JPH08219764A

JPH08219764A - 表面形状測定方法

Info

Publication number: JPH08219764A
Application number: JP4783095A
Authority: JP
Inventors: Norio Kimura; 紀夫木村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-02-13
Filing date: 1995-02-13
Publication date: 1996-08-30

Abstract

(57)【要約】【目的】研削・研摩皿等の粗面の形状精度を正確に測
定する。【構成】研削・研摩皿等の粗面に触針を走査させて前
記粗面の断面形状を表わす連続的な表面曲線１０１を作
成する。表面曲線１０１を一次微分し、得られた微分値
のデータから、所定の範囲を超えるデータをカットし、
残りのデータから逆算して、気孔による凹凸部１１２や
研摩材保持穴による凹凸部１１１を除いた断続的な表面
曲線を得て、これに基づいて粗面の曲率半径や形状パラ
メータを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、研削・研摩皿等の粗面
の形状精度等を測定するための表面形状測定方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】研削・研摩皿等の粗面、すなわち細かな
凹凸を有する表面の形状精度（平坦度や平面度あるいは
曲率半径）等を測定する装置は、研削・研摩皿の表面を
走査する触針と、該触針の上下方向の移動量を数値化す
る計測部と、そのデータを表面形状に演算する演算部等
を有し、演算部では、計測部の計測値に基づいて粗面自
体の凹凸を含めた研削・研摩皿の表面形状をそのまま演
算して表示するとともに、得られたすべてのデータに基
づいて、研削・研摩皿が球面皿である場合は起伏（平坦
度）を表わす形状パラメータと曲率半径を算出し、研削
・研摩皿が平面皿であるときは形状パラメータのみを算
出し、これらによって研削・研摩皿の表面形状を評価す
るのが一般的である。

【０００３】他方、粗面自体の凹凸による不必要なデー
タを除去するため、前述の演算部のデータに基づいて表
示された表面形状を測定者が観察して凹凸部にマーキン
グを行ない、これを演算部に認識させて不必要なデータ
を除去し、改めて演算させる方法もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、粗面自体の凹凸を含めた研削・研摩皿
の表面形状をそのまま表示する方法は、曲率半径や形状
パラメータを算出するときに、前記凹凸による不必要な
データの影響を排除することができず、得られた曲率半
径や形状パラメータに著しい誤差が発生する。

【０００５】また、粗面自体の凹凸を含めた表面形状を
演算部で演算し、表示された表面形状の凹凸部をマーキ
ングして不必要なデータを除去する方法は、マーキング
される凹凸部の位置が測定者の主観によって左右される
ために不正確になりやすい。加えて、凹凸部の大きさが
ランダムであり、大きな凹凸部に隠れて小さな凹凸を見
逃すおそれもあり、粗面自体の凹凸による不必要なデー
タを過不足なく適切に除去することは極めて困難であ
る。

【０００６】本発明は、上記従来の技術の有する問題点
に鑑みてなされたものであり、研削・研摩皿等の粗面の
表面形状を測定するに際して、粗面自体の凹凸による不
必要なデータを過不足なく適切に除去し、粗面の曲率半
径や形状パラメータを正確に測定できる表面形状測定方
法を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の表面形状測定方法は、粗面を走査するスタ
イラスの出力に基づいて連続的な表面曲線を作成する工
程と、作成された連続的な表面曲線を一次微分して微分
値のデータを得る工程と、得られた微分値のデータから
所定の範囲を超えるデータを除去し、残りのデータから
逆算して断続的な表面曲線を得る工程を有することを特
徴とする。

【０００８】粗面が曲面である場合に、断続的な表面曲
線から前記粗面の形状パラメータと曲率半径をそれぞれ
算出するとよい。

【０００９】粗面が平面である場合に、断続的な表面曲
線から前記粗面の形状パラメータを算出するとよい。

【００１０】

【作用】スタイラスを走査させてその上下動を計測し、
得られた計測値から粗面の断面形状を表わす連続的な表
面曲線を作成する。このようにして作成された連続的な
表面曲線を一次微分して微分値のデータを算出し、所定
の範囲を超えるデータを、粗面自体が有する凹凸部によ
るものと判断してこれらを除去し、残りのデータから逆
算して断続的な表面曲線を得る。

