JP4138131B2 - 表面性状測定機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は表面性状測定機、特に測定結果の表示、印刷に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、被測定物表面をスタイラス等の検出器で走査し、表面の凹凸（あるいは粗さ）を測定する表面性状測定機が周知である。
【０００３】
通常、被測定物の表面の凹凸により生じた検出器の上下方向の移動（Ｚ軸方向の移動）は電気信号に変換され、所定のゲインで増幅されてデジタル変換された後、移動距離（Ｘ軸方向の移動）の関数として表示装置に表示され、あるいは印刷装置に印字される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、表示領域あるいは表示解像度の制約から、測定して得られた全データ（例えばｍ個）の全てを表示装置で表示することができない場合が少なくなく、この場合にはｍ個の測定データをｎ個（ｎ＜ｍ）に間引きして表示する必要がある。
【０００５】
ｍ個のデータをｎ個に間引く方法としては、
（１）全測定データをｍ／ｎデータ毎のｎ群のデータに分割し、各群のデータを平均してその群の代表データとし、残りのデータを廃棄する
（２）全測定データをｍ／ｎデータ毎のｎ群のデータに分割し、各群のデータを平均するとともに、その平均値と個別データの差の絶対値が最大となるデータをその群の代表データとし、残りのデータを廃棄する
等がある。
【０００６】
これらの間引き方法のうち、（１）の方法では、その群の平均値を抽出しているため、その群の中での特異点が消えてしまい、表示装置に表示されない問題がある。
【０００７】
また、（２）の方法でも、差の絶対値が最大となるデータだけが残るため、例えば差の絶対値が２番目に大きい特異点が消えてしまう問題がある。
【０００８】
図５には、全測定データをｍ／ｎデータ毎のｎ群のデータに分割した場合の２つの群（第ｉ群と第ｊ群）のデータが模式的に示されている。図において、白丸が測定データである。
【０００９】
図６には、上記の（２）の方法で各群のデータを間引きした結果が示されている。第ｉ群に着目すると、他のデータに比べて不連続的にその値が変化している特異点データ１０１、１０２が存在するが、第ｉ群の平均値との差の絶対値は特異点データ１０１の方が特異点データ１０２よりも大きいため、第ｉ群のデータとしては特異点１０１のみが残され、特異点データ１０２は廃棄されてしまう（図では、廃棄されてしまうことを黒丸で示している）。
【００１０】
一般に、特異点データは被測定物の表面性状を把握するために重要であり、特異点を消去して表示あるいは印刷したのでは、表面粗さを正確に把握することが困難となる問題が生じる。
【００１１】
また、表示解像度と印刷解像度が異なる場合には、表示用の間引き率と印刷用の間引き率が異なるため、表示用の間引きデータでは特異点データが消去されている一方、印刷用の間引きデータにはその特異点データが残されている事態も生じ得る。この場合には、表示装置に表示された波形（粗さ曲線）と印刷装置で印刷された波形（粗さ曲線）とでは波形が異なることになり、測定機の操作性が低下する問題も生じる。
【００１２】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、第１に、全測定データを表示できないため間引き処理が必要となった場合でも、測定データ中に存在する特異点を確実に表示することができる測定機を提供することであり、第２に、表示装置に表示された測定データ（粗さ曲線）と印刷装置で印刷された測定データとを一致させることができる測定機を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明は、ｍ個の測定データを間引き処理してｎ個（ｎ＜ｍ）のデータを表示する表面性状測定機において、前記ｍ個の測定データを複数群に分割し、各群の少なくとも最大値と最小値並びに２番目に大きいデータと２番目に小さいデータをその群の代表測定データとする間引き処理を実行する処理手段を有することを特徴とする。各群の少なくとも最大値と最小値並びに２番目に大きいデータと２番目に小さいデータを残すことで、間引きしつつ特異点を確実に残すことができる。
【００１４】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記処理手段は、前記ｍ個の測定データを４ｍ／ｎ個ごとのｎ／４群（ｎ＜ｍ）に分割し、かつ、各群の最大値と最小値並びに２番目に大きいデータと２番目に小さいデータ以外のデータを廃棄することで前記間引き処理を実行することを特徴とする。
