JP2021047043A - 形状の評価方法、部品の製造方法、及び形状の評価システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な設備で被計測面の形状を高精度に評価できる形状の評価方法及び形状の評価システムと、このような形状の評価方法を用いた高精度な部品の製造方法と、を提供する。【解決手段】形状の評価方法は、対象物の被計測面の形状を、第１方向において隣接する一対の計測領域が重複領域を有するように部分計測し、前記計測領域ごとの計測データを取得する工程Ｓ２１と、前記計測領域ごとに、前記計測データから前記第１方向と交差する第２方向における形状の変動を除去した前記第１方向の形状の代表データを算出する工程Ｓ２２と、前記第１方向に隣接する一対の前記代表データにおいて前記重複領域の形状差が最小となるように複数の前記代表データを接続し、前記被計測面の全体の形状データを合成する工程Ｓ２３と、を備える。【選択図】図５

Description

実施形態は、形状の評価方法、部品の製造方法、及び形状の評価システムに関する。

対象物の表面の形状を計測する際に、形状計測手段の計測領域が計測したい被計測面よりも小さい場合がある。このような場合、隣接する計測領域が重複領域を備えるように、計測領域をずらしながら被計測面の形状を部分計測し、隣接する一対の計測データにおいて重複領域の形状差が最小となるように、複数の計測データを接続する技術が知られている。このような技術は、スティッチングと呼ばれる。このような技術によれば、計測領域が被計測面よりも小さい場合でも、被計測面の全体形状を計測することができる。

例えば、対象物の精密な形状（高さ分布）を取得したい場合は、干渉計等の非接触式の計測、あるいはプローブ（接触子）を介した接触式の計測が利用されるが、計測領域をずらすために対象物を載置したステージを移動させる際等において、ステージの傾きが変化し、複数の計測データを接続する際に誤差が生じる場合がある。このため、近年、ステージの傾きを計測し、ステージの傾きを考慮して複数の計測データを接続する方法が提案されている。
しかしながら、簡単な設備で対象物の表面の形状を高精度で評価したいという要望がある。

特開２０１８−１１９８１７号公報

実施形態の目的は、簡単な設備で被計測面の形状を高精度で評価できる形状の評価方法及び形状の評価システムと、このような形状の評価方法を用いた高精度な部品の製造方法と、を提供することである。

実施形態に係る形状の評価方法は、対象物の被計測面の形状を、第１方向において隣接する一対の計測領域が重複領域を有するように部分計測し、前記計測領域ごとの計測データを取得する工程と、前記計測領域ごとに、前記計測データから前記第１方向と交差する第２方向における形状の変動を除去した前記第１方向の形状の代表データを算出する工程と、前記第１方向に隣接する一対の前記代表データにおいて前記重複領域の形状差が最小となるように複数の前記代表データを接続し、前記被計測面の全体の形状データを合成する工程と、を備える。

実施形態に係る加工システムを示すブロック図である。 実施形態に係る加工システムによって加工されるテスト品を例示する斜視図である。 テスト品を示す平面図である。 実施形態に係るレンズの製造方法を示すフローチャートである。 実施形態に係る形状の評価方法を示すフローチャートである。 計測データを模式的に示す図である。 図７（ａ）は、横軸にＸ方向の位置をとり縦軸に高さをとって計測データを例示するグラフであり、図７（ｂ）は、横軸にＹ方向の位置をとり縦軸に高さをとって計測データを例示するグラフである。 図８（ａ）は、計測データからＸ方向の平均形状を算出する方法を示す図であり、図８（ｂ）は、Ｘ方向に隣接する一対の計測データの最適な回転量を検出する方法を示す模式図である。 図９（ａ）は、回転補正データからＹ方向の平均形状を算出する方法を示す図であり、図９（ｂ）は、横軸にＹ方向の位置をとり縦軸に高さをとって、回転補正データから算出したＹ方向の平均形状を例示するグラフである。 図１０（ａ）は、回転補正データから代表データを算出する方法を示す図であり、図１０（ｂ）は、横軸にＹ方向の位置をとり縦軸に高さをとって、代表データから算出したＹ方向の平均形状を例示するグラフである。 Ｘ方向に隣接する一対の代表データの最適な相対位置を検出する方法を示す模式図である。 横軸にＸ方向の相対位置をとり縦軸に評価関数の値をとって最適な相対位置の検出結果を例示するグラフである。

