JP2018205092A - Evaluation device and method for evaluation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溝が螺旋状に延設された測定対象物の溝の形状を評価する技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for evaluating the shape of a groove of a measurement object in which the groove is spirally extended.
例えば、長さ1m、直径30cm以上の高重量且つ長大な棒状の加工対象物を切削加工機で加工して、加工対象物に螺旋状の溝を形成し、スクリュー、プロペラ、ドリル等の加工物を製造することが行われている。このような加工物は、不良品の製造を未然に防ぐため、表面形状を評価することが行われている。例えば、加工物が受側の加工物に嵌合されるオスメス構造を持つ加工物であれば、加工物を切削加工機からクレーンで持ち上げて、受側の加工物に嵌合させ、隙間ゲージで数十箇所の隙間を手作業で測定し、加工物の形状が評価されている。そして、形状を評価した結果、問題があれば、加工物は、再度、クレーンで持ち上げられて、切削加工機に設置され、問題箇所が加工される。以上のことが繰り返されて、最終的に基準を満たす形状を持つ加工物が製造される。このように、従来の評価手法では、切削加工機からクレーンを用いて加工物を載せ替える作業が必要となるため、作業日数がかかるという問題があった。そこで、この問題を解消するための新たな評価手法が望まれている。 For example, a high-weight and long rod-shaped workpiece having a length of 1 m and a diameter of 30 cm or more is processed by a cutting machine to form a spiral groove in the workpiece, and a workpiece such as a screw, propeller, drill, etc. Is being made. Such workpieces are evaluated for surface shape in order to prevent the production of defective products. For example, if the workpiece has a male-female structure that is fitted to the receiving workpiece, the workpiece is lifted from the cutting machine with a crane and fitted to the receiving workpiece, with a clearance gauge. Dozens of gaps are manually measured to evaluate the shape of the workpiece. Then, if there is a problem as a result of evaluating the shape, the workpiece is lifted again by the crane, installed in the cutting machine, and the problem portion is processed. The above is repeated, and finally a workpiece having a shape that satisfies the standard is manufactured. As described above, the conventional evaluation method has a problem that it takes a work day because the work is required to be transferred from the cutting machine using a crane. Therefore, a new evaluation method for solving this problem is desired.
かかる背景のもと、特許文献1では、溝が螺旋状に延設された測定対象物の形状を高分解能且つ短時間で計測する技術が開示されている。詳細には、特許文献1では、中心軸を中心に回転しながら中心軸と平行に移動する測定対象物の溝の形状をセンサ部により非接触で計測させて、溝の全域の形状の測定データを取得する技術が開示されている。
Against this background,
また、特許文献2には、球面レンズのような凹凸面を有する測定対象物において設計値に対する修正部分を精度良く特定する三次元測定方法が開示されている。詳細には、特許文献2には、球面を有する測定対象物の表面の任意の領域のX,Y,Z座標値を測定し、測定対象物の測定値と設計値による球面との差分を演算することで、修正部分を特定する技術が開示されている。
Further,
しかし、特許文献1、2の手法では、周囲温度等の設置環境に応じて生じるセンサ部の誤差や、センサ部が原理的に持つ測定誤差が何ら考慮されていないので、このような誤差の影響により測定対象物の形状の加工精度を正しく評価することができないという課題がある。
However, the methods of
また、特許文献1、2の手法では、熱膨張や熱収縮による測定対象物の形状変化が何ら考慮されていないので、測定対象物の測定値がこの形状変化の影響を受けている場合、測定値と設計値とを単に比較しただけでは、測定対象物の加工精度を正しく評価できないという課題がある。
Further, in the methods of
本発明の目的は、センサ部の誤差や測定対象物の形状変化に拘わらず、測定対象物の加工精度を正確に評価できる技術を提供することである。 An object of the present invention is to provide a technique that can accurately evaluate the processing accuracy of a measurement object regardless of an error in a sensor unit or a change in shape of the measurement object.
本発明の一態様に係る評価装置は、溝が螺旋状に延設された測定対象物の溝の形状を評価する評価装置であって、
前記測定対象物の前記溝の延設方向に垂直な溝断面の設計値と同じ形状の第1溝を備える基準測定物と、
前記第1溝の溝断面の形状を非接触で測定するための第1位置と前記測定対象物の前記溝断面の形状を非接触で測定するための第2位置とに移動可能に構成されたセンサ部と、
前記測定対象物を前記測定対象物の中心軸と平行に移動させる移動部と、
前記センサ部を前記第1位置に位置決めし、前記第1溝の溝断面の形状を前記センサ部に測定させて第1形状データを取得する第1形状データ取得部と、
前記センサ部を第2位置に位置決めし、前記移動部により前記中心軸と平行に移動される前記測定対象物の前記溝である第2溝の溝断面の形状を前記センサ部に連続的又は断続的に測定させて1又は複数の第2形状データを取得する第2形状データ取得部と、
前記第1形状データと前記1又は複数の第2形状データとの差分に基づいて前記第2溝の形状を評価する評価部とを備える。
An evaluation apparatus according to an aspect of the present invention is an evaluation apparatus that evaluates the shape of a groove of a measurement object in which the groove is spirally extended,
A reference measurement object including a first groove having the same shape as a design value of a groove cross section perpendicular to the extending direction of the groove of the measurement object;
The first groove is configured to be movable between a first position for measuring the groove cross-sectional shape in a non-contact manner and a second position for measuring the groove cross-sectional shape of the measurement object in a non-contact manner. A sensor unit;
A moving unit for moving the measurement object in parallel with a central axis of the measurement object;
A first shape data acquisition unit that positions the sensor unit at the first position, causes the sensor unit to measure a shape of a groove cross section of the first groove, and acquires first shape data;
The sensor unit is positioned at the second position, and the shape of the groove section of the second groove, which is the groove of the measurement object moved by the moving unit in parallel with the central axis, is continuously or intermittently connected to the sensor unit. A second shape data acquisition unit that automatically measures and acquires one or more second shape data;
An evaluation unit that evaluates the shape of the second groove based on a difference between the first shape data and the one or more second shape data.
本態様によれば、測定対象物の溝の延設方向に垂直な溝断面の設計値と同じ形状の第1溝を備える基準測定物が設けられている。そして、第1溝の溝断面の形状がセンサ部で測定されて第1形状データが取得され、測定対象物の第2溝の溝断面の形状がセンサ部で測定されて第2形状データが取得され、第1形状データと第2形状データとの差分から第2溝の形状が評価されている。 According to this aspect, the reference measurement object including the first groove having the same shape as the design value of the groove cross section perpendicular to the extending direction of the groove of the measurement object is provided. Then, the shape of the groove cross section of the first groove is measured by the sensor unit to obtain the first shape data, and the shape of the groove cross section of the second groove of the measurement object is measured by the sensor unit to obtain the second shape data. Then, the shape of the second groove is evaluated from the difference between the first shape data and the second shape data.
そのため、周囲環境によるセンサ部の測定誤差やセンサ部が原理的に持つ測定誤差があったとしても、これらの測定誤差は第1、第2形状データとの両方に含まれているので、第1、第2形状データの差分を求めることで、これらの測定誤差が相殺され、第2溝の加工精度を正確に評価できる。 Therefore, even if there is a measurement error of the sensor unit due to the surrounding environment or a measurement error that the sensor unit has in principle, these measurement errors are included in both the first and second shape data. By obtaining the difference between the second shape data, these measurement errors are canceled out, and the processing accuracy of the second groove can be accurately evaluated.
また、熱膨張や熱収縮により測定対象物に形状変化があった場合、基準測定物も測定対象物と同様に形状変化しているので、第1、第2形状データの差分を求めることで、この形状変化の成分が相殺され、第2溝の加工精度を正確に評価できる。 In addition, when there is a change in the shape of the measurement object due to thermal expansion or contraction, the reference measurement object also changes in shape in the same manner as the measurement object, so by obtaining the difference between the first and second shape data, This shape change component is canceled out, and the processing accuracy of the second groove can be accurately evaluated.
上記態様において、前記移動部は、前記測定対象物の両端を支持する一対の支持部を備え、
前記基準測定物は、上方から下方に見た場合、前記第1溝の延設方向が前記第2溝の延設方向と平行、且つ、前記基準測定物の厚み方向の中心を通る中心線と、前記第1溝の底部を通る溝底線との第1交点が、前記中心軸と交わるように一方の支持部に設置されてもよい。
In the above aspect, the moving part includes a pair of support parts for supporting both ends of the measurement object,
When the reference measurement object is viewed from above downward, the extending direction of the first groove is parallel to the extending direction of the second groove, and the center line passes through the center of the reference measurement object in the thickness direction. The first intersection with the groove bottom line passing through the bottom of the first groove may be installed on one of the support portions so as to intersect the central axis.
本態様によれば、基準測定物は、上方から下方に見た場合、第1溝の延設方向が第2溝の延設方向と平行、且つ、基準測定物の厚み方向の中心を通る中心線と、第1溝の底部を通る溝底線との第1交点が、中心軸と交わるように一方の支持部に設置されている。 According to this aspect, when the reference measurement object is viewed from above to below, the extension direction of the first groove is parallel to the extension direction of the second groove and passes through the center of the reference measurement object in the thickness direction. The first intersection of the line and the groove bottom line passing through the bottom of the first groove is disposed on one support portion so as to intersect the central axis.
そのため、第1溝の測定後、中心軸と平行にセンサ部を移動させるだけで、センサ部を測定対象物の測定位置である第2位置に到達させることが可能となる。その結果、位置決めの煩雑さが無くなり、より効率的な測定動作が可能となる。 Therefore, after the measurement of the first groove, it is possible to cause the sensor unit to reach the second position, which is the measurement position of the measurement object, simply by moving the sensor unit in parallel with the central axis. As a result, the complexity of positioning is eliminated and a more efficient measurement operation is possible.
上記態様において、前記センサ部は、前記第1交点において、前記第1溝の延設方向と直交する溝断面の形状を測定してもよい。 The said aspect WHEREIN: The said sensor part may measure the shape of the groove | channel cross section orthogonal to the extending direction of a said 1st groove | channel in a said 1st intersection.
本態様によれば、第1交点において、第1溝の延設方向と直交する溝断面の形状が測定される。そのため、センサ部は第2溝と同等の形状を持つ第1溝を計測できる。 According to this aspect, the shape of the groove cross section orthogonal to the extending direction of the first groove is measured at the first intersection. Therefore, the sensor unit can measure the first groove having the same shape as the second groove.
