CN104040288B - 轮廓形状表面粗糙度测定装置以及轮廓形状表面粗糙度测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轮廓形状表面粗糙度测定装置，其测定工件(W)的表面的轮廓形状和表面粗糙度，结构简单而能够低成本地实现，高分辨率地生成对宽测定范围具有高线性的变位信号。该轮廓形状表面粗糙度测定装置具备：测定部(13)，其具有与工件(W)的表面接触而上下变位的测定元件(13)；进给机构(4)，其使工件相对于测定元件而相对地移动；臂(12)，其一端具有测定部，传递测定元件的变位，以支点(16)为中心转动；差动变压器型检测机构(51)和标尺型检测机构(52)，其安装在臂或与臂联动的位置，检测测定元件的变位。

Description

轮廓形状表面粗糙度测定装置以及轮廓形状表面粗糙度测定 方法

技术领域

本发明涉及一种轮廓形状表面粗糙度测定装置以及轮廓形状表面粗糙度测定方法。

背景技术

测定被测定物(工件)的表面粗糙度的表面粗糙度测定装置、以及测定工件的表面形状(轮廓)的轮廓形状测定装置正在被广泛使用。表面粗糙度测定装置检测工件表面的微小的凹凸，检测工件表面的微小长度的高度变化、即短周期的高度变化。对此，轮廓形状测定装置检测工件表面的比较长周期的高度变化。换言之，可以说对于表面粗糙度测定装置以及轮廓形状测定装置所检测的探针的变位的细致度、即检测在使检测部以一定速度相对于工件进行相对移动时得到的检测信号的长度所对应的周期成分中的哪个周期范围是不同的。因此，用于表面粗糙度测定装置的变位检测器(传感器)要求具有高速的响应性而能够检测微小的变位、即高分辨率，但对于长周期的变位的绝对值即宽检测范围的检测信号的线性几乎不要求严格的检测精度。换言之，与宽检测范围相关的检测信号的线性也容许是比较低的精度。对此，用于轮廓形状测定装置的变位检测器(传感器)越是表面粗糙的情况越不要求高速的响应性，不必须能够检测微小的变位(高分辨率)，但对于长周期的变位的绝对值、即检测信号的宽检测范围的线性，要求高精度。

另外，考虑到以上那样的测定的特性，在测定表面粗糙度的情况和测定轮廓形状的情况下，一般使检测部相对于工件相对地移动时的移动速度不同。具体地说，在测定表面粗糙度的情况下的移动速度比测定轮廓形状的情况下的移动速度低。

轮廓形状测定装置以及表面粗糙度测定装置具有类似的结构，理想的是能够测定表面形状(轮廓)和表面粗糙度的双方的测定装置。

图1是轮廓形状表面粗糙度测定装置的外观图。

如图1所示，轮廓形状表面粗糙度测定装置1具备基座2、设置在基座2上的支柱3、在Z轴方向上自由滑动地被支持在支柱3上的X轴驱动部4、能够在X轴方向上移动地被支持在X轴驱动部4上的X臂5、设置在X臂5的前端的测定部6、设置在基座2上的载置台8。

在进行测定的情况下，以一定的力使设置在变位检测器6的前端部的探针7与载置在载置台8上的工件W的表面接触。如果在该状态下，通过X轴驱动部4使臂支持部5和变位检测器6沿着X轴移动，则探针7与工件W的表面的形状对应地在Z轴方向上变位。变位检测器6通过内置的传感器、例如差动变压器等输出与探针7的变位对应的电信号。

图2是表示使用了差动变压器的情况下的变位检测器6的结构例子和检测信号的例子的图，(A)表示结构例子，(B)表示检测信号的例子。

如图2的(A)所示，变位检测器6具备可旋转地被支持在与框体结合的支点16上的支架14、可装卸地紧固在支架14上的臂12、设置在臂12的前端的探针7、输出与支架14的变位对应的信号的差动变压器型检测机构(传感器)15。将安装在臂12的前端并且包含探针7的部分称为测定元件13。差动变压器型检测机构(传感器)15具有由固定在变位检测器6上的多个线圈构成的固定部分、安装在支架14上的铁芯部分，铁芯部分相对于固定部分的多个线圈的位置由于支架14的旋转而变化，线圈所产生的交流信号(检测信号)的强度变化。对于差动变压器型传感器已经广泛已知，因此省略进一步的说明。

如果将测定元件13安装在支架14上，以规定的压力使探针7与工件表面接触，则与接触位置对应地即与工件表面的高度和凹凸对应地，测定元件13和支架16旋转，差动变压器型传感器的铁芯部分变位，输出与变位对应的检测信号。对于差动变压器型传感器的检测信号，强度大致与变位成正比地变化，与非常细微的变位对应地变化，但并不完全与变位成正比地变化，如图2的(B)所示，相对于成正比时的值的差在能够检测的范围的两侧扩大，即线性降低。

因此，要求能够检测微小的变位、即高分辨率，但对于长周期的变位的绝对值几乎不要求严格的检测精度的表面粗糙度测定装置大多使用差动变压器型传感器。

在对轮廓形状测定装置使用差动变压器型传感器的情况下，预先进行差动变压器型传感器的校正，准备存储了变位和检测信号之间的偏差的修正表而进行修正，由此改善线性。但是，差动变压器型传感器容易受到温度变化的影响，只通过该修正难以实现充分的线性。

另一方面，作为对宽检测范围具有高线性的变位检测器，已知标尺型检测机构(传感器)。标尺型传感器具有记录了刻度的标尺，检测移动所伴随的刻度的变化量、或标尺的移动位置。标尺有光学式的标尺、磁式的标尺等。

图3是说明光学式标尺型检测机构(传感器)的图，(A)表示用于光学式标尺型传感器的标尺的刻度的例子，(B)表示光学式标尺型传感器的检测部的结构例子，(C)表示检测信号的例子。

如图3的(A)所示，标尺21的刻度是形成在玻璃板等上的黑白图案，蒸镀铬等而形成黑色部分。

如图3的(B)所示，以夹着移动的标尺21的方式设置检测部。检测部在标尺21的一侧设置LED或激光器等光源22、使来自光源22的光收敛到形成有标尺21的黑白部分的面上的透镜23，在标尺21的另一侧设置使透过标尺21的光聚光的透镜24、检测通过透镜24聚光的光的受光元件25。

