(57)【要約】【課題】機械共振周波数で振動している触針子の振動が減衰するのを待つことなく、所望の接触荷重を得ることができるようにすること。【解決手段】処理部１１９は、機械共振周波数で振動している触針子の振動が減衰するのを待つことなく、触針子を被測定面に向けて等速で下降していき、触針子の変位に相当するＤ／Ａコンバータ１０６の出力信号に含まれる周波数を電圧に変換した信号と所定の電圧１０９とを比較する比較器１０８の出力に基づいて触針子の下降を減速し、上記周波数を電圧に変換した信号と所定の電圧１１１とを比較する比較器１１０の出力に基づいて触針子の接触圧力の微調整を開始し、上記Ｄ／Ａコンバータ１０６の出力信号に含まれる直流成分を抽出した信号と所定の電圧１１８とを比較する比較器１１７の出力に基づいて触針子の下降を停止すると共に、測定を開始する。【選択図】      図１
2005106549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触針子と、この触針子の変位を検出する検出部とを備えた形状測定装置において、
前記検出部の出力信号を電気信号に変換する電気変換回路と、
この電気変換回路の出力信号に含まれる周波数を電圧に変換する周波数／電圧変換回路と、
この周波数／電圧変換回路の出力信号と、第１の所定の電圧とを比較する第１の比較器と、
前記周波数／電圧変換回路の出力信号と、第２の所定の電圧とを比較する第２の比較器と、
前記電気変換回路の出力信号に含まれる直流成分を抽出する直流抽出回路と、
この直流抽出回路の出力信号と、第３の所定の電圧とを比較する第３の比較器と、
前記第１乃至第３の比較器の出力を判定する処理部と、
を具備し、
前記処理部は、
前記触針子を被測定面に向けて下降していき、
前記第１の比較器の出力に基づいて、前記触針子の下降を減速し、
前記第２の比較器の出力に基づいて、前記触針子の接触圧力の微調整を開始し、
前記第３の比較器の出力に基づいて、前記触針子の下降を停止すると共に、測定を開始する、
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記処理部は、前記触針子の下降を減速した後、前記直流抽出回路の出力信号に基づいて、前記触針子の被測定面への接触の確認を行い、非接触の場合には前記等速での下降を再開することを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、金型等における被測定面の形状を接触式プローブを用いて測定する形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光学素子、金型等における被測定面の形状を測定するために、接触式プローブを用いた形状測定装置が開発されている。
【０００３】
図５（Ａ）は、形状測定装置に用いられる接触式プローブの一例を示す縦断面図である。
【０００４】
同図において、触針子２の先端には、被測定物と接触する真球１が取り付けられている。この触針子２の変位を検出するための検出部として、変位計３が、触針子２の上端と対面する位置に配置されている。
【０００５】
触針子２は、給気孔６から給気される静圧空気軸受け５によって、ハウジング４内に非接触状態で支持されている。ここで、この触針子２は、横方向には拘束され、かつ上下方向には摺動抵抗無く変位可能となっている。また、触針子２の上端には、該触針子２を支持し、ハウジング４に固定されているバネ７がある。
【０００６】
次に、この接触式プローブを用いた形状測定装置の基本動作を説明する。
【０００７】
真球１が被測定面に接触していない状態では、触針子２及び真球１の自重とバネ７のバネ力が釣合っている。これが初期位置となる。
【０００８】
この状態から、図示しない被測定面の形状を測定する。まず、触針子２の先端の真球１を、被測定面に接触させる。これにより、触針子２は、バネ７によるバネ力と被測定面からの反力が釣合う位置に移動する。よって、初期位置から、上記位置に触針子２が移動したときの変位が上記変位計３により得られる。この変位量が一定になるように接触式プローブの上下方向の位置を制御することにより、触針子２の接触荷重を一定量に制御できる。こうして触針子２の接触荷重を一定に保った状態で、被測定面を走査することにより、被測定面の形状を測定することができる。