上記態様において、前記第2形状データ取得部は、前記第2溝の1の位置における溝断面の形状を測定する場合、前記1の位置を基準とする所定の範囲を前記測定対象物が前記中心軸と平行に移動する間に、前記センサ部により取得される複数の第2形状データのうち、前記第1形状データとの誤差が最小の第2形状データを特定し、
前記評価部は、前記特定された第2形状データと前記第1形状データとの差分に基づいて前記1の位置の溝断面の形状を評価してもよい。
In the above aspect, in the case where the second shape data acquisition unit measures the shape of the groove cross section at one position of the second groove, the measurement object is within the predetermined range based on the first position. Among the plurality of second shape data acquired by the sensor unit while moving in parallel with the axis, the second shape data with the smallest error from the first shape data is specified,
The evaluation unit may evaluate the shape of the groove cross section at the first position based on a difference between the specified second shape data and the first shape data.
本態様によれば、第2溝の1の位置に対応する所定の範囲において測定対象物を中心軸と平行に移動させて、複数の第2形状データを取得させ、第1形状データとの誤差が最小の第2形状データが特定され、特定された第2形状データと第1形状データとの差分に基づいて1の位置の溝断面の形状が評価される。 According to this aspect, the measurement object is moved in parallel with the central axis within a predetermined range corresponding to the position of 1 of the second groove, a plurality of second shape data is acquired, and an error from the first shape data Is determined, and the shape of the groove cross section at the position of 1 is evaluated based on the difference between the specified second shape data and the first shape data.
そのため、第2位置に位置決めされたセンサ部の光軸及び第2溝の位置関係と、第1位置に位置決めされたセンサ部の光軸及び第1溝の位置関係との相違に起因する測定誤差が最小の第2形状データが評価対象の第2形状データとして特定されるので、評価精度を高めることができる。 Therefore, the measurement error due to the difference between the positional relationship between the optical axis and the second groove of the sensor unit positioned at the second position and the positional relationship between the optical axis and the first groove of the sensor unit positioned at the first position. Since the second shape data having the smallest value is specified as the second shape data to be evaluated, the evaluation accuracy can be improved.
上記態様において、前記第2形状データ取得部は、前記誤差として最小二乗誤差を採用してもよい。 In the above aspect, the second shape data acquisition unit may employ a least square error as the error.
本態様では、最小二乗誤差が採用されているので、第1形状データとの誤差が最小の第2形状データを正確に特定できる。 In this aspect, since the least square error is adopted, it is possible to accurately specify the second shape data having the smallest error from the first shape data.
上記態様において、前記第2溝は、前記延設方向に向けて深さが一定の割合で変化する溝であり、
前記第2溝の1又は複数の位置と前記割合とに基づいて算出される前記1又は複数の第2形状データのそれぞれの前記第1形状データに対する前記深さの変化量を記憶するメモリを更に備え、
前記第2形状データ取得部は、前記1又は複数の第2形状データから前記変化量が除去されるように前記1又は複数の第2形状データをそれぞれ補正し、
前記評価部は、補正後の前記1又は複数の第2形状データと前記第1形状データとの差分に基づいて前記第2溝の形状を評価してもよい。
In the above aspect, the second groove is a groove whose depth changes at a constant rate toward the extending direction.
A memory for storing a change amount of the depth with respect to the first shape data of each of the one or more second shape data calculated based on the one or more positions of the second groove and the ratio; Prepared,
The second shape data acquisition unit corrects each of the one or more second shape data so that the amount of change is removed from the one or more second shape data,
The evaluation unit may evaluate the shape of the second groove based on a difference between the one or more second shape data after correction and the first shape data.
本態様によれば、第2溝として、延設方向に向けて深さが一定の割合で変化する溝が採用されている。そして、第2溝の各位置に応じた深さの変化量が各第2形状データから除去されるように各第2形状データが補正されている。これにより、補正後の第2形状データの形状と第1形状データの形状とを対等に評価することができ、第2溝の加工精度を正確に評価できる。 According to this aspect, a groove whose depth changes at a constant rate in the extending direction is employed as the second groove. And each 2nd shape data is correct | amended so that the variation | change_quantity of the depth according to each position of a 2nd groove | channel is removed from each 2nd shape data. Thereby, the shape of the 2nd shape data after correction | amendment and the shape of 1st shape data can be evaluated equally, and the process precision of a 2nd groove | channel can be evaluated correctly.
上記態様において、前記センサ部は、前記第2溝の1の位置の溝断面の形状を複数の領域に分けて計測する複数のセンサ要素を備え、
前記複数のセンサ要素のうち少なくとも1つのセンサ要素は、光軸が前記溝断面の底部からずれた前記溝断面の第1領域を計測する第1センサ要素であり、
前記第2形状データ取得部は、
前記第1センサ要素で計測された第1形状データから前記第1領域の形状を示す第1近似関数を算出する第1処理と、
前記第1近似関数から前記第2溝の1の位置に対応する前記変化量を減算又は加算して第2近似関数を算出する第2処理と、
前記第1近似関数及び前記光軸を示す一次関数の第3交点と、前記第2近似関数及び前記一次関数の第4交点との距離の計算を、前記一次関数を傾きを維持した状態で平行移動させながら繰り返すことで、複数の距離を算出する第3処理と、
前記第1センサ要素で計測された前記1の位置の第2形状データから前記複数の距離を加算又は減算することで前記第2形状データを補正する第4処理とを実行してもよい。
In the above aspect, the sensor unit includes a plurality of sensor elements that measure the shape of the groove cross section at one position of the second groove divided into a plurality of regions,
At least one sensor element of the plurality of sensor elements is a first sensor element that measures a first region of the groove cross section in which an optical axis is shifted from a bottom of the groove cross section,
The second shape data acquisition unit
A first process for calculating a first approximation function indicating the shape of the first region from the first shape data measured by the first sensor element;
A second process of calculating a second approximate function by subtracting or adding the amount of change corresponding to the position of 1 of the second groove from the first approximate function;
The calculation of the distance between the first approximate function and the third intersection of the linear function indicating the optical axis and the fourth intersection of the second approximate function and the linear function is performed in parallel while maintaining the inclination of the linear function. A third process for calculating a plurality of distances by repeating the movement, and
A fourth process of correcting the second shape data by adding or subtracting the plurality of distances from the second shape data at the first position measured by the first sensor element may be executed.
センサ部の光軸が溝断面の溝底部を通過していると、単純に位置に応じた変化量を第2形状データから除去すれば、第1形状データと同等の第2形状データが得られる。しかし、センサ部の光軸が溝断面の溝底部からずれていると、単純に位置に応じた変化量を第2形状データから除去しても、第1形状データと同等の第2形状データが得られない。 If the optical axis of the sensor section passes through the groove bottom of the groove cross section, the second shape data equivalent to the first shape data can be obtained by simply removing the variation corresponding to the position from the second shape data. . However, if the optical axis of the sensor part is deviated from the groove bottom of the groove cross section, the second shape data equivalent to the first shape data is obtained even if the amount of change corresponding to the position is simply removed from the second shape data. I can't get it.
そこで、本態様は、センサ部の光軸が溝断面の溝底部からずれた第1センサ要素で計測された第1形状データについては、第1センサ要素が計測した溝断面の第1領域の形状を示す第1近似関数から、第2溝の1の位置に対応する変化量を減算又は加算して第2近似関数を算出する。そして、第1近似関数及び光軸を示す一次関数の第3交点と、第2近似関数及び一次関数の第4交点との距離の計算を、一次関数を傾きを維持した状態で平行移動させながら繰り返して複数の距離を算出する。そして、1の位置の第2形状データに複数の距離が加算又は減算することで、第2形状データが補正される。そのため、センサ部の光軸が溝断面の溝底部(中心)からずれていても、第2溝の加工精度を正確に評価できる。 Therefore, in this aspect, the first shape data measured by the first sensor element in which the optical axis of the sensor unit is shifted from the groove bottom portion of the groove section is the shape of the first region of the groove section measured by the first sensor element. The second approximate function is calculated by subtracting or adding the amount of change corresponding to the position of 1 in the second groove from the first approximate function indicating. Then, while calculating the distance between the first approximate function and the third intersection of the linear function indicating the optical axis, and the fourth intersection of the second approximate function and the linear function, while moving the linear function while maintaining the inclination, Repeat to calculate multiple distances. Then, the second shape data is corrected by adding or subtracting a plurality of distances to the second shape data at one position. Therefore, the processing accuracy of the second groove can be accurately evaluated even if the optical axis of the sensor unit is deviated from the groove bottom (center) of the groove cross section.
上記態様において、前記第2形状データ取得部は、前記第1処理において、前記第1近似関数と前記設計値との誤差が閾値範囲以下となるように前記第1領域を1又は複数の区間に区画し、各区間の形状を近似する1又は複数の第1近似関数を算出し、前記各区間のそれぞれに対して前記第2〜第4処理を実行してもよい。 In the above aspect, the second shape data acquisition unit sets the first region to one or a plurality of sections so that an error between the first approximation function and the design value is equal to or less than a threshold range in the first process. One or a plurality of first approximation functions that divide and approximate the shape of each section may be calculated, and the second to fourth processes may be executed for each of the sections.
本態様によれば、第1及び第2溝の形状が複雑な場合、第1領域を1つの第1近似関数で近似させることが困難となる。本態様では、第1近似関数と設計値との誤差が閾値範囲以下となるように第1領域が複数の区間に区画され、区間毎に第1近似関数が算出される。そのため、第1及び第2溝の形状が複雑であっても、第2溝の加工精度を正確に評価できる。 According to this aspect, when the shapes of the first and second grooves are complicated, it is difficult to approximate the first region with one first approximation function. In this aspect, the first area is divided into a plurality of sections so that the error between the first approximation function and the design value is equal to or less than the threshold range, and the first approximation function is calculated for each section. Therefore, even if the shapes of the first and second grooves are complicated, the processing accuracy of the second groove can be accurately evaluated.
上記態様において、前記移動部は、前記中心軸を中心に前記測定対象物を回転させながら、前記測定対象物を前記中心軸と平行に移動させ、
前記第2形状データ取得部は、前記移動部により前記中心軸を中心に回転されながら前記中心軸と平行に移動される前記測定対象物の前記第2溝の溝断面の形状を前記センサ部に連続的又は断続的に測定させて前記第2溝の複数の位置の溝断面の形状を示す複数の第2形状データを取得してもよい。
In the above aspect, the moving unit moves the measurement object in parallel with the central axis while rotating the measurement object about the central axis.
The second shape data acquisition unit sets the shape of the groove cross section of the second groove of the measurement object that is moved in parallel with the central axis while being rotated about the central axis by the moving unit to the sensor unit. A plurality of second shape data indicating the shape of the cross section of the groove at a plurality of positions of the second groove may be acquired by continuously or intermittently measuring.
本態様によれば、中心軸を中心に回転されながら中心軸と平行に移動される測定対象物の第2溝の溝断面の形状がセンサ部により連続的又は断続的に測定されて第2溝の複数の位置の溝断面の形状を示す複数の第2形状データが取得されている。そのため、第2溝の全域の形状の加工精度を評価できる。 According to this aspect, the shape of the groove cross section of the second groove of the measurement object that is moved around the central axis while being rotated about the central axis is continuously or intermittently measured by the sensor unit, and the second groove is measured. A plurality of second shape data indicating the shape of the groove cross-section at the plurality of positions is acquired. Therefore, the processing accuracy of the shape of the entire area of the second groove can be evaluated.
