KR20140073404A

KR20140073404A - 형상 측정 방법 및 형상 측정 장치

Info

Publication number: KR20140073404A
Application number: KR1020130126341A
Authority: KR
Inventors: 마사테루 도이
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2014-06-16
Also published as: CN103852048B; TWI498524B; CN103852048A; JP2014115105A; TW201423040A; JP5747180B2; KR101536426B1

Abstract

스타일러스를 측정면을 따라 매끄럽게 주사하여, 고정밀도이고 또한 고속인 형상 측정을 실현한다.
측정면과 평행한 방향으로 지정한 거리만큼 스타일러스(20)를 측정면에 대해 이동시키는 평행 이동과, 프로브(26)에 대한 스타일러스(20)의 위치의 변위량과 변위 방향을 포함하는 스타일러스 변위 벡터 D_i의 측정면에 법선 방향의 크기가 미리 정해진 눌러 넣기량의 설정값 C가 되도록, 프로브(26)를 현재의 스타일러스 위치 S_i와 과거의 스타일러스 위치 S_i _-1의 차로부터 산출되는 측정면의 법선 방향으로 이동시키는 직교 이동을 포함하는, 프로브(26)의 측정면에 대한 상대 위치를 반복한다(Step 4, 5).

Description

형상 측정 방법 및 형상 측정 장치{SHAPE MEASUREMENT METHOD AND SHAPE MEASUREMENT DEVICE}

본 발명은, 측정면에 스타일러스를 접촉시키면서 주사하여, 순차적으로 좌표와 스타일러스 기울기를 판독함으로써 측정면의 형상을 측정하는 형상 측정 방법 및 형상 측정 장치에 관한 것이다.

공업 제품의 소형 고성능화에 따라서, 고정밀도의 부품이 증가하고 있다. 이들 부품 등을 측정 대상으로 하는 임의의 삼차원 형상의 주사 측정을 위해서, 측정면에 스타일러스를 접촉시키면서 주사하여, 순차적으로 좌표를 판독함으로써 측정면의 형상을 측정하는 방식의 형상 측정 장치가 제공되고 있다. 이러한 종류의 형상 측정에 있어서, 스타일러스를 측정면에 대해 자동적으로 주사 제어하는 기술이 다양하게 제안되어 있다.

종래의 스타일러스의 자동 주사 제어 방법으로는, 측정 결과에 자동 주사에 기인한 진동이 영향을 미치지 않도록, 매끄러운 자동 주사를 목적으로 한 제어 방법을 탑재한 것이 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).

도 7a~도 9는, 상기 특허문헌 1에 기재된 종래의 형상 측정 장치 및 형상 측정 방법을 나타내는 것이다.

도 7a 및 도 7b는 종래 기술에 있어서의 장치 구성을 나타낸 도면으로, 크게 삼차원 측정기(22)와 그 제어 장치(23)와 연산 장치(24)로 나누어진다. 삼차원 측정기(22)는 측정물(25)의 측정면(25a)에, 프로브(26)에 마련된 스타일러스(20)를 접촉시키면서 측정을 행한다. 프로브(26)는 가요성 부재에 부착된 스타일러스 축의 하단(下端)에 구형상의 스타일러스(20)를 갖고, 상단(上端)에 미러를 갖는다. 스타일러스 축은 측정면으로부터의 XY 방향의 측정력에 대해 가요성 부재에 의해 기울어지고, 미러로 반사된 레이저 광으로부터 그 기울기량이 검지된다. 또한, 스타일러스 축은 측정면으로부터의 Z 방향의 측정력에 대해 가요성 부재에 의해 상방으로 이동하고, 미러로 반사된 Z 방향 측장(測長) 레이저에 의해 Z 방향의 변위가 검지된다. 제어 장치(23)는, X 좌표 검출부(31), Y 좌표 검출부(32), Z 좌표 검출부(33), 기울기 검출부(34), 포커스 오차 신호 검출부(35) 등을 구비한다. 연산 장치(24)는 측정점 위치 연산부(41), 스타일러스 변위 벡터 검출부(43), 이동 벡터 산출부(49), 이동 지시부(87), 동마찰(動摩擦) 계수 기억부(40) 등을 구비한다.

이들 구성으로부터, 스타일러스(20)가 변위했을 때에, X 좌표 검출부(31), Y 좌표 검출부(32), Z 좌표 검출부(33)로 검출한 프로브 위치와, 기울기 검출부(34)로 검출한 스타일러스(20)(스타일러스 축)의 기울기로부터 스타일러스 변위 벡터가 산출된다. 또한, 사전에 동마찰 계수 기억부(40)에 기억해 둔 스타일러스(20)와 측정면(25a)의 동마찰 계수로부터 산출되는 동마찰력에 의한 스타일러스 변위 벡터의 방향 변화 각도를 가미해서 산출한 이동 벡터 M을 이용해서 주사가 실행된다.

도 8은 종래 기술에 있어서의 프로브 위치 P와 스타일러스 위치 S의 궤적을 나타낸다. 프로브(26)는 스타일러스(20)가 측정면(25a)에 접촉하지 않는 프로브 위치 P0(이 위치에서는, 스타일러스(20)는 측정력을 받고 있지 않기 때문에 프로브(26)에 대해 변위하지 않고 있다. 이 때문에, 프로브 위치 P0는 스타일러스 위치 S0와 같은 위치에 있다)로부터 측정면(25a)에 접하는 스타일러스 위치 S1를 통과하여, 소정의 눌러 넣기량 D1만큼 눌러 넣은 프로브 위치 P1까지 이동한다. 프로브 위치 P로부터 그 시점에서의 스타일러스 위치 S로의 벡터를 스타일러스 변위 벡터 D라고 부른다. 프로브 위치 P1로부터 스타일러스 위치 S1로의 변위 벡터는 D1이 된다. 다음으로 프로브(26)를 프로브 위치 P1로부터 스타일러스 변위 벡터 D1에 수직 방향으로 이동 벡터 M1만큼 이동한다. 이로써, 동마찰력 F에 의해 스타일러스 변위 벡터 D가 측정면에 직각인 벡터 N에 대해서, 방향 변화각 θ기울어진다. 측정면에 평행한 방향으로 프로브(26)를 모방 제어하기 위해서는, 스타일러스 변위 벡터 D에 대해, 사전 기억한 동마찰 계수 μ로부터 θ=atanμ 인 관계로 유도한 방향 변화각 θ에 90°를 더한 방향으로 프로브 이동을 행한다.

