JP2001108431A - 表面性状測定機における凹凸部抽出方法 - Google Patents

表面性状測定機における凹凸部抽出方法

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JP2001108431A
JP2001108431A JP28304599A JP28304599A JP2001108431A JP 2001108431 A JP2001108431 A JP 2001108431A JP 28304599 A JP28304599 A JP 28304599A JP 28304599 A JP28304599 A JP 28304599A JP 2001108431 A JP2001108431 A JP 2001108431A
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displacement
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Tsukasa Kojima
司 小島
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 予備設定された条件で自動的且つ正確な凹凸
部抽出を可能とした表面性状測定機における凹凸部抽出
方法を提供する。 【解決手段】 表面性状測定機によりワーク表面の一方
向に沿った変位の関数としての高さ情報を測定して得ら
れる測定データを処理して前記ワーク表面の凹凸部を抽
出する方法であって、測定データを各変位位置で1次微
分して得られる1次微分値を算出し、測定データを各変
位位置で2次微分して得られる2次微分値を算出し、1
次微分値の絶対値が所定のしきい値を越える変位位置を
求め、連続してしきい値を越える変位位置の中から1次
微分値の絶対値が最大値を示す変位位置を凹凸部のエッ
ジ中心位置と判定し、1次微分値が極大値及び極小値を
示す変位位置との一定の相関関係に基づいて、2次微分
値がピーク値を示す変位位置を凹凸部の始点及び終点と
して判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、真円度測定機、
表面粗さ測定機等の表面性状測定機における凹凸部抽出
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】各種の表面性状測定機では、ワーク表面
の一方向に沿った変位の関数としての高さ情報を測定す
る。ワーク表面に切り欠き等の凹部や凸部がある場合、
測定データを処理してその凹部や凸部を抽出するには、
一般に二つの方法が用いられている。その一つは、図4
に示すように、所定の基準レベルVref1,Vref
2を設定して、これらの基準レベルVref1,Vre
f2との比較により凸部や凹部を抽出する方法である。
他の一つは、図5に示すように、測定データ上に始点及
び終点を指定して、凸部や凹部を抽出する方法である。
なおこの明細書においては、“凹凸部”なる表現は、凹
部及び凸部の少なくとも一方という意味で用いるものと
する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の凹凸部抽出の方
法には問題がある。図4に示す第1の方法では、例えば
図6に示すように凹凸部をスライスする基準レベルが表
面形状のうねり等により変動するようなワークの場合、
一つの基準レベルでは正確な凹凸部の抽出ができない。
また図5に示す第2の方法では、例えば図7に示すよう
に多数の凹凸があるワークの場合に、多くの始点及び終
点の指定操作が必要になり、操作性が悪い。特に、通常
の真円度測定機のようにワークと測定機の座標系が独立
している場合には、測定に従ってワークの設置位置が微
妙に変化する。この様な場合、第2の方法では測定デー
タを見ながら始点及び終点を指定する操作が必要とな
り、予備設定された一つの条件での自動処理が困難であ
る。
【0004】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、予備設定された条件で自動的且つ正確な凹凸部
抽出を可能とした表面性状測定機における凹凸部抽出方
法を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、表面性状測
定機によりワーク表面の一方向に沿った変位の関数とし
ての高さ情報を測定して得られる測定データを処理して
前記ワーク表面の凹凸部を抽出する方法であって、前記
測定データを各変位位置で1次微分して得られる1次微
分値を算出するステップと、前記測定データを各変位位
置で2次微分して得られる2次微分値を算出するステッ
プと、前記1次微分値の絶対値が所定のしきい値を越え
る変位位置を求め、連続してしきい値を超える変位位置
の中から前記1次微分値の絶対値が最大値を示す変位位
置を凹凸部のエッジ中心位置と判定するエッジ判定ステ
ップと、前記1次微分値が極大値及び極小値を示す変位
位置との一定の相関関係に基づいて、前記2次微分値が
ピーク値を示す変位位置を凹凸部の始点及び終点として
判定する凹凸部判定ステップとを有することを特徴とす
る。
【0006】この発明によると、ワークの表面性状を測
定して得られる測定データについて1次微分と2次微分
