JP2015102339A - Surface shape measuring apparatus, and machine tool - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure the surface shape of a measurement object with a laser displacement sensor more accurately than in a conventional way.SOLUTION: In s surface shape measuring apparatus 40A, a data processor 52 subjects to data processing of the surface shape data of an object measured with a laser displacement sensor in a measuring head 42. More specifically, the data processor 52 figures out, by subjecting the surface shape data to moving average processing, the moving average of each of measurement points along the scanning direction of laser beams and, at the same time, calculates the standard deviations of displacement data used for calculating the moving averages for each of the measurement points where the moving average was figured out. The data processor 52 determines whether or not each of the calculated standard deviations surpasses a threshold, and specifies as singular points the measurement points where the standard deviation surpasses the threshold. The data processor 52 corrects the data of the moving averages on the basis of the information on the singular points thereby acquired.

Description

この発明は、レーザ変位センサを用いて表面形状を測定する表面形状測定装置、および表面形状測定装置を備えた工作機械に関する。   The present invention relates to a surface shape measuring device that measures a surface shape using a laser displacement sensor and a machine tool including the surface shape measuring device.

レーザ変位センサは、通常、三角測量法を用いて測定対象物までの距離を測定する。測定対象物の表面の2次元形状は、測定対象物の表面上でレーザ光の照射位置を走査することによって得られる。レーザ変位センサによって測定された2次元形状データには、表面のランダムな凹凸に起因したノイズが含まれることが知られている。   The laser displacement sensor usually measures the distance to the measurement object using a triangulation method. The two-dimensional shape of the surface of the measurement object is obtained by scanning the irradiation position of the laser beam on the surface of the measurement object. It is known that the two-dimensional shape data measured by the laser displacement sensor includes noise due to random irregularities on the surface.

このようなノイズを除去するために、たとえば、特開2004−12430号公報(特許文献1)に記載される測定装置は、測定対象点を含む所定領域内の所定経路に沿ってレーザ光を照射し、所定経路上の複数の個所で測定された変位量の平均値を算出し、該平均値を測定対象点の変位量とする。   In order to remove such noise, for example, a measurement apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-12430 (Patent Document 1) irradiates a laser beam along a predetermined path in a predetermined region including a measurement target point. Then, an average value of the displacement amounts measured at a plurality of locations on the predetermined path is calculated, and the average value is set as the displacement amount of the measurement target point.

特開2004−12430号公報JP 2004-12430 A

極めて平坦な表面を有すると考えられるブロックゲージ(等級の劣るものでもその表面粗さは±0.2μm以内である)の表面形状をレーザ変位センサで測定した場合でも、測定データには±20μm程度のランダムなノイズが含まれる。ただし、この程度のノイズであれば、上記の特許文献のように測定データの移動平均値を算出することによって実用上問題のないレベルにまでノイズを低減することができる。   Even when the surface shape of a block gauge (which is of poor grade but its surface roughness is within ± 0.2μm), which is considered to have a very flat surface, is measured with a laser displacement sensor, the measurement data is about ± 20μm. Of random noise. However, with this level of noise, the noise can be reduced to a level that does not cause a problem in practice by calculating the moving average value of the measurement data as in the above-mentioned patent document.

ところが、レーザ変位センサによる測定データには、しばしば100μm程度の大きさのインパルス的なノイズが含まれることがある。このようなインパルス的なノイズはブロックゲージの表面形状をレーザ変位センサで測定した場合においても検出される。インパルス的なノイズは、測定データを単に平均化するだけでは除去することができないため、表面に突起または窪みがあると誤認識することになる。   However, the measurement data obtained by the laser displacement sensor often includes impulsive noise having a size of about 100 μm. Such impulse noise is detected even when the surface shape of the block gauge is measured by a laser displacement sensor. Impulsive noise cannot be removed by simply averaging the measurement data, so that it is misrecognized as a protrusion or depression on the surface.

この発明は、上記の問題点を考慮してなされたものであり、その主たる目的は、レーザ変位センサを用いて測定対象物の表面形状を従来よりも高精度に測定可能な表面形状測定装置を提供することである。   The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems, and its main object is to provide a surface shape measuring apparatus capable of measuring the surface shape of a measurement object with higher accuracy than before by using a laser displacement sensor. Is to provide.

この発明は一局面において表面形状測定装置であって、変位センサとデータ処理部とを備える。変位センサは、測定対象物の表面にレーザ光を照射し、レーザ光の反射光に基づいてレーザ光の照射位置における測定対象物の表面の高さ方向の変位を測定する。データ処理部は、測定対象物の表面形状データに対してデータ処理を行う。上記の表面形状データは、変位センサと測定対象物との相対的位置関係が連続的に変化したときに得られる、レーザ光の走査方向に沿った各測定点における高さ方向の変位のデータである。データ処理部は、移動平均処理部と、指標値算出部と、特異点判定部と、データ修正部とを含む。移動平均処理部は、表面形状データに対して所定の第1の移動平均区間を用いて移動平均処理を行うことによって、走査方向に沿った少なくとも一部の測定点ごとに移動平均値を求める。指標値算出部は、移動平均値が求められた測定点ごとに、移動平均値の算出に使用した変位データのばらつきの程度を示す指標値を算出する。特異点判定部は、算出した各指標値が閾値を超えているか否かを判定し、指標値が閾値を超えている測定点を特異点として特定する。データ修正部は、特異点判定部の判定結果に基づいて、移動平均処理部によって求められた移動平均値のデータを修正する。   In one aspect, the present invention is a surface shape measuring device, and includes a displacement sensor and a data processing unit. The displacement sensor irradiates the surface of the measurement object with laser light, and measures the displacement in the height direction of the surface of the measurement object at the irradiation position of the laser light based on the reflected light of the laser light. The data processing unit performs data processing on the surface shape data of the measurement object. The above surface shape data is the displacement data in the height direction at each measurement point along the scanning direction of the laser beam, which is obtained when the relative positional relationship between the displacement sensor and the measurement object changes continuously. is there. The data processing unit includes a moving average processing unit, an index value calculation unit, a singularity determination unit, and a data correction unit. The moving average processing unit obtains a moving average value for each of at least some measurement points along the scanning direction by performing a moving average process on the surface shape data using a predetermined first moving average section. The index value calculation unit calculates an index value indicating the degree of variation of the displacement data used for calculating the moving average value for each measurement point for which the moving average value is obtained. The singular point determination unit determines whether or not each calculated index value exceeds a threshold value, and specifies a measurement point whose index value exceeds the threshold value as a singular point. The data correction unit corrects the data of the moving average value obtained by the moving average processing unit based on the determination result of the singular point determination unit.

上記構成によれば、表面形状データの移動平均処理を行う際に、各移動平均値の算出に用いられた変位データのばらつきの程度を示す指標値(たとえば、標準偏差)を算出し、算出した指標値が閾値を超える測定点が特異点として特定される。そして、この特異点の情報に基づいて、移動平均値のデータ(すなわち、移動平均処理後の表面形状データ)が修正されるので、従来よりもノイズの影響を抑制して精度良く測定対象物の表面形状を測定することができる。   According to the above configuration, when performing the moving average processing of the surface shape data, the index value (for example, standard deviation) indicating the degree of variation of the displacement data used for calculating each moving average value is calculated and calculated. A measurement point whose index value exceeds the threshold is specified as a singular point. Since the moving average value data (that is, the surface shape data after the moving average process) is corrected based on the information on the singular point, the influence of noise is suppressed more accurately than in the past, and the measurement object is accurately measured. The surface shape can be measured.

