JP3537673B2 - 表面性状測定装置のトレンド補正方法 - Google Patents
表面性状測定装置のトレンド補正方法Info
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- JP3537673B2 JP3537673B2 JP26927698A JP26927698A JP3537673B2 JP 3537673 B2 JP3537673 B2 JP 3537673B2 JP 26927698 A JP26927698 A JP 26927698A JP 26927698 A JP26927698 A JP 26927698A JP 3537673 B2 JP3537673 B2 JP 3537673B2
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- geometric shape
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、形状測定機や三次
元測定機等で被測定物の表面性状を測定し、その測定デ
ータを解析する際の測定データの傾斜や大きなうねりな
どを除去するための表面性状測定装置のトレンド補正方
法に関する。
元測定機等で被測定物の表面性状を測定し、その測定デ
ータを解析する際の測定データの傾斜や大きなうねりな
どを除去するための表面性状測定装置のトレンド補正方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】形状測定装置等で被測定物の形状、うね
り、粗さ等（以下、これらをまとめて「表面性状」と呼
ぶ）を解析する場合、通常は、解析に先立ってフィルタ
処理等の前処理を施すことが多い。しかし、データに低
周波成分、特にデータの測定長よりも長い周波数成分
（トレンド）が乗っている場合には、フィルタではこの
成分を除去することはできない。測定データ中からトレ
ンドが除かれていない状態で相関やスペクトル等の解析
を行った場合には、その結果に歪みが生じることにな
る。特に、低周波のスペクトル成分にはその推定量に大
きな誤差が生じる。そこで、測定データからこのような
特殊な成分を除去するためのトレンド補正が、解析の前
段階処理として極めて重要となる。
り、粗さ等（以下、これらをまとめて「表面性状」と呼
ぶ）を解析する場合、通常は、解析に先立ってフィルタ
処理等の前処理を施すことが多い。しかし、データに低
周波成分、特にデータの測定長よりも長い周波数成分
（トレンド）が乗っている場合には、フィルタではこの
成分を除去することはできない。測定データ中からトレ
ンドが除かれていない状態で相関やスペクトル等の解析
を行った場合には、その結果に歪みが生じることにな
る。特に、低周波のスペクトル成分にはその推定量に大
きな誤差が生じる。そこで、測定データからこのような
特殊な成分を除去するためのトレンド補正が、解析の前
段階処理として極めて重要となる。
【０００３】図５は、従来のトレンド補正を説明するた
めの図である。トレンド補正は、直線、円、楕円、平
面、球面といった特定の幾何形状を想定し、図５（ａ）
のような対象となる測定データに対して、同図（ｂ）の
ように、幾何形状の当てはめを行う。そして、この結果
得られた最適な幾何形状（この例では直線Ｌ）に対し
て、同図（ｃ）のように測定データとの差をとることに
より補正処理を行う。
めの図である。トレンド補正は、直線、円、楕円、平
面、球面といった特定の幾何形状を想定し、図５（ａ）
のような対象となる測定データに対して、同図（ｂ）の
ように、幾何形状の当てはめを行う。そして、この結果
得られた最適な幾何形状（この例では直線Ｌ）に対し
て、同図（ｃ）のように測定データとの差をとることに
より補正処理を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、表面性状デ
ータの解析精度を高めるには、その前処理でトレンド成
分を十分に除去する必要がある。このため、より理想的
には、自由曲線・自由曲面の当てはめを行えばよいが、
この場合、計算量が膨大であり、あまり現実的ではな
い。しかし、例えば図６に示すような測定データが得ら
れた場合、この測定データ曲線に直線Ｌ１や円弧Ｃ１と
いった単純な幾何形状を当てはめるのは、いかにも不適
切である。
ータの解析精度を高めるには、その前処理でトレンド成
分を十分に除去する必要がある。このため、より理想的
には、自由曲線・自由曲面の当てはめを行えばよいが、
この場合、計算量が膨大であり、あまり現実的ではな
