專利名稱：：表面形狀測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及表面形狀測定裝置。例如涉及仿形掃描被測定物表面來測定被測定物的輪廓、表面粗糙度、波紋度等的表面仿形測定裝置。
背景技術(shù)：
：已'經(jīng)知道有仿形掃描被測定物表面來測定被測定物立體形狀的表面仿形測定裝置。圖20表示作為利用仿形探測器130的表面仿形測定裝置的測定系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)。該測定系統(tǒng)100包括使仿形探測器130移動的三維測定機110、手動操作的操作部150、控制三維測定機IIO動作的運動控制器160、經(jīng)由運動控制器160使三維測定機110動作并處理三維測定機110取得的測定數(shù)據(jù)來求被測定物W尺寸和形狀等的主計算機200。三維測定機110包括平臺111、豎立設(shè)置在平臺lll上并使仿形探測器130三維移動的驅(qū)動機構(gòu)120、檢測驅(qū)動機構(gòu)120驅(qū)動量的驅(qū)動傳感器(未圖示)。驅(qū)動機構(gòu)120包括兩個橫梁支承體121，其從平臺111的兩側(cè)端在平臺111的大致垂直方向即Zm軸方向上具有高度，且向沿平臺111側(cè)端的Ym軸方向設(shè)置成能滑動；橫梁122,其被支承在橫梁支承體121的上端且在Xm軸方向上具有長度；立柱123,其在Xm軸方向上能滑動地設(shè)置在橫梁122上且在Zm軸方向具有導向器；測量軸124，其在Zm軸方向能滑動地設(shè)置在立柱123內(nèi)，且在下端保持仿形探測器130。驅(qū)動傳感器具備；險測纟黃梁支承體121向Ym軸方向移動的Ym軸傳感器、檢測立柱123向Xm軸方向移動的Xm軸傳感器、斥全測測量軸124向Zm軸方向移動的Zm軸傳感器。如圖21所示，仿形探測器130具備前端具有接觸部(測頭)132的觸針131和-使觸針131的基端在一定的范圍內(nèi)能向Xp方向、Yp方向、Zp方向滑動地支承的支承部133。支承部133具備滑動機構(gòu)(未圖示)，其具有能向相互正交的方向移動的xp滑塊、yp滑塊、zp滑塊；探測器傳感器(未圖示)，其檢測滑動機構(gòu)在各軸方向的變位量并輸出檢測到的變位量。觸針131利用滑動機構(gòu)相對支承部133在一定范圍內(nèi)能滑動地被支承。這種仿形探測器130的結(jié)構(gòu)例如在文獻1(特開平05-256640號)中有記載。在這種結(jié)構(gòu)中，在4巴接觸部132以基準按壓量厶r與被測定物表面S4氐觸的狀態(tài)下使仿形探測器130沿被測定物表面S進行仿形移動。這時，根據(jù)驅(qū)動機構(gòu)120的驅(qū)動量能得到仿形探測器130的移動軌跡。成為仿形纟罙測器130的移動軌跡即接觸部132的移動軌跡時，相對接觸部132中心點的移動軌跡來說僅在偏置了規(guī)定量(Q)的位置存在有被測定物表面S與接觸部132的接觸點。于是，在把由驅(qū)動傳感器檢測的仿形探測器130的位置與由探測器傳感器檢測的觸針131的變位相加來求接觸部132的位置的基礎(chǔ)上，從接觸部132的位置僅校正規(guī)定的偏置值部分(Q)就能計算出被測定物表面S的位置。在此，在由表面仿形測定裝置仿形掃描被測定物表面S時，具有加速度驅(qū)動的部分被作用有慣性力。例如，在被測定物W是圓或圓弧的情況下，由圓運動而產(chǎn)生離心力，如圖22所示，產(chǎn)生驅(qū)動機構(gòu)120(測量軸124)變形的問題。當由該加速度而產(chǎn)生變形時，僅產(chǎn)生變形的部分就使驅(qū)動傳感器的檢測值含有誤差。例如當產(chǎn)生離心力時，僅測量軸124向外側(cè)變形的部分就使驅(qū)動傳感器的檢測值向圓的內(nèi)側(cè)進入，例如，如圖23所示那樣出現(xiàn)徑向的差。圖23中，L,是環(huán)規(guī)的徑，L2是測定數(shù)據(jù)。這種課題例如在測定汽車主體的大型三維測定機110需要進行高速仿形測定時就成為非常大的問題而明顯化。這點例如在文獻2(特開平7-324928號)中作為校正由加速度產(chǎn)生的測定誤差的方法而公開了下面的結(jié)構(gòu)。即上述文獻2作為測定滑塊的位置與測定滑塊的加速度的函數(shù)而預(yù)先求出表示撓曲特性的校正值。例如，通過在測定區(qū)域的各個位置以各加速度來測定已知半徑的環(huán)規(guī)，就能預(yù)先求出加速度與撓曲特性的函數(shù)。測定被測定物時，在由各傳感器得到檢測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上由測定時的加速度來特定校正值，利用校正值來校正所述檢測數(shù)據(jù)。這樣對由加速度產(chǎn)生的測定誤差進行校正而能得到正確的測定值。作為求測定時的加速度的方法，上述文獻2公開了通過把測定滑塊位置的測定值進行二階微分來得到的方法(段落0037,權(quán)利要求12)和設(shè)置加速度傳感器來檢測測定滑塊加速度的方法(段落0047,權(quán)利要求13)。上述文獻2的方法中，通過把測定滑塊的位置進行二階微分來特定測定時的加速度，但在位置檢測值的二階微分中，存在加速度的分辨率與取樣頻率的平方成反比并且惡化的問題。例如，當把檢測位置的取樣頻率提高到IO倍，則所求的加速度的分辨率就惡化到1/100,其結(jié)果是校正量的分辨率也惡化到1/100。這樣，由位置的二階微分來求加速度的方法并不實用，不能適應(yīng)高速高精度測定的要求。而且，把測定滑塊的位置進行二階微分來求測定滑塊的加速度，但在實際的測定中，產(chǎn)生加速度和變形問題的是測量軸124的前端部或探測器部，作為議論測定滑塊的加速度的對象，對于校正精度在原理上有界限。上述文獻2還記載了通過設(shè)置加速度傳感器來求測定滑塊的加速度，但關(guān)于加速度傳感器的性能和設(shè)置方法卻沒有記載，現(xiàn)實中有困難。例如，在用加速度傳感器進行實測時，例如仿形直徑100mm的圓，以速度1Omm/sec進行仿形測定時有中心方向的約50|uG的加速度產(chǎn)生，但把能檢測50wG加速度的加速度傳感器按每移動軸各一個合計設(shè)置三個是困難的。更何況在探測器部近旁不可能設(shè)置這樣的加速度傳感器。這樣，由于仿形測定時產(chǎn)生的變形部分不能被正確求出，所以不能校正該變形部分。因此，在高速測定時不能正確求出被測定物的形狀，存在為了正確測定而限制不產(chǎn)生變形程度的仿形速度的問題。特別是，由為了高速測定汽車等大的被測定物而需要大型的三維測定機，所以迫切希望有解決上述課題的方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的在于解決現(xiàn)有問題而提供一種能高速且高精度進行仿形測定的表面形狀測定裝置。本發(fā)明的表面形狀測定裝置包括仿形探測器，其具有與被測定物表面接近或抵接的測頭和檢測所述測頭與所述被測定物表面的相對位置的檢測傳感器，且把所述測頭與所述被測定物表面的相對位置保持在預(yù)先設(shè)定的基準位置進行仿形掃描；仿形矢量指令部，其發(fā)出仿形矢量的指令，該仿形矢量指示出沿所述被測定物表面的所述仿形探測器下一個移動位置；驅(qū)動機構(gòu)，其保持所述仿形探測器并具有使三維移動的驅(qū)動軸，且根據(jù)所述仿形矢量指令使所述仿形探測器移動；驅(qū)動傳感器，其檢測所述驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動量；動作推定部，其根據(jù)所述仿形矢量指令部發(fā)出的所述仿形矢量指令來推定所述驅(qū)動機構(gòu)的動作狀態(tài)并計算推定動作狀態(tài)量；校正運算部，其根據(jù)所述動作推定部計算的所述推定動作狀態(tài)量來校正運算所述驅(qū)動傳感器的檢測值，其中，所述動作推定部具有標稱模型設(shè)定部，其設(shè)定從所述仿形矢量指令部發(fā)出所述仿形矢量指令到反映所述仿形探測器的移動位置之間的信號傳遞特性即標稱模型，所述校正運算部包括校正量計算部，其根據(jù)所述推定動作狀態(tài)量來計算對由驅(qū)動中所述驅(qū)動機構(gòu)變形而產(chǎn)生的測定誤差進行校正的校正量；測定數(shù)據(jù)合成部，其把所述驅(qū)動傳感器和所述檢測傳感器的檢測值與由所述校正量計算部計算的校正量進行合成并作為測定數(shù)據(jù)。