JPH08285570A - Method and apparatus for measuring shape parameter - Google Patents

Method and apparatus for measuring shape parameter

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JPH08285570A
JPH08285570A JP7089717A JP8971795A JPH08285570A JP H08285570 A JPH08285570 A JP H08285570A JP 7089717 A JP7089717 A JP 7089717A JP 8971795 A JP8971795 A JP 8971795A JP H08285570 A JPH08285570 A JP H08285570A
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JP
Japan
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shape
data
theoretical
amount
contact
Prior art date
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Pending
Application number
JP7089717A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toyoharu Sasaki
豊春 佐々木
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP7089717A priority Critical patent/JPH08285570A/en
Publication of JPH08285570A publication Critical patent/JPH08285570A/en
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Abstract

PURPOSE: To determine a shape parameter of a free curved surface such as that of a non-spherical lens by a method wherein a theoretical shape is applied corresponding to a measuring data and an abnormal data is removed from the shape measuring data to determine a normal vector and a foot of a perpendicular in the shape measuring data with respect to the theoretical shape. CONSTITUTION: A theoretical shape specifying means 910 extracts a necessary theoretical shape data using an input means 903 from a data of work as subject in a memory means 908 or inputs a necessary data directly. A memory means 909 stores the data specified. A correction data generating means 913 generates a roundness correction data from a measuring data as obtained by measuring a spherical prototype stored in a memory means 912 to be stored into a memory means 914. An abnormal point removing means 916 removes an abnormal measuring data from the theoretical shape initialized and the measuring data and the results are passed to a shape evaluating means 917. The means 917 evaluates a shape conforming to an evaluation reference from the data and the results are stored into a memory means 918, and it is shown on a display means 904.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は接触式の座標測定機から
得られる形状測定データを基に、一般幾何形状ならびに
自由曲面形状など、多次元形状の形状パラメータを、接
触子の真球度以上の精度で測定する方法および装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention is based on shape measurement data obtained from a contact type coordinate measuring machine, and based on shape measurement data, multi-dimensional shape parameters such as general geometric shapes and free-form surface shapes can be used for determining the sphericity of a contactor or more. And apparatus for measuring with the accuracy of.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、検査や測定の現場においては三次
元測定機に代表される座標測定機の普及が著しい。その
理由として、従来のノギスやマイクロメータなどの測定
器に比べて、座標測定機を用いれば、複雑かつ多種多様
な被測定物に対して、高い精度でしかも誰でも簡単にそ
の寸法、形状を測定・評価することができ、その上フレ
キシブルな自動化をも実現することが可能だからであ
る。
2. Description of the Related Art In recent years, coordinate measuring machines typified by coordinate measuring machines have been remarkably spread in the field of inspection and measurement. The reason for this is that using a coordinate measuring machine, compared to conventional measuring instruments such as calipers and micrometers, makes it possible to accurately measure the size and shape of a wide variety of complex and diverse objects to be measured. This is because it is possible to measure and evaluate, and it is also possible to realize flexible automation.

【0003】座標測定機においては、タッチトリガによ
る接触式のセンサ、もしくは光などを媒体とした非接触
式のセンサにより被測定物の形状がサンプリングされ、
空間的な座標値データが、形状測定データとして電子計
算機に入力される。電子計算機においては、その形状測
定データを直線、円、円筒、平面、円錐、球、自由曲面
など、該当する多次元形状を表す数学的な方程式に代入
し、最小自乗法により、その形状パラメータ(例えば位
置、姿勢、寸法、偏差など)を算出するのが一般的であ
る。例えば、多次元形状として円筒を考えた場合、位置
としては中心軸上の座標、姿勢としては中心軸の方向ベ
クトル、寸法としては半径が求められる。これらの評価
結果を図面などに記載された設計形状と比較すれば、そ
の部品が図面の指示通りに正しく製作されているかどう
か判定するのは極めて容易である。
In the coordinate measuring machine, the shape of the object to be measured is sampled by a contact sensor using a touch trigger or a non-contact sensor using light as a medium.
Spatial coordinate value data is input to the electronic computer as shape measurement data. In a computer, the shape measurement data is substituted into a mathematical equation representing the corresponding multidimensional shape such as a straight line, circle, cylinder, plane, cone, sphere, and free-form surface, and the shape parameter ( For example, position, orientation, size, deviation, etc.) are generally calculated. For example, when a cylinder is considered as a multidimensional shape, the position is the coordinate on the central axis, the posture is the direction vector of the central axis, and the dimension is the radius. If these evaluation results are compared with the design shape described in the drawings or the like, it is extremely easy to determine whether or not the component is correctly manufactured according to the instructions in the drawings.

【0004】また、球面レンズなどの光学部品の測定で
は、光学的な干渉測定法によって1nm以下の精度での
形状測定・評価が可能となっているが、非球面レンズの
ように一般的な幾何形状からはずれるものに対しては、
このような干渉測定法は使用できないため他の方法で測
定することになる。この非球面レンズおよび非球面レン
ズ用金型などに代表される自由曲面形状の測定にも座標
測定機は有効であり、対象レンズに接触子を接触させ、
その座標値データから設計された自由曲面へと、最小自
乗法等によってベストフィットを行い、曲面形状を評価
する方法が良く行われている。昨今では、電子計算機の
高速化、高機能化、低価格化に拍車がかかり、今後ます
ますこのような測定方法が主流となっていくのは間違い
ない。
Further, in the measurement of optical components such as a spherical lens, it is possible to measure and evaluate the shape with an accuracy of 1 nm or less by an optical interferometry method. For things that are out of shape,
Since such an interferometric method cannot be used, it is measured by another method. The coordinate measuring machine is also effective for measuring the free-form surface shape represented by the aspherical lens and the mold for the aspherical lens, and the contactor is brought into contact with the target lens,
A well-known method is to perform a best fit to the designed free-form surface from the coordinate value data by the least square method or the like to evaluate the shape of the curved surface. These days, there is no doubt that such measurement methods will become the mainstream in the future because of the increasing speed, higher functionality and lower price of electronic computers.

【0005】上述の如き従来技術において、最小自乗法
が採用される理由としては、アルゴリズムが単純でプロ
グラムが組み易い、計算時間が速い、計算の安定性が高
い、異常な測定点に対して鈍感であるなど、数多くの利
点が存在するためである。しかし、その理由の多くは測
定機を製作する側の立場から見たものであり、被測定物
の機能評価の観点からは、最小自乗法は適切な形状評価
の方法ではない。事実、JISにおいては最小自乗法で
はなく、最小領域法・最大内接法・最小外接法による測
定方法が規定されており(JIS B0021、B00
22、B0621−1984)、ISOやANSIなど
においても同様に規定されている。一般的に、同一の形
状データであっても最小自乗法、最小領域法、最大内接
法、最小外接法により算出される形状パラメータはそれ
ぞれ異なる。しかしながら、従来は最小領域法・最大内
接法・最小外接法による、適切な形状パラメータの測定
方法や装置が充分に確立されていなかったため、計算時
間や安定性または使用条件などの面などで問題が多く、
実用上は最小自乗法にしか頼らざるを得なかったのが実
状であった。
The reason why the least squares method is adopted in the above-mentioned prior arts is that the algorithm is simple and the program is easy to construct, the calculation time is fast, the stability of the calculation is high, and it is insensitive to abnormal measurement points. This is because there are many advantages such as However, most of the reasons are from the standpoint of the manufacturer of the measuring machine, and the least squares method is not an appropriate shape evaluation method from the viewpoint of functional evaluation of the object to be measured. In fact, JIS specifies the measurement method by the minimum area method, the maximum inscribed method, and the minimum circumscribed method instead of the least square method (JIS B0021, B00.
22, B0621-1984), ISO, ANSI and the like. Generally, even with the same shape data, the shape parameters calculated by the least square method, the minimum area method, the maximum inscribed method, and the minimum circumscribed method are different from each other. However, in the past, adequate measurement methods and devices for shape parameters such as the minimum area method, maximum inscribed method, and minimum circumscribed method have not been fully established, so there is a problem in terms of calculation time, stability, usage conditions, etc. Many,
In practice, the only way to rely was on the least squares method.

【0006】本発明者らは、このような問題点に鑑み
て、最小領域法・最大内接法・最小外接法による多次元
形状の形状パラメータを、安定的にかつ短時間に求める
測定方法および装置を発明し、先に特許出願した(特願
平5−66439)。以下、この出願を先願発明として
引用する。先願発明は、近年主流となっている座標測定
機を用いた測定・検査において、真にその実効を期する
には、実用的な最小領域法・最大内接法・最小外接法に
よる多次元形状の形状パラメータ測定方法および装置を
実現することが、最重要課題であるとの認識に立ち発明
されたものである。
In view of these problems, the present inventors have proposed a measuring method for stably and quickly obtaining shape parameters of a multidimensional shape by the minimum area method, maximum inscribed method, and minimum circumscribed method. He invented the device and filed a patent application earlier (Japanese Patent Application No. 5-66439). Hereinafter, this application will be referred to as a prior invention. The invention of the prior application, in measuring and inspecting using a coordinate measuring machine which has become mainstream in recent years, is a multidimensional dimension based on a practical minimum area method, maximum inscribed method, and minimum circumscribed method in order to truly achieve its effect. The invention was made with the recognition that the realization of a shape parameter measuring method and apparatus is the most important issue.

【0007】即ち、先願発明は第1に、「多次元形状を
実測して得られた形状データに対し、その数学的な理論
形状の位置合わせを行うことにより前記多次元形状の形
状パラメータを求める測定方法において、前記形状デー
タに対応する、前記理論形状を与える第1段階と、前記
理論形状と前記形状データの間の誤差が小さくなるよう
に、前記理論形状の少なくとも並進移動量、もしくは回
転移動量を算出する第2段階と、算出された、前記並進
移動量、もしくは回転移動量をもって、前記理論形状を
並進、もしくは回転せしめる第3段階と、前記並進移動
量とあらかじめ設定した並進移動量の設定値、もしくは
前記回転移動量とあらかじめ設定した回転移動量の設定
値を比較判断する第4段階と、前記第4段階において、
比較判断された結果により、再度前記第2、第3、第4
段階を繰り返す第5の段階と、前記第5段階と同様に、
前記第4段階において比較判断された結果により、その
時の形状パラメータ求める第6段階と、を有することを
特徴とする多次元形状の形状パラメータ測定方法」であ
る。
That is, in the first invention, firstly, "the shape parameter of the multi-dimensional shape is determined by aligning the mathematical theoretical shape with respect to the shape data obtained by actually measuring the multi-dimensional shape. In the measuring method to be obtained, a first step of giving the theoretical shape corresponding to the shape data, and at least an amount of translational movement or rotation of the theoretical shape so that an error between the theoretical shape and the shape data becomes small. A second step of calculating a movement amount, a third step of translating or rotating the theoretical shape with the calculated translational movement amount or rotational movement amount, and the translational movement amount and a preset translational movement amount. Or a fourth step of comparing and judging the set value of the rotational movement amount or the set value of the rotational movement amount set in advance, and the fourth step,
According to the result of comparison and judgment, the second, third, fourth
A fifth step of repeating the steps, and like the fifth step,
And a sixth step of obtaining a shape parameter at that time based on the result of the comparison and judgment in the fourth step.