【０００９】
上述したような原理の接触式プローブでは、触針子２が機械共振周波数で振動し易い。特に、測定開始前の接触式プローブにおいては、真球１は被測定面と非接触状態であり、非常に共振し易い。一方、被測定面の形状を正確に測定するためには、触針子２の接触荷重を所望の接触荷重にする必要がある。そして、所望の接触荷重を得るためには、触針子２の初期位置を正確に把握する必要がある。しかしながら、触針子２が機械共振周波数で振動している状態では、触針子２の初期位置を検出できないという問題があった。
【００１０】
このような接触式プローブの問題を解決する形状測定装置が各種提案されており、例えば、特許文献１は、このような形状測定装置の一つを開示している。
【００１１】
この形状測定装置も、図５（Ａ）の構造において、初期位置に位置する触針子２の変位を変位計３によって検出している。ただし、この形状測定装置は、図５（Ｂ）に示すように、この検出信号に対して演算処理を行う演算処理手段８を有している。
【００１２】
図５（Ｃ）は、変位計３の出力信号のサンプリング周期を例示するグラフである。ここでは、触針子２の変位ｄｚを、所定サンプリング時間ｔｓにてサンプリングしている。また、図６（Ａ）及び（Ｂ）は、図５（Ｃ）に示すような変位計３の出力信号に対して、演算処理として平均化処理を用いた例を示している。即ち、図６（Ａ）は、変位ｄｚの振動の振幅が時間とともに減衰していく過程を示す。このような変位ｄｚを所定サンプリング時間ｔｓでサンプリングし、所定の回数ｍだけ移動平均化処理をした結果が図６（Ｂ）であり、所定時間後（約４秒）を触針子２の初期位置としている。
【００１３】
また、図７（Ａ）及び（Ｂ）は、図５（Ｃ）に示すような変位計３の出力信号に対して、演算処理としてローパスフィルタを用いた例を示している。即ち、図７（Ａ）に示すような時間とともに振幅が減衰していく変位ｄｚに対して、ローパスフィルタとしてアナログ処理またはデジタル処理を用いている。その場合のフィルタリング後のデータを、図７（Ｂ）に示す。ここでは、所定時間後（約３秒）を触針子２の初期位置としている。
【００１４】
また、図８は、図６（Ａ）に示す変位ｄｚに対して、演算処理として不偏分散σ２を求める例を示す。触針子２の振動が収束方向に向かうと、不偏分散σ２は減少する。そして、この不偏分散σ２が所定の値より小さくなったときを初期位置としている。
【特許文献１】特開２００３−９７９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
図６（Ａ）乃至図８に示した従来技術では、いずれの場合も、機械共振周波数で振動する触針子２の振動を変位計３で検出して、演算処理手段８で演算している。このようにすることにより、振動が減衰して収束したことを判断して、このときの触針子２の位置を初期位置とみなしている。従って、触針子２の所望の接触荷重を得るためには、触針子２の振動が減衰して収束し、触針子２の初期位置を把握できるまで待つ必要がある。
【００１６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、機械共振周波数で振動している触針子の振動が減衰するのを待つことなく、所望の触針子の接触荷重を得ることができる形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するために、本発明による形状測定装置は、
触針子と、この触針子の変位を検出する検出部とを備えた形状測定装置において、
前記検出部の出力信号を電気信号に変換する電気変換回路と、
この電気変換回路の出力信号に含まれる周波数を電圧に変換する周波数／電圧変換回路と、
この周波数／電圧変換回路の出力信号と、第１の所定の電圧とを比較する第１の比較器と、
前記周波数／電圧変換回路の出力信号と、第２の所定の電圧とを比較する第２の比較器と、
前記電気変換回路の出力信号に含まれる直流成分を抽出する直流抽出回路と、
この直流抽出回路の出力信号と、第３の所定の電圧とを比較する第３の比較器と、
前記第１乃至第３の比較器の出力を判定する処理部と、
を具備し、