ここで、測定対象物の表面に照射されるレーザ光のビーム径の範囲内において、上記の閾値を超える変位データの変化が生じているので、上記の第1の移動平均区間の長さは測定対象物の表面に照射されるレーザ光のビーム径に実質的に等しい値に設定するのが望ましい。   Here, within the range of the beam diameter of the laser beam irradiated on the surface of the measurement object, the displacement data changes exceeding the threshold value, so the length of the first moving average section is measured. It is desirable to set the value to be substantially equal to the beam diameter of the laser beam irradiated on the surface of the object.

好ましい一実施の形態によれば、データ修正部は、各特異点における移動平均値を取り除くことによって、移動平均処理部によって求められた移動平均値のデータを修正する。   According to a preferred embodiment, the data correction unit corrects the data of the moving average value obtained by the moving average processing unit by removing the moving average value at each singular point.

好ましくは、上記の閾値は、指標値算出部によって算出された複数の指標値のうちの少なくとも一部の平均値に等しい。もしくは、上記の閾値は、指標値算出部によって算出された複数の指標値のうちの少なくとも一部を大きさの順に並べたときの所定の順番の値に等しい。   Preferably, the threshold value is equal to an average value of at least a part of the plurality of index values calculated by the index value calculation unit. Alternatively, the threshold value is equal to a value in a predetermined order when at least a part of the plurality of index values calculated by the index value calculation unit is arranged in order of size.

好ましい他の実施の形態によれば、データ処理部は、さらに、特異点判定部によって特定された各特異点の近傍で測定対象物の表面形状が変化しているか否かを判定し、表面形状が変化している特異点を形状変化点として特定する形状変化判定部を含む。この場合、データ修正部は、特異点判定部および形状変化判定部の判定結果に基づいて、移動平均処理部によって求められた移動平均値のデータを修正する。   According to another preferred embodiment, the data processing unit further determines whether or not the surface shape of the measurement object has changed near each singular point specified by the singular point determination unit, and the surface shape Includes a shape change determining unit that identifies a singular point where the change is a shape change point. In this case, the data correction unit corrects the data of the moving average value obtained by the moving average processing unit based on the determination results of the singular point determination unit and the shape change determination unit.

上記構成によれば、表面形状の変化に起因して指標値が閾値を超えている場合を、ノイズによって指標値が閾値を超えている場合と区別できるので、より正確に表面形状を測定することができる。   According to the above configuration, the case where the index value exceeds the threshold value due to the change in the surface shape can be distinguished from the case where the index value exceeds the threshold value due to noise, so the surface shape can be measured more accurately. Can do.

上記の他の実施の形態において、データ修正部は、形状変化判定部によって特定された各形状変化点において、第1の移動平均区間より狭い第2の移動平均区間を用いることによって新たな移動平均値を算出する。この場合、データ修正部は、各特異点における移動平均値を取り除くとともに、各形状変化点において算出された上記の新たな移動平均値を付け加えることによって、移動平均処理部によって求められた移動平均値のデータを修正するように構成してもよい。   In the other embodiment described above, the data correction unit uses the second moving average section that is narrower than the first moving average section at each shape change point specified by the shape change determination unit to generate a new moving average. Calculate the value. In this case, the data correction unit removes the moving average value at each singular point and adds the above-described new moving average value calculated at each shape change point, thereby moving the moving average value obtained by the moving average processing unit. The data may be modified.

上記の他の実施の形態において、データ修正部は、各特異点における移動平均値を取り除くとともに、各形状変化点における表面形状データを付け加えることによって、移動平均処理部によって求められた移動平均値のデータを修正するようにしてもよい。   In the other embodiment described above, the data correction unit removes the moving average value at each singular point and adds the surface shape data at each shape change point to thereby calculate the moving average value obtained by the moving average processing unit. Data may be corrected.

この発明は他の局面において、上記の表面形状測定装置を備えた工作機械である。   This invention is a machine tool provided with said surface shape measuring apparatus in another situation.

この発明によれば、レーザ変位センサを用いて測定対象物の表面形状を従来よりも高精度に測定可能な表面形状測定装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a surface shape measuring apparatus capable of measuring the surface shape of a measurement object with higher accuracy than before using a laser displacement sensor.

実施の形態1による表面形状測定装置40Aが設けられた工作機械10の構成を模式的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a configuration of a machine tool 10 provided with a surface shape measuring device 40A according to Embodiment 1. FIG. 図1の表面形状測定装置40Aの機能的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of the surface shape measuring apparatus 40A of FIG. 測定ヘッド42に設けられたレーザ変位センサの原理について説明するための図である。4 is a diagram for explaining the principle of a laser displacement sensor provided in a measurement head 42. FIG. 図3の受光素子76によって検出されたデータの一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the data detected by the light receiving element 76 of FIG. 測定ヘッド42に設けられたレーザ変位センサによって検出される表面形状データの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the surface shape data detected by the laser displacement sensor provided in the measurement head. 図2のデータ処理部52によるデータ処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the data processing by the data processing part 52 of FIG. 図2のデータ修正部60による修正後の移動平均データを示す図である。It is a figure which shows the moving average data after correction | amendment by the data correction part 60 of FIG. 実施の形態2による表面形状測定装置40Bの機能的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of the surface shape measuring apparatus 40B by Embodiment 2. FIG. インパルス的なノイズがある場合の表面形状データ、その移動平均データ、および標準偏差の計算結果の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the calculation result of surface shape data in the presence of impulse noise, its moving average data, and standard deviation. 測定対象物の表面に段差がある場合の表面形状データ、その移動平均データ、および標準偏差の計算結果の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the calculation result of the surface shape data in case a level | step difference exists in the surface of a measuring object, its moving average data, and a standard deviation. 実施の形態2の場合の移動平均データの修正手順を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a procedure for correcting moving average data in the case of the second embodiment. 図10に示す表面形状データにおいて、移動平均区間を狭めた場合の移動平均データの一例を示す図である。In the surface shape data shown in FIG. 10, it is a figure which shows an example of the moving average data at the time of narrowing a moving average area. 表面形状が変化しているか否かを判定する手順の他の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the other example of the procedure which determines whether the surface shape is changing.

以下、各実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。以下の各実施の形態では、工作機械が立形マシンニングセンタである場合について説明しているが、工作機械は、横形マシニングセンタまたは旋盤など、他の種類のものであっても構わない。なお、以下の説明において、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない場合がある。   Hereinafter, each embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In each of the following embodiments, the case where the machine tool is a vertical machining center is described, but the machine tool may be of other types such as a horizontal machining center or a lathe. In the following description, the same or corresponding parts are denoted by the same reference symbols, and the description thereof may not be repeated.

<実施の形態1>
[工作機械および表面形状測定装置の構成]
図1は、実施の形態1による表面形状測定装置40Aが設けられた工作機械10の構成を模式的に示す斜視図である。図1には、工作機械10および表面形状測定装置40Aに加えて、NC(Numerical Control)装置24およびATC(自動工具交換装置:Automatic Tool Changer)28が示されている。
<Embodiment 1>
[Configuration of machine tool and surface shape measuring device]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a machine tool 10 provided with a surface shape measuring apparatus 40A according to the first embodiment. FIG. 1 shows an NC (Numerical Control) device 24 and an ATC (Automatic Tool Changer) 28 in addition to the machine tool 10 and the surface shape measuring device 40A.

図1を参照して、工作機械10は、ベッド12と、ベッド12上に設置されたコラム14と、主軸22を有する主軸頭20と、テーブル18を有するサドル16とを含む。   Referring to FIG. 1, a machine tool 10 includes a bed 12, a column 14 installed on the bed 12, a spindle head 20 having a spindle 22, and a saddle 16 having a table 18.

