JP6758765B2 - Measurement method and measurement program - Google Patents
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本発明は測定方法および測定プログラムに関し、より詳しくは湾曲した対象物の表面高さを精度良く測定するための測定方法および測定プログラムに関する。 The present invention relates to a measuring method and a measuring program, and more particularly to a measuring method and a measuring program for accurately measuring the surface height of a curved object.
測定対象物の表面高さ、表面粗さ、3次元形状などを測定する測定方法として、光の干渉によって生じる干渉縞の輝度情報を利用する光干渉法が知られている。光干渉法においては、参照光路の光路長と測定光路の光路長とが一致するピント位置において各波長の干渉縞のピークが重なり合い合成され、干渉縞の輝度が大きくなることを利用している。したがって、光干渉法では、参照光路または測定光路の光路長を変化させながら干渉光強度の二次元の分布を示す干渉画像をCCDカメラ等の撮像素子により撮影する。そして、撮影視野内の各測定位置で干渉光の強度がピークとなるピント位置を検出することで、各測定位置における測定面の高さを測定し、測定対象物の三次元形状などを測定する(例えば、特許文献1〜3参照。)。
As a measuring method for measuring the surface height, surface roughness, three-dimensional shape, etc. of a measurement object, an optical interferometry method using brightness information of interference fringes generated by light interference is known. In the optical interferometry, the peaks of the interference fringes of each wavelength are overlapped and synthesized at the focus position where the optical path length of the reference optical path and the optical path length of the measurement optical path coincide with each other, and the brightness of the interference fringes is increased. Therefore, in the optical interferometry, an interferometric image showing a two-dimensional distribution of the interference light intensity is taken by an imaging element such as a CCD camera while changing the optical path length of the reference optical path or the measurement optical path. Then, by detecting the focus position where the intensity of the interference light peaks at each measurement position in the photographing field, the height of the measurement surface at each measurement position is measured, and the three-dimensional shape of the measurement object is measured. (See, for example,
しかしながら、測定の対象物の表面が湾曲している場合、測定値に表面の湾曲の状態が含まれてしまうことから、表面の凹凸状態や表面粗さなどを精度良く測定することは困難である。特に、測定の対象物が円筒状の内壁面(例えば、シリンダー内壁面)の場合、従来では、内壁面の一部をレプリカ剤に転写し、転写した形状をレーザ顕微鏡等で手動解析している。このような手動解析では、検査の信頼性や検査者による偏りが大きくなってしまう。 However, when the surface of the object to be measured is curved, the measured value includes the curved state of the surface, so that it is difficult to accurately measure the uneven state of the surface, the surface roughness, and the like. .. In particular, when the object to be measured is a cylindrical inner wall surface (for example, the inner wall surface of a cylinder), a part of the inner wall surface is conventionally transferred to a replica agent, and the transferred shape is manually analyzed with a laser microscope or the like. .. In such a manual analysis, the reliability of the inspection and the bias by the inspector become large.
本発明は、湾曲している対象物の表面を自動的に精度良く測定することができる測定方法および測定プログラムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a measuring method and a measuring program capable of automatically and accurately measuring the surface of a curved object.
上記課題を解決するために、本発明は、湾曲形状を有する対象物について測定ヘッドからの距離を測定して前記対象物の表面を測定する方法であって、対象物の測定範囲および凹凸の閾値を設定する工程と、対象物の湾曲形状を含む形状基準データを取得する工程と、測定範囲における対象物と測定ヘッドとの距離を測定して、対象物の表面の3次元データを取得する工程と、3次元データから形状基準データを除去して湾曲除去データを取得する工程と、湾曲除去データに基づき第1基準データを求め、第1基準データに対して閾値を超えるデータを湾曲除去データから除外して平均した第2基準データを求める工程と、第2基準データに対して閾値を超えるデータを湾曲除去データから抽出して凹凸の形状データを求める工程と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention is a method of measuring the surface of an object having a curved shape by measuring the distance from the measuring head, and the measurement range of the object and the threshold of unevenness. The process of setting, the process of acquiring shape reference data including the curved shape of the object, and the process of measuring the distance between the object and the measurement head in the measurement range and acquiring the three-dimensional data of the surface of the object. And the process of removing the shape reference data from the three-dimensional data to acquire the curvature removal data, the first reference data is obtained based on the curvature removal data, and the data exceeding the threshold value with respect to the first reference data is obtained from the curvature removal data. It is characterized by including a step of obtaining a second reference data obtained by excluding and averaging, and a step of extracting data exceeding a threshold value with respect to the second reference data from the curvature removal data and obtaining uneven shape data. ..