前記処理部は、
（機械共振周波数で振動している前記触針子の振動が減衰するのを待つことなく）前記触針子を被測定面に向けて下降していき、
前記第１の比較器の出力に基づいて、前記触針子の下降を減速し、
前記第２の比較器の出力に基づいて、前記触針子の接触圧力（即ち上下方向位置）の微調整を開始し、
前記第３の比較器の出力に基づいて、前記触針子の下降を停止すると共に、測定を開始する、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、機械共振周波数で振動している触針子の振動が減衰するのを待つことなく、所望の接触荷重を得ることができる形状測定装置を提供することができる。
【００１９】
従って、実際の測定を開始するまでの待ち時間が不要となり、測定完了までのトータルの時間の短縮が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００２１】
図３は、本実施形態に係る形状測定装置に用いられる接触式プローブと、このプローブの変位計の出力信号を処理する処理回路とを示す概念図である。なお、接触式プローブの構造については、先に背景技術で説明したものと同一のため、その説明を省略する。
【００２２】
図３において、変位計３は、接触式プローブにおける触針子２の変位を検出する検出部である。また、電圧変換回路は、該変位計３の出力信号に変換する回路である。
【００２３】
この変位計３の出力端は、電圧変換回路１０の入力端に接続される。この電圧変換回路１０の出力端は、Ｆ／Ｖコンバータ１１に接続される。ここで、Ｆ／Ｖコンバータ１１は、該電圧変換回路１０の出力信号（ｂ）に含まれる周波数を電圧に変換する。そして、このＦ／Ｖコンバータ１１の出力端は、第１の比較器としての比較器１２の一方の入力端と、第２の比較器としての比較器１３の一方の入力端に接続されている。ここで、比較器１２の他方の入力端には、第１の所定の電圧（ｃ）が与えられている。よって、該比較器１２は、上記Ｆ／Ｖコンバータ１１の出力信号（ｄ）と、この第１の所定の電圧（ｃ）との比較を行う。また、比較器１３の他方の入力端には第２の所定の電圧（ｆ）が与えられている。よって、該比較器１３は、上記Ｆ／Ｖコンバータ１１の出力信号（ｄ）と、この第２の所定の電圧（ｆ）との比較を行う。
【００２４】
一方、上記電圧変換回路１０の出力端は、更に、直流抽出回路１４に接続されている。この直流抽出回路１４は、該電圧変換回路１０の出力信号（ｂ）に含まれる直流成分を抽出する。なおここで、該直流抽出回路１４は、直流成分除去ユニット１５と、減算器１６とから構成されている。このうち、直流成分除去ユニット１５は、上記電圧変換回路１０の出力信号（ｂ）の直流成分を除去する。また、減算器１６は、該直流成分除去ユニット１５の出力信号（ｈ）と上記電圧変換回路１０の出力信号（ｂ）との差分を出力する。この直流抽出回路１４の出力端、つまり減算器１６の出力端は、第３の比較器としての比較器１７の一方の入力端に接続されている。ここで、該比較器１７の他方の入力端には、第３の所定の電圧（ｊ）が与えられている。よって、該比較器１７は、上記直流抽出回路１４の出力信号、つまり減算器１６の出力信号（ｉ）とこの第３の所定の電圧（ｊ）との比較を行う。
【００２５】
図４は、図３に示した処理回路の各出力信号の状態を示すタイミングチャート図である。ここでは、接触式プローブを被測定面に接触させ、所望の接触荷重を得るまでの過程が示されている。なお、図３の処理回路の各出力信号を示す符号（ｂ），（ｃ），…は、図４の符号（ｂ），（ｃ），…と同一である。また、図４において、所望の接触荷重を得るまでの過程としては、以下の（ア）〜（ウ）がある。すなわち、被測定面とは非接触状態である接触式プローブを不図示の駆動部により等速度で下降させ、触針子２の真球１が被測定面に接触するまでの過程（ア）と、真球１が被測定面に接触した時点（ｔ１）から所望の接触荷重に到達するまでの過程（イ）と、所望の接触荷重に到達した時点（ｔ２）から接触荷重を一定に制御するサーボ動作に移行する過程（ウ）である。
【００２６】
まず測定に先立って、図示しない駆動部により接触式プローブをゆっくりと移動させ、真球１を非接触状態から被測定面に接触した状態にする。続いて、真球１に荷重をかけ、接触式プローブの変位に対応した触針圧の関係を予め求めておく。