일본 특허 제 4611403 호 명세서

상기 종래 방법에서는, 프로브(26)의 기울기의 방향이나 크기의 변화에 의해, 주사 방향도, 눌러 넣기 보정 방향도 변하기 때문에, 매끄럽다고는 할 수 없는 주사 측정이 된다. 동마찰력의 증감이 충분히 작은 범위에서는 상기 종래 방법에서도 매끄러운 주사를 기대할 수 있다. 그러나, 실제 측정물에서는, 측정물의 재질·형상과 스타일러스의 재질에 기인하는, 스타일러스와 측정물 사이의 정전 인력에 의한 동마찰력의 증감이 있다. 이 증감에 의해, 도 8에 있어서의 동마찰력 F가 변화되고, 동마찰력 F에 의한 스타일러스 변위 벡터의 방향 변화 각도 θ가 변동한다.

도 9는 Y축 기울기를 일정한 크기(그래프에서는 세로축 0.7mm)가 되도록 스타일러스를 눌러 넣고, X축을 따라 평면을 음(負)의 방향으로 주사했을 때의, 스타일러스 변위 벡터 D의 모양을 도시한 것이다. 프로브 중심 위치 P는, Y축 방향으로는 눌러 넣기의 변동이 없도록, X축 방향으로 0.01mm 피치로 약 1mm 주사하고 있다. 스타일러스 변위 벡터 D는, 프로브 중심 위치 P의 값에 대해 약 200배 해서 표시하고 있다. X 방향의 기울기가 일정하지 않아서, 스타일러스 변위 벡터 D가 교차하는 개소가 발생하고 있다. 이와 같이, 종래의 주사 측정 방법은, 매끄러운 주사 측정을 실현할 수 없으며, 진동이 발생하여 측정 오차가 증대하고, 측정 시간도 늘어난다.

본 발명은, 상기 종래의 과제를 해결하는 것으로, 스타일러스를 측정면에 접촉시키면서 주사하여, 순차적으로 좌표를 판독함으로써 측정면의 형상을 측정하는 방식의 형상 측정 장치 및 형상 측정 방법에 있어서, 스타일러스를 측정면을 따라서 매끄럽게 주사하여, 고정밀도이며 고속의 형상 측정을 실현하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 측면은, 측정면으로부터의 측정력에 의해서 프로브에 대해 변위 가능하게 지지된 스타일러스를 준비하고, 상기 측정면과 평행한 방향으로 지정한 거리만큼 상기 스타일러스를 상기 측정면에 대해 이동시키는 평행 이동과, 상기 프로브에 대한 상기 스타일러스의 위치의 변위량과 변위 방향을 포함하는 스타일러스 변위 벡터의, 상기 측정면에 법선 방향의 크기가 미리 정해진 눌러 넣기량의 설정값이 되도록, 상기 프로브를 현재의 스타일러스 위치와 과거의 스타일러스 위치의 차로부터 산출되는 상기 측정면의 법선 방향으로 이동시키는 직교 이동을 포함하는, 상기 프로브의 상기 측정면에 대한 상대 이동을 반복하는, 형상 측정 방법을 제공한다.

본 발명의 제 2 측면은, 스타일러스를 측정면으로부터의 측정력에 의해서 변위 가능하게 지지하는 프로브와, 상기 스타일러스가 상기 측정면을 주사하도록 상기 프로브와 상기 측정면의 상대 위치를 이동시키는 이동부와, 상기 프로브에 대한 상기 스타일러스의 위치의 변위량과 변위 방향을 포함하는 스타일러스 변위 벡터를 검출하는 스타일러스 변위 벡터 검출부와, 상기 측정면의 측정점에서의 법선 방향을 출력하는 법선 방향 출력부와, 상기 법선 방향 출력부가 출력하는 값에 기초해서, 스타일러스 변이 벡터의 상기 법선 방향 성분을 산출하여 출력하는 법선 방향 벡터 성분 산출부와, 상기 측정면에 법선 방향의 눌러 넣기량의 설정값과 법선 방향 벡터 성분 산출부의 출력에 기초해서, 상기 스타일러스 변이 벡터의 법선 방향 성분이 상기 눌러 넣기량의 설정값이 되도록 눌러 넣기 벡터를 산출하는 눌러 넣기 벡터 산출부와, 상기 법선 방향과 수직 방향으로 미리 설정된 주사 속도가 되는 주사 벡터를 산출하는 주사 벡터 산출부와, 상기 눌러 넣기 벡터 산출부의 출력과 상기 주사 벡터 산출부의 출력으로부터 상기 프로브에 대한 이동 지령인 이동 벡터를 산출하는 이동 벡터 산출부와, 상기 이동 벡터를 따라서 상기 프로브가 이동하도록 상기 이동부의 이동을 제어하는 이동 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 형상 측정 장치를 제공한다.

마찰 등의 외력 변화로 스타일러스 변이 벡터가 변화되더라도, 측정 표면으로부터의 스타일러스의 눌러 넣기량이 일정값이 된다. 측정면이 임의의 경사를 갖고, 마찰력에 의해서 스타일러스 변위 벡터가 측정면에 대해 직각 방향이 되지 않더라도, 측정력으로부터 측정면에 직각인 방향을 검출하여 측정면에 평행한 방향으로 스타일러스를 주사해서 측정할 수 있다. 또한, 측정면의 경사 각도에 변화가 있더라도 스타일러스 변위 벡터의 크기는 미리 정해진 소정값으로 유지된다. 환언하면, 측정면의 경사 각도에 변화가 있더라도 스타일러스 변위 벡터의 크기에 변화가 발생하지 않도록 주사할 수 있어서, 보다 정확하게 측정면에 평행한 방향으로 스타일러스를 주사할 수 있다. 또한, 주사 측정 개시시에 필요한 측정면에 관한 데이터 이외에 예비 데이터를 필요로 하지 않는다.