【００１５】
また、第３の発明は、第１、第２の発明において、さらに前記間引き処理されたデータを印刷する印刷手段を有することを特徴とする。前記間引き処理によれば測定データ内の特異点を確実に抽出することができる。したがって、たとえ表示解像度と印刷解像度が異なっていても、前記間引き処理されたデータを印刷用データとすることで、印刷用のデータにも表示用データと同様の特異点が含まれることになり、表示された測定データの波形と印刷された測定データの波形をほぼ一致させることができる。なお、「前記間引き処理されたデータ」とは、表示用データそのものではなく、表示用データを生成する際に用いられた間引き処理と同様の間引き処理を行って得られたデータの意である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
図１には、本実施形態にかかる表面性状測定機の構成が示されている。本実施形態の表面性状測定機は可搬型であり、持ち運びが容易なため測定室内での使用に限らず、ワークの加工現場や使用現場において自由な測定が可能である。表面性状測定機は大別して駆動ユニット１０と電装ユニット１２から構成されており、検出器１０ａをワーク（被測定物）１００の表面に沿って移動させて粗さを測定する駆動ユニット１０はワーク１００の表面に自由に設置することができるので、大型のワークであっても測定が可能である。駆動ユニット１０の制御や検出器１０ａからの検出信号の処理は接続ケーブル１１を介して電装ユニット１２で行われる。電装ユニット１２には、各種の測定条件を入力するための設定部及び測定結果を表示する表示部を兼用した表示器１２ａ及び測定結果を出力するプリンタ１２ｂが設けられており、現場で測定したデータを直ちに印刷する、各部の測定結果を容易に比較、検証することが可能となっている。
【００１８】
図２には、図１に示された表面性状測定機の機能ブロック図が示されている。駆動ユニット１０は、検出器１０ａと駆動部２２を含んで構成されている。検出器１０ａとしては例えばコイルバネによりワーク（被測定物）の表面方向に対して付勢されたスタイラスが用いられ、被測定物の凹凸により生じた上下方向（Ｚ軸方向）の動きを電気信号に変換して出力する。駆動部２２は上述したＤＣモータ等を含み、検出器１０ａのスタイラス等を被測定物の表面に沿って（Ｘ軸方向）移動させる。駆動部２２を駆動するための制御信号は、電装ユニット１２から供給される。
【００１９】
一方、電装ユニット１２は、検出用増幅部２４、測定結果記憶部２６、表面性状演算部２８、測定条件記憶部３０、駆動制御部３２、表示設定様式変更部３４、表示設定部３６、印刷様式変更部３８及び印刷部４０を含んで構成されている。検出用増幅部２４は、駆動ユニット１０の検出器１０ａから供給された検出信号を増幅し、測定結果記憶部２６に出力する。増幅時のゲインは、定期的に校正を行うことで調整される。増幅されたデータは一定時間毎（あるいは一定距離毎）にサンプリングされてＡ／Ｄ変換される。測定結果記憶部２６はデジタル変換された測定結果を記憶し、表面性状演算部２８からの要求に応じて適宜測定データを供給する。表面性状演算部２８は、測定結果に基づいて各種のフィルタ処理（ハイパスフィルタによる粗さ成分の抽出やローパスフィルタによるうねり成分の抽出）を行い、さらに抽出結果を用いて各種の粗さパラメータの演算を実行してその結果を表示設定様式変更部３４及び印刷様式変更部３８に出力する。表示設定様式変更部３４及び印刷様式変更部３８は、それぞれ表面性状演算部２８からの測定データ、及び測定条件記憶部３０に記憶されている測定時の各種条件（測定速度や測定距離、使用するフィルタの種類、粗さ規格や粗さパラメータ等）データを所望の形式に編集し、表示設定部３６あるいは印刷部４０に出力する。
【００２０】
編集とは、具体的にはデータの間引き処理や拡大、縮小処理である。駆動制御部３２は、駆動部２２に対して駆動信号（具体的にはＤＣモータへの印加電圧）を出力し、検出器１０ａを一定時間一定の速度でＸ軸方向に駆動する。駆動に際しては、過去の測定条件と同一の条件で駆動すべく、測定条件記憶部３０に記憶されたデータを利用する。表示設定部３６は、上述した各種測定条件を設定するためのタッチパネルを有して測定条件を設定するとともに、設定された測定条件と表面性状演算部２８で得られた測定データをＬＣＤ表示する。表示設定部３６は、内部のＣＰＵ及びＲＡＭを用いてＬＣＤ表示された測定データ、具体的には粗さ曲線のスクロール機能や波形の一部拡大機能を実行する。表示データのスクロールや一部拡大処理は公知技術であり、その詳細は省略する。印刷部４０は、表示設定部３６に表示されたデータをプリントアウトする。なお、図１における表示器１２ａは表示設定部３６に対応し、プリンタ１２ｂは印刷部４０に対応する。
