JP5389579B2 - 表面形状の測定方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、被検物であるワークの姿勢を制御して単位走査量あたりの変位量を適切にしつつワークの表面形状を走査して表面形状の測定を行う表面形状測定装置が記載されている。
ゴミや異物の影響を受けにくく、また欠落しているデータを補間した当てはめが行えるため、被検物の実際の表面形状に即した補間値または近似値が算出できる。また、当てはめを行う対象である表面形状データの一部の点列データに対して、各点ごとに重み付けを変えることができるので、ノイズを好適に除去して取得される表面形状データの精度を向上させることができる。
ユーザの逐次判断によらず、自動的にノイズ等を排除することができるので、フィッティングの効率をさらに向上させることができる。
本発明の表面形状測定方法によれば、補正量算出のための処理を簡略化することができる。
この場合、補正量算出のための処理を簡略化することができる。
図1は、本実施形態の表面形状の測定方法(以下、単に「形状測定方法」と称する。)を行う表面形状測定装置(以下、単に「形状測定装置」と称する。)1の一例を示す図である。形状測定装置1は、プローブ11が取り付けられた触針子部10と、被検物100が支持される被検物保持部20と、触針子部10を移動させるためのY軸駆動機構30と、被検物保持部20を移動させるためのX軸駆動機構40と、形状測定装置1全体の動作制御及び取得された表面形状データの処理を行うパソコン50とを備えている。
プローブ11は公知の構成のものを適宜選択して採用可能であり、静圧軸受12内を滑らかに摺動可能に静圧軸受12に挿通されている。静圧軸受12はプローブ11を前方に向けてベース平板14上に固定される。プローブ11の後端側には、プローブ11の変位量を検出するための変位計15が取り付けられている。
なお、本実施形態では、測定される表面が球面状の被検物を示しているが、測定される表面の形状には特に制限はない。
本形状測定方法は、被検物100の部分表面形状データを複数取得する部分形状データ取得工程S10と、部分表面形状データの一部に対する近似曲線を取得する近似曲線取得工程S20と、得られた近似曲線に基づいて、各部分表面形状データの補正量を算出する補正量算出工程S30と、得られた補正量に基づいて部分表面形状データの座標変換を行う座標変換工程S40と、座標変換後の部分形状データをつなぎ合わせて被検物全体の表面形状データを取得する部分形状データ統合工程S50とを備えている。
任意の領域の選択は使用者が自由に行うことができるが、説明の便宜上、以下では、プローブ11と被検物100とが正対して取得された領域R1(第1の領域)の部分表面形状データ(第1表面形状データ)をマスターデータとして、周辺の領域R2ないしR5(第2の領域)のフィッティングを行う例を説明する。
同様の手順で、パソコン50は、領域R1の重複領域SR3における指標領域の近似曲線を取得する。
このとき、基準となる領域R1の指標領域の部分表面形状データが近似曲線を取得することによって関数化されているので、微分等を容易に行うことによってチルト量等も容易に算出することができるほか、それ以外の補正パラメータ(例えば、拡大・縮小等)も自由に導入することができる。
さらに、パソコン50は領域R3及びR4の部分表面形状データについて、重複領域SR3内の指標領域の表面形状データを取り出し、同様の手順で領域R3及びR4の補正量を算出する。こうして、フィッティングにより統合される領域R2ないしR5のすべてに対してそれぞれ異なる補正量が算出される。
したがって、ゴミ等の不純物や測定エラーによる不正値を排除して、より正確な近似曲線に基づくデータ統合を行うことができ、精度の高い表面形状データを得ることができるとともに、関数化により補正パラメータの自由度が増し、汎用性の高いフィッティングを行うことができる。
さらに、揺動部22の挙動に機械的誤差が発生しやすいような場合であっても、このような誤差が適切に排除されて、高精度な表面形状測定を行うことができる。
また、近似曲線を取得する際の座標の重み付けについては、特定の周波数に相当する周期の点列データの重み付けを変化させる、いわゆる周波数フィルタを用いて行ってもよい。この場合、ノイズ除去作業を自動化することができ、より容易に表面形状測定を行うことができる。
ただし、NURBS関数を用いた場合、座標に対する重み付けは、1かゼロかの択一的なものでなく、ゼロから1まで無段階に設定することが可能である。したがって、例えば図5(a)に示したデータDMの点列データC1がノイズである可能性があるが、完全にノイズであるとも断定できない等の場合、NURBS関数を用いれば、図6に示すように、点列データC1に対して中間的な重み付けを行った近似曲線A3を取得することも可能である。このように、部分表面形状データに対してより細かい調整を行ってより精度の高い表面形状測定を行うことができる。