主軸頭20は、コラム14の前面に支持されて、上下方向(Z軸方向)に移動可能である。主軸22の先端には、工具(図示せず)または測定ヘッド42が着脱可能に装着される。主軸22は、その中心軸線(図2のCL)がZ軸と平行で且つその中心軸線まわりに回転可能に、主軸頭20に支持されている。   The spindle head 20 is supported on the front surface of the column 14 and is movable in the vertical direction (Z-axis direction). A tool (not shown) or a measurement head 42 is detachably attached to the tip of the main shaft 22. The main shaft 22 is supported by the main shaft head 20 so that its central axis (CL in FIG. 2) is parallel to the Z axis and is rotatable about the central axis.

サドル16は、ベッド12上に配置されて前後の水平方向(Y軸方向)に移動可能である。サドル16上にはテーブル18が配置されている。テーブル18は、左右の水平方向(X軸方向)に移動可能である。テーブル18上には工作物2が載置されている。   The saddle 16 is disposed on the bed 12 and is movable in the front-rear horizontal direction (Y-axis direction). A table 18 is disposed on the saddle 16. The table 18 is movable in the left and right horizontal direction (X-axis direction). The workpiece 2 is placed on the table 18.

互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸により直交3軸が構成される。工作機械10は、測定ヘッド42と工作物2とを相対的にX軸、Y軸、Z軸の直交3軸方向に直線移動させる3軸制御を行うマシニングセンタである。なお、図1の構成と異なり、工作機械10は、測定ヘッド42を支持する主軸頭20を、工作物2に対してX軸、Y軸方向にそれぞれ移動させる構成であってもよい。   Three orthogonal axes are constituted by the X, Y, and Z axes orthogonal to each other. The machine tool 10 is a machining center that performs three-axis control in which the measuring head 42 and the workpiece 2 are linearly moved relatively in the three orthogonal directions of the X, Y, and Z axes. Unlike the configuration of FIG. 1, the machine tool 10 may be configured to move the spindle head 20 that supports the measurement head 42 in the X-axis and Y-axis directions with respect to the workpiece 2.

NC装置24は、上記の3軸制御を含めて工作機械10全体の動作を制御する。ATC(自動工具交換装置)28は、主軸22に対して工具と測定ヘッド42をそれぞれ自動的に交換する。ATC28は、NC装置24によって制御される。   The NC device 24 controls the overall operation of the machine tool 10 including the above three-axis control. An ATC (automatic tool changer) 28 automatically changes the tool and the measuring head 42 with respect to the spindle 22. The ATC 28 is controlled by the NC device 24.

図2は、図1の表面形状測定装置40Aの機能的構成を示すブロック図である。図2には、工作機械10、NC装置24、ATC28、ならびに工作機械10に備えられているZ軸送り機構34、Y軸送り機構32およびX軸送り機構30も示されている。   FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the surface shape measuring apparatus 40A of FIG. 2 also shows the machine tool 10, the NC device 24, the ATC 28, and the Z-axis feed mechanism 34, the Y-axis feed mechanism 32, and the X-axis feed mechanism 30 provided in the machine tool 10.

図2を参照して、Z軸送り機構34は、コラム14に支持されている主軸頭20を駆動してZ軸方向に移動させる。Y軸送り機構32は、ベッド12上に配置されているサドル16を駆動してY軸方向に移動させる。X軸送り機構30は、サドル16上に載置されて工作物2を支持するテーブル18を駆動してX軸方向に移動させる。NC装置24に設けられたPLC(プログラマブル・ロジック・コントローラ:Programmable Logic Controller)26は、Z軸送り機構34、Y軸送り機構32およびX軸送り機構30をそれぞれ制御する。   Referring to FIG. 2, the Z-axis feed mechanism 34 drives the spindle head 20 supported by the column 14 to move in the Z-axis direction. The Y-axis feed mechanism 32 drives the saddle 16 disposed on the bed 12 to move in the Y-axis direction. The X-axis feed mechanism 30 drives the table 18 that is placed on the saddle 16 and supports the workpiece 2 to move in the X-axis direction. A PLC (Programmable Logic Controller) 26 provided in the NC device 24 controls the Z-axis feed mechanism 34, the Y-axis feed mechanism 32, and the X-axis feed mechanism 30, respectively.

表面形状測定装置40Aは、工作機械10の主軸22に着脱可能に装着される測定ヘッド42と、測定制御部44とを含む。測定ヘッド42は、レーザ変位センサを含む。レーザ変位センサは、工作物2の表面にレーザ光Lを照射し、レーザ光Lの反射光に基づいてレーザ光Lの照射位置における工作物2の高さ方向(Z軸方向)の変位を測定する。   The surface shape measuring device 40 </ b> A includes a measuring head 42 that is detachably attached to the main shaft 22 of the machine tool 10, and a measurement control unit 44. The measurement head 42 includes a laser displacement sensor. The laser displacement sensor irradiates the surface of the workpiece 2 with the laser beam L, and measures the displacement in the height direction (Z-axis direction) of the workpiece 2 at the irradiation position of the laser beam L based on the reflected light of the laser beam L. To do.

測定制御部44は、コンピュータをベースに構成され、プロセッサ46、メモリ48、NC装置24との間の入出力インターフェース(図示せず)、および測定ヘッド42との間で無線通信を行う通信装置50等を含む。測定制御部44は、NC装置24のPLC26と連携することによって、測定ヘッド42と工作物2との相対的位置関係を連続的に変化させ、この結果得られるレーザ光Lの走査方向の複数の測定点における高さ方向(Z軸方向)の変位データを工作物2の表面形状データとして取得する。具体的な手順は以下のとおりである。   The measurement control unit 44 is configured based on a computer, and includes a processor 46, a memory 48, an input / output interface (not shown) with the NC device 24, and a communication device 50 that performs wireless communication with the measurement head 42. Etc. The measurement control unit 44 continuously changes the relative positional relationship between the measurement head 42 and the workpiece 2 by cooperating with the PLC 26 of the NC device 24, and a plurality of laser beams L obtained as a result of the measurement control unit 44 in the scanning direction. Displacement data in the height direction (Z-axis direction) at the measurement point is acquired as surface shape data of the workpiece 2. The specific procedure is as follows.

まず、測定制御部44のプロセッサ46からの制御に基づいて、PLC26は、X軸送り機構30およびY軸送り機構32のいずれか一方、もしくはX軸送り機構30、Y軸送り機構32、およびZ軸送り機構34のうちの少なくとも2軸を駆動することによって、測定ヘッド42と工作物2との相対的位置関係を連続的に変化させる。   First, based on the control from the processor 46 of the measurement control unit 44, the PLC 26 performs either one of the X-axis feed mechanism 30 and the Y-axis feed mechanism 32, or the X-axis feed mechanism 30, the Y-axis feed mechanism 32, and the Z-axis feed mechanism 32. By driving at least two axes of the axis feed mechanism 34, the relative positional relationship between the measuring head 42 and the workpiece 2 is continuously changed.

PLC26は、上記の送り機構の駆動とともに、所定周期でトリガ信号を通信装置50に出力する。通信装置50はトリガ信号を受信すると測定指令fを測定ヘッド42に送信し、測定ヘッド42は測定指令fに従って測定ヘッド42から工作物2までの距離D(すなわち、工作物2の表面の変位)を測定する。測定された距離DのデータFは、測定ヘッド42から通信装置50を介して測定制御部44のプロセッサ46に送信される。   The PLC 26 outputs a trigger signal to the communication device 50 at a predetermined cycle along with the driving of the feeding mechanism. Upon receiving the trigger signal, the communication device 50 transmits a measurement command f to the measurement head 42, and the measurement head 42 distances the measurement head 42 to the workpiece 2 according to the measurement command f (ie, displacement of the surface of the workpiece 2). Measure. Data F of the measured distance D is transmitted from the measurement head 42 to the processor 46 of the measurement control unit 44 via the communication device 50.