い。しかし、例えば図６に示すような測定データが得ら
れた場合、この測定データ曲線に直線Ｌ１や円弧Ｃ１と
いった単純な幾何形状を当てはめるのは、いかにも不適
切である。
【０００５】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、処理量の増大を招くことなく、測
定データ曲線から効果的にトレンド成分を除去すること
ができるトレンド除去システムの無駄を削減し、システ
ム更新の手間も省くことができる表面性状測定装置のト
レンド補正方法を提供することを目的とする。
めになされたもので、処理量の増大を招くことなく、測
定データ曲線から効果的にトレンド成分を除去すること
ができるトレンド除去システムの無駄を削減し、システ
ム更新の手間も省くことができる表面性状測定装置のト
レンド補正方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る表面性状測
定装置のトレンド補正方法は、被測定物を倣い測定して
得られた測定データから前記被測定物の表面性状を解析
するのに先立って、前記測定データに特定の幾何形状を
当てはめたのち、前記測定データから前記幾何形状の成
分を除去することにより前記測定データをトレンド補正
する表面性状測定装置のトレンド補正方法において、前
記測定データを任意の複数のセグメントに分割し、各セ
グメントに対してそれぞれ隣接するセグメントとの接続
部の座標値を等しくしつつ特定の幾何形状を当てはめ、
各セグメント毎にそのセグメントに割り当てられた幾何
形状の成分を除去することによりトレンド補正を行うよ
うにしたことを特徴とする。
定装置のトレンド補正方法は、被測定物を倣い測定して
得られた測定データから前記被測定物の表面性状を解析
するのに先立って、前記測定データに特定の幾何形状を
当てはめたのち、前記測定データから前記幾何形状の成
分を除去することにより前記測定データをトレンド補正
する表面性状測定装置のトレンド補正方法において、前
記測定データを任意の複数のセグメントに分割し、各セ
グメントに対してそれぞれ隣接するセグメントとの接続
部の座標値を等しくしつつ特定の幾何形状を当てはめ、
各セグメント毎にそのセグメントに割り当てられた幾何
形状の成分を除去することによりトレンド補正を行うよ
うにしたことを特徴とする。
【０００７】本発明によれば、測定データを任意の複数
のセグメントに分割したのちに、各セグメントに対して
それぞれ特定の幾何形状を当てはめるようにしているの
で、各セグメントに分割することによって測定データが
単純な幾何形状で近似し易くなり、当てはめのための計
算が単純化されることになる。しかも、この発明によれ
ば、測定データを細かいセグメントに分割することによ
り、当てはめ精度も向上し、これによるトレンド除去性
能の向上により、その後の解析処理の精度も向上する。
なお、本発明の効果をより高めるためには、幾何形状と
して最も単純なものを利用することが望ましい。例え
ば、測定データが二次元の測定データである場合、幾何
形状として直線を当てはめ、測定データが三次元の測定
データであるような場合、幾何形状として平面を当ては
める。これにより、最も計算処理が単純化され、処理効
率が向上する。
のセグメントに分割したのちに、各セグメントに対して
それぞれ特定の幾何形状を当てはめるようにしているの
で、各セグメントに分割することによって測定データが
単純な幾何形状で近似し易くなり、当てはめのための計
算が単純化されることになる。しかも、この発明によれ
ば、測定データを細かいセグメントに分割することによ
り、当てはめ精度も向上し、これによるトレンド除去性
能の向上により、その後の解析処理の精度も向上する。
なお、本発明の効果をより高めるためには、幾何形状と
して最も単純なものを利用することが望ましい。例え
ば、測定データが二次元の測定データである場合、幾何
形状として直線を当てはめ、測定データが三次元の測定
データであるような場合、幾何形状として平面を当ては
める。これにより、最も計算処理が単純化され、処理効
率が向上する。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照してこの
発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、
この発明の一実施例に係る表面性状測定装置システムの
構成を示す図である。このシステムは、形状測定機１
と、この形状測定機１で得られた測定データを解析して
被測定物であるワーク２の形状を同定する形状解析装置
としてのコンピュータ３及びプリンタ４とで構成されて