【００２７】
その後、図示しない駆動部により、接触式プローブを被測定面とは接触してない状態（非接触状態）に戻す。このとき、触針子は機械共振周波数で振動している。
【００２８】
本実施形態では、この触針子の振動が減衰するのを待つことなく、接触式プローブを等速度で下降させていく。
【００２９】
このとき、接触式プローブの変位計３の出力信号は、電圧変換回路１０によって、変位が電圧変換されている。そして、このように等速下降している過程（ア）においては、プローブの触針子２は、バネ７の力が非常に小さいため、機械共振周波数で振動する。初期位置における状態（振動が無い状態）の電圧変換回路１０の出力信号を０Ｖとすると、このように機械共振周波数で振動する状態の信号（ｂ）の波形は、０Ｖを中心に振動する。
【００３０】
そして、被測定面と真球１とが接触した時（ｔ１）、真球１は被測定面と弾性衝突をするので、触針子２は外力を受ける。そのため、電圧変換回路１０の出力信号（ｂ）は、高調波成分の信号が重畳される。
【００３１】
上記電圧変換回路１０の出力信号（ｂ）に含まれる周波数成分は、Ｆ／Ｖコンバータ１１により電圧に変換される。このＦ／Ｖコンバータ１１の出力信号（ｄ）としては、過程（ア）においては、触針子２の機械共振周波数に対応した電圧が出力される。そして、測定面に真球１が接触した時（ｔ１）には、出力信号（ｂ）において高周波成分が発生する。この高調波成分は、Ｆ／Ｖコンバータ１１の出力信号（ｄ）において、大きな電圧変化としてあらわれる（ｔ１における電圧変化）。従って、この出力信号（ｄ）の電圧と、ある所定の電圧（第１の所定電圧（ｃ））とを比較器１２を用いて比較し、Ｆ／Ｖコンバータ１１の出力電圧がその所定の電圧（ｃ）よりも大きくなったことを検出することで、真球１が被測定面に接触した時を瞬時に検出できる。
【００３２】
而して、上記等速下降の開始後、上記比較器１２の出力信号（ｅ）をモニタし、該比較器１２の出力信号（ｅ）により真球１が被測定面と接触したことを検出したならば、接触式プローブの駆動速度を減速させる。
【００３３】
なお、接触式プローブを等速下降させる際の最大速度は、真球１が被測定面に接触した時点から下降速度を減速して停止する時点までに接触式プローブが移動する距離よりも、触針子２がハウジング４の中で移動可能な距離（ストローク）の１／２のほうが、長くなるような速度でなければならない。例えば、接触式プローブの下降速度が初期速度Ｖ０から速度Ｖに変化したとすると、
Ｖ＜２−Ｖ０２＝２ａＳ
ここでａ：プローブの加速度
Ｓ：プローブの移動距離
という関係が成り立つ。そして、触針子２のストロークをｘとすると、接触式プローブが停止したとき（Ｖ＝０のとき）に、触針子２の移動量がストロークの１／２以下となるためには、
−Ｖ０２≦２×ａ×（ｘ／２）                  …（式１）
を満足する必要がある。従って、接触式プローブは、ａ≧（−Ｖ０２）／ｘの加速度で減速する必要がある。
【００３４】
このような加速度で減速している期間、つまり過程（イ）においては、真球１が被測定面に接触しているので、機械共振周波数が変化する。更に、被測定面と接触しているため、触針子２の振動は急激に減衰する。よって、電圧変換回路１０の出力信号（ｂ）も同様に減衰する。このとき、Ｆ／Ｖコンバータ１１の出力電圧（ｄ）も、過程（イ）に示すように徐々に小さくなるように変化する。そして、共振周波数が小さくなって動作範囲外になると、出力を停止する（ウ）。従って、このＦ／Ｖコンバータ１１の出力電圧（ｄ）と、ある所定の電圧（第２の所定電圧（ｆ））とを比較器１３を用いて比較し、Ｆ／Ｖコンバータ１１の出力電圧が所定の電圧以下になったことを検出することで、触針子２が安定したことを確認できる。
【００３５】
而して、上記減速を開始した後、上記比較器１３の出力信号（ｇ）をモニタし、該比較器１３の出力信号（ｇ）により触針子２が安定したことを確認できるのを待つ。
【００３６】