PLC26は、さらに、上記の測定ヘッド42による距離測定のタイミングに合わせて、X軸送り機構30、Y軸送り機構32、およびZ軸送り機構34の位置情報を取得することによって、測定ヘッド42の位置のデータを検出する。PLC26は、検出した測定ヘッド42の位置のデータを測定制御部44のプロセッサ46に送信する。   The PLC 26 further acquires positional information of the X-axis feed mechanism 30, the Y-axis feed mechanism 32, and the Z-axis feed mechanism 34 in accordance with the timing of distance measurement by the measurement head 42, so that the measurement head 42 Detect position data. The PLC 26 transmits the detected position data of the measurement head 42 to the processor 46 of the measurement control unit 44.

プロセッサ46は、PLC26から取得した測定ヘッド42の位置データと、測定ヘッド42から取得した距離DのデータFとに基づいて、レーザ光Lの走査方向に沿った各測定点における高さ方向(Z軸方向)の変位データを表面形状データ62として、メモリ48に記憶させる。   Based on the position data of the measurement head 42 acquired from the PLC 26 and the data F of the distance D acquired from the measurement head 42, the processor 46 determines the height direction (Z at each measurement point along the scanning direction of the laser light L). The displacement data in the axial direction is stored in the memory 48 as the surface shape data 62.

測定制御部44は、さらに、上記の表面形状データ62に含まれるノイズを除去するためのデータ処理を行うデータ処理部52として機能する。データ処理部52の機能は、データ処理プログラムがプロセッサ46で実行されることによって実現される。図2に示すように、データ処理部52は、移動平均処理部54と、標準偏差算出部56と、特異点判定部58と、データ修正部60とを含む。これらの各要素の機能については、図6および図7を参照して後述する。   The measurement control unit 44 further functions as a data processing unit 52 that performs data processing for removing noise included in the surface shape data 62 described above. The function of the data processing unit 52 is realized by the data processing program being executed by the processor 46. As shown in FIG. 2, the data processing unit 52 includes a moving average processing unit 54, a standard deviation calculation unit 56, a singular point determination unit 58, and a data correction unit 60. The function of each of these elements will be described later with reference to FIGS.

[レーザ変位センサの原理および表面形状データの測定例]
図3は、測定ヘッド42に設けられたレーザ変位センサの原理について説明するための図である。レーザ変位センサ70は、いわゆる三角測量によって測定対象物80(80A,80B,80C)までの距離を検出する。
[Principle of laser displacement sensor and measurement example of surface shape data]
FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of the laser displacement sensor provided in the measurement head 42. The laser displacement sensor 70 detects the distance to the measurement object 80 (80A, 80B, 80C) by so-called triangulation.

図3を参照して、レーザ変位センサ70は、レーザ光を測定対象物に照射するためのレーザ素子72と、測定対象物80(80A,80B,80C)からの散乱光を集光するレンズ74と、集光された光スポットの位置DP1,DP2,DP3を検出する受光素子76とを含む。検出された光スポットの位置DP1,DP2,DP3に基づいて、レーザ変位センサ70から測定対象物80までの距離が算出できる。   Referring to FIG. 3, a laser displacement sensor 70 includes a laser element 72 for irradiating a measurement target with laser light, and a lens 74 that collects scattered light from the measurement target 80 (80A, 80B, 80C). And a light receiving element 76 for detecting the positions DP1, DP2 and DP3 of the condensed light spot. The distance from the laser displacement sensor 70 to the measurement object 80 can be calculated based on the detected light spot positions DP1, DP2, DP3.

図4は、図3の受光素子76によって検出されたデータの一例を模式的に示す図である。図3および図4を参照して、図3に示す測定対象物80の位置80A,80B,80Cにそれぞれ対応して、図4に示す検出データ82A,82B,82Cのプロファイルが得られる。レンズ74によって集光された光スポットの位置DP1,DP2,DP3は、それぞれ検出データ82A,82B,82Cのピーク位置または重心の位置として与えられる。   FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of data detected by the light receiving element 76 of FIG. Referring to FIGS. 3 and 4, profiles of detection data 82A, 82B, and 82C shown in FIG. 4 are obtained corresponding to positions 80A, 80B, and 80C of measurement object 80 shown in FIG. The positions DP1, DP2, DP3 of the light spots collected by the lens 74 are given as the peak positions or the positions of the center of gravity of the detection data 82A, 82B, 82C, respectively.

ここで、問題となるのは、測定対象物の表面のランダムな凹凸に起因して、検出データ82A,82B,82Cのピーク位置または重心位置がランダムに変化する点である。この結果、レーザ変位センサ70から測定対象物80までの距離データ(すなわち、測定対象物80の高さ方向の変位)は、レーザ光の照射位置に応じてランダムに変化する。   Here, the problem is that the peak position or barycentric position of the detection data 82A, 82B, 82C changes randomly due to random irregularities on the surface of the measurement object. As a result, the distance data from the laser displacement sensor 70 to the measurement object 80 (that is, the displacement of the measurement object 80 in the height direction) changes randomly according to the irradiation position of the laser light.

図5は、測定ヘッド42に設けられたレーザ変位センサによって検出される表面形状データの一例を示す図である。図5の上側のグラフは表面形状データの一例を表わし、図5の下側のグラフは表面形状データに移動平均を施したものである。移動平均区間は200μmに設定している。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of surface shape data detected by a laser displacement sensor provided in the measurement head 42. The upper graph in FIG. 5 represents an example of the surface shape data, and the lower graph in FIG. 5 is obtained by applying a moving average to the surface shape data. The moving average section is set to 200 μm.

図5に示すように、全体的に±20μm程度のノイズ(測定対象物の表面の実際凹凸よりも遥かに大きい)が観察されるとともに、ところどころに(走査位置19mm付近と25.5mm付近)それよりもさらに大きいインパルス的なノイズが観察される。このようなインパルス的なノイズは、移動平均を行っても除去できないために、突起または窪みがあると誤認識することになる。   As shown in FIG. 5, overall noise of about ± 20 μm (much larger than the actual unevenness of the surface of the object to be measured) is observed, and in some places (around the scanning position of 19 mm and 25.5 mm) A larger impulse noise is observed. Such impulsive noise cannot be removed even if moving average is performed, so that it is erroneously recognized that there is a protrusion or a depression.

実施の形態1による表面形状測定装置40Aは、上記の問題点を考慮して、上記のインパルス的なノイズを除去するためのデータ処理を行う。   The surface shape measuring apparatus 40A according to the first embodiment performs data processing for removing the impulse-like noise in consideration of the above problems.

[データ処理(ノイズ除去)の手順]
図6は、図2のデータ処理部52によるデータ処理の手順を示すフローチャートである。以下、図2および図6を参照して、図2のデータ処理部52の各要素の機能について説明する。
[Procedure for data processing (noise removal)]
FIG. 6 is a flowchart showing a data processing procedure by the data processing unit 52 of FIG. Hereinafter, the function of each element of the data processing unit 52 in FIG. 2 will be described with reference to FIGS. 2 and 6.