본 발명의 형상 측정 방법 및 형상 측정 장치에 의하면, 마찰 등의 외력 변화로 스타일러스 변이 벡터가 변화되더라도, 측정 표면으로부터의 스타일러스의 눌러 넣기량이 일정값이 되어서, 임의의 경사면을 가지는 측정면으로부터 측정력이 마찰력에 의해서 측정면에 직각 방향이 되지 않더라도 측정력으로부터 측정면에 직각인 방향을 검출하고, 스타일러스 변이 벡터의 법선 방향 성분이 일정하게 되도록 하면서, 측정면에 평행한 방향으로 스타일러스를 주사하여 측정할 수 있기 때문에, 매끄럽고, 보다 빠르며, 보다 고정밀도인 형상 측정이 가능해져서, 공업 제품의 정밀 미세화 및 고정밀도화와, 높은 수율의 물건 제조의 실현에 공헌할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 실시예의 형상 측정 장치의 구성도,
도 1b는 본 발명의 실시예의 형상 측정 장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예의 프로브의 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예의 스타일러스 위치, 프로브 위치 및 스타일러스 변위 벡터를 설명하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시예의 처리의 흐름을 나타내는 흐름도,
도 5는 본 발명의 실시예의 궤적 평면도의 표기 방법을 보조하는 이미지도,
도 6은 본 발명의 실시예의 측정 궤적을 나타내는 도면,
도 7a는 종래 발명의 형상 측정 장치의 구성도,
도 7b는 종래 발명의 형상 측정 장치의 구성도,
도 8은 종래 발명의 측정 궤적을 나타내는 도면,
도 9는 종래 발명의 모방 제어에 의한 스타일러스 변위 벡터를 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 실시예에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략한다.

(실시예 1)

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예 1의 삼차원 형상 측정 장치(이하, 간단히 형상 측정 장치라고 함)의 구성을 나타내는 도면이다. 이 형상 측정 장치는, 크게 삼차원 계측기(22)와, 제어 장치(23)와, 컴퓨터 등으로 구성되는 연산 장치(24)로 나눌 수 있다.

삼차원 계측기(22)는, 프로브(26)에 마련된 스타일러스(20)를 측정물(25)의 측정면(25a)에 접촉시키면서 측정을 행한다. 측정면(25a)과 프로브(26)의 상대 위치를 XYZ 방향으로 움직이는 이동부로서, 측정면(25a)을 X 방향으로 움직이는 X축 모터(88)와, Y 방향으로 움직이는 Y축 모터(89)에 의해 구동되는 XY 스테이지(27)와, 프로브(26)가 하단에 부착되고, 이것을 Z 방향으로 움직이는 Z 스테이지(28)를 구비한다. 한편, 대형 측정물을 측정하는 경우에는, 측정면이 고정되고 프로브가 XYZ 방향으로 이동하는 구성도 실시할 수 있다.

제어 장치(23)는 X 좌표 검출부(31), Y 좌표 검출부(32), Z 좌표 검출부(33), 기울기 검출부(34), 포커스 오차 신호 검출부(35), X축 제어부(37), Y축 제어부(38) 및 Z축 제어부(39)를 구비한다.

연산 장치(24)는 측정점 위치 연산부(41), 오차 연산 출력부(42), 스타일러스 변위 벡터 검출부(43), 전회 측정 위치 기억부(44), 법선 방향 벡터 출력부(45), 법선 방향 벡터 성분 산출부(46), 눌러 넣기 벡터 산출부(47), 주사 방향 단위 벡터 산출부(48), 이동 벡터 산출부(49), 이동 지시부(87), 법선 방향 설정·기억부(91), 주사 속도 설정부(92), 주사 방향 벡터 산출부(93), 눌러 넣기량 설정부(94), 전환 스위치(95)를 구비한다.

X 좌표 검출부(31)는, 발진 주파수 안정화 레이저(61)에서 발생하여 분기된 레이저 광(도시 생략)을 XY 스테이지(27)에 고정된 X 참조 미러(62)로 반사시킨다. X 참조 미러(62)의 반사 광로 길이 변화 정보를 포함하는 이 반사광과, 광로 길이 변화 정보를 포함하지 않는 기준의 레이저 광을 간섭시켜서, 기지의 레이저 측장법에 의해 XY 스테이지(27)의 X 방향의 이동량을 검출한다. 즉, X 좌표 검출부(31)는 프로브 위치 P의 X 좌표 Px를 측정한다. 마찬가지로, Y 좌표 검출부(32)는 발진 주파수 안정화 레이저(61)에서 발생하여 분기된 레이저 광(63y)을 XY 스테이지(27)에 고정된 Y 참조 미러(64)에서 반사시키고, 광로 길이 변화 정보를 포함하는 이 반사광과, 광로 길이 변화 정보를 포함하지 않는 기준의 레이저 광을 간섭시켜서, 기지의 레이저 측장법에 의해 XY 스테이지(27)의 Y 방향의 이동량을 검출한다. 즉, Y 좌표 검출부(32)는 프로브 위치 P의 Y 좌표 Py를 측정한다.

Z 좌표 검출부(33)는, 발진 주파수 안정화 레이저(61)에서 발생하여 분기된 레이저 광(63z)을, 도 2에 나타낸 바와 같이 스타일러스 축(53)의 상단의 미러(54)로 반사시키고, 광로 길이 변화 정보를 포함하는 이 반사광과, 광로 길이 변화 정보를 포함하지 않는 기준의 레이저 광을 간섭시켜서, 기지의 레이저 측장법에 의해 스타일러스(20)의 Z 방향의 이동량을 검출한다. 즉, Z 좌표 검출부(33)는 스타일러스 위치 S의 Z 좌표 Sz를 측정한다.

이와 같이, 레이저 측장에 의한 측정 데이터는, 측정면에 대한 프로브 위치 P의 XY 좌표 Px, Py와 스타일러스 위치 S의 Z 좌표 Sz이다.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 프로브의 구성도이다. 프로브(26)는, 가요성 부재(51A, 51B)를 통해서 부착된 스타일러스(20)를 구비한다. 가요성 부재(51A, 51B)란 힘을 가하면 휘어지는 성질을 가지는 것으로, 일부를 절결해서 상하(Z 방향)와 가로 방향(XY 방향)으로 스프링성을 갖게 한 금속의 판스프링이나 플라스틱, 고무 등으로 구성되어 있다. 스타일러스(20)는 가요성 부재(51A, 51B)에 대해 고정된 스타일러스 축(53)의 하단에 부착되고 있고, 스타일러스 축(53)의 상단에는 미러(54)가 부착되어 있다. 스타일러스(20)에 대한 측정면(25a)으로부터의 측정력에 의해, 프로브(26)에 대해서 스타일러스(20)는 XYZ 방향 어디로도 상대적으로 변위 가능하다. 스타일러스(20)에 측정면(25a)으로부터의 측정력이 작용하면, XY 방향으로부터의 측정력으로는 가요성 부재(51A, 51B)가 변형하여 미러(54)가 경사지고, Z 방향으로부터의 측정력에는 미러(54)가 상방으로 이동한다.

