JP3246723B2 - 位相遅れ補正方式 - Google Patents
位相遅れ補正方式Info
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- G—PHYSICS
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Complex Calculations (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、検出器により測
定対象を走査して得られる出力信号を処理して形状測定
を行う形状測定装置に係り、特に形状検出信号をフーリ
エ級数で表現して処理するときの信号処理過程での位相
遅れを補正して高精度の形状測定を可能とする位相遅れ
補正方式に関する。
定対象を走査して得られる出力信号を処理して形状測定
を行う形状測定装置に係り、特に形状検出信号をフーリ
エ級数で表現して処理するときの信号処理過程での位相
遅れを補正して高精度の形状測定を可能とする位相遅れ
補正方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】測定対象の表面粗さや三次元形状等の形
状の精密測定は、接触式或いは非接触式検出器により測
定対象を相対的に走査して、位置の関数としての形状検
出信号を得て、この検出信号を処理することにより行わ
れる。測定対象のある空間範囲を一定速度で走査したと
き、検出器の出力である検出信号は時間の関数として得
られる。通常これをサンプリングしてディジタルデータ
に変換し、コンピュータによるデータ処理により形状測
定が行われる。このディジタル処理では、検出信号は、
空間的位置に対応する空間位相を成分とするフーリエ級
数に展開して表現される。
状の精密測定は、接触式或いは非接触式検出器により測
定対象を相対的に走査して、位置の関数としての形状検
出信号を得て、この検出信号を処理することにより行わ
れる。測定対象のある空間範囲を一定速度で走査したと
き、検出器の出力である検出信号は時間の関数として得
られる。通常これをサンプリングしてディジタルデータ
に変換し、コンピュータによるデータ処理により形状測
定が行われる。このディジタル処理では、検出信号は、
空間的位置に対応する空間位相を成分とするフーリエ級
数に展開して表現される。
【０００３】フーリエ級数で表現される形状検出情報
は、真値に対するノイズが抑制できる範囲で、次数を大
きくする程、走査した空間範囲の細部まで詳しく形状を
表すことができる。このため近年は、測定対象の形状を
再現する際の高い再現性を求めて、フーリエ級数の次数
（即ち、空間高調波の次数）は増大の一途を辿ってお
り、５００次を超える要求も顕在化している。
は、真値に対するノイズが抑制できる範囲で、次数を大
きくする程、走査した空間範囲の細部まで詳しく形状を
表すことができる。このため近年は、測定対象の形状を
再現する際の高い再現性を求めて、フーリエ級数の次数
（即ち、空間高調波の次数）は増大の一途を辿ってお
り、５００次を超える要求も顕在化している。
【０００４】一方、形状検出器の出力信号をディジタル
データに変換し、フーリエ級数の形でデータ処理するま
での信号処理の過程では、信号に多くのノイズが入り込
む。これらのノイズには、外部から形状検出器に入り込
むノイズや、検出器の出力であるアナログ信号をディジ
タル信号に変換する過程で発生する量子化誤差ノイズ、
更に電気回路のスイッチング動作に起因するノイズ等が
ある。これらのノイズを抑圧するために通常、特定範囲
の周波数成分を取り出すフィルタが用いられる。フィル
タの設置個所は、アナログ回路の範囲である場合もある
が、信号をディジタル処理する場合には、ディジタルフ
ィルタが用いられる。
データに変換し、フーリエ級数の形でデータ処理するま
での信号処理の過程では、信号に多くのノイズが入り込
む。これらのノイズには、外部から形状検出器に入り込
むノイズや、検出器の出力であるアナログ信号をディジ
タル信号に変換する過程で発生する量子化誤差ノイズ、
更に電気回路のスイッチング動作に起因するノイズ等が
ある。これらのノイズを抑圧するために通常、特定範囲
の周波数成分を取り出すフィルタが用いられる。フィル
タの設置個所は、アナログ回路の範囲である場合もある
が、信号をディジタル処理する場合には、ディジタルフ
ィルタが用いられる。
【０００５】形状の検出情報を上述のようにディジタル
フィルタを通すと、フィルタの特性に応じて、その入出
力の間で位相差が観測される。このフィルタの入出力で
の位相の差は、検出器からの信号伝搬の位相遅れに加算
される。この位相遅れは、測定対象の形状を再現する際
に、形状の“歪み”及び“機械的位置ずれ”の原因とな
る。従って、高精度の形状測定を行うためには、これら
の“歪み”と“機械的位置ずれ”を如何に小さくするか
が課題となる。
フィルタを通すと、フィルタの特性に応じて、その入出
力の間で位相差が観測される。このフィルタの入出力で
の位相の差は、検出器からの信号伝搬の位相遅れに加算
