JPH0727536A - 形状測定方法及び装置 - Google Patents

形状測定方法及び装置

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JPH0727536A
JPH0727536A JP16793993A JP16793993A JPH0727536A JP H0727536 A JPH0727536 A JP H0727536A JP 16793993 A JP16793993 A JP 16793993A JP 16793993 A JP16793993 A JP 16793993A JP H0727536 A JPH0727536 A JP H0727536A
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JP
Japan
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measured
light
displacement meter
laser
shape
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JP16793993A
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English (en)
Inventor
Takashi Shimizu
清水敬司
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Fujifilm Business Innovation Corp
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Fuji Xerox Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザー変位計から得られる信号に処理を加
えることによって、変位計に格別の変更を加えずに、透
明被測定物等の表面形状を正確、迅速に測定。 【構成】 走査位置X1 〜Xn に対して得られた表面変
位データY1 〜Ym 全てを最小二乗法で直線近似して
(ST2)その傾き成分を除去し(ST3)、次いで、
傾き成分を除去した表面変位データをメジアンフィルタ
ー(ST4〜ST7)で処理して、表面形状のうねり成
分を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、形状測定方法及び装置
に関し、特に、透明な被測定物体のレーザー変位計を用
いた形状測定に適した方法及び装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来から、三角測量方式を用いたレーザ
ー変位計が形状測定に用いられている。その原理を図8
に示す。レーザー変位計1の基本原理は、その中に内蔵
されたレーザー光源2からレーザー光3を被測定物Sの
表面に対して斜めに照射し、被測定物Sの表面から反射
されたレーザー光4をレーザー変位計1中の受光部5へ
入射させ、その受光部5に内蔵されたポジションセンサ
ーで反射光4の受光位置を読み取ることによって、変位
計1と被測定物Sの表面との距離を三角測量方式で算出
するものである。
【0003】このレーザー変位計を用いて透明体の表面
形状を測定する場合、大部分のレーザー光線が透明体の
表面で反射せずに透過してしまうため、透明体表面での
反射光以外の裏面反射光等も受光してしまい、測定誤差
を生じることがあった。
【0004】このようなレーザー変位計を2台対向配置
してその間に置かれた透明体の厚みを測定する際に、互
いに相手側から出力されるレーザー光を受光用ポジショ
ンセンサーに入射させないようにして、測定誤差を防止
しているものが、例えば特開平3−115911号にお
いて提案されている。
【0005】ところが、透明な被測定物Sの裏面形状あ
るいは屈折率分布によっては、図9に示すように、その
内部でレーザー変位計1からのレーザー光3が乱反射
し、その乱反射光6が変位計1の受光部5に入射するこ
とがある。この場合では、透明体S表面で反射したレー
ザー光4と乱反射光6の区別を偏光方向の差によって区
別することはできない。
【0006】そこで、本発明者は、被測定面から近接し
た一定の距離を保つように動作する小穴に、被測定面か
ら反射したレーザー光4のみが通るような構成にして、
乱反射光6が入射するのを防止したレーザー変位計を提
案した(特願平4−30747号)。すなわち、図10
に模式的に示すように、レーザー変位計1から出力され
る変位測定値をシーケンシャルにフィードバックして、
レーザー変位計1から発信されるレーザー光3と平行な
方向に小穴7の開いた遮光板8を移動させ、被測定物S
に当たるレーザースポットが常に小穴7の中心にくるよ
うな機構9を設けることによって、正反射光4のみが受
光部5に到達し、透明体S内部で乱反射した乱反射光6
はほとんど全てが遮光板8によって遮られるようにして
いる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記の本発明者による
レーザー変位計1では、小穴7を被測定面から近接した
一定の距離を保つように動作させる機構9を設ける必要
があり、このような機構が複雑で高価になる問題点があ
った。また、この構成を持つレーザー変位計1を被測定
物Sに沿って走査させる場合、レーザー変位計1の走査
速度が小穴7を移動させる制御時間によって制限されて
しまう問題点もあった。
【0008】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、レーザー変位計
を用いて形状測定をする場合に、レーザー変位計から得
られる信号に処理を加えることによって、従来のような
小穴移動機構を用いずに、透明被測定物等の表面形状を
正確にかつ迅速に測定することができる方法と装置を提