図１は、本実施形態に係る加工システムを示すブロック図である。
先ず、本実施形態に係る加工システム１の概略的な構成について説明する。
図１に示すように、加工システム１は、加工手段１０と、形状計測手段２０と、処理部４０と、を備える。形状計測手段２０及び処理部４０は、形状の評価システム２を構成する。

加工システム１は、例えば、工作物として金型（図示省略）を製作する。金型によって成形される部品は、例えば、光学部品である。光学部品が要求される光学特性を満たすように、金型は、高精度で加工される必要がある。金型によって成形される光学部品としては、例えば、多機能周辺装置（MFP:MultiFunction Peripheral）の感光ドラムへの書き込みに用いられるレンズ等が挙げられる。

加工手段１０が設計データのみに基づく加工指令データに従って金型の素材を加工した場合、金型のレンズ成形面に加工手段１０の運動誤差に起因した周期的なうねりが生じる場合がある。このようなうねりは、レンズの光学特性に影響を与える可能性がある。そこで、加工手段１０は、金型の素材を加工する前にテスト品１００の素材を加工する。形状計測手段２０は、テスト品１００の被加工面の少なくとも一部の形状を計測する。すなわち、本実施形態において、テスト品１００は、形状計測手段２０によって計測される対象物に相当する。処理部４０は、形状計測手段２０の取得した計測データを処理し、うねりの発生を抑制するように加工指令データを補正する。加工手段１０は、補正後の加工指令データに従って金型の素材を加工する。

図２は、本実施形態に係る加工システムによって加工されるテスト品を例示する斜視図である。
テスト品１００は、加工手段１０が金型の素材を加工する前に、加工手段１０の運動誤差に起因するうねりの発生位置及び大きさ等を算出するために用いられる。

テスト品１００の形状は、例えば、概ね直方体である。テスト品１００の表面は、上面１００ａ、下面１００ｂ、及び側面１００ｃを含む。上面１００ａは、テスト品１００の長手方向に延びている。上面１００ａは、例えば、加工手段１０によって加工された被加工面である。また、上面１００ａの少なくとも一部の形状は、後述する形状計測手段２０によって計測される。上面１００ａは、加工手段１０の運動誤差に起因する周期的なうねり等が形成されているものの、例えば、概ね平坦な面である。下面１００ｂは、テスト品１００の長手方向と交差する方向において、上面１００ａに対向している。側面１００ｃは、上面１００ａ及び下面１００ｂに接している。

なお、テスト品１００の形状は、上記に限定されない。ただし、後述する形状計測手段２０の計測部２１がレーザー干渉計である場合、高精度でうねりの発生位置及び大きさ等を算出する観点から、テスト品１００の上面１００ａは、例えば、上述したような概ね平坦な面や球面等であることが好ましい。

以下、説明の便宜上、本明細書においては、ＸＹＺ直交座標系を採用する。テスト品１００を上面視した際のテスト品１００の長手方向を「Ｘ方向」、テスト品１００の短手方向を「Ｙ方向」とする。また、Ｘ方向及びＹ方向と直交する方向を「Ｚ方向」とする。本実施形態において、Ｘ方向は、第１方向に相当し、Ｙ方向は第２方向に相当する。

加工手段１０は、例えば、バイト及び移動部（いずれも図示省略）を有する工作機械である。移動部は、入力された加工指令データに従って、テスト品１００の素材又は金型の素材をバイトに対して相対的に移動させる。テスト品１００の素材とバイトの相対移動により、テスト品１００の素材が例えば切削や研削などにより除去加工され、上面１００ａ等が形成される。また、金型の素材とバイトの相対移動により、金型の素材が除去加工され、金型のレンズ成形面等が形成される。

図１に示すように、形状計測手段２０は、例えば、計測部２１と、移動部２２と、を有する。
計測部２１は、例えば、テスト品１００の上面１００ａの形状を計測する光学的な計測器である。光学的な計測器としては、例えば、レーザー干渉計、レーザー変位計等が挙げられる。計測部２１は、上面１００ａの少なくとも一部の形状を３次元で計測する。すなわち、計測部２１は、Ｘ方向及びＹ方向の各位置における領域ＳのＺ方向の位置（高さ）を計測する。
移動部２２は、テスト品１００が載置されたステージ２３を計測部２１に対して移動させる。移動部２２は、例えば、少なくともＸ方向にステージ２３を移動可能に構成されている。なお、移動部２２は設けられていなくてもよい。この場合、例えば、作業者がテスト品１００を手動で移動させてもよい。