标尺21移动，根据标尺21的白色部分还是黑色部分位于通过透镜23聚光的光束的部分，受光元件25所受光的光量变化，如图3的(C)所示，得到变化的检测信号。通过对该检测信号进行处理，能够检测标尺21的移动量或移动位置。

图4是表示使用了光学式标尺型传感器的变位检测器的结构例子的图。如图4所示，该变位检测器具有通过2个连接36和37将连接构件34和35连结起来的平行连接结构。连接36和37与连接构件34和35的4个旋转轴结合，连接构件34和35能够平行地变形，以便成为连接36和37维持平行的状态、即连接构件34和35、以及连接36和37成为平行四边形。4个旋转轴的1个旋转轴38与变位检测器的框体结合，连接36以旋转轴38为支点可旋转地被支持。在前端设置有探针7的臂32与连接36紧固。因此，臂32和连接36与图3的臂12和支架14同样地，可旋转地被支持在旋转轴(支点)38上。

在连接构件35的一侧设置有光学式标尺型传感器39，检测连接构件35的变位。在图4中，将具有刻度的标尺固定在框体上，在连接构件35上设置后述的指数标尺。此外，也能够将标尺设置在连接构件35上，将检测部设置在框体上。

在图4的变位检测器中，连接构件35向横方向少量地移动，但为了平行地移动，能够使用利用了图3的(A)所示那样的具有刻度的标尺的光学式标尺型传感器。但是，图4所示的平行连接机构需要大的空间。

因此，如图5的(A)所示，在图2的变位检测器中，在支架14上设置放射线状地形成有图案的标尺17，通过利用标尺17检测支架14的旋转量(旋转位置)，来检测探针7的变位。标尺17如图5的(B)所示，圆弧状地形成有以支点16为中心的黑白图案。在检测圆弧状的图案的移动量的情况下，也能够使用与图3中说明的方法同样的方法。此外，还提出了以下的方法，即将支架14的后端侧的表面设为以支点16为中心的圆筒面，在其上形成等间隔的图案，光学地检测图案的移动(旋转)量。

对于标尺型传感器的分辨率，基本上以刻度的间距规定分辨率，但提出了使用指数标尺等来提高分辨率的各种方法。另外，还提出了将标尺21的刻度设为衍射光栅而通过激光干涉提高分辨率的方法。但是，对于将刻度设为衍射光栅而通过激光光栅提高分辨率的方法，结构成为大的规模，由于其大型化，难以在表面粗糙度/形状测定装置的变位检测器中使用。另外，实现该方法的结构复杂，因此还存在昂贵的问题。

在任意的情况下，标尺型传感器以标尺为基准，因此能够宽范围并且高精度地检测变位，但难以得到差动变压器型传感器的分辨率那样的高分辨率。

在能够宽范围并且高精度地检测变位、并且是高分辨率的变位检测器中，有激光干涉仪方式。

图6是表示使用了激光干涉仪方式的变位检测器的结构的图。如图6所示，在图2的变位检测器中，在支架14上设置形成激光干涉仪的直角棱镜43，不设置差动变压器型检测机构(传感器)。激光干涉仪具备光源(激光器)41、光束分离器42、直角棱镜43、直角棱镜44、设置在光束分离器42上的2个反射镜45和46、受光元件47。

从光源41出射的激光光束被光束分离器42分割为2个光束。分割后的一个激光光束被直角棱镜43反射并进一步被反射镜45反射而返回到直角棱镜43，进一步被反射而进入光束分离器42，被反射而朝向受光元件47。分割后的另一个激光光束被直角棱镜44反射并进一步被反射镜46反射而返回到直角棱镜44，进一步被反射而进入光束分离器42，透过而朝向受光元件47。从光束分离器42朝向受光元件47的2个激光光束干涉。如果支架14变位而直角棱镜43变位，则一个激光光束的光路长度变化直角棱镜43的变位量的4倍的距离，由此，入射到受光元件47的2个激光光束的光路长度的差变化，干涉状态变化。受光元件47的一次干涉的明暗变化相当于激光光束的1波长，因此通过检测受光元件47的检测信号的一次变化，能够检测激光光束的1波长的1/4的直角棱镜43的变位。如果设激光光束的1波长为约800nm，则能够检测200nm的变位，是非常高的分辨率。另外，检测范围也非常广，线性也良好。

这样，使用了激光干涉仪的变位检测器是高分辨率的，线性也良好，但非常昂贵，组装调整也复杂。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-304332号公报

专利文献2：日本特开2004-069510号公报

专利文献3：日本特开2000-018935号公报

专利文献4：日本特开2004-077437号公报

专利文献5：日本特表平6-507706号公报

发明内容

发明要解决的问题

如以上说明的那样，用于表面粗糙度测定的变位检测器(传感器)要求具有高速的响应性，能够检测微小的变位即高分辨率。另一方面，用于轮廓形状测定装置的变位检测器(传感器)越是在测定表面粗糙度的情况下，则越不要求高速的响应性，不需要能够检测微小的变位(高分辨率)，但对于长周期的变位的绝对值即检测信号的宽检测范围的线性，要求高精度。对于激光方式等昂贵并且大型的变位检测器(传感器)，满足该双方的要求，但现状是在廉价并且小型的变位检测器(传感器)中不满足该双方的要求。

因此，希望一种能够测定工件的表面粗糙度以及表面形状(轮廓)的双方、高分辨率、对宽测定范围具有高线性的轮廓形状表面粗糙度测定装置。

本发明的目的在于：提供一种轮廓形状表面粗糙度测定装置，其结构简单，能够低成本地实现，高分辨率并且对宽测定范围具有高线性。

解决问题的方案

为了实现上述目的，本发明的轮廓形状表面粗糙度测定装置在检测探针的变位的变位检测部设置标尺型检测机构和差动变压器型检测机构的双方，能够选择适合于测定对象(测定内容)的检测信号。

即，本发明的轮廓形状表面粗糙度测定装置是测定工件的表面的轮廓形状和表面粗糙度的轮廓形状表面粗糙度测定装置，其特征在于具备：测定部，其具有与工件的表面接触而上下变位的测定元件；进给机构，其使工件相对于测定元件而相对地移动；臂，其一端具有测定部，传递测定元件的变位，以支点为中心转动；差动变压器型检测机构和标尺型检测机构，其安装在臂或与臂联动的位置，检测测定元件的变位。

