JP2000097689A - Method for correcting trend of contour measuring instrument - Google Patents
Method for correcting trend of contour measuring instrumentInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、形状測定機や三次
元測定機等で被測定物の表面性状を測定し、その測定デ
ータを解析する際の測定データの傾斜や大きなうねりな
どを除去するための表面性状測定装置のトレンド補正方
法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring a surface property of an object to be measured by a shape measuring machine or a three-dimensional measuring machine, and removing a tilt or a large swell of the measured data when analyzing the measured data. Correction method for a surface texture measuring device for the purpose.
【０００２】[0002]
【従来の技術】形状測定装置等で被測定物の形状、うね
り、粗さ等（以下、これらをまとめて「表面性状」と呼
ぶ）を解析する場合、通常は、解析に先立ってフィルタ
処理等の前処理を施すことが多い。しかし、データに低
周波成分、特にデータの測定長よりも長い周波数成分
（トレンド）が乗っている場合には、フィルタではこの
成分を除去することはできない。測定データ中からトレ
ンドが除かれていない状態で相関やスペクトル等の解析
を行った場合には、その結果に歪みが生じることにな
る。特に、低周波のスペクトル成分にはその推定量に大
きな誤差が生じる。そこで、測定データからこのような
特殊な成分を除去するためのトレンド補正が、解析の前
段階処理として極めて重要となる。2. Description of the Related Art When analyzing the shape, waviness, roughness, and the like (hereinafter, collectively referred to as "surface properties") of an object to be measured by a shape measuring device or the like, usually, a filtering process or the like is performed prior to the analysis. Pre-processing is often performed. However, when low-frequency components, particularly frequency components (trends) longer than the measured length of data, are included in the data, the filter cannot remove these components. If the correlation, spectrum, or the like is analyzed in a state where the trend is not removed from the measurement data, the result will be distorted. In particular, a low-frequency spectrum component has a large error in its estimation amount. Therefore, a trend correction for removing such a special component from the measurement data is extremely important as a pre-processing of the analysis.
【０００３】図５は、従来のトレンド補正を説明するた
めの図である。トレンド補正は、直線、円、楕円、平
面、球面といった特定の幾何形状を想定し、図５（ａ）
のような対象となる測定データに対して、同図（ｂ）の
ように、幾何形状の当てはめを行う。そして、この結果
得られた最適な幾何形状（この例では直線Ｌ）に対し
て、同図（ｃ）のように測定データとの差をとることに
より補正処理を行う。FIG. 5 is a diagram for explaining conventional trend correction. The trend correction assumes a specific geometric shape such as a straight line, a circle, an ellipse, a plane, and a sphere, and FIG.
The geometrical shape is applied to the target measurement data as shown in FIG. Then, a correction process is performed on the optimal geometric shape (the straight line L in this example) obtained as a result of the difference from the measured data as shown in FIG.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、表面性状デ
ータの解析精度を高めるには、その前処理でトレンド成
分を十分に除去する必要がある。このため、より理想的
には、自由曲線・自由曲面の当てはめを行えばよいが、
この場合、計算量が膨大であり、あまり現実的ではな
い。しかし、例えば図６に示すような測定データが得ら
れた場合、この測定データ曲線に直線Ｌ１や円弧Ｃ１と
いった単純な幾何形状を当てはめるのは、いかにも不適
切である。By the way, in order to improve the analysis accuracy of the surface texture data, it is necessary to sufficiently remove the trend component in the preprocessing. For this reason, more ideally, it is sufficient to apply a free curve / free-form surface,
In this case, the amount of calculation is enormous and not very realistic. However, for example, when the measurement data as shown in FIG. 6 is obtained, it is inappropriate to apply a simple geometric shape such as a straight line L1 or an arc C1 to the measurement data curve.