図３は、テスト品を示す平面図である。
図３に示すように、形状計測手段２０は、例えば、テスト品１００の上面１００ａのＹ方向の略中央に位置し、上面１００ａのＸ方向の全長に亘る領域Ｓの形状を計測する。
計測部２１の計測領域は、領域Ｓよりも小さい。計測部２１による計測と移動部２２によるステージ２３の移動を繰り返すことによって、形状計測手段２０は、領域Ｓの形状を複数の計測範囲ごとに部分計測し、計測領域ごとの計測データを取得する。

以下では、計測が５回行われ、５つの計測領域Ｂ_１〜Ｂ_５がＸ方向に並ぶように設定され、５つの計測データＣ_１〜Ｃ_５が取得される場合を例に説明する。
なお、以下では、複数の計測領域Ｂ_１〜Ｂ_５のうちのいずれか一つを、計測領域Ｂ_ｎと表現する（ｎ＝１〜５）。また、複数の計測データＣ_１〜Ｃ_５のうちいずれか一つを、計測データＣ_ｎ（ｎ＝１〜５）と表現する。ただし、計測領域の数は２以上であれば、特に限定されない。また、各計測領域の大きさも、特に限定されない。例えば、各計測領域は、上面１００ａのＹ方向の全域が計測されるように設定されてもよい。

Ｘ方向に隣接する一対の計測領域Ｂ_１、Ｂ_２は、重複領域ｂ_１、２を有する。Ｘ方向に隣接する一対の計測領域Ｂ_２、Ｂ_３は、重複領域ｂ_２、３を有する。Ｘ方向に隣接する一対の計測領域Ｂ_３、Ｂ_４は、重複領域ｂ_３、４を有する。Ｘ方向に隣接する一対の計測領域Ｂ_４、Ｂ_５は、重複領域ｂ_４、５を有する。
以下では、複数の重複領域ｂ_１、２〜ｂ_４、５のうちのいずれか一つの重複領域を、重複領域ｂ_{ｎ、ｎ＋１}と表現する（ｎ＝１〜４）。なお、重複領域ｂ_{ｎ、ｎ＋１}は、後述するうねりＵ（図７（ａ）参照）が少なくとも１つ位置するように設定されることが好ましい。

処理部４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリ等を備えたコンピュータである。処理部４０は、形状計測手段２０から計測データＣ_ｎを受け取ることができ、補正後の加工指令データを加工手段１０に受け渡すことができる。例えば、処理部４０は、加工手段１０及び形状計測手段２０と、無線又は有線によってデータ通信可能に接続されている。処理部４０の行う処理の詳細については、後述する形状の評価方法で説明する。なお、処理部４０は、加工手段１０の動作を制御する制御部によって構成されてもよいし、形状計測手段２０を制御する制御部によって構成されてもよい。

次に、本実施形態に係るレンズの製造方法について説明する。
図４は、本実施形態に係るレンズの製造方法を示すフローチャートである。
先ず、加工手段１０が、テスト品１００の素材を加工する（工程Ｓ１）。

図２の矢印ａ１〜ａ３は、テスト品１００の上面１００ａに対するバイトの軌跡の一例である。図２の矢印ａ１で示すように、工程Ｓ１において、加工手段１０のバイトは、テスト品１００の素材に対してＸ方向に移動しながらテスト品１００の素材を除去加工し、第１端部１０１から第２端部１０２まで移動する。そして、矢印ａ２で示すように、テスト品１００から離隔して第１端部１０１に戻りつつＹ方向に変位する。そして、矢印ａ３で示すように、再びテスト品１００の素材に対してＸ方向に移動しながらテスト品１００の素材を除去加工し、第１端部１０１から第２端部１０２まで移動する。このようなバイトとテスト品１００の素材の相対移動を繰り返すことにより、テスト品１００の上面１００ａ等が形成される。

このように、バイトは、テスト品１００の上面１００ａに対してＸ方向に走査される。 なお、上面視におけるバイトの上面１００ａに対する走査方向は、上面視におけるバイトの金型のレンズ成形面に対する走査方向と同じ方向である。これにより、処理部４０は、後述するように、テスト品１００を用いて算出したうねりの発生位置や大きさ等に基づいて、うねりの発生を抑制するように、金型を製作する際の加工指令データを補正できる。
また、バイトの種類、バイトの回転数、及びバイトと素材の相対的な移動速度等の加工条件は、金型を製作する際と、テスト品１００を製作する際とで同一にすることが好ましい。また、テスト品１００の材料と、金型の材料は、同一であることが好ましい。