される。この位相遅れは、測定対象の形状を再現する際
に、形状の“歪み”及び“機械的位置ずれ”の原因とな
る。従って、高精度の形状測定を行うためには、これら
の“歪み”と“機械的位置ずれ”を如何に小さくするか
が課題となる。
【０００６】従来、上述した“歪み”を防止する方式は
いくつか提案されているが、“機械的位置ずれ”につい
ては等閑視されていた。しかし、“歪み”を防止するた
めの手法が大きな“機械的位置ずれ”をもたらすことが
ある。更に、走査時間の短縮のために相対的走査方向を
一方向ではなく、双方向に採ろうとすると、この“機械
的位置ずれ”は再現形状に対するヒステリシス誤差を発
生させる。しかもこの誤差は、走査速度を上げるほど、
それに比例して大きくなる。
いくつか提案されているが、“機械的位置ずれ”につい
ては等閑視されていた。しかし、“歪み”を防止するた
めの手法が大きな“機械的位置ずれ”をもたらすことが
ある。更に、走査時間の短縮のために相対的走査方向を
一方向ではなく、双方向に採ろうとすると、この“機械
的位置ずれ”は再現形状に対するヒステリシス誤差を発
生させる。しかもこの誤差は、走査速度を上げるほど、
それに比例して大きくなる。
【０００７】上述した位相遅れによる機械的位置ずれに
ついて、具体的に説明する。例えば、測定対象の走査方
向の拡がりが１００ｍｍであり、これを走査速度１００
ｍｍ／ｓｅｃで走査して、空間周波数５００Ｈｚ（即
ち、最大計測次数が５００）の検出情報を得る場合を考
える。このとき、ディジタルフィルタが線形位相特性を
有するものであって、一例として５００Ｈｚで位相遅れ
が９０°であるとすると、最大計測次数について、原点
（走査の基準位置）からの測定対象の機械的な位置ずれ
は、（１００ｍｍ／５００）×（９０°／３６０°）＝
５０μｍとなる。走査方向を双方向にとった場合のヒス
テリシス誤差は、機械的位置に換算して、２×５０μｍ
＝１００μｍに達する。
ついて、具体的に説明する。例えば、測定対象の走査方
向の拡がりが１００ｍｍであり、これを走査速度１００
ｍｍ／ｓｅｃで走査して、空間周波数５００Ｈｚ（即
ち、最大計測次数が５００）の検出情報を得る場合を考
える。このとき、ディジタルフィルタが線形位相特性を
有するものであって、一例として５００Ｈｚで位相遅れ
が９０°であるとすると、最大計測次数について、原点
（走査の基準位置）からの測定対象の機械的な位置ずれ
は、（１００ｍｍ／５００）×（９０°／３６０°）＝
５０μｍとなる。走査方向を双方向にとった場合のヒス
テリシス誤差は、機械的位置に換算して、２×５０μｍ
＝１００μｍに達する。
【０００８】もし、測定対象の加工が通常の数値制御工
作機械でなされ、この数値制御系統の制御水準が加工精
度で０．１〜１μｍというものである場合、上述のよう
な位置ずれや位置のヒステリシス誤差はとても許容され
ない。以上のように、信号処理過程での位相遅れは、等
速で検出器を測定対象に対して走査した場合、原点から
の測定対象の位置ずれをもたらすが、更に、位相特性の
線形位相からのずれは、検出情報から形状を再現する際
の形状の“歪み”をもたらす。
作機械でなされ、この数値制御系統の制御水準が加工精
度で０．１〜１μｍというものである場合、上述のよう
な位置ずれや位置のヒステリシス誤差はとても許容され
ない。以上のように、信号処理過程での位相遅れは、等
速で検出器を測定対象に対して走査した場合、原点から
の測定対象の位置ずれをもたらすが、更に、位相特性の
線形位相からのずれは、検出情報から形状を再現する際
の形状の“歪み”をもたらす。
【０００９】また、挿入されるフィルタの性質によっ
て、位相遅れの影響は異なる。例えばしばしば用いられ
るバターワース（Butterworth）フィルタは、巡回型フ
ィルタであって、所望の減衰度を得るのに素子数が少な
く、パラメータも少ないという特徴を有するが、位相特
性の点からは、あまり好ましくない。図４は、バターワ
ース伝達関数でのステップ応答を示している（D'Azzo H
oupis 著“Linear Control System Analysis and Desig
n”から引用）。８次のステップ応答を見ると、最もシ
ンプルな線形位相特性からかけ離れた応答を示している
ことが分かる。
て、位相遅れの影響は異なる。例えばしばしば用いられ
るバターワース（Butterworth）フィルタは、巡回型フ
ィルタであって、所望の減衰度を得るのに素子数が少な
く、パラメータも少ないという特徴を有するが、位相特
性の点からは、あまり好ましくない。図４は、バターワ
ース伝達関数でのステップ応答を示している（D'Azzo H
oupis 著“Linear Control System Analysis and Desig
n”から引用）。８次のステップ応答を見ると、最もシ
ンプルな線形位相特性からかけ離れた応答を示している
ことが分かる。
【００１０】ディジタルフィルタの線形位相特性からの
ずれによる形状の“歪み”だけを防止するには、線形位
相特性のフィルタ、即ち非巡回型フィルタを用いればよ