該結(jié)構(gòu)中，從仿形矢量指令部發(fā)出用于使仿形探測器沿被測定物表面移動的仿形矢量指令。于是，根據(jù)仿形矢量指令，由驅(qū)動機構(gòu)使仿形探測器沿被測定物表面進行仿形移動。仿形探測器掃描被測定物表面時的驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動量由驅(qū)動傳感器檢測，且測頭與被測定物表面的相對位置由檢測傳感器一全測。在這種仿形測定動作時有加速度產(chǎn)生，在作用有加速度的力時，驅(qū)動機構(gòu)產(chǎn)生變形，該變形部分有可能包含在測定誤差中。于是，與仿形探測器進行仿形測定的同時，進行由所述變形部分產(chǎn)生誤差的校正處理。即，來自仿形矢量指令部的仿形矢量指令也向動作推定部輸入。驅(qū)動機構(gòu)按照仿形矢量指令進行動作時的動作狀態(tài)由動作推定部根據(jù)信號傳遞特性即標稱模型進行推定并作為推定動作狀態(tài)量來計算。推定動作狀態(tài)量被輸出到校正量計算部，在校正量計算部中，根據(jù)推定動作狀態(tài)量來計算校正測定誤差的校正量。即，計算出校正伴隨動作時產(chǎn)生變形的測定誤差部分的校正量。把計算的校正量與驅(qū)動傳感器和檢測傳感器的檢測值進行合成并作為測定數(shù)據(jù)輸出。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，動作推定部具有標稱模型設(shè)定部，通過計算基于標稱模型的推定動作狀態(tài)量而能計算處于驅(qū)動狀態(tài)的驅(qū)動機構(gòu)的動作狀態(tài)。由于校正量運算部根據(jù)該推定動作狀態(tài)量來計算校正量，所以能正確計算校正驅(qū)動中驅(qū)動機構(gòu)產(chǎn)生的變形的校正量。以往，為了校正測定誤差而求驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動狀態(tài)時，是從驅(qū)動傳感器的檢測值來求驅(qū)動狀態(tài)。但驅(qū)動傳感器的檢測值是包含驅(qū)動時產(chǎn)生的驅(qū)動機構(gòu)變形的值，不能說是正確的值，在包含該誤差的值的校正量計算中，存在不能指望正確校正的問題。在根據(jù)驅(qū)動傳感器的檢測值來求動作狀態(tài)時，例如，要從位置檢測值計算加速度時，出現(xiàn)離散化誤差大而不實用的問題。例如，若把驅(qū)動傳感器的位置檢測取樣周期縮短到十分之一，則作為動作狀態(tài)量的加速度的分辨率就惡化到百分之一?；蛘咦鳛閯幼鳡顟B(tài)要得到加速度時，也考慮設(shè)置加速度傳感器，但在Xm、Ym、Zm的各方向設(shè)置加速度傳感器原本是困難的，且加速度傳感器的檢測能力也有界限。這點由于本發(fā)明在標稱模型設(shè)定部設(shè)定了標稱模型，所以即使在求驅(qū)動機構(gòu)的動作狀態(tài)時，也不是根據(jù)實測的數(shù)據(jù)而能通過運算來求。因此，即使是短的周期也能正確地求動作狀態(tài)。其結(jié)果是能以高的分辨率進行校正。不按照實測數(shù)據(jù)來推定動作狀態(tài)時，例如假定驅(qū)動機構(gòu)按照仿形矢量指令不延時地進行動作，作為在發(fā)出了位置指令時，在該指令發(fā)出的時點并且在所指令的位置具有仿形探測器，也考慮推定驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動位置或馬區(qū)動加速度。但由于上述方法中驅(qū)動機構(gòu)具有按照時間常數(shù)延遲等的信號傳遞特性，所以這種推定不可能進行正確的校正。而且由于在開始動作和描繪曲線動作時加速度有變動，所以還有簡單的假定不能適用的問題。這點由于本發(fā)明設(shè)定了表示信號傳遞特性的標稱模型，并使用該標稱模型來推定接受了仿形矢量指令的驅(qū)動機構(gòu)的動作狀態(tài)，所以能把驅(qū)動機構(gòu)的實際位置、加速度等的動作狀態(tài)按照現(xiàn)實正確求出。利用根據(jù)這樣求出的動作狀態(tài)而計算的校正量就能正確地進行校正。本發(fā)明中所述動作推定部最好包括位置推定部，其使用來自所述仿形矢量指令部的所述仿形矢量指令和由所述標稱模型設(shè)定部設(shè)定的標稱模型求出所述仿形探測器的位置并將其作為推定位置；二階微分運算部，其把所述位置推定部求出的所述仿形探測器的推定位置進行二階微分來計算作為所述推定動作狀態(tài)量的加速度。在這種結(jié)構(gòu)中，來自仿形矢量指令部的仿形矢量指令被輸入到位置推定部。這樣，在位置推定部中，把仿形矢量指令的位置指令C與設(shè)定的標稱模型Gw相乘來計算仿形探測器的推定位置E。把計算的仿形探測器的推定位置E向二階微分運算部輸出。在二階微分運算部中，從仿形探測器的推定位置來計算作為推定動作狀態(tài)的加速度。該加速度被輸出到校正量計算部，計算出校正伴隨驅(qū)動動作產(chǎn)生的驅(qū)動機構(gòu)變形的測定誤差部分的校正量。把計算的校正量與驅(qū)動傳感器和檢測傳感器的檢測值進行合成并作為測定數(shù)據(jù)輸出。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，作為推定動作狀態(tài)量，能求出在仿形探測器上產(chǎn)生的加速度。在根據(jù)實測的位置數(shù)據(jù)計算加速度時，隨著縮短取樣周期而加速度的分辨率惡化，但本發(fā)明通過把使用標稱模型計算的推定位置進行二階微分來計算加速度，所以沒有由取樣周期而引起的加速度惡化。因此，即使短的周期也能計算加速度，能利用這樣求出的加速度來精細地計算校正量。其結(jié)果是即使是短的周期取得的位置數(shù)據(jù)，也能根據(jù)動作狀態(tài)正確地進行校正，能取得短間距的正確形狀數(shù)據(jù)。本發(fā)明中所述標稱模型設(shè)定部最好包括設(shè)定所述驅(qū)動機構(gòu)的標稱模型的驅(qū)動機構(gòu)標稱模型設(shè)定部和設(shè)定所述仿形探測器的標稱模型的仿形探測器標稱模型設(shè)定部。這種結(jié)構(gòu)中，表面形狀測定裝置整體的標稱模型GN以驅(qū)動機構(gòu)的標稱模型G,(s)和仿形探測器標稱模型G2(s)的積來表示。把來自仿形矢量指令部的仿形矢量指令與表面形狀測定裝置整體的標稱模型Gw相乘來計算仿形探測器的推定位置。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于分別設(shè)置了驅(qū)動機構(gòu)標稱模型設(shè)定部和仿形探測器標稱模型設(shè)定部，所以能分別設(shè)定驅(qū)動機構(gòu)的標稱模型和仿形探測器的標稱模型。因此，例如，為了更換仿形探測器而按每個仿形探測器種類準備了仿形探測器的標稱模型，能選擇與現(xiàn)場安裝的仿形探測器對應(yīng)的標稱模型。其結(jié)果是，即使由于在仿形探測器破損或根據(jù)測定對象的仿形探測器的選擇等而要更換仿形探測器時，也能迅速應(yīng)對，能謀求提高測定效率。