データ処理部52は、まず、メモリ48に記憶されている表面形状データ62を読み出す(ステップS100)。データ処理部52の移動平均処理部54は、表面形状データ62に対して所定の移動平均区間を用いて移動平均処理を行うことによって、レーザ光の走査方向に沿った少なくとも一部の測定点ごとに移動平均値を求める(ステップS105)。   First, the data processing unit 52 reads the surface shape data 62 stored in the memory 48 (step S100). The moving average processing unit 54 of the data processing unit 52 performs a moving average process on the surface shape data 62 using a predetermined moving average section, thereby at least a part of measurement points along the scanning direction of the laser beam. The moving average value is obtained for (step S105).

通常、測定対象物(工作物2)の表面に照射されるレーザ光のビーム径(直径)の範囲内で上記のインパルス的な変位が観察されるので、上記の移動平均区間は、レーザ光のビーム径に実質的に等しく設定するのが望ましい。   Usually, the above-mentioned impulse displacement is observed within the range of the beam diameter (diameter) of the laser beam irradiated on the surface of the measurement object (workpiece 2). It is desirable to set it substantially equal to the beam diameter.

なお、レーザ光のビーム径には種々の定義がある。たとえば、TEM00モードのように対称なビームプロファイルのレーザ光の場合には、光軸に直交する面において、ピーク値に対してeの2乗分の1(ただし、eは自然対数の底)(13.5%)の強度分布の幅でビーム径が定義される。ビームプロファイルが崩れている場合には、たとえば、ビームの全パワーのうち、ピークパワーを基準として86.5%が含まれる円を算出し、この円の直径がビーム径として定義される。そこで、この明細書では、全パワーの50%が含まれる円の直径より大きく、全パワーの95%が含まれる円の直径よりも小さい範囲を実質的にビーム径に等しいとする。   There are various definitions of the beam diameter of laser light. For example, in the case of a laser beam having a symmetric beam profile as in the TEM00 mode, in a plane orthogonal to the optical axis, 1 / e 2 of the peak value (where e is the base of natural logarithm) ( The beam diameter is defined by the width of the intensity distribution (13.5%). When the beam profile is broken, for example, a circle including 86.5% of the total power of the beam is calculated based on the peak power, and the diameter of this circle is defined as the beam diameter. Therefore, in this specification, a range larger than the diameter of the circle including 50% of the total power and smaller than the diameter of the circle including 95% of the total power is assumed to be substantially equal to the beam diameter.

上記の移動平均値の算出に付随して、データ処理部52の標準偏差算出部56は、移動平均値が求められた測定点ごとに、移動平均値の算出に使用した変位データの標準偏差を算出する(ステップS110)。標準偏差は、変位データのばらつきの程度を示す指標値として用いられており、標準偏差に代えて、分散、平均絶対偏差、四分位範囲など、ばらつきの尺度となる他の統計量を用いていてもよい。   Accompanying the calculation of the moving average value, the standard deviation calculating unit 56 of the data processing unit 52 calculates the standard deviation of the displacement data used for calculating the moving average value for each measurement point at which the moving average value is obtained. Calculate (step S110). The standard deviation is used as an index value indicating the degree of variation in the displacement data. Instead of the standard deviation, other statistics such as variance, average absolute deviation, and interquartile range are used. May be.

次に、データ処理部52の特異点判定部58は、算出した標準偏差が閾値TH1を超えているか否かを判定し(ステップS115)、ある測定点に対応する標準偏差が閾値TH1を超えている場合に(ステップS115でYES)、当該測定点を特異点として特定する(ステップS120)。特異点か否かの判定は、移動平均値を求めた各測定点について(ステップS125でNOとなるまで)実行される。   Next, the singular point determination unit 58 of the data processing unit 52 determines whether or not the calculated standard deviation exceeds the threshold value TH1 (step S115), and the standard deviation corresponding to a certain measurement point exceeds the threshold value TH1. If it is present (YES in step S115), the measurement point is specified as a singular point (step S120). The determination as to whether or not it is a singular point is executed for each measurement point for which the moving average value is obtained (until NO in step S125).

なお、特異点の判定に用いられる上記の閾値TH1は、標準偏差算出部56によって算出された複数の標準偏差のうちの少なくとも一部の平均値に設定してもよい。もしくは、上記の閾値TH1は、算出された複数の標準偏差のうちの少なくとも一部を大きさの順に並べたときの所定の順番の値(たとえば、中央値)に設定してもよい。   The threshold value TH1 used for determining the singularity may be set to an average value of at least a part of the plurality of standard deviations calculated by the standard deviation calculation unit 56. Alternatively, the threshold value TH1 may be set to a value (for example, a median value) in a predetermined order when at least some of the calculated standard deviations are arranged in order of size.

次に、データ処理部52のデータ修正部60は、特異点判定部58の判定結果に基づいて、移動平均処理部54によって求められた複数の移動平均値のデータ(移動平均データと称する)を修正する。具体的には、各特異点における移動平均値を移動平均データから取り除くことによって、移動平均処理部54によって求められた移動平均データ(すなわち、移動平均処理後の表面形状データ)を修正する。   Next, the data correction unit 60 of the data processing unit 52 uses a plurality of moving average value data (referred to as moving average data) obtained by the moving average processing unit 54 based on the determination result of the singular point determination unit 58. Correct it. Specifically, the moving average data obtained by the moving average processing unit 54 (that is, the surface shape data after the moving average processing) is corrected by removing the moving average value at each singular point from the moving average data.

図7は、図2のデータ修正部60による修正後の移動平均データを示す図である。図7のグラフは上から順に、表面形状データ(生データ)、データ修正部60による修正後の移動平均データ、および各測定点に対して算出された標準偏差の値を示す。特異点判定のための閾値は、図7の全測定点にそれぞれ対応して算出された標準偏差の中央値に設定している。したがって、修正後の移動平均データでは、標準偏差が中央値を超える測定点が除外されている。除外された測定点に対応する値は、適当な方法(たとえば、線形補間、n次補間、多項式補間など)で補間することができる。   FIG. 7 is a diagram showing the moving average data after correction by the data correction unit 60 of FIG. The graph of FIG. 7 shows, in order from the top, surface shape data (raw data), moving average data corrected by the data correction unit 60, and standard deviation values calculated for each measurement point. The threshold value for determining the singularity is set to the median value of the standard deviation calculated corresponding to all the measurement points in FIG. Therefore, the corrected moving average data excludes measurement points whose standard deviation exceeds the median value. The values corresponding to the excluded measurement points can be interpolated by an appropriate method (for example, linear interpolation, n-order interpolation, polynomial interpolation, etc.).

[実施の形態1の効果]
実施の形態1の表面形状測定装置40Aによれば、表面形状データ62の移動平均処理を行う際に、各移動平均値の算出に用いられた変位データの標準偏差を算出し、算出した標準偏差が閾値を超える測定点が特異点として特定される。そして、この特異点の情報に基づいて、移動平均処理後の表面形状データが修正されるので、従来よりもノイズの影響を抑制して高精度に表面形状を測定することができる。
[Effect of Embodiment 1]
According to the surface shape measuring apparatus 40A of the first embodiment, when performing the moving average process of the surface shape data 62, the standard deviation of the displacement data used for calculating each moving average value is calculated, and the calculated standard deviation is calculated. A measurement point that exceeds the threshold is identified as a singular point. Since the surface shape data after the moving average process is corrected based on the information on the singular point, the surface shape can be measured with higher accuracy while suppressing the influence of noise than in the past.

<実施の形態2>
実施の形態2では、測定対象物(工作物2)の表面形状が変化している場合について説明する。表面形状が実際に変化している場合も各測定点に対応する標準偏差の値が閾値を超えることになるので、インパルス的なノイズによって標準偏差が閾値を超えている場合と区別する必要がある。以下、図面を参照して具体的に説明する。
<Embodiment 2>
In the second embodiment, a case where the surface shape of the measurement object (workpiece 2) is changed will be described. Since the standard deviation value corresponding to each measurement point exceeds the threshold even when the surface shape actually changes, it is necessary to distinguish from the case where the standard deviation exceeds the threshold due to impulsive noise. . Hereinafter, specific description will be given with reference to the drawings.