另外，本发明的检测工件的表面的轮廓形状和表面粗糙度的轮廓形状表面粗糙度测定方法是测定工件的表面的轮廓形状和表面粗糙度的轮廓形状表面粗糙度测定方法，其特征在于：在以支点为中心转动的臂的一端具有与工件的表面接触而上下变位的测定元件，具有安装在与臂联动的位置而检测测定元件的变位作为臂的变位的差动变压器型检测机构和标尺型检测机构的双方，在使测定元件与工件的表面抵接的状态下使工件相对地移动，根据差动变压器型检测机构和标尺型检测机构的检测结果，测定工件的轮廓表面粗糙度。

根据本发明，通过差动变压器型检测机构和标尺型检测机构的双方同时检测同一臂的变位，因此能够通过一次测定同时得到由差动变压器型检测机构检测的表面粗糙度数据、由标尺型检测机构检测的轮廓形状数据。另外，能够同时得到表面粗糙度数据和轮廓形状数据，因此能够与测定内容、即是测定工件的轮廓形状、还是测定工件的表面粗糙度对应地，选择适当的检测信号。这样，能够通过1台测定装置，适当地测定轮廓形状和表面粗糙度。

差动变压器型检测机构在使工件相对于测定元件相对地移动时检测与作为工件的表面的粗糙度的微小变位对应的高频成分。另外，标尺型检测机构在使工件相对于测定元件相对地移动时，检测与工件的表面的起伏对应的变位的低频成分。

标尺具有圆弧状标尺，连续地刻有该标尺的间距，由此作为整体能够确认标尺的线性。另外，测定对象测定直线的高低差，但作为实际进行检测的方式，变换为以1个支点为中心转动的圆弧运动，通过圆弧状的标尺读取该运动。

在该情况下，严格地说产生sinθ/θ的偏差(这基于以下理由)。即，对于高低差，如果设臂支点位置到测定元件为止的距离为R，则由于臂旋转θ而变位的高低差是Rsinθ。另一方面，在圆弧标尺中，如果设从臂支点位置到标尺位置为止的距离为r，则由于臂旋转θ而变位的标尺上的长度是rθ。如果θ是0度附近，则其误差非常小，但随着θ变大，sinθ/θ的误差变大。

这样的误差也基于上述关系，能够连续地估计求出基于该角度的理论偏差量。另外，虽然在后面说明，但在标尺的情况下，能够连续地对其刻度之间进行内插，因此例如即使是圆弧标尺，也能够根据其刻度的连续性高精度地内插而进行修正。

另一方面，在差动变压器的情况下，难以高精度地对应圆弧运动。在宽范围的圆弧运动的情况下，在原理上难以避免产生微小的线性的偏差。如果延长测定元件侧的臂，则也有时可以是微小的圆弧运动，但在该情况下，由于因臂的长度造成的惯性阻抗的影响，难以进行高灵敏度的测定。为了减小臂的惯性阻抗，必须极力缩短臂的长度，但在这样的情况下，圆弧运动的修正的必要性进一步增加。

在这一点上，对于圆弧运动的修正，标尺型检测机构在确保线性这一点上好，能够进行高精度的修正。

另外，在组合差动变压型检测器和标尺型检测器的情况下，差动变压型检测器重视响应性，以微小变位、高频的粗糙度成分为主进行测定，因此将差动变压型检测器放置得接近相对于标尺型检测器转动的支点。

另一方面，标尺型检测器针对臂的圆弧运动也能够高精度地进行修正，因此即使重视线性地放大微小变位而评价，与差动变压器型检测机构相比，放置在离臂支点远的位置也是理想的。

轮廓形状表面粗糙度测定装置具备：选择部，其选择地输出差动变压器型检测机构的检测信号和标尺型检测机构的检测信号的一方。

轮廓形状表面粗糙度测定装置具备：修正电路，其组合差动变压器型检测机构的检测信号和标尺型检测机构的检测信号，生成修正变位信号。

修正电路根据标尺型检测机构的检测信号，修正差动变压器型检测机构的检测信号的宽范围的线性。

修正电路根据标尺型检测机构的检测信号修正线性不充分的差动变压器型检测机构的检测信号的线性，高分辨率地在宽测定范围内生成线性良好的检测信号。

发明效果

根据本发明，实现通过一台就能够适当地测定工件的轮廓形状和工件的表面粗糙度的轮廓形状表面粗糙度测定装置。

另外，在具有修正电路的轮廓形状表面粗糙度测定装置中，通过根据标尺型检测机构的检测信号，修正差动变压器型检测机构的检测信号的宽范围的线性，能够高分辨率、对宽测定范围高线性地测定工件的轮廓形状和表面粗糙度。

附图说明

图1是表面粗糙度/形状测定装置的外观图。

图2是表示变位检测器的结构例子和检测信号的例子的图，(A)表示结构，(B)表示检测信号。

图3是说明光学式标尺型检测机构(传感器)的图，(A)表示用于光学式标尺型传感器的标尺的刻度的例子，(B)表示光学式标尺型传感器的检测部的结构例子，(C)表示检测信号的例子。

图4是表示使用了光学式标尺型传感器的变位检测器的结构例子的图。

图5是表示使用了具有放射线状的图案的光学式标尺型传感器的变位检测器的结构例子的图。

图6是表示使用了激光干涉仪方式的变位检测器的结构的图。

图7是表示本发明的第一实施方式的轮廓形状表面粗糙度测定装置的变位检测器的结构的图。

图8是表示第一实施方式的处理信号的部分的结构的图。

图9是说明标尺信号处理部的校正数据的制作处理的图。

图10是表示第二实施方式的处理信号的部分和选择部的结构的图。

图11是表示第三实施方式的处理信号的部分和选择部的结构和选择控制处理的图。

图12是表示在变位小的范围内变化的情况下的第二变位数据(表面粗糙度数据)和第一变位数据(轮廓形状数据)的例子的图。

图13是表示第四实施方式的处理信号的部分和修正部的结构的图。

图14是表示第四实施方式的信号处理和修正处理的图。

图15是表示第四实施方式的信号处理和修正处理的图。

图16是表示第四实施方式的信号处理和修正处理的处理例子的图。

图17是表示第四实施方式的信号处理和修正处理的处理例子的图。

图18是表示离散、高精度地检测变位的光学式的标尺型检测机构的例子的图。

图19是表示将差动变压器型检测机构设置在与测定元件相同一侧的变位检测器的结构的图。

具体实施方式

以下，说明本发明的实施方式的轮廓形状表面粗糙度测定装置。实施方式的轮廓形状表面粗糙度测定装置1例如具有图1所示那样的外观，变位检测器6的结构与现有例子不同。但是，外观和整体结构并不限于图1所示。

