KR101659675B1 - 표면 형상 측정 방법 및 표면 형상 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 표면 형상 측정 방법은, 물체의 표면을 주사하여 취득한 변위 데이터를 탐색하여 물체 표면에 가공된 홈을 포함하는 물체 표면의 개략 범위를 검출하는 홈 개략 범위 검출 단계 (단계 STP2) 와, 개략 범위에 포함되는 홈의 홈 시점 및 홈 종점을 산출하는 홈 폭 산출 단계 (단계 STP3) 와, 홈 시점과 홈 종점의 중앙 위치로부터 홈 폭의 소정 비율의 폭의 범위로 한정한 변위 데이터의 최소치를 산출하는 최심 위치 검출 단계와, 최심 위치 검출 단계로 산출된 상기 변위 데이터의 최소치와 상기 물체 표면의 높이의 차를 상기 물체 표면에 가공된 홈의 깊이로서 산출하는 홈 깊이 산출 단계 (단계 STP4) 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

표면 형상 측정 방법 및 표면 형상 측정 장치{METHOD FOR MEASURING SURFACE SHAPE AND DEVICE FOR MEASURING SURFACE SHAPE}
본 발명은, 물체의 표면에 가공된 홈 (groove) 의 치수를 측정하는 표면 형상 측정 방법 및 표면 형상 측정 장치에 관한 것이다.
물체의 표면에 요철 패턴의 가공을 실시하고, 이 요철 패턴에 의해 물체가 갖는 기능을 향상시키는 기법이 수많이 존재한다. 예를 들어, 전기 강판 (electrical steel sheet) 에서는, 표면에 미소한 홈 가공을 실시함으로써, 그 전기 강판의 철손 (iron loss) 을 저감화시키는 기법이 알려져 있다. 이와 같은 물체가 갖는 기능을 향상시키기 위하여 실시하는 물체의 표면 가공에서는, 표면에 가공되는 요철 패턴의 형상이 그 물체의 품질에 직접적으로 영향을 미친다. 이 때문에, 표면에 가공되는 요철 패턴의 형상을 양호한 정밀도로 측정하는 것은, 제조 공정의 관리 및 제품 품질의 보증을 실시할 때에 매우 중요해지고 있다.
예를 들어 특허문헌 1 에는, 제조 라인상에서 물체 표면의 요철 형상을 연속적으로 측정하는 표면 형상 측정 방법이 기재되어 있다. 이 표면 형상 측정 방법은, 물체에 대해 상대적으로 이동하도록 배치된 변위계 (displacement meter) 에 의해, 변위계와 물체 사이의 변위량을 측정하여 단면 형상을 취득하고, 이와 같이 취득한 단면 형상으로부터 요철의 깊이 (또는 높이) 및 폭을 산출하는 것이다.
또, 특허문헌 2 에는, 광학식 변위계 (optical displacement meter) (레이저 변위계) 를 사용하는 표면 형상 측정 방법에 있어서, 변위 신호 (signal of displacement) 에 더하여 반사광 강도 신호 (signal of reflection intensity) 에 따라 홈의 깊이 및 폭의 측정을 실시하는 기술이 기재되어 있다. 특허문헌 2 에 기재된 기술은, 홈의 경사부에서 검출되는 변위 신호의 이상치를 반사광 강도 신호에 기초하여 배제하고, 홈의 깊이 및 폭의 측정을 실시하는 기술이다.
일본 공개특허공보 평10-89939호 일본 공개특허공보 2011-99729호
그러나, 특허문헌 2 에 기재된 표면 형상 측정 방법은, 광학식 변위계로부터 얻는 정보로서 변위 신호 외에 반사광 강도 신호도 필요로 한다. 그 때문에, 특허문헌 2 에 기재된 표면 형상 측정 방법은, 반사광 강도 신호의 출력이 없는 광학식 변위계나, 조사광의 강도나 수광 게인 (photodetector gain) 을 조정하여 충분한 반사광 강도를 얻도록 한 기능을 갖는 타입의 광학식 변위계에는 적용될 수 없다.