このような構成によれば、湾曲形状を有する対象物の表面について取得した3次元データから湾曲形状を含む形状基準データを除去するため、対象物の表面における湾曲の状態を除去したデータ(湾曲除去データ)を取得することができる。この湾曲除去データに基づく第1基準データに対して閾値を超えるデータを除外することで、表面の凹凸形状を除外した第2基準データを得ることができる。そして、第2基準データに対して再度閾値判定を行うことで、凹凸形状の判定を含めた精度の高い測定を行うことができる。 According to such a configuration, in order to remove the shape reference data including the curved shape from the three-dimensional data acquired for the surface of the object having the curved shape, the data obtained by removing the curved state on the surface of the object (curvature removal). Data) can be obtained. By excluding the data exceeding the threshold value from the first reference data based on the curvature removal data, the second reference data excluding the uneven shape of the surface can be obtained. Then, by performing the threshold value determination again on the second reference data, it is possible to perform highly accurate measurement including the determination of the uneven shape.
本発明の測定方法において、第2基準データに対して閾値を超えるデータを湾曲除去データから除外したデータを用いて対象物の表面粗さを求める工程をさらに備えていてもよい。これにより、湾曲形状および凹凸形状を含まない表面の粗さを求めることができる。 The measuring method of the present invention may further include a step of determining the surface roughness of the object by using the data excluding the data exceeding the threshold value from the curvature removal data with respect to the second reference data. This makes it possible to obtain the surface roughness that does not include the curved shape and the uneven shape.
本発明の測定方法において、凹凸の形状データは、凹凸の面積、面積率、体積、開口の最大値、開口の最小値および開口の平均値の少なくとも1つを含んでいてもよい。また、対象物の表面は、円筒、円錐、楕円筒および楕円錘のうちいずれかの内面であってもよい。また、測定ヘッドは、光干渉法によって距離を測定してもよい。 In the measuring method of the present invention, the shape data of the unevenness may include at least one of the area, the area ratio, the volume, the maximum value of the opening, the minimum value of the opening, and the average value of the opening. Further, the surface of the object may be the inner surface of any of a cylinder, a cone, an elliptical cylinder and an elliptical weight. Further, the measuring head may measure the distance by the optical interferometry.
本発明は、湾曲形状を有する対象物について測定ヘッドからの距離を測定して対象物の表面状態を測定する測定プログラムであって、コンピュータを、対象物の測定範囲および凹凸の閾値を設定する手段、対象物の湾曲形状を含む形状基準データを取得する手段、測定範囲における対象物と測定ヘッドとの距離を測定して、対象物の表面の3次元データを取得する手段、3次元データから形状基準データを除去して湾曲除去データを取得する手段、湾曲除去データに基づく第1基準データを求め、第1基準データから閾値を超えるデータを湾曲除去データから除外して平均した第2基準データを求める手段、第2基準データから閾値を超えるデータを湾曲除去データから抽出して凹凸の形状データを求める手段、として機能させる測定プログラムである。 The present invention is a measurement program that measures the surface state of an object by measuring the distance from the measurement head of the object having a curved shape, and means that a computer is used to set a measurement range of the object and a threshold of unevenness. , A means for acquiring shape reference data including the curved shape of the object, a means for measuring the distance between the object and the measurement head in the measurement range, and a means for acquiring three-dimensional data on the surface of the object, and a shape from the three-dimensional data. A means for removing the reference data and acquiring the curvature removal data, the first reference data based on the curvature removal data is obtained, and the second reference data averaged by excluding the data exceeding the threshold from the first reference data from the curvature removal data is obtained. It is a measurement program that functions as a means for obtaining, and a means for obtaining data on the shape of unevenness by extracting data exceeding a threshold value from the second reference data from the curvature removal data.
このような構成によれば、コンピュータによって、対象物の表面について取得した3次元データから湾曲形状を除去したデータ(湾曲除去データ)を取得し、この湾曲除去データに基づく第1基準データに対して閾値を超えるデータを除外する処理を行う。これにより、表面の凹凸形状を除外した第2基準データを得る。そして、第2基準データに対して再度閾値判定を行うことで、凹凸形状の判定を含めた精度の高い測定結果を算出することができる。 According to such a configuration, data obtained by removing the curved shape from the three-dimensional data acquired for the surface of the object (curved removal data) is acquired by a computer, and the first reference data based on the curved removal data is obtained. Performs processing to exclude data that exceeds the threshold value. As a result, the second reference data excluding the uneven shape of the surface is obtained. Then, by performing the threshold value determination again on the second reference data, it is possible to calculate a highly accurate measurement result including the determination of the uneven shape.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same members are designated by the same reference numerals, and the description of the members once described will be omitted as appropriate.
〔測定装置の全体構成〕
図1は、本実施形態に係る測定装置、より具体的には画像測定装置の全体構成を示す図である。
図1に示すように、本実施形態に係る画像測定装置1は、対象物Wの形状を測定する装置本体10と、装置本体10を制御するとともに、必要なデータ処理を実行するコンピュータシステム20と、を備える。なお、画像測定装置1は、これらのほかに、測定結果等をプリントアウトするプリンタ等を適宜備えていてもよい。本実施形態に係る画像測定装置1は、例えばシリンダの内壁のような、湾曲形状を有する対象物Wの測定に適している。
[Overall configuration of measuring device]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a measuring device according to the present embodiment, more specifically, an image measuring device.
