质量计算器计算出的质量相对应的所述测量臂，通过从所述存储器读出所述臂长L、所述水平重心Gx和所述竖直重心Gz来进行计算。

5.根据权利要求4所述的表面形貌测量设备，其特征在于，

所述测量力施加器包括音圈，所述音圈构造成沿以所述支撑轴作为支撑点枢转的所述圆弧运动方向对所述测量臂施力；并且

所述质量计算器构造成：在监视由所述位移检测器检测到的所述测量臂的圆弧运动量同时，调节在所述音圈中传导的电流，并且所述质量计算器通过将作为基准的所述测量臂的所述圆弧运动量已变成预定的设定值的状态中的测量力与所述更换后的测量臂的所述圆弧运动量已变成预定的设定值的状态中的测量力相比较，而获得所述更换后的测量臂的质量。

6.根据权利要求2所述的表面形貌测量设备，其特征在于，所述控制器还构造成根据整个所述测量臂的所述质量M、所述臂长L、所述水平重心Gx、所述竖直重心Gz和所述检测器的倾角θ1，由如下公式获得所述测量臂在水平位置中的测量力与所述测量臂在倾斜位置中的测量力之间的差：

差=M×L×（Gx-Gx’）

其中

${\mathrm{Gx}}^{,}=\sqrt{({\mathrm{Gx}}^2+{\mathrm{Gz}}^2)}\&times;\cos \left(\mathrm{\&theta;}3\right)$

θ3=θ2–θ1

θ2＝Arctan（Gz÷Gx）。

7.根据权利要求2所述的表面形貌测量设备，其特征在于，

所述测量臂指定部包括质量计算器，所述质量计算器构造成：当相对于所述第一测量臂更换所述第二测量臂时，所述质量计算器获得包括更换后的第二测量臂的整个测量臂的质量；并且

所述控制器还构造成：对于与通过所述质量计算器计算出的质量相对应的所述测量臂，通过从所述存储器读出所述臂长L、所述水平重心Gx和所述竖直重心Gz来进行计算。

8.根据权利要求3所述的表面形貌测量设备，其特征在于，

所述测量臂指定部包括质量计算器，所述质量计算器构造成：当相对于所述第一测量臂更换所述第二测量臂时，所述质量计算器获得包括更换后的第二测量臂的整个测量臂的质量；并且

所述控制器还构造成：对于与通过所述质量计算器计算出的质量相对应的所述测量臂，通过从所述存储器读出所述臂长L、所述水平重心Gx和所述竖直重心Gz来进行计算。

9.根据权利要求6所述的表面形貌测量设备，其特征在于，

所述测量臂指定部包括质量计算器，所述质量计算器构造成：当相对于所述第一测量臂更换所述第二测量臂时，所述质量计算器获得包括更换后的第二测量臂的整个测量臂的质量；并且

所述控制器还构造成：对于与通过所述质量计算器计算出的质量相对应的所述测量臂，通过从所述存储器读出所述臂长L、所述水平重心Gx和所述竖直重心Gz来进行计算。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的表面形貌测量设备，其特征在于，

所述测量力施加器包括音圈，所述音圈构造成沿以所述支撑轴作为支撑点枢转的所述圆弧运动方向对所述测量臂施力；并且

所述质量计算器构造成：在监视由所述位移检测器检测到的所述测量臂的圆弧运动量同时，调节在所述音圈中传导的电流，并且所述质量计算器通过将作为基准的所述测量臂的所述圆弧运动量已变成预定的设定值的状态中的测量力与所述更换后的测量臂的所述圆弧运动量已变成预定的设定值的状态中的测量力相比较，而获得所述更换后的测量臂的质量。

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