本発明によれば、センサ部の誤差や測定対象物の形状変化に拘わらず、測定対象物の加工精度を正確に評価できる。 According to the present invention, it is possible to accurately evaluate the processing accuracy of the measurement object regardless of the error of the sensor unit or the shape change of the measurement object.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態における評価装置の一例を示す全体構成図である。図2は、図1の評価装置を上方から下方に見た図である。評価装置は、溝302(第2溝の一例)が螺旋状に形成された測定対象物300の溝302の形状を評価する装置である。評価装置は、台座部100、ステージ110(移動部の一例)、支持部120(移動部の一例)、センサ部130、取付部140、及び天井部150を備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an overall configuration diagram illustrating an example of an evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view of the evaluation apparatus of FIG. 1 as viewed from above. The evaluation apparatus is an apparatus for evaluating the shape of the
なお、図1において、Z方向は測定対象物300の長手方向を指し、+Z方向は長手方向の前方を指し、−Z方向は長手方向の後方を指す。また、Y方向は上下方向を指し、+Y方向は上方を指し、−Y方向は下方を指す。また、X方向は、Y方向及びZ方向のそれぞれと直行する左右方向を指し、+X方向は後方から前方を見て右方を指し、−X方向は後方から前方を見て左方を指す。
In FIG. 1, the Z direction indicates the longitudinal direction of the
測定対象物300としては、例えば、スクリュー、プロペラ、ドリル等が採用される。
As the
台座部100は、例えば、平板状であり、地上に対して固定されている。ステージ110は、台座部100に対して+Z方向、−Z方向に移動可能、つまり、測定対象物300の長手方向に対して移動可能に取り付けられている。
The
例えば、台座部100の上面にはZ方向に沿って案内溝(図略)が設けられ、ステージ110の底面にはこの案内溝に勘合するローラ(図略)が設けられている。これにより、ステージ110はこの案内溝に沿ってローラが案内されることで、台座部100の上をZ方向に沿って移動できる。
For example, a guide groove (not shown) is provided on the upper surface of the
ステージ110のZ方向の両端には一対の支持部120が立設されている。−Z方向側の支持部120は測定対象物300の−Z方向側の端部320を支持し、+Z方向側の支持部120は測定対象物300の+Z方向側の端部320を支持する。ここで、一対の支持部120は、測定対象物300の長手方向がZ方向と平行になるように測定対象物300を支持する。
A pair of
図2を参照する。測定対象物300は、螺旋状に溝302が形成された測定対象領域310と、一対の端部320とを備える。一対の端部320は、それぞれ、測定対象領域310のZ方向側の端部から中心軸CZと同心円状に延びる円柱形状の部材である。
Please refer to FIG. The
図1を参照する。測定対象物300は、長手方向の中心軸CZを回転軸として回転可能に一対の支持部120により支持されている。具体的には、一対の支持部120は、それぞれ、端部320が挿入される軸受(図略)を備え、軸受を介して、測定対象物300を回転可能に支持する。
Please refer to FIG. The
天井部150は、例えば平板状であり、台座部100の上側に設けられている。天井部150には、取付部140がZ方向に移動可能に取り付けられている。例えば、天井部150にはZ方向と平行に案内溝(図略)が設けられ、取付部140の上面にはこの案内溝に嵌合するローラ(図略)が設けられている。取付部140は、この案内溝にローラが案内され、天井部150に対してZ方向に移動できる。
The
取付部140の下面にはセンサ部130が着脱可能に取り付けられている。
A
センサ部130は、物体の3次元形状を非接触で測定する3次元画像センサで構成される。詳細には、センサ部130は、測定光を溝302に照射する光源と、溝302からの反射光を受光するカメラとを備える。本実施の形態では、測定光として、光切断線が採用される。但し、これは一例であり、測定光としては、光切断線に代えてスポット光が採用されてもよい。
The
カメラと光源とは、カメラの光軸と光源の光軸とが所定の頂角を持つように配置されている。そのため、カメラが撮影した画像内に表れる測定光の座標と頂角とを用いて三角測量の原理を適用することで、溝302の形状を測定できる。
The camera and the light source are arranged so that the optical axis of the camera and the optical axis of the light source have a predetermined apex angle. Therefore, the shape of the
図2を参照する。溝断面Q2は溝302の延設方向L21と直交する面で溝302を切断したときの溝302の形状を示す面である。そのため、センサ部130の光源は、延設方向L21と直交する方向(溝302の幅方向)に光切断線を照射する。
Please refer to FIG. The groove cross section Q2 is a surface showing the shape of the
センサ部130は、取付部140によって基準測定物400の上方の所定の位置Z1(第1位置の一例)に位置決めされて、基準測定物400の溝402(第1溝の一例)の溝断面Q1の形状を非接触で計測する。
The
詳細には、センサ部130は、溝断面の幅方向の中心(交点P11)において、溝402の延設方向L11と直交する溝断面Q1の形状を測定する。ここで、位置Z1(図1)は、溝断面の幅方向の中心(交点P11)の真上に配置されている。また、センサ部130は、基準測定物400の幅方向の中心線L12に向けて光切断線が照射されるように光源が配置されている。そのため、位置Z1に位置決めされることで、センサ部130は、溝断面Q1の形状を測定できる。
Specifically, the
また、センサ部130は、取付部140によって測定対象物300の上方の所定の位置Z2(第2位置の一例)に位置決めされ、測定対象物300の溝302の溝断面Q2の形状を非接触で測定する。
The
図2を参照する。基準測定物400の溝402は、溝断面Q2の設計値と同じ形状を持つ。基準測定物400は、上方から下方に見て、溝402の延設方向L11が溝302の延設方向L21と平行、且つ、基準測定物400の厚み方向の中心を通る中心線L12と、溝402の底部を通る溝底線L13と、の交点P11(第1交点の一例)が、中心軸CZと交わるように+Z方向側の支持部120の上面に設置されている。
Please refer to FIG. The
また、位置Z2(図1)は、測定対象物300を上方から下方に見た場合、中心軸CZ上のある位置に配置されている。そのため、センサ部130を位置Z1に位置決めして溝断面Q1の形状を測定した後、センサ部130を−Z方向に移動させて位置Z2に位置決めするだけで、溝断面Q1と平行な溝断面Q2を測定できる。
Further, the position Z2 (FIG. 1) is arranged at a certain position on the central axis CZ when the measuring
本実施の形態では、測定対象物300はZ方向へのみ移動され、中心軸CZ回りに回転されないものとする。そのため、評価装置は、測定対象物300の溝302の全域の形状を測定できない。そこで、本実施の形態では、評価装置は、例えば、1又は数カ所の溝断面Q2の形状を測定する。例えば、P21で示される溝302のある位置(位置ZD)の溝断面Q2が測定箇所であるとすると、溝302の底部を通る溝底線L23と中心軸CZとの交点P21(溝断面Q2の幅方向の中心)が位置P2の真下に到達したときに、センサ部130は、溝断面Q2の形状を測定すればよい。
In the present embodiment, it is assumed that the
なお、本実施の形態では、溝断面Q2はどの位置でも同じ設計値で加工されているものとする。したがって、溝302の全域の形状ではなく、1又は数カ所の溝断面Q2の形状を測定するだけでも、溝302の加工精度の評価は可能である。
In the present embodiment, the groove cross section Q2 is processed at the same design value at any position. Therefore, it is possible to evaluate the processing accuracy of the
評価装置は、切削加工機で構成されてもよい。この場合、評価装置は、センサ部130が加工刃に交換されることで、切削加工機になる。切削加工する際には、ステージ110上には円筒状の加工対象物が取り付けられる。そして、加工刃が取り付けられた取付部140は、位置Z2に位置決めされた後、−Y方向に移動して加工刃を加工対象物に当接させる。そして、加工対象物は、支持部120により中心軸CZを回転軸として回転されながら、ステージ110により−Z方向又は+Z方向に移動されることで、螺旋状の溝302が形成される。これにより、測定対象物300が加工される。
The evaluation device may be configured by a cutting machine. In this case, the evaluation apparatus becomes a cutting machine by replacing the
図3は、前方から後方に見た場合の評価装置を示す図である。左図及び右図に示すように、支持部120は、ステージ110に立設された柱部1202と、柱部1202の上側に設けられた治具1201とを備える。治具1201は、上面に基準測定物400が載置される。そのため、治具1201のX方向の幅は柱部1202の幅よりも多少広くなっている。
FIG. 3 is a diagram illustrating the evaluation device when viewed from the front to the rear. As shown in the left and right views, the
左図の例では、治具1201は、端部320の上半分と当接する半円筒状の孔1203を備えている。また、治具1201は、端部の320の下半分と当接する孔1204を備えている。孔1203と孔1204とは、端部320を挟持することで軸受を構成する。
In the example of the left figure, the
右図の例では、治具1201の下面にはZ方向と平行に断面が三角形状の孔1205が形成されている。右図の柱部1202は左図の柱部1202と同じ構成である。右図の例では、柱部1202の孔1204に端部320が挿入された後、治具1201は柱部1202の上側から端部320を挟むようにして柱部1202の上側に載置される。
In the example of the right figure, a
図4は、本発明の実施の形態1に係る評価装置の構成の一例を示すブロック図である。図4に示す評価装置は、図1で示したステージ110、支持部120、センサ部130、及び取付部140の他、制御部700、操作部720、及び表示部730を備える。
FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the evaluation apparatus according to
制御部700は、例えば、CPU等のプロセッサで構成され、移動制御部710、第1形状データ取得部711、第2形状データ取得部712、評価部713、及びメモリ714を備える。制御部700を構成する各ブロックは、例えばプロセッサが制御プログラムを実行することで実現される。
The
移動制御部710は、ステージ110、支持部120、及び取付部140を制御する。詳細には、移動制御部710は、ステージ110をZ方向に移動させるモータ(図略)に駆動信号を出力することで、ステージ110をZ方向に移動させる。これにより、所定の位置の溝断面Q2が、位置Z2に位置決めされたセンサ部130の真下に位置決めされる。
The
また、移動制御部710は、測定対象物300を中心軸CZ回りに回転させるモータ(図略)に駆動信号を出力することで、支持部120に、測定対象物300を中心軸CZ回りに回転させる。但し、実施の形態1では、測定対象物300は、中心軸CZ回りに回転されないものとする。また、移動制御部710は、取付部140をZ方向に移動させるモータ(図略)に駆動信号を出力することで、取付部140をZ方向に移動させる。これにより、センサ部130が位置Z1又は位置Z2に位置決めされる。