【0008】先願発明の第2は、「多次元形状を実測し
て得られた形状データに対し、その数学的な理論形状の
位置合わせを行うことにより前記多次元形状の形状パラ
メータを求める測定方法において、前記形状データに対
応する、前記理論形状を与える第1段階と、前記理論形
状と前記形状データの間の誤差が小さくなるように、前
記理論形状の少なくとも並進移動量、もしくは回転移動
量を算出する第2段階と、前記並進移動量とあらかじめ
設定した並進移動量の設定値、もしくは前記回転移動量
とあらかじめ設定した回転移動量の設定値を比較判断す
る第3段階と、前記第3段階において、比較判断された
結果により、前記並進移動量もしくは回転移動量をもっ
て、前記理論形状を並進、もしくは回転せしめ、再度前
記第2段階、第3段階を繰り返す第4段階と、前記第4
段階と同様に前記第3段階において、比較判断された結
果により、その時の形状パラメータを求める第5段階と
を有することを特徴とする多次元形状の形状パラメータ
測定方法」である。
A second aspect of the invention of the prior application is "Measurement for obtaining the shape parameter of the multidimensional shape by aligning the mathematical theoretical shape with respect to the shape data obtained by actually measuring the multidimensional shape. In the method, a first step of providing the theoretical shape corresponding to the shape data, and at least a translational movement amount or a rotational movement amount of the theoretical shape so that an error between the theoretical shape and the shape data becomes small. And a third step of comparing and judging the translational movement amount and a preset value of the translational movement amount, or a third step of comparing and judging the rotational movement amount and a preset value of the rotational movement amount. In the step, the theoretical shape is translated or rotated with the translational movement amount or the rotational movement amount according to the result of comparison and determination, and the second step, the third step A fourth step of repeating the floor, the fourth
Similarly to the step, in the third step, there is provided a fifth step of obtaining the shape parameter at that time based on the result of the comparison and judgment ".

【0009】先願発明の第3は、「多次元形状を実測し
て得られた形状データに対し、その数学的な理論形状の
位置合わせを行うことにより前記多次元形状の形状パラ
メータを求める装置において、前記形状データを入力す
る入力手段と、前記理論形状を指定する指定手段と、前
記理論形状と前記形状データの間の誤差が小さくなるよ
うに、前記理論形状の少なくとも並進移動量もしくは回
転移動量を算出する演算手段1と、算出された、前記並
進移動量もしくは回転移動量をもって、前記理論形状を
並進、もしくは回転せしめる演算手段2と、前記並進移
動量とあらかじめ設定した並進移動量の設定値、もしく
は前記回転移動量とあらかじめ設定した回転移動量の設
定値を比較判断する判断手段と、前記判断手段において
判断された結果に基づき、前記演算手段1、演算手段
2、判断手段を繰り返すための制御手段と、同様に前記
判断において判断された結果に基づき、前記多次元形状
の形状パラメータを出力する出力手段とから構成される
ことを特徴とする測定装置」である。
A third aspect of the invention of the prior application is "a device for obtaining the shape parameter of the multidimensional shape by aligning the mathematical theoretical shape with respect to the shape data obtained by actually measuring the multidimensional shape. In input means for inputting the shape data, designating means for designating the theoretical shape, and at least an amount of translational movement or rotational movement of the theoretical shape so that an error between the theoretical shape and the shape data becomes small. An arithmetic means 1 for calculating an amount, an arithmetic means 2 for translating or rotating the theoretical shape with the calculated translational movement amount or rotational movement amount, and setting of the translational movement amount and a preset translational movement amount. A value, or a judgment means for comparing and judging a preset value of the rotational movement amount with the preset value of the rotational movement amount, and a result judged by the determination means. Based on the result of the judgment, the calculation means 1, the calculation means 2, and the judgment means are repeated, and the output means outputs the shape parameter of the multidimensional shape based on the judgment result. It is a measuring device characterized by that.

【0010】先願発明では、本来非線形の連立方程式と
なるべき形状パラメータの算出理論に対し、線形近似と
繰り返し演算の手法を適用して、新たな方法論として体
系化することによって、最小自乗法のみならず従来では
不可能であった最小領域・最大内接・最小外接等といっ
た方法による形状パラメータの測定を、安定的にかつ短
時間で求めることを実現したものである。更に、形状パ
ラメータの誤差評価の方向を、常に対象形状の面法線ベ
クトル方向に取ることや、計算の過程上必要となる理論
形状データを、CADシステムなどで設計された図面デ
ータもしくは形状データから抽出利用する方法、あるい
は操作者の直接入力もしくは形状種別のみの入力方法な
ど、多くの機能を実現した。
In the invention of the prior application, the method of linear approximation and iterative calculation is applied to the theory of calculation of the shape parameters, which should originally be a non-linear simultaneous equation, and systematized as a new methodology, so that only the least squares method is obtained. It was realized that the shape parameters could be measured stably and in a short time by methods such as minimum area / maximum inscribed / minimum circumscribed, which were impossible in the past. Furthermore, the direction of error evaluation of the shape parameter is always taken to be the surface normal vector direction of the target shape, and theoretical shape data required in the calculation process is calculated from drawing data or shape data designed by a CAD system or the like. Many functions were realized, such as the method of extracting and using, the method of direct input by the operator, or the method of inputting only the shape type.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】前述のように、通常の
球面レンズであれば光学的な干渉測定法によって1nm
以下の精度での形状評価が実現されている。しかし、最
近では光学製品に要求される性能が高度化するに従っ
て、非球面形状を持ったレンズを頻繁に使わざるをえな
い状況になっている。しかしながら、この光学的な干渉
測定法では非球面レンズのような自由曲面形状の測定・
評価は行えない。従って、これら非球面レンズの測定・
評価は、他の色々な方法で行っているのが現状である。
中でも接触式の座標測定機による形状評価方法は、色々
な形状に対しても柔軟性があり、かつ信頼性が高いこと
から良く使用されている。
As described above, if a normal spherical lens is used, it is 1 nm by the optical interferometry method.
The shape evaluation is realized with the following accuracy. However, recently, as the performance required for optical products has become more sophisticated, lenses with aspherical shapes have to be used frequently. However, in this optical interferometry method, it is possible to measure a free-form surface such as an aspherical lens.
It cannot be evaluated. Therefore, measurement of these aspherical lenses
Currently, the evaluation is performed by various other methods.
Among them, the shape evaluation method using a contact type coordinate measuring machine is often used because it is flexible and reliable even for various shapes.

【0012】このような従来の接触式の座標計測技術に
おいて、測定によって得られる形状測定データとは、球
形の接触子(スタイラス)の中心座標値であって、実際
に接触子と非測定物との接触位置の座標値が得られる訳
ではない。従って、この形状測定データから形状パラメ
ータを求める際には、一旦接触子の中心座標値を通る形
状パラメータを算出した後に、予め求められているスタ
イラスの半径値分だけ、算出した形状パラメータをオフ
セットして求める方法を取っている。しかし、この方法
では接触子は真球であり、その半径値は接触子のどの位
置でも変化しないことを前提としている。また、一般幾
何形状では問題ないが、自由曲面の評価では、算出され
た評価形状から接触子の半径分だけオフセットされた厳
密なオフセット面を生成することも、決して容易な技術
ではない。
In such a conventional contact-type coordinate measuring technique, the shape measurement data obtained by measurement is the center coordinate value of a spherical contactor (stylus), and the contactor and the non-measuring object are actually measured. It does not mean that the coordinate value of the contact position of is obtained. Therefore, when obtaining the shape parameter from this shape measurement data, after calculating the shape parameter that passes through the center coordinate value of the contact once, the calculated shape parameter is offset by the radius value of the stylus that is obtained in advance. I am taking the method of seeking. However, this method is based on the assumption that the contactor is a true sphere and its radius value does not change at any position of the contactor. Further, although there is no problem in the general geometric shape, it is not an easy technique to generate a strict offset surface offset from the calculated evaluation shape by the radius of the contact in the evaluation of the free-form surface.

【0013】従来は座標測定機の測定精度自体が0.1
μmから数μm程度であったため、接触子は十分に真球
とみなせる範囲内であった。一般に、非常に良く仕上げ
られた接触子でも、その真球度は数十nm程度の値を持
っている。従って、要求される測定精度が、この接触子
の真球度を無視できる程度の場合には支障ないが、非球
面レンズなどの光学部品のように要求精度が1nm程度
以下になると、従来法では全く対処不可能となってしま
う。
Conventionally, the measuring accuracy itself of the coordinate measuring machine is 0.1.
Since it was about μm to several μm, the contactor was sufficiently within the range that could be regarded as a true sphere. In general, even a very well-finished contactor has a sphericity of about several tens of nm. Therefore, there is no problem if the required measurement accuracy is such that the sphericity of the contact can be ignored, but if the required accuracy becomes about 1 nm or less like an optical component such as an aspherical lens, the conventional method is used. It becomes impossible to deal with at all.

【0014】更に、この程度の要求精度になると被測定
物上に付着したゴミなどが非常に問題になる。通常、ゴ
ミは数十nmから数μm程度の大きさを持っている。ま
た、非球面レンズなどの自由曲面の形状測定では、数万
点から数百万点の測定データが得られる。従って、この
膨大な形状測定データの中から、事前にこれらの異常な
測定データを取り除いておかないと、異常な測定データ
による影響を直接受けて、本来の正しい形状パラメータ
を求めることができなくなってしまう。しかし、直径数
十mmから数百mmの大きさを持つ光学部品を測定した
データから、これらの異常な測定データを、人間が逐一
確認しながら取り除くことは、現実問題として不可能と
言わざを得ない。
Further, when the required accuracy is about this level, dust and the like adhering to the object to be measured becomes a serious problem. Usually, the dust has a size of several tens nm to several μm. Further, in the shape measurement of a free-form surface such as an aspherical lens, measurement data of tens of thousands to millions of points can be obtained. Therefore, unless these abnormal measurement data are removed in advance from this enormous amount of shape measurement data, the influence of the abnormal measurement data cannot be directly obtained, and the original correct shape parameter cannot be obtained. I will end up. However, it is impossible in reality for humans to remove these abnormal measurement data from the data obtained by measuring optical components with diameters of several tens of millimeters to several hundreds of millimeters. I don't get it.