【０００５】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、処理量の増大を招くことなく、測
定データ曲線から効果的にトレンド成分を除去すること
ができるトレンド除去システムの無駄を削減し、システ
ム更新の手間も省くことができる表面性状測定装置のト
レンド補正方法を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a trend removing system capable of effectively removing a trend component from a measured data curve without increasing the processing amount. An object of the present invention is to provide a trend correction method for a surface texture measuring device that can reduce waste and save time and effort for updating a system.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明に係る表面性状測
定装置のトレンド補正方法は、被測定物を倣い測定して
得られた測定データから前記被測定物の表面性状を解析
するのに先立って、前記測定データに特定の幾何形状を
当てはめたのち、前記測定データから前記幾何形状の成
分を除去することにより前記測定データをトレンド補正
する表面性状測定装置のトレンド補正方法において、前
記測定データを任意の複数のセグメントに分割し、各セ
グメントに対してそれぞれ特定の幾何形状を当てはめ、
各セグメント毎にそのセグメントに割り当てられた幾何
形状の成分を除去することによりトレンド補正を行うよ
うにしたことを特徴とする。A trend correction method for a surface texture measuring apparatus according to the present invention is a method for analyzing the surface texture of an object to be measured from measurement data obtained by scanning and measuring the object to be measured. Then, after applying a specific geometric shape to the measurement data, in a trend correction method of a surface texture measuring device that trend-corrects the measurement data by removing components of the geometric shape from the measurement data, Divide into any number of segments, apply a specific geometry to each segment,
For each segment, the trend correction is performed by removing a component of a geometric shape assigned to the segment.
【０００７】本発明によれば、測定データを任意の複数
のセグメントに分割したのちに、各セグメントに対して
それぞれ特定の幾何形状を当てはめるようにしているの
で、各セグメントに分割することによって測定データが
単純な幾何形状で近似し易くなり、当てはめのための計
算が単純化されることになる。しかも、この発明によれ
ば、測定データを細かいセグメントに分割することによ
り、当てはめ精度も向上し、これによるトレンド除去性
能の向上により、その後の解析処理の精度も向上する。
なお、本発明の効果をより高めるためには、幾何形状と
して最も単純なものを利用することが望ましい。例え
ば、測定データが二次元の測定データである場合、幾何
形状として直線を当てはめ、測定データが三次元の測定
データであるような場合、幾何形状として平面を当ては
める。これにより、最も計算処理が単純化され、処理効
率が向上する。According to the present invention, after the measurement data is divided into a plurality of arbitrary segments, a specific geometric shape is applied to each of the segments. Can be easily approximated by a simple geometrical shape, and the calculation for fitting can be simplified. Moreover, according to the present invention, by dividing the measurement data into fine segments, the fitting accuracy is improved, and the accuracy of the subsequent analysis process is also improved by the improvement of the trend removing performance.
In order to further enhance the effects of the present invention, it is desirable to use the simplest geometric shape. For example, when the measurement data is two-dimensional measurement data, a straight line is applied as the geometric shape, and when the measurement data is three-dimensional measurement data, a plane is applied as the geometric shape. This simplifies the calculation processing most and improves the processing efficiency.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照してこの
発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、
この発明の一実施例に係る表面性状測定装置システムの
構成を示す図である。このシステムは、形状測定機１
と、この形状測定機１で得られた測定データを解析して
被測定物であるワーク２の形状を同定する形状解析装置
としてのコンピュータ３及びプリンタ４とで構成されて
いる。形状測定機１は、この例では、輪郭測定装置を用
いているが、三次元測定機や非接触画像測定機等、他の
表面性状測定機を用いても良い。形状測定機１は、ワー
ク２を載置するためのテーブル１１を有する。このテー
ブル１１には、垂直方向に延びるコラム１２が固定され
ており、このコラム１２にスライダ１３が上下動可能に
装着されている。スライダ１３には、スタイラスアーム
１４が装着されている。スタイラスアーム１４は、水平
（Ｈ）方向に駆動され、その先端に設けられたスタイラ
ス１５によってワーク２のレンズ面をＨ方向にトレース
することにより、Ｈ軸方向の各位置におけるレンズ面の
高さＸが測定データとして求められるようになってい
る。Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG.
It is a figure showing composition of a surface texture measuring device system concerning one example of the present invention. This system is a shape measuring machine 1
And a computer 3 and a printer 4 as a shape analyzing device for analyzing the measurement data obtained by the shape measuring device 1 to identify the shape of the work 2 as the object to be measured. In this example, the profile measuring device 1 uses a contour measuring device, but other surface texture measuring devices such as a three-dimensional measuring device and a non-contact image measuring device may be used. The shape measuring machine 1 has a table 11 on which the work 2 is placed. A column 12 extending in the vertical direction is fixed to the table 11, and a slider 13 is mounted on the column 12 so as to be vertically movable. A stylus arm 14 is mounted on the slider 13. The stylus arm 14 is driven in the horizontal (H) direction, and traces the lens surface of the work 2 in the H direction by a stylus 15 provided at the tip of the stylus arm 14 so that the height X of the lens surface at each position in the H-axis direction is obtained. Is required as measurement data.
