JP3179634B2 - 形状測定機 - Google Patents
形状測定機Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、円弧作動するスタイラ
スをワークの表面に沿って移動させてワークの表面粗さ
等を測定する形状測定機に関する。
スをワークの表面に沿って移動させてワークの表面粗さ
等を測定する形状測定機に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の形状測定機は、スタイラスをワ
ーク表面に沿って摺接させながらスタイラスの上下方向
の変位を検出することで、スタイラス先端が描く軌跡形
状を表面形状として測定する。スタイラスが所定点を基
準として円弧作動する場合には、スタイラスの上下変位
量が大きいと、測定値として得られる摺接位置及び変位
量とスタイラス先端の実際の摺接位置及び変位量との間
に誤差が生じる。この誤差は通常、円弧歪と呼ばれ、ア
ナログ電子回路で構成された従来の形状測定機では、演
算回路を用いて円弧歪を補正するようにしている。
ーク表面に沿って摺接させながらスタイラスの上下方向
の変位を検出することで、スタイラス先端が描く軌跡形
状を表面形状として測定する。スタイラスが所定点を基
準として円弧作動する場合には、スタイラスの上下変位
量が大きいと、測定値として得られる摺接位置及び変位
量とスタイラス先端の実際の摺接位置及び変位量との間
に誤差が生じる。この誤差は通常、円弧歪と呼ばれ、ア
ナログ電子回路で構成された従来の形状測定機では、演
算回路を用いて円弧歪を補正するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の形状測定装置で検出値をディジタル値に変換
して後のデータ処理に供しようとする場合、次のような
問題がある。即ち、円弧歪はスタイラスの摺接方向に大
きく現れるので、演算回路を通して円弧歪を補正した後
の出力を一定時間間隔でサンプリングしても、測定値を
摺接方向に一定の間隔でサンプリングすることができな
い。
うな従来の形状測定装置で検出値をディジタル値に変換
して後のデータ処理に供しようとする場合、次のような
問題がある。即ち、円弧歪はスタイラスの摺接方向に大
きく現れるので、演算回路を通して円弧歪を補正した後
の出力を一定時間間隔でサンプリングしても、測定値を
摺接方向に一定の間隔でサンプリングすることができな
い。
【０００４】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、スタイラスの変位量のデータから円
弧歪を効率良く補正して一定ピッチの形状測定データを
求めることができる形状測定機を提供することを目的と
する。
になされたもので、スタイラスの変位量のデータから円
弧歪を効率良く補正して一定ピッチの形状測定データを
求めることができる形状測定機を提供することを目的と
する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る形状測定機
は、円弧作動するスタイラスをワークの表面に沿って移
動させながら前記スタイラスの変位量のデータを所定間
隔でサンプリングして出力する測定手段と、前記スタイ
ラスが円弧作動することにより生ずる前記スタイラスの
円弧歪を前記測定手段から出力されるスタイラスの変位
量に基づいて補正する円弧歪補正手段と、この円弧歪補
正手段で円弧歪を補正した後の前記スタイラスの変位量
のサンプリングデータに所定の直線又は曲線を当てはめ
て定ピッチで再サンプリングする定ピッチ処理手段とを
備えたことを特徴とする。
は、円弧作動するスタイラスをワークの表面に沿って移
動させながら前記スタイラスの変位量のデータを所定間
隔でサンプリングして出力する測定手段と、前記スタイ
ラスが円弧作動することにより生ずる前記スタイラスの
円弧歪を前記測定手段から出力されるスタイラスの変位
量に基づいて補正する円弧歪補正手段と、この円弧歪補