一方、上記電圧変換回路１０の出力信号（ｂ）に含まれる直流成分のみを抽出する直流抽出回路１４においては、直流成分除去ユニット１５により、電圧変換回路１０の出力信号（ｂ）の直流成分が除去される。そして、該直流成分除去ユニット１５の出力信号（ｈ）と上記電圧変換回路１０の出力信号（ｂ）との差分を、減算器１６によって求めるようになっている。この減算器１６の出力信号が、該直流抽出回路１４の出力信号（ｉ）となる。このように、出力信号（ｉ）は、触針子２の変位が電圧変換回路１０で電圧変換された信号（ｂ）に含まれる直流成分のみの信号である。
【００３７】
過程（イ）では、変位計３に対して触針子２が近づく方向に変位するため、直流抽出回路１４の出力信号（ｉ）は変化していく。そこで、この直流抽出回路１４の出力信号（ｉ）と所定の電圧（第３の所定電圧（ｊ））とを比較器１７により比較する。ここで、この所定の電圧（ｊ）とは、所望の接触荷重となる電圧変換回路１０の出力電圧に相当するものである。この所定の電圧（ｊ）は、上述したように、本測定動作に先立って、予め、触針子２と被測定面との距離を変えて、非接触状態からゆっくりと接触状態とすることにより、接触荷重と電圧変換回路１０の出力電圧の関係を測定することにより求めた値を用いる。
【００３８】
而して、比較器１７の出力信号（ｋ）をモニタし、減算器１６の出力信号である電圧（ｉ）が所定の電圧（ｊ）と一致したとき、所望の接触荷重が得られたものとして、接触式プローブの下降を停止する。
【００３９】
そして、以降の過程（ウ）において、接触荷重が一定になるように接触式プローブを上下方向に駆動するサーボ動作を行う。
【００４０】
次に、図１を用いて、本実施形態に係る形状測定装置について説明する。本実施形態に係る形状測定装置は、図３に示したような接触式プローブとこのプローブの変位計の出力信号を処理する処理回路とを有する。
【００４１】
図１において、接触式プローブ１０４の構成は、基本的に図３の接触式プローブと同様の構成であるので、変更部分のみ説明をする。接触式プローブ１０４では、図３の変位計３の代わりに、リニアスケール１００を触針子に取り付けてあると共に、このリニアスケール１００の変位を読み込むエンコーダヘッド１０１をプローブ１０４内に設けている。また、図３の電圧変換回路１０の代わりに、エンコーダヘッド１０１の出力信号をデジタル化するカウンタ回路１０５と、この出力を電圧に変換するＤ／Ａコンバータ１０６とを設けている。このＤ／Ａコンバータ１０６の出力信号を処理するＦ／Ｖ変換回路１０７と、比較器１０８及び比較器１１０は、図３のＦ／Ｖコンバータ１１、比較器１２，１３と同様のものである。比較器１０８には上記第１の所定電圧（ｃ）に相当する所定の電圧１０９が、また、比較器１１０には上記第２の所定電圧（ｆ）に相当する所定の電圧１１１が、それぞれ入力されている。
【００４２】
また、上記Ｄ／Ａコンバータ１０６の出力信号に含まれる直流成分を抽出するために、所定のユニットと減算器１６が設けられている。所定のユニットは、図３の直流成分除去ユニットに対応するもので、コンデンサ１１３、抵抗１１４及びバッファ１１２，１１５からなる。減算回路１１６は、このユニットの出力信号と上記Ｄ／Ａコンバータ１０６の差信号を求めるもので、図３の減算器１６に相当する。いずれもＯＰアンプを用いて構成している。更に、図３の比較器１７に相当するものとして、比較器１１７がある。この比較器１１７には、上記減算回路１１６の出力信号と、第３の所定電圧（ｊ）に相当する所定の電圧１１８とが入力される。
【００４３】
そして、上記３つの比較器１０８，１１０，１１７の出力信号（ｅ），（ｇ），（ｋ）、並びに、上記減算回路１１６の出力信号（ｉ）が処理部１１９に供給されるようになっている。この処理部１１９として、専用の処理装置を組み込んでも良いし、パソコン等を利用することも可能である。
【００４４】
一方、上記接触式プローブ１０４は、上下方向に移動するＺ軸ステージ１０３に固定されている。このＺ軸ステージ１０３のリニアスケール１０２は、Ｚ軸ステージ１０３の移動量を管理するために設けられている。
【００４５】
また、被測定面は、図示しないＸＹステージを用いて自在に移動できるようになっている。このＸＹステージには、図示しないリニアエンコーダがあり、このリニアエンコーダの出力を用いて、位置決め制御する。
【００４６】