Further, the
第1形状データ取得部711は、センサ部130を位置Z1に位置決めし、溝402の溝断面Q1の形状をセンサ部130に測定させて第1形状データを取得する。ここで、第1形状データは、Y方向のある位置を基準高さとしたときの、溝断面Q1の複数のサンプル点のそれぞれの高さ(深さ)を示すデータである。
The 1st shape
第1形状データ取得部711は、センサ部130のカメラが撮影した画像を取得し、その画像に表れる光切断線の座標とカメラ及び光源の頂角とに対して三角測量の原理を適用して各サンプル点の高さデータを算出し、第1形状データを取得する。光切断線の座標としては、例えば、光切断線が画像の水平方向に延びるのであれば、垂直方向の座標が採用される。この場合、第1形状データ取得部711は、光切断線が表れた画像に対して垂直方向と平行に注目ラインを設定し、注目ラインにおいて輝度ピークが表れる座標を探索する処理を、注目ラインを水平方向にずらしながら繰り返すことで、各サンプル点の光切断線の座標を特定すればよい。
The first shape
第1形状データ取得部711は、センサ部130を位置Z1に位置決めさせるコマンドを移動制御部710に出力することで、センサ部130を位置Z1に位置決めさせればよい。このコマンドを受信した移動制御部710は、取付部140を位置Z1に移動させることで、センサ部130を位置Z1に位置決めする。
The 1st shape
第2形状データ取得部712は、センサ部130を位置Z2に位置決めし、ステージ110により中心軸CZと平行に移動される測定対象物300の溝302の溝断面Q2の形状をセンサ部130に連続的又は断続的に測定させて1又は複数の第2形状データを取得する。
The second shape
「連続的に測定させる」とは、測定対象物300を停止されることなく一定の速度でZ方向に移動させてセンサ部130に溝断面Q2の形状を測定させることを指す。この場合、第2形状データ取得部712は、測定対象物300において、測定対象となる溝断面Q2が位置するZ座標を事前に記憶しておき、このZ座標が位置Z2の真下に到達したときに、センサ部130に溝断面Q2を測定させればよい。
“Continuously measure” refers to causing the
「断続的に測定させる」とは、一定の速度でZ方向に移動される測定対象物300を一旦停止させて、センサ部130に溝断面Q2の形状を測定させることを指す。この場合、第2形状データ取得部712は、事前に記憶するZ座標が位置Z2の真下に到達したときに、測定対象物300を一旦停止させ、センサ部130に溝断面Q2の形状を測定させればよい。以下の説明では、第2形状データ取得部712は、溝断面Q2の形状をセンサ部130に断続的に測定させるものとして説明する。
“Intermittently measuring” refers to temporarily stopping the
なお、第2形状データ取得部712は、移動制御部710に適宜コマンドを出力することで、ステージ110に測定対象物300を移動又は停止させればよい。また、第2形状データ取得部712は、センサ部130に適宜コマンドを出力することで、センサ部130に溝断面Q2の形状を測定させればよい。また、第2形状データ取得部712は、移動制御部710に適宜コマンドを出力することで、取付部140にセンサ部130を位置Z2に位置決めさせればよい。
The second shape
第2形状データは、第1形状データと同様、Y方向のある位置を基準高さとしたときの、溝断面Q2の複数のサンプル点のそれぞれの高さ(深さ)を示すデータである。なお、第2形状データ取得部712が第2形状データを取得する処理の詳細は第1形状データ取得部711と同じであるため、説明を省く。
Similar to the first shape data, the second shape data is data indicating the height (depth) of each of a plurality of sample points on the groove cross section Q2 when a certain position in the Y direction is set as a reference height. Note that the details of the process of acquiring the second shape data by the second shape
第2形状データ取得部712は、溝302のある位置ZDにおける溝断面Q2の形状を測定する場合、位置ZDを基準とする所定の範囲を測定対象物300が中心軸CZと平行に移動する間に、センサ部130により取得される複数の第2形状データのうち、第1形状データとの誤差が最小の第2形状データを特定する。誤差としては、最小二乗誤差が採用できる。最小二乗誤差は、式(1)で表される。
When the second shape
iはサンプル点を指定するインデックスであり、i=0(溝断面の一方の端を指定するインデックス)からi=max(溝断面の他方の端を指定するインデックス)までの値をとる整数である。H1(i)は第1形状データにおけるサンプル点(i)の高さデータを示し、H2(i)は第2形状データにおけるサンプル点(i)の高さデータを示す。 i is an index that designates a sample point, and is an integer that takes values from i = 0 (index that designates one end of the groove section) to i = max (index that designates the other end of the groove section). . H1 (i) indicates the height data of the sample point (i) in the first shape data, and H2 (i) indicates the height data of the sample point (i) in the second shape data.
図2を参照する。センサ部130が溝断面Q2を測定する場合、光切断線が溝断面Q2からずれることもある。ずれとしては、例えば、光切断線の中心が溝断面Q2の幅方向からずれるケースが挙げられる。また、センサ部130が溝断面Q1を測定する場合にもこのことは起こりえる。この場合、溝断面Q1に対する光切断線のずれ量と、溝断面Q2に対する光切断線のずれ量とが異なれば、第1形状データと第2形状データとの比較を正確に行うことができない。
Please refer to FIG. When the
そこで、第2形状データ取得部712は、溝断面Q2を測定する場合、交点P21の溝302上での位置ZD(1の位置の一例)を中心とする−δ(mm)から+δ(mm)の範囲内を測定対象物300が移動する間に、一定周期で溝断面Q2を計測させ、位置ZDに対応する複数の第2形状データを取得する。そして、第2形状データ取得部712は、位置ZDに対応する複数の第2形状データのうち第1形状データとの誤差が最小の第2形状データを特定する。なお、δと一定周期とはそれぞれ測定対象物300の移動速度と必要な位置決め精度とに基づいて事前に定められた好適な値に設定される。
Therefore, when measuring the groove cross section Q2, the second shape
図5は、複数の第2形状データの中から第1形状データとの誤差が最小の第2形状データが特定される処理を説明する図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating a process of identifying second shape data having a minimum error from the first shape data among a plurality of second shape data.
図5において、グラフG1は第1形状データを示し、グラフG20、G21、・・・、G2n、・・・、G2Nは第2形状データを示し、グラフG25は第1形状データと第2形状データとの最小二乗誤差を示す。グラフG1、G20、G21、・・・、G2n、・・・、G2N、G25において、縦軸は高さデータH(mm)を示し、横軸は溝断面Q1,Q2の幅方向に対する位置L(mm)を示している。 In FIG. 5, a graph G1 shows the first shape data, graphs G20, G21,..., G2n,..., G2N show the second shape data, and a graph G25 shows the first shape data and the second shape data. And the least square error. In the graphs G1, G20, G21,..., G2n,..., G2N, G25, the vertical axis indicates the height data H (mm), and the horizontal axis indicates the position L (with respect to the width direction of the groove cross sections Q1 and Q2). mm).
グラフG1の例では、第1形状データは、位置Lのほぼ中心に溝断面Q1の幅方向の中心が位置しており、光切断線の溝断面Q1に対するずれが少ないことが分かる。 In the example of the graph G1, the first shape data shows that the center in the width direction of the groove cross section Q1 is located almost at the center of the position L, and the deviation of the optical section line from the groove cross section Q1 is small.
グラフG20は、位置ZDに対して交点P21が−δ離れた位置f0に位置する場合の第2形状データを示している。グラフG21、・・・、G2nは、それぞれ、交点P21が位置f0に対して+Z方向に一定の間隔Δf離れた位置f1(mm)、f2(mm)、・・・、fn(mm)での第2形状データを示している。グラフG2Nは、位置ZDに対して交点P21が+δ離れた位置fNに位置する場合の第2形状データを示している。 The graph G20 shows the second shape data when the intersection point P21 is located at a position f0 that is -δ away from the position ZD. Graphs G21,..., G2n are respectively obtained at positions f1 (mm), f2 (mm),..., Fn (mm) where the intersection point P21 is a certain distance Δf away from the position f0 in the + Z direction. The second shape data is shown. The graph G2N shows the second shape data when the intersection P21 is located at a position fN that is separated by + δ with respect to the position ZD.
第2形状データ取得部712は、グラフG1で示される第1形状データと、グラフG20、G21、・・・、G2n、・・・、G2Nで示される第2形状データとのそれぞれの最小二乗誤差を求める。グラフG25では、位置f0、f1、・・・、fn、・・・、fNでの最小二乗誤差が示されている。この例では、位置fnでの最小二乗誤差が最小であった。そのため、グラフG2nで示される位置fnでの第2形状データが第1形状データとの比較対象として決定される。グラフG2nで示される第2形状データは、位置Lのほぼ中心に溝断面Q2の幅方向の中心が位置しており、光切断線の溝断面Q2に対するずれが少なく、且つ溝断面Q1に対するずれも少ないことが分かる。これにより、第1形状データと第2形状データとの形状を正しく評価できる。
The second shape
ここでは、最小二乗誤差が最小の第2形状データを特定したが、本発明はこれに限定されず。第1形状データに対して溝底部の位置が最も一致する第2形状データが特定されてもよい。 Here, the second shape data having the minimum least square error is specified, but the present invention is not limited to this. The second shape data in which the position of the groove bottom portion most closely matches the first shape data may be specified.