As shown in FIG. 1, the image measuring
装置本体10は、架台11、ステージ12、X軸ガイド14および撮像ユニット15を含む。本実施形態において、X軸方向(X軸に沿った方向)とは、ステージ12の面に沿った一方向である。Y軸方向(Y軸に沿った方向)とは、ステージ12の面に沿った方向でX軸方向と直交する方向である。Z軸方向(Z軸に沿った方向)とは、X軸方向およびY軸方向と直交する方向である。Z軸方向は上下方向とも言う。また、X軸方向およびY軸方向は水平方向とも言う。
The apparatus
架台11は、例えば除振台3の上に配置され、外部の震動が架台11の上のステージ12や撮像ユニット15へ伝わることを抑制している。ステージ12は、架台11の上に配置される。ステージ12は、測定の対象物Wを載置する台である。ステージ12は、図示しないY軸駆動機構により架台11に対してY軸方向に移動可能に設けられる。
The
架台11の両側部には支持部13aおよび13bが設けられる。支持部13aおよび13bのそれぞれは架台11の側部から上方に延びるよう設けられる。X軸ガイド14はこの支持部13aおよび13bの上に、これらを跨ぐように設けられる。X軸ガイド14には撮像ユニット15が取り付けられる。
Support
撮像ユニット15は、図示しないX軸駆動機構によりX軸ガイド14に沿いX軸方向に移動可能に設けられ、Z軸駆動機構によってZ軸方向に移動可能に設けられる。このような駆動機構により、ステージ12上の対象物Wと、撮像ユニット15とのX軸、Y軸およびZ軸のそれぞれに沿った相対的な位置関係が設定可能になる。すなわち、この位置関係を調整することで、撮像ユニット15による撮像領域を対象物Wの測定領域に合わせることができる。
The
撮像ユニット15は、対象物Wの二次元画像を撮像する画像光学ヘッド151および光干渉測定により対象物Wの三次元形状を測定する光干渉光学ヘッド152を着脱可能に備え、いずれかのヘッドを用いて、コンピュータシステム20が設定する測定位置で対象物Wを測定する。
The
画像光学ヘッド151の測定視野は光干渉光学ヘッド152の測定視野よりも通常広く設定し、コンピュータシステム20による制御により、両ヘッドを切り替えて使用できる。画像光学ヘッド151と光干渉光学ヘッド152は、一定の位置関係を保つよう、共通の支持板により支持され、切り替えの前後で測定の座標軸が変化しないよう予めキャリブレーションされる。
The measurement field of view of the image
画像光学ヘッド151は、CCDカメラ、照明装置、フォーカシング機構等を備え、対象物Wの二次元画像を撮影する。撮影された二次元画像のデータはコンピュータシステム20に取り込まれる。
The image
光干渉光学ヘッド152は、例えば白色光干渉法によって対象物Wの形状測定を行う。本実施形態において光干渉光学ヘッド152は測定ヘッドの一例である。光干渉光学ヘッド152の詳細については後述する。
The optical interferometry
コンピュータシステム20は、コンピュータ本体201、キーボード202、マウス204およびディスプレイ205を備える。コンピュータ本体201は、装置本体10の動作等を制御する。コンピュータ本体201は、制御ボード等の回路(ハードウェア)およびCPUで実行されるプログラム(ソフトウェア)によって装置本体10の動作を制御する。また、コンピュータ本体201は、装置本体10から出力される信号に基づき対象物Wの情報を演算し、演算結果をディスプレイ205に表示する。
The
ジョイスティック203は、対象物Wを撮像する位置を設定する際に用いられる。すなわち、ユーザがジョイスティック203を操作することで、対象物Wと撮像ユニット15との相対的な位置関係が変化して、ディスプレイ205に表示される撮像領域の位置を調整することができる。
The
図2は、光干渉光学ヘッドの構成を例示する模式図である。
図2に示すように、光干渉光学ヘッド152は、光出射部200と、光干渉光学ヘッド部21と、対物レンズ部22と、参照ミラー部23と、結像レンズ24と、撮像部25と、駆動機構部26とを備える。
FIG. 2 is a schematic view illustrating the configuration of the optical interference optical head.