本發(fā)明中，當所述被測定物表面的一部分包含圓弧部分，則從所述仿形矢量指令部發(fā)出仿形所述圓弧部分的所述仿形矢量指令，優(yōu)選的是，所述動作推定部具有頻率推定部，其根據(jù)所述二階微分運算部計算的加速度，把所述圓弧部分進行仿形掃描時的旋轉(zhuǎn)頻率f作為所述推定動作狀態(tài)量來計算。這種結(jié)構(gòu)，當被測定物表面的一部分包含圓弧部分時，則從仿形矢量指令部發(fā)出仿形掃描圓弧部分的仿形矢量指令，進行圓弧部分的仿形測定。仿形矢量指令也被輸入到動作推定部，動作推定部從使用了標稱模型的位置推定和推定位置的二階微分來進行加速度的計算。且接著，頻率推定部根據(jù)加速度來進行這時的圓運動頻率的計算。例如，根據(jù)加速度由下式來進行圓運動頻率的計算。當把仿形矢量指令的圓的仿形測定半徑設(shè)定為Rs、把二階微分運算部計算的仿形探測器的推定加速度設(shè)定為A(ax、ay、az)時，頻率推定部按照下式計算旋轉(zhuǎn)頻率f。(2;r)2.^^把這樣計算的旋轉(zhuǎn)頻率f的數(shù)據(jù)作為推定動作狀態(tài)量向校正運算部輸出。把校正驅(qū)動機構(gòu)變形產(chǎn)生的測定誤差的校正量由校正量計算部根據(jù)旋轉(zhuǎn)頻率f計算。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，由于根據(jù)二階微分運算部計算的推定加速度來由頻率推定部計算在仿形測定圓時的旋轉(zhuǎn)頻率f,所以在圓弧部分的仿形動作中變化的旋轉(zhuǎn)頻率f也能被正確求出。例如，即使從仿形矢量指令部發(fā)出了以旋轉(zhuǎn)頻率f的旋轉(zhuǎn)速度進行仿形測定圓的指令，由于在動作剛開始后而速度穩(wěn)定之前達不到如指令的速度，所以不是指令那樣的旋轉(zhuǎn)頻率f。因此，把如指令那樣的旋轉(zhuǎn)頻率f作為前提來計算校正量，有校正不能正確進行的問題。這點在本發(fā)明中，不是把指令值的旋轉(zhuǎn)頻率f原封不動地作為校正運算的前提，而是在進行了二階微分的加速度推定的基礎(chǔ)上，以推定加速度為基準計算當時的旋轉(zhuǎn)頻率f。其結(jié)果是，由于在圓弧部分的仿形動作中變化的旋轉(zhuǎn)頻率f也能被正確求出，所以即使把圓運動時離心力部分由根據(jù)旋轉(zhuǎn)頻率f的校正運算進行校正時，也能進4于正確的纟交正。例如在圓弧部分的仿形測定中，由于達到指令的頻率需要時間，所以在把指令的旋轉(zhuǎn)頻率作為前提進行校正時，不利用加速部分取得的數(shù)據(jù)，僅對仿形速度(即旋轉(zhuǎn)頻率)成為一定時取得的數(shù)據(jù)進行校正，并通過作為測定數(shù)據(jù)而能得到正確的測定數(shù)據(jù)。但該方法在仿形速度(即旋轉(zhuǎn)頻率)成為一定之前的時間就浪費了，測定的作業(yè)效率非常不好。這點在本發(fā)明中，由于是從當時的加速度推定值來計算旋轉(zhuǎn)頻率，且能根據(jù)計算的旋轉(zhuǎn)頻率來計算校正量，所以不等待仿形速度(即旋轉(zhuǎn)頻率)達到一定，就能恰當?shù)匦Ｕ械娜〉脭?shù)據(jù)并作為測定數(shù)據(jù)。其結(jié)果是能提高測定的作業(yè)效率。所述推定判斷部包括實際動作狀態(tài)量計算部，其根據(jù)所述驅(qū)動傳感器檢測的測定值來計算實際的動作狀態(tài)量即實際動作狀態(tài)量；差分計算部，其把所述動作推定部計算的所述推定動作狀態(tài)量與所述實際動作狀態(tài)量進行對比并計算差分；判斷部，其把所述差分計算部計算的差分值與規(guī)定的界限值進行對比來判斷所述動作推定部推定的正確性。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于具備推定判斷部，所以能判斷由動作推定部推定加速度的正確性。由于根據(jù)判斷結(jié)果能進行校正運算的繼續(xù)或是停止，所以能防止由測定數(shù)據(jù)的誤校正而引起的誤測定結(jié)果的輸出。圖1是本發(fā)明第一實施方式測定系統(tǒng)的功能方塊圖2是表示所述第一實施方式中動作推定部和校正運算部結(jié)構(gòu)的圖3是表示標稱模型設(shè)定部結(jié)構(gòu)的圖4是表示本發(fā)明第二實施方式中動作推定部和校正運算部的圖；圖5是表示仿形速度(或旋轉(zhuǎn)頻率)表示出一定值時取得一周部分(360°)數(shù)據(jù)時的圖6是表示在仿形速度(或旋轉(zhuǎn)頻率)變化(加速或減速)的區(qū)域取得數(shù)據(jù)時的圖7是表示為了取得校正數(shù)據(jù)而在P,到P5的多個位置進行圓仿形測定情況的圖8是表示在各點P,Ps進行圓的仿形測定時仿形速度V與檢測的半徑減少量AR關(guān)系的圖9是表示在各點P,P5進行圓的仿形測定時仿形速度V與檢測的半徑減少量AR關(guān)系的圖IO是表示半徑減少量與加速度關(guān)系的圖11是表示半徑減少量與加速度關(guān)系的圖12是表示測定位置與測定半徑減少量關(guān)系的圖13是表示測定位置與測定半徑減少量關(guān)系的圖；圖14是表示Ym軸方向和Xm軸方向產(chǎn)生的相位差cf)與圓運動的旋轉(zhuǎn)頻率f關(guān)系的圖15是表示仿形測定時旋轉(zhuǎn)頻率與半徑誤差△R關(guān)系的圖；圖16是表示仿形測定時旋轉(zhuǎn)頻率與半徑誤差A(yù)R關(guān)系的圖；圖17是表示放大誤差系數(shù)與坐標關(guān)系的圖；圖18是表示放大誤差系數(shù)與坐標關(guān)系的圖19是表示本發(fā)明第三實施方式中動作推定部、校正運算部和推定判斷部結(jié)構(gòu)的圖20是表示作為利用仿形探測器的表面仿形測定裝置測定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的圖；；、/'、a、)，圖22是表示在仿形測定中由變形產(chǎn)生誤差狀態(tài)的圖；圖23是表示作為測定誤差而產(chǎn)生徑向差結(jié)果的圖。具體實施例方式以下圖示本發(fā)明的實施方式且參照圖中各要素被付與的符號進行說明。(第一實施方式)說明本發(fā)明表面形狀測定裝置的第一實施方式。作為第一實施方式把使用仿形探測器130的表面仿形測定裝置的測定系統(tǒng)IOO表示在圖20。把測定系統(tǒng)100的功能方塊圖表示在圖1。測定系統(tǒng)100的概略結(jié)構(gòu)與在
背景技術(shù)：
中說明的結(jié)構(gòu)相同，包括三維測定機IIO、手動操作三維測定機IIO動作的操作部150、實行三維測定機IIO驅(qū)動控制的運動控制器160、向運動控制器160給予規(guī)定指令并實行被測定物W的形狀解析等運算處理的主計算機200、輸入測定條件等的輸入裝置61和輸出測定結(jié)果的輸出裝置62。三維測定機110(參照圖20)包括平臺111、豎立設(shè)置在平臺lll上并4吏仿形:探測器130三維移動的驅(qū)動4幾構(gòu)120、^r測驅(qū)動才幾構(gòu)120驅(qū)動量的驅(qū)動傳感器140。驅(qū)動才幾構(gòu)120包括兩個橫梁支承體121，其從平臺111的兩側(cè)端在大致垂直于平臺lll的方向即Zm軸方向上具有高度，且向沿平臺lll側(cè)端的Ym軸方向設(shè)置為能夠滑動；橫梁122，其被支承在橫梁支承體121的上端且在Xm軸方向上具有長度；立柱123,其在Xm軸方向上能滑動地設(shè)置在橫梁122上且在Zm軸方向具有導向器；測量軸124，其在Zm軸方向能滑動地設(shè)置在立柱123內(nèi)，且在下端保持仿形探測器130。驅(qū)動傳感器140具備檢測橫梁支承體121向Ym軸方向移動的Ym軸傳感器141、4企測立柱123向Xm軸方向移動的Xm軸傳感器142、；險測測量軸124向Zm軸方向移動的Zm軸傳感器143。