【００２１】
図３には、図１及び図２に示される表面性状測定機を用いて被測定物の表面粗さを測定する全体処理フローチャートが示されている。まず、表面粗さを測定する際の粗さ規格、測定曲線及び算出する粗さパラメータを選択する（Ｓ１０１）。粗さ規格には、例えばＪＩＳ’９４、ＩＳＯ’９７等があり、測定曲線には断面曲線Ｐ（測定面に直角な平面で切断したときに、その切り口に現れる輪郭）、粗さ曲線Ｒ（断面曲線から所定の波長より長いうねり成分を位相補償高域フィルタで除去した曲線）等がある。また、粗さパラメータには算術平均粗さＲａ、最大高さＲｙ、十点平均粗さＲｚ、二乗平均粗さＲｑ、最大粗さＲｔ、最大山高さＲｐ、最大谷深さＲｖ、凹凸の平均間隔Ｓｍ等がある。
【００２２】
粗さ規格や粗さパラメータ等を選択した後、次に校正を行う（Ｓ１０２）。校正とは、具体的には検出用増幅部２４での検出信号の増幅率（ゲイン）を適当な値に調整することをいう。表面性状測定機における検出器出力（Ｚ軸出力）は、被測定物の凹凸自体が微小量であるため高倍率の増幅が必要で、温度、経時変化の影響を受けやすく、定期的に校正を行う必要がある。具体的な校正方法は以下の通りである。すなわち、粗さ標準片を用意し、この標準片を測定して得られた粗さパラメータ（通常はＲａ）が、その標準片固有の既知の値に一致しているか否かを判定し、一致していない場合には両者が一致するようにゲインを調整する。
【００２３】
なお、校正ステップにおいて、ゲインの調整のみならず、さらに検出器１０ａをＸ軸方向に移動させるための送り速度の調整を行ってもよい。
【００２４】
校正が終了した後、検出器１０ａをＸ軸方向に移動させて被測定物の測定を行い（Ｓ１０３）、測定結果を表示設定部３６に表示する。
【００２５】
測定結果を表示設定部３６に表示する場合には、既述したようにｍ個のデータからｎ個のデータ（ｎ＜ｍ）を抽出する間引き処理が行われるが、従来技術で説明した（１）、あるいは（２）の方法では、測定データ内の特異点が消えてしまう。そこで、本実施形態における表示設定様式変更部３４では、測定データ内の特異点データを確実に残す間引き処理を実行する。
【００２６】
図４には、表示設定様式変更部３４における間引き処理フローチャートが示されている。まず、ｍ個の全測定データを２ｍ／ｎデータ毎のｎ／２群のデータに分割する（Ｓ２０１）。次に、各群のデータから最大値と最小値を抽出する。但し、抽出する際には各群のデータの最大値と最小値には元のデータのデータ番号（先頭データを０番とし、最終データをｍ−１番とする）を付加しておく（Ｓ２０２）。そして、抽出した合計ｎ個のデータ（ｎ／２群からそれぞれ最大値と最小値の２個のデータを抽出するので、合計ｎ個）をデータ番号順に並べる（Ｓ２０３）。このようにしてデータ番号順に並べたｎ個のデータを間引きデータとし（Ｓ２０４）、表示設定部３６に供給して粗さ曲線を表示する。
【００２７】
図７には、以上のようにして各群のデータを間引きした結果が示されている。第ｉ群に着目すると、最大値である特異点データ１０１及び最小値である特異点データ１０２がともに残されてその群の代表データとされる。図６と比較すると、特異点データ１０２も残されることから本方法の有効性は明らかであろう。
【００２８】
なお、本実施形態では全測定データをｎ／２群に分割して各群から最大値と最小値の２個のデータを抽出したが、全測定データをｎ／４群に分割し、各群から最大値、２番目に大きいデータ、最小値、２番目に小さいデータの４個のデータを抽出することで間引き処理を行うことも可能である。要は、少なくとも各群の最大値データと最小値データを残すような間引き処理を行えばよい。
【００２９】
このように、少なくとも各群の最大値と最小値を残すような間引き処理を実行することで、特異点を確実に抽出することができるので、表示設定部３６に間引き処理したデータを表示した場合でも、被測定物の粗さ特性を反映した粗さ曲線を表示することができる。
【００３０】
一方、表示設定部３６に表示された粗さ曲線を印刷部４０からプリントアウトすることも可能であるが、表示設定部３６の表示倍率と印刷部４０の印刷倍率が独立に設定されていて互いに異なる場合や、表示設定部３６の分解能と印刷部４０の分解能（印字密度）が異なる場合（例えば表示分解能が４８ｍｍ／１６０ドットで印刷分解能が４８ｍｍ／３８４ドット）には、表示設定部３６に表示された波形（粗さ曲線）と印刷部４０でプリントアウトされた波形（粗さ曲線）とが一致しない場合もあり得る。