도 3은 스타일러스 위치 S, 프로브 위치 P 및 스타일러스 변위 벡터 D를 설명하는 도면이다.

도 3(a)는 스타일러스(20)에 측정력이 작용하지 않고 스타일러스(20)가 XYZ 방향 어디로도 변위하지 않고 있는 상태를 나타내고 있다. 도 3(b)는 스타일러스(20)에 측정력이 작용하여, 스타일러스(20)가 XYZ 방향으로 변위한 상태를 나타내고 있다.

스타일러스 위치 S를, 스타일러스(20)의 표면을 구면으로 근사했을 때의 구의 중심의 좌표라고 정의한다. 스타일러스 위치 S는 다음 식과 같이 표현된다.

스타일러스(20)에 측정력이 작용하지 않고 스타일러스(20)가 XYZ 방향 어디로도 변위하지 않고 있을 때의 스타일러스 위치 S를 프로브 위치 P라고 정의한다. 프로브 위치 P는 다음 식으로 표현된다. 스타일러스(20)가 XYZ 방향 어디로도 변위하지 않고 있을 때에는, 스타일러스 위치 S와 프로브 위치 P는 일치한다.

측정력이 작용하여 스타일러스 위치 S가 프로브 위치 P에 대해 변위했을 때의 변위량과 변위 방향을 나타내는 벡터를 스타일러스 변위 벡터라고 정의한다. 스타일러스 변위 벡터는 이하의 식으로 표현된다.

스타일러스 변위 벡터 D의 좌표 성분은 하기의 식 (1)로 표현된다.

도 2에 있어서, 반도체 레이저(68)로부터의 레이저 광(69)이 콜리메이터 렌즈(70), 조리개(71), 빔 스플리터(72), 다이클로익 미러(73), 편광 프리즘(74), 다이클로익 미러(75) 및 렌즈(76)를 거쳐서 스타일러스 축(53)의 상단의 미러(54)에 입사한다. 또한, 미러(54)의 반사광은, 렌즈(76), 다이클로익 미러(75), 편광 프리즘(74), 다이클로익 미러(73) 및 빔 스플리터(72)를 거쳐서 수광 소자(79)에 입사한다. 미러(54)가 경사지면 수광 소자(79)로의 반사광의 입사 위치가 어긋난다. 기울기 검출부(34)(도 1a 및 도 1b 참조)는, 이 수광 소자(79)로의 입사 위치의 어긋남을 이용하여, 미러(54)의 경사 각도, 구체적으로는 스타일러스(20)의 X 방향의 경사 각도 θx와 Y 방향의 경사 각도 θy를 검출한다. 기울기 검출부(34)는, 경사 각도 θx, θy를 각각 스타일러스 변위 벡터 검출부(43)의 X 성분 검출부(43a)와 Y 성분 검출부(43b)로 출력한다. X 성분 검출부(43a)와 Y 성분 검출부(43b)는, 경사 각도 θx, θy와, 기지인 스타일러스 축(53)의 경사의 중심으로부터 스타일러스(20)까지의 거리 Ls로부터, 하기의 식 (2)로 표시되는 스타일러스 변위 벡터 D의 XY 좌표 성분 Dx, Dy를 산출한다.

다시 도 2를 참조하면, 반도체 레이저와 수광 소자의 일체화 소자(81)로부터의 레이저 광(82)은, 회절 격자(83), 콜리메이터 렌즈(84), 편광 프리즘(74), 다이클로익 미러(75) 및 렌즈(76)를 거쳐서 스타일러스 축(53)의 상단의 미러(54)에 입사한다. 또한, 미러(54)의 반사광(레이저 광(82)의 반사광)은, 렌즈(76), 다이클로익 미러(75), 편광 프리즘(74), 콜리메이터 렌즈(84) 및 회절 격자(83)를 거쳐서 일체화 소자(81)로 돌아간다. 미러(54)가 상방으로 이동하면 콜리메이터 렌즈(84)에 의한 반사광의 집광 위치에 어긋남이 발생한다. 포커스 오차 신호 검출부(35)(도 1a 및 도 1b 참조)는 일체화 소자(81)의 수광 소자 상의 집광 위치의 어긋남으로부터 미러(54)의 상방으로의 이동량을 검출한다. 포커스 오차 신호 검출부(35)가 검출한 미러(54)의 상방으로의 이동량은 포커스 제어(측정면(25a)과 스타일러스(20)의 거리를 일정하게 함)에 사용된다. 또한, 포커스 오차 신호 검출부(35)가 검출한 미러(54)의 상방으로의 이동량은, 스타일러스 변위 벡터 검출부(43)의 Z 성분 검출부(43c)로 출력된다. Z 성분 검출부(43c)는 포커스 오차 신호 검출부(35)로부터의 입력을 사용해서 스타일러스 변위 벡터 D의 Z 좌표 성분 Dz를 산출한다.

측정점 위치 연산부(41)(도 1a 및 도 1b 참조)에는, X 좌표 검출부(31)로부터의 프로브 위치 P의 X 성분 Px, Y 좌표 검출부(32)로부터의 프로브 위치 P의 Y 성분 Py, Z 좌표 검출부(33)로부터의 스타일러스 위치 S의 Z 좌표 Sz가 각각 입력된다. 또한, 측정점 위치 연산부(41)에는, 스타일러스 변위 벡터 검출부(43)의 X 성분 검출부(43a)와 Y 성분 검출부(43b)로부터, 스타일러스 변위 벡터 D의 X 성분 Dx와 Y 성분 Dy가 각각 입력된다. 측정점 위치 연산부(41)는, 이들 입력을 사용해서 스타일러스 위치 S, 프로브 위치 P 및 스타일러스 변위 벡터 D 사이의 상기 설명한 식 (1)의 관계로부터, 스타일러스 위치 S의 XYZ 좌표 Sx, Sy, Sz를 산출한다. 구체적으로는, 본 실시예에 있어서의 측정점 위치 연산부(41)는, 이하의 식 (3)에 의해 스타일러스 위치 S의 XYZ 성분 Sx, Sy, Sz를 산출한다.

