JP4564632B2 - Shape evaluation method and component manufacturing method - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズや鏡やプリズムなどの曲面形状を精密に、例えば1マイクロメートル以下の誤差で、測定評価する方法、装置及びその結果にもとづいて修正加工する方法に関するものである。特に本発明は複数の曲面を有する部品の形状評価および修正加工に良好に適用できる。
【0002】
【従来の技術】
一般に、被測定物の形状を3次元形状測定装置などで測定する場合、測定装置の座標系に対して被測定物がどこに取り付けられているか、正確にはわからない。そこで、従来、特許公報第2520202号に開示されているような形で測定を行っていた。以下にこれを説明する。
【0003】
3次元座標測定装置などで測定した点群を動かし、設計形状にベストフィットさせる。この時、点群を動かす量を、セッティング誤差と呼び、点群を動かしてベストフィットさせることを、セッティング誤差補正と呼ぶ。一般にセッティング誤差はX、Y、Zの平行移動とその軸まわりの回転で、合計6つの自由度がある。
図21を用いて説明すると、まず(a)において、Sは測定した自由曲面で座標系G1で表現され、Qは設計点で座標形G2で表現されるとする。Qの座標系G2を変化させ(b)図のようにSとQを一致させる。このとき、G2とG1の差がセッティング誤差である。前述したようにこのセッティング誤差は6つのパラメータからなる。
【0004】
また、図22はこの従来からの計算操作をフローチャートに表したものである。
まず、形状測定結果である点群{p}を三次元形状測定装置などで測定し、準備する(1101)。設計形状dを準備する(1102)。次にセッティング誤差のパラメータαに初期値を代入する(1103)。このパラメータαを含む座標変換関数Fを用い測定点群{p}を{q}に座標変換する(1104)。
【0005】
次に評価値f(q,d)を計算する(1105)。この評価値が繰り返しループの中で変化しなくなったとき収束したと判定する(1106)。1106の収束判定で、もし収束すれば、設計形状を差し引き(1108)、誤差形状を得る(1109)、また、収束したときのパラメータαがセッティング誤差(1110)となる。一方、1106の収束判定で、もし収束しなければ、評価値が改善するようにパラメータの修正量dαを求め(1107)、修正したパラメータ(1111)で再び1104の工程から繰り返す。
【0006】
ここで、1106の評価関数を測定点{p}と設計形状dとの差の2乗和とし、1107のパラメー夕修正量を、評価値がパラメータ修正量に対して停留になる条件で計算する方法が最小2乗法であり、広く応用されている(参考文献Mahito Negishi、Manabu Ando、Masahumi Takimoto、Akinobu Deguchi、Hiroji Narumi、Nobuo Nakamura and Hironori Yamamoto:An On‐Machine Coordinate Measuring System for the Canon Super Smooth Polisher、SICE’94Tokyo(1994)、941)。
【0007】
図3は上面が自由曲面、下面が平面のレンズの例、である。(a)図は設計形状である。図中hはレンズの厚みで、通常この値は多少の変化を許す。すなわち許容される誤差がレンズの設計段階で考慮されている。(b)図は測定点である。説明の簡単のために形状誤差はゼロとし、図に示すように傾斜誤差だけが存在するとする。測定したレンズ形状を修正加工することを考える。これまで説明してきた手順でまずセッティング誤差と形状誤差を計算する。
【0008】
この計算結果をもとに、図4では修正加工量の計算を説明する。まず、上面を加工する場合((a)図)、下面の測定点と設計形状をフィッティングさせ、上面の測定点と設計形状との差をとる。設計形状のレンズ厚みを変化させてもよいので、図のように厚みを調整し、修正加工量を求めることができる。図中の黒塗り部分を除去加工すれば目的形状のレンズが完成する。また、下面を加工する場合((b)図)、上面の測定点と設計形状をフィッティングさせ、下面の測定点と設計形状との差をとる。設計形状のレンズ厚みを変化させてもよいので、図のように厚みを調整し、修正加工量を求めることができる。図中の黒塗り部分を除去加工すれば目的形状のレンズが完成する。
【0009】
図6は上面が自由曲面、下面が球面のレンズの例である。(a)図は設計形状である。図中hはレンズの厚みで、先ほどと同様、この値は多少の変化を許す。(b)図は測定点である。説明の簡単のために形状誤差はゼロとし、図に示すように傾斜誤差だけが存在するとする。測定したレンズ形状を修正加工することを考える。これまで説明してきた手順でまずセッティング誤差と形状誤差を計算する。
この計算結果をもとに、図7では修正加工量の計算を説明する。
【0010】
まず、上面を加工する場合((a)図)、下面の測定点と設計形状をフィッティングさせ、上面の測定点と設計形状との差をとる。設計形状のレンズ厚みを変化させてもよいので、図のように厚みを調整し、修正加工量を求めることができる。図中の黒塗り部分を除去加工すれば目的形状のレンズが完成する。また、下面を加工する場合((b)図)、上面の測定点と設計形状をフィッティングさせ、下面の測定点と設計形状との差をとる。設計形状のレンズ厚みを変化させてもよいので、図のように厚みを調整し、修正加工量を求めることができる。図中の黒塗り部分を除去加工すれば目的形状のレンズが完成する。
【0011】
図9は上面が自由曲面、下面も自由曲面のレンズの例である。(a)図は設計形状である。図中hはレンズの厚みで、通常この値は多少の変化を許す。(b)図は測定点である。説明の簡単のために形状誤差はゼロとし、図に示すように傾斜誤差だけが存在するとする。測定したレンズ形状を修正加工することを考える。これまで説明してきた手順でまずセッティング誤差と形状誤差を計算する。この計算結果をもとに、図10では修正加工量の計算を説明する。
【0012】
まず、上面を加工する場合((a)図)、下面の測定点と設計形状をフィッティングさせ、上面の測定点と設計形状との差をとる。設計形状のレンズ厚みを変化させてもよいので、図のように厚みを調整し、修正加工量を求めることができる。図中の黒塗り部分を除去加工すれば目的形状のレンズが完成する。また、下面を加工する場合((b)図)、上面の測定点と設計形状をフィッティングさせ、下面の測定点と設計形状との差をとる。設計形状のレンズ厚みを変化させてもよいので、図のように厚みを調整し、修正加工量を求めることができる。図中の黒塗り部分を除去加工すれば目的形状のレンズが完成する。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、次の問題があった。
【0014】
(1)複数の曲面からなる部品の測定の場合正しいセッティング誤差が計算できない、又多面自由曲面からなる部品で2面以上の一部の面を位置の基準とし、残る面の位置を計算することができない。
【0015】
複数の曲面からなる部品の形状を測定する場合を考える。従来の方法は、各面ごとにセッティング誤差を計算し、各面の位置を計算する。このセッティング誤差は、前述したようにそれぞれ6自由度をもつのでn面ある部品の場合、6n個の自由度をもつ。しかし、前述したように、部品1つに対して、セッティング誤差すなわち取付け誤差は1つなので6自由度のみ(X、Y、Zの平行移動とその軸まわりの回転移動)のはずである。つまり、従来の方法で計算したセッティング誤差は部品を測定装置に取り付けたときの取付け誤差を意味していない。正しいセッティング誤差が計算できないと、誤差形状も正しく計算できないため結局形状測定精度が悪化する。
【0016】
上述の理由で2面以上あると正しいセッティング誤差がもともと計算できないため、位置の基準が計算できない。
【0017】
(2)セッティング誤差が計算できない場合がある。
【0018】
例えば平面部分をもつ部品を測定した時、平面に水平な方向の位置はもともと定まらない。つまりその方向に部品がずれて取付いていても計算できない。これを先ほどの図22のフローチャートで示すと、工程107において、評価値を改善するパラメータ修正量αが計算できないことに相当する。同じように、球面部分をもつ部品を測定した時、球面の回転中心点を含むどんな軸のまわりの回転も定まらない。つまり、6自由度のセッティング誤差が計算できない。
【0019】
(3)異常なデータが測定点に含まれている場合、影響が大きい。
【0020】
三次元測定装置では、プロープと被測定物の間にはさまる微少なゴミの影響で、測定点のなかに異常な値を示すものがときどき出現する。そのような場合、そのデータのためにパラメータの推定値が影響をうけ、変化してしまう。
【0021】
(4)自由曲面と平面からなるレンズ、自由曲面と球面からなるレンズ、2つの自由曲面からなるレンズ、多面自由曲面からなる部品等を修正加工する場合、修正量が大きい。
【0022】
図4(a)、図4(b)、図7(a)、図7(b)、図10(a)、図10(b)に示したように修正量が多い。即ち上記したレンズの例を一般化し、多面自由曲面からなる部品を修正加工する場合として説明すると,どれか1面に設計値をフィットさせ、残りの差を修正する方法では修正量が多くなる。なぜなら修正量を小さくするような考えが計算方法の中にないからである。修正量が多いと加工時間がかかり、レンズコストが高くなるし、加工装置の台数も多く必要になる。また、修正量が多いと修正量の誤差を小さく制御しなければならない。たとえば、10%の除去むらがある研磨加工工程を考えた場合、1μmの修正除去量に対しては0.1μmの除去誤差が生じる。もし最初から修正除去量が0.1μmなら0.01μmの誤差ですむ。つまり、修正量が多いために加工精度が悪くなる。
【0023】
本発明の目的は、上述各問題点に鑑み、各種形状の多面からなる部品のセッティング誤差を正しく計算し、測定データに含まれる異常な値に対しての影響等も少なくして形状誤差測定精度を向上させること、及びそれを用いて適切な加工を実現できるようにすることにある。
【0024】
【課題を解決するための手段】
上述目的を達成するための本発明の形状評価方法は、複数の面をもつ部材に対し,該複数の面それぞれの3次元的な形状測定結果と、該複数の面それぞれの設計形状と、の間の差を示す評価値が最小となるように前記形状測定結果ないし前記設計形状の座標変換を行った時の、前記形状測定結果と前記設計形状との間の誤差情報を求めることを特徴とする。
【0025】
前記3次元的な形状測定結果は点群データとして得られるのが好ましい。
【0026】
前記座標変換は座標変換行列を用いて実行されるのが好ましい。
【0027】
前記評価値は前記形状測定結果ないし前記設計形状の座標変換を行った時の、各面毎の前記形状測定結果と前記設計形状との間の形状差の二乗和の合計であるのが好ましい。
【0028】
前記座標変換のパラメータ、ないし前記設計形状に含まれるパラメータを、前記評価値の変化が無くなる方向の値に修正し、該修正後に改めて座標変換を行ったときの前記評価値を求める一連のループを、該評価値が収束するまで実行することで、評価値が最小となる座標変換を求めるのが好ましい。
【0029】
前記複数の面が平面と自由曲面であり、前記座標変換パラメータは前記平面については面外方向位置と2方向の面傾斜、前記自由曲面については3方向位置及びその他の方向の傾斜であるのが好ましい。
【0030】
前記複数の面が球面と自由曲面であり、前記座標変換パラメータは前記球面については3方向位置、前記自由曲面については1方向位置及び3方向の傾斜であるのが好ましい。
【0031】
前記複数の面のうちの1つが軸対称非球面であり、該軸対称非球面に関する前記座標変換パラメータは該軸対称非球面の軸周りの回転を除く5自由度の位置傾斜であるのが好ましい。
【0032】
前記各面について更に前記部材の厚さを前記座標変換パラメータとするのが好ましい。
【0033】
更に前記部材の伸縮率を前記座標変換パラメータとするのが好ましい。
【0034】
前記複数の面が複数の曲面であり、該複数の曲面のうちの一部の曲面に対して前記形状測定結果と前記設計形状の間の差を示す第1評価値と、前記複数の曲面の内の残りの曲面に対して、前記一部の曲面と同じ第1の座標変換を実行された形状測定結果と前記設計形状の間の差を示す第2評価値と、の和が最小となるような、前記一部の曲面に関する前記形状測定結果ないし前記設計形状の第1の座標変換と前記残りの曲面に関する前記第1の座標変換を実行された形状測定結果ないし前記設計形状の第2の座標変換を求めるのが好ましい。
【0035】
前述目的を達成するための本発明の部品製造方法は、上述のいずれかの形状評価方法を用いて得られた前記誤差を修正するように前記部材を加工することを特徴とする。
【0036】
前述目的を達成するための本発明の形状評価装置は、上述のいずれかの形状評価方法を用いて前記部材の形状誤差を評価することを特徴とする。
【0037】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の概要を、図1のフローチャートを用いて示す。以下、フローチャートで示された工程は不図示の計算機内で実行されたものである。
【0038】
まず複数面からなる部品の各面の形状測定データ点群を、三次元形状測定装置などで測定し、準備する。図1においては2つの面からなる部品を想定し、それぞれの測定データ点群{p1}と{p2}を準備している((101a)および(101b))。一方で2つの設計形状d 1、d 2を準備する((102a)および(102b))。
【0039】
セッティング誤差を表すパラメータαに初期値を代入する(103)。このパラメータαを含む座標変換関数Fを用いて測定点群{p1}を{q1}に座標変換する(104a)。同様に、このパラメータαを含む座標変換関数Fを用いて測定点群{p2}を{q2}に座標変換する(104b)。
【0040】
次に各測定面に対する評価値の和f(q 1,d 1)+f(q 2,d 2)を計算する(105)。次に収束判定を行なう(106)。収束の判定方法は、繰り返しループの中で、評価値が変化しなくなったことで判定する。尚、第1回目だけは無条件に収束しないと判定する。106の収束判定で、もし収束すれば、第1の面について、設計形状を差し引き(108a)、第1の面の誤差形状を得る(109a)。第2の面について、設計形状を差し引き(108b)、第2の面の誤差形状を得る(109b)。また、収束したときのパラメータαがセッティング誤差、(110)となる。
【0041】