被測定面を移動するＸＹステージのＸ座標及びＹ座標と、Ｚ軸ステージ１０３のＺ座標は、図示しないＸ軸レーザ測長器、Ｙ軸レーザ測長器、Ｚ軸レーザ測長器によって測定される。これらの各測長器のデータは、処理部１１９で同時に取り込み、形状データとして保存する。
【００４７】
このような構成の形状測定装置の動作を、図２（Ａ）のフローチャートを参照して説明する。
【００４８】
まず、接触式プローブ１０４を非接触状態からゆっくりと接触状態にして、接触式プローブ１０４に荷重をかける。そして、触針子の変位（リニアスケール１００とエンコーダヘッド１０１の相対的な変位）に対応したＤ／Ａコンバータ１０６の電圧値との関係（接触荷重と電圧値との相関）を、予め求めておく。
【００４９】
その後、被測定面の形状測定を開始する前においては、非接触状態で位置するよう、接触式プローブ１０４を被測定面上部の位置に戻しておく。
【００５０】
そして、処理部１１９は、図示しない駆動部を制御して、そのように被測定面とは非接触状態にある接触式プローブ１０４を等速度で下降させる（ステップＳ１）。このとき、接触式プローブ１０４の降下は、機械共振周波数で振動している触針子の振動が減衰するのを待つことなく行なわれる。
【００５１】
接触式プローブ１０４先端の真球が被測定面と接触したことは、Ｆ／Ｖ変換回路１０７の出力信号と所定の電圧１０９とを比較することで検出する。すなわち、比較器１０８の出力信号（ｅ）を用いて判断することができる。ここで、比較器１０８の出力信号（ｅ）は、図４の信号波形（ｅ）に対応している。即ち、処理部１１９は、この出力信号（ｅ）がアクティブになった時、接触式プローブ１０４の先端（真球）が被測定面に接触したと判断する（ステップＳ２）。そして、そのような接触検出に応じて、処理部１１９は、図示しない駆動部を制御して、接触式プローブ１０４の下降速度を減速させる（ステップＳ３）。
【００５２】
処理部１１９は、このように下降速度の減速を開始した後、接触式プローブ１０４の触針子が安定したことを確認できるのを待つ（ステップＳ４）。接触式プローブ１０４の触針子が安定したか否かは、Ｆ／Ｖ変換回路１０７の出力信号と所定の電圧１１１とを比較することで判断できる。すなわち、比較器１１０の出力信号（ｇ）を用いて判断する。ここで、この比較器１１０の出力信号（ｇ）は、図４の信号波形（ｇ）に対応する。
【００５３】
一方、直流成分を除去するユニットでは、まずコンデンサ１１３を用いてＤ／Ａコンバータ１０６の出力信号に含まれる直流成分をカットし、交流成分のみにする。なお、抵抗１１４は、コンデンサ１１３の放電用である。時定数は、２〜３Ｈｚ程度で十分である。この交流信号とＤ／Ａコンバータ１０６の出力信号との差信号を減算回路１１６へ入力し、直流成分のみを抽出する。
【００５４】
減算回路１１６の出力信号（ｉ）が、触針子の変位（リニアスケール１００とエンコーダヘッド１０１の相対的な変位）である。この出力信号（ｉ）と所定の電圧１１８から比較器１１７を用いて出力信号（ｋ）を得る。この出力信号（ｋ）がアクティブになった時が、所望の接触荷重である。
【００５５】
而して、処理部１１９は、この比較器１１７の出力信号（ｋ）により所望の接触荷重が得られたことを確認すると（ステップＳ５）、接触式プローブ１０４の下降を停止する（ステップＳ６）。
【００５６】
こうして、接触式プローブ１０４の下降を停止した後、処理部１１９は、実際の測定動作に入る（ステップＳ７）。即ち、まず、Ｄ／Ａコンバータ１０６の値を図示しない記憶部に記憶し、この値が一定になるようにＺ軸ステージ１０３の上下方向の位置を制御するサーボ動作を開始する。このＺ軸ステージのサーボ動作を開始したならば、次に、被測定面をＸＹ方向に移動する。被測定面をＸＹ方向に移動すると、被測定面の高さ（Ｚ方向）の変化により、接触式プローブのエンコーダヘッド１０１の出力（Ｄ／Ａコンバータ１０６の出力）が変化する。この時、この値が一定となるように、サーボ動作を行う。これにより、接触式プローブ１０４を接触荷重を一定に保ったまま、被測定面に追従させることができる。そして、被測定面のＸ座標及びＹ座標をＸ軸レーザ測長器及びＹ軸レーザ測長器で測定し、このときの接触式プローブ１０４のＺ座標をＺ軸レーザ測長器で測定することにより、被測定面の形状を測定する。