を行い、凹凸部のエッジでの1次微分値と2次微分値の
相関関係に基づいて、2次微分値のピーク値となる位置
をそれぞれ凹凸部抽出の始点及び終点とする判定を行う
ようにしている。この方法は、測定データの凹凸部をス
ライスして抽出する方法と異なり、スライスすべき基準
レベルが測定変位位置に応じて異なるようなワークであ
っても凹凸部の正確な抽出が可能である。また、凹凸部
抽出は、測定データについての微分処理及び判定処理に
より自動的に行われるので、多数の凹凸部があっても操
作性が問題にならない。従来のような対話的な操作も必
要がなく、予備設定した条件での自動測定が可能であ
る。
【0007】この発明において、具体的に、凹凸部判定
ステップでの判定の手法は、次のようになる。1次微分
値が極大値を示す変位位置の直前にある2次微分値の極
大値の変位位置を凸部の始点と判定し、1次微分値が極
小値を示す変位位置の直後にある2次微分値の極大値の
変位位置を凸部の終点と判定し、1次微分値が極小値を
示す変位位置の直前にある2次微分値の極小値の変位位
置を凹部の始点と判定し、1次微分値が極大値を示す変
位位置の直後にある2次微分値の極小値の変位位置を凹
部の終点と判定する。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図1は、この発明の実施例によ
る、表面性状測定データからの凹凸部抽出の処理フロー
を示している。真円度測定機や表面粗さ測定機によりワ
ーク表面を一方向に走査することにより、変位(距離)
の関数としての高さを測定して測定データが得られる。
この測定データをまず、各変位位置で1次微分して1次
微分値を求める(S1)。ついで、得られた1次微分値
を更に各変位位置で微分することにより、測定データの
各変位位置での2次微分値を求める(S2)。これらの
微分演算には、対象とする変位位置での測定データとそ
の前後の測定データを用いる畳み込み演算を利用する。
【0009】図2は、測定データのうち凸部周辺につい
ての1次微分値と2次微分値の波形を示している。図2
の波形の横方向がワーク表面の性状測定方向の変位xで
ある。真円度測定機の場合であれば、ワークの周方向を
直線に展開したのが図2の変位xである。また図3は同
じく、測定データのうち凹部周辺についての1次微分値
と2次微分値の波形を示している。この実施例では、こ
れらの1次微分値と2次微分値の相関関係に基づいて、
次のようにして凸部及び凹部の抽出を行う。
【0010】まず、1次微分値に基づいて、凹凸部のエ
ッジを抽出する(S3)。具体的には、1次微分値の絶
対値を所定のしきい値と比較して、1次微分値がしきい
値を越える変位位置xを求め、連続してしきい値を超え
ている区間の中で1次微分値の絶対値が最大になる点を
エッジ中心位置と判定する。これは、図2の示す凸部で
は、1次微分値が極大値A1となる変位位置x12及び
極小値B1となる変位位置x13をそれぞれエッジ中心
位置とすることである。また図3に示す凹部では、1次
微分値が極小値A2となる変位位置x22及び極大値B
2となる変位位置x23をそれぞれエッジ中心位置とす
ることである。凸部又は凹部が複数個ある場合には、そ
れぞれ1次微分値が正と負の組み合わせで対をなす複数
対のエッジ中心位置が求められることになる。
【0011】続いて、1次微分値と2次微分値の相関関
係に基づいて、凹凸部の始点及び終点を判定する(S
4)。図2に示すように、測定データの凸部の始点x1
1では、2次微分値が極大値(正のピーク値)C1を示
し、終点x14では、2次微分値がやはり極大値D1を
示す。そこで、凸部に関しては、1次微分値が極大値A
1を示す変位位置x12の直前(左側直近)にある2次
微分値の極大値C1の点x11を始点と判定し、1次微
分値が極小値B1を示す変位位置x13の直後(右側直
近)にある2次微分値の極大値D1の点x14を終点と
判定する。
【0012】一方、図3に示すように、測定データの凹
部の始点x21では、2次微分値が極小値(負のピーク
値)C2を示し、終点x24では、2次微分値がやはり
極小値D2を示す。そこで、凹部に関しては、1次微分
値が極小値A2を示す変位位置x22の直前にある2次
微分値の極小値C2の点x21を始点と判定し、1次微
分値が極大値B2を示す変位位置x23の直後にある2
次微分値の極大値D2の点x24を終点と判定する。
【0013】この始点及び終点の判定処理は具体的に
は、ステップS2で求められた対をなす各エッジ中心位
置を基準位置として2次微分値のピーク値をサーチする
ことにより行う。即ち凸部の場合には、立ち上がりのエ
ッジ中心位置x12を基準として、1次微分値が正の範
囲で左側に2次微分値の極大値C1をサーチして始点x
11を決定する。また立ち下がりのエッジ中心位置x1
3を基準として、1次微分値が負の範囲で右側に2次微
分値の極大値D1をサーチして、終点x14を決定す
る。凹部の場合には、立ち下がりのエッジ中心位置x2
2を基準として、1次微分値が負の範囲で左側に2次微
分値の極小値C2をサーチして始点x21を決定する。
また立ち上がりのエッジ中心位置x23を基準として、
1次微分値が正の範囲で右側に2次微分値の極小値D2
をサーチして、終点x24を決定する。以下、同様の処
理をエッジ中心位置がなくなるまで繰り返す。
【0014】以上のようにこの実施例によれば、ワーク