图7是表示本发明的第一实施方式的轮廓形状表面粗糙度测定装置的变位检测器6的结构的图。

如图7所示，第一实施方式的变位检测器6具备可旋转地被支持在与框体结合的支点16上的支架14、可装卸地紧固在支架14上的臂12、设置在臂12的前端的探针7、输出与支架14的变位对应的信号的差动变压器型检测机构(传感器)51、输出与支架14的变位对应的信号的标尺型检测机构(传感器)52。将安装在臂12的前端并且包含探针7的部分称为测定元件13。差动变压器型检测机构51具有由固定在变位检测器6上的多个线圈构成的固定部分、安装在支架14上的铁芯部分，通过支架14的旋转，铁芯部分相对于固定部分的多个线圈的位置变化，线圈所产生的交流信号(检测信号)的强度变化。标尺型检测机构52被安装在支架14上，具备具有以支点16为中心放射线状设置的黑白图案的标尺、固定在变位检测器6的框体上的读取标尺的变位(旋转量)的检测部，如果由于支架14的旋转而标尺旋转，则检测部读取旋转量(旋转位置)。此外，对检测部也可以使用指数标尺。

对于差动变压器型检测机构51和标尺型检测机构52广为人知，因此省略更详细的说明，但如上述那样，差动变压器型传感器能够高分辨率地检测微小的变位，但宽检测范围的线性不充分。另一方面，标尺型传感器能够在宽范围内进行高精度的变位检测，但难以得到差动变压器型传感器那样的高分辨率。

例如，作为标尺型检测机构，适合地使用Renishaw制的FASTRACK系列、HEIDENHAIN制的ERA700等带状标尺等。或者，也可以是通常的不锈钢标尺、刻在玻璃面上的圆弧标尺。

用双面胶带将上述的Renishaw制的FASTRACK系列粘帖在曲面部分。在标尺上以20μm的间距连续地刻有刻度。在这样的双面胶带的粘帖方式的情况下，根据粘帖的精度等有时产生少许的偏差等，但对于这样的偏差，通过事先对许多若干厚度的量块进行测定，引出相关直线而进行校正，能够确认其偏差量而进行修正。作为利用这样的标尺的优点在于：连续多个点地等间隔地刻画刻度，因此能够基于其连续性包含线性地进行修正。

即，在从最初开始形成为曲线状的标尺的情况下，即使在其曲面的曲率精度这一点上，也难以以细致的间隔高精度并且等间隔地刻画刻度，制作具有严格的线性的标尺是非常昂贵的。

在带状标尺的情况下，初期按照直线状制作，因此通过基于激光等进行直线校正，能够成为以非常细致的间距高精度地刻有等间隔的刻度的标尺。在将该直线标尺粘帖在曲面上时，有时在其粘帖时产生微小误差，但由于带状标尺所具有的固有的高精度、等间隔的刻度的连续精度，能够估计因该粘帖造成的偏差量。

例如，在温度状态严酷的环境下，也考虑标尺自身的热膨胀等的影响。但是，在因环境而标尺热膨胀的情况下，并不是标尺的一部分局部地热膨胀，一般认为整体地均匀地热膨胀。

在这样的状态下，通过在该状态下进行多阶段的结构采样测定，在多个点进行校正，能够进行适合于该温度环境的连续的校正。

另外，另一方面，差动变压器的线性根据差动变压器的核心部从线圈部偏离的程度，偏差量变化。即，线性并不是均匀地偏差，与核心相对于线圈的相对位置对应地损失其线性。

因此，预先在某室温状态下，评价差动变压型检测器相对于标尺型检测器的线性的偏差量，接着在不同的温度环境下，同样地评价差动变压型检测器相对于标尺型检测器的线性的偏差量即可。

根据差动变压型检测器因温度环境造成的相对于标尺型检测器的线性的偏差，能够某种程度地估计标尺型检测器的标尺的热膨胀的影响。

另外，即使设想20μm间距、5mm的范围的标尺，其间也存在250点的刻度。根据该刻度位置的连续性，测定若干厚度的量块，根据其相关直线计算测定对象的测定值。由此，例如即使是刻度之间，也能够使其具有对其间进行内插的功能。即，能够根据刻度的连续性进行更高精度的测定。

另一方面，在离散的测定中，难以填补其间的精度。即，在根据1个点进行校正的情况等下，如果在该1点的绝对精度上产生稍微的紊乱，则会损失全部的线性的可靠性，但在等间隔地连续存在多个点的情况下，能够根据整体的对照来确认部分的位置偏差状态，能够稳定地确保线性(linearity)的精度。

但是，在常年使用的过程中，也有时产生固定了标尺的双面胶带逐渐上浮等问题，整体上精度产生偏差。在这样的情况下，观察与差动变压型检测机构的相对精度偏差即可。

即使是差动变压型的检测机构，在变位量小的情况下，特别在原点附近确保了比较的线性。在原点附近相互的偏差大的情况、在双方的检测机构中相互的零点位置偏差的情况下，能够考虑标尺或差动变压器的因经时变化造成的偏差的影响而检查相互的检测机构。

在没有这样的检查功能的情况下，在连续使用而无法在中途进行精度校正的情况下，无法确认是否引起了精度偏差。

根据本申请的校正，始终通过检测原理不同的2个传感器确认涉及一个臂的变位，因此在任意一个传感器的状况不正常的情况下，都能够根据双方的相对数据关系，马上检测异常。

由此，不频繁地进行测定标准采样的结构操作，通过确认双方的传感器输出的数据的一致性，就能够自动地诊断相互的检测器的精度，其结果是能够在长期时间中也确保正确性，同时高精度地进行测定。

在第一实施方式中，通过未图示的信号处理部处理差动变压器型检测机构51和标尺型检测机构52输出的检测信号。信号处理部既可以设置在变位检测器6的框体内，也可以设置在变位检测器6的框体外，还可以将一部分设置在变位检测器6的框体内，将剩余部分设置在变位检测器6的框体外。

图8是表示第一实施方式的的轮廓形状表面粗糙度测定装置的进行信号处理的部分的结构的框图，(A)表示整体结构，(B)表示标尺信号处理部61的校正，(C)表示差动变压器信号处理部62的结构。