い。非巡回型フィルタは、ディジタルフィルタの演算処
理部の設計で実現できる。しかし、非巡回型フィルタで
は、所望のノイズ抑圧特性を実現しようとすると、位相
遅れ量が非常に大きくなるため、機械的な“位置ずれ”
がそれだけ大きくなるという難点がある。
ずれによる形状の“歪み”だけを防止するには、線形位
相特性のフィルタ、即ち非巡回型フィルタを用いればよ
い。非巡回型フィルタは、ディジタルフィルタの演算処
理部の設計で実現できる。しかし、非巡回型フィルタで
は、所望のノイズ抑圧特性を実現しようとすると、位相
遅れ量が非常に大きくなるため、機械的な“位置ずれ”
がそれだけ大きくなるという難点がある。
【００１２】形状の復元のためのデータ処理に先立っ
て、原点からの位置情報を含んで測定対象の形状に関す
る検出情報が記憶され、且つデータ処理に時間的制約が
ない場合には、位相遅れの影響を除去する双方向フィル
タの手法が有効である。しかしこれは、データ処理に先
立って、形状に関する全ての情報が記憶されることが条
件であり、しかも機械的位置ずれの解消のために検出の
基準となる原点からの位置情報を全て必要とするため、
データ量が膨大なものとなる。また、そのような条件は
いつでも成立するとは限らない上、データ量が多いため
に処理時間もかかり、例えば機械加工と同時にリアルタ
イムで形状測定を行うといった高速処理の用途には向か
ない。
て、原点からの位置情報を含んで測定対象の形状に関す
る検出情報が記憶され、且つデータ処理に時間的制約が
ない場合には、位相遅れの影響を除去する双方向フィル
タの手法が有効である。しかしこれは、データ処理に先
立って、形状に関する全ての情報が記憶されることが条
件であり、しかも機械的位置ずれの解消のために検出の
基準となる原点からの位置情報を全て必要とするため、
データ量が膨大なものとなる。また、そのような条件は
いつでも成立するとは限らない上、データ量が多いため
に処理時間もかかり、例えば機械加工と同時にリアルタ
イムで形状測定を行うといった高速処理の用途には向か
ない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、検出器
により測定対象を走査して得られる形状検出信号を、フ
ーリエ級数で表現される情報として処理して形状を復元
するときに、信号処理過程での位相遅れが形状の歪みや
測定対象の機械的位置ずれをもたらすというという問題
があった。この発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、信号処理過程での位相遅れに起因する復元形状の
歪みや機械的位置ずれを除去し、しかもフーリエ級数の
処理過程をそのまま活用できるようにした形状測定にお
ける位相遅れ補正方式を提供することを目的とする。
により測定対象を走査して得られる形状検出信号を、フ
ーリエ級数で表現される情報として処理して形状を復元
するときに、信号処理過程での位相遅れが形状の歪みや
測定対象の機械的位置ずれをもたらすというという問題
があった。この発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、信号処理過程での位相遅れに起因する復元形状の
歪みや機械的位置ずれを除去し、しかもフーリエ級数の
処理過程をそのまま活用できるようにした形状測定にお
ける位相遅れ補正方式を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明に係る位相遅れ
補正方式は、検出器を測定対象に対して相対的に一定速
度で走査して得られる形状検出信号をディジタルデータ
に変換し、このディジタルデータをフーリエ級数で表現
して信号処理するに際して、前記ディジタルデータにお
ける前記フーリエ級数の各空間位相とその位相遅れ量の
間の相関関係データを予め実測して記憶し、前記ディジ
タルデータから前記フーリエ級数の各空間位相成分の係
数を算出し、この算出された各係数を前記相関関係デー
タに基づいて補正することを特徴としている。具体的に
この発明において、前記フーリエ級数の第ｋ次空間位相
をｋθ、第ｋ次余弦成分をＦｋ、第ｋ次正弦成分をＧｋ
とし、空間位相ｋθに対して前記相関関係データとして
記憶された位相遅れ量をρ（ｋθ）としたとき、前記係
数を補正するアルゴリズムは、Ｆｋに代わって、Ｆｋ・
cos［ρ（ｋθ）］−Ｇｋ・sin［ρ（ｋθ）］を用い、
Ｇｋに代わって、Ｇｋ・cos［ρ（ｋθ）］＋Ｆｋ・sin
［ρ（ｋθ）］を用いる。
補正方式は、検出器を測定対象に対して相対的に一定速
度で走査して得られる形状検出信号をディジタルデータ
に変換し、このディジタルデータをフーリエ級数で表現
して信号処理するに際して、前記ディジタルデータにお
ける前記フーリエ級数の各空間位相とその位相遅れ量の
間の相関関係データを予め実測して記憶し、前記ディジ
タルデータから前記フーリエ級数の各空間位相成分の係
数を算出し、この算出された各係数を前記相関関係デー
タに基づいて補正することを特徴としている。具体的に