또, 미소한 홈의 형상을 삼각측거 (triangulation) 식의 광학식 변위계로 측정하는 경우, 홈의 경사부에서는 수광량이 부족하여 측정치가 불안정해지기 쉽다는 문제에 더하여, 조사광이나 수광 게인의 조정을 실시하는 타입의 변위계에서는, 수광량은 잘 부족해지지 않는 대신에, 홈의 경사부에 대한 조사광이 홈의 내부에서 다중 반사한 2 차적인 반사광도 수광함으로써, 홈 경사부의 형상이 오인식되는 현상이 발생한다. 이와 같은 오인식이 발생한 경우, 실제의 홈의 깊이보다 깊은 이상 (異常) 변위가 관측되는 경우가 많아, 특허문헌 1 에 기재된 표면 형상 측정 방법에서는 직접적으로 홈의 깊이의 오측정이 되는 문제가 있었다.
또, 강판의 표면을 광학식 변위계로 측정한 경우, 표면에 가공된 홈의 치수에 대해 비교적 큰 노이즈가 발생하는 경우가 있다. 그 경우, 특허문헌 1 에 기재된 표면 형상 측정 방법에서는, 홈 형상 (오목 형상) 과는 반대의 볼록 방향으로 발생하는 노이즈에 의해 홈의 위치의 검출을 실패하기 쉬운 문제가 있다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 변위계로 측정한 물체 표면의 변위 데이터만을 사용하여, 이 변위 데이터 중의 외란을 배제하고, 물체 표면에 가공된 홈의 치수를 양호한 정밀도로 측정할 수 있는 표면 형상 측정 방법 및 표면 형상 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 서술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 표면 형상 측정 방법은, 물체 표면에 광선을 조사하여 측정을 실시하는 광학식 변위계에 의해 상기 물체 표면을 주사하여, 상기 광학식 변위계에 대한 상기 물체 표면의 변위 데이터를 취득하는 변위 데이터 취득 단계와, 상기 변위 데이터를 탐색하여 상기 물체 표면에 가공된 홈을 포함하는 물체 표면의 개략 범위를 검출하는 홈 개략 범위 검출 단계와, 상기 개략 범위에 포함되는 상기 홈의 홈 시점 (始點) 및 홈 종점 (終點) 을 산출하는 홈 폭 산출 단계와, 상기 홈 시점과 상기 홈 종점의 중앙 위치로부터 상기 홈 폭의 소정 비율의 폭의 범위로 한정한 상기 변위 데이터의 최소치를 산출하는 최심 위치 검출 단계와, 상기 최심 위치 검출 단계에서 산출된 상기 변위 데이터의 최소치와 상기 물체 표면의 높이의 차를 상기 물체 표면에 가공된 홈의 깊이로서 산출하는 홈 깊이 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 서술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 표면 형상 측정 장치는, 물체 표면에 광선을 조사하여 측정을 실시하는 광학식 변위계에 의해 상기 물체 표면을 주사하여, 상기 광학식 변위계에 대한 상기 물체 표면의 변위 데이터를 취득하는 변위 데이터 취득부와, 상기 변위 데이터를 탐색하여 상기 물체 표면에 가공된 홈을 포함하는 물체 표면의 개략 범위를 검출하는 홈 개략 범위 검출부와, 상기 개략 범위에 포함되는 상기 홈의 홈 시점 및 홈 종점을 산출하는 홈 폭 산출부와, 상기 홈 시점과 상기 홈 종점의 중앙 위치로부터 상기 홈 폭의 소정 비율의 폭의 범위로 한정한 상기 변위 데이터의 최소치를 산출하는 최심 위치 검출 수단과, 상기 최심 위치 검출 수단으로 산출된 상기 변위 데이터의 최소치와 상기 물체 표면의 높이의 차를 상기 물체 표면에 가공된 홈의 깊이로서 산출하는 홈 깊이 산출 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 표면 형상 측정 방법 및 표면 형상 측정 장치는, 변위계로 측정한 물체 표면의 변위 데이터만을 사용하여, 이 변위 데이터 중의 외란을 배제하고, 물체 표면에 가공된 홈의 치수를 양호한 정밀도로 측정할 수 있다는 효과를 발휘한다.
도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 장치의 구성예를 나타내는 개략도이다.
도 2A 는, 강판 상에 가공된 홈의 경사부에 조사된 레이저광의 반사의 모습을 표현한 모식도이다.