【0015】また、自由曲面等の一般幾何形状からはず
れた形体に対する、形状精度を表す幾何公差としては、
JIS/ISOなどにおいて「面の輪郭度」と言ったも
のが規定されている。この輪郭度を求める際には、前述
のように最小自乗法による評価ではなく最小領域法によ
る評価を行わなければならない。しかし、現状は自由曲
面に対する最小領域評価どころか、最小自乗法による評
価さえも非常に困難な技術であり、ごく限られた条件で
しか実現できないものが多い。
Further, as a geometrical tolerance representing the shape accuracy for a shape deviating from a general geometrical shape such as a free-form surface,
According to JIS / ISO and the like, what is called "surface contour degree" is specified. When obtaining the contour degree, the evaluation by the minimum area method must be performed instead of the evaluation by the least square method as described above. However, at present, it is a very difficult technique not only to evaluate the minimum area of a free-form surface, but also to evaluate by the method of least squares, and there are many techniques that can be realized only under very limited conditions.

【0016】本発明はこのような問題点を鑑みてなされ
たもので、非球面レンズに代表されるような、自由曲面
の形状パラメータを正確かつ安定的に求める測定方法お
よび装置を得、かつ自由曲面形状に対する正確な輪郭度
の測定・評価を可能とすることを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a measuring method and apparatus for accurately and stably obtaining a shape parameter of a free-form surface, which is represented by an aspherical lens, and is free. The purpose is to enable accurate measurement and evaluation of the contour of curved surfaces.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明は、高精度に仕上
げられた非球面レンズや光学部品用金型など、自由曲面
形状を表す形状パラメータを、接触式の座標測定機によ
って正確に求めると言う要求に対し、その形状精度を光
学理論で求められる程度に精度良く、かつJIS/IS
Oなどの規格に従った評価基準(最小領域法、最大内接
法、最小外接法など)で算出、かつ自由曲面に対する輪
郭度の公差評価を可能とする方法および装置を実現する
ことが、ますます高度化する光学製品への要求性能を維
持するための最重要課題であると認識し、鋭意研究の結
果成すに至ったものである。
According to the present invention, when a shape parameter representing a free-form surface shape such as an aspherical lens and a metal mold for optical parts finished with high accuracy is accurately obtained by a contact type coordinate measuring machine. In response to the requirements, the shape accuracy is as accurate as required by optical theory, and JIS / IS
It is possible to realize a method and device that can be calculated by evaluation criteria (minimum area method, maximum inscribed method, minimum circumscribed method, etc.) according to standards such as O, and that can evaluate the tolerance of the contour degree for a free-form surface We recognized that this is the most important issue for maintaining the required performance for the increasingly sophisticated optical products, and have achieved the results of our earnest research.

【0018】すなわち、本発明の請求項1では、接触子
を多次元形状の被測定物に接触させることによって得ら
れる、接触子の中心座標からなる形状測定データに対
し、その数学的な理論形状の位置合わせを行うことによ
って、前記多次元形状の形状パラメータを求める測定方
法において、前記形状測定データに対応する前記理論形
状を与える第1段階と、前記形状測定データの中から異
常な形状測定データを除去する第2段階と、前記形状測
定データの前記理論形状への法線ベクトル及び垂線の足
を求め、更にその法線方向誤差量を算出する第3段階
と、前記算出された結果から、接触子と理論形状との接
触点および接触子の真球度の補正量を算出し、その時の
法線方向誤差量を補正する第4段階と、前記形状測定デ
ータと前記理論形状との間の法線方向誤差が小さくなる
ように、前記理論形状の並進移動量もしくは回転移動量
を算出する第5段階と、前記並進移動量もしくは回転移
動量をもって、前記理論形状を並進、もしくは回転せし
める第6段階と、前記並進移動量もしくは前記回転移動
量と、予め設定したこれらの値とを比較判断する第7段
階と、前記第7段階において比較判断された結果によ
り、再度前記第3、第4、第5、第6、第7段階を繰り
返す第8段階と、前記第7段階において比較判断された
結果により、その時の形状パラメータを算出する第9段
階とから、直接的に接触子の有効半径と真球度を補正し
た形状パラメータを求めることを特徴とする。
That is, according to claim 1 of the present invention, the mathematical theoretical shape of the shape measurement data consisting of the center coordinates of the contactor, which is obtained by bringing the contactor into contact with the object to be measured having a multidimensional shape, In the measuring method for determining the shape parameter of the multidimensional shape by performing the alignment of the first shape, the first step of giving the theoretical shape corresponding to the shape measurement data, and the abnormal shape measurement data from the shape measurement data. From the calculated result, a second step of removing, a third step of obtaining a normal vector and a foot of a perpendicular to the theoretical shape of the shape measurement data, and further calculating a normal direction error amount thereof, A fourth step of calculating a contact point between the contactor and the theoretical shape and a correction amount of the sphericity of the contactor, and correcting the error amount in the normal direction at that time, the shape measurement data and the theoretical shape. The fifth step of calculating the translational movement amount or the rotational movement amount of the theoretical shape and the translational movement amount or the rotational movement amount of the theoretical shape so as to reduce the error in the normal direction between the theoretical shape and the theoretical shape are translated or rotated. Based on the sixth step, the seventh step of comparing the translational movement amount or the rotational movement amount with these preset values, and the result of the comparison determination in the seventh step, the third and the third From the 8th step of repeating the 4th, 5th, 6th, and 7th steps and the 9th step of calculating the shape parameter at that time based on the result of comparison and judgment in the 7th step, the contactor is directly activated. It is characterized in that shape parameters are obtained by correcting the radius and the sphericity.

【0019】また、本発明の請求項2では、請求項1に
付け加え、前記異常な測定データを除去する第2段階
は、前記第3、第5、第6、第7、第8、第9段階によ
って算出された形状パラメータと前記法線方向誤差量と
から、法線方向誤差量のしきい値を算出する第10段階
と、前記しきい値により対象となる形状測定データをふ
るい分ける第11段階と、算出された形状パラメータと
前回算出された形状パラメータとの差を、予め設定した
値と比較判断する第12段階と、前記第12段階に比較
判断された結果により、前記第3、第5、第6、第7、
第8、第9段階及び、前記第10、第11、第12を繰
り返す第13段階と、前記第12段階によってふるい分
けられた形状データを新たな形状データとする第14段
階とから、構成される。
According to claim 2 of the present invention, in addition to claim 1, the second step of removing the abnormal measurement data is the third, fifth, sixth, seventh, eighth and ninth steps. A tenth step of calculating a threshold value of the normal direction error amount from the shape parameter calculated by the step and the normal direction error amount, and an eleventh step of sieving the target shape measurement data by the threshold value. And a twelfth step of comparing and determining the difference between the calculated shape parameter and the previously calculated shape parameter with a preset value, and the third and third values based on the result of the comparison and determination in the twelfth step. 5, 6th, 7th,
It is composed of eighth and ninth steps, a thirteenth step of repeating the tenth, eleventh and twelfth steps, and a fourteenth step of using the shape data screened by the twelfth step as new shape data. .

【0020】さらに、本発明の請求項3では、請求項1
に付け加え、予め求められている半径値と前記法線ベク
トルとから、接触子の真球度の補正量を算出し、その時
の法線方向誤差を補正する前記第4段階は、前記法線ベ
クトルと、予め作成されている真球度の補正データか
ら、その法線ベクトルに対応する接触子の真球度を補正
するための補正量を算出する第15段階と、算出された
補正量と予め与えられている接触子の有効半径を引いた
値を新たな法線方向誤差量とする第16段階とから、構
成される。
Further, according to claim 3 of the present invention, claim 1
In addition, the fourth step of calculating the correction amount of the sphericity of the contact from the previously obtained radius value and the normal vector and correcting the normal direction error at that time is the normal vector. And a fifteenth step of calculating a correction amount for correcting the sphericity of the contact corresponding to the normal vector from the correction data of the sphericity created in advance, and the calculated correction amount and the A 16th step in which a value obtained by subtracting the effective radius of a given contactor is set as a new normal direction error amount.

【0021】本発明の請求項4では、前記請求項2に付
け加え、前記法線ベクトルと予め作成されている真球度
の補正データから、その法線ベクトルに対応する接触子
の真球度を補正するための補正量を算出する前記第15
段階において、予め真球度の分かっている球面原器を測
定し、そのときの得られる形状データと、前記第3、第
5、第6、第7、第8段階によって得られる形状パラメ
ータとから、接触子と球面原器との接触点およびその点
での法線方向誤差を算出する第17段階と、前記法線方
向誤差を接触子の表面位置に対応させる第18段階と、
前記対応付けされた法線方向誤差を用いて、接触子の中
心座標値とその中心位置を通る法線ベクトル方向の直線
とから、その直線方向での接触子の真球度補正量を算出
可能とする数学的な形式に変更する第19の段階とか
ら、構成される。
According to claim 4 of the present invention, in addition to claim 2, the sphericity of the contact corresponding to the normal vector is calculated from the normal vector and correction data of the sphericity created in advance. The fifteenth aspect for calculating a correction amount for correction
In the step, a spherical prototype having a known sphericity is measured in advance, and the obtained shape data and the shape parameters obtained in the third, fifth, sixth, seventh, and eighth steps are used. A seventeenth step of calculating a contact point between the contactor and the spherical prototype and a normal direction error at that point, and an eighteenth step of relating the normal direction error to the surface position of the contactor,
Using the associated normal direction error, it is possible to calculate the sphericity correction amount of the contact in the linear direction from the center coordinate value of the contact and the straight line in the direction of the normal vector passing through the center position. And the nineteenth step of changing to the mathematical form

【0022】また、本発明の請求項5は、接触子を多次
元形状の被測定物に接触させることによって得られる、
接触子の中心座標からなる形状測定データに対し、その
数学的な理論形状の位置合わせを行うことによって、前
記多次元形状の形状パラメータを求める測定装置におい
て、前記形状測定データに対応する前記理論形状を与え
る第1手段と、前記形状測定データの中から異常な形状
測定データを除去する第2手段と、前記形状測定データ
の前記理論形状への法線ベクトル及び垂線の足を求め、
更にその法線方向誤差量を算出する第3手段と、前記算
出結果から、接触子と理論形状との接触点および接触子
の真球度の補正量を算出し、その時の法線方向誤差量を
補正する第4手段と、前記形状測定データと前記理論形
状の間の法線方向誤差が小さくなるように、前記理論形
状の並進移動量もしくは回転移動量を算出する第5手段
と、前記並進移動量もしくは回転移動量をもって、前記
理論形状を並進、もしくは回転せしめる第6手段と、前
記並進移動量もしくは前記回転移動量と、予め設定され
たこれらの値とを比較判断する第7手段と、前記第7手
段において比較判断された結果により、再度前記第3、
第4、第5、第6、第7手段を繰り返す第8手段と、前
記第7手段において比較判断された結果により、その時
の形状パラメータを算出する第9手段とを備え、直接的
に接触子の有効半径と真球度を補正した形状パラメータ
を求めることを特徴とする。
A fifth aspect of the present invention is obtained by bringing a contactor into contact with an object to be measured having a multidimensional shape.
In the measuring device for obtaining the shape parameter of the multidimensional shape by aligning the mathematical theoretical shape with respect to the shape measuring data composed of the center coordinates of the contact, the theoretical shape corresponding to the shape measuring data. And a second means for removing abnormal shape measurement data from the shape measurement data, a normal vector of the shape measurement data to the theoretical shape, and a foot of a perpendicular line,
Further, the third means for calculating the normal direction error amount and the correction amount of the contact point between the contactor and the theoretical shape and the sphericity of the contactor are calculated from the calculation result, and the normal direction error amount at that time is calculated. And a fifth means for calculating a translational movement amount or a rotational movement amount of the theoretical shape so that an error in a normal direction between the shape measurement data and the theoretical shape becomes small. Sixth means for translating or rotating the theoretical shape with a moving amount or a rotational moving amount, and a seventh means for comparing and judging the translational moving amount or the rotational moving amount with these preset values, According to the result of comparison and judgment by the seventh means, the third,
Eighth means for repeating the fourth, fifth, sixth and seventh means, and ninth means for calculating the shape parameter at that time based on the result of comparison and judgment by the seventh means are provided, and the contactor is directly connected. It is characterized in that shape parameters are obtained by correcting the effective radius and the sphericity of.