第一实施方式的轮廓形状表面粗糙度测定装置如图8的(A)所示，具备标尺信号处理部61、差动变压器信号处理部62。在轮廓形状表面粗糙度测定装置中，使探针7相对于工件W的表面以一定速度移动而进行测定，因此差动变压器型检测机构51和标尺型检测机构52输出的检测信号的时间轴与工件W的表面上的距离对应。在信号处理部的处理中，利用它进行信号处理。

标尺信号处理部61对标尺型检测机构52输出的检测信号进行处理而生成第一变位数据并输出。例如，标尺信号处理部61如图8的(B)所示，对标尺型检测机构52输出的检测信号即标尺信号进行变换为数字信号的A/D变换处理64，进而对数字信号进行除去与长距离的变位成分对应的波长以下的成分的第一滤波处理65，生成第一变位数据。

标尺型检测机构52将测定元件13的上下方向的变位变换为臂12的圆弧标尺上的旋转量而进行检测，因此将旋转量的变化变换为高度变化。基本上能够通过变换公式进行变换，但在实际的测定装置中存在各种误差，因此实际地测定使测定元件13正确地向上下方向变位的情况下的旋转量、即标尺型检测机构52的检测信号，根据其关系制作、存储校正数据。然后，根据校正数据对实际的检测信号进行校正。

标尺信号处理部61将进行了正确的变位时的标尺型检测机构52输出的检测信号和正确的变位之间的差存储为校正数据，在生成第一变位数据时，还进行与校正数据相应的修正。

图9是说明标尺信号处理部61的校正数据的制作处理的图。如图9的(A)所示，在可转动地被支点16支持的臂12的一端设置测定元件13，在另一端设置标尺型检测机构52的一部分，检测沿着臂12的另一端的圆弧的变位(或旋转量)。

如图9的(B)所示，考虑以下的情况，即从支点16到测定元件13为止的旋转半径为R1，从支点16到标尺型检测机构52的圆弧标尺为止的旋转半径为R2，测定元件13在上下方向上变位，臂旋转θ。在该情况下，测定元件13的上下方向的变位是R1sinθ，沿着圆弧标尺的圆弧的变位量是R2θ。因此，如果设沿着标尺型检测机构52的圆弧标尺的变位量为d，则用D＝R1sin(d/R2)表示测定元件13的上下方向的变位D。

如上述那样，在实际的测定装置中存在各种误差，因此产生相对于计算公式的偏差(误差)，因此制作校正数据而进行修正。如图9的(A)所示，将量块54载置在测定台53上，固定支点16，使测定元件13与量块54接触，读取标尺型检测机构52输出的检测信号。通过高度不同的量块54进行该动作。如果换一种说法，则固定视点，测定高度不同的量块。通过该测定，得到进行了正确的变位时的标尺型检测机构52输出的检测信号和正确的变位之间的差即校正数据，因此存储它。图9的(C)是表示测定高度不同的量块时的标尺型检测机构52的检测信号读取值的变化例子的图。

返回到图8，差动变压器信号处理部62对差动变压器型检测机构51输出的检测信号进行处理，生成第二变位数据。差动变压器信号处理部62对差动变压器型检测机构51输出的检测信号进行与以前进行的处理相同的处理，能够输出与以前相同的变位数据作为第二变位数据。

如图8的(C)所示，差动变压器信号处理部62例如对差动变压器型检测机构51输出的检测信号即差动变压器信号进行变换为数字信号的A/D变换处理66，进而对数字信号进行除去探针7的失真、噪声等的第二滤波处理67，生成第二变位数据。在第二滤波处理67中，例如在探针7的前端半径是2μm的情况下，除去2.5μm以下的成分。进而，如图2的(B)所说明的那样，差动变压器型检测机构51输出的检测信号在变位大的情况下线性劣化，因此理想的是在预先制作校正数据进行修正的基础上，设为第二变位数据(表面粗糙度数据)。

在第一实施方式中，原样地输出第一变位数据和第二变位数据。如果换一种说法，则在第一实施方式中，在一次测定中，能够同时得到第一变位数据所示的轮廓形状数据、第二变位数据所示的表面粗糙度数据。

图10是表示本发明的第二实施方式的轮廓形状表面粗糙度测定装置的进行信号处理和选择的部分的结构的框图。

第二实施方式的轮廓形状表面粗糙度测定装置如图10所示，具备标尺信号处理部61、差动变压器信号处理部62、选择部63。标尺信号处理部61和差动变压器信号处理部62与第一实施例相同。

选择部63与表示测定轮廓形状和表面粗糙度的哪个的选择信号对应地，选择输出标尺信号处理部61输出的第一变位数据和差动变压器信号处理部62输出的第二变位数据的一方。具体地说，在测定轮廓形状的情况下，输入选择第一变位数据的信号作为选择信号，选择部63输出标尺信号处理部61输出的第一变位数据作为检测数据。另外，在测定表面粗糙度的情况下，输入选择第二变位数据的信号作为选择信号，选择部63输出差动变压器信号处理部62输出的第二变位数据作为检测数据。例如通过由轮廓形状表面粗糙度测定装置的用户对设置在装置上的处理选择按键进行操作，来产生选择信号。

在第二实施方式中，选择部63与选择信号对应地选择输出了第一变位数据和第二变位数据的任意一个，但也可以通过其他方法进行选择。在接着说明的第三实施方式中，通过其他方法控制选择部63的选择。

图11是表示本发明的第三实施方式的轮廓形状表面粗糙度测定装置的进行信号处理和进行选择的部分的结构的框图、以及说明选择信号的切换的图。

如图11的(A)所示，在第三实施方式中，除了图10所示的第二实施方式的结构以外，还具有以下结构，即进一步设置了接受第一变位数据和第二变位数据而控制选择部63的选择的选择控制部69。此外，在图11的(A)中，记载为选择控制部69接受第一变位数据和第二变位数据的双方，但也可以是只接受一方的情况。

如上述那样，对于差动变压器信号处理部62输出的第二变位数据，如果变位增大，则误差增加。图11的(B)表示与实际的变位对应的第二变位数据的值的变化例子。如图11的(B)所示，如果第二变位数据例如在上限阈值+Sh和下限阈值-Sh的范围内，则第二变位数据的值相对于实际的变位以高线性(直线)地变化。与此相对，在上限阈值+Sh以上和下限阈值-Sh以下的范围中，线性劣化，误差增大。当然，能够通过校正对该误差进行修正，但误差与温度变化等环境对应地变化，并且经时地变化，因此难以高精度地修正。因此，第三实施方式的选择控制部69在第二变位数据在上下限阈值±Sh内、换言之变位为与±Sh对应的±Th以内的情况下，选择第二变位数据，在第二变位数据在上下限阈值±Sh的范围外、换言之变位在±Th的范围外的情况下，控制选择部63使得选择第一变位数据。