仿形探測器130(參照圖21)具備前端具有接觸部(測頭)132的觸針131和使觸針131的基端在一定的范圍能向Xp方向、Yp方向、Zp方向滑動地支^^的支承部133。支承部133具備滑動機構(gòu)(未圖示)，其具有能向相互正交的方向移動的xp滑塊、yp滑塊、zp滑塊；探測器傳感器134，其檢測滑動機構(gòu)在各軸方向的變位量并輸出檢測到的變位量。探測器傳感器134具備檢測觸針131向Xp方向移動的Xp方向傳感器135、檢測觸針131向Yp方向移動的Yp方向傳感器136、檢測觸針131向Zp方向移動的Zp方向傳感器137。運動控制器160具備對來自驅(qū)動傳感器140和探測器傳感器134的檢測信號進行計數(shù)的計數(shù)器部161、按照主計算機200和操作部150的指令來驅(qū)動控制驅(qū)動機構(gòu)120的驅(qū)動控制電路162。計數(shù)器部161具備對從驅(qū)動傳感器140輸出的檢測信號(脈沖信號)計數(shù)并計量驅(qū)動機構(gòu)120驅(qū)動量的驅(qū)動計數(shù)器171、對從探測器傳感器134輸出的檢測信號(脈沖信號)計數(shù)并把觸針131的滑動量作為按壓量計量的探測器計數(shù)器175。驅(qū)動計數(shù)器171具備對從Ym軸傳感器141輸出的檢測信號計數(shù)的Ym軸計數(shù)器172、對從Xm軸傳感器142輸出的檢測信號計數(shù)的Xm軸計數(shù)器173、對從Zm軸傳感器143輸出的檢測信號計數(shù)的Zm軸計數(shù)器174。探測器計數(shù)器175具備對從Xp方向傳感器135輸出的檢測信號計數(shù)的Xp方向計數(shù)器176、對從Yp方向傳感器136輸出的檢測信號計數(shù)的Yp方向計數(shù)器177、對從Zp方向傳感器137輸出的檢測信號計數(shù)的Zp方向計數(shù)器178。驅(qū)動計數(shù)器171的計數(shù)值(Xm、Ym、Zm)和探測器計數(shù)器175的計數(shù)值(Xp、Yp、Zp)分別被輸出到主計算機200。主計算機200包括存儲由輸入機構(gòu)61設(shè)定輸入的測定條件等的存儲器(存儲裝置)210、對在被測定物表面進行仿形的移動方向和移動速度的仿形矢量發(fā)出指令的仿形矢量指令部220、根據(jù)仿形矢量指令部220的指令來推定驅(qū)動機構(gòu)120的動作并計算仿形探測器130產(chǎn)生的加速度的動作推定部300、根據(jù)動作推定部300的動作推定來計算校正量并校正測定值的校正運算部400、解析被測定物W形狀的形狀解析部500、具有運算裝置和存儲裝置(ROM、RAM)并執(zhí)行規(guī)定程序和進行數(shù)據(jù)處理等的中央處理部(CPU)230和連接所述各功能部的總線。存儲器210存儲由輸入機構(gòu)61設(shè)定輸入的測定條件等，例如存儲在仿形掃描中把驅(qū)動機構(gòu)120的驅(qū)動量進行取樣的間隔(取樣間隔)、把接觸部132向被測定物W按壓的量(基準按壓量Ar)、進行仿形掃描的速度(仿形速度)和被測定物W的設(shè)計數(shù)據(jù)等的輪廓數(shù)據(jù)等。仿形矢量指令部220例如根據(jù)存儲器210設(shè)定的輪廓數(shù)據(jù)而生成仿形掃描被測定物W的仿形矢量指令。仿形矢量指令部220根據(jù)探測器計數(shù)器175的輸出而生成按基準按壓量Ar把按壓量在規(guī)定范圍(基準位置范圍)進行的按壓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輸出到驅(qū)動控制電路162。圖2是表示動作推定部300和校正運算部400結(jié)構(gòu)的圖。動作推定部300由推定并求仿形探測器130加速度的加速度推定部310構(gòu)成。加速度推定部310包括標稱模型設(shè)定部311，其設(shè)定在由仿形矢量指令部220發(fā)出仿形矢量指令之后并在由驅(qū)動傳感器140進行位置檢測之前的傳遞函數(shù)(信號傳遞特性)即標稱模型；位置推定部314,其根據(jù)仿形矢量指令和標稱模型來推定仿形探測器130的位置；二階微分運算部315，其從位置推定部314求出的推定位置數(shù)據(jù)值而利用二階微分來計算仿形探測器130的加速度。圖3是表示標稱模型設(shè)定部311結(jié)構(gòu)的圖。標稱模型設(shè)定部311設(shè)定在仿形矢量指令發(fā)出之后并在驅(qū)動三維測定機110到達指令位置之前的頻率傳遞函數(shù)(信號傳遞特性)即標稱模型。如圖3所示，標稱模型設(shè)定部311設(shè)定三維測定機110的標稱模型G,(s)(驅(qū)動機構(gòu)120的標稱模型)和仿形探測器130的標稱模型G2(s)。為了更換仿形探測器130而按每個仿形探測器130的種類來準備仿形探測器130的標稱模型，能選擇與現(xiàn)場安裝的仿形探測器130對應(yīng)的標稱模型。從仿形矢量指令到仿形探測器130位置的頻率傳遞函數(shù)以三維測定機110的標稱才莫型G,(s)與仿形探測器130的標稱模型G2(s)的積，即，GN(=G,(s)xG2(s))來表示。雖然仿形矢量指令、三維測定機110的驅(qū)動動作和驅(qū)動傳感器140的位置檢測等在Xm軸、Ym軸和Zm軸方向分別進行，但由于三維測定機110的位置控制系統(tǒng)(進行從仿形矢量指令開始的位置檢測的反饋控制系統(tǒng))被調(diào)整成使Xm、Ym、Zm軸方向驅(qū)動時間常數(shù)T都相同，所以Xm、Ym、Zm軸方向都成為相同的標稱模型GN。標稱模型GN能從設(shè)計數(shù)據(jù)或?qū)嶒炛档冗m當求出。例如在標稱模型Gw是一次延遲系時，標稱模型Gn能由下式表示。下式中K表示放大(歹O),s表示拉普拉斯算子。位置推定部314根據(jù)仿形矢量指令的位置指令C(cx、Cy、cz)和標稱模型Gw來推定仿形探測器130的位置。位置推定部314被隨時隨刻地輸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(cx、cy、cz)和標稱模型gn如下地計算仿形探測器130的推定位置E(ex、ey、ez)。即，仿形探測器130的推定位置E由標稱模型Gn與位置指令C的積來E=GN.C當才巴推定位置按各方向(Xm軸方向、Ym軸方向、Zm軸方向)分別分解表示，則如下。6x=Gn.cxez=GN,cz二階微分運算部315把由位置推定部314計算的仿形探測器130的推定位置E(ex、ey、ez)進行二階微分，把仿形探測器130產(chǎn)生的加速度A(ax、ay、az)作為推定動作狀態(tài)量來求。"、"2五")校正運算部400包括校正參數(shù)存儲部410,其存儲表示仿形探測器130產(chǎn)生的加速度與三維測定機110變形量關(guān)系的校正參數(shù)；校正量計算部420，其根據(jù)仿形探測器130產(chǎn)生的加速度來計算校正由驅(qū)動傳感器140和探測器傳感器134檢測的檢測值的校正量D;測定數(shù)據(jù)合成部430，其把算出的校正量D與由驅(qū)動傳感器140和探測器傳感器134檢測的檢測值進行合成并求一皮測定物表面的位置。在校正參數(shù)存儲部410中，設(shè)定存儲校正參數(shù)P。校正參數(shù)P是在仿形探測器130有加速度A作用時，使三維測定機110產(chǎn)生的變形量(具體說就是立柱123和測量軸124產(chǎn)生的變形量)與加速度A帶有關(guān)系的參數(shù)。校正參數(shù)P(px、py、pz)按各軸方向，即，每個Xm、Ym、Zm軸方向來設(shè)定。關(guān)于校正參數(shù)P的設(shè)定方法以后述的變形例1、變形例2、變形例3的圓運動情況為例表示了，但并不限定于這些例，只要根據(jù)設(shè)計值或?qū)嶒炛颠m當?shù)卦O(shè)定表示加速度A與變形量之間關(guān)系的參數(shù)便可。