【0023】[0023]

【作用】本発明では、接触子が真球であるとみなせない
程度の要求精度であっても、これを補正する方法および
異常な測定データを除去する方法ならびに、接触子の中
心座標値から直接的に対象形状の形状パラメータを算出
する方法を考案したことによって、従来法では決して達
成しえない高度な精度をもって、一般幾何形状のみなら
ず自由曲面に対しても、正確な形状パラメータを算出す
ることができるようにしたものである。更に、本発明で
は自由曲面形状に対する最小領域法基準による形状評価
を可能としたことで、JIS/ISO等の規格に従った
「面の輪郭度」公差の評価をも可能とした。
According to the present invention, even if the contactor is required to have a required accuracy such that it cannot be regarded as a true sphere, a method of correcting it and a method of removing abnormal measurement data, and a method of directly measuring the center coordinate value of the contactor By devising a method to calculate the shape parameter of the target shape, it is possible to calculate the accurate shape parameter not only for the general geometric shape but also for the free-form surface with a high degree of accuracy that cannot be achieved by the conventional method. It was made possible. Further, in the present invention, since the shape evaluation based on the minimum area method standard for the free-form surface shape is possible, it is also possible to evaluate the "surface contour degree" tolerance according to the standards such as JIS / ISO.

【0024】当然ながら本発明では先願発明と同様に、
形状パラメータの誤差評価の方向は常に対象形状の面法
線ベクトル方向で行われるため、非常に正確な評価が可
能になる。
Of course, the present invention is similar to the prior invention,
Since the direction of error evaluation of the shape parameter is always performed in the direction of the surface normal vector of the target shape, very accurate evaluation is possible.

【0025】[0025]

【実施例】以下に本発明に係る高精度な多次元形状の形
状パラメータの測定方法および装置の一実施例を、図面
を参照にしながら詳細に説明する。尚、本発明では主に
非球面レンズのような自由曲面形状を例に上げて説明す
るが、球面や平面のような一般幾何形状でも同一の方法
で評価できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a method and apparatus for measuring a highly accurate shape parameter of a multidimensional shape according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In the present invention, a free curved surface shape such as an aspherical lens will be mainly described as an example, but general geometric shapes such as a spherical surface and a flat surface can be evaluated by the same method.

【0026】図1には被測定物の形状測定データを基
に、被測定物の理論形状に対する移動および回転量を求
めるための基礎理論の一例を示す。この理論は先願発明
でも説明しているが、本発明でも同様に使用するので説
明する。まず、N個の測定点により構成された形状測定
データのi番目の測定点の位置ベクトルをMi 、それに
対応する位置合わせ前の理論形状上の理論点の位置ベク
トルをMthi 、その位置における理論形状の単位法線ベ
クトルをni 、位置合わせ後の理論形状上の理論点の位
置ベクトルをMopt とする。また、Mthi からMopt へ
のベクトルをDMthiとする。
FIG. 1 shows an example of a basic theory for obtaining the amount of movement and rotation of the measured object with respect to the theoretical shape, based on the measured data of the shape of the measured object. Although this theory is explained in the prior invention, it will be explained because it is used in the present invention as well. First, the position vector of the i-th measurement point of the shape measurement data composed of N measurement points is Mi, the corresponding position vector of the theoretical point on the theoretical shape before alignment is Mthi, and the theoretical shape at that position Let ni be the unit normal vector of M, and Mopt be the position vector of the theoretical point on the theoretical shape after alignment. The vector from Mthi to Mopt is DMthi.

【0027】ここで、位置合わせに係る量(並進量と回
転量)が微小であり、位置合わせ前の理論点Mthi 上に
おける単位法線ベクトルni と位置合わせ後の理論点M
opt上における単位法線ベクトルの方向が変化しないと
仮定する。この仮定のもとでは、位置合わせ後の基本理
論形状と前記測定点との間の誤差量ei は次式で表現さ
れる。
Here, the amount (the amount of translation and the amount of rotation) relating to the alignment is very small, and the unit normal vector ni on the theoretical point Mthi before the alignment and the theoretical point M after the alignment.
It is assumed that the direction of the unit normal vector on opt does not change. Under this assumption, the error amount ei between the basic theoretical shape after alignment and the measurement point is expressed by the following equation.

【0028】[0028]

【数1】 [Equation 1]

【0029】ここで、式中の記号「・」は2ベクトルの
内積を表す。また、数1のDMthiは位置合わせに係る量
が微小であるという仮定より、理論形状の任意の基準位
置(ベクトル)をAとすると、次式で表すことができ
る。
Here, the symbol “·” in the equation represents the inner product of two vectors. Further, it is possible to express the DMthi of Expression 1 by the following equation, where A is an arbitrary reference position (vector) of the theoretical shape on the assumption that the amount of alignment is minute.

【0030】[0030]

【数2】 [Equation 2]

【0031】ここで、VMAは理論点Mthi から任意の基
準位置Aへのベクトルである。また、DA はAの並進量
を、RはA回りの回転量を表すベクトルである。式中の
記号「×」は2つのベクトルの外積を表す。また、DA
とRの二つのベクトルは、合わせてスクリューベクトル
と呼ばれる。三次元空間上において、これら二つのベク
トルは次式のように表現することもできる。
Here, VMA is a vector from the theoretical point Mthi to an arbitrary reference position A. DA is a vector representing the translation amount of A and R is a vector representing the rotation amount around A. The symbol "x" in the equation represents the cross product of two vectors. Also, DA
The two vectors R and R are collectively called the screw vector. In a three-dimensional space, these two vectors can also be expressed as the following equation.

【0032】[0032]

【数3】 (Equation 3)

【0033】ここで、dx,dy,dz は並進移動ベクト
ルの3次元空間における座標成分であり、u,v,wは
同じく回転ベクトルの各座標成分である。数2を数1に
代入して次の数4を得る。ここで、VAMは前記ベクトル
VMAを反転したベクトルである。
Here, dx, dy and dz are coordinate components of the translation vector in the three-dimensional space, and u, v and w are coordinate components of the rotation vector. Substituting the equation 2 into the equation 1, the following equation 4 is obtained. Here, VAM is a vector obtained by inverting the vector VMA.

【0034】[0034]

【数4】 [Equation 4]

【0035】この数4は言い替えれば、測定点と基本理
論形状との間の位置合わせ後の誤差量を表している。総
ての測定点に対してこの数4を適用することによって、
DAとRを未知変数(三次元空間上での要素数は合計6
個になる、以下では三次元空間を前提して話を進める)
としたN本の連立一次方程式が得られる。従って、この
理論式によれば最低6個以上の測定点があれば、未知変
数DA とRの各要素を決定することができる。
In other words, the expression 4 represents the error amount after the alignment between the measurement point and the basic theoretical shape. By applying this number 4 to all measurement points,
DA and R are unknown variables (total number of elements in 3D space is 6)
It will be an individual, the following will proceed with the assumption of a three-dimensional space)
Thus, N simultaneous linear equations are obtained. Therefore, according to this theoretical formula, if there are at least six measurement points, each element of the unknown variables DA and R can be determined.

【0036】測定点の数が6点の場合には、この連立一
次方程式を直接解く事によって一意的にDA とRが決定
される。しかし、測定点の数が6点より多い場合には、
この連立一次方程式を解く際にさまざまな評価関数を適
用することで、その評価関数に従ったさまざまな解が得
られる ここでは測定点と理論形状との位置合わせという目的か
ら、評価関数としては数4のei を最小にすることを考
える。最小化にはさまざまな方法があるが、ここではJ
ISやANSI等の規格で規定されている最小自乗法と
最小領域法を例に取り、球面を評価する場合の評価関数
を示す。
When the number of measuring points is 6, DA and R are uniquely determined by directly solving the simultaneous linear equations. However, if the number of measurement points is more than 6,
By applying various evaluation functions when solving this system of linear equations, various solutions according to the evaluation functions can be obtained.Here, the number of evaluation functions is Consider minimizing the ei of 4. There are various ways to minimize it, but here J
An evaluation function in the case of evaluating a spherical surface is shown by taking the least square method and the minimum area method defined by standards such as IS and ANSI as examples.

【0037】(1)最小自乗法の場合(1) Least square method

【0038】[0038]

【数5】 (Equation 5)

【0039】(2)最小領域法の場合(2) In case of the minimum area method

【0040】[0040]

【数6】 (Equation 6)

【0041】ここで、rは球の半径を表す。またmax
()は、Wを最大とするカッコ内の変数を求める事を意
味する。従って、全測定データに対して数4式を適用し
てN本の連立一次方程式を作成し、これを数5もしくは
数6の評価関数に従って解くことによって、理論形状に
対する移動および回転量が得られる。尚、数5の評価関
数で解を得る場合には、一般に知られている行列解法で
連立一次方程式の係数行列を解けば良い。また数6の評
価関数で解を得る場合には、線形計画法によって連立一
次方程式を解けば良い。以上が、測定点と理論形状との
位置合わせを行うための基礎理論である。
Here, r represents the radius of the sphere. Also max
() Means to find the variable in parentheses that maximizes W. Therefore, by applying the equation (4) to all the measurement data, creating N simultaneous linear equations and solving them according to the evaluation function of the equation (5) or (6), the amount of movement and rotation with respect to the theoretical shape can be obtained. . When obtaining a solution with the evaluation function of Equation 5, the coefficient matrix of simultaneous linear equations may be solved by a generally known matrix solution method. Further, when the solution is obtained by the evaluation function of the equation 6, simultaneous linear equations may be solved by the linear programming method. The above is the basic theory for aligning the measurement point and the theoretical shape.