此外，也能够根据标尺信号处理部61输出的第一变位数据，决定变位设置上下限阈值±Th的范围内还是范围外。

这样的修正的情况即相当于根据确保着线性的判断而不进行基于第一变位数据的修正的情况。即使是第二变位数据的差动变压器型检测机构，在零点附近也确保着线性，前提是不需要进行基于第一变位数据的修正的范围。根据在事先的校正中将第二变位数据视为到哪个范围为止确保着线性，而将怎样的范围设为修正范围。

在测定轮廓形状的情况下，有时也希望同时测定表面粗糙度。在这样的情况下，以前例如在测定轮廓形状之后，测定相同表面的表面粗糙度，因此测定时间变长。与此相对，在第三实施方式中，如果变位在上下限阈值的范围内，则输出表面粗糙度数据，如果变位在上下限阈值的范围外，则输出轮廓形状数据，也可以将表面粗糙度数据用作轮廓形状数据，因此能够在全部测定范围内得到轮廓形状数据，并且还针对变位为上下限阈值的范围内同时得到表面粗糙度数据。

图12是表示变位在小范围内变化的情况下的第二变位数据(表面粗糙度数据)和第一变位数据(轮廓形状数据)的例子的图。图12的(A)表示第二变位数据(表面粗糙度数据)的变化例子，图12的(B)放大地表示第二变位数据(表面粗糙度数据)的变化。图12的(C)表示第一变位数据(轮廓形状数据)的变化例子，图12的(D)放大地表示第一变位数据(轮廓形状数据)的变化。

如图12的(B)所示，对于第二变位数据(表面粗糙度数据)，分辨率高，因此，即使放大也平滑地变化。第二变位数据(表面粗糙度数据)的分辨率例如是1nm。与此相对，如图12的(D)所示，第一变位数据(轮廓形状数据)与第二变位数据相比，分辨率低，因此在放大的情况下台阶状地变化。对于第一变位数据(轮廓形状数据)，例如分辨率是50nm，作为表示轮廓形状的数据，具有充分的分辨率。因此，如果是表示轮廓形状的情况，则没有问题，在第三实施方式中，在变位在上下限阈值的范围外的情况下，即使输出第一变位数据作为表示轮廓形状的数据，也没有特别的问题。另外，如图12的(B)和(D)所示，作为表示表面粗糙度的数据，第一变位数据(轮廓形状数据)的分辨率不充分。如上述那样，在第三实施方式中，如果变位在上下限阈值的范围内，则输出第二变位数据(表面粗糙度数据)作为表示轮廓形状的数据，因此也能够测定表面粗糙度。

在第一～第三实施方式中，在分别对标尺型检测机构52和差动变压器型检测机构51输出的检测信号进行信号处理而成为第一和第二变位数据后，双方同时或选择一方而输出，但所输出的数据是标尺信号和差动变压器信号。

但是，标尺信号(第一变位数据)和差动变压器信号(第二变位数据)的分辨率和灵敏度不同，但是测定工件的相同部分的信号，相互相关。因此，理想的是相互修正标尺信号(第一变位数据)和差动变压器信号(第二变位数据)，生成适合于要求的测定数据。在以下说明的实施方式中，进行这样的修正处理。

如上述那样，标尺型检测机构52输出的标尺信号不是高分辨率的，但在宽检测范围内具有高线性。另一方面，差动变压器型检测机构51输出的差动变压器信号是高分辨率的，但宽检测范围内的线性不充分。因此，修正的基本处理是制作修正数据使得差动变压器信号(第二变位数据)的长周期成分与标尺信号(第一变位数据)的长周期成分一致，与修正数据对应地修正差动变压器信号(第二变位数据)。

修正处理可以有各种变形例子。首先，针对根据差动变压器型检测机构51和标尺型检测机构52输出的检测信号生成的修正数据，可能有以下的2个情况：在使探针7相对于工件的表面以一定速度移动的移动过程中输出、即实时地输出、或针对测定范围探针7相对于工件W的表面的移动结束后输出。首先，说明实时地输出的情况。

图13是表示第四实施方式的轮廓形状表面粗糙度测定装置的进行信号处理的部分的结构的框图，(A)表示整体结构，(B)表示差动变压器信号处理部62的结构，(C)表示差动变压器信号处理部62的另一个结构。

如图13的(A)所示，进行信号处理的部分具备标尺信号处理部61、差动变压器信号处理部62、修正处理部70。

标尺信号处理部61具有图8的(B)所示的结构，与第一～第三实施方式同样地，对标尺型检测机构52输出的检测信号进行处理，生成第一变位数据并输出到修正处理部70。为了修正差动变压器信号处理部62输出的第二变位数据的线性而使用第一变位数据，利用标尺信号的长距离的变位成分、即在距离和时间上为长周期(长波长)的成分来进行修正。因此，与第一～第三实施方式同样地，不需要短距离的变位成分，即短周期(短波长)成分，因此除去规定的波长以下的成分。

差动变压器信号处理部62对差动变压器型检测机构51输出的检测信号进行处理，生成第二变位数据并输出到修正部70。差动变压器信号处理部62与第一～第三实施方式同样地具有图8的(C)所示的结构，对差动变压器型检测机构51输出的检测信号进行与以前进行的处理相同的处理，能够输出与以前相同的变位数据作为第二变位数据。但是，对于第二变位数据，根据标尺信号处理部61输出的第一变位数据修正线性，因此如果换一种说法，则为了进行修正而不需要长周期(长波长)的成分。因此，在第四实施方式中，理想的是除去长周期(长波长)成分。

因此，在第四实施方式中，差动变压器信号处理部62如图13的(B)所示，对差动变压器型检测机构51输出的检测信号即差动变压器信号，进行变换为数字信号的A/D变换处理66，进而对数字信号进行除去探针7的失真、噪声等的第二滤波处理67，然后进行除去与修正点的间隔对应的波长以上的成分的第三滤波处理68，生成第二变位数据。第二滤波处理67例如是与图8的(C)相同的处理。在第三滤波处理68中，除去0.08mm、0.25mm、0.8mm等波长以上的成分。如果换一种说法，则在第三滤波处理68中，进行与图8的(B)的第一滤波处理65相反的滤波处理。因此，在第四实施方式中，在差动变压器信号处理部62中进行带通滤波处理。