도 2에 나타내는 구조의 프로브(26)를 사용한 경우, 상술한 바와 같이 스타일러스 위치 S의 Z 좌표 Sz는 Z 좌표 검출부(33)에 의해 직접 측정된다. 따라서, 식 (3)에 나타낸 바와 같이 스타일러스 변위 벡터 D의 Z 성분 Dz는, 측정 데이터인 스타일러스 위치 S의 산출에는 사용되지 않고, 후술하는 바와 같이 제어에만 사용된다.

또한, 측정점 위치 연산부(41)는, 식 (3)으로 산출한 스타일러스 위치 S를 측정점의 위치 정보(XYZ 좌표)로 변환한다. 이 변환은 스타일러스 위치 S의 XYZ 좌표 Sx, Sy, Sz, 측정면(25a)의 경사 각도, 및 스타일러스(20)의 곡율 반경을 사용한 삼각 함수를 포함하는 연산에 의해 가능하다. 이 스타일러스 위치 S를 측정점의 위치 정보로 변환하기 위한 연산 수법은 주지된 것이기 때문에 설명을 생략한다. 이 연산 수법은, 예컨대 일본 특허 공개 제 2001-21494호 공보에 기재되어 있다.

측정점 위치 연산부(41)에서 산출된 측정점의 위치 정보는, 오차 연산 출력부(42)에 입력된다. 오차 연산 출력부(42)는, 측정점 위치 연산부(41)로부터 입력된 측정점의 위치 정보와, 측정 대상의 설계값을 비교하고, 그 오차를 연산한다.

도 1a 및 도 1b에 있어서, 전환 스위치(95)는, 스타일러스 변위 벡터 검출부(43)의 출력과, 측정점 위치 연산부(41)와 전회 측정점 위치 기억부(44)의 차를 90도 회전시키는 법선 방향 벡터 출력부(45)의 출력과, 미리 측정물의 정보로부터 법선 방향을 설정·기억하는 법선 방향 설정·기억부(91)의 출력을 전환한다. 법선 방향 설정·기억부(91)는 측정면(25a)의 법선 방향을 전부 설정·기억할 수도 있고, 특별히 주사 개시의 일부만이어도 된다.

전환 스위치(95)가 출력하는 법선 방향 벡터를 기초로, 스타일러스 변위 벡터의 법선 방향 성분을 산출하는 법선 방향 벡터 성분 산출부(46)와, 눌러 넣기량 설정부(94)와 전환 스위치(95)의 출력으로부터 눌러 넣기 벡터를 산출하는 눌러 넣기 벡터 산출부(47)와, 전환 스위치(95)의 출력으로부터 주사 방향 단위 벡터를 산출하는 주사 방향 단위 벡터 산출부(48)와, 주사 방향 단위 벡터 산출부(48)로부터의 출력(주사 방향 단위 벡터)과 주사 속도 설정부(92)의 출력(주사 속도)으로부터 주사 방향 이동량을 산출하는 주사 방향 벡터 산출부(93)가 마련되어 있다.

이동 벡터 산출부(가산부)(49)는, 법선 방향 벡터 성분 산출부(46)의 출력과, 눌러 넣기 벡터 산출부(47)의 출력과, 주사 방향 벡터 산출부(93)의 출력을 가감산하여 이동 벡터 M을 산출한다. 이 이동 벡터 M의 산출에는, 후술하는 서보 온 및 서보 오프의 실행에 필요한 정보, 및 주사 속도 설정부(92)에 기억되어 있는 스타일러스(20)에 의한 측정면(25a)의 주사의 실행에 필요한 정보(주사의 경로, 주사종료 조건 등을 포함함)를 사용한다.

이동 벡터 산출부(49)에서 산출된 이동 벡터 M은 이동 지시부(87)로 출력된다. 이동 지시부(87)는 이동 벡터 M을 사용하여 XY 스테이지(27) 및 Z 스테이지(28)의 이동량을 산출한다. 산출한 이동량은 X축 제어부(37), Y축 제어부(38), Z축 제어부(39)로 출력되어, X축 모터(88), Y축 모터(89), 도시하지 않는 Z축 모터를 작동시켜 모방 동작을 행한다.

도 4는 본 발명의 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 도 5는, 도 6의 궤적 평면도의 표기 방법을 보조하는 이미지도이다. 도 6은 본 발명의 측정 궤적을 나타내는 도면으로, 이후의 설명에 입각해서 분해 표기한 것으로 되어 있으며, 도 5의 화살표의 방향(Z축 상방)으로부터 본 XY 평면에 평행한 평면 내에서의 프로브 위치 P와 스타일러스 위치 S의 관계를 나타낸 것이다. 이후의 설명에서는, 프로브 위치 P를 위치 P, 스타일러스 위치 S를 위치 S라고 표기한다.

우선, 도 4의 Step 1에 대해서 도 6(a)를 이용해서 설명한다.

도 6(a)에 있어서, 프로브(26)는 스타일러스(20)가 측정면(25a)에 접촉하지않는 위치 P0로 위치 결정되어 있다. 위치 P0는, 측정물(25)과 최초로 접촉하는 측정면(25a) 상의 점 S1에서의 개략 법선 방향에 있고, 예컨대 눈대중 등으로 위치 결정이 이루어질 수 있다. 이 위치에서는 스타일러스(20)는 측정면(25a)에 접촉하지 않고 있기 때문에, 측정력을 받지 않고, S0=P0이다.

프로브(26)를 위치 P0로부터, 스타일러스(20)가 측정면(25a)에 접촉하는 위치 S1를 넘어서, 위치 P1까지 이동시킨다. 이 동작을 서보 온이라고 부른다. 위치 P1는, 위치 P1로부터 위치 S1에 이르는 스타일러스 변위 벡터 D1의 크기가 미리 정해진 눌러 넣기량 C이 되는 위치이다. 도 6에서는 확대 표기되어 있지만, 실제 형상 측정기에 있어서 눌러 넣기량 C은 3μm정도이다.