[表面形状測定装置の構成]
図8は、実施の形態2による表面形状測定装置40Bの機能的構成を示すブロック図である。図8を参照して、表面形状測定装置40Bは、データ処理部52が形状変化判定部64をさらに含む点で、図2の表面形状測定装置40Aと異なる。形状変化判定部64は、特異点判定部58によって特定された各特異点の近傍で測定対象物の表面形状が変化しているか否かを判定し、表面形状が変化している特異点を形状変化点として特定する。データ修正部60は、特異点判定部58および形状変化判定部64の判定結果に基づいて、移動平均処理部54によって求められた移動平均値のデータを修正する。図8のその他の点は図2の場合と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
[Configuration of surface shape measuring device]
FIG. 8 is a block diagram showing a functional configuration of the surface shape measuring apparatus 40B according to the second embodiment. Referring to FIG. 8, surface shape measuring apparatus 40B is different from surface shape measuring apparatus 40A in FIG. 2 in that data processing unit 52 further includes a shape change determining unit 64. The shape change determination unit 64 determines whether or not the surface shape of the measurement object has changed in the vicinity of each singular point specified by the singular point determination unit 58, and shapes the singular points whose surface shape has changed. Identifies as a change point. The data correction unit 60 corrects the data of the moving average value obtained by the moving average processing unit 54 based on the determination results of the singular point determination unit 58 and the shape change determination unit 64. Since the other points of FIG. 8 are the same as those of FIG. 2, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

[形状変化の具体例]
図9は、インパルス的なノイズがある場合の表面形状データ、その移動平均データ、および標準偏差の計算結果の一例を模式的に示す図である。図9では、レーザ変位センサで測定した表面形状データ(生データ)90を実線で示し、移動平均データ92を破線で示し、各測定点の移動平均値の計算に用いた表面形状データの標準偏差94を点線で示している。図9では、移動平均区間を200μmとして移動平均処理を行っている。
[Specific example of shape change]
FIG. 9 is a diagram schematically illustrating an example of surface shape data, moving average data, and standard deviation calculation results when there is impulse noise. In FIG. 9, the surface shape data (raw data) 90 measured by the laser displacement sensor is indicated by a solid line, the moving average data 92 is indicated by a broken line, and the standard deviation of the surface shape data used for calculating the moving average value at each measurement point. 94 is indicated by a dotted line. In FIG. 9, the moving average process is performed with the moving average section set to 200 μm.

図9に示すように、走査位置400μm付近にインパルス的なノイズがあるために、その近傍で標準偏差94が増大している。たとえば、特異点か否かを判定するための閾値を13μmとすれば、走査位置250μmから540μmまでの間の測定点が特異点と判定され、この区間の移動平均値のデータが除去されることになる。   As shown in FIG. 9, since there is an impulse-like noise in the vicinity of the scanning position of 400 μm, the standard deviation 94 increases in the vicinity thereof. For example, if the threshold value for determining whether or not it is a singular point is 13 μm, a measurement point between the scanning position 250 μm and 540 μm is determined as a singular point, and moving average data in this section is removed. become.

図10は、測定対象物の表面に段差がある場合の表面形状データ、その移動平均データ、および標準偏差の計算結果の一例を模式的に示す図である。図10では、図9の場合と同様に、レーザ変位センサで測定した表面形状データ(生データ)90を実線で示し、移動平均データ92を破線で示し、各測定点の移動平均値の計算に用いた表面形状データの標準偏差94を点線で示している。移動平均区間の長さは200μmである。   FIG. 10 is a diagram schematically illustrating an example of the calculation result of the surface shape data, the moving average data, and the standard deviation when there is a step on the surface of the measurement object. In FIG. 10, as in the case of FIG. 9, the surface shape data (raw data) 90 measured by the laser displacement sensor is indicated by a solid line, the moving average data 92 is indicated by a broken line, and the moving average value at each measurement point is calculated. The standard deviation 94 of the used surface shape data is indicated by a dotted line. The length of the moving average section is 200 μm.

図10に示すように、走査位置400μm付近に段差があるために、その近傍で標準偏差94が増大している。たとえば、特異点か否かを判定するための閾値を13μmとすれば、走査位置300μmから500μmまでの間の測定点が特異点と判定され、実施の形態1の場合には、この間の移動平均値のデータが除去されることになる。このため、表面形状の変化(段差)が移動平均データに正確に反映されなくなってしまう。実施の形態2の表面形状測定装置40Bでは、上記の問題点を考慮して、データ修正部60で実行される処理内容(図6のステップS130)が変更される。   As shown in FIG. 10, since there is a step near the scanning position of 400 μm, the standard deviation 94 increases in the vicinity thereof. For example, if the threshold value for determining whether or not it is a singular point is 13 μm, a measurement point between the scanning positions 300 μm and 500 μm is determined as a singular point. In the case of the first embodiment, the moving average during this time Value data will be removed. For this reason, the surface shape change (step) is not accurately reflected in the moving average data. In the surface shape measurement apparatus 40B of the second embodiment, the processing content (step S130 in FIG. 6) executed by the data correction unit 60 is changed in consideration of the above-described problems.

[移動平均データの修正手順]
図11は、実施の形態2の場合の移動平均データの修正手順を示すフローチャートである。図11の処理手順は、図6のステップS130を置換したものである。図6のステップS100からS125までは実施の形態2の場合も変更がない。すなわち、図11に示す処理が開始される時点で、走査方向に沿う各測定点が特異点か否かの判定が完了している。
[Correction procedure for moving average data]
FIG. 11 is a flowchart showing a procedure for correcting the moving average data in the second embodiment. The processing procedure in FIG. 11 replaces step S130 in FIG. Steps S100 to S125 in FIG. 6 are not changed in the second embodiment. That is, at the time when the processing shown in FIG. 11 is started, the determination as to whether or not each measurement point along the scanning direction is a singular point has been completed.

図8、図11を参照して、データ処理部52の形状変化判定部64は、各特異点の近傍で表面形状が変化しているか否かを判定する(ステップS200)。   Referring to FIGS. 8 and 11, the shape change determination unit 64 of the data processing unit 52 determines whether or not the surface shape has changed in the vicinity of each singular point (step S200).

実際に表面形状が変化しているか否かを判定する方法は、種々考えられる。たとえば、形状変化判定部64は、特異点に対して走査方向前方の測定点と走査方向後方の測定点との両方で測定された表面形状データを比較し、表面形状データが閾値を超えて変化している場合に実際に表面形状が変化していると判定する。   There are various methods for determining whether or not the surface shape has actually changed. For example, the shape change determination unit 64 compares the surface shape data measured at both the measurement point in the scanning direction and the measurement point in the scanning direction with respect to the singular point, and the surface shape data changes beyond the threshold value. It is determined that the surface shape has actually changed.

形状変化判定部64は、ある特異点の近傍で表面形状が変化していると判定した場合に、当該特異点を形状変化点として特定する(ステップS205)。形状変化点か否かの判定は、図6のステップS120で特異点と判定された各測定点について(ステップS210でNOとなるまで)実行される。   If the shape change determination unit 64 determines that the surface shape has changed in the vicinity of a certain singular point, the shape change determination unit 64 identifies the singular point as a shape change point (step S205). The determination of whether or not it is a shape change point is executed for each measurement point determined as a singular point in step S120 of FIG. 6 (until NO in step S210).