この発明において、前記フーリエ級数の第ｋ次空間位相
をｋθ、第ｋ次余弦成分をＦｋ、第ｋ次正弦成分をＧｋ
とし、空間位相ｋθに対して前記相関関係データとして
記憶された位相遅れ量をρ（ｋθ）としたとき、前記係
数を補正するアルゴリズムは、Ｆｋに代わって、Ｆｋ・
cos［ρ（ｋθ）］−Ｇｋ・sin［ρ（ｋθ）］を用い、
Ｇｋに代わって、Ｇｋ・cos［ρ（ｋθ）］＋Ｆｋ・sin
［ρ（ｋθ）］を用いる。
【００１５】この発明に係る形状測定装置は、測定対象
を一定速度で相対的に走査して形状検出信号を得る検出
器と、この検出器の出力をディジタルデータに変換する
ＡＤ変換手段と、このＡＤ変換手段により得られたディ
ジタルデータを処理して形状測定値を得るディジタル信
号処理手段とを備え、前記ディジタル信号処理手段は、
前記ＡＤ変換手段により得られるディジタルデータから
ノイズ成分を除去するためのディジタルフィルタと、こ
のディジタルフィルタの出力において予め実測された空
間位相と位相遅れ量の間の相関関係データを記憶する記
憶手段と、前記ディジタルフィルタから得られる検出デ
ータをフーリエ級数で表現するための各空間位相の余弦
成分の係数と正弦成分の係数を算出するフーリエ係数算
出手段と、このフーリエ係数算出手段により求められた
各係数を前記記憶手段から読み出された相関関係データ
に基づいて補正するフーリエ係数補正手段とを備えたこ
とを特徴としている。
を一定速度で相対的に走査して形状検出信号を得る検出
器と、この検出器の出力をディジタルデータに変換する
ＡＤ変換手段と、このＡＤ変換手段により得られたディ
ジタルデータを処理して形状測定値を得るディジタル信
号処理手段とを備え、前記ディジタル信号処理手段は、
前記ＡＤ変換手段により得られるディジタルデータから
ノイズ成分を除去するためのディジタルフィルタと、こ
のディジタルフィルタの出力において予め実測された空
間位相と位相遅れ量の間の相関関係データを記憶する記
憶手段と、前記ディジタルフィルタから得られる検出デ
ータをフーリエ級数で表現するための各空間位相の余弦
成分の係数と正弦成分の係数を算出するフーリエ係数算
出手段と、このフーリエ係数算出手段により求められた
各係数を前記記憶手段から読み出された相関関係データ
に基づいて補正するフーリエ係数補正手段とを備えたこ
とを特徴としている。
【００１６】この発明によると、測定対象の形状検出情
報をフーリエ級数で表現して処理する場合に、検出情報
の処理過程で発生する位相遅れに起因する復元形状の歪
みと機械的な位置ずれを、フーリエ級数の余弦成分及び
正弦成分の係数を補正するという手法によって補正する
ことにより、高精度の復元形状を得ることができる。し
かもこの発明においては、検出器の走査速度を一定にす
るという条件の下で、検出情報を位置情報と共に全て記
憶してこれらを処理する場合と比べて、データ処理量は
少なく、しかも高速処理が可能となる。
報をフーリエ級数で表現して処理する場合に、検出情報
の処理過程で発生する位相遅れに起因する復元形状の歪
みと機械的な位置ずれを、フーリエ級数の余弦成分及び
正弦成分の係数を補正するという手法によって補正する
ことにより、高精度の復元形状を得ることができる。し
かもこの発明においては、検出器の走査速度を一定にす
るという条件の下で、検出情報を位置情報と共に全て記
憶してこれらを処理する場合と比べて、データ処理量は
少なく、しかも高速処理が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図１は、この発明による形状測定
装置の全体の構成を示す。検出器１は、図の例ではスタ
イラス２により測定対象３の表面粗さを検出する粗さ検
出器である。測定対象２と検出器１とは、相対的に一定
速度で走査制御される。現状の技術では、走査速度の変
動を１／３０００程度にすることは容易である。これに
より、検出器１からは、位置の関数として表されるべき
形状が時間の関数として表されたアナログ形状検出信号
Ｓが得られる。但し、図１の検出器１は一例であり、検
出原理は、接触式の他、光等を用いた非接触式でもよ
く、また表面粗さ測定の他、三次元形状測定その他の検
出器であってもよい。
の実施例を説明する。図１は、この発明による形状測定
装置の全体の構成を示す。検出器１は、図の例ではスタ
イラス２により測定対象３の表面粗さを検出する粗さ検
出器である。測定対象２と検出器１とは、相対的に一定
速度で走査制御される。現状の技術では、走査速度の変
動を１／３０００程度にすることは容易である。これに
より、検出器１からは、位置の関数として表されるべき
形状が時間の関数として表されたアナログ形状検出信号
Ｓが得られる。但し、図１の検出器１は一例であり、検
出原理は、接触式の他、光等を用いた非接触式でもよ
く、また表面粗さ測定の他、三次元形状測定その他の検
出器であってもよい。
【００１８】検出器１の出力信号Ｓは、ＡＤ変換器４に
よりディジタルデータＤ１に変換されて、コンピュータ
等のディジタル信号処理装置５に送られる。ディジタル