一方、106の収束判定で、もし収束しなければ、評価値が改善するようにパラメータの修正量δαを求め(107)、修正したパラメータ(111)で再度104の工程から繰り返す。ここでFはδαを変数とする関数と見ることができる。Fを停留(最大、または最小)にさせる条件はδαに関する偏微分が0になる、即ち∂F(α)/∂δα=0となることである。(T.R.マッカーラ原著 サイエンスライブラリ情報電算機=8 計算機のための数値計算法概論、株式会社サイエンス社発行 p.227の式(8.3.8)参照) ここで、105の評価関数を測定点{p1}、{p2}と設計形状d1、d2との差の2乗と定義し、107のパラメータ修正量計算では、評価関数がパラメータ修正量に対して停留になる条件で計算する方法が最小2乗法である(後述の第1の実施形態を参照)。
【0042】
このように計算すると、従来の例と異なり、複数の面を使用して6自由度のセッティング誤差を表すパラメータαが計算することができるので、前述した問題は生じない。また、第1面が平面の場合など、6自由度の位置が定義できない形状においても、第2面のデータも使用して評価関数を定義しているのため、パラメータ修正量が工程107において計算可能である。セッティング誤差、すなわち部品が取付いている位置が正確にわかるため、形状測定精度が向上する。また、多面のデータを利用しているので、1面のみのデータよりも多くの測定点を利用して計算できる。従って、異常なデータが測定点に含まれていても平均化によりその影響を小さくすることができる。
【0043】
この説明された構成に加え、収束計算するパラメータに設計形状に含まれるパラメータも含めることにより、許容誤差が大きなパラメータ、例えばレンズ厚さや曲率半径を測定結果に合わせて調節できるため、誤差形状、すなわち、測定形状と設計形状との差をも小さくすることができる。詳細は実施形態2で説明する。
【0044】
また更に、平面と自由曲面からなる部品に対し、平面の測定点群を用いて座標変換行列の中の面外方向の位置パラメータと、2方向の面傾斜パラメータと、部品の厚さパラメータを、自由曲面の測定点群を用いて、座標変換行列の中のその他の自由度と部品の厚さパラメータをフィッティングさせることにより、以下の効果が生じる。即ち平面の位置姿勢についてはパラメータの自由度が3つあるので、平面の位置姿勢誤差を決めるのに十分な自由度がある。従って、平面については誤差形状が最小になる。一方自由曲面については残された自由度の中で誤差形状が最小になる計算を行なう事ができる。従って、その誤差形状は、2面の相対的な位置姿勢誤差を修正し、なおかつ自由曲面の面誤差を修正する最小の修正量である。
【0045】
特に自由曲面が軸対称非球面の場合である場合は、セッティング誤差のパラメータは一般に6自由度あるが、この場合は軸対称なので、その対称軸まわりの回転誤差を除いた5自由度を設定する。
【0046】
また、球面と自由曲面からなる部品に対し、球面の測定点群を用いて座標変換行列の中の3つの位置パラメータと部品の厚さパラメータを、自由曲面の測定点群を用いて、座標変換行列の中の、その他の自由度と、部品の厚さパラメータをフィッティングさせることにより、以下の効果が生じる。
【0047】
即ち、球面の位置姿勢についてはパラメータの自由度が3つあるので、球面の位置姿勢誤差を決めるのに十分な自由度がある。従って、球面については誤差形状が最小になる。一方、自由曲面については残された自由度の中で誤差形状が最小になる計算を行なう事ができる。従ってその誤差形状は、2面の相対的な位置姿勢誤差を修正し、なおかつ自由曲面の面誤差を修正する最小の修正量である。
【0048】
特に自由曲面が軸対称非球面の場合である場合、セッティング誤差のパラメータは一般に6自由度あるが、この場合は軸対称なので、その対称軸まわりの回転誤差を除いた5自由度を設定する。
【0049】
ここで、厚さパラメータを省略してフィッティングしなければ、設計値どおりの厚さが計算に使用されるため、厚さも設計値に近づける形状修正量が計算される。例えばレンズ厚さの許容範囲が非常に厳しい場合、レンズ厚さをより厳密に考慮した形状修正が可能となる。
【0050】
一方、面の曲率半径をフィッティングパラメータに加えれば、測定結果にあわせて曲率半径がフィッティングされるため形状誤差を小さくすることができる。
例えば曲率半径の許容値が緩いレンズの場合、曲率半径を測定結果によって調節できるため、小さな形状誤差、すなわち少ない形状修正量を計算することができる。
【0051】
又、複数の曲面をもつ部品のうち一部の曲面を利用して位置の基準とし、その位置の基準に対する他の面の位置を計算することもできる。まず、位置マークに利用する複数の曲面に対し、特許請求の範囲1で説明した方法によりセッティング誤差を計算する。このセッティング誤差がすなわち位置の基準となる。この位置の基準に対し、残りの面の測定結果を座標変換し、前記位置マークを基準とした測定結果を計算し、これに対してもう一度セッティング誤差の計算を行なえば、得られたセッティング誤差は、位置マークを基準とした面の位置を表している。
【0052】
複数の曲面をもつ部品のうち一部の曲面を利用して位置の基準とし、その位置の基準に対する他の面の位置を計算する手法としては、以下も可能である。
【0053】
位置マークに利用する複数の曲面を用いて部品のセッティング誤差を表す第1の座標変換行列を収束させ、残りの曲面を用いてその面の位置ずれを表す第2の座標変換行列を収束させる。収束した第1の座標変換行列は位置マークのデータしか使用していないので、その位置マークを基準とした座標を表す。残りの曲面についても同じ座標変換を施しているので、その位置マークを基準にした表現に座標変換されでいる。従って位置ずれを表す第2の座標変換は、位置マークを基準にした位置ずれを表している。これについては実施形態5で述べる。
【0054】
また、部品が成形によって製作される場合において、設計形状に含まれるパラメータに収縮率を含むことにより、成形における収縮率を複数の面の測定データを使用し計算することができる。これについては実施形態4で述べる。
【0055】
(第1の実施形態)
図1に第1の実施形態における形状修正方法のフローチャートを示す。図2に2面の光学面を有するレンズの例を示す。図9に2つの自由曲面からなるレンズの例を示す。図11に修正加工量を示す。
【0056】
図2において、{p1}は第1面の測定データ点群であり、座標系[Cp]を用いて表現されているとする。{p2}は第2面の測定データ点群であり、座標系[Cp]を用いて表現されているとする。{d1}は第1面の設計形状であり、座標系[Cd]を用いて表現されているとする。{d2}は第2面の設計形状であり、座標系[Cd]を用いて表現されているとする。
【0057】
[cp1]は第1面の位置を表す座標系とする。(測定データ)
[cp2]は第2面の位置を表す座標系とする。(測定データ)
[cd1]は第1面の位置を表す座標系とする。(設計形状)
[cd2]は第2面の位置を表す座標系とする。(設計形状)
【0058】
座標系[Cd]と座標系[Cp]の位置の差は実際の部品が設計した位置とどれだけずれているかを表している。すなわち、セッティング誤差を表している。これを座標変換[T]で表す。この座標変換は6つのパラメータ(3方向の平行シフトと3方向の回転移動である)をもつ。この6つのパラメータをまとめてαと表す。
つまり、行列[T]はこれらのパラメータを含んでいるので[T(α)]と表すこととする。この測定データに対し、図1に示した計算フローに従って計算処理を行なう。
【0059】
フローチヤートの概略動作についてはすでに説明したので、ここでは部分動作の詳細な説明を行なう。
【0060】
工程104の座標変換は行列[T(α)]を利用して次のように行列とペクトルの掛け算の形に記述できる。
【0061】
{q1}=[T(α)]{p1}
{q2}=[T(α)]{p2}(数式1)
【0062】
最小2乗法で計算することを考え、工程105の評価関数は、法線方向の形状誤差の2乗和とする。すなわち、
f(q1,d1)+f(q2,d2)=Σ(({q1}−{d1})・{n1}))2+Σ(({q2}−{d2})・{n2})2(数式2)
ここで、{n1}、{n2}は被測定面の法線ベクトルである(最小2乗法についてはさきほどの参考文献を参照、Mahito Negishi、Manabu Ando、Masahumi Takimoto、Akinobu Deguchi、Hiroji Narumi、Nobuo Nakamura and Hironori Yamamoto:An On‐Machine Coordinate Measuring System for the Canon Super Smooth Polisher、SICE’94 Tokyo(1994)、941)。
【0063】
工程106の収束判定は式1で示した評価値が変化しなくなったとき、収束したと判定する。収束したときに、パラメータαが全て求まり、座標変換行列[T]が確定する。そして、このとき、数式2で定義される評価関数、すなわち、第1項の第1面形状誤差の2乗和と、第2項の第2面形状誤差の2乗和を加えたものが最小になっている。
【0064】
図9は上面が自由曲面、下面も自由曲面のレンズの例である。(a)図は設計形状である。図中hはレンズの厚みで、通常この値は多少の変化を許す。(b)図は測定点である。説明の簡単のために形状誤差はゼロとし、傾斜誤差だけがあるとする。測定したレンズ形状を修正加工することを考える。これまで説明してきた手順でまずセッティング誤差と形状誤差を計算する。従来の修正加工量計算については、すでに図10を用いて説明した。図11は本発明による方法で求めた修正加工量、すなわち形状誤差(図1における109aおよび109b)である。上述したごとく第1面、第2面の両方のデータを用いた評価値、すなわち式2で表される誤差の2乗和(工程105)が最小になるようにするので、図11のように修正加工量が従来の方法に対して格段に少ない。
【0065】
この実施形態では次の効果がある。
1)部品のセッティング誤差(1つの部品に6つの自由度)を正しく計算できるので、形状測定精度を向上できる。
2)1面の形状の自由度が少ないとき、例えば、平面の場合、その平面内の位置は定まらないが、他の面のデータも用いて計算するので、計算可能である。(但し第1面も第2面も平行な平面の場合にはもともと無理である)。
3)第1面と第2面が自由曲面の場合、従来の方法に対して格段に少ない修正量を計算できる。
4)多面のデータを利用しているので、1面のみのデータよりも多くの測定点を利用して計算できる。従って、異常なデータが測定点に含まれていても平均化によりその影響を小さくすることができる。
【0066】
本実施形態では、評価関数を式2のように定義したので、第1面と第2面の形状誤差は同等に扱われている(第1項が第1面の形状誤差で、第2項が第2面の形状誤差)。しかし、一方の面をより優先的に設計形状にフィットするため、それぞれの項に所定の重み係数をかけることも可能である。これについては、基本的な計算手順は同一なので説明しない。
【0067】
本実施形態において、パラメータ修正量を計算した後(107)、そのパラメータ修正量δαが十分小さいかどうかで収束判定(106)を行なうことも可能である。
【0068】
また、前述したように、セッティング誤差としてはXYZ方向の平行移動とその軸周りの回転で最大6自由度ある。本実施形態では2つの自由曲面からなるレンズを議論したが、例えば軸対称な非球面レンズの場合、その軸まわりの回転姿勢は定まらないので(軸対称だから)、その軸まわりの回転を除いた5自由度で考えるのが望ましい。その場合でも同じ議論である。
【0069】
さらに本実施形態では、測定点群を座標変換して設計形状にフィットしているが、逆に設計形状を座標変換し、測定点群にフィットしてもよい。
【0070】
またさらに、本実施形態では2面からなる部品の場合について述べたが3面以上ある部品の場合も同様である。
【0071】
(第2の実施形態)
図12に第2の実施形態における形状修正方法のフローチャートを示す。図12では2面の光学面を有するレンズの例として、前述した図9に2つの自由曲面からなるレンズを例としている。修正加工量については図11に示されたものを使用して説明する。
【0072】
本実施形態は、第1の実施形態に対しパラメータを増やしている点が異なる。即ち、第1の実施形態では、セッティング誤差のパラメータとしてα(最大6自由度)を想定しているが、これ以外に設計形状の中にもパラメータがあり、測定値に応じて調整したい場合がある。たとえば非球面レンズの曲率半径を測定したい場合、実物を測定した測定値に応じて設計値のなかの曲率半径のパラメータを変更できると便利である。第1の設計形状d 1に含まれるパラメータをα1、第2の設計形状d 2に含まれるパラメータをα2とし、セッティング誤差のパラメータをα0と記述する。またこれらのパラメータ全部をまとめてαと記述する。
【0073】
図12のフローチヤートにおいて、まず複数面からなる部品の各面の形状測定データ点群を、三次元形状測定装置などで測定し、準備する。図においては2つの面からなる部品を想定し、それぞれの測定データ点群{p1}と{p2}を準備している((101a)および(101b))。又、セッティング誤差を表すパラメータα(パラメータα0、α1、及びα2)に初期値を代入する(103)。
【0074】
第1の設計形状d 1を準備し(102a)、設計形状に含まれるパラメータα1をセットする(112a)。第2の設計形状d 2を準備し(102b)、設計形状に含まれるパラメータα2をセットする(112b)。
【0075】
セッティング誤差のパラメータα0を含む座標変換関数Fを用いて測定点群{p1}を{q1}に座標変換する(104a)。同様に、このパラメータα0を含む座標変換関数Fを用いて測定点群{p2}を{q2}に座標変換する(104b)。次に各測定面に対する評価値の和f(q 1,d 1)+f(q 2,d 2)を計算する(105)。
【0076】
次に収束判定を行なう(106)。収束の判定方法は、繰り返しループの中で、評価値が変化しなくなったことで判定する。106の収束判定で、もし収束すれば、第1の面について、設計形状を差し引き(108a)、第1の面の誤差形状を得る(109a)。第2の面について、設計形状を差し引き(108b)、第2の面の誤差形状を得る(109b)。また、収束したときのパラメータαを出力する(110)。パラメータαは、セッティング誤差α0と第1の設計形状に含まれるパラメータα1、および第2の設計形状に含まれるパラメータα2からなる。
【0077】
一方、106の収束判定で、もし収束しなければ、評価値が改善するようにパラメータの修正量δαを求め(107)、修正したパラメータ(111)で再び工程(104)、および工程(112)から繰り返す。ここで、105の評価関数を測定点{pl}、{p2}と設計形状d1、d2との差の2乗とし、107のパラメータ修正量を、評価値がパラメータ修正量に対して停留になる条件で計算する。評価関数は第1の実施形態と同じ式2で与えられる。
【0078】