100 被検物
R1 領域(第1の領域)
R2、R3、R4、R5 領域(第2の領域)
S20 近似曲線取得工程
S30 補正量算出工程
S40 座標変換工程
Claims (5)
- プローブを被検物に接触させ、前記プローブと前記被検物とを相対移動させることにより、前記プローブに前記被検物の表面を走査させて前記被検物の表面形状を測定する表面形状の測定方法であって、
前記被検物の第1の領域の表面形状データである第1表面形状データを取得する第1取得工程と、
前記第1表面形状データと少なくとも一部が重複する前記被検物の第2の領域の表面形状データである第2表面形状データを取得する第2取得工程と、
前記第1表面形状データのうち、前記第2表面形状データと重複する領域のデータに対して、NURBS関数による当てはめを行って近似曲線を取得する近似曲線取得工程と、
前記近似曲線を用いて前記第2表面形状データの補正量を算出する補正量算出工程と、
算出された前記補正量に基づいて、前記第2表面形状データ全体を座標変換する座標変換工程と、
前記第1表面形状データと、前記座標変換が行われた前記第2表面形状データとを統合する工程と、
を備え、
前記近似曲線取得工程において、当てはめの対象となる前記第1表面形状データの点列データのうち、隣接する2つの点列データの差が所定値以上の場合に、前記2つの点列データの一方に対する前記NURBS関数の重み付けを小さくすることを特徴とする表面形状の測定方法。 - プローブを被検物に接触させ、前記プローブと前記被検物とを相対移動させることにより、前記プローブに前記被検物の表面を走査させて前記被検物の表面形状を測定する表面形状の測定方法であって、
前記被検物の第1の領域の表面形状データである第1表面形状データを取得する第1取得工程と、
前記第1表面形状データと少なくとも一部が重複する前記被検物の第2の領域の表面形状データである第2表面形状データを取得する第2取得工程と、
前記第1表面形状データのうち、前記第2表面形状データと重複する領域のデータに対して、NURBS関数による当てはめを行って近似曲線を取得する近似曲線取得工程と、
前記近似曲線を用いて前記第2表面形状データの補正量を算出する補正量算出工程と、
算出された前記補正量に基づいて、前記第2表面形状データ全体を座標変換する座標変換工程と、
前記第1表面形状データと、前記座標変換が行われた前記第2表面形状データとを統合する工程と、
を備え、
前記近似曲線取得工程において、当てはめの対象となる前記第1表面形状データの点列データのうち、所定の周波数に相当する周期の点列データの重み付けを変化させることを特徴とする表面形状の測定方法。 - プローブを被検物に接触させ、前記プローブと前記被検物とを相対移動させることにより、前記プローブに前記被検物の表面を走査させて前記被検物の表面形状を測定する表面形状の測定方法であって、
前記被検物の第1の領域の表面形状データである第1表面形状データを取得する第1取得工程と、
前記第1表面形状データと少なくとも一部が重複する前記被検物の第2の領域の表面形状データである第2表面形状データを取得する第2取得工程と、
前記第1表面形状データのうち、前記第2表面形状データと重複する領域のデータに対して、近似関数による当てはめを行って近似曲線を取得する近似曲線取得工程と、
前記近似曲線に対応する領域の前記第2表面形状データに対して、近似関数による当てはめを行って第2近似曲線を取得する第2近似曲線取得工程と、
前記近似曲線と、前記第2近似曲線との相関係数が最大となるように前記第2表面形状データの補正量を算出する補正量算出工程と、
算出された前記補正量に基づいて、前記第2表面形状データ全体を座標変換する座標変換工程と、
前記第1表面形状データと、前記座標変換が行われた前記第2表面形状データとを統合する工程と、
を備えることを特徴とする表面形状の測定方法。 - 前記第2取得工程において、前記被検物と前記プローブとが前記第1取得工程と異なる位置関係に変化されることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の表面形状の測定方法。
- 前記補正量算出工程において、前記近似曲線と、前記近似曲線に対応する領域の前記第2表面形状データとの差の自乗和が最小となるように前記補正量が算出されることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の表面形状の測定方法。
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