도 2B 는, 강판 상에 가공된 홈의 경사부에 조사된 레이저광의 반사의 모습을 표현한 모식도이다.
도 3 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 신호 처리 장치의 내부 처리를 나타내는 기능 블록도이다.
도 4 는, 홈 개략 범위 추출부가 추출하는 홈 개략 범위에 있어서의 변위 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 5 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법의 전체의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 6 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법에 있어서의 홈 개략 범위 검출의 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 7A 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법에 있어서의 홈 개략 범위 검출의 모습을 나타내는 개념도이다.
도 7B 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법에 있어서의 홈 개략 범위 검출의 모습을 나타내는 개념도이다.
도 7C 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법에 있어서의 홈 개략 범위 검출의 모습을 나타내는 개념도이다.
도 8 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법에 있어서의 홈 폭 산출의 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 9 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법에 있어서의 홈 폭 산출의 모습을 나타내는 개념도이다.
도 10 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법에 있어서의 홈 깊이 산출의 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 11A 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법에 있어서의 홈 깊이 산출의 모습을 나타내는 개념도이다.
도 11B 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법에 있어서의 홈 깊이 산출의 모습을 나타내는 개념도이다.
이하에, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법 및 표면 형상 측정 장치에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
[표면 형상 측정 장치]
도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 장치 (1) 의 구성예를 나타내는 개략도이다. 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 장치 (1) 는, 제조 라인상을 반송되는 강판 (S) 의 표면에 가공된 홈의 형상을 측정하는 장치이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 장치 (1) 는, 변위계 헤드 (2) 와, 변위계 컨트롤러 (3) 와, 신호 처리 장치 (4) 와, 로터리 인코더 (rotary encoder) (5) 와, 표시 장치 (6) 를 구비한다.
변위계 헤드 (2) 는, 내부에 레이저 광원 (laser light source) (21) 과, 집광 렌즈 (condenser lens) (22) 와, 광 포지션 센서 (optical position sensor) (23) 와, 결상 렌즈 (imaging lens) (24) 를 구비한 삼각측거식 변위계이다. 레이저 광원 (21) 으로부터 사출된 레이저광 (25) 은, 집광 렌즈 (22) 를 통하여 스폿 (spot) 광 혹은 슬릿 (line) 광으로서 강판 (S) 의 표면에 조사되고, 강판 (S) 으로부터의 반사광 (26) 은, 결상 렌즈 (24) 를 통하여 광 포지션 센서 (23) 의 수광면에 결상된다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 변위계 헤드 (2) 는, 레이저 광원 (21) 으로부터 사출된 레이저광 (25) 을 강판 (S) 에 대해 수직으로 조사하고, 광 포지션 센서 (23) 에서 반사광 (26) 을 일정한 각도를 이루어 검출하는 구성이다. 이 구성의 경우, 강판 (S) 의 표면과 변위계 헤드 (2) 사이의 거리가 변화하면, 광 포지션 센서 (23) 에 결상되는 반사광 (26) 의 수광 위치가 변화한다. 즉, 도 1 에 나타나는 표면 형상 측정 장치 (1) 는, 광 포지션 센서 (23) 에 있어서의 반사광 (26) 의 수광 위치를 판독함으로써, 강판 (S) 의 표면과 변위계 헤드 (2) 사이의 거리를 측정하는 구성이다.
변위계 컨트롤러 (3) 는, 변위계 헤드 (2) 에 대한 전원 공급과 헤드 내부의 구성 부품에 대한 제어 신호 출력을 실시하면서, 광 포지션 센서 (23) 의 출력 신호를 판독하고, 강판 (S) 의 표면과 변위계 헤드 (2) 사이의 거리를 산출한다. 그 후, 변위계 컨트롤러 (3) 는, 산출된 강판 (S) 의 표면과 변위계 헤드 (2) 사이의 거리를 변위 신호 (S1) 로서 신호 처리 장치 (4) 로 출력한다.