このように計算すると、複数の面を使用して6自由度のセッティング誤差を表すパラメータαを計算することができるので、複数の曲面からなる部品等の測定の場合も正しいセッティング誤差が計算できる。また、第1面が平面の場合など、6自由度の位置が定義できない形状においても、第2面のデータも使用して評価関数を定義しているのため、パラメータ修正量が工程107において計算可能である。セッティング誤差、すなわち部品が取付いている位置が正確にわかるため、形状測定精度が向上する。また、多面のデータを利用しているので、1面のみのデータよりも多くの測定点を利用して計算できる。従って、異常なデータが測定点に含まれていても平均化によりその影響を小さくすることができる。
【0079】
設計形状に含まれるパラメータの例として、レンズの曲率半径やレンズの厚さh(図9参照)が考えられる。但し、パラメータαは互いに独立でなければ収束しない。たとえば、第1および第2設計形状の中の上下方向の位置Z1、Z2を計算することはできない。部品全体の上下方向位置はすでにセッティング誤差のパラメータα0の中に含まれており、もともと同じものを表現しているからである。
【0080】
図9は前述したように上面が自由曲面、下面も自由曲面のレンズの例で(a)図は設計形状、(b)図は測定点である。説明の簡単のために形状誤差はゼロとし、傾斜誤差だけがあるとする。測定したレンズ形状を修正加工することを考える。これまで説明してきた手順でまずセッティング誤差と形状誤差を計算する。従来の修正加工量計算については、すでに図10を用いて説明した。本本実施形態による方法で求めた修正加工量すなわち誤差形状(図12の109aおよび109b)は、第1面、第2面の両方のデータを用いた評価値、すなわち式2で表される誤差の2乗和(工程105)が最小になるようにして求めるので(最小2乗法を使用しているから)、図11で示したような形で且つ図11よりも更に修正加工量を少なくできる。
【0081】
本実施形態では、第1の実施形態の場合に加えて次の効果がある。
1)設計形状に含まれるパラメータを形状誤差が少なくなるように変更できるので、形状誤差をより小さくできる。従って、修正加工量も小さくなる。修正加工量が少なければ、前述したように加工精度が向上するし、加工時間が短くなるので加工コストを下げることができる。
2)被測定物が未知の形状であっても、その形状にあわせて、想定した設計形状に含まれるパラメータを求めることができる。未知の形状に対する設計パラメータを決めることができる(例えば球面レンズの曲率半径など)。
【0082】
本実施形態においても、パラメータ修正量を計算した後(107)、そのパラメータ修正量δαが十分小さいかどうかで収束判定(106)を行なうことも考えられる。
【0083】
また本実施形態では、測定点群を座標変換して設計形状にフィットしているが、これも逆に設計形状を座標変換し、測定点群にフィットしても同じ事である。
【0084】
更に本実施形態では2面からなる部品の場合について述べたが3面以上ある部品の場合も同様である。
【0085】
(第3の実施形態)
図13に第3の実施形態のフローチャートを示す。本実施形態では図3に示された自由曲面と平面からなるレンズの例、及び図6に示された自由曲面と球面からなるレンズの例を用いて説明する。図4、図7はそれぞれのレンズにおいて従来の方法で計算した修正量の多い計算結果を示している。図5、図8にそれぞれの修正量の少ない計算結果を示す。図23にフィッティング計算に使用するパラメータの一覧を示す。
【0086】
本実施形態では、第2の実施形態に対し、104工程の座標変換の部分が異なる。
第1の実施形態で説明したようにこの座標変換はセッティング誤差をパラメータとして含む行列との掛け算で定義できる(式1)と説明した。本実施形態では使用するパラメータの種類が第1面と第2面で異なるところが特徴である。
【0087】
次に数種類の場合についてこのパラメータの選びかたを説明する。
【0088】
まず、図3に示した自由曲面と平面からなるレンズを考える。図のように、上下方向をZ軸にとる。図4に示したように従来の1面づつのセッティング誤差補正だと上面を加工すう場合でも(図4(a))、下面を加工する場合でも(図4(b))、修正量が大きくなる。そこで、次のようにパラメータを選び、小さな修正量を求める。上面の自由曲面側のパラメータをセッティング誤差のX、Y、Z方向の平行移動およびZ軸まわりの回転θz、設計形状に含まれるパラメータとして、レンズ厚さhをとる。下面の平面のパラメータをセッティング誤差のZ方向の平行移動、X軸まわりの回転θxおよびY軸まわりの回転θy、また設計形状に含まれるパラメータとして、レンズ厚さhをとる。このようにして、計算させると、下面の平面については上下のZと回転の2自由度をもつので、測定点群を設計形状である平面に一致させることができる。なぜなら、平面の位置を定義するのにZ位置と2つの傾斜角度で可能だからである。上面については形状誤差が小さくなるように残りのパラメータが調整される。その結果、図5に示すように、下面については設計形状と測定結果が完全に一致し、上面については下面をフィットさせたまま最も形状誤差が少なくなるようなフィッティングが実現される。これにより、図4の修正量に対して格段に小さい修正量、すなわち誤差形状が計算できる。
【0089】
また、下面のパラメータとしてZ方向の移動と、回転θx、θy、レンズ厚さhをとり、上面のパラメータとしてレンズ厚さhをとると、下面の平面については上下のZと回転2自由度をもつので、測定点群を設計形状である平面に一致させることができる。その反面上面の自由曲面に対してはレンズ厚さhだけなので図4(a)に示した従来と同じ計算結果を得ることもできる。
【0090】
また、同様に図4(b)の結果を与えるパラメータを選択することもできる。
【0091】
次に、図6に示した自由曲面と球面からなるレンズを考える。図のように、上下方向をZ軸にとる。前述のように従来の1面づつのセッティング誤差補正だと上面を加工する場合でも(図7(a))、下面を加工する場合でも(図7(b))、修正量が大きくなる。そこで次のようにパラメータを選び、小さな修正量を求める。
【0092】
上面の自由曲面側のパラメータをセッティング誤差のZ、θx、θy、θzおよびレンズ厚さhとし、下面の球面のパラメータをセッテイング誤差のXYZおよびレンズ厚さhとする。このようにして、計算させると、下面の球面についてはXYZの自由度をもつので、測定点群を設計形状である球面に一致させることができる。なぜなら、球面の位置を定義するのに球中心のXYZの3自由度で可能だからである。
上面については形状誤差が小さくなるように残りのパラメータが調整される。その結果、図8に示すように、下面については設計形状と測定結果が完全に一致し、上面については下面をフィットさせる条件下で最も形状誤差が少なくなるようなフィッティングが実現される。これにより、図7の修正量に対して格段に小さい修正量が計算できる。
【0093】
この場合も、下面のパラメータとしてX、Y、Z方向の移動とレンズ厚さhをとり、上面のパラメータとしてレンズ厚さhをとると、下面の球面についてはX、Y、Zの3自由度もつので測定点群を設計形状である球面に一致させることができる。その反面上面の自由曲面に対してはレンズ厚さhだけなので図7(a)に示した従来と同じ計算結果を得ることもできる。
【0094】
また、同様に図7(b)の結果を与えるパラメータを選択することもできる。
【0095】
2つの自由曲面からなるレンズの場合は第1の実施形態で説明したのと同様の手法となる。
【0096】
以上説明してきたパラメータの選びかたをまとめると次の図23の表のようになる。この表において、レンズ厚さのパラメータhを取り除いて考えても同様である。この場合、レンズ厚さを設計値にする場合の修正量が計算できる。また、曲率半径のパラメータを加えても同様である。この場合、曲率半径を測定結果に応じて計算できる。
【0097】
また、上面が自由曲面で、下面がY軸に平行な円筒面の場合、上面のパラメータをZ、θy、h、下面のパラメータをX、Y、Z、θx、θz、hとする。すると、円筒面を定義するのに円筒中心軸の位置LXYZと軸の向きを決めるθx、θzの合計5自由度のパラメータがあるので、測定データと設計形状を完全に一致させることができる。一方、自由曲面についてはその条件を保ったまま残りの自由度で最も形状誤差が少なくなるように測定データと設計形状がフィットされる。
【0098】
本実施形態において、実施形態2の効果に加えて次の効果がある。
1)自由曲面と平面からなるレンズにおいて、小さな修正量を求めることができる。
2)自由曲面と球面からなるレンズにおいて、小さな修正量を求めることができる。
3)自由曲面と円筒面からなるレンズにおいて、小さな修正量を求めることができる。
【0099】
本実施形態では自由曲面と平面または球面からなる部品について述べてきたが、自由曲面は軸対称非球面でも同様である。ただし、この場合、軸対称非球面形状の軸まわりの回転についてはもともと定まらないので、フィッティングパラメータから除外しておく必要がある。
【0100】
本実施形態では自由曲面と平面の部品について述べてきたが、平面は非常に曲率半径の大きい曲面の場合でも同様である。たとえば、平面からの逸脱が測定装置の分解能と同じレベルの場合はもちろんである。
【0101】
本実施形態では自由曲面と球面の部品について述べてきたが、球面は非常に少ない非球面量をもつ曲面形状でも同様である。たとえば、球面からの逸脱が測定装置の分解能と同じレベルの場合はもちろんである。
【0102】
本実施形態においても、パラメータ修正量を計算した後(107)、そのパラメータ修正量δαが十分小さいかどうかで収束判定(106)を行なうことも考えられる。
【0103】
本実施形態では自由曲面を1面だけ含む2面からなる部品について述べてきたが、自由曲面をさらに多面にしても同様である。この場合、自由曲面のパラメータはすべて図23の上面のパラメータと同じである。作用も効果も同様であるので説明を省略する。
【0104】
又、前出実施形態の如く本実施形態でも、測定点群を座標変換して設計形状にフィットしているが、逆に設計形状を座標変換し、測定点群にフィットしても同じ事である。
【0105】
(第4の実施形態)
第4の実施形態は3面をもつプラスチックス製の自由曲面プリズムを製作する場合で、図14、図15、図16、図17を用いて説明する。図14は3面自由曲面プリズムを示す。図14(a)に3つの自由曲面の設計形状とその位置を表す3つの座標系を示す。図14(b)は三次元形状測定装置などで測定したプラスチック成形品の測定点群である。プラスチック成形品の場合、成形直後の収縮や、湿度による膨張が考えられる。そこで図15のように、拡大率mを考える。この拡大率は設計形状のパラメータに含める事ができる。これは、例えば次のように計算する。
【0106】
まず、図14(a)に示す設計形状を計算する。次に計算した点のXYZ座標値にmを掛ける。これで、原点を中心にm倍に拡大あるいは縮小した形状が計算できる。この設計形状と測定点群を用い、本発明による修正量計算を行なう。計算手順はすでに第2の実施形態において、図12を用いて説明したものと同様である。ただし、第2の実施形態の場合は2面のみのフィッティングだったのに対し3面をフィットする。また、パラメータはセッティング誤差の6自由度(X、Y、Z、θx、θy、θz)に加え、設計形状に含まれる拡大率mを用いる。
【0107】
図16はこうして計算された形状誤差、すなわち修正量である。3面すべての面の形状誤差の2乗和が最小になるようにパラメータが調整されるので、小さな修正量が計算できる。
【0108】
図17は得られた修正量をどのように用いるかを示している。この実施形態ではプラスチック成形を考えているので、型の形状を修正する必要がある。図17の手順を説明する。まず、型を製作し(201)、その型を用いて成形する(202)。その成形品の形状を測定し(203)、修正量を計算する(204)。この修正量は第2の実施形態で説明した方法で求める。次に修正量、すなわち誤差形状が所望の精度に達しているかを判定し(205)、もし工程205において、まだ精度が不十分なら、型形状から誤差形状を差し引き次の型の形状とし(206)、工程201に戻る。
もし、工程205において、精度が十分であれば、型形状から、工程204で求めた修正量を差し引き、これを新たな型形状として再び工程201から繰り返す。
【0109】
本実施形態では、第2の実施形態で示した場合に加え次の効果がある。
1)収縮率を計算することができる。これで材料の性質が調べられるので次に同じ材料を用いて成形するときにはあらかじめ調べた収縮率を見込んで型を製作することができる。
2)3面すべての面の形状誤差の2乗和が最小になるようにパラメータが調整されるので、小さな修正量が計算できる。
【0110】
本実施形態においてはプラスチック成形品について述べたが、ガラス成形品でも同様である。
【0111】
本実施形態においては3面からなる部品を説明したが、4面以上あっても同様である。本実施形態においては収縮率をフィッティングパラメータに含めることができると説明したが、設計形状に含まれる他のパラメータも同様にフィッティングパラメータに含めることができる。例えば曲率半径などが考えられる。
【0112】
(第5の実施形態)
第5の実施形態は4つの自由曲面を有する部品を、4つのうちの3つを位置の基準として使用し、残る1つの自由曲面の位置ずれ誤差を計算する場合である。図18で部品の形を説明し、図19で設計形状で使用する座標系を説明し、図20でフローチャートを説明する。
【0113】
図18には、第1、第2、第3の自由曲面1、2、3、さらに第4の自由曲面4を有するミラー部品5を示す。第1、2、3の自由曲面をこの部品の位置決めマーク(位置マーク)として使用し、第4面の位置ずれ誤差をその位置決めマークを基準に測定することが目的である。このような光学部品は3つの位置マークをたよりに高精度な位置決めが可能となる。図19には、設計位置を表す座標径[Cd]と、各面の設計位置を表す座標系[Cd1]、[Cd2]、[Cd3]、[Cd4]を示す。4面あるが、フローチャートは第3の実施形態(図13)と同様である。
【0114】
ただし、第1、2、3面で使用するフィッティングパラメータは6自由度のX、Y、Z、θx、θy、θzとする。これをα0とする。第4面は、設計位置を表す座標系[Cd]から第4面の位置を示す座標系[Cd4]までの座標変換行列をパラメータとする(一般に6つの自由度である)。これをα1とする。このパラメータおよび座標変換行列が第4面の位置ずれ誤差を表す。すなわち、フィッティングに使用するパラメータはα0とα1を合わせて12個である。これを合わせてαと書くこととする。
【0115】
