测量控制系统的控制电路的控制参数设定方法和测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种测量控制系统的控制电路的控制参数设定方法和测量装置，对控制电路（２３）依次虚设Ｎ个增益Ｇ↓［ｉ］，将触针（１３１）与被测量物Ｗ接触地进行虚拟测量。将此时从传感检测电路（２１）输出的传感检测信号由滤波器（３１）进行滤波，只取出与包括控制电路（２３）的闭环Ｌ中产生的振荡的频率对应的频率成分。抽取不使闭环Ｌ产生振荡的Ｇ↓［ｊ］，为了提高测量的快速性等将各Ｇ↓［ｊ］中最大的增益设于控制电路（２３）。或相对于被测量物Ｗ下推触针（１３１），测量表示下推量的位移信号和根据触针（１３１）受到的测量负载从传感器（１３）输出的传感信号，基于这两个信号来计算传感器（１３）的增益Ｇ↓［ｓ］’。根据该Ｇ↓［ｓ］’来校正控制电路的增益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测量控制系统的控制电路的控制参数设定方法和测量装置。
技术介绍
作为控制电路的控制参数，有增益、相位补偿频率等，而以往作为测量控制系统的控制电路的增益设定方法，已知有以下的方法，该方法包括取得增益设定所需要的数据的数据取得步骤、基于该数据判断最适于测量的增益的判断步骤，将控制电路的增益设定为被判断为最佳的增益的设定步骤(例如参照专利文献1)。这里，所谓的控制电路的最佳增益，是指能够防止测量控制系统成为自激振荡状态从而实现稳定的测量状态，并且能够进行快速的测量的增益。能够利用各种方法判断最佳增益。例如，文献1(参照日本特开平5-223519号公报)公开了以下的(a)、(b)方法。(a)测量者手动输入增益设定所需要的数据(探针的材质、试样的材质等)的组，并将其与预先所准备的数据表进行比较。在数据表中，表示有多个基准输入数据的组、和作为对于该各基准输入数据的组的最佳增益按以往经验得到的各基准增益的值(比例动作参数PP等)。测量者分别对比亲自手动输入的实际的输入数据的组与多个基准输入数据的组，从其中选择最接近的基准输入数据的组，并将与该基准输入数据的组对应的基准增益作为最佳增益设定在控制电路中。(b)将探针固定于被测量物上的一点，改变控制电路的增益(比例动作参数PP等)并进行虚拟测量，并对每个增益计算电流误差量ΔE。ΔE表示流经探针-试样间的隧道电流值相对于目标电流值的偏离的程度。在测量控制状态下隧道电流值在目标电流值的周围振动那样地变化，因此，ΔE大时表示目标电流值周围的振幅大，测量控制系统变成自激振荡状态(所谓的产生了振荡的状态)；另外，ΔE小时表示目标电流值周围的振幅小，隧道电流值与目标电流值大体一致，测量控制系统变成稳定状态。控制电路的最佳增益的判断，根据将测量控制系统调整为稳定状态的观点进行，将实现小的ΔE的值的增益值判断为最佳增益。具体来讲，将每个增益的ΔE的值与预定的基准值比较，将ΔE小于等于该基准值这样的增益判断为最佳增益。但是，前面所述的(a)、(b)方法分别存在下述问题。(a)方法由于需要精密地进行用于生成数据表的预备测量，所以存在加重测量者的负担这样的问题。另外，将与最接近实际的输入数据的组的基准输入数据对应的基准增益设定为最佳增益，因此该最佳增益也不过是近似值。因此，在超精密测量时等在增益的设定需要高精度的情况下，就不能采用该方法。(b)方法从防止在测量控制系统产生振荡的观点出发，将ΔE的值作为指标来判断控制电路的最佳增益。但是，ΔE的值终究不过是表示隧道电流值的偏离的程度的数值，而不是直接关系到振荡的有无的值。因此，不言而喻，即使ΔE很小，也有可能会产生振荡，采用方法(b)设定最佳增益，也会有不能充分防止振荡的情况出现。另一方面，测量控制系统整体的频率特性也是根据测量装置及被测量物的硬度、弹性等性质而进行变化的。因此，按照上述的文献1的增益设定方法，通过对控制电路设定最佳增益从而将测量控制系统的频率特性调整为最大，即便这样，在将测量装置和被测量物中的至少一者更换成性质不同的测量装置或被测量物的情况下，测量控制系统的频率特性将由于劣化而变小，测量的稳定性就有可能受到破坏。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于，提供一种测量控制系统的控制电路的控制参数设定方法和测量装置，能够高精度地设定可靠地防止测量控制系统的振荡产生的控制参数，并能够稳定且快速地进行测量。本专利技术提供一种测量控制系统中的控制电路的控制参数设定方法，所述测量控制系统包括测量单元，参与对被测量物进行测量，并输出测量信号；控制电路，输出控制信号，控制信号是基于预定的目标值与上述测量信号的输出值之间的偏差得到的；以及控制单元，根据上述控制信号控制上述测量单元以使上述测量信号的输出值与上述目标值相一致，所述控制电路的控制参数设定方法的特征在于，包括虚拟测量数据取得步骤，将上述控制电路的控制参数依次虚拟设定成相互不同的N种控制参数Qi后进行虚拟测量，经过预(给)定时间取得虚拟测量数据Si，此虚拟测量数据Si是基于虚拟测量时输出的上述测量信号而得到的，其中，i＝1，2，...