进而，如后述那样，为了生成修正数据，有时对差动变压器信号进行与对标尺信号进行的处理相同的短波长成分的除去，在该情况下，如图13的(C)所示，对差动变压器信号进行变换为数字信号的A/D变换处理66，进而对数字信号进行第一滤波处理65，另外进行生成修正用数据的处理。

修正部70对第二变位数据的长周期成分进行修正以便与第一变位数据相符合。

图14是说明第四实施方式的信号处理和修正处理的图。

图14的(A)表示标尺型检测机构52输出的标尺信号或对其进行了A/D变换所得的数字信号。通过对该信号进行第一滤波处理65，得到图14的(B)所示那样的除去了短波长成分的第一变位数据。

另一方面，图14的(C)表示差动变压器型检测机构51输出的差动变压器信号或对其进行了A/D变换所得的数字信号。通过对该信号进行第二滤波处理67和第三滤波处理68，只剩下图14的(D)那样的中间波长成分，得到除去了其他短波长和长波长成分的第二变位数据。

修正部70对图14的(B)的第一变位数据进行修正使其与图14的(D)的第二变位数据的长波长的变位一致。具体地说，在各位置进行修正，以使得图14的(B)的第一变位数据和图14的(D)的第二变位数据的高度和斜率一致。可以连续地进行修正，但也可以离散地对图14的(D)的第二变位数据的修正点(用黑圈表示)的值进行修正使得与图14的(B)的修正点的值符合。由此，得到图14的(E)所示的修正变位数据。

修正必须要求标尺信号和差动变压器信号的长波长成分，因此也必须某种程度地采样所修正的位置后的变位信号，进而计算处理需要若干的时间。因此，修正数据是实时的，但以某种程度的时间延迟而输出。

在上述的例子中，通过标尺信号的滤波处理生成长波长成分，但也能够根据对标尺信号进行了A/D变换所得的变位数据的移动平均、上一个规定采样数的数据的最小二乘线或样条函数曲线等，生成去除了台阶的轮廓形状数据。

图15是进一步说明信号处理和修正处理的图。该图是以测定平缓地倾斜的平面的情况那样的、第一修正数据(标尺信号)单纯地增加的情况为例子进行说明的图。

如图15(A)所示，第一变位数据(标尺信号)的值线性地增加。与此相对，进行第三滤波处理68之前的差动变压器信号如图15的(B)所示，平均值在中间点附近与第一变位数据一致，但在两侧的区域中成为比第一变位数据小的值。在该情况下，例如如图13的(C)所示，如果对差动变压器信号进行第一滤波处理，则得到图15的(B)所示的平均值的变化。如果计算对该差动变压器信号进行第一滤波处理所得的值和第一变位数据之间的差，则成为在图15的(C)中用A所示那样的变化。如果反转A的符号，则得到B所示那样的修正数据，因此如果将该修正数据与第二变位数据进行相加，则得到图15的(D)所示那样的修正变位数据。

图16和图17是表示第四实施方式的具体测定例子的图。

测定对象的工件W如图16的(A)所示，具有表面是平面的程度的粗糙度。图16的(B)表示在将该工件W保持为水平的状态下测定的差动变压器信号或第二变位数据。图16的(C)表示在将该工件W保持为水平的状态下测定的标尺信号或第一变位数据。

图16的(D)表示倾斜地保持上述工件W的状态。图16的(E)表示在倾斜地保持该工件W的状态下测定的差动变压器信号或第二变位数据。图16的(F)表示在倾斜地保持该工件W的状态下测定的标尺信号或第一变位数据。

如图16的(B)所示，测定水平地保持的工件W所得的第二变位数据的最小二乘线S0与表示零水平的基准线一致。同样，如图16的(C)所示，测定水平地保持的工件W所得的第一变位数据的最小二乘线S1与基准线一致。如图16的(E)所示，测定倾斜地保持的工件W所得的第二变位数据的最小二乘线S2相对于基准线具有与倾斜角对应的角度，但不完全是直线。如图16的(F)所示，测定倾斜地保持的工件W所得的第一变位数据的最小二乘线S3是相对于基准线与倾斜角对应的角度的直线。

修正部70生成修正数据使得图16的(E)的最小二乘线S2与图16的(F)的最小二乘线S3一致。根据该修正数据进行修正后的第一变位数据如图17所示。由此，得到在宽范围内具有高线性的表面粗糙度信号。

如上述那样，也可以计算连续的修正数据，但对长波长成分进行修正，因此即使离散地进行修正也不会产生问题。因此，例如也可以只针对在图15的(A)～(D)中用黑圈表示的修正点进行修正使得第一修正数据和第二修正数据一致，线性地修正修正点之间。决定修正点的间隔使得该间隔的差动变压器信号的线性的偏差成为规定值(窄范围误差)以下。

具体地说，以固定间距间隔读取标尺信号，求出每个间距的斜率，并且按照该间距间隔对差动变压器信号进行分割，乘以系数使得差动变压器信号的平均间距之间的斜率与标尺信号的每个间距的斜率一致。例如根据最小二乘线、样条函数曲线等，计算差动变压器信号的平均间距之间的斜率。然后，重叠2个数据而计算修正修正变位数据，使得间距之间的端点一致。

实时地输出的其他方法是预先测定差动变压器型检测机构51和标尺型检测机构的长波长成分的差，将修正部70测定的差作为修正数据而存储，将差动变压器信号处理部62输出的第二变位数据与修正数据相加而生成修正变位数据。理想的是随时进行差动变压器型检测机构51和标尺型检测机构的长波长成分的差的测定，更新修正数据。

差动变压器型检测机构51和标尺型检测机构的长波长成分的差的测定能够应用在上述图15中说明的连续生成修正数据的方法、以及离散地生成修正数据的方法，但不需要实时地进行，因此能够花费时间而得到高精度的修正数据。另外，也可以根据上次测定时的数据计算差动变压器型检测机构51和标尺型检测机构的长波长成分的差，更新修正数据。