図20に第5の実施形態のフローチャートを示す。まず複数面からなる部品の各面の形状測定データ点群を、三次元形状測定装置などで測定し、準備する。図においては4つの面からなる部品なので、それぞれの測定データ点群{p1}、{p2}、{p3}、{p4}を準備している((101a)、(101b)、(101c)、(101d))。セッティング誤差を表すパラメータα(パラメータα0およびα1)に初期値を代入する(103)。第1の設計形状d 1を準備し(102a)、第2の設計形状d 2を準備し(102b)、第3の設計形状d 3を準備し(102c)、第4の設計形状d 4を準備し(102d)、セッティング誤差のパラメータα0を含む座標変換関数Flを用いて、測定点群{P1}を{q1}に座標変換し(104a)、測定点群{p2}を{q2}に座標変換し(104b)、測定点群{p3}を{q3}に座標変換する(104c)。一方、測定点群{p4}も{q4’}に座標変換する(104d)。
【0116】
第1の実施形態でも示したように、この座標変換関数F1は次のような行列とベクトルの掛け算の形に記述できる。
【0117】
{q1}=[T(α0)]{pl}
{q2}=[T(α0)]{p2}
{q3}=[T(α0)]{p3}
{q4’}=[T(α0)]{p4}(数式3)
【0118】
また、位置ずれ誤差のパラメータα1を含む座標変換関数F2を用いて、測定点群{q4’}を{q4}に座標変換する(113)。
【0119】
{q4}=[T(α1)]{q4}(数式4)
この座標変換は、式3と同じであるがパラメータがα1であるところが異なる。
【0120】
次に各測定面に対する評価値の和f(q 1,d1)+f(q 2,d 2)+f(q 3,d 3)+f(q 4,d4)を計算する(105)。
【0121】
次に収束判定を行なう(106)。収束の判定方法は、繰り返しループの中で、評価値が変化しなくなったことで判定する。106の収束判定で、もし収束すれば、第1の面について、設計形状を差し引き(108a)、第1の面の誤差形状を得る(109a)。同様に第2の面について、設計形状を差し引き(108b)、第2の面の誤差形状を得る(109b)、第3の面について、設計形状を差し引き(108c)、第3の面の誤差形状を得る(109c)、第4の面について、設計形状を差し引き(108d)、第4の面の誤差形状を得る(109d)。また、収束したときのパラメータαを出力する(110)。パラメータαは、セッティング誤差α0と第4の面の位置ずれ誤差α1からなる。一方、106の収束判定で、もし収束しなければ、評価値が改善するようにパラメータの修正量δαを求め(107)、修正したパラメータ(111)で再び工程(104)から繰り返す。
【0122】
ここで、105の評価関数を測定点{pl}〜{p4}と設計形状d1〜d4との差の2乗とし、107のパラメータ修正量を、評価値がパラメータ修正量に対して停留になる条件で計算する。評価関数は第1の実施形態と同様に次式で与えられる。
【0123】
f(q1,d1)+f(q2,d2) + f(q3,d3)+f(q4,d4)
=Σ(({q1}−{d1})・{n1}))2+Σ(({q2}−{d2})・{n2})2
+Σ(({q3}−{d3})・{n3}))2+Σ(({q4}−{d4})・{n4})2 (数式5)
【0124】
以上説明してきたように本実施形態においては、セッティング誤差は3つの面1、2、3の位置を基準に計算するパラメータα0として決定できる。さらに、第4の面の位置ずれ誤差はパラメータα1として決定できる。また、第1から第4面の形状誤差も計算することができる。
【0125】
本実施形態では4面からなる部品の場合について述べたがさらに多面であっても同様である。
【0126】
本実施形態において、設計形状に含まれるパラメータ、例えば曲率半径などをフィッティングパラメータに加えても同様である。本実施形態において、位置マークとして使用した3つの自由曲面は、もっと簡単に球面であっても同じに扱える。
【0127】
前述各実施形態同様、本実施形態では測定点群を座標変換して設計形状にフィットしているが、逆に設計形状を座標変換し、測定点群にフィットしても同じ事である。
【0128】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、
1)複数の曲面からなる部品でもセッティング誤差が正確に計算できる。
2)セッティング誤差が正確に計算できるため、測定精度が向上できる。
3)多面のデータを利用するので1面のみのデータよりも多くのデータを利用して計算する。従って異常なデータが測定点に含まれていても平均化によりその影響を小さくすることができる。
4)平面や球面など自由度が少ない面であってもその他の面のデータも使用するためセッティング誤差を正しく計算できる。
5)複数の曲面の形状誤差が小さくなるように計算するので、小さい形状誤差、従って少ない形状修正量が計算可能。
6)少ない形状修正量が計算できるので、修正に要するコストを低滅できる。特に、研磨加工等で形状を修正する場合、除去量が小さいため、除去誤差の影響も少なくなり、高精度な加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における第1の実施形態を示すフローチャートである。
【図2】本発明における第1の実施形態の自由曲面からなるレンズを示す図である。
【図3】自由曲面と平面からなるレンズの例を示す図である。
【図4】従来の方法で計算した修正量の多い計算結果を示す図である。
【図5】修正量の少ない計算結果を示す図である。
【図6】自由曲面と球面からなるレンズの例を示す図である。
【図7】従来の方法で計算した修正量の多い計算結果を示す図である。
【図8】修正量の少ない計算結果を示す図である。
【図9】 2つの自由曲面からなるレンズの例を示す図である。
【図10】従来の方法で計算した修正量の多い計算結果を示す図である。
【図11】修正量の少ない計算結果を示す図である。
【図12】本発明における第2の実施形態を示すフローチャートである。
【図13】本発明における第3の実施形態を示すフローチヤートである。
【図14】本発明における第4の実施形態を説明するための3面からなる自由曲面プリズムを示す図である。
【図15】収縮率を説明する図である。
【図16】本発明における第4の実施形態を説明するための修正量の少ない計算結果を示す図である。
【図17】本発明における第4の実施形態を説明するためのフローチヤートである。
【図18】本発明における第5の実施形態を説明するための4つの自由曲面からなる光学部品を示す図である。
【図19】本発明における第5の実施形態を説明するための4つの座標系を示す図である。
【図20】本発明における第5の実施形態を説明するためのフローチヤートである。
【図21】従来の形状測定装置の動作を説明する図である。
【図22】従来の計算操作を説明するフローチャートである。
【図23】本発明における第3の実施形態におけるパラメータの表である。
【符号の説明】
{p1} 第1面の測定データ点群
{p2} 第2面の測定データ点群
{dl} 第1面の設計形状
{d2} 第2面の設計形状
[Cp] 測定データ点群を表現するのに使用される座標系
[Cd] 設計形状を表現するのに使用される座標系
[Cp1] 第1面の位置を表す座標系とする。(測定データ)
[Cp2] 第2面の位置を表す座標系とする。(測定データ)
[Cdl] 第1面の位置を表す座標系とする。(設計形状)
[Cd2] 第1面の位置を表す座標系とする。(設計形状)
1 第1の自由曲面
2 第2の自由曲面
3 第3の自由曲面
4 第4の自由曲面
5 4つの自由曲面を有する部品
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for measuring and evaluating a curved surface shape such as a lens, a mirror, and a prism precisely, for example, with an error of 1 micrometer or less, and a method for correcting the result based on the result. In particular, the present invention can be satisfactorily applied to shape evaluation and correction processing of parts having a plurality of curved surfaces.
[0002]
[Prior art]
Generally, when measuring the shape of an object to be measured with a three-dimensional shape measuring device or the like, it is not possible to know exactly where the object to be measured is attached to the coordinate system of the measuring device. Therefore, conventionally, measurement has been performed in the form disclosed in Japanese Patent Publication No. 2520202. This will be described below.
[0003]
The point cloud measured with a 3D coordinate measuring device is moved to best fit the design shape. At this time, the amount by which the point cloud is moved is called a setting error, and the best fit by moving the point cloud is called setting error correction. In general, there are six degrees of freedom for setting errors in terms of X, Y, and Z translation and rotation around that axis.
Referring to FIG. 21, first, in (a), S is a measured free-form surface and is expressed in the coordinate system G1, and Q is expressed in a coordinate form G2 as a design point. Change the Q coordinate system G2 (b) to match S and Q as shown in the figure. At this time, the difference between G2 and G1 is a setting error. As described above, this setting error consists of six parameters.
[0004]
FIG. 22 is a flowchart showing this conventional calculation operation.
First, a point group {p} as a shape measurement result is measured and prepared by a three-dimensional shape measuring device or the like (1101). A design shape d is prepared (1102). Next, an initial value is substituted for the parameter α of the setting error (1103). Using the coordinate transformation function F including this parameter α, the measurement point group {p} is transformed into {q} (1104).
[0005]
Next, the evaluation value f (q, d) is calculated (1105). When this evaluation value does not change in the repeated loop, it is determined that the evaluation value has converged (1106). If the convergence is determined in 1106, the design shape is subtracted (1108), an error shape is obtained (1109), and the parameter α at the time of convergence becomes the setting error (1110). On the other hand, in the convergence determination of 1106, if it does not converge, the parameter correction amount dα is obtained so as to improve the evaluation value (1107), and the process is repeated from the step 1104 again with the corrected parameter (1111).
[0006]
Here, the evaluation function of 1106 is the sum of squares of the difference between the measurement point {p} and the design shape d, and the parameter correction amount of 1107 is calculated under the condition that the evaluation value stays with respect to the parameter correction amount. The method is least squares and is widely applied (references: Mahito Negishi, Manabu Ando, Masahumi Takimoto, Akinobu Deguchi, Hiroji Narumi, Nobuo Nakamura and Hironori Yamamoto: An On-Machine Coordinate Measuring System for the Canon Super Smooth Polisher SICE '94 Tokyo (1994), 941).