구체적으로는, 서보 온에서는, 스타일러스 변위 벡터 D의 XYZ 성분 Dx, Dy, Dz의 제곱합을 모니터하면서, 프로브(26)를 움직이고, 이하의 식 (4)이 성립한 시점에 프로브(26)의 이동을 정지한다. 이 제곱합의 모니터는 이동 벡터 산출부(49)가 실행한다.

다음으로 도 4의 Step 2에서는, 현재의 프로브 위치 P를 위치 P1, 현재의 스타일러스 위치 S를 위치 S1, 스타일러스 변위 벡터를 D1이라고 한다. 또한, 도 6(b)을 참조하면, 법선 방향 벡터 성분 산출부(46)는, 스타일러스 변위 벡터 D1를 위치 P1에 있어서의 법선 방향 N1(벡터)으로 한다.

다음으로 도 4의 Step 3에 대해서 도 6(c) 및 도 6(d)를 이용해서 설명한다. 도 6(c)에 나타내는 위치 P1에 있는 프로브(26)를 위치 P1로부터, 법선 방향 N1에 수직이며, 또한 XY 평면 내인 방향으로 거리 Lc1(이동 벡터 M1)만큼 움직여서, 위치 P2로 이동시킨다.

거리 Lc1에 대해서는, 다음과 같은 관점에서 그 값을 설정한다. 거리 Lc1가 과도하게 작으면, 프로브(26)의 이동거리가 짧아져서, 프로브(26)가 프로브 위치 P1로부터 움직이더라도, 정지 마찰에 의해 스타일러스(20)가 스타일러스 위치 S1로부터 움직이지 않을 가능성이 있다. 반대로 과도하게 거리 Lc1가 크면, 프로브(26)의 이동 거리가 길어져서, 측정면(25a)의 경사 각도 변화의 영향을 받기 쉽게 되어, 스타일러스 변위 벡터 D의 크기나 방향의 변화가 커질 가능성이 있다. 따라서, 거리 Lc1는 프로브(26)의 이동에 의해 스타일러스(20)가 측정면(25a) 상을 이동한다고 하는 조건을 만족시키는 범위에서의 최소 거리로, 측정면(25a)의 기복에 비해서 미소한 거리로 설정한다.

주사 방향 단위 벡터 산출부(48)는, 이동 벡터 M1의 방향의 단위 벡터(주사 방향 단위 벡터)를 산출한다. 최초로 프로브(26)를 이동시킬 때의 주사 방향 단위 벡터의 산출에는, 2가지 방법이 있다. 하나는 스타일러스 변위 벡터 산출부(43)가 산출한 현재의 스타일러스 변위 벡터 D1(법선 방향 N1)으로부터 산출하는 방법이다. 다른 하나는, 서보 온 동작의 방향(개략 법선 방향)을 이용하는 방법이다. 두번째 이후의 프로브(26)를 이동시킬 때의 주사 방향 단위 벡터의 산출은, 전자의 방법으로 실행할 수도 있다. 도 6(c)는 스타일러스 변위 벡터 D1와 서보 온 동작의 방향이 일치하고 있는 경우이다. 주사 방향 벡터 산출부(93)는 주사 방향 단위 벡터 산출부(48)가 산출한 주사 방향 단위 벡터와 주사 속도 설정부(92)에서 설정된 주사 속도로부터 프로브(26)의 이동 벡터 M1을 산출하여, 이동 벡터 산출부(49)로 출력한다(Step 3에서는 주사 방향 단위 벡터 산출부(48)의 산출값이 그대로 이동 벡터 M1이 된다).

위치 P1로부터 P2에 이르는 이동 벡터 M1은, Uz를 단위 벡터라고 하면, 이하의 식 (5)로 나타낼 수 있다.

도 6(d)는 프로브(26)가 위치 P1로부터 위치 P2로 이동했을 때의 상태를 나타낸다. 이 때의 스타일러스(20)의 위치 S2는 동작 방향과는 반대의 방향으로 작용하는 동마찰력 F에 의해, 위치 P2를 지나는 측정면(25a)에 직각인 벡터 NR2로부터 어긋난다.

다음으로 도 4의 Step 4에 대해서 도 6(e)를 이용해서 설명한다. Step 4에서는 현재의 프로브 위치에 있어서의 법선 방향을 결정한다. 이 이후에는, 이하에 설명하는, 현재의 스타일러스(20)의 위치와 이전의 스타일러스(20)의 위치로부터 다음 주사 방향을 구하는 스텝을 반복하기 때문에, 현재의 스타일러스 위치를 S_i, 현재의 프로브 위치를 P_i, 현재의 스타일러스 변위 벡터를 D_i, 이전의 스타일러스 위치를 S_i _-1, 이전의 프로브 위치를 P_i _-1, 이전의 스타일러스 변위 벡터를 D_i _- ₁라고 표기하고, 설명을 간소화한다(i=2, 3, 4 …).

이전의 스타일러스 위치 S_i _- ₁와, 현재의 스타일러스 위치 S_i를 잇는 직선에, 현재의 프로브 위치 P_i로부터 수직선을 그은 점을 T_i이라고 한다. 프로브 위치 P_i로부터 T_i로의 방향을 프로브 위치 P_i에서의 법선 방향 N_i라고 하면, 이하의 식 (6)의 관계가 있다.

법선 방향 벡터 산출부(45)가 스타일러스 위치 S_i _- ₁(벡터)와, 현재의 스타일러스 위치 S_i(벡터)로부터 법선 방향 N_i(벡터)를 산출한다.

또한 도 4의 Step 5에 대해서도 도 6(e)를 이용해서 설명한다. Step 5에서는 다음 순서로, 이동 벡터 M_i를 구해 간다.

P_i에서의 법선 방향의 눌러 넣기량 DV_i(스칼라)는 이하의 식 (7)로 표현된다.

P_i ₊₁ 점의 눌러 넣기량이 설정값 C(스칼라)가 되도록 하기 위해서, P_i를 법선 방향으로 이동 벡터 M_i의 법선 방향 성분 M_iv(눌러 넣기 벡터 M_iv)만큼 이동시킬 필요가 있다. 눌러 넣기 벡터 산출부(47)가 이 눌러 넣기 벡터 M_iv를 산출한다. 눌러 넣기 벡터 M_iv는 이하의 식 (8)로 표현된다.