【０００９】測定データは、コンピュータ３に取り込ま
れ、形状解析に供せられる。コンピュータ３は、所定の
表面性状解析プログラムによって図２に示すような処理
を実行する。この処理結果は、ディスプレイ装置に表示
出力されたり、プリンタ４にプリントアウトされる。[0009] The measurement data is taken into the computer 3 and used for shape analysis. The computer 3 executes a process as shown in FIG. 2 by a predetermined surface texture analysis program. This processing result is displayed on a display device or printed out to the printer 4.
【００１０】次に、図２に示す処理に基づいてこの実施
例のシステムの解析処理について二次元測定データを一
例として説明する。まず、形状測定機１を起動して測定
データをサンプリングする（Ｓ１）。ここで、図３
（ａ）に示すような測定データがサンプリングされた
ら、この測定データを同図（ｂ）に示すように、水平
（Ｈ）方向に一定の間隔ΔＨで複数のセグメントに分割
する（Ｓ２）。そして、各セグメントに対して、同図
（ｃ）に示すように、直線を当てはめていく（Ｓ３）。Next, the analysis processing of the system of this embodiment will be described based on the processing shown in FIG. 2 by using two-dimensional measurement data as an example. First, the shape measuring machine 1 is activated to sample measurement data (S1). Here, FIG.
When the measurement data as shown in (a) is sampled, the measurement data is divided into a plurality of segments in the horizontal (H) direction at regular intervals ΔH as shown in FIG. Then, a straight line is applied to each segment as shown in FIG.
【００１１】この当てはめ処理について更に詳しく説明
する。いま、第ｉ番目のセグメントＳｉの測定データが
Ｘi（ｈ）＝Ｘi1，Ｘi2，…，Ｘinであるとすると、求
める直線Ｌｉ（＝ａi*ｈ＋ｂi）は、最小二乗法によ
り、下記数１を最小化するａi，ｂiによって求められ
る。This fitting process will be described in more detail. Now, assuming that the measurement data of the i-th segment Si is Xi (h) = Xi1, Xi2,..., Xin, the straight line Li (= ai * h + bi) to be obtained is obtained by minimizing the following equation 1 by the least square method. It is determined by ai and bi to be converted.
【００１２】[0012]
【数１】 (Equation 1)
【００１３】各セグメント毎にこのような直線を独立に
求めるようにしても良いが、この場合、各々の求められ
た直線Ｌiは、各セグメントの接続点で連続しないこと
になる。この場合、トレンド除去した測定データにセグ
メントの分割周期のノイズが乗ってしまうことが考えら
れる。そこで、好ましくは、直線ＬiとＬi+1との接続点
を連続させるような端点補正処理を実行する。この端点
補正処理は、例えば、各セグメント毎に直線を求めた
後、直線Ｌｉの終点Ｐeiと、直線Ｌi+1の始点Ｐsi、と
を両者の中間点に移動させることにより、連続させるこ
ともできるし、数１による最小二乗法で直線を求める際
に、直前のセグメントの終点位置を通る直線であること
を条件とするようにしても良い。Such a straight line may be obtained independently for each segment, but in this case, the obtained straight lines Li are not continuous at the connection points of the segments. In this case, it is conceivable that noise of the segment division cycle is added to the measurement data from which the trend has been removed. Therefore, it is preferable to execute an end point correction process that makes the connection points of the straight lines Li and Li + 1 continuous. This end point correction processing can be continued by, for example, obtaining a straight line for each segment, and then moving the end point Pei of the straight line Li and the start point Psi of the straight line Li + 1 to an intermediate point therebetween. When a straight line is obtained by the least squares method using Equation 1, a straight line passing through the end point of the immediately preceding segment may be used.
【００１４】このようにして各セグメントの測定データ
に直線が当てはめられたら、次にトレンド補正処理を実
行し、測定データから直線の値を減算する（Ｓ４）。こ
れにより、トレンド成分が除去されるので、以後、必要
に応じてフィルタリング処理を施したのち、スペクトル
分析、相関分析などの必要なデータの解析を行えば良い
（Ｓ５）。When a straight line is applied to the measured data of each segment in this way, a trend correction process is executed next, and the value of the straight line is subtracted from the measured data (S4). As a result, the trend component is removed. Thereafter, after performing a filtering process as necessary, it is sufficient to analyze necessary data such as spectrum analysis and correlation analysis (S5).