次に、データ処理部52のデータ修正部60は、ステップS205で特定された各形状変化点について、移動平均区間を狭めて再度、移動平均値を算出する(ステップS215)。移動平均区間を狭めるにつれて、移動平均データは、表面形状データ(生データ)に近付くようになる。   Next, the data correction unit 60 of the data processing unit 52 calculates the moving average value again for each shape change point specified in step S205, narrowing the moving average section (step S215). As the moving average section is narrowed, the moving average data comes closer to the surface shape data (raw data).

次に、データ修正部60は、図6のステップS120で特異点と判定された各測定点に対応する移動平均値を移動平均データから除去するとともに、ステップS205で形状変化点と判定された各測定点に対してステップS215で新たに算出された移動平均値を移動平均データに追加する(ステップS220)。これによって、ノイズの影響をできるだけ抑制するとともに、測定対象物(工作物2)の表面の形状変化をより忠実に反映した移動平均データを得ることができる。   Next, the data correction unit 60 removes the moving average value corresponding to each measurement point determined to be a singular point in step S120 in FIG. 6 from the moving average data, and determines each shape change point determined in step S205. The moving average value newly calculated in step S215 with respect to the measurement point is added to the moving average data (step S220). Thus, it is possible to obtain moving average data that more accurately reflects the shape change of the surface of the measurement object (workpiece 2) while suppressing the influence of noise as much as possible.

なお、上記のステップS220では、ステップS205で形状変化点と判定された各測定点に対して、表面形状データ(生データ)を追加することも可能である。これによって、測定対象物(工作物2)の表面の実際の形状変化をさらに忠実に反映した移動平均データを得ることができるが、形状変化点の近傍のノイズが除去されずに残ることになる。   In step S220, surface shape data (raw data) can be added to each measurement point determined as a shape change point in step S205. This makes it possible to obtain moving average data that more faithfully reflects the actual shape change of the surface of the measurement object (workpiece 2), but noise near the shape change point remains without being removed. .

図12は、図10に示す表面形状データにおいて、移動平均区間を狭めた場合の移動平均データの一例を示す図である。図12では、図10の場合と同様に、レーザ変位センサで測定した表面形状データ(生データ)90を実線で示し、移動平均データ92を破線で示している。図12では、移動平均区間を100μm(図10の場合の半分の値)として移動平均処理を行った場合の結果が示されている。   FIG. 12 is a diagram showing an example of moving average data when the moving average section is narrowed in the surface shape data shown in FIG. In FIG. 12, similarly to the case of FIG. 10, the surface shape data (raw data) 90 measured by the laser displacement sensor is indicated by a solid line, and the moving average data 92 is indicated by a broken line. FIG. 12 shows the result when the moving average processing is performed with the moving average section being 100 μm (half the value in the case of FIG. 10).

図10および図12を参照して、図10の移動平均データ92に比べて、移動平均区間をより狭めた図12の移動平均データ92のほうが段差の傾斜が急になっており、実際の表面形状データ90の形状変化に近いことがわかる。   Referring to FIGS. 10 and 12, the moving average data 92 of FIG. 12 in which the moving average section is narrower than the moving average data 92 of FIG. It can be seen that the shape data 90 is close to the shape change.

図11の修正手順に従って図10に示された移動平均データ92を修正する場合には、図10の移動平均データ92のうち標準偏差が閾値(13μm)を超えている区間(走査位置300μmから500μmまで)の各測定点が、特異点かつ形状変化点として特定される。そして、図10のこの区間の移動平均データ92が、図12の移動平均データ92に置き換えられることになる。   When the moving average data 92 shown in FIG. 10 is corrected according to the correction procedure of FIG. 11, a section (scanning position 300 μm to 500 μm) where the standard deviation exceeds the threshold (13 μm) in the moving average data 92 of FIG. Each measurement point is identified as a singular point and a shape change point. Then, the moving average data 92 in this section in FIG. 10 is replaced with the moving average data 92 in FIG.

[表面形状変化の判定法]
図13は、表面形状が変化しているか否かを判定する手順の他の例を示すフローチャートである。図13のフローチャートは、図11のステップS200およびS205に対応するものであり、移動平均データと標準偏差とを用いて表面形状が変化しているか否かを判定する手順を示している。
[Surface shape change judgment method]
FIG. 13 is a flowchart illustrating another example of a procedure for determining whether or not the surface shape has changed. The flowchart in FIG. 13 corresponds to steps S200 and S205 in FIG. 11, and shows a procedure for determining whether or not the surface shape has changed using the moving average data and the standard deviation.

図8および図13を参照して、形状変化判定部64は、図6のステップS120で特定された各特異点について以下のステップを実行する。まず、形状変化判定部64は、当該特異点の近傍の第1測定点および第2の測定点を特定する(ステップS300,S305)。ここで、第1測定点は、当該特異点の走査方向前方の測定点のうちで、標準偏差が閾値以下でありかつ当該特異点に最も近いものである。第2測定点は、当該特異点の走査方向後方の測定点のうちで、標準偏差が閾値以下でありかつ当該特異点に最も近いものである。   With reference to FIGS. 8 and 13, shape change determination unit 64 executes the following steps for each singular point specified in step S <b> 120 of FIG. 6. First, the shape change determination unit 64 specifies the first measurement point and the second measurement point in the vicinity of the singular point (steps S300 and S305). Here, the first measurement point is a measurement point ahead of the singular point in the scanning direction with a standard deviation equal to or less than a threshold value and closest to the singular point. The second measurement point is the measurement point behind the singular point in the scanning direction, the standard deviation of which is equal to or smaller than the threshold value, and the closest to the singular point.

次に、形状変化判定部64は、特定した第1測定点と第2測定点とで移動平均値の差が閾値TH2を超えているか否かを判定する(ステップS310)。閾値TH2は、実際の加工精度を考慮して決定される。形状変化判定部64は、第1測定点での移動平均値と第2測定点での移動平均値との差の絶対値が閾値TH2を超えている場合に(ステップS310でYES)、当該特異点の近傍で測定対象物(工作物2)の表面形状が変化しており、当該特異点は形状変化点であると判定する(ステップS315)。   Next, the shape change determination unit 64 determines whether or not the difference between the moving average values exceeds the threshold value TH2 between the identified first measurement point and second measurement point (step S310). The threshold value TH2 is determined in consideration of actual machining accuracy. When the absolute value of the difference between the moving average value at the first measurement point and the moving average value at the second measurement point exceeds the threshold value TH2 (YES in step S310), the shape change determination unit 64 The surface shape of the measurement object (workpiece 2) has changed near the point, and it is determined that the singular point is a shape change point (step S315).