図4を参照する。評価部713は、第2形状データ取得部712で特定された第2形状データと第1形状データとの差分に基づいて位置ZDの溝断面の形状を評価する。ここで、評価部713は、第1形状データと第2形状データとにおいてサンプル点が対応する高さデータ同士の差分を求め、その差分の統計値(例えば、平均値)を算出するることで、第1形状データと第2形状データとの差分の評価値を算出すればよい。そして、評価部713は、評価値が所定の評価基準値以下であれば、位置ZDの溝断面Q2は正常と判定し、評価値が評価基準値を超えいていれば、位置ZDの溝断面Q2は異常と判定すればよい。なお、評価対象となる溝断面Q2の位置ZDが複数あれば、評価部713は、複数の位置ZDのそれぞれに対する評価値を求める。そして、評価部713は、例えば、全ての評価値が評価基準値以下であれば、測定対象物300の溝302の形状は正常と判定すればよい。
Please refer to FIG. The
操作部720は、例えば、キーボードやマウス等の入力装置で構成され、オペレータから種々の操作を受け付ける。種々の操作としては、測定開始の指示等が含まれる。
The
表示部730は、例えば、液晶ディスプレイ等の表示装置で構成され、評価部713の評価結果等を表示する。また、表示部730は、図5に示す各種グラフを表示してもよい。
The
図6は、本発明の実施の形態1に係る評価装置の処理を示すフローチャートである。S601では、第1形状データ取得部711は、センサ部130を位置Z1へ移動させるコマンドを移動制御部710に出力する。これにより、移動制御部710は、取付部140を位置Z1に位置決めし、センサ部130を位置Z1に位置決めする。
FIG. 6 is a flowchart showing processing of the evaluation apparatus according to
S602では、第1形状データ取得部711は、センサ部130に基準測定物400を測定させ、第1形状データを取得する。
In S <b> 602, the first shape
S603では、第2形状データ取得部712は、センサ部130を位置Z2へ移動させるコマンドを移動制御部710に出力する。これにより、移動制御部710は、取付部140を位置Z2に位置決めし、センサ部130を位置Z2に位置決めする。ここでは、位置Z2は、真下に測定対象となる位置ZD(図2)が位置するように、事前に定められているとする。
In step S <b> 603, the second shape
S604では、第2形状データ取得部712は、位置ZDを中心に+δから−δの範囲で測定対象物300を+Z方向又は−Z方向に一定速度で移動させながら、センサ部130に一定周期で溝断面Q2を測定させ、位置ZDに対応する複数の第2形状データを取得する。
In step S604, the second shape
ここで、S604の態様としては、まず、位置ZDを位置Z2の真下に位置決めしてから、測定対象物300を−δから+δの範囲で移動する態様が採用されてもよい。或いは、位置Z2の真下に位置:ZD−δが位置するように位置Z2が定められているのであれば、測定対象物300は、位置:ZD−δから位置:ZD+δまで+Z方向に移動される態様が採用されてもよい。或いは、位置Z2の真下に位置:ZD+δが位置するように位置Z2が定められているのであれば、測定対象物300は、位置:ZD+δから位置:ZD−δまで−Z方向に移動される態様が採用されてもよい。
Here, as the aspect of S604, an aspect may be employed in which the position ZD is first positioned directly below the position Z2, and then the
S605では、第2形状データ取得部712は、第1形状データと位置ZDに対応する複数の第2形状データとをそれぞれ比較する。
In S605, the second shape
S606では、第2形状データ取得部712は、位置ZDに対応する複数の第2形状データのうち、第1形状データの誤差が最小の第2形状データを特定する。
In S606, the second shape
S607では、評価部713は、第1形状データと、S606で特定した第2形状データとの差分を算出する。そして、評価部713は、算出した差分に基づいて評価値を算出し、溝断面Q2の形状を評価する。
In S607, the
このように、実施の形態1に係る評価装置では、周囲環境によるセンサ部130の測定誤差やセンサ部130が原理的に持つ測定誤差があったとしても、これらの測定誤差は第1、第2形状データとの両方に含まれているので、第1、第2形状データの差分を求めることで、これらの測定誤差が相殺され、第2溝の加工精度を正確に評価できる。
As described above, in the evaluation apparatus according to
また、熱膨張や熱収縮により測定対象物300に形状変化があった場合、基準測定物400も測定対象物と同様に形状変化しているので、第1、第2形状データの差分を求めることで、この形状変化の成分が相殺され、第2溝の加工精度を正確に評価できる。
In addition, when the shape of the
なお、図6において、S604〜S606の処理は省かれても良い。また、図6において、複数の位置ZDの溝断面Q2を測定する場合、1つの位置ZDに対するS603〜S607の処理が終了すると、第2形状データ取得部712は、位置Z2の真下に次の測定位置である位置ZDを到達するように測定対象物300をZ方向に移動させるコマンドを移動制御部710に出力すればよい。
In FIG. 6, the processes of S604 to S606 may be omitted. In FIG. 6, when measuring the groove cross-section Q2 at a plurality of positions ZD, when the processing of S603 to S607 for one position ZD is completed, the second shape
(実施の形態2)
実施の形態2に係る評価装置は、測定対象物300を中心軸CZ回りに回転させながら、Z方向に移動させることで、溝302の全域の溝断面Q2の形状を評価するものである。本実施の形態において、実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。
(Embodiment 2)
The evaluation apparatus according to
図1を参照する。測定対象物300をZ方向に移動させることなく、中心転軸CZ回りに回転させると、センサ部130からは、溝断面Q2はZ方向に移動するように見える。図1の例では、測定対象物300は延設方向L21が左斜め上方向を向いているため、測定対象物300を+Z方向に見て矢印で示す反時計回りに回転させると、センサ部130からは、溝断面Q2は+Z方向に移動するように見える。また、測定対象物300を+Z方向に見て矢印とは逆の時計回りに回転させると、溝断面Q2は−Z方向に移動するように見える。
Please refer to FIG. If the
そこで、この溝断面Q2の移動を打ち消すように、測定対象物300をZ方向に移動させると、センサ部130からは、溝断面Q2は静止して見える。例えば、測定対象物300を矢印で示す反時計回りに回転させた場合、センサ部130から見て、溝断面Q2は+Z方向に移動速度Vで移動するため、測定対象物300を−Z方向に移動速度Vで移動させると、センサ部130から見て、溝断面Q2は静止して見える。一方、測定対象物300を時計回りに回転させた場合、溝断面Q2は、センサ部130から見て、−Z方向に移動速度Vで移動するため、測定対象物300を+Z方向に移動速度Vで移動させると、センサ部130から見て、溝断面Q2は静止して見える。
Therefore, when the measuring
したがって、測定対象物300を中心軸CZ回りに回転させながら、溝断面Q2の移動が打ち消されるように測定対象物300をZ方向に移動させる。これにより、静止状態のセンサ部130は、常に溝断面Q2に光切断線を照射でき、光切断線を連続的に撮影することで、任意の位置の溝断面Q2の形状を測定できる。
Therefore, while rotating the measuring
なお、本実施の形態では、測定対象物300のZ方向に対する角速度及び移動速度としては、測定対象物300の加工時における角速度及び移動速度と同じ値が採用される。
In the present embodiment, the same values as the angular velocity and the moving speed when the measuring
図7は、本発明の実施の形態2に係る評価装置の処理を示すフローチャートである。S701〜S703は、図6のS601〜S603と同じである。
FIG. 7 is a flowchart showing processing of the evaluation apparatus according to
S704では、第2形状データ取得部712は、位置Z2の真下に、測定対象の溝断面Q2のある位置ZDが到達するように、移動制御部710にコマンドを出力する。このコマンドを受けた移動制御部710は、測定対象物300を中心軸CZ回りに所定角度回転させ、且つ、Z方向に所定距離移動させて、位置Z2の真下に位置ZDを到達させる。
In S704, the second shape
S705〜S708は図6のS604〜S607と同じである。S709では、溝302の全域の測定が終了したか否かが判定され、全域の測定が終了していれば、処理は終了する。一方、溝302の全域の測定が終了していなければ、処理はS704に戻される。
S705 to S708 are the same as S604 to S607 in FIG. In S709, it is determined whether or not the measurement of the entire area of the
すなわち、S704〜S709のループを繰り返すことで、測定対象物300の一方の端部320側の最も近くに位置する位置ZDから、他方の端部320側の最も近くに位置する位置ZDまで、測定対象物300が中心軸CZ回りに所定角度回転されると共にZ方向に所定距離移動されて、位置Z2の真下に位置ZDが断続的に位置決めされる。また、位置Z2の真下に位置ZDが位置決めされる都度、測定対象物300は、−δから+δの範囲でZ方向に移動されて、第1形状データとの誤差が最小の第2形状データが特定される。以上により、溝302の全域での複数の位置ZDの溝断面Q2の形状が評価される。その結果、本実施の形態では、溝302の形状をより正確に評価できる。
That is, by repeating the loop of S704 to S709, measurement is performed from the position ZD located closest to one
なお、図7のフローチャートでは、測定対象物300は中心軸CZ回りの回転及びZ軸への移動が断続的に行われているが、連続的に行われてもよい。この場合、S706、S707の処理は省略されればよい。また、S705では、測定対象物300を−δから+δまでの範囲をZ方向に移動させずに位置ZDに対応する1つの第2形状データを測定すればよい。
In the flowchart of FIG. 7, the
(実施の形態3)
実施の形態3に係る評価装置は、延設方向に向けて溝302の深さが一定の割合Uで変化する測定対象物300において、溝302の形状を評価するものである。
(Embodiment 3)
The evaluation apparatus according to
図4を参照する。メモリ714は、溝302の1又は複数の位置ZDと割合Uとに基づいて算出される1又は複数の第2形状データのそれぞれの第1形状データに対する深さの変化量を記憶する。本実施の形態では、基準測定物400と溝302の深さに差がない測定対象物300の位置ZD0と、基準測定物400と溝302の深さに差がある測定対象物300の1又は複数の位置ZD1とを測定するものとする。したがって、メモリ714は、位置ZD1における、溝402に対する溝302の変化量を記憶する。例えば、割合Uが溝302の延設方向L21の単位長さあたりの深さの変化量を示すとする。この場合、メモリ714は、位置ZD0から位置ZD1までの延設方向L21に沿った溝302の距離に割合Uを乗じることで事前に算出された位置ZD1での深さの変化量を、位置ZD1と対応付けて記憶すればよい。また、本実施の形態では、基準測定物400は中心軸CZ回りに回転されず、Z方向に移動のみされるとする。
Please refer to FIG. The
図8は、本発明の実施の形態3に係る評価装置の処理を示すフローチャートである。S801〜S807は、図6のS601〜S607と同じである。但し、S803では、位置Z2は、真下に位置ZD0が位置するように、事前に定められているとする。これにより、S801〜S807では、基準測定物400に対して深さの変化量が0である位置ZD0での溝断面Q2の形状が評価される。
FIG. 8 is a flowchart showing the processing of the evaluation apparatus according to
S808では、第2形状データ取得部712は、位置Z2の真下に位置ZD1が位置するように、測定対象物300をZ方向に移動させるコマンドを移動制御部710に出力する。このコマンドを受けた移動制御部710は、位置Z2の真下に位置ZD1が位置するようにステージ110を移動させる。
In S808, the second shape
S809では、第2形状データ取得部712は、位置ZD1を中心に+δから−δの範囲で測定対象物300を+Z方向又は−Z方向に一定速度で移動させながら、センサ部130に一定周期で溝断面Q2を測定させ、位置ZD1に対応する複数の第2形状データを取得する。
In S809, the second shape
S810では、第2形状データ取得部712は、位置ZD1に対応する深さの変化量をメモリ714から読み出し、S809で取得された複数の第2形状データのそれぞれについて、深さの変化量を除去することで第2形状データを補正する。例えば、位置ZD1の溝断面Q2が溝断面Q1に対して変化量dだけ深いとするならば、第2形状データ取得部712は、第2形状データの各サンプル点の高さデータH(i)に変化量dを加算することで、第2形状データを補正すればよい。一方、位置ZD1の溝断面Q2が溝断面Q1に対して変化量dだけ高いとするならば、第2形状データ取得部712は、第2形状データの各サンプル点の高さデータH(i)から変化量dを減じればよい。これにより、第2形状データにおいて第1形状データに対する深さの変化量が除去され、第2形状データの形状と第1形状データの形状とを対等に評価できるようになる。
In S810, the second shape
S811では、第2形状データ取得部712は、補正後の複数の第2形状データと、第1形状データとをそれぞれ比較する。