[0007]
FIG. 3 shows an example of a lens whose upper surface is a free-form surface and whose lower surface is a plane. (A) The figure shows the design shape. In the figure, h is the thickness of the lens, and this value usually allows some variation. That is, an allowable error is taken into consideration at the lens design stage. (B) The figure shows the measurement points. For the sake of simplicity of explanation, it is assumed that the shape error is zero, and there is only a tilt error as shown in the figure. Consider modifying the measured lens shape. First, the setting error and the shape error are calculated according to the procedure described so far.
[0008]
Based on this calculation result, FIG. 4 illustrates the calculation of the correction machining amount. First, when processing the upper surface (FIG. (A)), the measurement point on the lower surface and the design shape are fitted to obtain the difference between the measurement point on the upper surface and the design shape. Since the lens thickness of the design shape may be changed, the correction processing amount can be obtained by adjusting the thickness as shown in the figure. If the black portion in the figure is removed and processed, a lens of the desired shape is completed. When processing the lower surface (FIG. (B)), the measurement point on the upper surface and the design shape are fitted to obtain the difference between the measurement point on the lower surface and the design shape. Since the lens thickness of the design shape may be changed, the correction processing amount can be obtained by adjusting the thickness as shown in the figure. If the black portion in the figure is removed and processed, a lens of the desired shape is completed.
[0009]
FIG. 6 shows an example of a lens whose upper surface is a free-form surface and whose lower surface is a spherical surface. (A) The figure shows the design shape. In the figure, h is the thickness of the lens, and as before, this value allows some changes. (B) The figure shows the measurement points. For the sake of simplicity of explanation, it is assumed that the shape error is zero, and there is only a tilt error as shown in the figure. Consider modifying the measured lens shape. First, the setting error and the shape error are calculated according to the procedure described so far.
Based on this calculation result, FIG. 7 illustrates the calculation of the correction machining amount.
[0010]
First, when processing the upper surface (FIG. (A)), the measurement point on the lower surface and the design shape are fitted to obtain the difference between the measurement point on the upper surface and the design shape. Since the lens thickness of the design shape may be changed, the correction processing amount can be obtained by adjusting the thickness as shown in the figure. If the black portion in the figure is removed and processed, a lens of the desired shape is completed. When processing the lower surface (FIG. (B)), the measurement point on the upper surface and the design shape are fitted to obtain the difference between the measurement point on the lower surface and the design shape. Since the lens thickness of the design shape may be changed, the correction processing amount can be obtained by adjusting the thickness as shown in the figure. If the black portion in the figure is removed and processed, a lens of the desired shape is completed.
[0011]
FIG. 9 shows an example of a lens whose upper surface is a free curved surface and whose lower surface is also a free curved surface. (A) The figure shows the design shape. In the figure, h is the thickness of the lens, and this value usually allows some variation. (B) The figure shows the measurement points. For the sake of simplicity of explanation, it is assumed that the shape error is zero, and there is only a tilt error as shown in the figure. Consider modifying the measured lens shape. First, the setting error and the shape error are calculated according to the procedure described so far. Based on this calculation result, FIG. 10 illustrates the calculation of the correction machining amount.
[0012]
First, when processing the upper surface (FIG. (A)), the measurement point on the lower surface and the design shape are fitted to obtain the difference between the measurement point on the upper surface and the design shape. Since the lens thickness of the design shape may be changed, the correction processing amount can be obtained by adjusting the thickness as shown in the figure. If the black portion in the figure is removed and processed, a lens of the desired shape is completed. When processing the lower surface (FIG. (B)), the measurement point on the upper surface and the design shape are fitted to obtain the difference between the measurement point on the lower surface and the design shape. Since the lens thickness of the design shape may be changed, the correction processing amount can be obtained by adjusting the thickness as shown in the figure. If the black portion in the figure is removed and processed, a lens of the desired shape is completed.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above conventional example has the following problems.
[0014]
(1) When measuring parts consisting of multiple curved surfaces, the correct setting error cannot be calculated. In addition, the position of the remaining surface should be calculated based on the position of two or more parts of a part consisting of multiple free-form curved surfaces. I can't.
[0015]
Consider the case of measuring the shape of a part consisting of multiple curved surfaces. The conventional method calculates the setting error for each surface and calculates the position of each surface. Since this setting error has 6 degrees of freedom as described above, it has 6n degrees of freedom in the case of a part having n surfaces. However, as described above, since there is only one setting error or mounting error for each part, it should be only 6 degrees of freedom (translation of X, Y, Z and rotation around its axis). That is, the setting error calculated by the conventional method does not mean the mounting error when the part is mounted on the measuring apparatus. If the correct setting error cannot be calculated, the error shape cannot be calculated correctly, so that the shape measurement accuracy deteriorates.
[0016]
For the above reasons, if there are two or more surfaces, the correct setting error cannot be calculated from the beginning, so the position reference cannot be calculated.
[0017]
(2) Setting error may not be calculated.
[0018]
For example, when a part having a plane portion is measured, the position in the direction horizontal to the plane is not determined originally. In other words, it is not possible to calculate even if the component is mounted with being shifted in that direction. This is shown in the flowchart of FIG. 22 earlier, which corresponds to the fact that in step 107, the parameter correction amount α for improving the evaluation value cannot be calculated. Similarly, when measuring a part with a spherical portion, the rotation about any axis including the center of rotation of the spherical surface is not determined. In other words, a setting error of 6 degrees of freedom cannot be calculated.
[0019]
(3) If abnormal data is included in the measurement points, the impact is significant.
[0020]
In a three-dimensional measuring apparatus, there are occasionally cases where abnormal values appear in measurement points due to the influence of minute dust trapped between the probe and the object to be measured. In such cases, the parameter estimates are affected and change due to the data.
[0021]
(4) The amount of correction is large when correcting a lens composed of a free curved surface and a plane, a lens composed of a free curved surface and a spherical surface, a lens composed of two free curved surfaces, a part composed of a polyhedral free curved surface, and the like.
[0022]
As shown in FIGS. 4 (a), 4 (b), 7 (a), 7 (b), 10 (a), and 10 (b), the amount of correction is large. That is, when the example of the above-described lens is generalized and described as a case where correction processing is performed on a part composed of a polyhedral free-form surface, the amount of correction increases when a design value is fitted to any one surface and the remaining difference is corrected. This is because there is no idea in the calculation method to reduce the correction amount. If the amount of correction is large, processing time is required, the lens cost increases, and a large number of processing devices are required. Further, if the correction amount is large, the correction amount error must be controlled to be small. For example, when considering a polishing process with 10% removal unevenness, a removal error of 0.1 μm occurs for a corrected removal amount of 1 μm. If the correction removal amount is 0.1 μm from the beginning, an error of 0.01 μm is sufficient. That is, since the correction amount is large, the machining accuracy is deteriorated.
[0023]
In view of the above-mentioned problems, the object of the present invention is to correctly calculate the setting error of a multi-part of various shapes and reduce the influence on abnormal values included in the measurement data, thereby reducing the shape error measurement accuracy. It is to make it possible to realize an appropriate process using this.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the shape evaluation method of the present invention comprises: a member having a plurality of surfaces; a three-dimensional shape measurement result for each of the plurality of surfaces; and a design shape for each of the plurality of surfaces. Obtaining error information between the shape measurement result and the design shape when coordinate conversion of the shape measurement result or the design shape is performed so that an evaluation value indicating a difference between the two is minimized. To do.
[0025]
The three-dimensional shape measurement result is preferably obtained as point cloud data.
[0026]
The coordinate transformation is preferably performed using a coordinate transformation matrix.
[0027]
The evaluation value is preferably a sum of square sums of shape differences between the shape measurement result and the design shape for each surface when coordinate conversion of the shape measurement result or the design shape is performed.
[0028]
A series of loops for correcting the coordinate conversion parameter or the parameter included in the design shape to a value in a direction in which the evaluation value does not change and obtaining the evaluation value when coordinate conversion is performed again after the correction is performed. The coordinate transformation that minimizes the evaluation value is preferably obtained by executing until the evaluation value converges.
[0029]
The plurality of surfaces are a plane and a free-form surface, and the coordinate transformation parameters are an out-of-plane direction position and a 2-direction surface inclination for the plane, and a 3-direction position and other-direction inclination for the free-form surface. preferable.
[0030]
Preferably, the plurality of surfaces are a spherical surface and a free-form surface, and the coordinate transformation parameters are a three-direction position for the spherical surface and a one-direction position and a three-direction inclination for the free-form surface.
[0031]
Preferably, one of the plurality of surfaces is an axisymmetric aspheric surface, and the coordinate transformation parameter relating to the axisymmetric aspheric surface is a position inclination of 5 degrees of freedom excluding rotation about the axis of the axisymmetric aspheric surface. .
[0032]
It is preferable that the thickness of the member is further used as the coordinate conversion parameter for each surface.
[0033]
Furthermore, the expansion / contraction rate of the member is preferably used as the coordinate conversion parameter.
[0034]
The plurality of surfaces are a plurality of curved surfaces, and a first evaluation value indicating a difference between the shape measurement result and the design shape with respect to a part of the curved surfaces, and the plurality of curved surfaces For the remaining curved surfaces, the sum of the shape measurement result obtained by performing the same first coordinate transformation as the partial curved surface and the second evaluation value indicating the difference between the design shapes is minimized. The shape measurement result for the partial curved surface or the first coordinate transformation of the design shape and the shape measurement result or the second of the design shape for which the first coordinate transformation for the remaining curved surface is executed. It is preferable to obtain a coordinate transformation.
[0035]
The component manufacturing method of the present invention for achieving the above object is characterized in that the member is processed so as to correct the error obtained by using any one of the above-described shape evaluation methods.
[0036]
In order to achieve the above object, a shape evaluation apparatus of the present invention is characterized in that the shape error of the member is evaluated using any one of the shape evaluation methods described above.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An outline of an embodiment of the present invention will be shown using the flowchart of FIG. Hereinafter, the steps shown in the flowchart are executed in a computer (not shown).
[0038]
First, a shape measurement data point group on each surface of a component composed of a plurality of surfaces is measured by a three-dimensional shape measuring device or the like and prepared. In FIG. 1, a part consisting of two surfaces is assumed, and respective measurement data point groups {p1} and {p2} are prepared ((101a) and (101b)). Meanwhile, two design shapes d 1 and d 2 are prepared ((102a) and (102b)).
[0039]
An initial value is substituted for a parameter α representing a setting error (103). Using the coordinate transformation function F including the parameter α, the measurement point group {p1} is transformed into {q1} (104a). Similarly, the coordinate transformation function F including the parameter α is used to coordinate the measurement point group {p2} to {q2} (104b).
[0040]
Next, a sum f (q1, d1) + f (q2, d2) of evaluation values for each measurement surface is calculated (105). Next, convergence determination is performed (106). The determination method of convergence is determined by the fact that the evaluation value is not changed in the iteration loop. It is determined that only the first time does not converge unconditionally. If the convergence is determined in the convergence determination of 106, the design shape is subtracted from the first surface (108a), and the error shape of the first surface is obtained (109a). For the second surface, the design shape is subtracted (108b) to obtain the error shape of the second surface (109b). Also, the parameter α when converged is the setting error, (110).
[0041]
On the other hand, in the convergence determination of 106, if the convergence does not occur, the parameter correction amount δ is improved so that the evaluation value improves.α(107) and repeat the process from step 104 again with the corrected parameter (111). Where F is δαIt can be seen as a function with. The condition for stopping F (maximum or minimum) is δαThe partial derivative with respect to 0 becomes 0, that is, ∂F (α) / ∂δα= 0. (T.R. McCarra Original Science Library Information Computer = 8 Introduction to Numerical Computation for Computers, published by Science Co., Ltd., page 227 (see 8.3.8)) Here, 105 evaluation functions are measured points It is defined as the square of the difference between {p1} and {p2} and the design shapes d1 and d2, and in the parameter correction amount calculation of 107, the method of calculating under the condition that the evaluation function is stationary with respect to the parameter correction amount is the minimum This is a square method (see the first embodiment described later).
[0042]
When calculated in this way, unlike the conventional example, the parameter α representing a setting error of 6 degrees of freedom can be calculated using a plurality of surfaces, and thus the above-described problem does not occur. In addition, even if the shape of the first surface is a plane and the shape cannot be defined with 6 degrees of freedom, the evaluation function is defined using the data of the second surface. Is possible. Since the setting error, that is, the position where the part is attached can be accurately known, the shape measurement accuracy is improved. In addition, since multi-surface data is used, calculation can be performed using more measurement points than data on only one surface. Therefore, even if abnormal data is included in the measurement point, the influence can be reduced by averaging.
[0043]
In addition to the configuration described above, by including the parameter included in the design shape in the parameter for convergence calculation, a parameter having a large tolerance, for example, the lens thickness and the radius of curvature can be adjusted according to the measurement result. The difference between the measurement shape and the design shape can also be reduced. Details will be described in the second embodiment.