【００１１】このようにして得られた断続的な表面曲線
は粗面自体が有する凹凸による不必要なデータを含まな
いため、粗面の起伏（平坦度）を表わす形状パラメータ
や粗面の曲率半径等を正確に算出できる。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１３】図１は一実施例による表面形状測定方法に
用いる装置を説明するもので、これは、研削・研摩皿Ｇ
の粗面である表面Ｇ₁ に垂直方向（Ｚ軸方向）に付勢さ
れて所定の走査方向（Ｘ軸方向）に走査される触針１
と、該触針１のＸ軸方向の位置とその位置における触針
１のＺ軸方向の変位（上下動）を読み取るための読み取
り部２と、読み取り部２から触針１のＸ軸方向とＺ軸方
向のデータを読み込んで研削・研摩皿Ｇの表面形状を演
算する演算部３と、演算されたデータを表示する表示部
４と、前記データを印刷するプリンタ５を有し、触針１
はダイヤあるいはサファイヤ等で作られたスタイラスで
あり、演算部３と表示部４とプリンタ５はキーボード６
に入力された指令に基づいて制御される。

【００１４】演算部３は、読み取り部２とデータのやり
とりを行なうＩ／Ｏ３１と、制御・演算を司るＣＰＵ
（中央演算処理装置）３２と、ＣＰＵ３２が処理する際
に必要とする各種データを一時貯えるＲＡＭ（ランダム
アクセスメモリ）３３と、演算プログラムや制御プログ
ラムを書き込んだＲＯＭ（リードオンリーメモリ）３４
と、キーボード６からの指令信号をＣＰＵ３２に伝達す
るＩ／Ｏ３５と、ＣＰＵ３２の演算経過と結果を表示用
のデータに変換するためのＶＲＡＭ（ビデオメモリ）３
６とその出力をビデオ信号に変換するためのインターフ
ェイス３７と、ＣＰＵ３２の演算経過と結果を印刷のた
めの信号に変換するインターフェイス３８を有する。

【００１５】研削・研摩皿Ｇは、ポリウレタンで作られ
た凸球面状の部材であり、表面Ｇ₁にはレンズ研摩等の
ための研摩材を埋め込むための多数の研摩材保持穴を有
し、加えて、熱拡散等のための気孔をそなえている。一
般的に研摩材を埋め込むための研摩材保持穴は直径数μ
ｍから数十μｍ、熱拡散のための気孔は直径５００μｍ
程度であり、触針１によって読み取るＺ軸方向のデータ
には、研削・研摩皿Ｇの表面Ｇ₁ の起伏に伴う触針１の
上下動とともに、触針１が上記の研摩材保持穴や気孔等
に陥没したときの触針１の変位が含まれる。

【００１６】本実施例は、このような触針１の変位を読
み取り部２で読み取って表示部４に表示し、表示された
連続的な表面曲線を一次微分し、得られた微分値のデー
タから上記の研摩材保持穴や気孔を判別してこれをカッ
トし、残されたデータに基づいて研削・研摩皿Ｇの形状
精度、すなわち起伏の最大値を表わす形状パラメータお
よび曲率半径を算出するものである。研削・研摩皿Ｇが
平面皿であれば、形状パラメータのみを算出する。

【００１７】このようにして、粗面自体の有する凹凸に
影響されずに、研削・研摩皿の表面形状を正確に測定す
ることができる。

【００１８】次に上記装置による表面形状測定方法を詳
しく説明する。

【００１９】研削・研摩皿Ｇを所定の位置にセットし、
キーボード６を操作して触針１をスタート位置へ移動さ
せるとともに、触針１の触針条件および走査範囲、研削
・研摩皿Ｇの形状の種類（球面であるか平面であるか）
等の測定条件を入力したうえで、スタートキーを押して
測定開始を指令する信号をＣＰＵ３２に入力する。

【００２０】触針１はＸ軸方向に走査し、読み取り部２
は触針１のＸ軸方向の位置とＺ軸方向の変位を読み取っ
てＣＰＵ３２に導入し、ＣＰＵ３２はそのデータをＲＡ
Ｍ３３に一時保存する。

【００２１】測定終了後、ＣＰＵ３２はＲＡＭ３３に保
存されたデータに基づいて研削・研摩皿Ｇの表面形状を
算出し、表示部４に図２に示す連続的な表面曲線１０１
として表示する。表面曲線１０１は前記研摩材保持穴に
よる微細な凹凸部１１１や前記気孔による比較的大きい
凹凸部１１２を含んでいる。

【００２２】続いて、ＲＯＭ３４に設定された演算プロ
グラムに従って表面曲線１０１の一次微分を行ない、得
られた円の微分値のデータを平面の微分値に座標変換し
たうえで縦軸を±１以下に抑えたグラフ１０２（図３に
示す）として表示部４に表示する。