In S811, the second shape
S812では、第2形状データ取得部712は、複数の第2形状データのうち、第1形状データに対する誤差が最小の第2形状データを特定する。ここでは、実施の形態1で説明したように、誤差としては、最小二乗誤差が用いられる。
In S812, the second shape
S813では、評価部713は、S812で特定された第2形状データと第1形状データとの差分に基づいて評価値を算出し、位置ZD1の溝断面Q2の形状を評価する。
In S813, the
このように、実施の形態3に係る評価装置では、溝302の位置ZD1に応じた深さの変化量が第2形状データから除去されるように第2形状データが補正されている。これにより、補正後の第2形状データの形状と第1形状データの形状とを対等に評価することができ、第2溝の加工精度を正確に評価できる。
As described above, in the evaluation apparatus according to
なお、図8において複数の位置ZD1の第2形状データを取得する場合は、S813の処理の終了後、処理をS808に戻し、位置Z2の真下に次の測定対象の位置ZD1が位置するように測定対象物300をZ方向に移動させればよい。そして、S809〜S813の処理が実行されればよい。
In addition, when acquiring the 2nd shape data of several position ZD1 in FIG. 8, after completion | finish of the process of S813, a process is returned to S808 so that the position ZD1 of the next measuring object may be located directly under the position Z2. The measuring
(実施の形態4)
実施の形態4は、センサ部130が複数のセンサ要素で構成されており、複数のセンサ要素のうち少なくとも1つのセンサ要素は、光軸が溝302の溝底部からずれているものとする。また、実施の形態4は、実施の形態3と同様、延設方向L21に向けて一定の割合Uで深さが変化する溝302を備える測定対象物300を評価対象とする。そして、実施の形態4は、光軸がずれたセンサ要素が測定対象物300を測定することで得られた第2形状データにおいて、深さの変化量を正確に除去するものである。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, the
図9は、本発明の実施の形態4に係るセンサ部130の構成を示す図である。図9では、溝302の延設方向L21と直交する方向からセンサ部130を見たときのセンサ部130の構成が示されている。センサ部130は、3つのセンサ要素131,132,133を備える。なお、センサ要素131,133は、第1センサ要素の一例である。センサ要素131,132,133は、それぞれ、溝302のある位置ZDの溝断面Q2の領域R91,R92,R93を測定する。センサ要素131〜133は、それぞれ、カメラ91及び光源92を備える。カメラ91及び光源92は光軸同士が一定の頂角を有するように配置されている。光源92は、光切断線を照射する。カメラ91は、溝断面Q2に向けて光切断線が照射された溝302の画像を撮影する。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of the
センサ要素131,132,133は、それぞれ、光切断線の放射面S91,S92,S93が連なり、且つ、溝断面Q2の全幅に光切断線を照射するように光源92が配置されている。これにより、センサ要素131〜133は、同一の位置ZDにおける溝断面Q2の形状を同時に測定できる。
In each of the
センサ要素131,132,133の光軸L91,L92,L93は、それぞれ、放射面S91,S92,S93を2等分する線である。センサ要素132は、光軸L92がY方向と平行であり、溝断面Q2の幅方向の中心O9と交差している。光軸L91〜L93は、光軸L92上の交点CPで交差している。交点CPにおいて、光軸L91及び光軸L92のなす角と、光軸L93及び光軸L92のなす角とは等しくなるように、センサ要素131〜133は配置されている。また、光源92から溝断面Q2までの光軸L91〜L93の長さはそれぞれ実質的に等しくなるようにセンサ要素131〜133は配置されている。よって、領域R91,R92,R93は溝断面Q2を3等分する。
The optical axes L91, L92, and L93 of the
ここで、センサ要素132は、光軸L92が中心O9と交差するので、実施の形態3で説明した手法をそのまま適用しても、第2形状データから変化量dを除去できる。
Here, since the optical axis L92 intersects the center O9, the
しかし、センサ要素131,133は、光軸L91,L93が中心O9からずれているので(Y方向に対して傾斜しているので)、実施の形態3で説明した手法をそのまま適用すると、第2形状データから変化量dを除去できない。
However, since the
図10を参照する。図10は、本発明の実施の形態4に係る処理を説明するためのグラフである。図10において、f1(x)は第1形状データの近似関数であり(第1近似関数の一例)、f2(x)はf1(x)から変化量dを減じた近似関数であり(第2近似関数の一例)、一次関数f3(x)はセンサ要素131の光軸L91を示す一次関数である。図10において、縦軸(y軸)は光軸L92と平行な方向を示し、横軸(x軸)は溝断面Q1の幅方向を示す。x=0の位置は溝断面Q1の溝底部を示す。
Please refer to FIG. FIG. 10 is a graph for explaining the processing according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 10, f1 (x) is an approximate function of the first shape data (an example of the first approximate function), and f2 (x) is an approximate function obtained by subtracting the variation d from f1 (x) (second An example of an approximate function), a linear function f3 (x) is a linear function indicating the optical axis L91 of the
センサ要素132は、光軸L92(図9)がy軸と平行なので、変化量dの方向がy軸と平行である。そのため、第1形状データに対する深さの変化量dを第2形状データに加えれば、第2形状データから変化量dが除去される。
In the
しかし、センサ要素131は、光軸L91がy軸に対して傾斜している。そのため、第2形状データにおいて、光軸L91上での深さの変化量を除去するためには、変化量dではなく、光軸L91と平行な交点Aと交点Bとの距離を減じる必要がある。なお、交点Aは近似関数f1(x)及び光軸L91の交点であり、交点Bは近似関数f2(x)及び光軸L91の交点である。上述したことは、センサ要素133も同じである。
However, in the
そこで、本実施の形態では、下記の処理を行う。以下の説明では、光軸L91を例に挙げて説明するが、光軸L93も同じである。 Therefore, in the present embodiment, the following processing is performed. In the following description, the optical axis L91 will be described as an example, but the optical axis L93 is the same.
(1)センサ要素131の配置から、光軸L91を表す一次関数:f3(x)=a・x+bが計算される。ここで、光軸L91を表す一次関数は事前に計算可能であるため、メモリ714に事前に計算された一次関数を記憶させておき、第2形状データ取得部712は一次関数をメモリ714から取得すればよい。
(1) From the arrangement of the
(2)第2形状データ取得部712は、基準測定物400を測定して第1形状データを取得し、第1形状データから領域R91の範囲を抜き出し、抜き出した第1形状データの近似関数f1(x)を算出する。ここでは、f1(x)の近似関数として、f1(x)=α・x2+β・x+γの2次関数を採用する。
(2) The second shape
(3)第2形状データ取得部712は、(2)で算出した近似関数f1(x)から測定対象の位置ZDでの深さの変化量dを減じ、近似関数f2(x)=f1(x)−dを算出する。例えば、近似関数f2(x)は、f2(x)=α・x2+β・x+γ−dで表される。なお、位置ZD1が位置ZD0よりも深さの変化量dだけ高ければ、第2形状データ取得部712は、近似関数f2(x)を、f2(x)=f1(x)+d、すなわち、f2(x)=α・x2+β・x+γ+dにより算出すればよい。
(3) The second shape
(4)第2形状データ取得部712は、(2)で算出した近似関数f1(x)と一次関数f3(x)との交点Aと、(3)で算出した近似関数f2(x)と一次関数f3(x)との交点Bとを算出する。そして、第2形状データ取得部712は、交点Aと交点Bとの距離を算出する。交点A,B間の距離は光軸L91と平行な距離を表しており、光軸L91上での誤差そのものを表すことになる。
(4) The second shape
(5)第2形状データ取得部712は、領域R91全体での距離を算出するために、図11に示すように、(1)で取得した一次関数f3(x)のy切片を領域R91の全域が含まれるように変化させながら、(4)の処理を行う。
(5) As shown in FIG. 11, the second shape
図11は、図10において、一次関数f3(x)を平行移動させながら、交点Aと交点Bとの距離d(w)を求める処理を示す図である。平行移動される一次関数f3(x)はf3(x)=a・x+b+wとおく。ここで、wは−u以上、+u以下の値をとる。−uは領域R91の左端に一次関数f3(x)を平行移動させたときのbに対するy切片のオフセットを示し、+uは領域R91の右端に一次関数f3(x)を平行移動させたときのbに対するy切片のオフセットを示す。 FIG. 11 is a diagram illustrating a process for obtaining the distance d (w) between the intersection A and the intersection B while translating the linear function f3 (x) in FIG. The linear function f3 (x) to be translated is set as f3 (x) = a · x + b + w. Here, w takes a value between −u and + u. -U indicates the offset of the y-intercept with respect to b when the linear function f3 (x) is translated at the left end of the region R91, and + u is when the linear function f3 (x) is translated at the right end of the region R91. The offset of the y-intercept with respect to b is shown.
第2形状データ取得部712は、f3(x)=a・x+b+wとf1(x)との交点A(w)と、f3(x)=a・x+b+wとf2(x)と交点B(w)との距離d(w)の計算を、一次関数f3(x)の傾きを維持した状態で一次関数f(x)を平行移動させながら繰り返すことで、複数の距離d(w)を算出する。
The second shape
なお、交点A(w)は、f1(x)−a・x−b−w=0の方程式の解により得られ、交点B(w)は、f2(x)−a・x−b−w=0の方程式の解により得られる。また、距離d(w)は、交点Aをxa,ya、交点Bをxb,ybとすると、交点A(w),B(w)のユークリッド距離、すなわち、d(w)=((xa−xb)2+(ya−yb)2)1/2より算出される。 The intersection A (w) is obtained by solving the equation f1 (x) −a · x−b−w = 0, and the intersection B (w) is f2 (x) −a · x−b−w. Is obtained by solving the equation of = 0. The distance d (w) is the Euclidean distance between the intersections A (w) and B (w), that is, d (w) = ((xa−), where the intersection A is xa, ya and the intersection B is xb, yb. xb) 2 + (ya−yb) 2 ) 1/2 .
(6)第2形状データ取得部712は、第2形状データの各サンプル点の高さデータH(i)に距離d(w)を加算又は減算することで第2形状データを補正する。例えば、位置ZDの溝断面Q2が溝断面Q1に対して変化量dだけ深いとするならば、第2形状データ取得部712は、領域R91の第2形状データの各サンプル点の高さデータH(i)に距離d(w)を加算することで、第2形状データを補正すればよい。一方、位置ZDの溝断面Q2が溝断面Q1に対して距離d(w)だけ高いとするならば、第2形状データ取得部712は、領域R91の第2形状データの各サンプル点の高さデータH(i)から距離d(w)を減じるこで、第2形状データを補正すればよい。これにより、第2形状データから深さの変化量の影響が取り除かれた正しい溝断面Q2の形状データが得られる。
(6) The second shape
なお、処理(1)、(2)は第1処理の一例に相当し、処理(3)は第2処理の一例に相当し、処理(4)、(5)は第3処理の一例に相当し、処理(6)は第4処理の一例に相当する。 The processes (1) and (2) correspond to an example of the first process, the process (3) corresponds to an example of the second process, and the processes (4) and (5) correspond to an example of the third process. The process (6) corresponds to an example of a fourth process.