次に、処理部４０は、上面１００ａの少なくとも一部の領域Ｓの形状を評価する（工程Ｓ２）。
図５は、本実施形態に係る形状の評価方法を示すフローチャートである。
先ず、形状計測手段２０は、上面１００ａの領域Ｓの形状を、Ｘ方向に隣接する一対の計測領域Ｂ_ｎ、Ｂ_ｎ＋１が重複領域ｂ_{ｎ、ｎ＋１}を有するように部分計測し、計測領域Ｂ_ｎごとの計測データＣ_ｎを取得する（工程Ｓ２１）。ここで、Ｘ方向は、被計測面である領域Ｓを上面視した際の領域Ｓに対するバイトの走査方向である。

図６は、計測データを模式的に示す図である。
図７（ａ）は、横軸にＸ方向の位置をとり縦軸に高さをとって計測データを例示するグラフであり、図７（ｂ）は、横軸にＹ方向の位置をとり縦軸に高さをとって計測データを例示するグラフである。
図６に示すように、計測データＣ_ｎは、例えば、計測領域Ｂ_ｎ内のＸ方向及びＹ方向の各位置（ｘ、ｙ）において計測された上面１００ａの高さｚ（ｘ、ｙ）を示す三次元データである。

加工手段１０がテスト品１００の素材を加工する際の加工指令データは、例えば、テスト品１００の上面１００ａが平坦になるように設定されている。しかしながら、図７（ａ）に示すように、テスト品１００の上面１００ａには、加工手段１０の運動誤差に起因してＸ方向に周期的なうねりＵが生じる場合がある。仮に、このようなうねりが、金型のレンズ成形面に生じた場合、レンズの光学特性に影響を与える可能性がある。このため、上面１００ａの領域Ｓの形状の計測結果を用いてうねりの発生位置や大きさ等を算出し、このようなうねりの発生が抑制されるように金型の素材を加工することが望ましい。

図７（ｂ）に示すように、テスト品１００の上面１００ａは、Ｙ方向にも変動する。ただし、上述したように、バイトはテスト品１００の素材に対してＹ方向には連続的に走査されない。このため、Ｙ方向では、加工手段１０の運動誤差に起因する誤差よりも、温度変化等の外乱に起因する誤差が支配的となる。したがって、Ｙ方向の変動は、Ｘ方向のうねりＵと比較して、加工の再現性が低い。このため、本実施形態では、金型の素材を加工する際に、Ｘ方向に周期的なうねりの発生を優先的に抑制する例を説明する。

次に、形状計測手段２０は、処理部４０に計測データＣ_ｎを出力する。
次に、処理部４０は、図５に示すように、計測領域Ｂ_ｎごとに、計測データＣ_ｎからＹ方向の形状の変動を除去したＸ方向の形状の代表データＦ_ｎを算出する（工程Ｓ２２）。
工程Ｓ２２では、先ず、処理部４０は、計測データＣ_ｎごとに重複領域ｂ_{ｎ、ｎ＋１}におけるＸ方向の形状の傾きＬ_ｎを算出する（工程Ｓ２２ａ）。

図８（ａ）は、計測データからＸ方向の平均形状を算出する方法を示す図であり、図８（ｂ）は、Ｘ方向に隣接する一対の計測データの最適な回転量を検出する方法を示す模式図である。
図７（ａ）に示すように、計測データＣ_ｎが表すＸ方向の形状には変動成分が含まれている。また、計測データＣ_ｎが表す形状は、ステージ２３の載置面の形状等に応じてＸ方向に対して傾いている場合がある。
そこで、図８（ａ）に示すように、処理部４０は、例えば、計測データＣ_ｎが表す三次元形状からＸ方向の平均形状Ｃｘ_ｎを算出し、図８（ｂ）に示すように、Ｘ方向の平均形状Ｃｘ_ｎを近似する曲線Ｄ_ｎを算出する。
より具体的には、図８（ａ）に示すように、処理部４０は、Ｘ方向のある位置ｘ_ｐについて、Ｙ方向の各位置（ｘ_ｐ、ｙ）における高さｚ（ｘ_ｐ、ｙ）を平均化した平均高さｚ（ｘ_ｐ）を算出する。この処理を、Ｘ方向の各位置について行う。「Ｘ方向の平均形状Ｃｘ_ｎ」とは、このようにして算出されたＸ方向の各位置の平均高さｚ（ｘ）によって表される形状を意味する。次に、処理部４０は、Ｘ方向の平均形状Ｃｘ_ｎを曲線Ｄ_ｎで近似する。