이동 벡터 M_i의 주사 방향 성분(주사 방향 이동 벡터) M_ih는, 설정한 주사 속도 V에 측정 샘플링 시간 Ts를 곱한 이동량 Lc이라고 하면, 이하의 식 (9)로 표현된다. 이 식 (9)로부터 분명한 바와 같이, 주사 방향 이동 벡터 M_ih의 방향, 이전의 스타일러스 위치 S_i _-1(벡터)로부터 현재의 스타일러스 위치 S_i(벡터)를 향하는 방향이다.

주사 방향 단위 벡터 산출부(48)는 주사 방향 이동 벡터 M_ih의 방향의 단위 벡터를 산출한다. 주사 방향 단위 벡터 산출부(93)는, 이 단위 벡터와, 주사 속도 설정부(92)로 설정된 주사 속도 V와, 측정 샘플링 시간 Ts으로부터 주사 방향 이동 벡터 M_ih를 산출한다.

P_i 점에서의 이동 벡터 M_i는, 이하의 식 (10)으로 표현된다.

식 (10)의 제 1 항은 법선 방향 벡터 산출부(46)의 출력, 제 2 항은 눌러 넣기 벡터 산출부(47)의 출력, 제 3 항은 주사 방향 벡터 산출부(93)의 출력이다.

도 4의 Step 6에서는, Step 4 및 Step 5를 프로브 위치 P가 측정 전에 지정한 측정 종료 위치에 이를 때까지 반복하여, 측정 종료 위치에 이르면, 프로브(26)의 움직임을 정지시킨다.

도 4의 Step 7에서는, 프로브(26)의 움직임을 정지시킨 후, 스타일러스 변위 벡터 D_i의 방향으로, 스타일러스 변위 벡터 D_i보다 큰 거리만큼 프로브(6)를 움직이고(이 동작을 서보 오프라고 부른다) 측정을 종료한다.

이상은, 2개의 좌표축과 평행한 평면으로 설명했지만, 임의의 평면에 대해 적용할 수 있다. 주사 측정을 실시하는 평면이 결정되면, 평면과 측정면(25a)의 교차선이 측정 궤적이 된다.

본 실시예의 형상 측정에 의해, 임의 방향으로 경사지는 측정면으로부터의 측정력에 의한 스타일러스의 변위가, 스타일러스의 이동 방향으로 가하는 마찰력에 의해서 측정면에 직각인 방향으로부터 어긋나더라도 스타일러스를 측정면에 따른 방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 임의 방향으로 경사지는 측정면에 따른 방향으로 스타일러스를 매끄럽게 이동시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예의 형상 측정에 의해, 측정 속도 안정성을 높여서, 측정력도 일정하게 하여 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

(실시예 2)

실시예 2에서는, 스타일러스 변위 벡터 D_i의 법선 방향 성분을 일정값 DV=C로 하기 위한 보정을 법선 방향 산출에 비해서 고속(제어 주기 Ts초 간격)으로 실시하고, 나아가 전회 측정 위치는 몇 회 이전의 위치를 사용한 형태이다.

실시예 1에서는, 구동계가, 지연없이 즉시 지령값대로 이동하는 것을 전제로 해서 법선 방향 이동을 이하의 식 (8)로 했다.

주사시의 눌러 넣기량의 변화를 줄이기 위해서는 식 (8)을 실행하는 시간 간격 Ts를 작게 하여 제어 주기를 짧게 하는 것이 유효하다. 그러나, 실제로는 구동계의 지연이 있기 때문에, 시간 간격 Ts를 짧게, 즉 제어 주기를 고속으로 해 가면 발진 상태가 된다.

이 때문에, 이하의 식 (11)에 나타낸 바와 같이, 구동계의 지연으로부터 결정되는 게인 g≤1을 곱함으로써, 제어 주기를 높이고, 또한 동작을 안정시켜서, 눌러 넣기량의 변화를 줄일 수 있다.

또한, 실시예 1에서는, 구동계가 지연없이 즉시 지령값 대로 이동하는 것을 전제로 해서, 법선 방향 성분의 보정과 법선 방향 산출을 같은 시간 간격으로서 설명했다. 안정된 동작이라면, (이동 거리 Lc=설정 주사 속도 V*제어 주기 Ts)이다.

실제로는, 스테이지 등의 관성에 의한 기구계의 지연·진동, 제어계의 지연이 존재한다. 이 때문에, 성능이 좋은 고속인 법선 방향 성분의 보정과 같은 짧은 제어 주기로, 법선 방향 산출을 실시하면, 법선 방향의 오차가 커져서, 법선 방향이 진동하여, 측정면에 따른 모방 제어를 행할 수 없고, 지그재그로 프로브(26)가 이동하기 때문에, 보여지는 주사 속도가 설정값보다 작아진다. 이러한 경우에도, 설정 주사 속도 V로 안정된 주사를 행하게 할 수 있기 때문에, 법선 방향을 추정하는 전회의 위치를 a회 이전의 위치로 해서, 제어 주기를 지연시키는 것이 유효하다. 이 때 각 제어 주기마다의 이동량 M_i는 이하의 식 (12)에 나타내는 바와 같이 된다.

본 실시예의 형상 측정에 의해, 눌러 넣기량 C의 제어 성능을 향상시키고, 또한 안정된 주사를 실현할 수 있다.

상기 법선 방향 벡터 성분 출력부(46)는, 스타일러스 변위 벡터가, 스타일러스(20)의 눌러 넣기 방향 변위 벡터의 1/2보다 작을 때, 스타일러스 변위 벡터를 출력하고, 이보다 클 때에는 과거의 스타일러스 위치와 현재의 스타일러스 측정 위치를 잇는 직선과 직교하도록 법선 방향을 출력해도 된다.

본 발명의 형상 측정 장치 및 형상 측정 방법은, 측정 정밀도, 측정 속도를 높이고, 측정력도 일정하게 할 수 있는 특징을 가져서, 종래에는 측정할 수 없어서 고정밀도화할 수 없었던, 또는 수율이 높아지지 않았던, 비구면 렌즈의 형상과 측면에 대한 편심 정밀도나 줌 렌즈의 경통, 렌즈 홈 형상, 하드디스크 구동 모터의 축 직경과, 오일 유체 베어링의 내경이나, 베어링 측면 홈 형상, 일반적인 전기 제품의 부품용 금형의 내경과 외경 형상, 톱니 바퀴의 톱니의 형상 등의 측정에도 적용할 수 있다.