いる。形状測定機１は、この例では、輪郭測定装置を用
いているが、三次元測定機や非接触画像測定機等、他の
表面性状測定機を用いても良い。形状測定機１は、ワー
ク２を載置するためのテーブル１１を有する。このテー
ブル１１には、垂直方向に延びるコラム１２が固定され
ており、このコラム１２にスライダ１３が上下動可能に
装着されている。スライダ１３には、スタイラスアーム
１４が装着されている。スタイラスアーム１４は、水平
（Ｈ）方向に駆動され、その先端に設けられたスタイラ
ス１５によってワーク２のレンズ面をＨ方向にトレース
することにより、Ｈ軸方向の各位置におけるレンズ面の
高さＸが測定データとして求められるようになってい
る。
発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、
この発明の一実施例に係る表面性状測定装置システムの
構成を示す図である。このシステムは、形状測定機１
と、この形状測定機１で得られた測定データを解析して
被測定物であるワーク２の形状を同定する形状解析装置
としてのコンピュータ３及びプリンタ４とで構成されて
いる。形状測定機１は、この例では、輪郭測定装置を用
いているが、三次元測定機や非接触画像測定機等、他の
表面性状測定機を用いても良い。形状測定機１は、ワー
ク２を載置するためのテーブル１１を有する。このテー
ブル１１には、垂直方向に延びるコラム１２が固定され
ており、このコラム１２にスライダ１３が上下動可能に
装着されている。スライダ１３には、スタイラスアーム
１４が装着されている。スタイラスアーム１４は、水平
（Ｈ）方向に駆動され、その先端に設けられたスタイラ
ス１５によってワーク２のレンズ面をＨ方向にトレース
することにより、Ｈ軸方向の各位置におけるレンズ面の
高さＸが測定データとして求められるようになってい
る。
【０００９】測定データは、コンピュータ３に取り込ま
れ、形状解析に供せられる。コンピュータ３は、所定の
表面性状解析プログラムによって図２に示すような処理
を実行する。この処理結果は、ディスプレイ装置に表示
出力されたり、プリンタ４にプリントアウトされる。
れ、形状解析に供せられる。コンピュータ３は、所定の
表面性状解析プログラムによって図２に示すような処理
を実行する。この処理結果は、ディスプレイ装置に表示
出力されたり、プリンタ４にプリントアウトされる。
【００１０】次に、図２に示す処理に基づいてこの実施
例のシステムの解析処理について二次元測定データを一
例として説明する。まず、形状測定機１を起動して測定
データをサンプリングする（Ｓ１）。ここで、図３
（ａ）に示すような測定データがサンプリングされた
ら、この測定データを同図（ｂ）に示すように、水平
（Ｈ）方向に一定の間隔ΔＨで複数のセグメントに分割
する（Ｓ２）。そして、各セグメントに対して、同図
（ｃ）に示すように、直線を当てはめていく（Ｓ３）。
例のシステムの解析処理について二次元測定データを一
例として説明する。まず、形状測定機１を起動して測定
データをサンプリングする（Ｓ１）。ここで、図３
（ａ）に示すような測定データがサンプリングされた
ら、この測定データを同図（ｂ）に示すように、水平
（Ｈ）方向に一定の間隔ΔＨで複数のセグメントに分割
する（Ｓ２）。そして、各セグメントに対して、同図
（ｃ）に示すように、直線を当てはめていく（Ｓ３）。
【００１１】この当てはめ処理について更に詳しく説明
する。いま、第ｉ番目のセグメントＳｉの測定データが
Ｘi（ｈ）＝Ｘi1，Ｘi2，…，Ｘinであるとすると、求
める直線Ｌｉ（＝ａi*ｈ＋ｂi）は、最小二乗法によ
り、下記数１を最小化するａi，ｂiによって求められ
る。
する。いま、第ｉ番目のセグメントＳｉの測定データが
Ｘi（ｈ）＝Ｘi1，Ｘi2，…，Ｘinであるとすると、求
める直線Ｌｉ（＝ａi*ｈ＋ｂi）は、最小二乗法によ
り、下記数１を最小化するａi，ｂiによって求められ
る。
【００１２】
【数１】
【００１３】各セグメント毎にこのような直線を独立に
求めるようにしても良いが、この場合、各々の求められ
た直線Ｌiは、各セグメントの接続点で連続しないこと
になる。この場合、トレンド除去した測定データにセグ
メントの分割周期のノイズが乗ってしまうことが考えら
れる。そこで、好ましくは、直線ＬiとＬi+1との接続点
を連続させるような端点補正処理を実行する。この端点
補正処理は、例えば、各セグメント毎に直線を求めた
後、直線Ｌｉの終点Ｐeiと、直線Ｌi+1の始点Ｐsi、と
を両者の中間点に移動させることにより、連続させるこ
ともできるし、数１による最小二乗法で直線を求める際