正手段で円弧歪を補正した後の前記スタイラスの変位量
のサンプリングデータに所定の直線又は曲線を当てはめ
て定ピッチで再サンプリングする定ピッチ処理手段とを
備えたことを特徴とする。
【０００６】また、本発明に係る形状測定機は、前記定
ピッチ処理手段で再サンプリングして求められた変位量
のデータに前記ワークの表面形状に沿った直線又は曲線
を当てはめ、前記再サンプリングして得られた変位量の
データから、前記当てはめた直線又は曲線の成分を除去
するトレンド除去手段を更に備えたことを特徴とする。
ピッチ処理手段で再サンプリングして求められた変位量
のデータに前記ワークの表面形状に沿った直線又は曲線
を当てはめ、前記再サンプリングして得られた変位量の
データから、前記当てはめた直線又は曲線の成分を除去
するトレンド除去手段を更に備えたことを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明によれば、スタイラスの変位量のデータ
を所定間隔でサンプリングし、その変位量のデータから
スタイラスの円弧歪をディジタル的に消去する。円弧歪
を除去すると、補正後のデータはスタイラスの摺接方向
及び変位方向にずれるので、定ピッチ処理手段は、補正
後のデータに直線又は曲線を当てはめて定ピッチで再サ
ンプリングすることにより一定ピッチのデータに変換す
る。これにより、その後のデータ処理、例えばトレンド
曲線の除去等の処理が容易になる。
を所定間隔でサンプリングし、その変位量のデータから
スタイラスの円弧歪をディジタル的に消去する。円弧歪
を除去すると、補正後のデータはスタイラスの摺接方向
及び変位方向にずれるので、定ピッチ処理手段は、補正
後のデータに直線又は曲線を当てはめて定ピッチで再サ
ンプリングすることにより一定ピッチのデータに変換す
る。これにより、その後のデータ処理、例えばトレンド
曲線の除去等の処理が容易になる。
【０００８】
【実施例】以下、添付の図面を参照してこの発明の実施
例に係る形状測定機について説明する。図１はこの実施
例の形状測定機の概略構成を示すブロック図である。こ
の測定機は、測定部１、円弧歪補正部２、定ピッチ処理
部３及びトレンド除去部４を備えて構成されている。
例に係る形状測定機について説明する。図１はこの実施
例の形状測定機の概略構成を示すブロック図である。こ
の測定機は、測定部１、円弧歪補正部２、定ピッチ処理
部３及びトレンド除去部４を備えて構成されている。
【０００９】測定部１は、スタイラス５を先端に取り付
けたスタイラスアーム６を備えている。スタイラスアー
ム６は、スタイラス５の先端がワーク７の表面に沿って
摺接移動するように駆動装置８によって図中Ｘ軸方向に
駆動される。スタイラスアーム６のＸ軸方向の位置はリ
ニアエンコーダ９によって検出され、Ｘ軸方向の位置デ
ータｘとして一定時間間隔で出力される。また、スタイ
ラスアーム６は、スタイラス５の先端の図中Ｚ軸方向の
変位に従い、基端側の支点Ｐを中心として円弧作動す
る。このＺ軸方向の変位量は、スタイラスアーム６と連
動する差動トランス１０によって検出される。差動トラ
ンス１０の出力は、同期検波回路１１で同期検波され、
Ａ／Ｄ変換器１２によって一定時間間隔でサンプリング
され、ディジタル値の変位量データｚに変換されて出力
される。
けたスタイラスアーム６を備えている。スタイラスアー
ム６は、スタイラス５の先端がワーク７の表面に沿って
摺接移動するように駆動装置８によって図中Ｘ軸方向に
駆動される。スタイラスアーム６のＸ軸方向の位置はリ
ニアエンコーダ９によって検出され、Ｘ軸方向の位置デ
ータｘとして一定時間間隔で出力される。また、スタイ
ラスアーム６は、スタイラス５の先端の図中Ｚ軸方向の
変位に従い、基端側の支点Ｐを中心として円弧作動す
る。このＺ軸方向の変位量は、スタイラスアーム６と連
動する差動トランス１０によって検出される。差動トラ
ンス１０の出力は、同期検波回路１１で同期検波され、
Ａ／Ｄ変換器１２によって一定時間間隔でサンプリング