[0044]
Furthermore, for a part consisting of a plane and a free-form surface, the position parameter in the out-of-plane direction in the coordinate transformation matrix using the plane measurement point group, the surface tilt parameter in two directions, and the thickness parameter of the part, By using the measurement points of the free-form surface and fitting the other degrees of freedom in the coordinate transformation matrix and the thickness parameter of the part, the following effects are produced. That is, since there are three degrees of freedom for parameters regarding the position and orientation of the plane, there is sufficient freedom to determine the position and orientation error of the plane. Therefore, the error shape is minimized for the plane. On the other hand, with respect to the free-form surface, it is possible to perform calculation that minimizes the error shape among the remaining degrees of freedom. Therefore, the error shape is the minimum correction amount for correcting the relative position and orientation error of the two surfaces and correcting the surface error of the free-form surface.
[0045]
Especially when the free-form surface is an axisymmetric aspheric surface, the setting error parameter generally has 6 degrees of freedom, but in this case the axis is symmetrical, so 5 degrees of freedom excluding the rotation error around the symmetry axis is set. .
[0046]
In addition, for a part consisting of a spherical surface and a free-form surface, using the spherical measurement point group, the three position parameters in the coordinate transformation matrix and the thickness parameter of the part are transformed using the free-form measurement point group. By fitting other degrees of freedom in the matrix and the thickness parameter of the part, the following effects occur.
[0047]
That is, since there are three degrees of freedom of parameters for the spherical position and orientation, there is sufficient freedom to determine the spherical position and orientation error. Therefore, the error shape is minimized for the spherical surface. On the other hand, for a free-form surface, it is possible to perform a calculation that minimizes the error shape among the remaining degrees of freedom. Therefore, the error shape is the minimum correction amount for correcting the relative position and orientation error of the two surfaces and correcting the surface error of the free-form surface.
[0048]
In particular, when the free-form surface is an axisymmetric aspheric surface, the setting error parameter generally has 6 degrees of freedom, but in this case, since it is axially symmetric, 5 degrees of freedom excluding the rotation error around the symmetry axis is set.
[0049]
Here, if the fitting is performed without omitting the thickness parameter, the thickness as designed is used for the calculation, and thus the shape correction amount that brings the thickness closer to the designed value is calculated. For example, when the allowable range of the lens thickness is very strict, it is possible to correct the shape in consideration of the lens thickness more strictly.
[0050]
On the other hand, if the curvature radius of the surface is added to the fitting parameter, the curvature error is fitted according to the measurement result, so that the shape error can be reduced.
For example, in the case of a lens having a loose tolerance for the radius of curvature, the radius of curvature can be adjusted according to the measurement result, so that a small shape error, that is, a small shape correction amount can be calculated.
[0051]
It is also possible to use a part of the curved surface among the parts having a plurality of curved surfaces as a position reference, and calculate the position of another surface with respect to the position reference. First, setting errors are calculated for a plurality of curved surfaces used for position marks by the method described in claim 1. This setting error is a reference for the position. If the measurement result of the remaining surface is transformed with respect to the reference of this position, the measurement result based on the position mark is calculated, and the setting error is calculated once again, the setting error obtained is , The position of the surface with the position mark as a reference.
[0052]
The following method is also possible as a method for calculating a position of another surface with respect to the reference of the position by using a part of the curved surface among parts having a plurality of curved surfaces.
[0053]
The first coordinate transformation matrix representing the component setting error is converged using a plurality of curved surfaces used for the position mark, and the second coordinate transformation matrix representing the positional deviation of the surface is converged using the remaining curved surface. Since the converged first coordinate transformation matrix uses only the position mark data, it represents the coordinates based on the position mark. Since the same coordinate transformation is applied to the remaining curved surface, the coordinate transformation is performed to an expression based on the position mark. Therefore, the second coordinate conversion representing the positional deviation represents the positional deviation based on the position mark. This will be described in Embodiment 5.
[0054]
Further, when a part is manufactured by molding, the shrinkage rate in the molding can be calculated by using the measurement data of a plurality of surfaces by including the shrinkage rate in the parameters included in the design shape. This will be described in Embodiment 4.
[0055]
(First embodiment)
FIG. 1 shows a flowchart of the shape correction method in the first embodiment. FIG. 2 shows an example of a lens having two optical surfaces. FIG. 9 shows an example of a lens composed of two free-form surfaces. FIG. 11 shows the amount of correction processing.
[0056]
In FIG. 2, {p1} is a measurement data point group on the first surface, and is expressed using the coordinate system [Cp]. {P2} is a measurement data point group on the second surface, and is expressed using the coordinate system [Cp]. {D1} is the design shape of the first surface, and is expressed using the coordinate system [Cd]. {D2} is the design shape of the second surface and is expressed using the coordinate system [Cd].
[0057]
[Cp1] is a coordinate system representing the position of the first surface. (measurement data)
[Cp2] is a coordinate system representing the position of the second surface. (measurement data)
[Cd1] is a coordinate system representing the position of the first surface. (Design shape)
[Cd2] is a coordinate system representing the position of the second surface. (Design shape)
[0058]
The difference in position between the coordinate system [Cd] and the coordinate system [Cp] represents how much the actual part deviates from the designed position. That is, it represents a setting error. This is represented by coordinate transformation [T]. This coordinate transformation has six parameters (three parallel shifts and three rotational movements). These six parameters are collectively expressed as α.
That is, since the matrix [T] includes these parameters, it is expressed as [T (α)]. A calculation process is performed on the measurement data according to the calculation flow shown in FIG.
[0059]
Since the general operation of the flow chart has already been described, the partial operation will be described in detail here.
[0060]
The coordinate transformation in step 104 can be described in the form of matrix-vector multiplication using the matrix [T (α)] as follows.
[0061]
{Q1} = [T (α)] {p1}
{Q2} = [T (α)] {p2} (Formula 1)
[0062]
Considering the calculation by the method of least squares, the evaluation function in step 105 is the sum of squares of shape errors in the normal direction. That is,
f (q1, d1) + f (q2, d2) = Σ (({q1} − {d1}) · {n1}))2+ Σ (({q2} − {d2}) ・ {n2})2(Formula 2)
Here, {n1} and {n2} are normal vectors of the surface to be measured (refer to the reference above for the least square method, Mahito Negishi, Manabu Ando, Masahumi Takimoto, Akinobu Deguchi, Hiroji Narumi, Nobuo Nakamura and Hironori Yamamoto: An On-Machine Coordinate Measuring System for the Canon Super Smooth Polisher, SICE '94 Tokyo (1994), 941).
[0063]
The convergence determination in step 106 is determined to have converged when the evaluation value represented by Equation 1 no longer changes. When converged, all parameters α are obtained, and the coordinate transformation matrix [T] is determined. Then, at this time, the evaluation function defined by Equation 2 is the minimum, that is, the sum of the squares of the first surface shape error of the first term and the square sum of the second surface shape error of the second term. It has become.
[0064]
FIG. 9 shows an example of a lens whose upper surface is a free curved surface and whose lower surface is also a free curved surface. (A) The figure shows the design shape. In the figure, h is the thickness of the lens, and this value usually allows some variation. (B) The figure shows the measurement points. For simplicity of explanation, it is assumed that the shape error is zero and there is only a tilt error. Consider modifying the measured lens shape. First, the setting error and the shape error are calculated according to the procedure described so far. The conventional correction machining amount calculation has already been described with reference to FIG. FIG. 11 shows the amount of correction processing, that is, the shape error (109a and 109b in FIG. 1) obtained by the method according to the present invention. As described above, the evaluation value using the data of both the first surface and the second surface, that is, the sum of squares of the error represented by Equation 2 (step 105) is minimized, as shown in FIG. The amount of correction processing is much smaller than the conventional method.
[0065]
This embodiment has the following effects.
1) Since the setting error (6 degrees of freedom per part) can be calculated correctly, the shape measurement accuracy can be improved.
2) When the degree of freedom of the shape of one surface is small, for example, in the case of a plane, the position in the plane is not fixed, but it can be calculated because it is calculated using data of other surfaces. (However, if the first surface and the second surface are parallel planes, it is impossible.)
3) When the first and second surfaces are free-form surfaces, a much smaller correction amount can be calculated compared to the conventional method.
4) Since multi-surface data is used, calculation can be performed using more measurement points than data on only one surface. Therefore, even if abnormal data is included in the measurement point, the influence can be reduced by averaging.
[0066]
In this embodiment, since the evaluation function is defined as Equation 2, the shape errors of the first surface and the second surface are treated equally (the first term is the shape error of the first surface, the second term Is the second surface shape error). However, in order to preferentially fit one surface to the design shape, it is possible to apply a predetermined weight coefficient to each term. This is not described because the basic calculation procedure is the same.
[0067]
In this embodiment, after calculating the parameter correction amount (107), the parameter correction amount δαIt is also possible to perform convergence determination (106) based on whether or not is sufficiently small.
[0068]
Further, as described above, the setting error has a maximum of 6 degrees of freedom in parallel movement in the XYZ directions and rotation around the axis. In this embodiment, a lens composed of two free-form surfaces has been discussed. However, for example, in the case of an axisymmetric aspherical lens, the rotational attitude around the axis is not determined (because it is axially symmetric), so the rotation around the axis is excluded. It is desirable to think with 5 degrees of freedom. Even in that case, it is the same argument.
[0069]
Furthermore, in the present embodiment, the measurement point group is coordinate-transformed to fit the design shape, but conversely, the design shape may be coordinate-transformed to fit the measurement point group.
[0070]
Furthermore, in the present embodiment, the case of a component having two surfaces has been described, but the same applies to a component having three or more surfaces.
[0071]
(Second embodiment)
FIG. 12 shows a flowchart of the shape correcting method in the second embodiment. In FIG. 12, as an example of a lens having two optical surfaces, a lens having two free-form surfaces is shown in FIG. The correction processing amount will be described using the one shown in FIG.
[0072]
This embodiment is different from the first embodiment in that parameters are increased. That is, in the first embodiment, α (maximum 6 degrees of freedom) is assumed as a setting error parameter. However, there are other parameters in the design shape, and it may be desired to adjust according to the measured value. is there. For example, when it is desired to measure the radius of curvature of an aspheric lens, it is convenient if the parameter of the radius of curvature in the design value can be changed according to the measured value of the actual object. The parameter included in the first design shape d 1 is described as α1, the parameter included in the second design shape d 2 as α2, and the parameter of the setting error as α0. All these parameters are collectively described as α.
[0073]
In the flow chart of FIG. 12, first, a shape measurement data point group of each surface of a part composed of a plurality of surfaces is measured and prepared by a three-dimensional shape measuring device or the like. In the figure, a part consisting of two surfaces is assumed, and respective measurement data point groups {p1} and {p2} are prepared ((101a) and (101b)). Further, an initial value is substituted into a parameter α (parameters α0, α1, and α2) representing a setting error (103).
[0074]
A first design shape d1 is prepared (102a), and a parameter α1 included in the design shape is set (112a). A second design shape d2 is prepared (102b), and a parameter α2 included in the design shape is set (112b).
[0075]
The coordinate transformation function F including the setting error parameter α0 is used to transform the measurement point group {p1} into {q1} (104a). Similarly, the coordinate transformation function F including the parameter α0 is used to transform the measurement point group {p2} into {q2} (104b). Next, the sum f (q1, d1) + f (q2, d2) of the evaluation values for each measurement surface is calculated (105).
[0076]
Next, convergence determination is performed (106). The determination method of convergence is determined by the fact that the evaluation value is not changed in the iteration loop. If the convergence is determined in the convergence determination of 106, the design shape is subtracted from the first surface (108a), and the error shape of the first surface is obtained (109a). For the second surface, the design shape is subtracted (108b) to obtain the error shape of the second surface (109b). Further, the parameter α at the time of convergence is output (110). The parameter α includes a setting error α0, a parameter α1 included in the first design shape, and a parameter α2 included in the second design shape.
[0077]
On the other hand, in the convergence determination of 106, if the convergence does not occur, the parameter correction amount δ is improved so that the evaluation value improves.α(107), and the process is repeated again from the step (104) and the step (112) with the corrected parameter (111). Here, the evaluation function 105 is the square of the difference between the measurement points {pl} and {p2} and the design shapes d1 and d2, and the parameter correction amount is 107. The evaluation value is stopped with respect to the parameter correction amount. Calculate with conditions. The evaluation function is given by the same expression 2 as in the first embodiment.
[0078]
By calculating in this way, a parameter α representing a setting error of 6 degrees of freedom can be calculated using a plurality of surfaces, so that a correct setting error can also be calculated in the case of measuring a part made up of a plurality of curved surfaces. In addition, even if the shape of the first surface is a plane and the shape cannot be defined with 6 degrees of freedom, the evaluation function is defined using the data of the second surface. Is possible. Since the setting error, that is, the position where the part is attached can be accurately known, the shape measurement accuracy is improved. In addition, since multi-surface data is used, calculation can be performed using more measurement points than data on only one surface. Therefore, even if abnormal data is included in the measurement point, the influence can be reduced by averaging.