信号処理装置５では、取り込まれたディジタルデータを
フーリエ級数に展開してデータ処理を行う。
よりディジタルデータＤ１に変換されて、コンピュータ
等のディジタル信号処理装置５に送られる。ディジタル
信号処理装置５では、取り込まれたディジタルデータを
フーリエ級数に展開してデータ処理を行う。
【００１９】図２は、ディジタル信号処理装置５におけ
るこの発明の主要機能部分をブロックで示している。デ
ィジタルフィルタ１１はロウパスフィルタであって、取
り込まれたデータＤ１に含まれる高周波ノイズ成分を除
去するために設けられている。ディジタルフィルタ１１
でノイズ成分が除去されたデータＤ２は一旦、検出情報
記憶メモリ１２に保持される。検出情報記憶メモリ１２
から読み出されるディジタルデータＤ３は、フーリエ係
数算出部１３において、単位空間位相をθ、任意次数を
ｋとして、下記数１のように表現されるフーリエ級数に
展開される。
るこの発明の主要機能部分をブロックで示している。デ
ィジタルフィルタ１１はロウパスフィルタであって、取
り込まれたデータＤ１に含まれる高周波ノイズ成分を除
去するために設けられている。ディジタルフィルタ１１
でノイズ成分が除去されたデータＤ２は一旦、検出情報
記憶メモリ１２に保持される。検出情報記憶メモリ１２
から読み出されるディジタルデータＤ３は、フーリエ係
数算出部１３において、単位空間位相をθ、任意次数を
ｋとして、下記数１のように表現されるフーリエ級数に
展開される。
【００２０】
【数１】 Ｈ0（θ）＝ΣＦｋ・cos（ｋθ）＋ΣＧｋ・sin（ｋ
θ）
θ）
【００２１】ディジタル信号処理装置５は、数１のよう
に表現される検出情報の位相遅れ補正を行うために、例
えば図３に示すような、予め実測された各空間位相ｋθ
と位相遅れ量ρ（ｋθ）の間の相関関係データを記憶す
るルックアップテーブル（ＬＵＴ）メモリ１４を有す
る。このＬＵＴメモリ１４は、例えば所定周波数範囲の
基準信号を、図１のＡＤ変換器４に入れたときのディジ
タルフィルタ１１に得られるデータでの各周波数での位
相遅れ量を実測することにより作られる。好ましい実施
例においては、ＬＵＴメモリ１４に記憶される位相遅れ
量ρ（ｋθ）のデータは、後述する係数変換を容易にす
るため、ｋθをアドレスとして、cos［ρ（ｋθ）］，s
in［ρ（ｋθ）］の形式で記憶される。
に表現される検出情報の位相遅れ補正を行うために、例
えば図３に示すような、予め実測された各空間位相ｋθ
と位相遅れ量ρ（ｋθ）の間の相関関係データを記憶す
るルックアップテーブル（ＬＵＴ）メモリ１４を有す
る。このＬＵＴメモリ１４は、例えば所定周波数範囲の
基準信号を、図１のＡＤ変換器４に入れたときのディジ
タルフィルタ１１に得られるデータでの各周波数での位
相遅れ量を実測することにより作られる。好ましい実施
例においては、ＬＵＴメモリ１４に記憶される位相遅れ
量ρ（ｋθ）のデータは、後述する係数変換を容易にす
るため、ｋθをアドレスとして、cos［ρ（ｋθ）］，s
in［ρ（ｋθ）］の形式で記憶される。
【００２２】フーリエ係数算出部１３において算出され
た、上記数１に示す余弦成分の係数Ｆｋと正弦成分の係
数Ｇｋは、フーリエ係数補正部１５に送られ、ここでＬ
ＵＴメモリ１４から読み出された位相遅れ量ρ（ｋθ）
に基づいて係数補正が行われる。このフーリエ係数補正
の原理は、次の通りである。
た、上記数１に示す余弦成分の係数Ｆｋと正弦成分の係
数Ｇｋは、フーリエ係数補正部１５に送られ、ここでＬ
ＵＴメモリ１４から読み出された位相遅れ量ρ（ｋθ）
に基づいて係数補正が行われる。このフーリエ係数補正
の原理は、次の通りである。
【００２３】数１の右辺における空間位相ｋθが、実際
にはρ（ｋθ）だけ位相が遅れているとすれば、数１を
補正するには、右辺のｋθの代わりに、ｋθ−ρ（ｋ
θ）を用いればよい。このとき数１で表される検出情報
Ｈ0（θ）は、次の数２のような検出情報Ｈ1（θ）に書
き替えられる。
にはρ（ｋθ）だけ位相が遅れているとすれば、数１を
補正するには、右辺のｋθの代わりに、ｋθ−ρ（ｋ
θ）を用いればよい。このとき数１で表される検出情報
Ｈ0（θ）は、次の数２のような検出情報Ｈ1（θ）に書
き替えられる。
【００２４】
【数２】 Ｈ1（θ） ＝ΣＦｋ・cos[ｋθ−ρ（ｋθ）］＋ΣＧｋ・sin［ｋθ−ρ（ｋθ）］ ＝Σ｛Ｆｋ・cos［ρ（ｋθ）］−Ｇｋ・sin［ρ（ｋθ）］｝cos（ｋθ）＋ Σ｛Ｇｋ・cos［ρ（ｋθ）］＋Ｆｋ・sin［ρ（ｋθ）］｝sin（ｋθ）
【００２５】従ってフーリエ係数補正部１５において
は、フーリエ係数算出部１３において算出された係数Ｆ
ｋ，Ｇｋについて、、ＬＵＴメモリ１４から読み出され
た補正データsin［ρ（ｋθ），cos［ρ（ｋθ）］に基
づいて、次の数３の変換アルゴリズムでの係数変換を行
うことになる。
は、フーリエ係数算出部１３において算出された係数Ｆ
ｋ，Ｇｋについて、、ＬＵＴメモリ１４から読み出され
た補正データsin［ρ（ｋθ），cos［ρ（ｋθ）］に基
づいて、次の数３の変換アルゴリズムでの係数変換を行