As shown in FIG. 2, the optical interference
光出射部200は、広帯域にわたる多数の波長成分を有しコヒーレンシーの低い広帯域光を出力する光源を備え、例えば、ハロゲンやLED(Light Emitting Diode)などの白色光源が用いられる。
The
光干渉光学ヘッド部21は、ビームスプリッタ211と、コリメータレンズ212とを備えている。光出射部200から出射した光は、対物レンズ部22の光軸と直角の方向から、コリメータレンズ212を介してビームスプリッタ211に平行に照射され、ビームスプリッタ211からは光軸に沿った光が出射されて、対物レンズ部22に対して上方から平行ビームが照射される。
The optical interference
対物レンズ部22は、対物レンズ221、ビームスプリッタ222等を備えて構成される。対物レンズ部22においては、上方から平行ビームが対物レンズ221に入射した場合、入射光は対物レンズ221で収束光となり、ビームスプリッタ222の内部の反射面222aに入射する。ここで、入射光は、参照ミラー231を有する参照光路(図中破線)を進む透過光(参照光)と、対象物Wを配置した測定光路(図中実線)を進む反射光(測定光)とに分割される。透過光は、収束して参照ミラー231で反射され、更にビームスプリッタ222の反射面222aを透過する。一方、反射光は、収束して対象物Wで反射され、ビームスプリッタ222の反射面222aにより反射される。参照ミラー231からの反射光と対象物Wからの反射光とはビームスプリッタ222の反射面222aにより合成されて合成波となる。
The
ビームスプリッタ222の反射面222aの位置で合成された合成波は、対物レンズ221で平行ビームになり上方へ進み、光干渉光学ヘッド部21を通過して、結像レンズ24に入射する(図2中一点鎖線)。結像レンズ24は合成波を収束させ撮像部25上に干渉画像を結像させる。
The combined wave synthesized at the position of the reflecting
参照ミラー部23は、上述のビームスプリッタ222により分岐された参照光路を進む透過光(参照光)を反射する参照ミラー231を保持する。対象物Wがシリンダの内壁の場合、内壁面はステージ12に対してほぼ垂直に配置される。このため、対物レンズ221による収束光をビームスプリッタ222で直角に(水平方向に)反射して、垂直に配置されるシリンダの内壁面に測定光を照射する。
The
撮像部25は、撮像手段を構成するための2次元の撮像素子からなるCCDカメラ等であり、対物レンズ部22から出力された合成波(対象物Wからの反射光と参照ミラー231からの反射光)の干渉画像を撮像する。撮像された画像のデータはコンピュータシステム20に取り込まれる。
The
駆動機構部26は、コンピュータシステム20からの移動指令によって、光干渉光学ヘッド152を光軸方向に移動させる。ここで、図3に示した対物レンズ部22の要部拡大図において、参照光路(光路1+光路2)と、測定光路(光路3+光路4)の光路長が等しいときに光路長差が0となる。したがって、駆動機構部26は、測定に際しては、光路長差0となるように、光干渉光学ヘッド152をビームスプリッタ222で反射された光線の光軸方向に水平に移動させることで測定光路の長さを調整する。なお、上記では光干渉光学ヘッド152を移動させる場合を例示して説明したが、ステージ12を移動させることで測定光路の長さを調整する構成としてもよい。このように、光干渉光学ヘッド152において、参照光路または測定光路の何れか一方の光路長が可変とされる。なお、対象物Wの測定面が水平方向に配置されている場合には、ビームスプリッタ222による参照光および測定光の透過および反射を逆にして、測定光を垂直方向に透過させるような光学系を適用してもよい。
The
光干渉光学ヘッド152は、コンピュータシステム20による制御の下、駆動機構部26により光軸方向の位置を移動走査されながら撮像部25による撮像を繰り返す。撮像部25により撮像された各移動走査位置での干渉画像の画像データはコンピュータシステム20に取り込まれ、測定視野内の各位置について、干渉縞のピークが生じる移動走査位置を検出し、対象物Wの測定面の各位置における高さが求められる。
Under the control of the
図4(a)〜(c)は、対象物および測定領域について説明する模式図である。
図4(a)は、湾曲形状を有する対象物Wの例を示す模式斜視図、図4(b)は、測定領域を例示する模式図、図4(c)は、3次元データと断面の例を示す模式図である。
本実施形態では、図4(a)に示すシリンダ内壁のような湾曲形状を有する対象物Wの形状測定を行う。光干渉光学ヘッド152は、内壁面Sの所定の領域を測定領域Rとして、内壁面Sに対して垂直な方向の距離を測定する。図4(b)には測定領域Rの1つが模式的に表される。
4 (a) to 4 (c) are schematic views illustrating an object and a measurement area.
FIG. 4A is a schematic perspective view showing an example of an object W having a curved shape, FIG. 4B is a schematic view illustrating a measurement region, and FIG. 4C is a three-dimensional data and a cross section. It is a schematic diagram which shows an example.