【００３１】
そこで、本実施形態では、印刷部４０で印刷する際には、表示設定様式変更部３４でのデータ処理と同様な処理を印刷様式変更部３８で印刷用データを処理し、印刷部４０に供給している。
【００３２】
具体的には、表示設定様式変更部３４で表示倍率が設定された場合、印刷様式変更部３８では表示倍率に連動させて印刷倍率を決定し（表示倍率が２倍になったら印刷倍率も２倍とする）、かつ、印刷用データを得るためにｍ個のデータを間引き処理する場合にも、表示設定様式変更部３４で処理したようにｍ個のデータを複数の群に分割し、少なくとも各群の最大値と最小値を残すような間引き処理を行って表示された特異点を印刷時にも同様に抽出する。
【００３３】
これにより、表示設定部３６に表示された波形とほぼ同一の波形をプリントアウトすることが可能となり、試し印刷や印刷プレビューが不要となる。
【００３４】
図８には、印刷様式変更部３８での処理フローチャートが示されている。まず、オペレータが表示倍率を設定すると（Ｓ３０１）、表示設定様式変更部３４は設定された表示倍率（Ｘ軸方向の横倍率）に従い、上述した間引き方法で特異点を抽出して表示設定部３６に間引きデータを供給し、表示する（Ｓ３０２）。表示領域が狭く、表示用データの一部しか表示されていない場合でオペレータが現在表示されていない部分の波形を観察したい場合には、表示内容をＸ軸方向にスクロールさせる（Ｓ３０３）。表示倍率を変更したい場合には、Ｓ３０１以降の処理を繰り返し（Ｓ３０４）、表示倍率が適当である場合には、印刷様式変更部３８はＳ３０１で設定された表示倍率に連動して印刷倍率を決定する（Ｓ３０５）。すなわち、表示横倍率をＤｘとした場合、印刷横倍率Ｐｘを
【数１】
Ｐｘ＝Ｄｘ・Ｚｐ／Ｚｄ
で決定する。ここで、Ｚｄは表示設定部３６の表示領域サイズ、Ｚｐは印刷部４０の印刷領域サイズである。もちろん、横倍率だけでなく、縦倍率も表示縦倍率に連動して決定するのが好適である。すなわち、表示縦倍率をＤｚとした場合、印刷縦倍率Ｐｚを
【数２】
Ｐｚ＝Ｄｚ・Ｚｐ／Ｚｄ
で決定する。
【００３５】
印刷倍率を表示倍率に連動させて決定した後、表示用データを生成する際に用いた間引き方法と同様の間引きを行い、印刷部に供給して印刷する（Ｓ３０６）。
【００３６】
表示用解像度と印刷用解像度が異なり、両者のデータ間引き率が異なっていても、ともに少なくとも各群の最大値と最小値を残すような間引きを行うことで、特異点が消失することを防ぐことができ、倍率を連動させることと相俟って表示波形と印刷波形の同一性を確保することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、全測定データを表示できないため間引き処理が必要となった場合でも、測定データ中に存在する特異点を確実に表示することができる。
【００３８】
また、表示装置に表示された測定データと印刷装置で印刷された測定データとをほぼ一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態の斜視図である。
【図２】 図１の構成の機能ブロック図である。
【図３】 本発明の実施形態の全体処理フローチャートである。
【図４】 間引き処理のフローチャートである。
【図５】 複数群に分割した測定データを示す説明図である。
【図６】 図５に示す測定データを間引きした従来の説明図である。
【図７】 図５に示す測定データを間引きした本実施形態の説明図である。
【図８】 本発明の実施形態の印刷処理フローチャートである。
【符号の説明】
１０ 駆動ユニット、１０ａ 検出器、１２ 電装ユニット、１２ａ 表示器、１２ｂ プリンタ。

Claims (3)

1. ｍ個の測定データを間引き処理してｎ個（ｎ＜ｍ）のデータを表示する表面性状測定機において、
   前記ｍ個の測定データを複数群に分割し、各群の少なくとも最大値と最小値並びに２番目に大きいデータと２番目に小さいデータをその群の代表測定データとする間引き処理を実行する処理手段を有することを特徴とする表面性状測定機。
2. 請求項１記載の表面性状測定機において、前記処理手段は、前記ｍ個の測定データを４ｍ／ｎ個ごとのｎ／４群（ｎ＜ｍ）に分割し、かつ、各群の最大値と最小値並びに２番目に大きいデータと２番目に小さいデータ以外のデータを廃棄することで前記間引き処理を実行することを特徴とする表面性状測定機。
3. 請求項１、２のいずれかに記載の表面性状測定機において、さらに、
   前記間引き処理されたデータを印刷する印刷手段
   を有することを特徴とする表面性状測定機。

Images