され、ディジタル値の変位量データｚに変換されて出力
される。
【００１０】円弧補正部２は、測定部１から出力される
位置データｘ及び変位量データｚを、変位量データｚに
基づいて補正し、補正データｘ′，ｚ′を出力する。定
ピッチ処理部３は、円弧補正部２からの補正データ
ｘ′，ｚ′から直線又は曲線の当てはめ処理を実行し、
得られた直線又は曲線を定ピッチで再サンプリングし
て、定ピッチの補正データｚ″を生成出力する。トレン
ド除去部４は、定ピッチ処理部３から出力される補正デ
ータｚ″からとレンジ曲線を除去して表面粗さのデータ
Δｚを出力する。
位置データｘ及び変位量データｚを、変位量データｚに
基づいて補正し、補正データｘ′，ｚ′を出力する。定
ピッチ処理部３は、円弧補正部２からの補正データ
ｘ′，ｚ′から直線又は曲線の当てはめ処理を実行し、
得られた直線又は曲線を定ピッチで再サンプリングし
て、定ピッチの補正データｚ″を生成出力する。トレン
ド除去部４は、定ピッチ処理部３から出力される補正デ
ータｚ″からとレンジ曲線を除去して表面粗さのデータ
Δｚを出力する。
【００１１】次に、このように構成された形状測定装置
における円弧補正部２の処理について説明する。図２
は、スタイラス５の円弧歪について説明するための図で
ある。いま、スタイラス５の長さをＨ、スタイラスアー
ム６の支点Ｐからスタイラス５の基端までの長さをＬと
すると、スタイラスアーム６がＸ軸に平行な状態から角
度θだけ傾いたときのＸ軸方向の誤差ｄｘ及びＺ軸方向
の誤差ｄｚは、下記数１のように表せる。
における円弧補正部２の処理について説明する。図２
は、スタイラス５の円弧歪について説明するための図で
ある。いま、スタイラス５の長さをＨ、スタイラスアー
ム６の支点Ｐからスタイラス５の基端までの長さをＬと
すると、スタイラスアーム６がＸ軸に平行な状態から角
度θだけ傾いたときのＸ軸方向の誤差ｄｘ及びＺ軸方向
の誤差ｄｚは、下記数１のように表せる。
【００１２】
【数１】ｄｘ＝Ｌ（１− cosθ）−Ｈ sinθ ｄｚ＝Ｈ（１− cosθ）
【００１３】ここで、ｄｘは、次のように変形すること
ができる。
ができる。
【００１４】
【数２】 ｄｘ＝Ｌ｛１−√（１− sin2 θ）｝−Ｈ sinθ √（１− sin2 θ）＝√（１− Ｘ）＝ｆ（Ｘ） とお
くと、ｆ（Ｘ） ≒ｆ（０）＋｛ｆ′（０）／１！｝Ｘ＋｛ｆ″（０）／
２！｝Ｘ2 ｆ′（Ｘ）＝（−１／２）（１−Ｘ）-1/2 ｆ″（Ｘ）＝（−１／４）（１−Ｘ）-3/2 ｆ′（０）＝−１／２ ｆ″（０）＝−１／４ ∴ｆ（Ｘ）≒１−Ｘ／２−Ｘ2 ／８ ＝１− sin2 θ／２− sin4 θ／８ ∴ｄｘ≒Ｌ｛１−√（１− sin2 θ／２− sin4 θ／
８）｝−Ｈ sinθ ＝Ｌ sin2 θ／２−Ｌ sin4 θ／８−Ｈ sinθ
くと、ｆ（Ｘ） ≒ｆ（０）＋｛ｆ′（０）／１！｝Ｘ＋｛ｆ″（０）／
２！｝Ｘ2 ｆ′（Ｘ）＝（−１／２）（１−Ｘ）-1/2 ｆ″（Ｘ）＝（−１／４）（１−Ｘ）-3/2 ｆ′（０）＝−１／２ ｆ″（０）＝−１／４ ∴ｆ（Ｘ）≒１−Ｘ／２−Ｘ2 ／８ ＝１− sin2 θ／２− sin4 θ／８ ∴ｄｘ≒Ｌ｛１−√（１− sin2 θ／２− sin4 θ／
８）｝−Ｈ sinθ ＝Ｌ sin2 θ／２−Ｌ sin4 θ／８−Ｈ sinθ
【００１５】ここで、 sinθ＝ｚ／Ｌであるから、数２
の１次の項までをとれば、ｄｘは、下記数３のように表
すことができる。
の１次の項までをとれば、ｄｘは、下記数３のように表
すことができる。
【００１６】
【数３】ｄｘ＝ｚ（ｚ−２Ｈ）／２Ｌ
【００１７】同様に、ｄｚについても下記数４のように
表すことができる。
表すことができる。
【００１８】
【数４】ｄｚ＝Ｈ｛１−√（１− sin2 θ）｝ ≒Ｈ｛１−（１− sin2 θ／２− sin4 θ／８）｝ ＝Ｈ sin2 θ／２−Ｈ sin4 θ／８ ∴ｄｚ＝Ｈｚ2 ／２Ｌ2
【００１９】よって、円弧歪補正部２では、入力される