[0079]
As examples of parameters included in the design shape, the radius of curvature of the lens and the thickness h of the lens (see FIG. 9) can be considered. However, the parameters α do not converge unless they are independent of each other. For example, the vertical positions Z1 and Z2 in the first and second design shapes cannot be calculated. This is because the vertical position of the entire part is already included in the setting error parameter α0 and originally represents the same thing.
[0080]
FIG. 9 is an example of a lens whose upper surface is a free curved surface and whose lower surface is also a free curved surface as described above. FIG. 9A shows a design shape, and FIG. 9B shows a measurement point. For simplicity of explanation, it is assumed that the shape error is zero and there is only a tilt error. Consider modifying the measured lens shape. First, the setting error and the shape error are calculated according to the procedure described so far. The conventional correction machining amount calculation has already been described with reference to FIG. The amount of correction processing, that is, the error shape (109a and 109b in FIG. 12) obtained by the method according to the present embodiment is an evaluation value using both the data on the first surface and the second surface, that is, the error represented by Equation 2. Since the sum of squares (step 105) is determined so as to be minimized (since the least square method is used), the amount of correction processing can be reduced in the form as shown in FIG.
[0081]
The present embodiment has the following effects in addition to the case of the first embodiment.
1) Since the parameters included in the design shape can be changed so as to reduce the shape error, the shape error can be further reduced. Accordingly, the amount of correction processing is also reduced. If the amount of correction processing is small, the processing accuracy is improved as described above, and the processing time is shortened, so that the processing cost can be reduced.
2) Even if the object to be measured has an unknown shape, the parameters included in the assumed design shape can be determined according to the shape. Design parameters for an unknown shape can be determined (eg, the radius of curvature of a spherical lens).
[0082]
Also in the present embodiment, after calculating the parameter correction amount (107), the parameter correction amount δαIt is also conceivable to perform the convergence determination (106) depending on whether or not is sufficiently small.
[0083]
In the present embodiment, the measurement point group is coordinate-transformed to fit the design shape, but conversely, the design shape is coordinate-transformed and fitted to the measurement point group.
[0084]
Further, in the present embodiment, the case of a component having two surfaces has been described, but the same applies to a component having three or more surfaces.
[0085]
(Third embodiment)
FIG. 13 shows a flowchart of the third embodiment. This embodiment will be described using an example of a lens composed of a free curved surface and a plane shown in FIG. 3 and an example of a lens composed of a free curved surface and a spherical surface shown in FIG. 4 and 7 show calculation results with a large amount of correction calculated by the conventional method for each lens. Figures 5 and 8 show the results of calculation with a small amount of correction. FIG. 23 shows a list of parameters used for fitting calculation.
[0086]
The present embodiment is different from the second embodiment in the portion of coordinate transformation in 104 steps.
As described in the first embodiment, this coordinate transformation can be defined by multiplication with a matrix including a setting error as a parameter (Formula 1). The present embodiment is characterized in that the types of parameters used are different between the first surface and the second surface.
[0087]
Next, how to select this parameter for several types of cases will be described.
[0088]
First, consider a lens having a free-form surface and a flat surface as shown in FIG. As shown in the figure, the vertical direction is the Z axis. As shown in Fig. 4, with the conventional setting error correction for each surface, even if the upper surface is machined (Fig. 4 (a)) or when the lower surface is machined (Fig. 4 (b)), the amount of correction is large. Become. Therefore, a parameter is selected as follows to obtain a small correction amount. The lens thickness h is taken as the parameters on the free-form surface side of the upper surface as parameters included in the X, Y, and Z direction translations of the setting error, the rotation θz around the Z axis, and the design shape. The lens thickness h is taken as the parameter of the lower plane and the Z axis translation of the setting error, the rotation θx around the X axis and the rotation θy around the Y axis, and the parameters included in the design shape. When calculated in this way, the lower plane has two upper and lower Z and two degrees of freedom of rotation, so that the measurement point group can coincide with the plane that is the design shape. This is because it is possible to define the position of the plane with the Z position and two tilt angles. For the upper surface, the remaining parameters are adjusted so as to reduce the shape error. As a result, as shown in FIG. 5, the design shape and the measurement result are completely coincident with each other on the lower surface, and the fitting with which the shape error is minimized while the lower surface is fitted to the upper surface is realized. Thereby, a correction amount that is much smaller than the correction amount of FIG. 4, that is, an error shape can be calculated.
[0089]
Also, taking the movement in the Z direction, rotation θx, θy, and lens thickness h as the lower surface parameters, and taking the lens thickness h as the upper surface parameters, the upper and lower Z and two degrees of freedom of rotation are obtained for the lower surface plane. Therefore, it is possible to make the measurement point group coincide with the plane that is the design shape. On the other hand, for the free-form surface on the upper surface, only the lens thickness h is obtained, so the same calculation result as the conventional one shown in FIG. 4 (a) can be obtained.
[0090]
Similarly, it is possible to select a parameter that gives the result of FIG.
[0091]
Next, consider a lens having a free-form surface and a spherical surface shown in FIG. As shown in the figure, the vertical direction is the Z axis. As described above, with the conventional setting error correction for each surface, the amount of correction is large even when the upper surface is processed (FIG. 7A) or when the lower surface is processed (FIG. 7B). Therefore, parameters are selected as follows and a small correction amount is obtained.
[0092]
The parameters on the free curved surface side of the upper surface are set errors Z, θx, θy, θz and the lens thickness h, and the spherical parameters on the lower surface are set error XYZ and the lens thickness h. When calculated in this way, the spherical surface on the lower surface has XYZ degrees of freedom, so that the measurement point group can be matched with the spherical surface that is the design shape. This is because it is possible to define the position of the sphere with three degrees of freedom of XYZ at the center of the sphere.
For the upper surface, the remaining parameters are adjusted so as to reduce the shape error. As a result, as shown in FIG. 8, the design shape and the measurement result are completely coincident with each other on the lower surface, and the fitting with which the shape error is minimized under the condition of fitting the lower surface with respect to the upper surface is realized. Thereby, a much smaller correction amount than the correction amount in FIG. 7 can be calculated.
[0093]
Also in this case, taking the movement in the X, Y, and Z directions and the lens thickness h as the lower surface parameters and the lens thickness h as the upper surface parameters, the lower spherical surface has three degrees of freedom of X, Y, and Z. Therefore, it is possible to make the measurement point group coincide with the spherical surface as the design shape. On the other hand, for the free-form surface on the upper surface, only the lens thickness h is obtained, so that the same calculation result as that shown in FIG.
[0094]
Similarly, it is possible to select a parameter that gives the result of FIG.
[0095]
In the case of a lens composed of two free-form surfaces, the method is the same as that described in the first embodiment.
[0096]
The method of selecting the parameters described above is summarized as shown in the following table of FIG. This is the same even if the lens thickness parameter h is removed from the table. In this case, the correction amount when the lens thickness is set to the design value can be calculated. The same applies if a parameter for the radius of curvature is added. In this case, the radius of curvature can be calculated according to the measurement result.
[0097]
When the upper surface is a free-form surface and the lower surface is a cylindrical surface parallel to the Y axis, the upper surface parameters are Z, θy, h, and the lower surface parameters are X, Y, Z, θx, θz, h. Then, in order to define the cylindrical surface, there are parameters of a total of five degrees of freedom of θx and θz that determine the position LXYZ of the central axis of the cylinder and the direction of the axis, so that the measurement data and the design shape can be completely matched. On the other hand, with respect to the free-form surface, the measurement data and the design shape are fitted so that the shape error is minimized with the remaining degrees of freedom while maintaining the conditions.
[0098]
In the present embodiment, in addition to the effects of the second embodiment, the following effects are obtained.
1) A small correction amount can be obtained for a lens composed of a free-form surface and a flat surface.
2) A small correction amount can be obtained for a lens composed of a free-form surface and a spherical surface.
3) A small correction amount can be obtained for a lens composed of a free-form surface and a cylindrical surface.
[0099]
In the present embodiment, a component composed of a free curved surface and a plane or a spherical surface has been described. However, a free curved surface may be an axisymmetric aspherical surface. However, in this case, since the rotation around the axis of the axisymmetric aspherical shape is not originally determined, it must be excluded from the fitting parameters.
[0100]
In the present embodiment, a free-form surface and a plane component have been described, but the same applies to a plane having a very large curvature radius. For example, of course, the deviation from the plane is at the same level as the resolution of the measuring device.
[0101]
In the present embodiment, the free-form surface and the spherical part have been described, but the spherical surface is the same for a curved surface shape having a very small amount of aspheric surface. For example, it goes without saying that the deviation from the spherical surface is at the same level as the resolution of the measuring device.
[0102]
Also in the present embodiment, after calculating the parameter correction amount (107), the parameter correction amount δαIt is also conceivable to perform the convergence determination (106) depending on whether or not is sufficiently small.
[0103]
In the present embodiment, a two-part component including only one free-form surface has been described, but the same is true if the number of free-form surfaces is further increased. In this case, all parameters of the free-form surface are the same as those of the upper surface in FIG. Since the operation and the effect are the same, the description is omitted.
[0104]
Also, in this embodiment as in the previous embodiment, the measurement point group is coordinate-transformed to fit the design shape, but conversely, the design shape is coordinate-transformed to fit the measurement point group. is there.
[0105]
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment is a case where a plastic free-form surface prism having three surfaces is manufactured, and will be described with reference to FIGS. 14, 15, 16, and 17. FIG. FIG. 14 shows a trihedral free-form prism. Fig. 14 (a) shows the design shape of the three free-form surfaces and the three coordinate systems representing their positions. FIG. 14 (b) shows a measurement point group of a plastic molded product measured with a three-dimensional shape measuring apparatus or the like. In the case of a plastic molded product, shrinkage immediately after molding or expansion due to humidity can be considered. Therefore, as shown in FIG. This enlargement factor can be included in the design shape parameters. This is calculated as follows, for example.
[0106]
First, the design shape shown in FIG. 14 (a) is calculated. Next, multiply the XYZ coordinate value of the calculated point by m. Now, a shape enlarged or reduced by m times around the origin can be calculated. Using this design shape and measurement point group, the correction amount calculation according to the present invention is performed. The calculation procedure is the same as that already described in the second embodiment with reference to FIG. However, in the case of the second embodiment, the fitting is made on only two surfaces, while the three surfaces are fitted. In addition to the six degrees of freedom of setting error (X, Y, Z, θx, θy, θz), the parameter uses an enlargement factor m included in the design shape.
[0107]
FIG. 16 shows the shape error thus calculated, that is, the correction amount. Since the parameters are adjusted so that the square sum of the shape errors of all three surfaces is minimized, a small correction amount can be calculated.
[0108]
FIG. 17 shows how to use the obtained correction amount. In this embodiment, since plastic molding is considered, it is necessary to correct the shape of the mold. The procedure of FIG. 17 will be described. First, a mold is manufactured (201) and molded using the mold (202). The shape of the molded product is measured (203), and the correction amount is calculated (204). This correction amount is obtained by the method described in the second embodiment. Next, it is determined whether the correction amount, that is, the error shape has reached the desired accuracy (205). If the accuracy is still insufficient in step 205, the error shape is subtracted from the die shape to obtain the next die shape (206 ), The process returns to step 201.
If the accuracy is sufficient in step 205, the correction amount obtained in step 204 is subtracted from the mold shape, and this is repeated from step 201 as a new mold shape.
[0109]
This embodiment has the following effects in addition to the case shown in the second embodiment.
1) The shrinkage rate can be calculated. Since the properties of the material can be checked with this, the mold can be manufactured in anticipation of the shrinkage rate checked in advance when molding with the same material next time.
2) Since the parameters are adjusted so that the square sum of the shape errors of all three surfaces is minimized, a small correction amount can be calculated.
[0110]
In the present embodiment, the plastic molded product has been described, but the same applies to a glass molded product.
[0111]
In the present embodiment, a three-part component has been described, but the same applies to four or more parts. Although it has been described in the present embodiment that the shrinkage rate can be included in the fitting parameter, other parameters included in the design shape can be included in the fitting parameter as well. For example, a radius of curvature can be considered.
[0112]
(Fifth embodiment)
The fifth embodiment is a case where a part having four free-form surfaces is used as a position reference, and three of the four parts are used as position references, and the positional deviation error of the remaining one free-form surface is calculated. FIG. 18 explains the shape of the component, FIG. 19 explains the coordinate system used in the design shape, and FIG. 20 explains the flowchart.
[0113]
FIG. 18 shows a mirror component 5 having first, second, and third free-form surfaces 1, 2, and 3, and a fourth free-form surface 4. The objective is to use the first, second, and third free-form surfaces as positioning marks (position marks) for this part, and to measure the position error of the fourth surface with reference to the positioning marks. Such an optical component can be positioned with higher accuracy than the three position marks. FIG. 19 shows the coordinate diameter [Cd] representing the design position and the coordinate systems [Cd1], [Cd2], [Cd3], and [Cd4] representing the design position of each surface. Although there are four surfaces, the flowchart is the same as that of the third embodiment (FIG. 13).