【0042】しかし、現実の形状測定およびその評価を
考えた場合、前記理論の前提条件である「位置合わせに
係る量(並進量と回転量)が微小であり」という仮定
は、一般には成り立たない。そこで、先願発明において
は前記理論を位置合わせのための一方法として使用し、
これに繰り返し理論を適用して新たな理論体系として整
備した事によって、前記過程が成り立たない場合でも形
状評価を行うことができるように成ったものである。
However, when considering the actual shape measurement and its evaluation, the assumption that "the amount relating to the alignment (the amount of translation and the amount of rotation) is minute", which is a prerequisite of the above theory, does not generally hold. . Therefore, in the invention of the prior application, the above theory is used as a method for alignment,
By applying the iterative theory to this and developing it as a new theoretical system, the shape can be evaluated even when the above process is not established.

【0043】図2には、本発明による形状パラメータ測
定方法の手順を示すフローチャートを示す。この方法で
は、第1段階として理論形状,形状測定データ,真球度
補正データ及び評価種別(最小自乗法/最小領域法/最
大内接法/最小外接法)の入力を行う(201)。尚、
真球度補正データに関しては後で説明する。次に、第2
の段階として入力された理論形状と形状測定データの大
まかな位置合わせを実行する。通常、理論形状は設計段
階で作成された仮想的な座標系の上で定義されているた
めに、実際の座標測定機が持つ固有の座標系とは一致し
ない。そのため、実際に形状評価を行う前に形状測定デ
ータと理論形状とを、大まかに位置合わせをしておく必
要がある。その際、入力された数百万点の形状測定デー
タ全てを用いると、計算処理に膨大な時間がかかってし
まう。この時点では、後の評価計算に不都合が出ない程
度の位置合わせで十分であるため、入力形状データの中
から適当な数のデータを抜き出し(202)、そのデー
タと理論形状とを用いて大まかな位置合わせを行う(2
03)。
FIG. 2 is a flowchart showing the procedure of the shape parameter measuring method according to the present invention. In this method, the theoretical shape, shape measurement data, sphericity correction data, and evaluation type (least square method / minimum area method / maximum inscribed method / minimum circumscribed method) are input as the first step (201). still,
The sphericity correction data will be described later. Then the second
The rough alignment of the theoretical shape and the shape measurement data input as the step of is executed. Usually, the theoretical shape is defined on a virtual coordinate system created at the design stage, and therefore does not match the unique coordinate system of the actual coordinate measuring machine. Therefore, it is necessary to roughly align the shape measurement data and the theoretical shape before actually performing shape evaluation. At that time, if all of the input shape measurement data of several million points is used, a huge amount of time is required for calculation processing. At this point, alignment is sufficient so as not to cause any inconvenience in later evaluation calculation, so an appropriate number of data is extracted from the input shape data (202), and the data and the theoretical shape are roughly used. Perform proper alignment (2
03).

【0044】形状測定データを抜き出す場合には、その
形状を表す最小の点数で良い。例えば球面であれは4点
でも十分である。ただし、自由曲面ではこのような最小
点数という物を一概には決定できないため、入力された
形状データの数十分の一から数百分の一、もしくは全デ
ータの内の数百点と言った具合に、理論形状を表現する
に十分な程度に適度な間隔で間引く方法が最も簡単であ
る。
When extracting the shape measurement data, the minimum number of points representing the shape may be used. For example, four points are enough for a spherical surface. However, since such a minimum number of points cannot be determined in a free-form surface, it is said that the input shape data is several tenths to several hundredths, or several hundreds of all the data. As a matter of fact, the method of thinning out at an appropriate interval that is sufficient to represent the theoretical shape is the simplest.

【0045】大まかな位置合わせが終了した次には、第
3段階としてゴミなどによる異常データの除去を実行す
る(204)。図3にはこの除去方法の原理図を示す。
前述のように、ゴミなど付着物の影響を受けた測定点に
おける偏差量は、正常な測定点における偏差量に比べて
数十倍から数百倍の大きさを持っている。正常な測定点
に比べて、異常点の数がある程度少なければ、そのまま
最小自乗法による形状評価を実行しても、誤差の平均化
効果によって、異常点の偏差は他の点に比べて大きく出
る。従って、異常点の除去方法は、最小自乗法による形
状評価を実行し、その結果から得られる各点の偏差量か
ら、所定のしきい値によって分離・除去すことによって
実現される。ただし、この処理は一度で良い訳ではな
く、数回繰り返して行い、最小自乗法による評価形状が
変わらなくなるまで行う必要がある。
After the rough alignment is completed, abnormal data such as dust is removed as the third step (204). FIG. 3 shows the principle of this removing method.
As described above, the deviation amount at the measurement point affected by the foreign matter such as dust is several tens to several hundred times larger than the deviation amount at the normal measurement point. If the number of abnormal points is relatively small compared to the normal measurement points, even if the shape evaluation by the least squares method is executed as it is, the deviation of the abnormal points will be larger than other points due to the error averaging effect. . Therefore, the abnormal point removing method is realized by performing shape evaluation by the method of least squares and separating and removing the deviation amount of each point obtained from the result by a predetermined threshold value. However, this process does not have to be performed once, and needs to be repeated several times until the evaluation shape by the least squares method does not change.

【0046】図4には、この異常点処理を行うためのフ
ローチャートを示す。まずはじめに、データの入力や各
初期設定を行う(401)。次に、入力された形状測定
データと理論形状とから、後述する本発明の評価方法
(真球度補正は行わない)を用いて、最小自乗法によっ
て形状評価を実行する(402)。次に結果として得ら
れた評価形状と入力された形状測定データとから、全測
定点における偏差量(法線方向誤差量)を算出すし、更
にこの偏差量からしきい値を決定する。一般に、偶然誤
差は正規分布を取ることが知られている。従って、この
偏差量から標準偏差σの値を求めて、この値を3倍した
量(3σ)をしきい値として求める(403)。尚、こ
のしきい値を求める方法は、上記の方法以外にも色々と
考えられるが、最も単純な方法として上記の例を上げて
いる。次に、このしきい値と各点の偏差量を比較し、し
きい値からはずれる点を除外する(マーク付けを行い、
正常点との区別を可能とする)処理を行う(404)。
こうして区別された形状測定データを用いて、再び最小
自乗法による形状評価を繰り返し実行する。こうして得
られた形状評価結果を、前回の形状評価結果と比べて
(405)、その差が十分小さく成るまで繰り返す。こ
うする事によって、異常なデータを自動的に除去するこ
とが可能に成る。
FIG. 4 shows a flowchart for performing this abnormal point processing. First, data is input and each initial setting is performed (401). Next, the shape evaluation is executed from the input shape measurement data and the theoretical shape by the least square method using the evaluation method of the present invention described below (without correcting the sphericity) (402). Next, the deviation amount (error amount in the normal direction) at all measurement points is calculated from the obtained evaluation shape and the input shape measurement data, and the threshold value is determined from this deviation amount. It is generally known that the random error has a normal distribution. Therefore, the value of the standard deviation σ is obtained from this deviation amount, and the amount (3σ) obtained by multiplying this value by 3 is obtained as the threshold value (403). Note that various methods other than the above method can be considered for obtaining this threshold value, but the above example is given as the simplest method. Next, compare the threshold value and the deviation amount of each point, and exclude the points deviating from the threshold value (mark,
Processing is performed to make it possible to distinguish from a normal point (404).
Using the shape measurement data thus discriminated, shape evaluation by the least squares method is repeatedly executed again. The shape evaluation result obtained in this way is compared with the previous shape evaluation result (405) and repeated until the difference becomes sufficiently small. This makes it possible to automatically remove abnormal data.

【0047】理想的には形状評価結果に差が無くなるま
で繰り返すのが最良であるが、被測定物が非球面レンズ
のように非常に良く仕上げられたものの場合には、実用
上は数回の繰り返しで十分である。以上によって、正常
なデータと異常なデータの選別が完了する。再び図2に
戻り、次に第4の段階として本来の形状評価に移行す
る。尚、このフローチャートでは、評価基準として最小
領域法による評価形状を求めることを想定して描いてあ
る。そのため、まず最小自乗法による形状評価を実施す
る(205)。要求される評価基準が最小自乗法の場合
には、この段階で得られた評価結果から形状パラメータ
を出力して処理を終了する(207)。
Ideally, it is best to repeat until there is no difference in the shape evaluation results, but if the object to be measured is a very well-finished object such as an aspherical lens, it will be practically repeated several times. Repeat is enough. With the above, selection of normal data and abnormal data is completed. Returning to FIG. 2 again, as the fourth step, the original shape evaluation is started. Note that this flowchart is drawn on the assumption that an evaluation shape by the minimum area method is obtained as an evaluation reference. Therefore, first, the shape evaluation is performed by the least square method (205). If the required evaluation criterion is the least squares method, the shape parameter is output from the evaluation result obtained at this stage, and the processing is ended (207).

【0048】最後に第5の段階として、要求される評価
基準が最小領域法(面の輪郭度)の場合には、前段の最
小自乗法による評価結果を初期理論形状として用いて、
最小領域法基準による形状評価を実施する(208)。
そして、得られた評価結果から最終的な最小領域法基準
による形状パラメータを出力する(209)。最小領域
法評価を実行する場合には、一旦最小自乗法による評価
を実行して結果を得た後に、この評価形状を初期理論形
状として、最小領域法による評価を実行する方法を取
る。このようにした方が、はじめから最小領域法による
評価を実行するよりも、十分真値に近い初期理論形状と
なるため、より安定的に解を求めることが可能になる。
以上が、本発明による形状評価方法の全体の処理手順で
ある。
Finally, as a fifth step, when the required evaluation criterion is the minimum area method (surface contour degree), the evaluation result obtained by the least squares method in the preceding stage is used as the initial theoretical shape.
The shape is evaluated according to the minimum area method standard (208).
Then, the final shape parameter based on the minimum area method standard is output from the obtained evaluation result (209). In the case of performing the minimum area method evaluation, a method of executing the evaluation by the minimum area method after once executing the evaluation by the least square method and obtaining a result, using this evaluation shape as an initial theoretical shape. In this way, the initial theoretical shape that is sufficiently close to the true value is obtained rather than performing the evaluation by the minimum area method from the beginning, so that the solution can be obtained more stably.
The above is the overall processing procedure of the shape evaluation method according to the present invention.