次に、処理部４０は、曲線Ｄ_ｎの重複領域ｂ_{ｎ、ｎ＋１}における部分の傾きＬ_ｎを算出する。傾きＬ_ｎは、例えば、曲線Ｄ_ｎの重複領域ｂ_{ｎ、ｎ＋１}における部分を直線で近似した際の直線の傾きであってもよいし、曲線Ｄ_ｎの重複領域ｂ_{ｎ、ｎ＋１}のいずれかの位置の接線の傾きであってもよい。なお、一つの計測データＣ_ｎについて２つ重複領域ｂ_ｎ-1、ｎ、ｂ_{ｎ、ｎ＋１}がある場合は、それぞれの重複領域ｂ_ｎ-1、ｎ、ｂ_{ｎ、ｎ＋１}の傾きを算出する。
なお、処理部４０は、曲線Ｄ_ｎを算出せずに傾きＬ_ｎを算出してもよい。この場合、処理部４０は、例えば、重複領域ｂ_{ｎ、ｎ＋１}におけるＸ方向の平均形状Ｃｘ_ｎを直線で近似し、近似した直線から傾きＬ_ｎを算出してもよい。

移動部２２によってステージ２３を移動させた場合、ステージ２３を移動させた際にステージ２３の傾きが変化することで、Ｘ方向に隣接する一対の計測データＣ_ｎ、Ｃ_ｎ＋１において重複領域ｂ_{ｎ、ｎ＋１}の傾きＬ_ｎ、Ｌ_ｎ＋１が相互に異なることがある。また、移動部２２を用いずに、テスト品１００を手動で計測部２１に対して移動させた場合、ステージ２３の載置面の形状によっては移動させたテスト品１００の傾きが変化し、一対の計測データＣ_ｎ、Ｃ_ｎ＋１において重複領域ｂ_{ｎ、ｎ＋１}の傾きＬ_ｎ、Ｌ_ｎ＋１が相互に異なることがある。
そこで、処理部４０は、一対の計測データＣ_ｎ、Ｃ_ｎ＋１において、一方の計測データＣ_ｎに対して他方の計測データＣ_ｎ＋１を回転させた場合に重複領域ｂ_{ｎ、ｎ＋１}の傾きＬ_ｎ、Ｌ_ｎ＋１が一致するような回転量を検出する（工程Ｓ２２ｂ）。ここで回転量は、Ｙ方向に平行な軸周りの回転量である。
次に、処理部４０は、図５に示すように、検出した回転量を盛り込んだ各計測データＣ_ｎから、Ｙ方向における変動を除去した代表データＦ_ｎを算出する（工程Ｓ２２ｃ）。以下、検出した回転量を盛り込んだ各計測データＣ_ｎを単に「回転補正データＥ_ｎ」という。

図９（ａ）は、回転補正データからＹ方向の平均形状を算出する方法を示す図であり、図９（ｂ）は、横軸にＹ方向の位置をとり縦軸に高さをとって、回転補正データから算出したＹ方向の平均形状を例示するグラフである。
図１０（ａ）は、回転補正データから代表データを算出する方法を示す図であり、図１０（ｂ）は、横軸にＹ方向の位置をとり縦軸に高さをとって、代表データから算出したＹ方向の平均形状を例示するグラフである。

図９（ａ）に示すように、処理部４０は、回転補正データＥ_ｎにおいて、Ｙ方向のある位置ｙ_ｍについて、Ｘ方向の各位置（ｘ、ｙ_ｍ）における高さｚ（ｘ、ｙ_ｍ）を平均した平均高さｚ（ｙ_ｍ）を算出する。処理部４０は、この処理をＹ方向の各位置について行い、Ｙ方向の各位置の平均高さｚ（ｙ）を算出する。以下、算出したＹ方向の各位置の平均高さｚ（ｙ）によって表される形状を「Ｙ方向の平均形状Ｅｙ_ｎ」という。
次に、処理部４０は、図９（ｂ）に示すように、Ｙ方向の各位置における平均高さｚ（ｙ）を平均した平均値ｚ_aveを算出する。
次に、処理部４０は、Ｙ方向のある位置ｙ_ｍについて、平均高さｚ（ｙ_ｍ）から平均値ｚ_aveを減算した変位量Δｚ（ｙ_ｍ）＝ｚ（ｙ_ｍ）−ｚ_ave算出する。そして、図１０（ａ）に示すように、処理部４０は、回転補正データＥ_ｎにおいて、Ｙ方向のある位置ｙ_ｍについて、Ｘ方向の各位置（ｘ、ｙ_ｍ）における高さｚ（ｘ、ｙ_ｍ）から一律に変位量Δｚ（ｙ_ｍ）を減算する。処理部４０は、これらの処理をＹ方向の各位置について行う。これによって、図１０（ａ）に示すように、処理部４０は、回転補正データＥ_ｎからＹ方向の形状の変動を除去した代表データＦ_ｎを算出する。
したがって、図１０（ｂ）に示すように、代表データＦ_ｎから算出されたＹ方向の平均形状Ｆｙ_ｎは、平坦になる。
なお、各計測データＣ_ｎを用いてＹ方向における形状の変動を除去する方法は、上記に限定されない。