【００１５】以上の実施例では、二次元測定データに対
して直線を当てはめたが、例えば図４（ａ）に示すよう
に、測定データが三次元測定機により得られた自由曲面
である場合には、この多面体を同図（ｂ）に示すよう
に、一定の広さの複数のセグメントＳijに分割し、各セ
グメントＳijに対して平面を当てはめて、得られた同図
（ｃ）のような多面体を基準としてトレンド補正を行う
ようにすればよい。このとき、前述したように、各隣接
する平面の接続辺を共通にすると、セグメント周期のノ
イズを低減することができる。In the above embodiment, a straight line is applied to the two-dimensional measurement data. However, as shown in FIG. 4A, for example, when the measurement data is a free-form surface obtained by a three-dimensional measuring machine, Is obtained by dividing this polyhedron into a plurality of segments Sij having a fixed size as shown in FIG. 2B and applying a plane to each segment Sij, as shown in FIG. What is necessary is just to make the trend correction based on the polyhedron. At this time, as described above, by making the connection sides of the adjacent planes common, it is possible to reduce the noise of the segment period.
【００１６】各セグメントの大きさは全て同一としても
良いが、測定データのトレンドに応じて、各々異なる大
きさのセグメントに分割すると、更にあてはめ精度は向
上する。この場合、手動でセグメントの分割点を指定す
るようにしても良いが、測定データを開始点から順次解
析して、どこからどこまでが円か、或いは直線かという
ように、同一の図形要素の区切りを自動判定して、測定
データ全域にわたって円弧で近似できる部分、直線で近
似できる部分、楕円弧で近似できる部分等を決定してい
くようにしても良い。この場合、例えば入力データ列の
始点から順番に、始めは予め定めた初期当てはめ点数
（例えば３〜５点）のデータについて図形要素の当ては
め計算を行い、以後、誤差チェックによって当てはめ誤
差が予め定めた値よりも大きくなるまで当てはめ点数を
増加させていくことにより、１つの図形要素の範囲を決
定することができる。Although the size of each segment may be the same, if the data is divided into segments of different sizes according to the trend of the measurement data, the fitting accuracy is further improved. In this case, the segmentation point of the segment may be manually specified. However, the measurement data is sequentially analyzed from the start point, and the same graphic element is separated, for example, as a circle or a straight line. Automatic determination may be made to determine a portion that can be approximated by a circular arc, a portion that can be approximated by a straight line, a portion that can be approximated by an elliptical arc, and the like over the entire measurement data. In this case, for example, in order from the start point of the input data sequence, first, a graphic element fitting calculation is performed on data having a predetermined number of initial fitting points (for example, 3 to 5 points), and thereafter, a fitting error is predetermined by an error check. By increasing the number of fitting points until the value becomes larger than the value, the range of one graphic element can be determined.
【００１７】また、測定データではなく、被測定物の設
計データを基にして各セグメントの大きさを決定しても
良い。即ち、一般に設計データは円や直線等の単純形状
の組合せである場合が多く、さらに測定データと異な
り、測定誤差やノイズの重畳が無いため、セグメントの
分割が極めて容易である。従って、そのような設計デー
タの利点を生かしてセグメントの分割を行うようにすれ
ば、当てはめ精度は向上する。The size of each segment may be determined based on the design data of the device under test instead of the measurement data. That is, in general, design data is often a combination of simple shapes such as circles and straight lines, and unlike measurement data, there is no measurement error or superimposition of noise, so segmentation is extremely easy. Therefore, if segmentation is performed taking advantage of such design data, fitting accuracy is improved.
【００１８】[0018]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、測
定データを任意の複数のセグメントに分割することによ
って測定データが単純な幾何形状で近似し易くなり、当
てはめのための計算が単純化されることになるうえ、当
てはめ精度も向上し、これによるトレンド除去性能の向
上により、その後の解析処理の精度も向上するという効
果を奏する。As described above, according to the present invention, by dividing the measurement data into a plurality of arbitrary segments, the measurement data can be easily approximated by a simple geometric shape, and the calculation for fitting can be simplified. In addition, the fitting accuracy is improved, and the improvement of the trend removal performance thereby improves the accuracy of the subsequent analysis processing.