In the present embodiment, the shape of the object W having a curved shape such as the inner wall of the cylinder shown in FIG. 4A is measured. The optical interference
図4(c)に示すように、内壁面Sの3次元データには、測定領域Rに対応した撮像部25の各画素ごとに、内壁面Sに対して垂直な方向(深さ方向)の距離のデータが含まれる。内壁面Sに例えばピット(凹み)があると、基準面に対して低い値のデータとなる。このデータが閾値よりも低い場合にはピットであると判断される。
As shown in FIG. 4C, the three-dimensional data of the inner wall surface S includes the direction (depth direction) perpendicular to the inner wall surface S for each pixel of the
〔測定方法および測定プログラム〕
本実施形態に係る測定方法は、例えば上記のような画像測定装置1を用いて、図4(a)に示すような湾曲形状を有する対象物Wについて表面の測定を行う方法である。
測定方法は、次のような工程を有する。
(1)対象物Wの測定領域Rおよび凹凸の閾値を設定する工程
(2)対象物Wの湾曲形状を含む形状基準データを取得する工程
(3)測定領域Rにおける対象物Wと測定ヘッド(光干渉光学ヘッド152)との距離を測定して、対象物Wの表面の3次元データを取得する工程
(4)3次元データから形状基準データを除去して湾曲除去データを取得する工程
(5)湾曲除去データに基づく第1基準データを求め、第1基準データに対して閾値を超えるデータを湾曲除去データから除外して平均した第2基準データを求める工程
(6)第2基準データに対して閾値を超えるデータを抽出して凹凸の形状データを求める工程
[Measurement method and measurement program]
The measuring method according to the present embodiment is, for example, a method of measuring the surface of an object W having a curved shape as shown in FIG. 4A by using the
The measuring method has the following steps.
(1) Step of setting the measurement area R of the object W and the threshold value of the unevenness (2) Step of acquiring shape reference data including the curved shape of the object W (3) The object W and the measurement head in the measurement area R ( Step of measuring the distance from the optical interference optical head 152) and acquiring the three-dimensional data of the surface of the object W (4) The step of removing the shape reference data from the three-dimensional data and acquiring the curvature removal data (5) ) The process of obtaining the first reference data based on the curvature removal data, excluding the data exceeding the threshold from the first reference data from the curvature removal data, and obtaining the average second reference data (6) For the second reference data The process of extracting data that exceeds the threshold and obtaining the shape data of the unevenness
上記(1)〜(6)の各工程は、例えば、画像測定装置1のコンピュータシステム20や、装置本体10で取得した3次元データを読み込んだコンピュータによって実行されるプログラム(測定プログラム)によって実行される。コンピュータは、コンピュータシステム20に含まれていてもよい。
Each of the above steps (1) to (6) is executed by, for example, a program (measurement program) executed by the
図5は、コンピュータの構成を例示するブロック図である。コンピュータは、CPU(Central Processing Unit)311、インタフェース312、出力部313、入力部314、主記憶部315及び副記憶部316を備える。
FIG. 5 is a block diagram illustrating the configuration of a computer. The computer includes a CPU (Central Processing Unit) 311, an
CPU311は、各種プログラムの実行によって各部を制御する。インタフェース312は、外部機器との情報入出力を行う部分である。本実施形態では、装置本体10から送られる情報をインタフェース312を介してコンピュータに取り込む。また、コンピュータからインタフェース312を介して情報を装置本体10へ送る。インタフェース312は、コンピュータをLAN(Local Area Network)やWAN(Wide Area Network)に接続する部分でもある。
The
出力部313は、コンピュータで処理した結果を出力する部分である。出力部313には、例えば、図1に示すディスプレイ205や、プリンタなどが用いられる。入力部314は、ユーザから情報を受け付ける部分である。入力部314には、キーボードやマウスなどが用いられる。また、入力部314は、記録媒体MMに記録された情報を読み取る機能を含む。
The
主記憶部315には、例えばRAM(Random Access Memory)が用いられる。主記憶部315の一部として、副記憶部316の一部が用いられてもよい。副記憶部316には、例えばHDD(Hard disk drive)やSSD(Solid State Drive)が用いられる。副記憶部316は、ネットワークを介して接続された外部記憶装置であってもよい。
For the
図6は、本実施形態に係る測定プログラムの流れを例示するフローチャートである。
本実施形態に係る測定プログラムは、コンピュータを上記(1)〜(6)の工程に対応した手段として機能させる。図6に示すステップS101〜S106の処理は、上記(1)〜(6)の工程に対応している。
FIG. 6 is a flowchart illustrating the flow of the measurement program according to the present embodiment.
The measurement program according to the present embodiment causes the computer to function as a means corresponding to the above steps (1) to (6). The processes of steps S101 to S106 shown in FIG. 6 correspond to the steps (1) to (6) above.
先ず、ステップS101に示すように、測定範囲および閾値の設定を行う。図7(a)には、円筒内壁の測定領域Rが模式的に示される。円筒内壁の測定領域Rとしては、円筒軸の角度および円筒軸方向の深さの位置を指定することで設定される。また、円筒内壁の凹凸における閾値の設定として、例えばピットの深さの閾値を設定する。 First, as shown in step S101, the measurement range and the threshold value are set. FIG. 7A schematically shows the measurement region R of the inner wall of the cylinder. The measurement area R of the inner wall of the cylinder is set by designating the angle of the cylinder axis and the position of the depth in the direction of the cylinder axis. Further, as a threshold value setting for the unevenness of the inner wall of the cylinder, for example, a threshold value for the depth of the pit is set.