供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の形状測定方法は、被測定物の表面を走査してその表
面形状を測定する形状測定方法において、走査位置に対
して得られた表面変位データ全てを最小二乗法で直線近
似してその傾き成分を除去し、次いで、傾き成分を除去
した表面変位データをメジアンフィルターで処理して、
表面形状のうねり成分を求めることを特徴とする方法で
ある。
【0010】また、上記方法を実施する本発明の形状測
定装置は、レーザー光源からのレーザー光を透明な被測
定物の表面に対して斜めに照射し、被測定物の表面から
反射された光を受光部に入射させ、該受光部に入射する
反射光の位置を検出することにより被測定物の表面の変
位を検出するレーザー変位計と、該レーザー変位計を被
測定物の表面に沿って走査させる走査手段と、得られた
走査位置と表面変位データから被測定物の表面形状を算
出する算出手段とからからなり、前記算出手段は、走査
位置に対して得られた表面変位データ全てを最小二乗法
で直線近似する手段と、得られた直線を前記表面変位デ
ータから減算除去する手段と、この減算除去されたデー
タを処理するメジアンフィルターとを備えていることを
特徴とするものである。
【0011】
【作用】本発明においては、走査位置に対して得られた
表面変位データ全てを最小二乗法で直線近似してその傾
き成分を除去し、次いで、傾き成分を除去した表面変位
データをメジアンフィルターで処理して、表面形状のう
ねり成分を求めるので、変位計の構成を変更することな
く、単に信号処理により、被測定物からの例えば乱反射
を除去できるため、簡便な装置で透明被測定物等の表面
形状を正確に測定でき、測定装置のコストが軽減でき
る。また、レーザー変位計を用いる場合、その走査速度
を上げることができるため、短時間で表面形状を正確に
測定することができる。さらに、表面に微小な傷、塵等
がある場合でも、その影響を除去した形状測定ができ
る。
【0012】
【実施例】以下、図面を参照にして本発明の1実施例の
形状測定方法と装置について説明する。図1は、本発明
による形状測定装置の全体の概略の構成を示す図であ
り、レーザー変位計1自体は、図8で説明した三角測量
方式を用いたレーザー変位計と同様のものであり、その
中に内蔵されたレーザー光源2からレーザー光3を被測
定物Sの表面に対して斜めに照射し、被測定物Sの表面
から反射されたレーザー光4をレーザー変位計1中の受
光部5へ入射させ、その受光部5に内蔵されたポジショ
ンセンサーで反射光4の受光位置を読み取ることによっ
て、変位計1と被測定物Sの表面との距離を三角測量方
式で算出するものである。
【0013】このようなレーザー変位計1を被測定物S
の表面に沿って一定の方向に直線走査するように、レー
ザー変位計1は直動ステージ10上に載置されており、
この直動ステージ10に対する被測定物S表面の変位が
レーザー変位計1により検出され、測定データとしてコ
ンピューター11に入力され、また、直動ステージ10
側からレーザー変位計1の走査位置がコンピューター1
1に入力される。
【0014】このような装置を用いて、コンピューター
11に入力される2つのデータから、図2に示すような
関係が得られる。この例は、被測定物Sが透明体で、そ
の内部の乱反射光がレーザー変位計1の受光部5に入っ
てしまった場合であり、図2の矢印で示す部分が透明体
内部の乱反射による測定誤差である。
【0015】この測定誤差の部分(図2の丸で囲んだ部
分)を拡大した図を図3に示す。黒点は測定の際、サン
プリングした点を示す。このような誤差は、乱反射光が
レーザー変位計1の受光部5に到達できる条件から少し
でも外れた場合は、測定誤差を生じないため、1カ所で
発生する異常値は、通常、1点もしくは2点程度とな
る。
【0016】このようにして得られたデータを処理する
フローチャートを図4に示す。まず、ST1で、上記の
ようにして、直動ステージ10からレーザー変位計1の
走査位置X1 〜Xn を、また、レーザー変位計1から被
測定物S表面の変位を変位計データY1 〜Ym として取
り込み、次のST2、ST3で、変位計データの傾きを
除去する。具体的には、図5(a)示すように、ST2
で、全てのデータX1〜Xn ,Y1 〜Ym を用いて最小
二乗法により直線近似を行い、次いで、ST3で、Y1
〜Ym から近似直線の傾き成分を減算除去する。この減
算後のデータを、図5(b)示すように、y1 〜ym
する。次いで、ST4〜ST7で、このy1 〜ym にメ
ジアンフィルターを適用する。具体的手段は、ST4に
おいて、図6(a)に示すように、対象とするデータy
i を中心として、n点例えば前後2点ずつ合計2n+1
この場合5点のデータを選択し、次いで、ST5におい
て、選択された2n+1のデータの中央値を選び、ST
6において、図6(b)に示すように、対象のデータy
i と置換して、新しいデータyi ’とする。ST7にお
いて、対象とするデータyi を次のものyi+1 に移動し
て、上記のST4〜ST7を繰り返すことにより、全て
の点につきy1 ’〜ym ’を求め、次いで、ST8にお
いて、このy1 ’〜ym ’にST2で近似して求めた直
線の値を加算することにより、図2の矢印で示したよう
な乱反射光等に原因する測定誤差が除かれた変位データ
1 ’〜Yn ’が得られ、透明被測定物の表面形状が正
確にかつ迅速に測定することができる。
【0017】この方法は、例えば移動平均化処理を行う
方法と異なり、誤差データが近接データに影響を及ぼす
ことがない利点がある。また、誤差データ以外の波形を
壊すことなく、誤差データのみを除去できる特長があ
る。
【0018】ところで、上記において、ST2、ST3
の傾きを除去する処理をしないで、メジアンフィルター
処理をしようとすると、例えば図7に示すように傾き成
分が大きすぎる場合、異常値Aが隣接する正常値Nとほ