【0049】次に、本発明による接触子の真球度補正を
加えた形状評価方法を説明する。図5及び図6には、こ
の方法の手順を示すフローチャートを示す。本発明によ
る形状パラメータの測定方法は、先願発明と同様に前述
の理論を位置合わせのための一理論として用いる。まず
第1の段階として、初期の理論形状,形状データ,真球
度補正データ,評価種別を入力する(501)。ここで
入力される理論形状は、本発明においては前述の初期位
置合わせもしくは最小自乗法評価によって、その後処理
に支障ない程度に位置合わせ済みとなっている。その後
に、各設定値の初期設定を行う(502)。
Next, a shape evaluation method to which the sphericity correction of the contact according to the present invention is added will be described. 5 and 6 are flowcharts showing the procedure of this method. The shape parameter measuring method according to the present invention uses the above-mentioned theory as one theory for alignment as in the prior invention. First, as the first step, the initial theoretical shape, shape data, sphericity correction data, and evaluation type are input (501). In the present invention, the theoretical shape input here is already aligned by the above-described initial alignment or least squares method evaluation to such an extent that it does not hinder subsequent processing. After that, initial setting of each set value is performed (502).

【0050】次に第2の段階として、前記理論に従って
形状測定データから理論形状への垂線の足と法線ベクト
ルおよび法線方向距離(誤差量)を、各点の座標値毎に
算出する(503)。当然、形状測定データは、接触子
の中心座標値であるから、この誤差量には接触子の平均
半径と真球度誤差および本来の形状誤差が含まれてい
る。従って、ここで求められた誤差量から平均半径と真
球度誤差を取り除くことができれば、直接的に本来の誤
差量で形状評価を行うことが可能となる。
Next, as a second step, the foot of the normal line from the shape measurement data to the theoretical shape, the normal vector, and the normal direction distance (error amount) are calculated for each coordinate value of each point according to the above theory ( 503). Of course, since the shape measurement data is the center coordinate value of the contact, this error amount includes the average radius of the contact, the sphericity error, and the original shape error. Therefore, if the average radius and the sphericity error can be removed from the error amount obtained here, the shape can be evaluated directly with the original error amount.

【0051】そこで、第3の段階として算出された法線
ベクトルと真球度補正データとから、この法線ベクトル
方向の真球度誤差を算出する(504)。接触子は座標
測定機の持つ座標系に対して固定されており、法線ベク
トルはこの座標測定機上でのベクトルとして得られる。
よって、真球度補正データは、接触子の中心座標値を通
る法線ベクトル方向の直線から、この方向における接触
子の法線方向誤差量を求められる物であればどんな形式
でも良い。
Therefore, the sphericity error in the direction of the normal vector is calculated from the normal vector calculated as the third step and the sphericity correction data (504). The contactor is fixed with respect to the coordinate system of the coordinate measuring machine, and the normal vector is obtained as a vector on this coordinate measuring machine.
Therefore, the sphericity correction data may be of any format as long as it can determine the error amount in the normal direction of the contact in this direction from the straight line in the direction of the normal vector passing through the center coordinate value of the contact.

【0052】図7には、この真球度補正データ及び補正
量算出方法の一例を図示する。通常、これを実現する方
法としては、接触子(スタイラス)の表面位置に対応付
けされた法線方向誤差量のデータを用意し、それを元に
して接触子表面上の自由曲面パッチ(702)として表
現するなど、数学的なデータとして記憶・保持しておけ
ば良い。接触子の半径及び真球度補正量は、その自由曲
面パッチと法線方向直線との交点位置(705)から接
触子の中心座標値(703)への距離として得られる。
このように、真球度補正データを自由曲面パッチで表現
しておけば、交点座標と中心座標値から、直接に半径と
補正量を加味した量を求める事ができる。
FIG. 7 shows an example of the sphericity correction data and the correction amount calculation method. Usually, as a method for realizing this, data of the error amount in the normal direction corresponding to the surface position of the contact (stylus) is prepared, and based on this, the free-form surface patch (702) on the surface of the contact. It may be stored and held as mathematical data, such as expressed as. The radius of the contactor and the sphericity correction amount are obtained as the distance from the intersection point (705) of the free-form surface patch and the normal line to the center coordinate value (703) of the contactor.
In this way, if the sphericity correction data is represented by the free-form surface patch, the radius and the correction amount can be directly calculated from the intersection coordinate and the center coordinate value.

【0053】次に図5に戻り、第4の段階として形状測
定データと法線ベクトル及び半径値・補正量から接触点
の座標値を算出し(505)、その点が理論形状に対し
て与えられている領域内に入っているかどうかを判定す
る(506)。形状測定データは接触子の中心座標値で
ある。よって、この点から法線方向ベクトルの反対方向
に接触子の半径と補正量分だけオフセットした点は、近
似的に(実際上は球面原器のもつ誤差やその他の誤差が
有るため)被測定物との接触点であると見なすことが可
能である。従って、その座標値が領域外であればそのデ
ータは計算の対象外であるとして形状評価には使用しな
いとする。この過程は、単に形状を評価する場合には不
要であるが、面の輪郭度ではその設計値形状に対して評
価領域が指定されていることがある。この領域の内外判
定は、この幾何公差評価の規格に対応した処理である。
Next, returning to FIG. 5, as the fourth step, the coordinate value of the contact point is calculated from the shape measurement data, the normal vector and the radius value / correction amount (505), and that point is given to the theoretical shape. It is determined whether or not it is within the specified area (506). The shape measurement data is the center coordinate value of the contact. Therefore, from this point, the point offset by the correction amount and the radius of the contact in the direction opposite to the normal vector is approximately (because there are errors in the spherical prototype and other errors in practice) to be measured. It can be regarded as a point of contact with an object. Therefore, if the coordinate value is outside the area, the data is not used for calculation and is not used for shape evaluation. This process is not necessary when simply evaluating the shape, but the contour area of the surface may specify the evaluation area for the design value shape. The inside / outside determination of this area is a process corresponding to the standard of this geometrical tolerance evaluation.

【0054】第5の段階として、得られた真球度補正量
と接触子半径を用いて、第2段階で得られた法線方向距
離から、これらの量を引いた値を新たな法線方向誤差量
として(507)、数4式の方程式を作成する(60
1)。そしてこの方程式の係数から係数マトリクスを作
成し、入力された評価基準に従う方法でマトリクスを解
く(602)。この時、解が存在しない場合にはそれ以
降の処理を中断して終了する(603)。
As a fifth step, using the obtained sphericity correction amount and contactor radius, a value obtained by subtracting these amounts from the normal direction distance obtained in the second step is used as a new normal line. As the direction error amount (507), the equation of the equation 4 is created (60
1). Then, a coefficient matrix is created from the coefficients of this equation, and the matrix is solved by a method according to the input evaluation standard (602). At this time, if there is no solution, the subsequent processing is interrupted and the processing ends (603).

【0055】第6の段階として、解が存在する場合に
は、この結果から理論形状の移動および回転量を算出
し、第6の段階として理論形状を移動・回転する(60
5)。その後、この移動および回転量を予め設定されて
いる数値と比較して(606)、設定値よりも小さく成
った場合には、十分に解が収束したとして、その時の理
論形状から所定の形状パラメータを算出して処理を終了
する(607)。もし、設定値よりも大きい場合には、
繰り返し数を1だけ増加させ(608)、再び第2段階
以降の処理を繰り返す。尚、この時には繰り返し数を予
め設定された回数と比較し、設定された回数よりも大き
く成った場合には、解が収束しないとして処理を中断し
終了する(610)。
In the sixth step, if a solution exists, the amount of movement and rotation of the theoretical shape is calculated from this result, and in the sixth step, the theoretical shape is moved / rotated (60).
5). After that, this movement and rotation amount is compared with a preset numerical value (606), and when it is smaller than the set value, it is considered that the solution has sufficiently converged, and the theoretical shape at that time is used to determine a predetermined shape parameter. Is calculated and the processing ends (607). If it is larger than the set value,
The number of repetitions is increased by 1 (608), and the processing of the second and subsequent steps is repeated again. At this time, the number of repetitions is compared with a preset number of times, and if the number of repetitions is larger than the set number of times, it is determined that the solution does not converge and the process is interrupted and terminated (610).

【0056】以上が、接触子の真球度誤差を補正し、か
つその半径値も補正しながら、形状測定データから直接
的に形状評価を行うための方法である。次に、前述の真
球度補正データの作成方法について説明する。図8には
このデータ作成方法のフローチャートを示す。現在、通
常の球面レンズであれば、球面波による光学的干渉測定
法によって、λ/10000(λは光の波長)程度の精
度で、レンズの形状を評価することが可能であり、また
このような高精度の球面レンズを作成することも可能で
ある。よって、接触子の真球度補正データは、このよう
に高精度に仕上げられた球面レンズ(球面原器)を、実
用上は理想球面であると見なして、実際に測定して得ら
れる形状測定データから作成する方法をとる。
The above is the method for directly evaluating the shape from the shape measurement data while correcting the sphericity error of the contact and also correcting the radius value thereof. Next, a method of creating the above-mentioned sphericity correction data will be described. FIG. 8 shows a flowchart of this data creating method. At present, with a normal spherical lens, it is possible to evaluate the shape of the lens with an accuracy of about λ / 10000 (where λ is the wavelength of light) by an optical interferometry method using spherical waves. It is also possible to create a highly accurate spherical lens. Therefore, the sphericity correction data of the contactor can be obtained by actually measuring the spherical lens (spherical prototype) that is finished with high accuracy in this way and actually measuring it. Take the method of creating from data.

【0057】この方法は、まず第一段階として球面原器
の表面上を、所要の真球度補正データを作成しやすいパ
ターンでくまなく測定して、接触子の中心座標値を得る
ことから始める(801)。この際、形状測定データが
等間隔のメッシュ状になるように測定するか、または、
等間隔のスキャン方法で直行する2方向で測定した法
が、後のスプラインによる自由曲面パッチとして計算処
理する上では都合が良い。
In this method, first, as a first step, the surface of the spherical prototype is measured in a pattern in which it is easy to create the required sphericity correction data, and the center coordinate value of the contact is obtained. (801). At this time, measure so that the shape measurement data is in a mesh shape with equal intervals, or
The method of measuring in two directions orthogonal to each other by the scan method of equal intervals is convenient for the subsequent calculation processing as a free-form surface patch by splines.

【0058】次に、第二段階として得られた球面原器の
形状測定データに対して、前述の評価手順に従って、最
小領域方基準による球面評価を実施し(802)、各点
毎の法線ベクトルおよび法線方向距離(誤差量)を算出
する(803)。ただし、この際には接触子の半径およ
び真球度補正は行わずに計算する。そして、更にこの結
果から球面原器と接触子との接触点座標値を算出する
(804)。この結果、誤差量は接触子の中心座標値を
通る理想球面に対する量として求められるが、球面原器
は高精度に仕上げられた球面であるため、実用上は接触
子の持つ理想的な球面表面からの誤差量と等価であると
見なすことができる。もし、この時点で球面原器の半径
が正確に求められているならば、前述の球面評価を行っ
た際に得られる半径値から球面原器の半径値を引くこと
で、同時に接触子の半径値も求めることができる。
Next, the shape measurement data of the spherical prototype obtained as the second step is subjected to spherical evaluation based on the minimum area standard according to the above-mentioned evaluation procedure (802), and the normal line for each point. The vector and the normal direction distance (error amount) are calculated (803). However, at this time, calculation is performed without correcting the radius of the contactor and the sphericity. Further, the coordinate value of the contact point between the spherical prototype and the contact is calculated from this result (804). As a result, the error amount is obtained as an amount with respect to the ideal spherical surface that passes through the center coordinate value of the contact, but since the spherical prototype is a spherical surface finished with high accuracy, the ideal spherical surface of the contact is practically used. Can be considered equivalent to the amount of error from. If the radius of the spherical prototype is accurately obtained at this point, subtract the radius of the spherical prototype from the radius obtained when performing the above-mentioned evaluation of the spherical surface to obtain the radius of the contact at the same time. The value can also be calculated.