此外，在存储修正数据的情况下，必须存储对全部检测范围的测定数据，因此例如预先测定使真直度良好的工件倾斜的表面，生成图15的(A)和(B)所示那样的标尺信号和差动变压器信号，对双方进行处理而只剩下长波长成分，计算2个数据的差。根据计算出的差，计算针对差动变压器信号的值而近似差的多项式并存储、或制作使差与差动变压器信号的值匹配的查找表并存储。在实际进行测定的情况下，利用针对差动变压器信号的值存储的多项式计算差，或者读出存储在对差动变压器信号的值的查找表中的差，将该差与差动变压器信号的值相加而计算修正变位数据。

在不实时地进行修正变位数据的生成，而在探针7在全部测定范围的移动结束后进行的情况下，也能够应用与上述同样的处理，但处理时间有富余，因此能够进行更高精度的处理。

在修正点离散地进行修正的情况下，标尺信号只要在修正点能够高精度地检测变位即可。因此，例如如果是光学式的标尺型检测机构，则黑白图案不需要连续地存在，与修正点对应地存在即可。

图18是表示离散、高精度地检测变位的光学式的标尺型检测机构的例子的图。

如图18的(A)所示，在标尺81中，以支点16为中心，隔开间隔放射线状地形成多个黑线82。图18的(B)是表示1条黑线82的图，周边是透明的。

图18的(C)表示受光元件85，受光元件85是2分割元件，具有相同形状、相同特性的2个受光部86和87。

如图18的(D)所示，设置检测部使得夹着标尺81，检测部具备光源91、使来自光源91的光成为平行光的透镜92、接近标尺81的形成了黑线82的一侧设置的受光元件85、对受光元件85的信号进行处理的信号处理部90。信号处理部90具备计算受光元件85的2个受光部86和87的输出信号的差的模拟电路。

如图18的(E)所示，在2个受光部86和87前不存在黑线82时，2个受光部86和87的输出是相同的强度，差信号为零。如果黑线82开始与2个受光部86和87的一方重叠，则2个受光部86和87的一方的输出减少，差信号例如开始减少。另外，如果黑线82与2个受光部86和87的一方重叠，则差信号变得最小。然后，如果黑线81进一步移动，则与2个受光部86和87的一方的重叠减少而输出增加，另一方面，开始与另一方重叠，因此另一方的输出减少，差信号急剧地增加。然后，如果黑线81等同地与2个受光部86和87重叠，则差信号成为零。然后，如果黑线82进一步移动而与2个受光部86和87的另一方重叠，则差信号变得最大，然后减少，成为零。因此，能够高精度地判定过零，将该点作为修正点。如果针对形成了黑线82的标尺81，校准信号过零的位置，则能够正确地求出修正点的绝对变位。

能够任意地设定差动变压器型检测机构51和标尺型检测机构52相对于支架14和测定元件13的位置。例如，在图7中，差动变压器型检测机构51和标尺型检测机构52相对于支点16设置在与测定元件13相反的一侧，但如图19所示，也能够将差动变压器型检测机构51设置在与测定元件13相同的一侧。由此，能够减小2个传感器对支点16的旋转力矩，能够减小用于使测定元件13成为规定的测定压力的质量。其结果是能够减小可旋转地被支持在支点上的摇动部的质量而提高响应性。

以上说明了实施方式，但当然可以有各种变形例子。

例如，标尺型检测机构52能够使用各种形式和形状，信号处理也可以有各种变形例子。

产业上的可利用性

本发明能够应用于轮廓形状表面粗糙度测定装置。

附图标记说明

6：变位检测器；7：测定元件；8：载物台；12：臂；13：测定部；14：支架；16：支点；51：差动变压器型检测机构；52：标尺型检测机构。

Claims (7)

1.一种轮廓形状表面粗糙度测定装置，测定工件的表面的轮廓形状和表面粗糙度，该轮廓形状表面粗糙度测定装置的特征在于具备：

测定部，具有与上述工件的表面接触而上下变位的测定元件；

进给机构，使上述工件相对于上述测定元件相对地移动；

臂，一端具有上述测定部，传递上述测定元件的变位量，以支点为中心转动；以及

差动变压器型变位量测定机构和标尺型变位量测定机构，通过测定上述臂的变位量，上述差动变压器型变位量测定机构测定上述工件的表面粗糙度，上述标尺型变位量测定机构测定上述工件的轮廓形状，

其中，上述差动变压器型变位量测定机构和上述标尺型变位量测定机构的双方同时测定上述工件的表面粗糙度和上述工件的轮廓形状。

2.根据权利要求1所述的轮廓形状表面粗糙度测定装置，其特征在于：上述差动变压器型变位量测定机构和上述标尺型变位量测定机构被配置成检测相对于上述支点上述臂的相同侧的变位量。

3.根据权利要求1所述的轮廓形状表面粗糙度测定装置，其特征在于：

上述差动变压器型变位量测定机构在使上述工件相对于上述测定元件相对地移动时，测定与作为上述工件的表面的粗糙度的微小变位量对应的高频成分，

上述标尺型变位量测定机构在使上述工件相对于上述测定元件相对地移动时，检测与上述工件的表面的起伏对应的低频成分。

4.根据权利要求1所述的轮廓形状表面粗糙度测定装置，其特征在于：上述标尺型变位量测定机构具有圆弧状的标尺。

5.根据权利要求1所述的轮廓形状表面粗糙度测定装置，其特征在于具备：

修正部，组合上述差动变压器型变位量测定机构的检测信号和上述标尺型变位量测定机构的检测信号，生成修正变位信号。

6.根据权利要求5所述的轮廓形状表面粗糙度测定装置，其特征在于：上述修正部基于上述标尺型变位量测定机构的检测信号，修正上述差动变压器型变位量测定机构的检测信号的宽范围的线性。

7.一种轮廓形状表面粗糙度测定方法，检测工件的表面的轮廓形状和表面粗糙度，该轮廓形状表面粗糙度测定方法的特征在于：

在以支点为中心转动的臂的一端具有与上述工件的表面接触而上下变位的测定元件，具有检测上述测定元件的变位量作为上述臂的变位量的差动变压器型变位量测定机构和标尺型变位量测定机构的双方，

在使上述测定元件与上述工件的表面抵接的状态下，使上述工件相对地移动，通过上述差动变压器型变位量测定机构和上述标尺型变位量测定机构，测定上述臂的变位量，

根据上述差动变压器型变位量测定机构的测定结果来测定上述工件的表面粗糙度，根据上述标尺型变位量测定机构的测定结果来测定上述工件的轮廓形状。