校正量計算部420從加速度A和校正參數(shù)P來計算關(guān)于各軸方向的校正量D(dx、dy、dz)。向校正量計算部420輸入由動作推定部300計算的加速度A。校正量計算部420使用由校正參數(shù)存儲部410設(shè)定的校正參數(shù)P來如下地計算校正量D。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>測定數(shù)據(jù)合成部430把由驅(qū)動計數(shù)器171計量的驅(qū)動機構(gòu)120的驅(qū)動量和由校正量計算部420計算的校正量D進行合成，求仿形探測器130的位置數(shù)據(jù)。即，相對于接觸部132的位置并在考慮了規(guī)定的基準按壓量Ar的位置而求出被測定物表面S的坐標值(xs、ys、zs)，該接觸部132是把由驅(qū)動傳感器140的檢測的檢測值(xm、ym、zm)、由校正量計算部420計算的校正量D(dx、dy、dz)和由探測器傳感器134的檢測的檢測值(Xp、yp、zp)進行合成而求得的。計算出的被測定物表面的測定數(shù)據(jù)被輸出到形狀解析部500。形狀解析部500合成測定數(shù)據(jù)并計算接觸部132的軌跡和被測定物表面的形狀數(shù)據(jù)。把計算的被測定物形狀數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)進行對比，還進行求誤差和失真等的形狀解析。說明具備這種結(jié)構(gòu)的第一實施方式的動作。首先，在測定之前設(shè)定輸入測定條件。作為測定條件能舉出取樣間距、基準按壓量、被測定物的輪廓數(shù)據(jù)等。由標稱模型設(shè)定部311設(shè)定三維測定機110的標稱模型G,(s)和仿形探測器130的標稱模型G2(s)。仿形探測器130的標稱模型從準備的多個之中選擇與現(xiàn)場使用的仿形探測器130對應(yīng)的標稱模型。在該狀態(tài)下開始測定，首先把仿形矢量指令部220生成的仿形矢量指令向驅(qū)動控制電^各162輸出。于是，從驅(qū)動控制電路162向驅(qū)動機構(gòu)120輸出控制信號，驅(qū)動機構(gòu)120被驅(qū)動。利用驅(qū)動機構(gòu)120，使仿形探測器130對被測定物表面進行按壓，并且按壓到基準按壓量Ar的狀態(tài)，并在該狀態(tài)下沿被測定物表面進行仿形移動。該仿形移動時產(chǎn)生加速度，三維測定機110的測量軸124產(chǎn)生變形(例如參照圖22)。仿形掃描時，根據(jù)從探測器計數(shù)器175向仿形矢量指令部220輸出的探測器計數(shù)值(觸針131的按壓量)來把按壓量控制成基準按壓量Ar。仿形探測器130掃描被測定物表面時，驅(qū)動機構(gòu)120的驅(qū)動量由驅(qū)動傳感器140檢測，觸針131的變位量由探測器傳感器134檢測。從驅(qū)動傳感器140輸出檢測信號由驅(qū)動計數(shù)器171計數(shù)，從探測器傳感器134輸出的檢測信號由探測器計數(shù)器175計數(shù)。由該計數(shù)器部161計數(shù)的數(shù)據(jù)按設(shè)定的取樣間距取得。由計數(shù)器部161(驅(qū)動計數(shù)器171和探測器計數(shù)器175)計數(shù)取得的數(shù)據(jù)也被輸出到校正運算部400。來自仿形矢量指令部220的仿形矢量指令與驅(qū)動控制電路162同時也被送到動作推定部300。動作推定部300把仿形矢量指令向位置推定部314輸入。位置推定部314根據(jù)標稱模型設(shè)定部311設(shè)定的標稱模型和仿形矢量指令的位置指令，計算考慮了頻率傳遞函數(shù)的現(xiàn)在時點的仿形探測器130的推定位置E(t)。即，使用位置指令C(Cx、cy、cz)和標稱模型GN如下地計算仿形探測器130的推定位置E(t)(ex、ey、ez)。ex=Gn.cxsz=GN.cz由位置推定部314計算的推定位置E(t)被輸入到二階微分運算部315。二階微分運算部315通過把計算的推定位置E(t)進行二階微分，計算現(xiàn)在時點的仿形探測器130產(chǎn)生的加速度A(ax、ay、az)。ax=6x由二階微分運算部315計算的加速度A被輸出到校正運算部400的校正量計算部420。校正量計算部420利用輸入的加速度A和校正參數(shù)P(px、py、pz)來按每軸地計算校正加速度A產(chǎn)生的變形部分的校正量D。即仿形探測器130產(chǎn)生加速度A時，校正驅(qū)動傳感器140檢測值的校正量D(dx、dy、dz)如下計算。dx=pxaxdy=pyaydz=Pzaz這樣計算的校正量D被輸出到測定數(shù)據(jù)合成部430。測定數(shù)據(jù)合成部430把由驅(qū)動傳感器140檢測的檢測值(xm、ym、zm)、計算的校正量D(dx、dy、dz)和探測器傳感器134的檢測值(Xp、yp、zp)進行合成，求接觸部132的位置。還有，相對于接觸部132的位置并且在考慮了規(guī)定基準按壓量Ar的位置來求被測定物W的表面。求出的被測定物W的表面數(shù)據(jù)(測定數(shù)據(jù))順次向形狀解析部500送出，求被測定物表面的形狀數(shù)據(jù)。通過把被測定物W的形狀數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)進行對比，進行求誤差和失真等的形狀解析。具備該結(jié)構(gòu)的第一實施方式有下面的效果。(l)動作推定部300具有標稱模型設(shè)定部311，通過基于標稱模型的加速度的計算，而能正確計算處于驅(qū)動狀態(tài)的作為驅(qū)動機構(gòu)120動作狀態(tài)的力口速度。由于校正量計算部420根據(jù)該推定加速度來計算校正量，所以能正確計算校正驅(qū)動中驅(qū)動才幾構(gòu)120產(chǎn)生的變形的校正量。即^f吏在求驅(qū)動機構(gòu)120的動作狀態(tài)時也能不根據(jù)實測的數(shù)據(jù)而是根據(jù)標稱模型通過運算來求，所以能以高分辨率進行4交正。(第二實施方式)下面說明本發(fā)明第二實施方式的表面仿形測定裝置。第二實施方式的基本結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同，但第二實施方式的特點之處在于，特別校正由圓運動時的離心力產(chǎn)生的變形部分。圖4表示第二實施方式的動作推定部600和校正運算部700。動作推定部600具備加速度推定部310和頻率推定部610。頻率推定部610推定仿形探測器130進行圓運動時的旋轉(zhuǎn)頻率。在此，二階微分運算部315計算加速度A,4巴由二階孩支分運算部315計算的加速度A(ax、ay、az)向頻率推定部610輸入。例如，把按照仿形矢量指令進行的圓運動仿形測定旋轉(zhuǎn)半徑設(shè)定為Rs、把由二階微分運算部315計算的仿形探測器130的推定加速度設(shè)定為A(ax、ay、az)時，頻率推定部610利用下式計算圓運動的旋轉(zhuǎn)頻率f。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage21</formula>關(guān)于該式的導出例如如下i兌明。旋轉(zhuǎn)頻率f與角速度oo的關(guān)系被表示為00=27lf，由于當把向心加速度表示為a。時，則a^RsCo2，所以通過下面的式子變形就能導出。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage21</formula>特別在是XY平面的圓運動的情況下，上式能如下簡化,71(2;r)2A校正運算部700包括校正參數(shù)存儲部710、校正量計算部720和測定數(shù)據(jù)合成部430。