次に、処理部４０は、図５に示すように、複数の代表データＦ_１〜Ｆ_５を接続し、全体の形状データ（図示省略）を合成する（工程Ｓ２３）。
工程Ｓ２３において、先ず、処理部４０は、Ｘ方向に隣接する一対の代表データＦ_ｎ、Ｆ_ｎ＋１において、重複領域ｂ_{ｎ、ｎ＋１}の形状差が最小になるようなＸ方向の相対位置を検出する（Ｓ２３ａ）。

図１１は、Ｘ方向に隣接する一対の代表データの最適な相対位置を検出する方法を示す図である。
図１２は、横軸にＸ方向の相対位置をとり縦軸に評価関数の値をとって最適な相対位置の検出結果を例示するグラフである。
処理部４０は、例えば、一対の代表データＦ_ｎ、Ｆ_ｎ＋１の重複領域ｂ_{ｎ、ｎ＋１}における部分をＸ方向に相対的に移動させ、最小二乗法等に基づく評価関数を用いて、重複領域ｂ_{ｎ、ｎ＋１}の形状差が最小になるＸ方向の相対位置を探索する。なお、評価関数が最小二乗法等に基づく場合、評価関数の値は、形状差に対応する。したがって、評価関数の値が最小となるＸ方向の相対位置Ｐが、最適な相対位置である。なお、「最小」は、厳密な最小には限定されず、実用的に最小といえる範囲であればよい。例えば、ある閾値を設定し、それよりも小さければ最小とみなしてもよい。

次に、処理部４０は、検出した相対位置に基づいて複数の代表データＦ_１〜Ｆ_５を接続し、全体の形状データを合成する（工程Ｓ２３ｂ）。

加工手段１０が金型の素材を除去加工する際にＸ方向に周期的なうねりの発生を抑制するためには、うねりの発生位置や大きさ等を高精度で算出する必要がある。しかしながら、本発明者らの検討によれば、一対の計測データＣ_ｎ、Ｃ_ｎ＋１からＹ方向の形状の変動を除去することなく接続した場合、Ｙ方向の形状の計測の誤差等に起因して、一方の計測データＣ_ｎの重複領域ｂ_{ｎ、ｎ＋１}におけるうねりＵに対して、他方の計測データＣ_ｎの重複領域ｂ_{ｎ、ｎ＋１}におけるうねりＵが位置ずれした状態で、一対の計測データＣ_ｎ、Ｃ_ｎ＋１が接続される場合がある。
そこで、本実施形態では、上述したように計測データＣ_ｎごとにＹ方向の形状の変動を除去したＸ方向の形状の代表データＦ_ｎを算出し、複数の代表データＦ_１〜Ｆ_５を接続して、全体の形状データを合成する。これにより、うねりの発生位置や大きさ等を高精度で算出できる。

なお、工程Ｓ２３ｂにおいて、Ｘ方向の相対的な位置のみを最適化するのではなく、一対の代表データＦ_ｎ、Ｆ_ｎ＋１のＹ方向やＺ方向の相対的な位置も最適化してもよい。

次に、処理部４０は、全体の形状データから、うねりの発生を抑制するように加工指令データを補正するための補正データを算出する（工程Ｓ２４）。処理部４０は、例えば、バイトの走査の開始位置を起点としてうねりが生じる位置と、生じるうねりの大きさの平均値等を算出する。
次に、処理部４０は、算出したうねりの発生位置及び大きさ等に基づき、うねりの発生を抑制するような補正データを算出する。次に、処理部４０は、金型の設計データに基づく加工指令データを、補正データに基づき補正する。次に、処理部４０は、補正後の加工指令データを加工手段１０に受け渡す。