【００２３】なお、研削・研摩皿Ｇが平面皿であれば、
上記の座標変換が不必要であることは言うまでもない。

【００２４】次に、グラフ１０２において予め設定され
たＺ軸方向のスレッシュホールドレベル（＋α）と（−
α）を超える部分１２１を除去し、さらに、この部分に
隣接するＸ軸方向のスレッシュホールドレベルβに含ま
れる部分１２２をすべて除去する。このようにして、研
削・研摩皿Ｇの研摩材保持穴や気孔に基づく不要なデー
タをカットし、残りのデータをもとのＸＺ座標値に逆変
換し、研摩材保持穴や気孔を除いた断続的な表面曲線１
０３（図４に示す）を得る。

【００２５】図４の表面曲線１０３から、円の最小二乗
法によって近似式を算出し、該近似式によって得られた
データと図４のデータを比較して差分値を求め、図５に
示す起伏のグラフ１０４を得る。

【００２６】図５のグラフ１０４のＺ軸方向の最大値
（最大山）と最小値（最深谷）の差を形状パラメータＲ
ｔとして求めるとともに、全体のデータから曲率半径を
算出する。研削・研摩皿Ｇが平面皿であれば形状パラメ
ータＲｔのみを求める。

【００２７】なお、図５のグラフ１０４の中断部分１１
４は研削・研摩皿Ｇの研摩材保持穴や気孔に基づくデー
タをカットした結果であり、図６に示すように、前記中
断部分を直線１１５で結んで折れ線グラフ１０５を得て
もよい。この場合は、研削・研摩皿Ｇの表面Ｇ₁ の起伏
がより明確に観察できるという利点が付加される。

【００２８】ＣＰＵ３２による上記の演算経過はキーボ
ード６の指令によって表示部４に表示され、随時プリン
タ５によって印刷することができる。

【００２９】このようにして、曲率半径や形状パラメー
タＲｔによって研削・研摩皿Ｇの表面形状を評価し、修
正が必要であれば表面Ｇ₁ を切削する。修正後の研削・
研摩皿Ｇの研摩材保持穴に研摩材を埋め込んで製品とし
ての研削・研摩皿が完成する。

【００３０】なお、不要なデータをカットする替わり
に、これらをスプライン関数を用いて補正してもよい。
また、凸球状の粗面に限らず、凹球状の粗面でもよい
し、材質は他のプラスチック材料や金属等でもよい。さ
らに、触針のスタイラスに限らず、非接触で表面形状を
測定できるレーザ等のスタイラスでもよいし、演算部は
コンピュータであってもよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載するような効果を奏する。

【００３２】研削・研摩皿等の粗面の表面形状を測定す
るに際して、粗面自体の凹凸による不必要なデータを過
不足なく適切に除去し、粗面の曲率半径や形状パラメー
タを正確に測定できる。

【００３３】研削・研摩皿等の製造工程においては、研
削・研摩皿等の形状精度を上記の方法で評価し、形状精
度が不充分であれば修正を加える。このようにして、極
めて正確な表面形状を有する研削・研摩皿等を製作でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例による表面形状測定方法に用いる装置
を説明する説明図である。

【図２】図１の装置の読み取り部の出力に基づいて求め
られた表面曲線を示すグラフである。

【図３】図２の表面曲線の一次微分によるデータを座標
変換して示すグラフである。

【図４】不要なデータをカットした表面曲線を示すグラ
フである。

【図５】図４のデータとこれから得られた近似式による
データとの差を示すグラフである。

【図６】図５のデータの中断部分を直線で結んだグラフ
である。

【符号の説明】

１触針２読み取り部３演算部４表示部５プリンタ６キーボード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粗面を走査するスタイラスの出力に基づ
いて連続的な表面曲線を作成する工程と、作成された連
続的な表面曲線を一次微分して微分値のデータを得る工
程と、得られた微分値のデータから所定の範囲を超える
データを除去し、残りのデータから逆算して断続的な表
面曲線を得る工程を有することを特徴とする表面形状測
定方法。
【請求項２】粗面が曲面である場合に、断続的な表面
曲線から前記粗面の形状パラメータと曲率半径をそれぞ
れ算出することを特徴とする請求項１記載の表面形状測
定方法。
【請求項３】粗面が平面である場合に、断続的な表面
曲線から前記粗面の形状パラメータを算出することを特
徴とする請求項１記載の表面形状測定方法。