【図１】 本発明の実施例に係る表面性状測定システム
の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a surface texture measuring system according to an embodiment of the present invention.
【図２】 同システムの解析処理のフローチャートであ
る。FIG. 2 is a flowchart of an analysis process of the system.
【図３】 同解析処理のトレンド補正を説明するための
図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a trend correction in the analysis processing.
【図４】 本発明の他の実施例に係る解析処理のトレン
ド補正を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a trend correction in an analysis process according to another embodiment of the present invention.
【図５】 従来のトレンド補正を説明するための図であ
る。FIG. 5 is a diagram for explaining conventional trend correction.
【図６】 従来のトレンド補正の問題点を説明するため
の図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a problem of a conventional trend correction.
１…形状測定機、２…ワーク、３…コンピュータ、４…
プリンタ、１１…テーブル、１２…コラム、１３…スラ
イダ、１４…スタイラスアーム、１５…スタイラス。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Shape measuring machine, 2 ... Work, 3 ... Computer, 4 ...
Printer, 11 table, 12 column, 13 slider, 14 stylus arm, 15 stylus.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F069 AA04 AA57 AA60 AA66 GG01 GG12 GG62 GG71 HH01 HH04 JJ05 NN00 NN17 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F069 AA04 AA57 AA60 AA66 GG01 GG12 GG62 GG71 HH01 HH04 JJ05 NN00 NN17
Claims (6)
ータから前記被測定物の表面性状を解析するのに先立っ
て、前記測定データに特定の幾何形状を当てはめたの
ち、前記測定データから前記幾何形状の成分を除去する
ことにより前記測定データをトレンド補正する表面性状
測定装置のトレンド補正方法において、 前記測定データを任意の複数のセグメントに分割し、各
セグメントに対してそれぞれ特定の幾何形状を当ては
め、各セグメント毎にそのセグメントに割り当てられた
幾何形状の成分を除去することによりトレンド補正を行
うようにしたことを特徴とする表面性状測定装置のトレ
ンド補正方法。1. A method for applying a specific geometric shape to the measurement data prior to analyzing a surface property of the measurement object from measurement data obtained by scanning and measuring the measurement object, and then measuring the measurement data. In a trend correction method of a surface texture measuring device for trend-correcting the measurement data by removing the components of the geometric shape from, the measurement data is divided into an arbitrary plurality of segments, and a specific geometric A trend correction method for a surface texture measuring device, wherein a trend is corrected by applying a shape and removing a component of a geometric shape assigned to each segment for each segment.
ある場合、前記幾何形状として直線を当てはめることを
特徴とする請求項１記載の表面性状測定装置のトレンド
補正方法。2. The trend correction method for a surface texture measuring device according to claim 1, wherein when the measurement data is two-dimensional measurement data, a straight line is applied as the geometric shape.
ある場合、前記幾何形状として平面を当てはめることを
特徴とする請求項１記載の表面性状測定装置のトレンド
補正方法。3. The method according to claim 1, wherein when the measurement data is three-dimensional measurement data, a plane is applied as the geometric shape.
何形状は、その接続部の座標値を等しくするものである
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の表
面性状測定装置のトレンド補正方法。4. The surface texture measuring apparatus according to claim 1, wherein the geometric shapes assigned to the adjacent segments make the coordinate values of the connection portions equal. Trend correction method.
囲を当該図形要素の当てはめ誤差に基づいて判定し、同
一の図形要素と判定された範囲を１つのセグメントとし
て前記測定データを複数のセグメントに分割するように
したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載
の表面性状測定装置のトレンド補正方法。5. A range of the same graphic element is determined from the measurement data based on a fitting error of the graphic element, and the range determined as the same graphic element is defined as one segment, and the measurement data is divided into a plurality of segments. The trend correction method for a surface texture measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein the trend is divided.
前記測定データを前記複数のセグメントに分割するよう
にしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記
載の表面性状測定装置のトレンド補正方法。6. Based on the design data of the device under test,
The trend correction method for a surface texture measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein the measurement data is divided into the plurality of segments.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26927698A JP3537673B2 (en) | 1998-09-24 | 1998-09-24 | Trend correction method for surface texture measuring device |
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