表面の凹凸部の抽出が、測定データの1次微分と2次微
分を組み合わせたエッジ検出の手法を利用して自動的な
演算処理により可能となる。予備設定条件としては、エ
ッジ中心位置を求めるためのしきい値のみであり、多数
の凹凸がある場合でも煩雑な操作は必要としない。また
ワーク表面にうねりのような基準レベル変動があって
も、凹凸部をスライスにより判定する場合のように凹凸
部が判定不能となることはない。同種のワークに対して
は、一度条件を予備設定すれば、その条件で繰り返し測
定が可能である。
【0015】この発明は上記実施例に限られない。例え
ば上記実施例では、1次微分値の絶対値レベル判定のた
めのしきい値を固定的に予備設定するものとしたが、こ
れを自動的に最適設定されるようにすることもできる。
これは求めるべき凹凸部の数が既知である場合に有効に
なる。即ち、1次微分値のピーク値検出のためのしきい
値を初期設定して凹凸部抽出の処理を行い、抽出される
凹凸部の個数が予めわかっている値に収束するまでしき
い値を変化させながら同じ処理を繰り返す。これによ
り、しきい値は最適設定される。
【0016】また、実施例では2次微分までのデータを
利用したが、例えば2次微分値の極大値及び極小値は3
次微分によりゼロとなるから、上記実施例での2次微分
値の極大値及び極小値のサーチ動作を、3次微分値がゼ
ロの点をサーチする動作とすることもできる。更に実施
例では、ワークに凹部及び凸部が共にある場合を想定し
てそれらの抽出法を説明したが、凸部のみがある場合、
凹部のみがある場合にもこの発明は有効である。
【0017】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、表
面性状測定機の測定データを処理して、ワーク表面の凹
凸部を予備設定された条件で自動的に且つ正確に抽出す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例による凹凸部抽出の処理
フローを示す図である。
【図2】 同実施例による凸部抽出の原理を説明するだ
め波形図である。
【図3】 同実施例による凹部抽出の原理を説明するだ
め波形図である。
【図4】 従来の凹凸部抽出法の一例を説明するための
図である。
【図5】 従来の他の凹凸部抽出法を説明するための図
である。
【図6】 図4の方法での問題点を説明するための図で
ある。
【図7】 図5の方法での問題点を説明するための図で
ある。
【符号の説明】
S1…1次微分値算出ステップ、S2…2次微分値算出
ステップ、S3…エッジ判定ステップ、S4…凹凸部判
定ステップ。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面性状測定機によりワーク表面の一方
    向に沿った変位の関数としての高さ情報を測定して得ら
    れる測定データを処理して前記ワーク表面の凹凸部を抽
    出する方法であって、 前記測定データを各変位位置で1次微分して得られる1
    次微分値を算出するステップと、 前記測定データを各変位位置で2次微分して得られる2
    次微分値を算出するステップと、 前記1次微分値の絶対値が所定のしきい値を越える変位
    位置を求め、連続してしきい値を越える変位位置の中か
    ら前記1次微分値の絶対値が最大値を示す変位位置を凹
    凸部のエッジ中心位置と判定するエッジ判定ステップ
    と、 前記1次微分値が極大値及び極小値を示す変位位置との
    一定の相関関係に基づいて、前記2次微分値がピーク値
    を示す変位位置を凹凸部の始点及び終点として判定する
    凹凸部判定ステップとを有することを特徴とする表面性
    状測定機における凹凸部抽出方法。
  2. 【請求項2】 前記凹凸部判定ステップは、 前記1次微分値が極大値を示す変位位置の直前にある前
    記2次微分値の極大値の変位位置を凸部の始点と判定
    し、 前記1次微分値が極小値を示す変位位置の直後にある前
    記2次微分値の極大値の変位位置を凸部の終点と判定
    し、 前記1次微分値が極小値を示す変位位置の直前にある前
    記2次微分値の極小値の変位位置を凹部の始点と判定
    し、 前記1次微分値が極大値を示す変位位置の直後にある前
    記2次微分値の極小値の変位位置を凹部の終点と判定す
    る、ことを特徴とする請求項1記載の表面性状測定機に
    おける凹凸部抽出方法。
  3. 【請求項3】 凹凸部の数が既知の場合に、前記1次微
    分値の絶対値のレベル判定に用いるしきい値が初期設定
    され、前記凹凸部判定ステップで抽出される凹凸部の数
    が既知の数に収束するように前記しきい値が自動的に最
    適設定されるようにしたことを特徴とする請求項1記載
    の表面性状測定機における凹凸部抽出方法。
  4. 【請求項4】 前記2次微分値の極大値及び極小値の判
    定は、3次微分値のゼロ点検出により行うようにしたこ
    とを特徴とする請求項1記載の表面性状測定機における
    凹凸部抽出方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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