次に、加工手段１０は、補正後の加工指令データに従って、金型の素材を加工する（工程Ｓ３）。
次に、金型を用いて、レンズを成形する（工程Ｓ４）。

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、計測データＣ_ｎからＹ方向における形状の変動を除去したＸ方向の形状の代表データＦ_ｎが算出される。そして、Ｘ方向に隣接する一対の代表データＦ_ｎ、Ｆ_ｎ＋１において重複領域ｂ_{ｎ、ｎ＋１}の形状差が最小となるように複数の代表データＦ_１〜Ｆ_５を接続し、全体の形状データを合成する。
このように、ステージ２３の傾き等を計測しなくても、複数の計測データＣ_１〜Ｃ_５から算出される複数の代表データＦ_１〜Ｆ_５を用いて、正確に把握したい領域ＳのＸ方向の形状を高精度で計測できる。したがって、本実施形態によれば、簡単な設備で領域ＳのＸ方向の形状を高精度で計測できる。
また、本実施形態に係る形状の評価システム２は、ステージ２３の傾き等を計測する手段が必要なシステムと比較して低コストである。
また、上記の形状の評価方法を用いることで、レンズ等の光学部品に用いる金型を高精度で加工できる。これにより、光学特性に優れた光学部品を得ることができる。

また、本実施形態においては、計測対象物であるテスト品１００は、バイトを有する加工手段１０によって加工された工作物であり、Ｘ方向は、被計測面である上面１００ａの領域Ｓを上面視した際の領域Ｓに対するバイトの走査方向である。バイトの走査方向には、加工手段１０の運動誤差等に起因して、周期的なうねり等が生じる場合がある。本実施形態では、このような周期的なうねり等を利用して、複数の代表データＦ_１〜Ｆ_５を高精度で接続できる。また、加工手段１０の運動誤差に起因するうねりの発生位置や大きさ等を高精度で算出し、うねりの発生位置や大きさ等の情報を、加工手段１０によって金型等の工作物を製作する際に活用できる。

また、本実施形態においては、全体の形状データに基づいて、加工手段１０の運動誤差に起因するうねりを抑制するように加工指令データを補正するための補正データを算出する。これにより、金型等の工作物の表面にうねりが生じることを抑制できる。

また、本実施形態においては、Ｘ方向に隣接する一対の計測データＣ_ｎ、Ｃ_ｎ＋１において、一方の計測データＣ_ｎに対して他方の計測データＣ_ｎ＋１を相対的に回転させた場合に、重複領域ｂ_{ｎ、ｎ＋１}における傾きＬ_ｎ、Ｌ_ｎ＋１が一致するような回転量を検出する。そして、回転量を盛り込んだ計測データＣ_ｎから、Ｙ方向における形状の変動を除去した代表データＦ_ｎを算出する。このため、ステージ２３のＸ方向に対する傾き等の影響を低減した上で、代表データＦ_ｎを算出できる。また、このような処理により、代表データＦ_ｎを簡単に算出できる。

また、本実施形態においては、Ｘ方向に隣接する一対の代表データＦ_ｎ、Ｆ_ｎ＋１において、重複領域ｂ_{ｎ、ｎ＋１}の形状差が最小になるようなＸ方向の相対位置を検出する。そして、検出した相対位置に基づいて複数の代表データＦ_１〜Ｆ_５を接続し、全体の形状データを合成する。このため、Ｘ方向の形状を高精度で評価できる。

なお、実施形態に係る形状の評価方法及び形状の評価システムが適用される対象物は、テスト品ではなく製品であってもよい。また、実施形態に係る形状の評価方法及び形状の評価システムが適用される対象物は、工作物でなくてもよい。
また、実施形態に係る形状の評価方法は、補正データを算出する工程を備えなくてもよい。
また、実施形態に係る形状の評価方法において、回転量を盛り込まずに計測データから代表データを算出してもよい。この場合、隣接する一対の代表データを接続する前に、隣接する一対の代表データにおいて、重複領域の傾きが一致する回転量を検出し、検出した回転量に基づいて隣接する一対の代表データを接続してもよい。

以上説明した実施形態によれば、簡単な設備で被計測面の形状を高精度に評価できる形状の評価方法及び形状の評価システムと、このような形状の評価方法を用いた高精度な部品の製造方法と、を実現することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。