校正量計算部720包括放大校正量計算部721和相位差校正量計算部722。放大校正量計算部721的結(jié)構(gòu)和動作與第一實施方式的校正量計算部420相當，使用校正參數(shù)P(px、py、pz)來計算各軸方向的校正量D(dx、dy、dz)。且第二實施方式中校正量計算部720具備相位差校正量計算部722。相位差校正量計算部722把由每個驅(qū)動軸方向的信號傳遞速度或驅(qū)動放大的差異而引起的圓運動時產(chǎn)生的各軸之間指令傳遞的相位差作為相位差校正量cj)來計算。把相位差校正量小作為旋轉(zhuǎn)頻率f的函數(shù)(例如小二b2f2+13^+130)表示，把理論或?qū)嶒炃蟮男Ｕ齾?shù)設(shè)定存儲在校正參數(shù)存儲部710中。關(guān)于用于計算放大校正量D和相位差校正量(j)的校正參數(shù)的設(shè)定方法在后述的變形例l、變形例2、變形例3中舉例說明。測定數(shù)據(jù)合成部430把由驅(qū)動傳感器140檢測的檢測值(xm、ym、zm)、校正量計算部720計算的校正量D(dx、dy、dz)和相位差校正量(J),以及探測器傳感器134檢測的檢測值(Xp、yp、Zp)進行合成，而計算仿形探測器130的接觸部132的軌跡。且考慮基準按壓量Ar來求被測定物表面的位置數(shù)據(jù)。說明在測定數(shù)據(jù)合成部430中的數(shù)據(jù)合成。為了說明，以通過XY平面圓運動的仿形移動來測定被測定物表面的情況為例進行說明。把圓運動的中心坐標設(shè)定為(x。、y。)，4巴圓的半徑以R表示時，由驅(qū)動傳感器140檢測的檢測值(xm、ym)使用規(guī)定的相位6能如下表示。Xm=Xo+RCOS6ym=y。+Rsin6當校正計算的放大校正量(dx、dy)和相位差校正量cl)部分，則能如下表示。xm'、ym'表示校正后的驅(qū)動傳感器檢測值。Xm'=Xo+Rcos6+dxym'=y0+Rsin(e+c}))+dy把該被校正的驅(qū)動傳感器140的檢測值(xm'、yn/)與探測器傳感器134的檢測值合成，并相對求出的接觸部132的位置并且考慮了規(guī)定基準按壓量Ar的位置來求被測定物W的表面位置。根據(jù)該第二實施方式，在第一實施方式效果的基礎(chǔ)上再加上下面的效果。(2)根據(jù)由頻率推定部610計算的圓運動時的旋轉(zhuǎn)頻率f來校正驅(qū)動軸之間的相位差。因此，能校正圓運動時的相位差誤差而得到正確的測定數(shù)據(jù)。(3)由于根據(jù)二階微分運算部315計算的推定加速度而由頻率推定部610計算仿形測定圓弧部分時的旋轉(zhuǎn)頻率f，所以還能正確求出在圓弧部分的仿形動作中變化的旋轉(zhuǎn)頻率f。(4)在圓的仿形測定中，由于到達指令的旋轉(zhuǎn)頻率f需要時間，所以在以指令的旋轉(zhuǎn)頻率f為前提進行校正時，不利用加速部分取得的數(shù)據(jù)，而僅校正仿形速度(即旋轉(zhuǎn)頻率f)成為一定時取得的數(shù)據(jù)，并一定作為測定數(shù)據(jù)。例如如圖5所示，必須取得仿形速度(或旋轉(zhuǎn)頻率f)表示出一定值時一周部分(360°)的數(shù)據(jù)。相反地在本發(fā)明中，由于是從當時的推定加速度來計算旋轉(zhuǎn)頻率f且能根據(jù)計算的旋轉(zhuǎn)頻率f來計算校正量，所以不等待仿形速度(即旋轉(zhuǎn)頻率f)達到一定就能恰當?shù)匦Ｕ械娜〉脭?shù)據(jù)并作為測定數(shù)據(jù)。例如如圖6所示，即使在仿形速度(或旋轉(zhuǎn)頻率f)變化(加速或減速)的區(qū)域也能正確地校正取得的數(shù)據(jù)。因此，作為整體只要取得一周部分(360°)的數(shù)據(jù)便可，其結(jié)果是能提高測定的作業(yè)效率。(變形例1)下面說明本發(fā)明的變形例1。變形例1基本上與第二實施方式相同，但在設(shè)定校正參數(shù)時的校正參數(shù)的求法上有特點。第二實施方式的校正運算部700計算的校正量具有放大校正量計算部721的放大校正量和相位差校正量計算部722的相位差4交正量。首先說明用于計算放大校正量的校正參數(shù)的設(shè)定。變形例1在求放大校正量的校正參數(shù)時，測量軸124的校正量D作為與加速度A相關(guān)而建立下式。2)=A爿在此，為了說明簡單化而以XY面內(nèi)圓運動的情況為例進行說明。當把圓運動時的向心加速度設(shè)定為a時，則Xm軸方向的加速度ax在仿形速度是V、半徑是Rs時，如下表示?！鯴(x-x。)有加速度產(chǎn)生時的變形量與測定位置也相關(guān)，所以當考慮到測定坐標的平方項時，則Xm軸方向的變形量A與Xm軸方向產(chǎn)生的加速度aj勺關(guān)系一皮々p下表示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>若包括Ym軸方向的校正量dY、Zm軸方向的校正量4，則如下表示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>但由于變形量D與所有x、y、z成分都有關(guān)，所以校正系數(shù)如下表示,<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>在該前提下，在實際上進行實驗求誤差的基礎(chǔ)上，作為配合曲線的系數(shù)能求校正參數(shù)。表示實際例。由于由加速度引起的變形量隨部位不同而不同，所以在取得校正用參數(shù)時，對標準量規(guī)的多個不同位置以多個仿形速度(或加速度)做圓的仿形測定來進行校正試驗。例如如圖7所示，在P,到Ps的多個位置進行圓的仿形測定。圖7為了說明方便而選定了Ym坐標相同但Xm坐標不同的五個點，但在測定系統(tǒng)100的測定區(qū)域最好不遺漏地遍及所有Xm坐標、Ym坐標、Zm坐標。圖8和圖9是表示在各點P!Ps進行圓的仿形測定時，仿形速度V與檢測的半徑減少量(半徑誤差)AR關(guān)系的曲線。在此，進行圓的仿形測定時，如圖23所示，由于在X軸方向和Y軸方向有放大誤差而產(chǎn)生橢圓誤差。因此，圖8的縱軸表示半徑誤差A(yù)R的Xm軸方向最大量，圖9的縱軸表示半徑誤差A(yù)R的Ym軸方向最大量。圖10和圖11是把圖8和圖9中的仿形速度變換成加速度而表示半徑減少量AR與加速度關(guān)系的曲線。圖IO的縱軸與圖8同樣地表示半徑誤差A(yù)R的Xm軸方向最大量，圖11的縱軸與圖9同樣地表示半徑誤差A(yù)R的Ym軸方向最大量。在圖8和圖9中了解到，無論Xm軸方向還是Ym軸方向，測定半徑的減少量AR都與仿形速度的乘方(例如平方)相關(guān)，而從圖10和圖11了解到測定半徑的減少量AR與加速度成正比，表示上述式(D=kA)能適用。圖12和圖13是表示測定位置與測定半徑的減少量AR關(guān)系的圖。圖12和圖13中，縱軸以把測定半徑的減少量AR用加速度除并規(guī)格化了值表示。圖12的縱軸是把半徑誤差△R的Xm軸方向最大量用加速度a除的值，圖13的縱軸是把半徑誤差A(yù)R的Ym軸方向最大量用加速度a除的值。從圖12了解到，在Xm軸方向上測定半徑的減少量AR與測定位置的Xm坐標是一次相關(guān)。進而從圖13了解到，即使是Ym軸方向的測定半徑減少量AR也隨Xm軸方向的測定位置不同而^C影響，與Xm坐標是二次相關(guān)。收集這種實驗數(shù)據(jù)，把在Xm、Ym、Zm坐標不同的位置以不同的仿形速度(或加速度)測定標準量規(guī)時的誤差(dx、dy、dz)代入式中。通過解該式來求放大校正的參數(shù)。把求得的放大校正的參數(shù)設(shè)定在校正參數(shù)存儲部710中。下面說明用于計算相位差校正量(])的校正參數(shù)的設(shè)定。由于每個驅(qū)動軸方向的信號傳遞速度或驅(qū)動放大的差異而在圓運動時在各軸之間就產(chǎn)生指令傳遞的相位差。