評価部713は、補正後の第2形状データと第1形状データとを比較して溝断面Q2の形状を評価する。
The
但し、溝断面Q1,Q2の形状が複雑な場合、処理(2)の際に、領域R91の全域を1つの近似関数を用いて第1形状データを表すと大きな誤差が発生する可能性がある。そこで、本実施の形態では、第2形状データ取得部712は、処理(2)において、近似関数f1(x)と設計値との誤差が閾値範囲を以下となるように領域R91を1又は複数の区間に区画し、各区間の形状を近似する1又は複数の近似関数f1(x)を算出し、各区間のそれぞれに対して処理(3)〜(6)を実行する。
However, when the shapes of the groove cross-sections Q1 and Q2 are complicated, a large error may occur when the first shape data is expressed by using one approximate function for the entire region R91 in the process (2). . Therefore, in the present embodiment, the second shape
図12は、近似関数f1(x)と設計値との誤差が閾値範囲以下となるように領域R91を複数の区間に分ける処理を説明する図である。 FIG. 12 is a diagram illustrating a process of dividing the region R91 into a plurality of sections so that the error between the approximate function f1 (x) and the design value is equal to or smaller than the threshold range.
図12のグラフG1201は、図8で示す領域R91の第1形状データを1つの近似関数f1(x)で近似した場合の近似関数f1(x)と領域R91の設計値との誤差を示している。グラフG1201において、曲線g1は設計値を示し、曲線g2は近似関数f1(x)と設計値との誤差を示し、曲線g3は領域R91の第1形状データの測定値を示す。グラフG1201において、左側の縦軸は高さを示し、右側の縦軸は近似関数f1(x)と設計値との誤差を示し、横軸は領域R91の各位置を示す。 A graph G1201 in FIG. 12 shows an error between the approximate function f1 (x) and the design value of the region R91 when the first shape data in the region R91 shown in FIG. 8 is approximated by one approximate function f1 (x). Yes. In the graph G1201, a curve g1 indicates a design value, a curve g2 indicates an error between the approximate function f1 (x) and the design value, and a curve g3 indicates a measurement value of the first shape data in the region R91. In the graph G1201, the left vertical axis indicates the height, the right vertical axis indicates the error between the approximate function f1 (x) and the design value, and the horizontal axis indicates each position in the region R91.
グラフG1201では、曲線g2が閾値範囲Thからはみ出しており、近似関数f1の設計値に対する誤差が大きいことが分かる。閾値範囲Thは、予め定められた誤差の許容範囲であり、0を中心に上下に一定の値を持ち、要求される測定精度から好適な値が採用される。 In the graph G1201, the curve g2 protrudes from the threshold range Th, and it can be seen that there is a large error with respect to the design value of the approximate function f1. The threshold range Th is a predetermined allowable error range, has a constant value up and down around 0, and a suitable value is adopted from the required measurement accuracy.
グラフG1202では、領域R91の右端の位置x0から位置x1までの区間R11において、1つの近似関数f11(x)を用いて、誤差を閾値範囲Th内に収めることができたので、第2形状データ取得部712は、領域R91から区間R11を取り出し、区間R11に対する近似関数f1(x)として近似関数f11(x)を採用する。すなわち、第2形状データ取得部712は、位置x1を超えると、誤差が閾値範囲Thを超えたので、区間R11を近似関数f11(x)の適用範囲として決定したのである。
In the graph G1202, since the error can be contained within the threshold range Th using one approximation function f11 (x) in the section R11 from the right end position x0 to the position x1 of the region R91, the second shape data The
グラフG1203では、位置x1から位置x2までの区間R12において、1つの近似関数f12(x)を用いて、誤差を閾値範囲Th内に収めることができたので、第2形状データ取得部712は、領域R91から区間R12を取り出し、区間R12に対する近似関数f1(x)として近似関数f12(x)を採用する。すなわち、第2形状データ取得部712は、位置x2を超えると、誤差が閾値範囲Thを超えたので、区間R12を近似関数f12(x)の適用範囲として決定したのである。
In the graph G1203, in the section R12 from the position x1 to the position x2, using one approximation function f12 (x), the error can be within the threshold range Th, so the second shape
グラフG1204では、位置x2から位置x3までの区間R13において、1つの近似関数f13(x)を用いて、誤差を閾値範囲Th内に収めることができたので、第2形状データ取得部712は、領域R91から区間R13を取り出し、区間R13に対する近似関数f1(x)として近似関数f13(x)を採用する。すなわち、第2形状データ取得部712は、位置x3を超えると、誤差が閾値範囲Thを超えたので、区間R13を近似関数f13(x)の適用範囲として決定したのである。
In the graph G1204, in the section R13 from the position x2 to the position x3, the error can be kept within the threshold range Th using one approximate function f13 (x). Therefore, the second shape
グラフG1205では、位置x3から領域R91の左端である位置x4までの区間R14において、1つの近似関数f14(x)を用いて、誤差を閾値範囲Th内に収めることができたので、第2形状データ取得部712は、領域R91から区間R14を取り出し、区間R14に対する近似関数f1(x)として近似関数f14(x)を採用する。
In the graph G1205, in the section R14 from the position x3 to the position x4 that is the left end of the region R91, the error can be within the threshold range Th using one approximation function f14 (x). The
そして、第2形状データ取得部712は、区間R11〜R14のそれぞれにおいて上記の処理(3)〜(5)を行い、区間R11〜R14の各サンプル点に対する距離d(w)を求める。そして、第2形状データ取得部712は、領域R91の第2形状データの各サンプル点の高さデータH(i)に対して対応する距離d(w)を加算又は減算することで第2形状データから距離d(w)の影響を除去する(処理(6))。これにより、評価部713は、深さの変化量dの影響が除去された第2形状データを用いて第1形状データとの比較が行える。
Then, the second shape
なお、図12では、領域R91に対する例が示されたが、図9に示す領域R93についても同じ処理が適用される。また、本実施の形態では、光軸が溝断面Q2の中心O9からずれているセンサ要素が2つであったので、2つの第1形状データに対して図12に示す処理が適用されたが、これは一例である。すなわち、図12に示す処理は、光軸が溝断面Q2の中心O9からずれるセンサ要素が1つ、又は3つ以上であれば、各センサ要素に対して適用される。 In FIG. 12, an example for the region R91 is shown, but the same processing is applied to the region R93 shown in FIG. In the present embodiment, since there are two sensor elements whose optical axes are deviated from the center O9 of the groove cross section Q2, the processing shown in FIG. 12 is applied to the two first shape data. This is an example. That is, the process shown in FIG. 12 is applied to each sensor element if the optical axis is one or three or more sensor elements whose center is shifted from the center O9 of the groove section Q2.
以上の方法により、複雑な曲面形状を有する物体に対しても、深さ方向の変化の影響を高精度に除去することが可能である。 By the above method, it is possible to remove the influence of the change in the depth direction with high accuracy even for an object having a complicated curved surface shape.
図13は、実施の形態4に係る評価装置において、ある位置ZDでの第2形状データの測定値と、その位置ZDに対する補正後の第1形状データとを示すグラフである。上段のグラフは、センサ要素131におけるグラフであり、中段のグラフはセンサ要素132におけるグラフであり、下段のグラフはセンサ要素133におけるグラフである。
FIG. 13 is a graph showing measured values of the second shape data at a certain position ZD and corrected first shape data for the position ZD in the evaluation apparatus according to the fourth embodiment. The upper graph is a graph in the
図13の各グラフにおいて、縦軸は高さを示し、横軸は溝断面Q2の各位置を示している。ひし形の点でプロットされた点群g11は、補正後の第1形状データを示し、四角形の点でプロットされた点群g12は第2形状データの測定値を示す。 In each graph of FIG. 13, the vertical axis indicates the height, and the horizontal axis indicates each position of the groove cross section Q2. A point group g11 plotted with rhombus points shows the first shape data after correction, and a point group g12 plotted with square points shows the measured values of the second shape data.
中段のグラフは、光軸が溝断面Q2の中心O9がずれていないので、点群g11,g12はほぼ水平方向に延びている。上段のグラフは、光軸が溝断面Q2に対して右方(図9)にずれているので、点群g11,g12は右斜め上方に延びている。下段のグラフは、光軸が溝断面Q2に対して左方(図9)にずれているので、点群g11,g12は右斜め下方に延びている。 In the middle graph, since the optical axis is not shifted from the center O9 of the groove cross section Q2, the point groups g11 and g12 extend substantially in the horizontal direction. In the upper graph, since the optical axis is shifted to the right (FIG. 9) with respect to the groove cross section Q2, the point groups g11 and g12 extend obliquely upward to the right. In the lower graph, since the optical axis is shifted to the left (FIG. 9) with respect to the groove cross section Q2, the point groups g11 and g12 extend obliquely downward to the right.
いずれのグラフにおいても、点群11と点群12とのずれは僅かであり、実施の形態4の手法により、位置ZDに対応する距離d(w)を減じることで得られた補正後の第1形状データは、位置ZDにおける第2形状データの測定値と同等な値になっていることが分かる。 In any graph, the deviation between the point group 11 and the point group 12 is slight, and the corrected first obtained by reducing the distance d (w) corresponding to the position ZD by the method of the fourth embodiment. It can be seen that the one shape data is equivalent to the measured value of the second shape data at the position ZD.