１：加工システム
２：評価システム
１０：加工手段
２０：形状計測手段
２１：計測部
２２：移動部
２３：ステージ
４０：処理部
１００：テスト品
１００ａ：上面
１００ｂ：下面
１００ｃ：側面
１０１：第１端部
１０２：第２端部
Ｂ_ｎ：計測領域
Ｃ_ｎ：計測データ
Ｃｘ_ｎ：Ｘ方向の平均形状
Ｅ_ｎ：回転補正データ
Ｅｙ_ｎ：Ｙ方向の平均形状
Ｆ_ｎ：代表データ
Ｆｙ_ｎ：Ｙ方向の平均形状
Ｌ_ｎ：傾き
Ｐ：相対位置
Ｓ：領域
ａ１〜ａ３：バイトの軌跡を示す矢印
ｂ_{ｎ、ｎ＋１}：重複領域

Claims (9)

1. 対象物の被計測面の形状を、第１方向において隣接する一対の計測領域が重複領域を有するように部分計測し、前記計測領域ごとの計測データを取得する工程と、
   前記計測領域ごとに、前記計測データから前記第１方向と交差する第２方向における形状の変動を除去した前記第１方向の形状の代表データを算出する工程と、
   前記第１方向に隣接する一対の前記代表データにおいて前記重複領域の形状差が最小となるように複数の前記代表データを接続し、前記被計測面の全体の形状データを合成する工程と、
   を備えた形状の評価方法。
2. 前記対象物は、バイトを有する加工手段によって加工された工作物であり、
   前記第１方向は、前記被計測面を上面視した際の前記被計測面に対する前記バイトの走査方向である請求項１に記載の形状の評価方法。
3. 前記全体の形状データに基づいて、前記加工手段の運動誤差に起因するうねりの発生を抑制するように前記加工手段の加工指令データを補正するための補正データを算出する工程をさらに備えた請求項２に記載の形状の評価方法。
4. 前記代表データを算出する工程は、
   それぞれの前記計測データの前記重複領域における前記第１方向の形状の傾きを算出する工程と、
   前記第１方向に隣接する一対の前記計測データにおいて、一方の計測データを他方の計測データに対して回転させた場合に、前記重複領域の前記傾きの差が一致するような回転量を検出する工程と、
   前記回転量を盛り込んだそれぞれの前記計測データから、前記第２方向における変動を除去した前記代表データを算出する工程と、
   を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の形状の評価方法。
5. 前記代表データを算出する工程において、
   前記代表データにおいて、前記第２方向の平均形状が平坦になるように、前記計測データから前記第２方向における形状の変動を除去する請求項１〜４のいずれか１つに記載の形状の評価方法。
6. 前記全体の形状データを合成する工程は、
   前記第１方向に隣接する一対の前記代表データにおいて前記重複領域の形状差が最小になるような前記第１方向の相対位置を検出する工程と、
   検出した前記相対位置に基づいて複数の前記代表データを接続し、前記全体の形状データを合成する工程と、
   を有する請求項１〜５のいずれか１つに記載の形状の評価方法。
7. バイトを有する加工手段を用いてテスト品の素材を加工し、被加工面を形成する工程と、
   前記被加工面の少なくとも一部の形状を、第１方向において隣接する計測領域が重複領域を有するように部分計測し、前記計測領域ごとの計測データを取得する工程と、
   前記計測領域ごとに、前記計測データから前記第１方向と交差する第２方向における形状の変動を除去した前記第１方向の形状の代表データを算出する工程と、
   前記第１方向に隣接する一対の前記代表データにおいて前記重複領域の形状差が最小となるように複数の前記代表データを接続し、全体の形状データを合成する工程と、
   前記全体の形状データに基づいて、前記加工手段の運動誤差に起因するうねりの発生を抑制するように加工指令データを補正する工程と、
   前記補正後の加工指令データに従って、前記加工手段を用いて金型の素材を加工し、前記金型を製作する工程と、
   前記金型を用いて部品を成形する工程と、
   を備え、
   前記第１方向は、前記テスト品の前記被加工面を上面視した際の前記バイトの走査方向である部品の製造方法。
8. 前記部品は光学部品である、請求項７に記載の部品の製造方法。
9. 対象物の被計測面の形状を、第１方向において隣接する一対の計測領域が重複領域を有するように部分計測し、前記計測領域ごとの計測データを取得する形状計測手段と、
   前記計測領域ごとに、前記計測データから前記第１方向と交差する第２方向における形状の変動を除去した前記第１方向の形状の代表データを算出し、前記第１方向に隣接する一対の前記代表データにおいて前記重複領域の形状差が最小となるように複数の前記代表データを接続し、前記被計測面の全体の形状データを合成する処理部と、
   を備えた形状の評価システム。

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