うことになる。
【００２６】
【数３】Ｆｋ→Ｆｋ・cos［ρ（ｋθ）］−Ｇｋ・sin
［ρ（ｋθ）］ Ｇｋ→Ｇｋ・cos［ρ（ｋθ）］＋Ｆｋ・sin［ρ（ｋ
θ）］
［ρ（ｋθ）］ Ｇｋ→Ｇｋ・cos［ρ（ｋθ）］＋Ｆｋ・sin［ρ（ｋ
θ）］
【００２７】この様に変換された係数を用いて、フーリ
エ級数補正部１６においては、上述の数２で表されるフ
ーリエ級数Ｈ1（θ）が求められる。以上の係数算出及
び係数補正の処理は、フーリエ級数補正部１６から指定
される次数ｋ＝１〜ｎについて順次行われて、位相遅れ
が補正されたｎ次のフーリエ級数Ｈ1（θ）が得られる
ことになる。こうして得られたフーリエ級数Ｈ1（θ）
は、もとのフーリエ級数Ｈ0（θ）と同じ形式であるか
ら、フーリエ級数の処理過程は従来と何ら変わるところ
はなく、従来と同様の処理により形状復元が行われる。
エ級数補正部１６においては、上述の数２で表されるフ
ーリエ級数Ｈ1（θ）が求められる。以上の係数算出及
び係数補正の処理は、フーリエ級数補正部１６から指定
される次数ｋ＝１〜ｎについて順次行われて、位相遅れ
が補正されたｎ次のフーリエ級数Ｈ1（θ）が得られる
ことになる。こうして得られたフーリエ級数Ｈ1（θ）
は、もとのフーリエ級数Ｈ0（θ）と同じ形式であるか
ら、フーリエ級数の処理過程は従来と何ら変わるところ
はなく、従来と同様の処理により形状復元が行われる。
【００２８】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、測
定対象の形状検出情報をフーリエ級数で表現して処理す
る場合に、検出情報の処理過程で発生する位相遅れに起
因する再現形状の歪みと機械的な位置ずれを補正して、
高精度の復元形状を得ることができる。しかもこの発明
においては、検出器の走査速度を一定にするという条件
の下で、検出情報を位置ずれ補正のための位置情報と共
に全て記憶して、これらを処理する場合と比べて、デー
タ処理量は少なく、しかも高速処理が可能である。
定対象の形状検出情報をフーリエ級数で表現して処理す
る場合に、検出情報の処理過程で発生する位相遅れに起
因する再現形状の歪みと機械的な位置ずれを補正して、
高精度の復元形状を得ることができる。しかもこの発明
においては、検出器の走査速度を一定にするという条件
の下で、検出情報を位置ずれ補正のための位置情報と共
に全て記憶して、これらを処理する場合と比べて、デー
タ処理量は少なく、しかも高速処理が可能である。
【図１】 この発明の一実施例による形状測定装置の全
体構成を示す。
体構成を示す。
【図２】 同実施例のディジタル信号処理装置の機能ブ
ロック構成を示す。
ロック構成を示す。
【図３】 同実施例のＬＵＴメモリに記憶される空間位
相と位相遅れの相関関係を示す。
相と位相遅れの相関関係を示す。
【図４】 バターワース・フィルタのステップ応答特性
を示す。
を示す。
１…検出器、２…スタイラス、３…測定対象、４…ＡＤ
変換器、５…ディジタル信号処理装置、１１…ディジタ
ルフィルタ、１２…検出情報記憶メモリ、１３…フーリ
エ係数算出部、１４…ルックアップテーブルメモリ、１
５…フーリエ係数補正部、１６…フーリエ級数補正部。
変換器、５…ディジタル信号処理装置、１１…ディジタ
ルフィルタ、１２…検出情報記憶メモリ、１３…フーリ
エ係数算出部、１４…ルックアップテーブルメモリ、１
５…フーリエ係数補正部、１６…フーリエ級数補正部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−125409（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−180711（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−33529（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 21/20 G01D 5/245
Claims (3)
- 【請求項１】 検出器を測定対象に対して相対的に一定
速度で走査して得られる形状検出信号をディジタルデー
タに変換し、このディジタルデータをフーリエ級数で表
現して信号処理するに際して、 前記ディジタルデータにおける前記フーリエ級数の各空
間位相とその位相遅れ量の間の相関関係データを予め実
測して記憶し、 前記ディジタルデータから前記フーリエ級数の各空間位
相成分の係数を算出し、 この算出された各係数を前記相関関係データに基づいて
補正することを特徴とする位相遅れ補正方式。 - 【請求項２】 前記フーリエ級数の第ｋ次空間位相をｋ
θ、第ｋ次余弦成分をＦｋ、第ｋ次正弦成分をＧｋと
し、空間位相ｋθに対して前記相関関係データとして記
憶された位相遅れ量をρ（ｋθ）としたとき、前記係数
を補正するアルゴリズムは、 Ｆｋに代わって、Ｆｋ・cos［ρ（ｋθ）］−Ｇｋ・sin
［ρ（ｋθ）］を用い、 Ｇｋに代わって、Ｇｋ・cos［ρ（ｋθ）］＋Ｆｋ・sin
［ρ（ｋθ）］を用いるものであることを特徴とする請