，N；抽取步骤，对每个所取得的上述各虚拟测量数据Si进行频率分析，抽取与上述测量控制系统中预定的振动频率相对应的频率成分的大小要小于预定的基准值的虚拟测量数据Si；以及控制参数设定步骤，将与所抽取出的上述各虚拟测量数据Si相对应的各控制参数Qi中具有最大频率特性的Qi，设定为上述控制电路的控制参数。在本专利技术的测量控制系统中，由测量单元、控制电路和控制单元构成闭环，通过反馈控制来控制测量状态。使控制电路的控制参数为可变，从而能够由此调整闭环整体的控制参数。以下，对控制电路的控制参数设定进行说明。<虚拟测量数据取得步骤> 首先，将控制电路的控制参数依次虚设为N种控制参数Q1～QN，对各控制参数Qi取得虚拟测量数据Si。这里，虚拟测量数据Si是指对每个时间t记录了基于来自测量单元的测量信号的预定的测量量fi的数据，由多个(fi，t)的组构成。将其绘制在坐标平面上，如果平滑地连结各点，则构成关于测量时间t的函数fi(t)。如果做成在虚拟测量中经过预定时间连续地记录测量量fi，则fi直接构成函数fi(t)。即使在虚拟测量中，也进行反馈控制，使得来自测量单元的测量信号的输出值与目标之一致，因此，基于该测量信号的函数fi(t)的值一般是在与上述目标值对应的目标位置的周围振动并随时间变化。这里，如果测量控制系统(闭环)稳定而未产生振荡，则fi(t)的目标位置周围的振幅随着时间t的经过而衰减，fi(t)逐渐接近目标位置。另一方面，如果测量控制系统不稳定而产生振荡，则fi(t)的目标位置周围的振幅即使经过时间t也不衰减，fi(t)维持大于等于一定值的振幅地持续振动。这里，对测量控制系统的振荡与测量控制系统的控制参数间的关系进行简要说明。在本专利技术中，控制电路的控制参数被设为可变。这里，作为控制参数的一例对增益进行说明。测量控制系统的增益由控制电路的增益唯一确定。因此，以下作为控制电路的增益来说明增益。图1A～图1C是关于控制电路的频率传递函数的波特图。图1A是增益曲线图，图1B是相位曲线图。现在，在图1A中示出对控制电路设定了相互不同的增益G1、G2、G3(G1＜G2＜G3)时的各自的增益特性。在本说明中，设专门考虑增益的变化而不考虑相位的变化。因此，图1B的相位曲线图不变。即，图1B中的一条相位曲线，是关于3个增益G1～G3公共的相位曲线。在图1A中大致相互平行地描绘了与各增益G1～G3对应的增益曲线，但这是为了简化说明，实际的增益能够在每个频率具有不同变化率地变化，能够灵活地设定。在测量控制系统的稳定性的判断即是否产生振荡的判断中，已知一般利用增益值为1(增益曲线图上为0)的增益交界频率ωC和相位为-180°的相位交界频率ω0。当增益为G1时，如图1A所示，ωC1＜ω0。因此，当相位小于-180°时，增益总小于等于1(在增益曲线图上为负)，不产生振荡，测量控制系统是稳定的。使增益从G1不断提高成为G2时，ωC2＝ω0。这就是所谓的稳定极限状态，若在此之上提高增益则立刻产生振荡。表示产生了振荡的状态的增益曲线是关于增益G3的增益曲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量控制系统中的控制电路的控制参数设定方法，所述测量控制系统包括：测量单元，参与对被测量物进行测量，并输出测量信号；控制电路，输出控制信号，该控制信号是基于预定的目标值与上述测量信号的输出值之间的偏差得到的；以及控制单元，根据上述控制信号控制上述测量单元以使上述测量信号的输出值与上述目标值相一致，所述控制电路的控制参数设定方法的特征在于，包括：虚拟测量数据取得步骤，将上述控制电路的控制参数依次虚拟设定成相互不同的Ｎ种控制参数Ｑｉ后进行虚拟测量，经过预（给）定时间取得虚拟测量数据Ｓｉ，此虚拟测量数据Ｓｉ是基于虚拟测量时输出的上述测量信号而得到的，其中，ｉ＝１，２，…，Ｎ；抽取步骤，对每个所取得的上述各虚拟测量数据Ｓｉ进行频率分析，抽取与上述测量控制系统中预定的振动频率相对应的频率成分的大小要小于预定的基准值的虚拟测量数据Ｓ↓［ｉ］；以及控制参数设定步骤，将与所抽取出的上述各虚拟测量数据Ｓ↓［ｉ］相对应的各控制参数Ｑ↓［ｉ］中具有最大频率特性的Ｑ↓［ｉ］，设定为上述控制电路的控制参数。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：斋藤章宪，日高和彦，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：JP[日本]