[0114]
However, the fitting parameters used on the first, second, and third surfaces are X, Y, Z, θx, θy, and θz with 6 degrees of freedom. This is α0. The fourth surface uses a coordinate transformation matrix from the coordinate system [Cd] representing the design position to the coordinate system [Cd4] representing the position of the fourth surface (generally having six degrees of freedom). This is α1. This parameter and the coordinate transformation matrix represent the positional deviation error of the fourth surface. That is, the parameters used for fitting are 12 in total including α0 and α1. Together, this is written as α.
[0115]
FIG. 20 shows a flowchart of the fifth embodiment. First, a shape measurement data point group on each surface of a component composed of a plurality of surfaces is measured by a three-dimensional shape measuring device or the like and prepared. In the figure, since the component consists of four surfaces, respective measurement data points {p1}, {p2}, {p3}, {p4} are prepared ((101a), (101b), (101c), (101d)). An initial value is substituted into a parameter α (parameters α0 and α1) representing a setting error (103). The first design shape d 1 is prepared (102a), the second design shape d 2 is prepared (102b), the third design shape d 3 is prepared (102c), and the fourth design shape d 4 is prepared. Preparation (102d), using the coordinate transformation function Fl including the parameter α0 of the setting error, the coordinate transformation of the measurement point group {P1} to {q1} (104a), and the measurement point group {p2} to {q2} The coordinates are transformed (104b), and the measurement point group {p3} is transformed into {q3} (104c). On the other hand, the measurement point group {p4} is also transformed into {q4 '} (104d).
[0116]
As shown in the first embodiment, the coordinate transformation function F1 can be described in the form of multiplication of the following matrix and vector.
[0117]
{Q1} = [T (α0)] {pl}
{Q2} = [T (α0)] {p2}
{Q3} = [T (α0)] {p3}
{Q4 '} = [T (α0)] {p4} (Formula 3)
[0118]
Further, the coordinate conversion function F2 including the positional error error parameter α1 is used to coordinate-transform the measurement point group {q4 ′} into {q4} (113).
[0119]
{Q4} = [T (α1)] {q4} (Formula 4)
This coordinate transformation is the same as in Equation 3, except that the parameter is α1.
[0120]
Next, the sum f (q1, d1) + f (q2, d2) + f (q3, d3) + f (q4, d4) of the evaluation values for each measurement surface is calculated (105).
[0121]
Next, convergence determination is performed (106). The determination method of convergence is determined by the fact that the evaluation value is not changed in the iteration loop. If the convergence is determined in the convergence determination of 106, the design shape is subtracted from the first surface (108a), and the error shape of the first surface is obtained (109a). Similarly, the design shape of the second surface is subtracted (108b), the error shape of the second surface is obtained (109b), the design shape of the third surface is subtracted (108c), and the error shape of the third surface is obtained. (109c), the design shape is subtracted from the fourth surface (108d), and the error shape of the fourth surface is obtained (109d). Further, the parameter α at the time of convergence is output (110). The parameter α includes a setting error α0 and a fourth surface misalignment error α1. On the other hand, in the convergence determination of 106, if the convergence does not occur, the parameter correction amount δ is improved so that the evaluation value improves.α(107) and repeat from step (104) again with the modified parameter (111).
[0122]
Here, the evaluation function of 105 is set to the square of the difference between the measurement points {pl} to {p4} and the design shapes d1 to d4, and the parameter correction amount of 107 is the evaluation value is stopped with respect to the parameter correction amount. Calculate with conditions. The evaluation function is given by the following equation as in the first embodiment.
[0123]
f (q1, d1) + f (q2, d2) + f (q3, d3) + f (q4, d4)
= Σ (({q1} − {d1}) ・ {n1}))2+ Σ (({q2} − {d2}) ・ {n2})2
+ Σ (({q3} − {d3}) ・ {n3}))2+ Σ (({q4} − {d4}) ・ {n4})2        (Formula 5)
[0124]
As described above, in the present embodiment, the setting error can be determined as the parameter α0 calculated based on the positions of the three surfaces 1, 2, and 3. Further, the positional deviation error of the fourth surface can be determined as the parameter α1. Also, the shape error of the first to fourth surfaces can be calculated.
[0125]
In the present embodiment, the case of a component having four surfaces has been described, but the same applies to a case where there are more surfaces.
[0126]
In the present embodiment, the same applies even if a parameter included in the design shape, for example, a radius of curvature is added to the fitting parameter. In the present embodiment, the three free-form surfaces used as position marks can be handled in the same way even if they are spherical surfaces.
[0127]
As in the previous embodiments, in this embodiment, the measurement point group is coordinate-transformed to fit the design shape, but conversely, the design shape is coordinate-transformed and fitted to the measurement point group.
[0128]
【The invention's effect】
As explained above, according to the present invention,
1) Setting errors can be calculated accurately even for parts consisting of multiple curved surfaces.
2) Since setting errors can be calculated accurately, measurement accuracy can be improved.
3) Since multi-sided data is used, calculation is performed using more data than single-sided data. Therefore, even if abnormal data is included in the measurement points, the influence can be reduced by averaging.
4) Even if the surface has few degrees of freedom, such as a plane or sphere, the data for other surfaces are also used, so the setting error can be calculated correctly.
5) Since the calculation is performed so that the shape error of multiple curved surfaces is small, a small shape error and therefore a small amount of shape correction can be calculated.
6) Since a small amount of shape correction can be calculated, the cost required for correction can be reduced. In particular, when the shape is corrected by polishing or the like, since the removal amount is small, the influence of the removal error is reduced, and high-precision machining is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a lens having a free-form surface according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a lens including a free-form surface and a flat surface.
FIG. 4 is a diagram showing a calculation result with a large amount of correction calculated by a conventional method.
FIG. 5 is a diagram illustrating a calculation result with a small correction amount.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a lens including a free-form surface and a spherical surface.
FIG. 7 is a diagram showing a calculation result with a large amount of correction calculated by a conventional method.
FIG. 8 is a diagram showing a calculation result with a small correction amount.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a lens including two free-form surfaces.
FIG. 10 is a diagram showing a calculation result with a large amount of correction calculated by a conventional method.
FIG. 11 is a diagram illustrating a calculation result with a small correction amount.
FIG. 12 is a flowchart showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a flowchart showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a three-surface free-form surface prism for explaining a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram for explaining a shrinkage rate.
FIG. 16 is a diagram showing a calculation result with a small correction amount for explaining a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a flowchart for explaining a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a diagram showing an optical component composed of four free-form surfaces for explaining the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a diagram showing four coordinate systems for explaining a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a flowchart for explaining a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a diagram for explaining the operation of a conventional shape measuring apparatus.
FIG. 22 is a flowchart illustrating a conventional calculation operation.
FIG. 23 is a table of parameters according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
{P1} Measurement data point group on the first surface
{P2} Measurement data point group on the second surface
{Dl} Design shape of the first surface
{D2} Design shape of second surface
[Cp] Coordinate system used to represent measurement data point cloud
[Cd] Coordinate system used to represent design shape
[Cp1] A coordinate system representing the position of the first surface is used. (measurement data)
[Cp2] A coordinate system representing the position of the second surface is used. (measurement data)
[Cdl] A coordinate system representing the position of the first surface is used. (Design shape)
[Cd2] A coordinate system representing the position of the first surface is used. (Design shape)
1 First free-form surface
2 Second free-form surface
3 Third free-form surface
4 Fourth free-form surface
5 Parts with 4 free-form surfaces

Claims (13)

複数の面をもつ部材に対し、該複数の面それぞれの3次元的な形状測定結果と、該複数の面それぞれの設計形状と、の間の差を示す評価値が最小となるように前記形状測定結果ないし前記設計形状の座標変換を行った時の、前記形状測定結果と前記設計形状との間の誤差情報を求めることを特徴とする形状評価方法。For a member having a plurality of surfaces, the shape is such that the evaluation value indicating the difference between the three-dimensional shape measurement result of each of the plurality of surfaces and the design shape of each of the plurality of surfaces is minimized. A shape evaluation method for obtaining error information between the shape measurement result and the design shape when coordinate conversion of the measurement result or the design shape is performed. 前記3次元的な形状測定結果は点群データとして得られる請求項1記載の形状評価方法。The shape evaluation method according to claim 1, wherein the three-dimensional shape measurement result is obtained as point cloud data. 前記座標変換は座標変換行列を用いて実行される請求項1記載の形状評価方法。The shape evaluation method according to claim 1, wherein the coordinate transformation is performed using a coordinate transformation matrix. 前記評価値は前記形状測定結果ないし前記設計形状の座標変換を行った時の、各面毎の前記形状測定結果と前記設計形状との間の形状差の二乗和の合計である請求項1記載の形状評価方法。2. The evaluation value is a sum of square sums of shape differences between the shape measurement result and the design shape for each surface when coordinate conversion of the shape measurement result or the design shape is performed. Shape evaluation method. 前記座標変換のパラメータ、ないし前記設計形状に含まれるパラメータを、前記評価値の変化が無くなる方向の値に修正し、該修正後に改めて座標変換を行ったときの前記評価値を求める一連のループを、該評価値が収束するまで実行することで、評価値が最小となる座標変換を求める請求項1記載の形状評価方法。A series of loops for correcting the coordinate conversion parameter or the parameter included in the design shape to a value in a direction in which the evaluation value does not change and obtaining the evaluation value when coordinate conversion is performed again after the correction is performed. The shape evaluation method according to claim 1, wherein coordinate transformation that minimizes the evaluation value is obtained by executing until the evaluation value converges. 前記複数の面が平面と自由曲面であり、前記座標変換パラメータは前記平面については面外方向位置と2方向の面傾斜、前記自由曲面については3方向位置及びその他の方向の傾斜である請求項5記載の形状評価方法。The plurality of surfaces are a plane and a free-form surface, and the coordinate transformation parameters are an out-of-plane direction position and a 2-direction surface inclination for the plane, and a 3-direction position and other-direction inclination for the free-form surface. 5. The shape evaluation method according to 5. 前記複数の面が球面と自由曲面であり、前記座標変換パラメータは前記球面については3方向位置、前記自由曲面については1方向位置及び3方向の傾斜である請求項5記載の形状評価方法。The shape evaluation method according to claim 5, wherein the plurality of surfaces are a spherical surface and a free-form surface, and the coordinate conversion parameters are a three-direction position for the spherical surface and a one-direction position and a three-direction inclination for the free-form surface. 前記複数の面のうちの1つが軸対称非球面であり、該軸対称非球面に関する前記座標変換パラメータは該軸対称非球面の軸周りの回転を除く5自由度の位置傾斜である請求項5記載の形状評価方法。6. One of the plurality of surfaces is an axisymmetric aspheric surface, and the coordinate transformation parameter relating to the axisymmetric aspheric surface is a position inclination of 5 degrees of freedom excluding rotation about the axis of the axisymmetric aspheric surface. The shape evaluation method described. 前記各面について更に前記部材の厚さを前記座標変換パラメータとする請求項6〜8のいずれかに記載の形状評価方法。The shape evaluation method according to claim 6, wherein the thickness of the member is further used as the coordinate conversion parameter for each of the surfaces. 更に前記部材の伸縮率を前記座標変換パラメータとする請求項5に記載の形状評価方法。Furthermore, the shape evaluation method of Claim 5 which uses the expansion-contraction rate of the said member as the said coordinate conversion parameter. 前記複数の面が複数の曲面であり、該複数の曲面のうちの一部の曲面に対して前記形状測定結果と前記設計形状の間の差を示す第1評価値と、前記複数の曲面の内の残りの曲面に対して、前記一部の曲面と同じ第1の座標変換を実行された形状測定結果と前記設計形状の間の差を示す第2評価値と、の和が最小となるような、前記一部の曲面に関する前記形状測定結果ないし前記設計形状の第1の座標変換と前記残りの曲面に関する前記第1の座標変換を実行された形状測定結果ないし前記設計形状の第2の座標変換を求める請求項1記載の形状評価方法。The plurality of surfaces are a plurality of curved surfaces, and a first evaluation value indicating a difference between the shape measurement result and the design shape with respect to a part of the curved surfaces, and the plurality of curved surfaces For the remaining curved surfaces, the sum of the shape measurement result obtained by performing the same first coordinate transformation as the partial curved surface and the second evaluation value indicating the difference between the design shapes is minimized. The shape measurement result for the partial curved surface or the first coordinate transformation of the design shape and the shape measurement result or the second of the design shape for which the first coordinate transformation for the remaining curved surface is executed. The shape evaluation method according to claim 1, wherein coordinate transformation is obtained. 請求項1乃至11のいずれかの形状評価方法を用いて得られた前記誤差を修正するように前記部材を加工することを特徴とする部品製造方法。12. A component manufacturing method, wherein the member is processed so as to correct the error obtained by using the shape evaluation method according to claim 1. 請求項1乃至11のいずれかの形状評価方法を用いて前記部材の形状誤差を評価することを特徴とする形状評価装置。A shape evaluation apparatus that evaluates a shape error of the member using the shape evaluation method according to claim 1.
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