求項１記載の位相遅れ補正方式。 - 【請求項３】 測定対象を一定速度で相対的に走査して
形状検出信号を得る検出器と、 この検出器の出力をディジタルデータに変換するＡＤ変
換手段と、 このＡＤ変換手段により得られたディジタルデータを処
理して形状測定値を得るディジタル信号処理手段とを備
え、 前記ディジタル信号処理手段は、 前記ＡＤ変換手段により得られるディジタルデータから
ノイズ成分を除去するためのディジタルフィルタと、 このディジタルフィルタの出力において予め実測された
空間位相と位相遅れ量の間の相関関係データを記憶する
記憶手段と、 前記ディジタルフィルタから得られる検出データをフー
リエ級数で表現するための各空間位相の余弦成分の係数
と正弦成分の係数を算出するフーリエ係数算出手段と、 このフーリエ係数算出手段により求められた各係数を前
記記憶手段から読み出された相関関係データに基づいて
補正するフーリエ係数補正手段とを備えたことを特徴と
する形状測定装置。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP32904297A JP3246723B2 (ja) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | 位相遅れ補正方式 |
| US09/198,578 US6301550B1 (en) | 1997-11-28 | 1998-11-24 | Phase delay correction system |
| DE19854983A DE19854983B4 (de) | 1997-11-28 | 1998-11-27 | Phasenverzögerung-Korrektursystem |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32904297A JP3246723B2 (ja) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | 位相遅れ補正方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11161636A JPH11161636A (ja) | 1999-06-18 |
| JP3246723B2 true JP3246723B2 (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=18216965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32904297A Expired - Fee Related JP3246723B2 (ja) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | 位相遅れ補正方式 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6301550B1 (ja) |
| JP (1) | JP3246723B2 (ja) |
| DE (1) | DE19854983B4 (ja) |
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| US6789040B2 (en) | 2000-08-22 | 2004-09-07 | Affymetrix, Inc. | System, method, and computer software product for specifying a scanning area of a substrate |
| US20020086601A1 (en) * | 2000-11-08 | 2002-07-04 | Marvin Lewis | Crochet-knitted mattress closing tape |
| US6643015B2 (en) * | 2001-04-26 | 2003-11-04 | Affymetrix, Inc. | System, method, and product for symmetrical filtering in scanning of biological materials |
| US7382985B2 (en) * | 2002-12-02 | 2008-06-03 | Nortel Networks Limited | Electrical domain mitigation of polarization dependent effects in an optical communications system |
| US6889175B2 (en) * | 2003-01-13 | 2005-05-03 | Trimble Navigation Limited | Tunable filter device for spatial positioning systems |