[実施の形態2の効果]
実施の形態2の表面形状測定装置40Bによれば、測定対象物(工作物2)の表面形状が変化しているか否かを判定する形状変化判定部64がさらに設けられる。形状変化判定部64は、特異点判定部58によって判定された各特異点のうち、表面形状が変化しているために標準偏差が閾値を超えている特異点を形状変化点として特定し、ノイズに起因した特異点と区別する。データ修正部60は、ノイズに起因した特異点での移動平均値を除去するが、形状変化点については元の移動平均値を表面形状の変化をより忠実に反映した値(たとえば、移動平均区間を狭めて再計算した移動平均値)に置き換える。これによって、ノイズの影響を抑制するともに表面形状の測定精度をさらに向上させた表面形状測定装置40Bを提供することができる。
[Effect of Embodiment 2]
According to the surface shape measuring apparatus 40B of the second embodiment, the shape change determination unit 64 that determines whether or not the surface shape of the measurement object (workpiece 2) has changed is further provided. The shape change determination unit 64 identifies, as the shape change point, a singular point whose standard deviation exceeds the threshold value because the surface shape has changed among the singular points determined by the singular point determination unit 58, and noise Distinguish from singularities due to The data correction unit 60 removes the moving average value at the singular point caused by noise, but the shape moving point is a value that more accurately reflects the change in the surface shape of the original moving average value (for example, the moving average section). (Removed moving average value). Thus, it is possible to provide the surface shape measuring apparatus 40B that suppresses the influence of noise and further improves the surface shape measurement accuracy.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time must be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

2 工作物、10 工作機械、12 ベッド、14 コラム、16 サドル、18 テーブル、20 主軸頭、22 主軸、24 NC装置、30 X軸送り機構、32 Y軸送り機構、34 Z軸送り機構、40A,40B 表面形状測定装置、42 測定ヘッド、44 測定制御部、46 プロセッサ、48 メモリ、50 通信装置、52 データ処理部、54 移動平均処理部、56 標準偏差算出部、58 特異点判定部、60 データ修正部、64 形状変化判定部、70 レーザ変位センサ。   2 Workpieces, 10 Machine tools, 12 Beds, 14 Columns, 16 Saddles, 18 Tables, 20 Spindle heads, 22 Spindles, 24 NC units, 30 X-axis feed mechanisms, 32 Y-axis feed mechanisms, 34 Z-axis feed mechanisms, 40A , 40B Surface shape measuring device, 42 Measuring head, 44 Measurement control unit, 46 Processor, 48 Memory, 50 Communication device, 52 Data processing unit, 54 Moving average processing unit, 56 Standard deviation calculation unit, 58 Singularity determination unit, 60 Data correction unit, 64 shape change determination unit, 70 laser displacement sensor.

Claims (9)

測定対象物の表面にレーザ光を照射し、前記レーザ光の反射光に基づいて前記レーザ光の照射位置における前記測定対象物の表面の高さ方向の変位を測定する変位センサと、
前記測定対象物の表面形状データに対してデータ処理を行うデータ処理部とを備え、
前記表面形状データは、前記変位センサと前記測定対象物との相対的位置関係が連続的に変化したときに得られる、前記レーザ光の走査方向に沿った各測定点における前記高さ方向の変位のデータであり、
前記データ処理部は、
前記表面形状データに対して所定の第1の移動平均区間を用いて移動平均処理を行うことによって、前記走査方向に沿った少なくとも一部の測定点ごとに移動平均値を求める移動平均処理部と、
前記移動平均値が求められた測定点ごとに、移動平均値の算出に使用した変位データのばらつきの程度を示す指標値を算出する指標値算出部と、
算出した各前記指標値が閾値を超えているか否かを判定し、前記指標値が前記閾値を超えている測定点を特異点として特定する特異点判定部と、
前記特異点判定部の判定結果に基づいて、前記移動平均処理部によって求められた移動平均値のデータを修正するデータ修正部とを含む、表面形状測定装置。
A displacement sensor that irradiates the surface of the measurement object with laser light, and measures a displacement in the height direction of the surface of the measurement object at the irradiation position of the laser light based on the reflected light of the laser light;
A data processing unit that performs data processing on the surface shape data of the measurement object;
The surface shape data is obtained when the relative positional relationship between the displacement sensor and the measurement object continuously changes, and the displacement in the height direction at each measurement point along the scanning direction of the laser beam. Data,
The data processing unit
A moving average processing unit that obtains a moving average value for each of at least some measurement points along the scanning direction by performing a moving average process on the surface shape data using a predetermined first moving average section; ,
An index value calculation unit that calculates an index value indicating the degree of variation in displacement data used for calculating the moving average value for each measurement point for which the moving average value was obtained;
It is determined whether each of the calculated index values exceeds a threshold, and a singularity determination unit that identifies a measurement point where the index value exceeds the threshold as a singularity;
A surface shape measuring apparatus, comprising: a data correction unit that corrects data of a moving average value obtained by the moving average processing unit based on a determination result of the singular point determination unit.
前記第1の移動平均区間の長さは、前記測定対象物の表面に照射される前記レーザ光のビーム径に実質的に等しい、請求項1に記載の表面形状測定装置。   The surface shape measuring apparatus according to claim 1, wherein a length of the first moving average section is substantially equal to a beam diameter of the laser light irradiated on a surface of the measurement object. 前記データ修正部は、各前記特異点における移動平均値を取り除くことによって前記移動平均処理部によって求められた移動平均値のデータを修正する、請求項1または2に記載の表面形状測定装置。   The surface shape measurement apparatus according to claim 1, wherein the data correction unit corrects the data of the moving average value obtained by the moving average processing unit by removing the moving average value at each of the singular points. 前記閾値は、前記指標値算出部によって算出された複数の前記指標値のうちの少なくとも一部の平均値に等しい、請求項1〜3のいずれか1項に記載の表面形状測定装置。   The surface shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the threshold value is equal to an average value of at least a part of the plurality of index values calculated by the index value calculation unit. 前記閾値は、前記指標値算出部によって算出された複数の前記指標値のうちの少なくとも一部を大きさの順に並べたときの所定の順番の値に等しい、請求項1〜3のいずれか1項に記載の表面形状測定装置。   The threshold value is equal to a value in a predetermined order when at least a part of the plurality of index values calculated by the index value calculation unit is arranged in order of size. The surface shape measuring apparatus according to item. 前記データ処理部は、さらに、前記特異点判定部によって特定された各前記特異点の近傍で前記測定対象物の表面形状が変化しているか否かを判定し、表面形状が変化している特異点を形状変化点として特定する形状変化判定部を含み、
前記データ修正部は、前記特異点判定部および前記形状変化判定部の判定結果に基づいて、前記移動平均処理部によって求められた移動平均値のデータを修正する、請求項1または2のいずれか1項に記載の表面形状測定装置。
The data processing unit further determines whether or not the surface shape of the measurement object has changed in the vicinity of each of the singular points identified by the singular point determination unit, and the surface shape has changed. Including a shape change determination unit that identifies a point as a shape change point;
The data correction unit corrects the data of the moving average value obtained by the moving average processing unit based on the determination results of the singular point determination unit and the shape change determination unit. The surface shape measuring apparatus according to item 1.
前記データ修正部は、
前記形状変化判定部によって特定された各前記形状変化点において、前記第1の移動平均区間より狭い第2の移動平均区間を用いることによって新たな移動平均値を算出し、
各前記特異点における移動平均値を取り除くとともに、各前記形状変化点において算出された前記新たな移動平均値を付け加えることによって、前記移動平均処理部によって求められた移動平均値のデータを修正するように構成されている、請求項6に記載の表面形状測定装置。
The data correction unit
At each of the shape change points specified by the shape change determination unit, a new moving average value is calculated by using a second moving average section that is narrower than the first moving average section,
The moving average value obtained by the moving average processing unit is corrected by removing the moving average value at each singular point and adding the new moving average value calculated at each shape change point. The surface shape measuring apparatus according to claim 6, which is configured as follows.
前記データ修正部は、各前記特異点における移動平均値を取り除くとともに、各前記形状変化点における前記表面形状データを付け加えることによって、前記移動平均処理部によって求められた移動平均値のデータを修正する、請求項6に記載の表面形状測定装置。   The data correction unit corrects the data of the moving average value obtained by the moving average processing unit by removing the moving average value at each singular point and adding the surface shape data at each shape change point. The surface shape measuring apparatus according to claim 6. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の表面形状測定装置を備えた工作機械。   A machine tool comprising the surface shape measuring device according to any one of claims 1 to 8.
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