【0059】第3段階として、得られた誤差量を接触子
の表面上に対応つけるための処理を行う(805)。こ
の対応付けは、真球度補正データをスプライン曲面によ
る自由曲面パッチとして作成する方法が最も適してい
る。前述のように、前記球面評価を実行した際には、そ
の時の形状測定データから理想球面への垂線の足と法線
ベクトルが得られている。形状測定データは接触子の中
心座標値であるため、この点から法線ベクトルの反対方
向に接触子の半径分オフセットし、更にその点での誤差
量分オセットした点が、近似的ではあるが、球面原器と
接触子の接触点であると見なすことが可能である(80
4)。従って、全測定データに対してこのオフセット点
を求め、この点を通るスプライン曲面を作成すれば(8
06)、これがそのまま接触子の球面表面に対応付けさ
れた真球度補正データとなる。尚、通過点からスプライ
ン曲面を作成する方法は、各種の書籍や論文等に記載さ
れているためにここでは特に説明しない。前述のように
球面上で等間隔のメッシュ状に成るように球面原器を測
定しておけば、スプラインによる補間曲面を作成する処
理は容易になる。
As a third step, a process for associating the obtained error amount with the surface of the contactor is performed (805). The most suitable method for this association is to create the sphericity correction data as a free-form surface patch using a spline curved surface. As described above, when the spherical surface evaluation is executed, the foot of the normal to the ideal spherical surface and the normal vector are obtained from the shape measurement data at that time. Since the shape measurement data is the center coordinate value of the contact, it is approximate that the point is offset from this point in the direction opposite to the normal vector by the radius of the contact and the error amount at that point is offset. , It can be regarded as the contact point between the spherical prototype and the contactor (80
4). Therefore, if this offset point is obtained for all measurement data and a spline curved surface passing through this point is created (8
06), which is the sphericity correction data directly associated with the spherical surface of the contactor. The method of creating the spline curved surface from the passing points is described in various books and papers, and therefore will not be described here. As described above, if the spherical prototype is measured so as to form a mesh shape with equal intervals on the spherical surface, the process of creating the interpolation curved surface by the spline becomes easy.

【0060】本来、真球度補正データは接触子の中心座
標値と被測定物との接触点での法線ベクトルから、半径
値の補正量を算出可能であれば良いだけなので、数学的
・計算機的にどのような形式で有っても同じ効果を与え
る。以上、これらの方法によって、球面原器の精度内で
任意の自由曲面形状の形状評価を実現可能となる。しか
も、本発明では、最小自乗法以外にも最小領域法による
形状評価が可能であるために、JIS/ISO等で規定
されている面の輪郭度を正確に評価することが可能にな
る。
Originally, the sphericity correction data only needs to be able to calculate the correction value of the radius value from the center coordinate value of the contactor and the normal vector at the contact point with the object to be measured. The same effect can be obtained regardless of the computer format. As described above, by these methods, it is possible to evaluate the shape of an arbitrary free-form surface within the accuracy of the spherical prototype. Moreover, according to the present invention, since the shape can be evaluated by the minimum area method in addition to the least square method, it is possible to accurately evaluate the contour degree of the surface defined by JIS / ISO or the like.

【0061】図9は本発明における形状パラメータの測
定装置の好ましい実施例をブロック図で示したものであ
る。CAD(901)はワーク(被測定物)を設計する
ための装置であり、設計者によって図面データもしくは
形状データが入力される。第1記憶手段(902)はC
ADにより作製されたワークの図面データもしくは形状
データを記憶する。(座標)測定機(905)はワーク
の実形状要素を測定する装置である。第2記憶手段(9
06)は測定機により得られた実形状の測定データを実
形状要素毎に測定点の座標値データ群として記憶する。
FIG. 9 is a block diagram showing a preferred embodiment of the shape parameter measuring apparatus according to the present invention. The CAD (901) is a device for designing a work (object to be measured), and drawing data or shape data is input by the designer. The first storage means (902) is C
The drawing data or shape data of the work created by AD is stored. The (coordinate) measuring machine (905) is a device for measuring the actual shape element of the work. Second storage means (9
06) stores the measurement data of the actual shape obtained by the measuring machine as a coordinate value data group of measurement points for each actual shape element.

【0062】表示手段(904)はディスプレイ・プリ
ンター・専用の表示装置・通信装置等の外部出力装置か
ら構成され、本装置(919)から出力される文字や図
等の各種データを表示または出力する装置である。入力
手段(903)はキーボード・マウス・通信装置等、本
装置に対して操作者または外部からのデータを入力する
手段である。
The display means (904) is composed of a display, a printer, a dedicated display device, an external output device such as a communication device, and displays or outputs various data such as characters and figures output from this device (919). It is a device. The input means (903) is a means such as a keyboard, a mouse, a communication device, etc. for inputting data from the operator or the outside to this device.

【0063】形状データ入力手段(907)は、第1記
憶手段のデータを入力し、第三記憶手段(908)に格
納する。測定データ入力手段(911)は第2記憶手段
に記憶された測定データを入力し、第5記憶手段(91
2)に格納する。理論形状指定手段(910)は第3記
憶手段内に対象となるワークのデータが記憶されている
ならば、表示手段にその図形もしくは情報を表示しなが
ら、入力手段を用いて操作者が対話的に必要な理論形状
データを抽出するか、もしくは直接に必要となるデータ
を入力する。第4記憶手段(909)は理論形状指定手
段において指定されたデータを記憶する。補正データ作
成手段(913)、第5記憶手段に記憶されている球面
原器を測定した測定データから、前述の方法によって真
球度補正データを作成する。第7記憶手段(914)
は、ここで作成された真球度補正データを記憶する。初
期位置決め手段(915)は、第5記憶手段に記憶され
た被測定物内の測定データと第4記憶手段に記憶された
理論形状とから、大まかな初期位置決めを実行し、その
結果を次の処理へと渡す。異常点除去手段(916)
は、前述の方法に従って、初期位置決めされた理論形状
と測定データとから、異常な測定データを除去して次の
処理へと結果を渡す。形状評価手段(917)は、異常
点を除去された測定データと理論形状とから、所定の評
価基準に従う形状評価を実施、その時形状パラメータを
算出して、第6記憶手段(918)に記憶する。その
後、第6記憶手段に記憶された形状評価結果は、入力手
段などからの指示に従って、表示手段にその結果を表示
する。
The shape data input means (907) inputs the data of the first storage means and stores it in the third storage means (908). The measurement data input means (911) inputs the measurement data stored in the second storage means, and the fifth storage means (91)
Store in 2). The theoretical shape designating means (910) allows the operator to interactively use the input means while displaying the figure or information on the display means if the data of the target work is stored in the third storage means. Extract the theoretical shape data required for or input the required data directly. The fourth storage means (909) stores the data designated by the theoretical shape designation means. The correction data creation means (913) creates the sphericity correction data by the above-mentioned method from the measurement data of the spherical prototype stored in the fifth storage means. Seventh storage means (914)
Stores the sphericity correction data created here. The initial positioning means (915) performs rough initial positioning based on the measurement data in the object to be measured stored in the fifth storage means and the theoretical shape stored in the fourth storage means, and the result is calculated as follows. Pass to processing. Abnormal point removal means (916)
In accordance with the method described above, removes abnormal measurement data from the initially positioned theoretical shape and measurement data, and passes the result to the next process. The shape evaluation means (917) performs shape evaluation according to a predetermined evaluation standard from the measurement data from which the abnormal points have been removed and the theoretical shape, calculates shape parameters at that time, and stores the shape parameters in the sixth storage means (918). . Then, the shape evaluation result stored in the sixth storage means is displayed on the display means in accordance with an instruction from the input means or the like.

【0064】以上説明した、形状データ入力手段(90
7)、第3記憶手段(908)、第4記憶手段(90
9)、理論形状指定手段(910)、測定データ入力手
段(911)、第5記憶手段(912)、補正データ作
成手段(913)、第7記憶手段(914)、初期位置
決め手段(915)、異常点除去手段(916)、形状
評価手段(917)、第6記憶手段(918)、入力手
段(903)、表示手段(904)は形状測定装置(9
19)を構成する。尚、この測定装置(919)は電子
計算機によって構成することが望ましい。
The shape data input means (90 described above)
7), third storage means (908), fourth storage means (90)
9), theoretical shape designation means (910), measurement data input means (911), fifth storage means (912), correction data creation means (913), seventh storage means (914), initial positioning means (915), The abnormal point removal means (916), the shape evaluation means (917), the sixth storage means (918), the input means (903), and the display means (904) are the shape measuring device (9).
19). The measuring device (919) is preferably composed of an electronic computer.

【0065】[0065]

【発明の効果】本発明によれば、座標測定機による多次
元形状の形状評価において、従来法では全く不可能であ
った、接触子が真球であるとみなせない程度の要求精度
であっても、一般幾何形状のみならず自由曲面に対して
までも、その形状パラメータを球面原器の持つ精度と同
程度の正確さで、安定的に算出することができるように
したものである。
According to the present invention, in the shape evaluation of a multi-dimensional shape by a coordinate measuring machine, the required accuracy is such that the contact cannot be regarded as a true sphere, which is completely impossible by the conventional method. In addition, it is possible to stably calculate the shape parameters of not only the general geometric shape but also the free curved surface with the same accuracy as that of the spherical prototype.

【0066】更に、本発明では自由曲面形状に対する最
小領域法基準による形状評価を可能としたことで、JI
S/ISO等の規格に従った「面の輪郭度」公差の評価
をも可能とした。当然ながら本発明では先願発明と同様
に、形状パラメータの誤差評価の方向は常に対象形状の
面法線ベクトル方向で行われるため、非常に正確な評価
が可能になる。
Further, according to the present invention, the shape evaluation based on the minimum area method standard for the free-form surface shape is made possible.
It is also possible to evaluate the "face contour" tolerance according to standards such as S / ISO. Of course, in the present invention, as in the case of the prior invention, the direction of the error evaluation of the shape parameter is always performed in the direction of the surface normal vector of the target shape, and therefore a very accurate evaluation becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明における位置合わせのための基礎理論を
示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a basic theory for alignment in the present invention.