ぼ同じ大きさになってしまい、異常値Aを判別すること
ができなくなる。図1に示したような真直度測定装置で
は、被測定物Sがレーザー変位計1の走査直線と極力平
行になるように、被測定面の位置を調整するが、人間の
調整では1μm単位での調整は難しい。そのため、形状
測定データにST4〜ST7のメジアンフィルターを適
用する前に、必ずデータの傾き補正処理(ST2、ST
3)を行う必要がある。このとき、両端のデータは被測
定面の端部の急激な形状変化の影響を受けやすく、両端
のデータを結ぶ近似直線算出法では、誤差が生じやす
い。そのため、ST2のように、全データを最小二乗法
で処理して、近似直線の傾き成分を算出することが必要
である。
【0019】本発明の測定方法を適用することによっ
て、表面に微小な傷、塵等がある場合でも、その影響を
除去して、被測定面のうねりだけを測定することができ
る。本発明の測定方法は、レーザー変位計を回転ステー
ジによって走査させることにより、透明な被測定物表面
の曲率半径を測定する方法及び装置にも応用できる。ま
た、接触式の変位計を用いた場合でも、微小な傷、塵等
の影響を取り除くことができる。
【0020】以上、本発明の形状測定方法及び装置を実
施例に基づいて説明してきたが、これら実施例に限定さ
れず種々の変形が可能である。
【0021】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の形状測定方法及び装置によると、走査位置に対して得
られた表面変位データ全てを最小二乗法で直線近似して
その傾き成分を除去し、次いで、傾き成分を除去した表
面変位データをメジアンフィルターで処理して、表面形
状のうねり成分を求めるので、変位計の構成を変更する
ことなく、単に信号処理により、被測定物からの例えば
乱反射を除去できるため、簡便な装置で透明被測定物等
の表面形状を正確に測定でき、測定装置のコストが軽減
できる。また、レーザー変位計を用いる場合、その走査
速度を上げることができるため、短時間で表面形状を正
確に測定することができる。さらに、表面に微小な傷、
塵等がある場合でも、その影響を除去した形状測定がで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による形状測定装置の全体の概略の構
成を示す図。
【図2】 誤差を生じた形状測定結果の一例を示す図。
【図3】 図2の部分拡大図。
【図4】 本発明による処理のフローチャート。
【図5】 傾き除去の方法を示す図。
【図6】 メジアンフィルターの方法を説明するための
図。
【図7】 傾き除去を行わない場合の問題を説明するた
めの図。
【図8】 三角測量式レーザー変位計の原理を説明する
ための図。
【図9】 乱反射によって測定誤差が生じることを説明
するための図。
【図10】 小穴移動機構を用いた測定誤差防止機構を
説明するための図。
【符号の説明】
S…被測定物、1…レーザー変位計、2…レーザー光
源、3…レーザー光、4…反射光、5…受光部、10…
直動ステージ、11…コンピューター

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定物の表面を走査してその表面形状
    を測定する形状測定方法において、走査位置に対して得
    られた表面変位データ全てを最小二乗法で直線近似して
    その傾き成分を除去し、次いで、傾き成分を除去した表
    面変位データをメジアンフィルターで処理して、表面形
    状のうねり成分を求めることを特徴とする形状測定方
    法。
  2. 【請求項2】 レーザー光源からのレーザー光を透明な
    被測定物の表面に対して斜めに照射し、被測定物の表面
    から反射された光を受光部に入射させ、該受光部に入射
    する反射光の位置を検出することにより被測定物の表面
    の変位を検出するレーザー変位計と、該レーザー変位計
    を被測定物の表面に沿って走査させる走査手段と、得ら
    れた走査位置と表面変位データから被測定物の表面形状
    を算出する算出手段とからからなり、前記算出手段は、
    走査位置に対して得られた表面変位データ全てを最小二
    乗法で直線近似する手段と、得られた直線を前記表面変
    位データから減算除去する手段と、この減算除去された
    データを処理するメジアンフィルターとを備えているこ
    とを特徴とする形状測定装置。
JP16793993A 1993-07-07 1993-07-07 形状測定方法及び装置 Pending JPH0727536A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011106896A (ja) * 2009-11-16 2011-06-02 Mitsutoyo Corp 非接触プローブ、及び測定機
US11094094B2 (en) 2017-08-28 2021-08-17 Shanghai United Imaging Healthcare Co., Ltd System and method for removing hard tissue in CT image

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011106896A (ja) * 2009-11-16 2011-06-02 Mitsutoyo Corp 非接触プローブ、及び測定機
US8704154B2 (en) 2009-11-16 2014-04-22 Mitutoyo Corporation Non-contact probe with an optical filter and measuring machine including the same
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