なお、測定領域Rが、測定ヘッド(例えば光干渉光学ヘッド152)による1回のスキャンで測定可能な範囲を超える場合、測定領域Rの全域をカバーするために複数の局所データの測定位置を算出しておく。図7(b)には、円筒内壁における測定領域Rと複数の局所データとの対応が模式的に示される。 When the measurement area R exceeds the measurable range in one scan by the measurement head (for example, the optical interference optical head 152), the measurement positions of a plurality of local data are calculated in order to cover the entire measurement area R. I will do it. FIG. 7B schematically shows the correspondence between the measurement region R on the inner wall of the cylinder and the plurality of local data.
次に、ステップS102に示すように、形状基準データの取得を行う。形状基準データは、対象物Wの湾曲形状を含む形状を表すデータである。例えば、図8(a)に示すように、対象物Wが円筒内壁であった場合、形状基準データは、円筒形状を表すための要素(円筒軸の傾き、円筒の径)のデータである。本実施形態では、撮像ユニット15に画像光学ヘッド151を装着し、画像光学ヘッド151によって対象物Wを撮像して、形状基準データを取得する。円筒内壁の場合には、円筒の縁の3点を測定することで円のデータを求め、円筒の径を計算する。また、深さ方向に2つの円のデータを求め、各円の中心を結ぶ線によって円筒軸の傾きを求める。なお、形状基準データを取得するには、画像光学ヘッド151以外にタッチプローブを用いてもよい。
Next, as shown in step S102, the shape reference data is acquired. The shape reference data is data representing a shape including a curved shape of the object W. For example, as shown in FIG. 8A, when the object W is the inner wall of a cylinder, the shape reference data is data of elements (inclination of the cylinder axis, diameter of the cylinder) for expressing the cylinder shape. In the present embodiment, the image
次に、ステップS103に示すように、3次元データの取得を行う。本実施形態では、撮像ユニット15に装着された画像光学ヘッド151から光干渉光学ヘッド152に切り替え、光干渉光学ヘッド152によって測定領域Rにおける各測定点と測定ヘッドとの距離を測定し、測定領域Rの3次元データを取得する。
Next, as shown in step S103, three-dimensional data is acquired. In the present embodiment, the image
次に、ステップS104に示すように、湾曲除去データの取得を行う。すなわち、先のステップS103で取得した測定領域Rの3次元データから、ステップS102で取得した形状基準データを除去することで湾曲除去データを得る。これにより、3次元データから測定領域Rの曲率成分が除去される。図8(b)には湾曲除去データの取得方法が模式的に示される。3次元データには測定領域Rの曲率成分も含まれている。形状基準データは、測定範囲の理想的な3次元形状データといえる。測定した3次元データから形状基準データを差し引くことで、測定値から曲率成分を除去したデータ(湾曲除去データ)が得られる。湾曲除去データは、湾曲形状を含む対象物の3次元データを、見かけ上、平坦にしたデータである。 Next, as shown in step S104, the curvature removal data is acquired. That is, the curvature removal data is obtained by removing the shape reference data acquired in step S102 from the three-dimensional data of the measurement area R acquired in step S103. As a result, the curvature component of the measurement region R is removed from the three-dimensional data. FIG. 8B schematically shows a method of acquiring curvature removal data. The three-dimensional data also includes the curvature component of the measurement region R. The shape reference data can be said to be ideal three-dimensional shape data for the measurement range. By subtracting the shape reference data from the measured three-dimensional data, data obtained by removing the curvature component from the measured value (curvature removal data) can be obtained. The curvature removal data is data obtained by apparently flattening three-dimensional data of an object including a curved shape.
なお、測定領域Rが複数の局所データで構成される場合、局所データごとに求めた湾曲除去データを結合(スティッチング)しておく。結合の際、隣り合う局所データにおいて重複する領域が生じる場合には、重複除去を行う。これにより、測定領域Rの全体の湾曲除去データが構成される。 When the measurement area R is composed of a plurality of local data, the curvature removal data obtained for each local data is combined (stitched). When combining, if overlapping regions occur in adjacent local data, deduplication is performed. As a result, the entire curvature removal data of the measurement region R is constructed.