| JP4555594B2 (ja) * | 2004-04-13 | 2010-10-06 | 株式会社ミツトヨ | 微細表面性状検出装置 |
| WO2007060840A1 (ja) * | 2005-11-28 | 2007-05-31 | Mitsubishi Electric Corporation | 位置検出誤差補正方法 |
| US8009889B2 (en) | 2006-06-27 | 2011-08-30 | Affymetrix, Inc. | Feature intensity reconstruction of biological probe array |
| EP2927646A1 (de) * | 2014-03-31 | 2015-10-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Korrektur von Messfehlern |
| CN110260869B (zh) * | 2019-05-10 | 2023-04-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种降低星敏感器和陀螺联合滤波计算量的改进方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4126036A (en) | 1977-07-27 | 1978-11-21 | United States Steel Corporation | Surface roughness analyzer |
| JPH065173B2 (ja) * | 1984-09-03 | 1994-01-19 | 株式会社安川電機 | レゾルバの位相誤差補償方法 |
| JPS61149822A (ja) | 1984-12-24 | 1986-07-08 | Asahi Optical Co Ltd | 位相誤差補正装置 |
| JPS63182919A (ja) * | 1987-01-24 | 1988-07-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 線路等化回路 |
| DE69028158T2 (de) | 1989-06-23 | 1997-02-20 | Rank Taylor Hobson Ltd | Messtechnische Vorrichtung und Kalibrierverfahren dafür |
| US5073710A (en) * | 1989-09-21 | 1991-12-17 | Copal Company Limited | Optical displacement detector including a displacement member's surface having a diffractive pattern and a holographic lens pattern |
| US5173936A (en) | 1990-05-08 | 1992-12-22 | The Goeken Group Corporation | Telephone handset holder assembly |
| JP2543245B2 (ja) * | 1990-09-17 | 1996-10-16 | オ−クマ株式会社 | 位置検出誤差補正装置 |
| GB2272059B (en) | 1992-10-20 | 1996-03-20 | Mitutoyo Corp | Surface-roughness measuring apparatus |
| ATE135814T1 (de) | 1993-11-09 | 1996-04-15 | Siemens Ag | Verfahren zur korrektur des phasenfehlers bei der auswertung von inkrementalgebern mit sinusförmigen ausgangssignalen |
-
1997
- 1997-11-28 JP JP32904297A patent/JP3246723B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-11-24 US US09/198,578 patent/US6301550B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-11-27 DE DE19854983A patent/DE19854983B4/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6301550B1 (en) | 2001-10-09 |
| JPH11161636A (ja) | 1999-06-18 |
| DE19854983B4 (de) | 2012-03-01 |
| DE19854983A1 (de) | 1999-06-02 |
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