に、直前のセグメントの終点位置を通る直線であること
を条件とするようにしても良い。
求めるようにしても良いが、この場合、各々の求められ
た直線Ｌiは、各セグメントの接続点で連続しないこと
になる。この場合、トレンド除去した測定データにセグ
メントの分割周期のノイズが乗ってしまうことが考えら
れる。そこで、好ましくは、直線ＬiとＬi+1との接続点
を連続させるような端点補正処理を実行する。この端点
補正処理は、例えば、各セグメント毎に直線を求めた
後、直線Ｌｉの終点Ｐeiと、直線Ｌi+1の始点Ｐsi、と
を両者の中間点に移動させることにより、連続させるこ
ともできるし、数１による最小二乗法で直線を求める際
に、直前のセグメントの終点位置を通る直線であること
を条件とするようにしても良い。
【００１４】このようにして各セグメントの測定データ
に直線が当てはめられたら、次にトレンド補正処理を実
行し、測定データから直線の値を減算する（Ｓ４）。こ
れにより、トレンド成分が除去されるので、以後、必要
に応じてフィルタリング処理を施したのち、スペクトル
分析、相関分析などの必要なデータの解析を行えば良い
（Ｓ５）。
に直線が当てはめられたら、次にトレンド補正処理を実
行し、測定データから直線の値を減算する（Ｓ４）。こ
れにより、トレンド成分が除去されるので、以後、必要
に応じてフィルタリング処理を施したのち、スペクトル
分析、相関分析などの必要なデータの解析を行えば良い
（Ｓ５）。
【００１５】以上の実施例では、二次元測定データに対
して直線を当てはめたが、例えば図４（ａ）に示すよう
に、測定データが三次元測定機により得られた自由曲面
である場合には、この多面体を同図（ｂ）に示すよう
に、一定の広さの複数のセグメントＳijに分割し、各セ
グメントＳijに対して平面を当てはめて、得られた同図
（ｃ）のような多面体を基準としてトレンド補正を行う
ようにすればよい。このとき、前述したように、各隣接
する平面の接続辺を共通にすると、セグメント周期のノ
イズを低減することができる。
して直線を当てはめたが、例えば図４（ａ）に示すよう
に、測定データが三次元測定機により得られた自由曲面
である場合には、この多面体を同図（ｂ）に示すよう
に、一定の広さの複数のセグメントＳijに分割し、各セ
グメントＳijに対して平面を当てはめて、得られた同図
（ｃ）のような多面体を基準としてトレンド補正を行う
ようにすればよい。このとき、前述したように、各隣接
する平面の接続辺を共通にすると、セグメント周期のノ
イズを低減することができる。
【００１６】各セグメントの大きさは全て同一としても
良いが、測定データのトレンドに応じて、各々異なる大
きさのセグメントに分割すると、更にあてはめ精度は向
上する。この場合、手動でセグメントの分割点を指定す
るようにしても良いが、測定データを開始点から順次解
析して、どこからどこまでが円か、或いは直線かという
ように、同一の図形要素の区切りを自動判定して、測定
データ全域にわたって円弧で近似できる部分、直線で近
似できる部分、楕円弧で近似できる部分等を決定してい
くようにしても良い。この場合、例えば入力データ列の
始点から順番に、始めは予め定めた初期当てはめ点数
（例えば３〜５点）のデータについて図形要素の当ては
め計算を行い、以後、誤差チェックによって当てはめ誤
差が予め定めた値よりも大きくなるまで当てはめ点数を
増加させていくことにより、１つの図形要素の範囲を決
定することができる。
良いが、測定データのトレンドに応じて、各々異なる大
きさのセグメントに分割すると、更にあてはめ精度は向
上する。この場合、手動でセグメントの分割点を指定す
るようにしても良いが、測定データを開始点から順次解
析して、どこからどこまでが円か、或いは直線かという
ように、同一の図形要素の区切りを自動判定して、測定
データ全域にわたって円弧で近似できる部分、直線で近
似できる部分、楕円弧で近似できる部分等を決定してい
くようにしても良い。この場合、例えば入力データ列の
始点から順番に、始めは予め定めた初期当てはめ点数
（例えば３〜５点）のデータについて図形要素の当ては
め計算を行い、以後、誤差チェックによって当てはめ誤
差が予め定めた値よりも大きくなるまで当てはめ点数を
増加させていくことにより、１つの図形要素の範囲を決
定することができる。
【００１７】また、測定データではなく、被測定物の設
計データを基にして各セグメントの大きさを決定しても
良い。即ち、一般に設計データは円や直線等の単純形状
の組合せである場合が多く、さらに測定データと異な
り、測定誤差やノイズの重畳が無いため、セグメントの