광 포지션 센서 (23) 에는, 예를 들어 PSD (Position Sensitive Detector), CCD, CMOS 등의 수광 소자 (photodetector) 가 사용된다. 광 포지션 센서 (23) 로서 PSD 를 사용한 경우, 반사광 (26) 을 수광한 수광 소자의 양단으로부터 2 개의 전류 (I1 및 I2) 가 출력된다. 변위계 컨트롤러 (3) 는, 이 2 개의 전류 (I1 및 I2) 를 사용하여 (I1 － I2)/(I1 ＋ I2) 를 산출하고, 이 값으로부터 반사광 (26) 을 수광한 중심 위치를 구한다. 또, 광 포지션 센서 (23) 로서 CCD 또는CMOS 를 사용한 경우, 이들의 수광 소자는 작은 포토 다이오드의 어레이이므로, 수광 소자상의 수광 강도 분포가 얻어진다. 그 경우, 변위계 컨트롤러 (3) 는, 수광 강도 분포의 중심 위치 또는 피크 위치 등에 의해 강판 (S) 의 표면과 변위계 헤드 (2) 사이의 거리를 산출한다.
신호 처리 장치 (4) 는, 변위계 컨트롤러 (3) 로부터 출력된 변위 신호 (S1) 와 강판 (S) 을 반송하는 롤러에 형성된 로터리 인코더 (5) 로부터 출력된 펄스 신호 (S2) 로부터, 강판 (S) 전체에 있어서의 강판 (S) 의 변위 데이터를 복원하고, 이 변위 데이터로부터 강판 (S) 의 표면에 가공된 홈의 형상을 산출하는 장치이다. 여기서 말하는 강판 (S) 의 변위 데이터란, 강판 (S) 의 표면에 있어서의 수직 방향의 변위량에 관한 데이터이다. 요컨대, 강판 (S) 의 변위 데이터는, 강판 (S) 의 표면과 변위계 헤드 (2) 사이의 거리를, 어느 기준이 되는 거리로부터의 차를 산출함으로써 구해지는 데이터이다.
또한, 도 1 에 나타나는 표면 형상 측정 장치 (1) 는, 지면의 형편 상, 단일의 변위계 헤드 (2) 만을 구비하는 것으로서 도시되어 있지만, 복수의 변위계 헤드 (2) 를 강판 (S) 의 폭 방향 (도면 중 Z 방향) 으로 배열하면, 신호 처리 장치 (4) 는, 강판 (S) 전체에 있어서의 변위 데이터를 복원할 수 있다. 또, 단일의 변위계 헤드 (2) 를 강판 (S) 의 폭 방향 (도면 중 Z 방향) 으로 주사할 수 있게 구성하는 것에 의해서도, 신호 처리 장치 (4) 는, 강판 (S) 전체에 있어서의 변위 데이터를 복원할 수 있다.
표시 장치 (6) 는, 신호 처리 장치 (4) 가 산출한 강판 (S) 의 표면에 가공된 홈의 형상 (특히 홈 폭 및 홈 깊이) 을 표시하는 장치이다. 예를 들어, 표시 장치 (6) 는, CRT 화면 표시 장치이고, 오퍼레이터가 강판 (S) 상에 가공된 홈의 형상이 규정대로인지 여부를 판별하는 데에 사용된다.
여기서, 도 2 를 참조하면서, 강판 (S) 상에 가공된 홈 (11) 에 조사된 레이저광 (25) 이 반사될 때의 모습을 설명한다.
도 2A 및 도 2B 는, 강판 (S) 상에 가공된 홈의 경사부에 조사된 레이저광 (25) 의 반사의 모습을 표현한 모식도이다. 도 2A 는, 강판 (S) 상에 가공된 홈의 경사부에 조사된 레이저광 (25) 의 다중 반사에 의한 반사광 (26) 의 궤적을 표현한 모식도이고, 도 2B 는, 도 2A 의 화살표 (V) 의 방향에서 본 도면으로써, 다중 반사에 의한 반사광 (26) 이, 광 포지션 센서 (23) 에 홈의 깊이를 오인식시키는 구조를 나타낸 모식도이다.