次に、ステップS105に示すように、基準データの算出を行う。先ず、ステップS104で求めた湾曲除去データに基づく第1基準データを求める。第1基準データは、湾曲除去データの全測定点群の平均深さである。また、第1基準データは、湾曲除去データに対して所定のフィルタ処理を施し、フィルタ処理後のデータから求めた近似平面を用いてもよい。図9(a)には、測定領域Rの湾曲除去データから求めた第1基準データが模式的に示される。測定領域Rにおいて第1基準データは平面のデータとなる。第1基準データの面と直交する方向は深さ方向である。 Next, as shown in step S105, the reference data is calculated. First, the first reference data based on the curvature removal data obtained in step S104 is obtained. The first reference data is the average depth of all measurement point groups of the curvature removal data. Further, as the first reference data, an approximate plane obtained by subjecting the curvature removal data to a predetermined filter process and obtaining the filtered data may be used. FIG. 9A schematically shows the first reference data obtained from the curvature removal data of the measurement region R. In the measurement area R, the first reference data is planar data. The direction orthogonal to the plane of the first reference data is the depth direction.
第1基準データを算出したあとは、第1基準データから閾値(ステップS101で設定した凹凸の閾値)を超えるデータを湾曲除去データから除外して、平均を求めた値である第2基準データを算出する。第2基準データは、第1基準データから凹凸であると判断されたデータを除外した平均値である。 After calculating the first reference data, the data exceeding the threshold value (threshold value of unevenness set in step S101) is excluded from the first reference data from the curvature removal data, and the second reference data which is the average value is obtained. calculate. The second reference data is an average value excluding the data determined to be uneven from the first reference data.
図9(b)には、第1基準データから除外されるピットの範囲が模式的に示される。ここでは、第1基準データから閾値を超えるデータを有する点(図中黒丸)のうち、面方向に閉じられる範囲(閾値を超える点が面方向に連続する範囲)をピットとして判定する。そして、ピットであると判定された領域のデータを湾曲除去データから除外する対象とする。ピットのデータを除外して平均を求めた第2基準データは、ピットの影響を受けていない基準面を表すデータとなる。 FIG. 9B schematically shows the range of pits excluded from the first reference data. Here, among the points having data exceeding the threshold value from the first reference data (black circles in the figure), the range closed in the plane direction (the range in which the points exceeding the threshold value are continuous in the plane direction) is determined as a pit. Then, the data of the region determined to be a pit is excluded from the curvature removal data. The second reference data obtained by excluding the pit data and calculating the average is the data representing the reference plane not affected by the pit.
次に、ステップS106に示すように、形状データの算出を行う。すなわち、第2基準データから閾値を超えるデータを湾曲除去データから抽出して凹凸の形状データを求める。例えば、ピットを判定する場合、前述のピットの判定と同様に、第2基準データから閾値を超えるデータを有する点のうち、面方向に閉じられる範囲をピットとして判定する。ピットの判定を行うことで、ピットの面積、面積率、体積、開口(開口の最大値、最小値、平均値等)を算出することができる。また、ピット以外の領域のデータを用いることで、表面粗さを算出することができる。 Next, as shown in step S106, the shape data is calculated. That is, data exceeding the threshold value is extracted from the second reference data from the curvature removal data to obtain uneven shape data. For example, when determining a pit, as in the case of determining a pit described above, a range of points having data exceeding a threshold value from the second reference data, which is closed in the plane direction, is determined as a pit. By determining the pit, the area, area ratio, volume, and opening (maximum value, minimum value, average value, etc. of the opening) of the pit can be calculated. Further, the surface roughness can be calculated by using the data of the region other than the pit.
このように、本実施形態に係る測定プログラムにおいては、ステップS101に示す測定領域Rおよび閾値の設定以外(ステップS102〜S106)は自動的に行うことができる。したがって、オペレータの習熟度によらず安定した測定結果を自動的に得ることが可能となる。 As described above, in the measurement program according to the present embodiment, other than the setting of the measurement area R and the threshold value shown in step S101 (steps S102 to S106) can be automatically performed. Therefore, it is possible to automatically obtain a stable measurement result regardless of the proficiency level of the operator.
このように、本実施形態によれば、湾曲している対象物Wの表面を測定した際、湾曲形状や表面の凹凸の影響を抑制して、自動的に精度良く表面測定を行うことが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, when the surface of the curved object W is measured, it is possible to suppress the influence of the curved shape and the unevenness of the surface and automatically perform the surface measurement with high accuracy. It becomes.
ここで、上記説明した本実施形態に係る測定プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体MMに記録されていてもよい。すなわち、図6に示すステップS101〜ステップS106の一部または全部を、コンピュータに読み取り可能な形式で記録媒体MMに記録してもよい。また、本実施形態に係る測定プログラムは、ネットワークを介して配信されてもよい。 Here, the measurement program according to the present embodiment described above may be recorded on a computer-readable recording medium MM. That is, a part or all of steps S101 to S106 shown in FIG. 6 may be recorded on the recording medium MM in a computer-readable format. Further, the measurement program according to the present embodiment may be distributed via a network.