把該相位差設(shè)定為相位差校正量4)并作為圓運動的旋轉(zhuǎn)頻率f的函數(shù)來求。為了說明銜單，以在XY面內(nèi)圓運動的情況為例進行說明。相位差校正量4)是圓運動旋轉(zhuǎn)頻率f的函數(shù)，作為旋轉(zhuǎn)頻率f的多項式表示。以實際例表示。圖14是在圖7所示的P,到P5的多個位置進行圓的仿形測定的結(jié)果。圖14中，縱軸是Ym軸方向和Xm軸方向產(chǎn)生的相位差cJ)，橫軸是圓運動的旋轉(zhuǎn)頻率f。如圖14所示，Ym軸方向和Xm軸方向的相位差c])依賴于圓運動的旋轉(zhuǎn)頻率f。雖然影響小但也依賴于測定位置。于是把相位差小表示為小=b2f2+b,f+4)0，可以^v配合曲線求b2、b,和小o。由于相位差cj)的校正系數(shù)b2、b,和(J)()也受測定位置的影響，所以相位差(J)如下表示。c])二b2f2+b,f+(t)0<formula>formulaseeoriginaldocumentpage26</formula><table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>使用這樣求的校正參數(shù)，如第二實施方式說明的那樣計算放大校正量D和相位差才交正量(J)。使用放大校正量D和相位差校正量cj)，則能如第二實施方式說明的那樣進行測定數(shù)據(jù)的校正。(變形例2)下面說明本發(fā)明的變形例2。變形例2基本上與第二實施方式相同，但在設(shè)定校正參數(shù)時的校正參數(shù)的求法上有特點。具體說就是，變形例1中把測量軸124的變形量設(shè)定為與加速度相關(guān)而建立規(guī)定變形量的式子，但變形例2中把測量軸124的變形量設(shè)定為與旋轉(zhuǎn)頻率f相關(guān)而利用建立的式子。作為校正量雖然有放大校正量和相位差校正量，但在計算相位差校正量的校正參數(shù)的設(shè)定時能采用與變形例1同樣的方法，所以省略說明。說明用于計算放大校正量的校正參數(shù)的設(shè)定。變形例2把放大校正量設(shè)定為與旋轉(zhuǎn)頻率f相關(guān)，把驅(qū)動的頻率傳遞特性G,的放大|G,l與圓運動的旋轉(zhuǎn)頻率f的關(guān)系由下式表示。-am作為該式的導出，把下面的式子變形作為一例舉出。在指令進行半徑Rs的圓運動時產(chǎn)生變形量D的情況下，頻率傳遞特性的放大|G,l由下式表示。由于變形量D與加速度A成正比D-kA，所以進一步如下變形。1&在此，加速度A從圓運動的半徑Rs與角速度oo的關(guān)系而由使用旋轉(zhuǎn)頻率f的下式表示。h及s.a;2因此，旋轉(zhuǎn)頻率的IG,i如下表示。AH/)211^=7—A:廣2丌-/V2根據(jù)該關(guān)系式，通過設(shè)計值或?qū)嶒炛祦砬鬀Q定放大與旋轉(zhuǎn)頻率f關(guān)系的校正參數(shù)k。放大|G,i按Xm軸方向部分、Ym軸方向部分分別計算。即計算Xm軸方向部分|G1X|、Ym軸方向部分|G1Y|。實際上在求IG^、|G1Y|時，與實施方式1同樣地在不同的位置以不同的旋轉(zhuǎn)頻率f進行圓的仿形測定，并根據(jù)其結(jié)果作為位置(xm、ym)與旋轉(zhuǎn)頻率f的函數(shù)表示IG,xl、|G1Y|便可。而且考慮了這樣求的放大校正量(|G,x|、|G1Y|)和相位差校正量cj)的測定值的校正如下實行。即，在驅(qū)動傳感器140檢測的檢測值是(xm、ym)時，把圓運動的中心坐標設(shè)定為(x。、y。)，把圓的半徑以R表示時，使用規(guī)定的相位6則能如下表示驅(qū)動傳感器140的檢測值。xm=x0+Rcos6ym=y0+Rsin6當校正計算的放大校正量(IG1X|、|G1Y|)和相位差校正量cj)部分，則能如下表示。Xm'、yn/表示校正后的驅(qū)動傳感器檢測值。Xm'=X。+R.glx■COS6ym'=y。+R.giy.sin(6+)其中，_1_1glx一iri、gly—i/~iiIGilIII相對于該接觸部132的位置并且在考慮了規(guī)定基準按壓量Ar的位置來求出，該接觸部132是把該被校正的驅(qū)動傳感器140的檢測值(Xn/、ym')與探測器傳感器134檢測的檢測值進行合成而求出的。利用以上說明的變形例2的方法，也能求出用于計算放大校正量的校正參數(shù)。且使用放大校正量和相位差校正量能進行測定數(shù)據(jù)的校正。(變形例3)下面說明本發(fā)明的變形例3。變形例3基本上與第二實施方式相同，但在設(shè)定校正參數(shù)時的校正參數(shù)的求法上有特點。具體說就是，變形例2中把變形量以與旋轉(zhuǎn)頻率f相關(guān)的理論式表示作為前提的基礎(chǔ)來求校正式，但變形例3中把變形量作為使用旋轉(zhuǎn)頻率f的多項式表示來求校正式。即把Xm軸方向的放大校正量lG1X|和Ym軸方向的放大校正量lG1Y|以在進行圓的仿形測定中的與圓運動的旋轉(zhuǎn)頻率f相關(guān)的多項式來表示。表示實際的實驗例。為了取得校正數(shù)據(jù)，在多個不同的位置放置標準量規(guī)，并且以多個仿形速度進行圓的仿形測定。圖15是橫軸取仿形測定時的旋轉(zhuǎn)頻率，縱軸取半徑誤差A(yù)R的Xm軸方向最大量時的曲線。圖16是橫軸取仿形測定時的旋轉(zhuǎn)頻率，縱軸取半徑誤差A(yù)R的Ym軸方向最大量時的曲線。測定位置與變形例l相同，是在圖7所示的P,到P5的多個位置進行圓的仿形測定的結(jié)果。圖15的Xm軸方向、圖16的Ym軸方向的任一個都能把仿形測定的旋轉(zhuǎn)頻率與測定誤差的關(guān)系以旋轉(zhuǎn)頻率f的二次多項式配合，利用規(guī)定的系數(shù)，把Xm軸方向的放大誤差|Glx|(半徑誤差A(yù)R的Xm方向)和Ym軸方向的放大誤差I(lǐng)Gwl(半徑誤差A(yù)R的Ym方向)如下表示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage30</formula>且變形量也隨測定位置的變化而變化，所以也是測定位置的函數(shù)。圖17是表示Xm軸方向的放大誤差|G1X|的系數(shù)與Xm坐標關(guān)系的曲線。圖18是表示Ym軸方向的放大誤差|G1Y|的系數(shù)與Ym坐標關(guān)系的曲線。即，多項式的系數(shù)cj)2、(}),、ti2、ni是測定位置的函數(shù)，如下表示。在求Xm軸方向放大的式中所使用的cj)2、cj),作為Xm坐標的函數(shù)分別如下表示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage30</formula>在求Ym軸方向放大的式中所使用的n2、n,作為Ym坐標的函數(shù)分別如下表示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage30</formula>根據(jù)該關(guān)系式，能求表示放大與旋轉(zhuǎn)頻率關(guān)系的校正參數(shù)Y2、Yi、H2、ni。求出的放大校正的參數(shù)在校正參數(shù)存儲部710設(shè)定。實際測定時的測定值的校正與上述變形例2同樣地利用放大校正量(IG1X|、IG1Y|)和相位差校正量cj)由下式進行4交正運算。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage30</formula>其中，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage30</formula>通過該變形例3也能求出用于計算放大校正量的校正參數(shù)。且使用放大校正量和相位差校正量能進行測定數(shù)據(jù)的校正。(第三實施方式)下面說明本發(fā)明的第三實施方式。