【図2】本発明における形状評価方法の全体手順を示す
フローチャート。
FIG. 2 is a flowchart showing the overall procedure of a shape evaluation method according to the present invention.

【図3】異常点の除去方法の原理を示す図。FIG. 3 is a diagram showing the principle of an abnormal point removing method.

【図4】異常点の除去方法の手順を示すフローチャー
ト。
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure of an abnormal point removing method.

【図5】真球度補正を加味した形状評価方法の手順を示
すフローチャート。
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of a shape evaluation method in which sphericity correction is added.

【図6】真球度補正を加味した形状評価方法の手順を示
すフローチャート。
FIG. 6 is a flowchart showing a procedure of a shape evaluation method in which sphericity correction is added.

【図7】真球度補正データ及び補正量の算出方法を示す
図。
FIG. 7 is a diagram showing a method of calculating sphericity correction data and a correction amount.

【図8】真球度補正データの作成方法を示すフローチャ
ート。
FIG. 8 is a flowchart showing a method of creating sphericity correction data.

【図9】本発明による形状評価装置の構成例を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a shape evaluation apparatus according to the present invention.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 接触子を多次元形状の被測定物に接触さ
せることによって得られる、接触子の中心座標からなる
形状測定データに対し、その数学的な理論形状の位置合
わせを行うことによって、前記多次元形状の形状パラメ
ータを求める測定方法において、 前記形状測定データに対応する前記理論形状を与える第
1段階と、 前記形状測定データの中から異常な形状測定データを除
去する第2段階と、 前記形状測定データの前記理論形状への法線ベクトル及
び垂線の足を求め、更にその法線方向誤差量を算出する
第3段階と、 前記算出された結果から、接触子と理論形状との接触点
および接触子の真球度の補正量を算出し、その時の法線
方向誤差量を補正する第4段階と、 前記形状測定データと前記理論形状との間の法線方向誤
差が小さくなるように、前記理論形状の並進移動量もし
くは回転移動量を算出する第5段階と、 前記並進移動量もしくは回転移動量をもって、前記理論
形状を並進、もしくは回転せしめる第6段階と、 前記並進移動量もしくは前記回転移動量と、予め設定し
たこれらの値とを比較判断する第7段階と、 前記第7段階において比較判断された結果により、再度
前記第3、第4、第5、第6、第7段階を繰り返す第8
段階と、 前記第7段階において比較判断された結果により、その
時の形状パラメータを算出する第9段階とから、 直接的に接触子の有効半径と真球度を補正した形状パラ
メータを求めることを特徴とする多次元形状の形状パラ
メータ測定方法。
1. The position of the mathematical theoretical shape of the shape measurement data, which is obtained by bringing the contact into contact with an object to be measured having a multidimensional shape, and which is composed of the center coordinates of the contact, In the measuring method for obtaining the shape parameter of the multidimensional shape, a first step of giving the theoretical shape corresponding to the shape measurement data, a second step of removing abnormal shape measurement data from the shape measurement data, A third step of obtaining a normal vector and a foot of a perpendicular to the theoretical shape of the shape measurement data, and further calculating an error amount in the normal direction, and a contact between the contactor and the theoretical shape from the calculated result. The fourth step of calculating the correction amount of the sphericity of the point and the contact and correcting the error amount in the normal direction at that time, and reducing the error in the normal direction between the shape measurement data and the theoretical shape. Thus, a fifth step of calculating the translational movement amount or the rotational movement amount of the theoretical shape, a sixth step of translating or rotating the theoretical shape with the translational movement amount or the rotational movement amount, and the translational movement amount Alternatively, according to the seventh step of comparing and determining the rotational movement amount with these preset values, and the result of the comparison and determination in the seventh step, the third, fourth, fifth, sixth, 8th which repeats 7 steps
The shape parameter in which the effective radius and the sphericity of the contactor are directly corrected is obtained from the step and the ninth step of calculating the shape parameter at that time based on the result of comparison and judgment in the seventh step. Measuring method of shape parameter of multidimensional shape.
【請求項2】 前記異常な測定データを除去する第2段
階は、 前記第3、第5、第6、第7、第8、第9段階によって
算出された形状パラメータと前記法線方向誤差量とか
ら、法線方向誤差量のしきい値を算出する第10段階
と、 前記しきい値により対象となる形状測定データをふるい
分ける第11段階と、 算出された形状パラメータと前回算出された形状パラメ
ータとの差を、予め設定した値と比較判断する第12段
階と、 前記第12段階に比較判断された結果により、前記第
3、第5、第6、第7、第8、第9段階及び、前記第1
0、第11、第12を繰り返す第13段階と、 前記第12段階によってふるい分けられた形状データを
新たな形状データとする第14段階とから、 構成されることを特徴とする請求項1記載の形状パラメ
ータ測定方法。
2. The second step of removing the abnormal measurement data includes the shape parameter calculated in the third, fifth, sixth, seventh, eighth and ninth steps and the normal direction error amount. From the above, a tenth step of calculating the threshold value of the normal direction error amount, an eleventh step of sieving the target shape measurement data by the threshold value, the calculated shape parameter and the shape calculated last time A twelfth step of comparing and judging a difference with a parameter with a preset value, and the third, fifth, sixth, seventh, eighth and ninth steps depending on the result of the comparison and judgment in the twelfth step. And the first
The thirteenth step of repeating 0th, the eleventh, and the twelfth step, and the fourteenth step of using the shape data screened by the twelfth step as new shape data. Shape parameter measurement method.
【請求項3】 予め求められている半径値と前記法線ベ
クトルとから、接触子の真球度の補正量を算出し、その
時の法線方向誤差を補正する前記第4段階は、 前記法線ベクトルと、予め作成されている真球度の補正
データから、その法線ベクトルに対応する接触子の真球
度を補正するための補正量を算出する第15段階と、 算出された補正量と予め与えられている接触子の有効半
径を引いた値を新たな法線方向誤差量とする第16段階
とから、 構成されることを特徴とする請求項1記載の形状パラメ
ータ測定方法。
3. The fourth step of calculating the correction amount of the sphericity of the contactor from the previously obtained radius value and the normal vector and correcting the normal direction error at that time, A fifteenth step of calculating a correction amount for correcting the sphericity of the contact corresponding to the normal vector from the line vector and the correction data of the sphericity created in advance, and the calculated correction amount. The shape parameter measuring method according to claim 1, further comprising: a 16th step in which a value obtained by subtracting an effective radius of a contact given in advance is used as a new normal direction error amount.
【請求項4】 前記法線ベクトルと予め作成されている
真球度の補正データから、その法線ベクトルに対応する
接触子の真球度を補正するための補正量を算出する前記
第15段階において、 予め真球度の分かっている球面原器を測定し、そのとき
の得られる形状データと、前記第3、第5、第6、第
7、第8段階によって得られる形状パラメータとから、
接触子と球面原器との接触点およびその点での法線方向
誤差を算出する第17段階と、 前記法線方向誤差を接触子の表面位置に対応させる第1
8段階と、 前記対応付けされた法線方向誤差を用いて、接触子の中
心座標値とその中心位置を通る法線ベクトル方向の直線
とから、その直線方向での接触子の真球度補正量を算出
可能とする数学的な形式に変更する第19の段階とか
ら、 構成されることを特徴とする請求項2記載の形状パラメ
ータ測定方法。
4. The fifteenth step of calculating a correction amount for correcting the sphericity of a contact corresponding to the normal vector from the normal vector and correction data of the sphericity created in advance. In, the spherical prototype of which sphericity is known in advance is measured, and from the obtained shape data and the shape parameters obtained in the third, fifth, sixth, seventh, and eighth steps,
A seventeenth step of calculating a contact point between the contactor and the spherical prototype and a normal direction error at that point, and a first step of making the normal direction error correspond to the surface position of the contactor
8 steps, and using the associated normal direction error, from the center coordinate value of the contact and the straight line in the direction of the normal vector passing through the center position, correct the sphericity of the contact in the straight direction. The shape parameter measuring method according to claim 2, further comprising: a nineteenth step of changing the quantity into a mathematical form capable of being calculated.
【請求項5】 接触子を多次元形状の被測定物に接触さ
せることによって得られる、接触子の中心座標からなる
形状測定データに対し、その数学的な理論形状の位置合
わせを行うことによって、前記多次元形状の形状パラメ
ータを求める測定装置において、 前記形状測定データに対応する前記理論形状を与える第
1手段と、 前記形状測定データの中から異常な形状測定データを除
去する第2手段と、 前記形状測定データの前記理論形状への法線ベクトル及
び垂線の足を求め、更にその法線方向誤差量を算出する
第3手段と、 前記算出結果から、接触子と理論形状との接触点および
接触子の真球度の補正量を算出し、その時の法線方向誤
差量を補正する第4手段と、 前記形状測定データと前記理論形状の間の法線方向誤差
が小さくなるように、前記理論形状の並進移動量もしく
は回転移動量を算出する第5手段と、 前記並進移動量もしくは回転移動量をもって、前記理論
形状を並進、もしくは回転せしめる第6手段と、 前記並進移動量もしくは前記回転移動量と、予め設定さ
れたこれらの値とを比較判断する第7手段と、 前記第7手段において比較判断された結果により、再度
前記第3、第4、第5、第6、第7手段を繰り返す第8
手段と、 前記第7手段において比較判断された結果により、その
時の形状パラメータを算出する第9手段とを備え、 直接的に接触子の有効半径と真球度を補正した形状パラ
メータを求めることを特徴とする多次元形状の形状パラ
メータ測定装置。
5. The position of the mathematical theoretical shape is aligned with the shape measurement data consisting of the center coordinates of the contact, which is obtained by bringing the contact into contact with an object to be measured having a multidimensional shape, In the measuring device for obtaining the shape parameter of the multidimensional shape, first means for giving the theoretical shape corresponding to the shape measurement data, and second means for removing abnormal shape measurement data from the shape measurement data, Third means for obtaining a normal vector and a perpendicular foot to the theoretical shape of the shape measurement data, and further calculating an amount of error in the normal direction thereof, and a contact point between the contactor and the theoretical shape from the calculation result, and Fourth means for calculating the correction amount of the sphericity of the contact and correcting the error amount in the normal direction at that time, and reducing the error in the normal direction between the shape measurement data and the theoretical shape. Fifth means for calculating a translational movement amount or a rotational movement amount of the theoretical shape; a sixth means for translating or rotating the theoretical shape with the translational movement amount or a rotational movement amount; and a translational movement amount or the rotation amount. The seventh, fourth, fifth, sixth, and seventh means are again determined by the seventh means for comparing and determining the amount of movement and these preset values, and the result of the comparison and determination by the seventh means. Repeat 8th
And a ninth means for calculating the shape parameter at that time on the basis of the result of comparison and determination by the seventh means, and directly obtaining the shape parameter in which the effective radius and sphericity of the contactor are corrected. Characteristic multi-dimensional shape parameter measuring device.
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