実施の形態4に係るフローチャートは実施の形態3で説明した図8と同じフローチャートを採用すればよい。この場合、実施の形態4で説明した処理(1)〜(6)は図8のS810、すなわち、第2形状データの補正のステップで実行されればよい。詳細には、第2形状データ取得部712は、位置ZDにおける第2形状データを取得する場合、位置ZDを中心に測定対象物300を−δから+δの範囲でZ方向に移動させることで得られた複数の第2測定データのそれぞれに対して、上述の処理(1)〜(6)を適用すればよい。
The flowchart according to the fourth embodiment may adopt the same flowchart as FIG. 8 described in the third embodiment. In this case, the processes (1) to (6) described in the fourth embodiment may be executed in S810 of FIG. 8, that is, the second shape data correction step. Specifically, when acquiring the second shape data at the position ZD, the second shape
このように、実施の形態4に係る評価装置によれば、センサ部130の光軸が溝断面Q2の中心O9からずれていても、溝302の加工精度を正確に評価できる。
As described above, according to the evaluation apparatus according to the fourth embodiment, even if the optical axis of the
(実施の形態5)
実施の形態5は、測定対象物300を中心軸CZ回りに回転させながら、Z方向に移動させることで、溝302の全域の溝断面Q2の形状を評価する実施の形態2の態様に実施の形態3又は実施の形態4の手法を適用したものである。
(Embodiment 5)
The fifth embodiment is the same as the second embodiment in which the shape of the groove section Q2 in the entire region of the
図14は、本発明の実施の形態5に係る評価装置の処理を示すフローチャートである。図14において図7との差分は、S1306にある。S1306では、実施の形態3又は実施の形態4に示した手法を用いて、S1305で取得された複数の第2形状データのそれぞれが補正される。それ以外の、S1301〜S1304は、図7のS701〜S704と同じであり、S1307〜S1310は、図7のS706〜S709と同じである。なお、S1304において、最初に位置決めされる位置ZDは上述の位置ZD0とすればよく、以降、位置決めされる位置ZDは、上述の位置ZD1とすればよい。
FIG. 14 is a flowchart showing processing of the evaluation apparatus according to
このように、実施の形態5に係る評価装置によれば、センサ部130の光軸が溝断面Q2の中心O9からずれている場合においても、溝302の全域の形状を評価することができる。その結果、溝の加工精度をより正確に評価できる。なお、図14のフローチャートでは、測定対象物300は中心軸CZ回りの回転及びZ軸への移動が断続的に行われているが、連続的に行われてもよい。この場合、S1307、S1308の処理は省略されればよい。また、S1305では、測定対象物300を−δから+δまでの範囲をZ方向に移動させずに位置ZD1に対応する1つの第2形状データを測定すればよい。また、S1306では、1つの第2形状データに対して上述した処理(1)〜(6)を適用して第2形状データを補正すればよい。
Thus, according to the evaluation apparatus according to
また、実施の形態5において、割合Dが中心軸CZ回りの測定対象物300の単位回転角度に対する深さの変化量が規定されてもよい。この場合、メモリ714が記憶する位置ZD1に対する変化量dは、位置Z2の真下に位置ZD0が位置する状態から、位置Z2に位置ZD1が到達するまでの回転角度に、割合Dを乗じることで算出されればよい。
Further, in the fifth embodiment, the amount of change in depth with respect to the unit rotation angle of the
130 センサ部
131,132,133 センサ要素
300 測定対象物
320 端部
400 基準測定物
402 溝
700 制御部
710 移動制御部
711 第1形状データ取得部
712 第2形状データ取得部
713 評価部
714 メモリ
902 溝
A,B 交点
CZ 中心軸
L11,L21 延設方向
L12 中心線
L13,L23 溝底線
L91,L92,L93 光軸
O9 中心
P11,P21 交点
Q1,Q2 溝断面
R91,R92,R93 領域
Th 閾値範囲
U 割合
f1,f2 近似関数
f3 一次関数
130
Claims (10)
前記測定対象物の前記溝の延設方向に垂直な溝断面の設計値と同じ形状の第1溝を備える基準測定物と、
前記第1溝の溝断面の形状を非接触で測定するための第1位置と前記測定対象物の前記溝断面の形状を非接触で測定するための第2位置とに移動可能に構成されたセンサ部と、
前記測定対象物を前記測定対象物の中心軸と平行に移動させる移動部と、
前記センサ部を前記第1位置に位置決めし、前記第1溝の溝断面の形状を前記センサ部に測定させて第1形状データを取得する第1形状データ取得部と、
前記センサ部を第2位置に位置決めし、前記移動部により前記中心軸と平行に移動される前記測定対象物の前記溝である第2溝の溝断面の形状を前記センサ部に連続的又は断続的に測定させて1又は複数の第2形状データを取得する第2形状データ取得部と、
前記第1形状データと前記1又は複数の第2形状データとの差分に基づいて前記第2溝の形状を評価する評価部とを備える評価装置。 An evaluation device for evaluating the shape of the groove of the measurement object in which the groove is spirally extended,
A reference measurement object including a first groove having the same shape as a design value of a groove cross section perpendicular to the extending direction of the groove of the measurement object;
The first groove is configured to be movable between a first position for measuring the groove cross-sectional shape in a non-contact manner and a second position for measuring the groove cross-sectional shape of the measurement object in a non-contact manner. A sensor unit;
A moving unit for moving the measurement object in parallel with a central axis of the measurement object;
A first shape data acquisition unit that positions the sensor unit at the first position, causes the sensor unit to measure a shape of a groove cross section of the first groove, and acquires first shape data;
The sensor unit is positioned at the second position, and the shape of the groove section of the second groove, which is the groove of the measurement object moved by the moving unit in parallel with the central axis, is continuously or intermittently connected to the sensor unit. A second shape data acquisition unit that automatically measures and acquires one or more second shape data;
An evaluation apparatus comprising: an evaluation unit that evaluates a shape of the second groove based on a difference between the first shape data and the one or more second shape data.
前記基準測定物は、上方から下方に見た場合、前記第1溝の延設方向が前記第2溝の延設方向と平行、且つ、前記基準測定物の厚み方向の中心を通る中心線と、前記第1溝の底部を通る溝底線との第1交点が、前記中心軸と交わるように一方の支持部に設置されている請求項1記載の評価装置。 The moving part includes a pair of support parts for supporting both ends of the measurement object,
When the reference measurement object is viewed from above downward, the extending direction of the first groove is parallel to the extending direction of the second groove, and the center line passes through the center of the reference measurement object in the thickness direction. The evaluation apparatus according to claim 1, wherein a first intersection point with a groove bottom line passing through a bottom portion of the first groove is installed on one support portion so as to intersect the central axis.
前記評価部は、前記特定された第2形状データと前記第1形状データとの差分に基づいて前記1の位置の溝断面の形状を評価する請求項1〜3のいずれかに記載の評価装置。 When the second shape data acquisition unit measures the shape of the groove cross section at one position of the second groove, the measurement object is parallel to the central axis within a predetermined range based on the first position. Among the plurality of second shape data acquired by the sensor unit while moving, the second shape data with the smallest error from the first shape data is specified,
The evaluation device according to claim 1, wherein the evaluation unit evaluates the shape of the groove cross section at the position 1 based on the difference between the specified second shape data and the first shape data. .
前記第2溝の1又は複数の位置と前記割合とに基づいて算出される前記1又は複数の第2形状データのそれぞれの前記第1形状データに対する前記深さの変化量を記憶するメモリを更に備え、
前記第2形状データ取得部は、前記1又は複数の第2形状データから前記変化量が除去されるように前記1又は複数の第2形状データをそれぞれ補正し、
前記評価部は、補正後の前記1又は複数の第2形状データと前記第1形状データとの差分に基づいて前記第2溝の形状を評価する請求項1記載の評価装置。 The second groove is a groove whose depth changes at a constant rate in the extending direction,
A memory for storing a change amount of the depth with respect to the first shape data of each of the one or more second shape data calculated based on the one or more positions of the second groove and the ratio; Prepared,
The second shape data acquisition unit corrects each of the one or more second shape data so that the amount of change is removed from the one or more second shape data,
The evaluation apparatus according to claim 1, wherein the evaluation unit evaluates a shape of the second groove based on a difference between the one or more second shape data after correction and the first shape data.
前記複数のセンサ要素のうち少なくとも1つのセンサ要素は、光軸が前記溝断面の底部からずれた前記溝断面の第1領域を計測する第1センサ要素であり、
前記第2形状データ取得部は、
前記第1センサ要素で計測された第1形状データから前記第1領域の形状を示す第1近似関数を算出する第1処理と、
前記第1近似関数から前記第2溝の1の位置に対応する前記変化量を減算又は加算して第2近似関数を算出する第2処理と、
前記第1近似関数及び前記光軸を示す一次関数の第3交点と、前記第2近似関数及び前記一次関数の第4交点との距離の計算を、前記一次関数を傾きを維持した状態で平行移動させながら繰り返すことで、複数の距離を算出する第3処理と、
前記第1センサ要素で計測された前記1の位置の第2形状データから前記複数の距離を加算又は減算することで前記第2形状データを補正する第4処理とを実行する請求項6記載の評価装置。 The sensor unit includes a plurality of sensor elements that measure the shape of the groove cross section at one position of the second groove by dividing it into a plurality of regions,
At least one sensor element of the plurality of sensor elements is a first sensor element that measures a first region of the groove cross section in which an optical axis is shifted from a bottom of the groove cross section,
The second shape data acquisition unit
A first process for calculating a first approximation function indicating the shape of the first region from the first shape data measured by the first sensor element;
A second process of calculating a second approximate function by subtracting or adding the amount of change corresponding to the position of 1 of the second groove from the first approximate function;
The calculation of the distance between the first approximate function and the third intersection of the linear function indicating the optical axis and the fourth intersection of the second approximate function and the linear function is performed in parallel while maintaining the inclination of the linear function. A third process for calculating a plurality of distances by repeating the movement, and
The fourth process of correcting the second shape data by adding or subtracting the plurality of distances from the second shape data of the one position measured by the first sensor element. Evaluation device.
前記第2形状データ取得部は、前記移動部により前記中心軸を中心に回転されながら前記中心軸と平行に移動される前記測定対象物の前記第2溝の溝断面の形状を前記センサ部に連続的又は断続的に測定させて前記第2溝の複数の位置の溝断面の形状を示す複数の第2形状データを取得する請求項1〜8のいずれかに記載の評価装置。 The moving unit moves the measurement object in parallel with the central axis while rotating the measurement object about the central axis,
The second shape data acquisition unit sets the shape of the groove cross section of the second groove of the measurement object that is moved in parallel with the central axis while being rotated about the central axis by the moving unit to the sensor unit. The evaluation apparatus according to claim 1, wherein a plurality of second shape data indicating a shape of a groove cross-section at a plurality of positions of the second groove is acquired by continuously or intermittently measuring.
前記測定対象物の前記溝の延設方向に垂直な溝断面の設計値と同じ形状の第1溝を備える基準測定物の溝断面の形状をセンサ部に非接触で測定させて第1形状データを取得し、
移動部により中心軸と平行に移動される前記測定対象物の第2溝の溝断面の形状を前記センサ部に非接触で連続的又は断続的に測定させて複数の第2形状データを取得し、
前記第1形状データと前記複数の第2形状データとの差分に基づいて前記第2溝の形状を評価する評価方法。 An evaluation method for evaluating the shape of a groove of a measurement object in which the groove is spirally extended,
First shape data obtained by causing the sensor section to measure the shape of the groove cross section of the reference measurement object including the first groove having the same shape as the design value of the groove cross section perpendicular to the extending direction of the groove of the measurement object without contact. Get
A plurality of second shape data is acquired by causing the sensor section to continuously or intermittently measure the shape of the cross section of the second groove of the measurement object moved in parallel with the central axis by the moving portion. ,
An evaluation method for evaluating a shape of the second groove based on a difference between the first shape data and the plurality of second shape data.
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