変位量データｚに基づいて、下記数３，数４の演算を行
ってｄｘ，ｄｚを求め、続いて下記数５の演算を行って
円弧歪を補正した補正データｘ′，ｚ′を出力する。
変位量データｚに基づいて、下記数３，数４の演算を行
ってｄｘ，ｄｚを求め、続いて下記数５の演算を行って
円弧歪を補正した補正データｘ′，ｚ′を出力する。
【００２０】
【数５】ｘ′＝ｘ＋ｄｘ ｚ′＝ｚ＋ｄｚ
【００２１】このように、ｄｘ，ｄｚは、簡単なビット
シフトや加減乗除演算によって求めることができる。ま
た、これらの演算をＲＯＭテーブル等を用いて行うよう
にしてもよい。
シフトや加減乗除演算によって求めることができる。ま
た、これらの演算をＲＯＭテーブル等を用いて行うよう
にしてもよい。
【００２２】円弧歪補正を行うと、図３の白丸で示すよ
うに、補正データｘ′，ｚ′は、定ピッチとならないの
で、定ピッチ処理部３では、補正データｘ′，ｚ′を直
線、２次曲線、３次曲線等で補間して、補間曲線に対し
て図中黒丸で示すような定ピッチの再サンプリングを施
す。補間曲線は、補間精度と計算時間との兼ね合いで最
適な方法を選択すればよい。
うに、補正データｘ′，ｚ′は、定ピッチとならないの
で、定ピッチ処理部３では、補正データｘ′，ｚ′を直
線、２次曲線、３次曲線等で補間して、補間曲線に対し
て図中黒丸で示すような定ピッチの再サンプリングを施
す。補間曲線は、補間精度と計算時間との兼ね合いで最
適な方法を選択すればよい。
【００２３】次に、トレンド除去部４について説明す
る。曲率を持ったワークの面の測定及び解析を行う場
合、パラメータ計算等の前処理としてワークのうねり成
分を取り除く必要がある。ワークの表面形状に適した曲
線をここでは、トレンド曲線と呼ぶが、トレンド除去部
４では、予め測定器のオペレータが選択したワーク形状
に適したトレンド曲線を補正データｘ″，ｚ″から除去
し、残差のデータを表面粗さのデータΔｚとして出力す
る。
る。曲率を持ったワークの面の測定及び解析を行う場
合、パラメータ計算等の前処理としてワークのうねり成
分を取り除く必要がある。ワークの表面形状に適した曲
線をここでは、トレンド曲線と呼ぶが、トレンド除去部
４では、予め測定器のオペレータが選択したワーク形状
に適したトレンド曲線を補正データｘ″，ｚ″から除去
し、残差のデータを表面粗さのデータΔｚとして出力す
る。
【００２４】トレンド曲線としては、直線、円、コーニ
ック曲線（楕円、放物線、双曲線）、ｎ次多項式曲線等
が用いられるが、これらの曲線のパラメータは、補正デ
ータｘ″，ｚ″から最小自乗法で求めることができる。
図４は、トレンド曲線として直線を当てはめる場合を示
す図である。曲線の方程式は、下記数６に示され、最小
自乗法によりａ，ｂが求められる。この例は、平面のワ
ークに傾斜が存在する場合の誤差を取り除く場合に有効
である。
ック曲線（楕円、放物線、双曲線）、ｎ次多項式曲線等
が用いられるが、これらの曲線のパラメータは、補正デ
ータｘ″，ｚ″から最小自乗法で求めることができる。
図４は、トレンド曲線として直線を当てはめる場合を示
す図である。曲線の方程式は、下記数６に示され、最小
自乗法によりａ，ｂが求められる。この例は、平面のワ
ークに傾斜が存在する場合の誤差を取り除く場合に有効
である。
【００２５】
【数６】ｚ＝ａｘ＋ｂ
【００２６】図５は、トレンド曲線として円又はコーニ
ック曲線を当てはめる場合を示す図である。ワークの形
状が正確な円形状である場合には、円を当てはめ、歪ん
だ円形状の場合には、コーニック曲線を当てはめるのが
望ましい。コーニック曲線の方程式は、下記数７に示さ
れ、最小自乗法によりｋ，ｒ，平行移動量及び回転移動
量が求められる。この曲線を選択した場合、楕円、放物
線、双曲線のうち残差の総和が最小のもので補正したの
と等価となる。
ック曲線を当てはめる場合を示す図である。ワークの形
状が正確な円形状である場合には、円を当てはめ、歪ん
だ円形状の場合には、コーニック曲線を当てはめるのが