なお、上記に本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、測定ヘッドとして白色光干渉法による光干渉光学ヘッド152を用いているが、画像プローブやレーザプローブであっても適用可能である。
また、上記実施形態では測定の対象物Wについて、凹部(ピット)を有する湾曲表面を例に説明したが、本発明が適用可能な対象物はこれに限定されるものではない。例えば、ホーニング加工によりクロスハッチ(網状の溝)が形成されたシリンダの内壁面を対象物Wにする場合にも本発明は適用可能である。さらに、測定ヘッドとして、画像光学ヘッド151を対象物Wに照射する光の光軸方向に走査し連続的に取得した画像からCCDの各ピクセルにおけるコントラストのピークを検出することにより対象物Wの3次元形状を得るPFF(Points From Focus)も適用可能である。また、対象物Wとしては、円筒以外でも円錐、楕円筒および楕円錘など、各種の湾曲形状の表面及び湾曲形状を有しない平面形状の測定に対応することが可能である。また、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
Although the present embodiment has been described above, the present invention is not limited to these examples. For example, although the optical interferometry
Further, in the above embodiment, the object W to be measured has been described by taking a curved surface having a recess (pit) as an example, but the object to which the present invention is applicable is not limited to this. For example, the present invention is also applicable when the inner wall surface of a cylinder in which a crosshatch (net-like groove) is formed by honing is used as an object W. Further, as the measurement head, the image
1…画像測定装置
3…除振台
10…装置本体
11…架台
12…ステージ
13a…支持部
14…X軸ガイド
15…撮像ユニット
20…コンピュータシステム
21…光干渉光学ヘッド部
22…対物レンズ部
23…参照ミラー部
24…結像レンズ
25…撮像部
26…駆動機構部
151…画像光学ヘッド
152…光干渉光学ヘッド
200…光出射部
201…コンピュータ本体
202…キーボード
203…ジョイスティック
204…マウス
205…ディスプレイ
211…ビームスプリッタ
212…コリメータレンズ
221…対物レンズ
222…ビームスプリッタ
222a…反射面
231…参照ミラー
311…CPU
312…インタフェース
313…出力部
314…入力部
315…主記憶部
316…副記憶部
MM…記録媒体
R…測定領域
S…内壁面
W…対象物
1 ...
312 ... Interface 313 ...
Claims (6)
前記対象物の測定範囲および凹凸の閾値を設定する工程と、
前記対象物の湾曲形状を含む形状基準データを取得する工程と、
前記測定範囲における前記対象物と前記測定ヘッドとの距離を測定して、前記対象物の表面の3次元データを取得する工程と、
前記3次元データから前記形状基準データを除去して湾曲除去データを取得する工程と、
前記湾曲除去データに基づき第1基準データを求め、前記第1基準データに対して前記閾値を超えるデータを前記湾曲除去データから除外して平均した第2基準データを求める工程と、
前記第2基準データに対して前記閾値を超えるデータを前記湾曲除去データから抽出して凹凸の形状データを求める工程と、
を備えたことを特徴とする測定方法。 A method of measuring the surface of an object having a curved shape by measuring the distance from the measuring head.
The step of setting the measurement range of the object and the threshold value of the unevenness, and
The process of acquiring shape reference data including the curved shape of the object, and
A step of measuring the distance between the object and the measuring head in the measuring range and acquiring three-dimensional data on the surface of the object.
The process of removing the shape reference data from the three-dimensional data and acquiring the curvature removal data,
A step of obtaining the first reference data based on the curvature removal data, excluding data exceeding the threshold value from the first reference data from the curvature removal data, and obtaining an average second reference data.
A step of extracting data exceeding the threshold value from the curvature removal data with respect to the second reference data to obtain uneven shape data, and
A measurement method characterized by being equipped with.
コンピュータを、
前記対象物の測定範囲および凹凸の閾値を設定する手段、
前記対象物の湾曲形状を含む形状基準データを取得する手段、
前記測定範囲における前記対象物と前記測定ヘッドとの距離を測定して、前記対象物の表面の3次元データを取得する手段、
前記3次元データから前記形状基準データを除去して湾曲除去データを取得する手段、
前記湾曲除去データに基づく第1基準データを求め、前記第1基準データから前記閾値を超えるデータを湾曲除去データから除外して平均した第2基準データを求める手段、
前記第2基準データから前記閾値を超えるデータを前記湾曲除去データから抽出して凹凸の形状データを求める手段、
として機能させる測定プログラム。 A measurement program that measures the surface condition of an object having a curved shape by measuring the distance from the measurement head.
Computer,
A means for setting the measurement range of the object and the threshold value of the unevenness,
Means for acquiring shape reference data including the curved shape of the object,
A means for measuring the distance between the object and the measuring head in the measuring range and acquiring three-dimensional data on the surface of the object.
A means for obtaining curvature removal data by removing the shape reference data from the three-dimensional data.
A means for obtaining first reference data based on the curvature removal data, excluding data exceeding the threshold value from the first reference data from the curvature removal data, and obtaining averaged second reference data.
A means for obtaining uneven shape data by extracting data exceeding the threshold value from the second reference data from the bending removal data.
A measurement program that functions as.
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