第三實施方式的基本結(jié)構(gòu)與第二實施方式相同，第三實施方式的特點之處在于具備把由動作推定部600計算的加速度推定值與實際的實際加速度進行對比以判斷加速度推定正確性的推定判斷部800。圖19是表示第三實施方式中動作推定部600、校正運算部700和推定判斷部800結(jié)構(gòu)的圖。推定判斷部800包括實際加速度計算部810,其根據(jù)由計數(shù)器部161檢測的坐標的測定值來計算實際的加速度；差分計算部820,其把由動作推定部600計專的推定加速度與由加速度推定部310計算實際加速度進行對比并計算差分；判斷部830,其把由差分計算部820計算的差分值與規(guī)定的界限值對比以判斷加速度推定值的正確性。驅(qū)動計數(shù)器171計量的驅(qū)動機構(gòu)120的驅(qū)動量被輸入到實際加速度計算部810,實際加速度計算部810把由驅(qū)動計數(shù)器171計量的驅(qū)動機構(gòu)120的驅(qū)動量進行二階微分來計算實際的加速度。把計算的實際加速度向差分計算部820輸出。來自二階微分運算部315的推定加速度和來自實際加速度計算部810的實際加速度被輸入到差分計算部820。差分計算部820從推定加速度a中減去實際加速度aR來計算差分值5a。把計算出的差分值5a向判斷部830輸出。在判斷部830中，預(yù)先設(shè)定界限值5s。該界限值5s是這樣的界限值在推定加速度a與實際加速度aR的差分值53過大時，則判斷加速度的推定功能不正確，不能根據(jù)推定加速度來進行校正。把由差分計算部820計算的差分值5a向判斷部830輸入，判斷部830把該差分值5a與界限值5s進行對比。在差分值53比界限值55小的情況下(|5a|<5s),則指令測定動作繼續(xù)。另一方面，在差分值5a比界限值5s大的情況下(|5a|>5S),則把其結(jié)果經(jīng)由輸出機構(gòu)62向用戶顯示?；蛘呤剐Ｕ\算部700的校正運算停止。具備這種結(jié)構(gòu)的第三實施方式由于具備推定判斷部800，所以能判斷動作推定部600的加速度推定的正確性。由于能根據(jù)判斷結(jié)果使校正運算繼續(xù)或停止，所以能防止由測定數(shù)據(jù)的誤校正而引起的誤測定結(jié)果的輸出。本發(fā)明的表面形狀測定裝置并不僅限定于上述實施方式和變形例，當然在不脫離本發(fā)明要旨的范圍能進行各種變更。作為推定動作狀態(tài)量以加速度為例進行了說明，但除了加速度之外也可以把仿形速度作為推定動作狀態(tài)量。這時，只要根據(jù)仿形速度能進行校正運算地來求仿形速度與校正量的關(guān)系便可。上述實施方式在從標稱模型推定位置的基礎(chǔ)上把該推定位置進行二階微分來推定加速度，但也可以設(shè)定從仿形矢量的位置指令直接計算加速度的標稱模型。在第三實施方式中，推定判斷部800也可以在內(nèi)部具備低通濾波器，阻斷從由實際加速度計算部810求出的實際加速度的高頻干擾。由此，能防止由高頻干擾而引起的判斷誤差。權(quán)利要求1、一種表面形狀測定裝置，其特征在于，包括仿形探測器，其具有與被測定物表面接近或抵接的測頭和檢測所述測頭與所述被測定物表面的相對位置的檢測傳感器，且把所述測頭與所述被測定物表面的相對位置保持在預(yù)先設(shè)定的基準位置進行仿形掃描；仿形矢量指令部，其發(fā)出仿形矢量的指令，該仿形矢量指示出沿所述被測定物表面的所述仿形探測器下一個移動位置；驅(qū)動機構(gòu)，其保持所述仿形探測器并具有使所述仿形探測器三維移動的驅(qū)動軸，且根據(jù)所述仿形矢量指令使所述仿形探測器移動；驅(qū)動傳感器，其檢測所述驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動量；動作推定部，其根據(jù)所述仿形矢量指令部發(fā)出的所述仿形矢量指令來推定所述驅(qū)動機構(gòu)的動作狀態(tài)并計算推定動作狀態(tài)量；校正運算部，其根據(jù)所述動作推定部計算的所述推定動作狀態(tài)量來校正運算所述驅(qū)動傳感器的檢測值，其中，所述動作推定部具有標稱模型設(shè)定部，該標稱模型設(shè)定部設(shè)定從所述仿形矢量指令部發(fā)出所述仿形矢量指令到反映所述仿形探測器的移動位置之間的信號傳遞特性即標稱模型，所述校正運算部包括校正量計算部，其根據(jù)所述推定動作狀態(tài)量來計算對由驅(qū)動中的所述驅(qū)動機構(gòu)變形而產(chǎn)生的測定誤差進行校正的校正量；測定數(shù)據(jù)合成部，其把由所述驅(qū)動傳感器和所述檢測傳感器檢測的檢測值與由所述校正量計算部計算的校正量進行合成并作為測定數(shù)據(jù)。2、如權(quán)利要求1所述的表面形狀測定裝置，其特征在于，所述動作推定部包括位置推定部，其使用來自所述仿形矢量指令部的所述仿形矢量指令和所述標稱模型設(shè)定部設(shè)定的標稱模型求出所述仿形探測器的位置并將其作為推定位置；二階微分運算部，其把所述位置推定部求出的所述仿形探測器的推定位置進行二階微分來計算作為所述推定動作狀態(tài)量的加速度。3、如權(quán)利要求1所述的表面形狀測定裝置，其特征在于，所述標稱模型設(shè)定部包括設(shè)定所述驅(qū)動機構(gòu)的標稱模型的驅(qū)動機構(gòu)標稱模型設(shè)定部和設(shè)定所述仿形探測器的標稱模型的仿形探測器標稱模型設(shè)定部。4、如權(quán)利要求2所述的表面形狀測定裝置，其特征在于，所述,皮測定物表面的一部分包含圓弧部分，從所述仿形矢量指令部發(fā)出仿形所述圓弧部分的所述仿形矢量指令，所述動作推定部具有頻率推定部，其根據(jù)所述二階微分運算部計算的加速度，把對所述圓弧部分進行仿形掃描時的旋轉(zhuǎn)頻率f作為所述推定動作狀態(tài)量來計算。5、如權(quán)利要求3所述的表面形狀測定裝置，其特征在于，所述被測定物表面的一部分包含圓弧部分，從所述仿形矢量指令部發(fā)出仿形所述圓弧部分的所述仿形矢量指令，所述動作推定部具有頻率推定部，其根據(jù)所述二階微分運算部計算的加速度，把對所述圓弧部分進行仿形掃描時的旋轉(zhuǎn)頻率f作為所述推定動作狀態(tài)量來計算。6、如權(quán)利要求1到權(quán)利要求5中任一項所述的表面形狀測定裝置，其特征在于，所述推定判斷部包括實際動作狀態(tài)量計算部，其根據(jù)所述驅(qū)動傳感器檢測的測定值來計算實際的動作狀態(tài)量即實際動作狀態(tài)量；差分計算部，其把所述動作推定部計算的所述推定動作狀態(tài)量與所述實際動作狀態(tài)量進行對比并計算差分；判斷部，其把所述差分計算部計算的差分值與規(guī)定的界限值進行對比來判斷所述動作推定部推定的正確性。全文摘要一種表面形狀測定裝置，具備動作推定部(300)，其根據(jù)仿形矢量指令部(220)發(fā)出的仿形矢量指令來推定驅(qū)動機構(gòu)的動作狀態(tài)并計算推定動作狀態(tài)量；校正運算部(400)，其根據(jù)動作推定部(300)計算的推定動作狀態(tài)量來校正運算驅(qū)動傳感器的檢測值。動作推定部(300)具有標稱模型設(shè)定部(311)，其設(shè)定從仿形矢量指令被發(fā)出到反映仿形探測器的移動位置之前的信號傳遞特性即標稱模型，校正運算部(400)包括校正量計算部(420)，其根據(jù)推定動作狀態(tài)量來計算對由驅(qū)動中驅(qū)動機構(gòu)變形產(chǎn)生的測定誤差進行校正的校正量；測定數(shù)據(jù)合成部(430)，其把驅(qū)動傳感器和檢測傳感器的檢測值與由校正量計算部(420)計算的校正量進行合成并作為測定數(shù)據(jù)。文檔編號G01B21/20GK101358845SQ20081014438公開日2009年2月4日申請日期2008年8月4日優(yōu)先權(quán)日2007年8月3日發(fā)明者清谷進吾申請人:三豐株式會社