望ましい。コーニック曲線の方程式は、下記数７に示さ
れ、最小自乗法によりｋ，ｒ，平行移動量及び回転移動
量が求められる。この曲線を選択した場合、楕円、放物
線、双曲線のうち残差の総和が最小のもので補正したの
と等価となる。
【００２７】
【数７】ｋｘ2 −２ｒｘ＋ｚ2 ＝０
【００２８】図６は、トレンド曲線としてｎ次多項式曲
線を当てはめる場合を示す図である。曲線の方程式は、
下記数８に示され、最小自乗法により、ａn ，ａn-1 ，
…，ａ1 ，ａ0 が求められる。
線を当てはめる場合を示す図である。曲線の方程式は、
下記数８に示され、最小自乗法により、ａn ，ａn-1 ，
…，ａ1 ，ａ0 が求められる。
【００２９】
【数８】 ｚ＝ａn ｘn ＋ａn-1 ｘ(n-1) ＋…＋ａ1 ｘ＋ａ0
【００３０】この、トレンド除去処理により、ワークの
断面形状の持つ輪郭成分を除去することができるので、
表面粗さの評価を正確に行うことができる。
断面形状の持つ輪郭成分を除去することができるので、
表面粗さの評価を正確に行うことができる。
【００３１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ス
タイラスの変位量のデータを所定間隔でサンプリング
し、その変位量のデータからスタイラスの円弧歪を消去
したのち、定ピッチ処理を行うことで一定ピッチの正確
な変位量データを求めることができるので、表面粗さ等
の評価を正確に絵粉なうことができるという効果を奏す
る。
タイラスの変位量のデータを所定間隔でサンプリング
し、その変位量のデータからスタイラスの円弧歪を消去
したのち、定ピッチ処理を行うことで一定ピッチの正確
な変位量データを求めることができるので、表面粗さ等
の評価を正確に絵粉なうことができるという効果を奏す
る。
【図１】 本発明の実施例に係る形状測定機の概略構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図２】 同測定機におけるスタイラスの円弧歪を説明
するための図である。
するための図である。
【図３】 同測定機における定ピッチ処理を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図４】 同測定機のトレンド除去処理における直線補
正を説明するための図である。
正を説明するための図である。
【図５】 同測定機のトレンド除去処理における円又は
コーニック曲線補正を説明するための図である。
コーニック曲線補正を説明するための図である。
【図６】 同測定機のトレンド除去処理におけるｎ次多
項式曲線補正を説明するための図である。
項式曲線補正を説明するための図である。
１…測定部、２…円弧歪補正部、３…定ピッチ処理部、
４…トレンド除去部、５…スタイラス、６…スタイラス
アーム、７…ワーク、８…駆動装置、９…リニアエンコ
ーダ、１０…差動トランス、１１…同期検波回路、１２
…Ａ／Ｄ変換器。
４…トレンド除去部、５…スタイラス、６…スタイラス
アーム、７…ワーク、８…駆動装置、９…リニアエンコ
ーダ、１０…差動トランス、１１…同期検波回路、１２
…Ａ／Ｄ変換器。
フロントページの続き (72)発明者 小島 司 北海道札幌市北区北７条西１丁目１番２ 号 ＳＥ山京ビル11階 株式会社システ ムテクノロジーインスティテュート内 (56)参考文献 特開 昭56−97819（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−49859（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 21/00 - 21/32 G01B 5/00 - 5/30
Claims (2)
- 【請求項１】 円弧作動するスタイラスをワークの表面
に沿って移動させながら前記スタイラスの変位量のデー
タを所定間隔でサンプリングして出力する測定手段と、 前記スタイラスが円弧作動することにより生ずる前記ス