【００５７】
このようにして、本実施形態の形状測定装置では、機械共振周波数で振動している触針子の振動が減衰するのを待つことなく、所望の接触荷重を得ることができる。従って、実際の測定を開始するまでの待ち時間が不要となり、測定完了までのトータルの時間の短縮が図れる。
【００５８】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【００５９】
なお、外部振動や接触式プローブを駆動する不図示の駆動部（モータ）によるノイズなどによって、変位計３やエンコーダヘッド１０１の出力信号にノイズが重畳することがある。
【００６０】
例えば、Ｆ／Ｖコンバータ１１またはＦ／Ｖ変換回路１０７の出力信号（ｄ）に高周波成分が重畳したとする。この場合は、図２（Ｂ）に示すように、比較器１２または比較器１０８の出力信号（ｅ）による接触検出に応じて、接触式プローブの下降速度を減速する（ステップＳ２）。そして、減算器１６または減算回路１１６の出力信号（ｉ）である直流成分の信号が変位しているかを確認する（ステップＳ１１）。触針子が非接触状態であれば、この出力信号（ｉ）は変化しない。従ってこの場合には、ステップＳ１に戻って上記等速下降を再び行う。そして、ステップＳ１１において、上記減算器１６または減算回路１１６の出力信号（ｉ）の変化が確認できれば、接触状態であると判断でき、その場合には、上記ステップＳ４に進んで、上述したような動作を行う。
【００６１】
このような処理を加えることにより、ノイズ等外乱に対して強い処理回路とすることができ、誤動作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【図２】（Ａ）は実施形態に係る形状測定装置の動作を説明するためのフローチャートを示す図であり、（Ｂ）は変形例の動作を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図３】実施形態に係る形状測定装置に用いられる接触式プローブとこのプローブの変位計の出力信号を処理する処理回路とを示す概念図である。
【図４】接触式プローブを被測定面に接触させ、所望の接触荷重を得るまでの過程における、図３に示した処理回路の各出力信号の状態を示すタイミングチャート図である。
【図５】（Ａ）は従来の形状測定装置に用いられる接触式プローブの一例を示す縦断面図、（Ｂ）は接触式プローブの変位計の検出信号に対して演算処理を行う演算処理手段を示す図であり、（Ｃ）は変位計の出力信号のサンプリング周期を例示するグラフを示す図である。
【図６】（Ａ）は変位の振動の振幅が時間とともに減衰していく過程を示す図であり、（Ｂ）はこのような変位を所定サンプリング時間でサンプリングし所定の回数だけ移動平均化処理をした結果を示す図である。
【図７】（Ａ）は変位の振動の振幅が時間とともに減衰していく過程を示す図であり、（Ｂ）はこのような変位に対してローパスフィルタを用いた場合のフィルタリング後のデータを示す図である。
【図８】図６（Ａ）に示す変位に対して演算処理として不偏分散σ２を求めた結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１…真球、  ２…触針子、  ３…変位計、  ４…ハウジング、  ５…静圧空気軸受け、  ６…給気孔、  ７…バネ、  ８…演算処理手段、  １０…電圧変換回路、  １１…Ｆ／Ｖコンバータ、  １２，１３，１７，１０８，１１０，１１７…比較器、  １４…直流抽出回路、  １５…直流成分除去ユニット、  １６…減算器、  １００，１０２…リニアスケール、  １０１…エンコーダヘッド、  １０３…Ｚ軸ステージ、  １０４…接触式プローブ、  １０５…カウンタ回路、  １０６…Ｄ／Ａコンバータ、  １０７…Ｆ／Ｖ変換回路、  １０９，１１１，１１８…所定の電圧、  １１２，１１５…バッファ、  １１３…コンデンサ、  １１４…抵抗、  １１６…減算回路、  １１９…処理部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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