分割が極めて容易である。従って、そのような設計デー
タの利点を生かしてセグメントの分割を行うようにすれ
ば、当てはめ精度は向上する。
計データを基にして各セグメントの大きさを決定しても
良い。即ち、一般に設計データは円や直線等の単純形状
の組合せである場合が多く、さらに測定データと異な
り、測定誤差やノイズの重畳が無いため、セグメントの
分割が極めて容易である。従って、そのような設計デー
タの利点を生かしてセグメントの分割を行うようにすれ
ば、当てはめ精度は向上する。
【００１８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、測
定データを任意の複数のセグメントに分割することによ
って測定データが単純な幾何形状で近似し易くなり、当
てはめのための計算が単純化されることになるうえ、当
てはめ精度も向上し、これによるトレンド除去性能の向
上により、その後の解析処理の精度も向上するという効
果を奏する。
定データを任意の複数のセグメントに分割することによ
って測定データが単純な幾何形状で近似し易くなり、当
てはめのための計算が単純化されることになるうえ、当
てはめ精度も向上し、これによるトレンド除去性能の向
上により、その後の解析処理の精度も向上するという効
果を奏する。
【図１】 本発明の実施例に係る表面性状測定システム
の構成図である。
の構成図である。
【図２】 同システムの解析処理のフローチャートであ
る。
る。
【図３】 同解析処理のトレンド補正を説明するための
図である。
図である。
【図４】 本発明の他の実施例に係る解析処理のトレン
ド補正を説明するための図である。
ド補正を説明するための図である。
【図５】 従来のトレンド補正を説明するための図であ
る。
る。
【図６】 従来のトレンド補正の問題点を説明するため
の図である。
の図である。
１…形状測定機、２…ワーク、３…コンピュータ、４…
プリンタ、１１…テーブル、１２…コラム、１３…スラ
イダ、１４…スタイラスアーム、１５…スタイラス。
プリンタ、１１…テーブル、１２…コラム、１３…スラ
イダ、１４…スタイラスアーム、１５…スタイラス。
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平10−206145（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−19856（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−340406（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−50612（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−338716（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−75448（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−174535（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−160428（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−218034（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 21/00 - 21/32
G01B 11/00 - 11/30
G01B 7/00 - 7/34
Claims (5)
- 【請求項１】 被測定物を倣い測定して得られた測定デ
ータから前記被測定物の表面性状を解析するのに先立っ
て、前記測定データに特定の幾何形状を当てはめたの
ち、前記測定データから前記幾何形状の成分を除去する
ことにより前記測定データをトレンド補正する表面性状
測定装置のトレンド補正方法において、 前記測定データを任意の複数のセグメントに分割し、各
セグメントに対してそれぞれ隣接するセグメントとの接
続部の座標値を等しくしつつ特定の幾何形状を当ては
め、各セグメント毎にそのセグメントに割り当てられた
幾何形状の成分を除去することによりトレンド補正を行
うようにしたことを特徴とする表面性状測定装置のトレ
ンド補正方法。 - 【請求項２】 前記測定データが二次元の測定データで
ある場合、前記幾何形状として直線を当てはめることを
特徴とする請求項１記載の表面性状測定装置のトレンド
補正方法。 - 【請求項３】 前記測定データが三次元の測定データで