タイラスの円弧歪を前記測定手段から出力されるスタイ
ラスの変位量に基づいて補正する円弧歪補正手段と、 この円弧歪補正手段で円弧歪を補正した後の前記スタイ
ラスの変位量のサンプリングデータに所定の直線又は曲
線を当てはめて定ピッチで再サンプリングする定ピッチ
処理手段とを備えたことを特徴とする形状測定機。 - 【請求項２】 前記定ピッチ処理手段で再サンプリング
して求められた変位量のデータに前記ワークの表面形状
に沿った直線又は曲線を当てはめ、前記再サンプリング
して得られた変位量のデータから、前記当てはめた直線
又は曲線の成分を除去するトレンド除去手段を更に備え
たことを特徴とする請求項１に記載の形状測定機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19092393A JP3179634B2 (ja) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | 形状測定機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19092393A JP3179634B2 (ja) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | 形状測定機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0719856A JPH0719856A (ja) | 1995-01-20 |
| JP3179634B2 true JP3179634B2 (ja) | 2001-06-25 |
Family
ID=16265948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19092393A Expired - Fee Related JP3179634B2 (ja) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | 形状測定機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3179634B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102344457B1 (ko) * | 2014-08-18 | 2021-12-29 | 엘지이노텍 주식회사 | 렌즈 구동 장치 |
| KR102559545B1 (ko) | 2015-08-06 | 2023-07-25 | 엘지이노텍 주식회사 | 렌즈 구동 장치 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4951270B2 (ja) * | 2006-05-08 | 2012-06-13 | 株式会社ミツトヨ | 測定方法、及び測定装置 |
| JP6652820B2 (ja) * | 2015-12-05 | 2020-02-26 | 株式会社東京精密 | 接触式変位センサ用コントローラ及びそれを用いた変位ゲージ |
-
1993
- 1993-07-02 JP JP19092393A patent/JP3179634B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102344457B1 (ko) * | 2014-08-18 | 2021-12-29 | 엘지이노텍 주식회사 | 렌즈 구동 장치 |
| KR102559545B1 (ko) | 2015-08-06 | 2023-07-25 | 엘지이노텍 주식회사 | 렌즈 구동 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0719856A (ja) | 1995-01-20 |
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