20 : 스타일러스 21 : 삼차원 형상 측정 장치
22 : 삼차원 계측기 23 : 제어 장치
24 : 연산 장치 25 : 측정물
25a : 측정면 26 : 프로브
27 : XY 스테이지 28 : Z 스테이지
31 : X 좌표 검출부 32 : Y 좌표 검출부
33 : Z 좌표 검출부 34 : 기울기 검출부
35 : 포커스 오차 신호 검출부 37 : X축 제어부
38 : Y축 제어부 39 : Z축 제어부
40 : 동마찰 계수 기억부 41 : 측정점 위치 연산부
42 : 오차 연산 출력부 43 : 스타일러스 변위 벡터 검출부
43a : X 성분 검출부 43b : Y 성분 검출부
43c : Z 성분 검출부 44 : 전회 측정 위치 기억부
45 : 법선 방향 벡터 출력부 46 : 법선 방향 벡터 성분 산출부
47 : 눌러 넣기 벡터 산출부 48 : 주사 방향 단위 벡터 산출부
49 : 이동 벡터 산출부(가산부) 51A, 51B : 가요성부
53 : 스타일러스 축 54 : 미러
61 : 발진 주파수 안정화 레이저 62 : X 참조 미러
63y, 63z 레이저 광 64 : Y 참조 미러
68 : 반도체 레이저 69 : 레이저 광
70 : 콜리메이터 렌즈 71 : 조리개
72 : 빔 스플리터 73 : 다이클로익 미러
74 : 편광 프리즘 75 : 다이클로익 미러
76 : 렌즈 79 : 수광 소자
81 : 일체화 소자 82 : 레이저 광
83 : 회절 격자 84 : 콜리메이터 렌즈
87 : 이동 지시부 88 : X축 모터
89 : Y축 모터 91 : 법선 방향 설정·기억부
92 : 주사 속도 설정부 93 : 주사 방향 벡터 산출부
94 : 눌러 넣기량 설정·기억부 95 : 전환 스위치

Claims

측정면으로부터의 측정력에 의해서 프로브에 대해 변위 가능하게 지지된 스타일러스를 준비하고,
상기 측정면과 평행한 방향으로 지정한 거리만큼 상기 스타일러스를 상기 측정면에 대해 이동시키는 평행 이동과, 상기 프로브에 대한 상기 스타일러스의 위치의 변위량과 변위 방향을 포함하는 스타일러스 변위 벡터의, 상기 측정면에 법선 방향의 크기가 미리 정해진 눌러 넣기량의 설정값이 되도록, 상기 프로브를 현재의 스타일러스 위치와 과거의 스타일러스 위치의 차로부터 산출되는 상기 측정면의 법선 방향으로 이동시키는 직교 이동을 포함하는, 상기 프로브의 상기 측정면에 대한 상대 이동을 반복하는
형상 측정 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 프로브의 상기 측정면의 상대 이동을 반복하기 전에, 기지인 상기 측정면에 직교하는 방향으로 상기 스타일러스가 이동하도록 상기 프로브를 이동시키며, 상기 스타일러스가 상기 측정면에 접촉하고, 상기 스타일러스 변이 벡터의 상기 측정면의 법선 방향의 크기가 상기 눌러 넣기량의 설정값 이상이 되었을 때 프로브의 이동을 정지하는 형상 측정 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 평행 이동은 이하의 식으로 표현되는 형상 측정 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 직교 이동은 이하의 식으로 표시되는 형상 측정 방법.
스타일러스를 측정면으로부터의 측정력에 의해서 변위 가능하게 지지하는 프로브와,
상기 스타일러스가 상기 측정면을 주사하도록 상기 프로브와 상기 측정면의 상대 위치를 이동시키는 이동부와,
상기 프로브에 대한 상기 스타일러스의 위치의 변위량과 변위 방향을 포함하는 스타일러스 변위 벡터를 검출하는 스타일러스 변위 벡터 검출부와,
상기 측정면의 측정점에서의 법선 방향을 출력하는 법선 방향 출력부와,
상기 법선 방향 출력부가 출력하는 값에 기초해서, 스타일러스 변이 벡터의 상기 법선 방향 성분을 산출하여 출력하는 법선 방향 벡터 성분 산출부와,
상기 측정면에 법선 방향의 눌러 넣기량의 설정값과 법선 방향 벡터 성분 산출부의 출력에 기초해서, 상기 스타일러스 변이 벡터의 법선 방향 성분이 상기 눌러 넣기량의 설정값이 되도록 눌러 넣기 벡터를 산출하는 눌러 넣기 벡터 산출부와,
상기 법선 방향과 수직 방향에서 미리 설정된 주사 속도가 되는 주사 벡터를 산출하는 주사 벡터 산출부와,
상기 눌러 넣기 벡터 산출부의 출력과 상기 주사 벡터 산출부의 출력으로부터 상기 프로브에 대한 이동 지령인 이동 벡터를 산출하는 이동 벡터 산출부와,
상기 이동 벡터를 따라서 상기 프로브가 이동하도록 상기 이동부의 이동을 제어하는 이동 제어부
를 구비하는 것을 특징으로 하는 형상 측정 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 법선 방향 출력부는,
주사 측정 개시시에는 설정된 값의 상기 법선 방향을 출력하고,
주사 측정 개시후에는 과거의 측정 위치와 현재의 측정 위치를 잇는 직선과 직교하도록, 법선 방향 출력을 갱신하는
것을 특징으로 하는 형상 측정 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 법선 방향 출력부는 상기 주사 측정 개시시에, 상기 스타일러스 변위 벡터를 출력하는 것을 특징으로 하는 형상 측정 장치.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 법선 방향 출력부에서 사용하기 전의 측정 위치와 현재의 측정 위치의 시간 간격이, 상기 이동 벡터 산출부에서의 상기 법선 방향 성분과 눌러 넣기량 설정의 차로부터 법선 방향 이동량을 산출하는 시간 간격보다 큰 것을 특징으로 하는 형상 측정 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 법선 방향 출력부는, 상기 스타일러스 변위 벡터가, 상기 스타일러스의 눌러 넣기 방향 변위 벡터의 1/2보다 작을 때에는 스타일러스 변위 벡터를 출력하고, 클 때에는 과거의 측정 위치와 현재의 측정 위치를 잇은 직선과 직교하도록 법선 방향을 출력하는 것을 특징으로 하는 형상 측정 장치.