ある場合、前記幾何形状として平面を当てはめることを
特徴とする請求項１記載の表面性状測定装置のトレンド
補正方法。 - 【請求項４】 被測定物を倣い測定して得られた測定デ
ータから前記被測定物の表面性状を解析するのに先立っ
て、前記測定データに特定の幾何形状を当てはめたの
ち、前記測定データから前記幾何形状の成分を除去する
ことにより前記測定データをトレンド補正する表面性状
測定装置のトレンド補正方法において、 前記測定データから同一の図形要素の範囲を当該図形要
素の当てはめ誤差に基づいて判定し、同一の図形要素と
判定された範囲を１つのセグメントとして前記測定デー
タを複数のセグメントに分割し、各セグメントに対して
それぞれ特定の幾何形状を当てはめ、各セグメント毎に
そのセグメントに割り当てられた幾何形状の成分を除去
することによりトレンド補正を行うようにしたことを特
徴とする表面性状測定装置のトレンド補正方法。 - 【請求項５】 前記被測定物の設計データに基づいて、
前記測定データを前記複数のセグメントに分割するよう
にしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記
載の表面性状測定装置のトレンド補正方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26927698A JP3537673B2 (ja) | 1998-09-24 | 1998-09-24 | 表面性状測定装置のトレンド補正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26927698A JP3537673B2 (ja) | 1998-09-24 | 1998-09-24 | 表面性状測定装置のトレンド補正方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000097689A JP2000097689A (ja) | 2000-04-07 |
| JP3537673B2 true JP3537673B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=17470110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26927698A Expired - Fee Related JP3537673B2 (ja) | 1998-09-24 | 1998-09-24 | 表面性状測定装置のトレンド補正方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3537673B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP4088501B2 (ja) * | 2002-09-13 | 2008-05-21 | 株式会社ミツトヨ | 測定データの評価方法 |
| JP4975263B2 (ja) * | 2005-03-31 | 2012-07-11 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | ホールラフネス計測方法および装置 |
| JP5183884B2 (ja) * | 2006-05-08 | 2013-04-17 | 株式会社ミツトヨ | 補正方法、及び測定装置 |
| JP5281918B2 (ja) * | 2009-02-19 | 2013-09-04 | オリンパス株式会社 | 面形状測定機、面形状測定方法、及び面形状の測定値の解析方法 |
| JP6446765B2 (ja) * | 2015-03-30 | 2019-01-09 | 株式会社東京精密 | 形状補正方法及び形状補正装置 |
| JP6743760B2 (ja) * | 2017-05-23 | 2020-08-19 | トヨタ自動車株式会社 | ３次元曲面上の凹凸形状測定方法 |
| JP6939510B2 (ja) * | 2017-12-20 | 2021-09-22 | 株式会社島津製作所 | 信号処理方法および材料試験機 |
-
1998
- 1998-09-24 JP JP26927698A patent/JP3537673B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2000097689A (ja) | 2000-04-07 |
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