도 2A 에 나타내는 바와 같이, 강판 (S) 상에 가공된 홈의 경사부에 조사된 레이저광 (25) 은, 홈 (11) 의 경사부 (도면 중 위치 (P1)) 에서만 반사되어 광 포지션 센서 (23) 로 입사되는 반사광 (26a) 과, 홈 (11) 의 경사부 (도면 중 위치 (P1)) 에서 반사된 후에 바닥부 (도면 중 위치 (P3)) 에서 다시 반사되어 광 포지션 센서 (23) 로 입사되는 반사광 (26b) 이 있다. 그리고, 도 2A 에 나타내는 바와 같이, 경사부 (도면 중 위치 (P1)) 에서 반사된 반사광 (26a) 의 광 포지션 센서 (23) 에 있어서의 수광 위치 (도면 중 위치 (P2)) 와, 바닥부 (도면 중 위치 (P3)) 에서 반사된 반사광 (26b) 의 광 포지션 센서 (23) 에 있어서의 수광 위치 (도면 중 위치 (P4)) 는, 광 포지션 센서 (23) 상의 위치가 상이하다.
그 결과, 도 2B 에 나타내는 바와 같이, 종래의 표면 형상 측정 장치에서는, 강판 (S) 상에 가공된 홈 (11) 의 깊이를 오인식하는 경우가 있다. 도 2B 에 나타내는 바와 같이, 삼각측거법에서는, 광 포지션 센서 (23) 에 있어서의 수광 위치가 도면 중 위치 (P2) 인 경우, 강판 (S) 의 높이 (또는 깊이) 의 위치가 도면 중 위치 (P1) 인 것으로 인식하고, 광 포지션 센서 (23) 에 있어서의 수광 위치가 도면 중 위치 (P4) 인 경우, 강판 (S) 의 높이 (또는 깊이) 의 위치가 도면 중 위치 (P5) 인 것으로 인식된다. 그 결과, 삼각측거법에서는, 다중 반사가 발생하면, 본래의 강판 (S) 의 높이 (또는 깊이) 의 위치가 도면 중 위치 (P1) 임에도 불구하고, 강판 (S) 의 높이 (또는 깊이) 의 위치가 도면 중 위치 (P5) 인 것으로 오인식하는 것이다.
그래서, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법 및 표면 형상 측정 장치에서는, 신호 처리 장치 (4) 에 있어서의 신호 처리 방법을 연구함으로써, 다중 반사에 의한 오인식을 배제한다.
[신호 처리 장치]
도 3 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 신호 처리 장치 (4) 의 내부 처리를 나타내는 기능 블록도이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 관련된 신호 처리 장치 (4) 는, 변위 데이터 취득부 (41) 와, 제 1 필터 처리 (filtering) 부 (42) 와, 홈 개략 범위 검출부 (43) 와, 홈 개략 범위 추출부 (44) 와, 제 2 필터 처리부 (45) 와, 홈 폭 산출부 (46) 와, 홈 깊이 산출부 (47) 를 구비한다.
변위 데이터 취득부 (41) 는, 변위계 컨트롤러 (3) 로부터 변위 신호 (S1) 를 수신하여 A/D 변환 (analog-to-digital conversion) 등을 실시함과 동시에, 로터리 인코더 (5) 로부터는 강판 (S) 이 일정 거리 진행될 때마다 발생하는 펄스 신호 (S2) 를 수신하여 강판 (S) 의 주행 속도 혹은 주행 위치를 해석한다. 그 결과, 변위 데이터 취득부 (41) 는, 변위계 컨트롤러 (3) 로부터 수신한 변위 신호 (S1) 로부터 강판 (S) 상의 변위 데이터 (Y0(X)) 를 복원한다. 여기서, X 는 강판 (S) 상의 반송 방향의 위치 좌표를 의미하고, Y 는 강판 (S) 의 높이 방향의 위치 좌표를 의미한다 (도 1 참조). 또한, 강판 (S) 에는, 폭 방향의 위치 좌표 (Z) 도 존재하지만, 이하의 설명에서는, 폭 방향의 위치 좌표 (Z) 를 한 점에 고정시켜 설명을 실시한다.
변위 데이터 (Y0(X)) 에 있어서의 강판 (S) 상의 샘플점 간격 (ΔX) 은, A/D 변환의 일정한 시간 간격과 로터리 인코더 (5) 가 발생시키는 펄스 신호 (S2) 의 시간 간격에 의해 정해진다. 로터리 인코더 (5) 가 발생시키는 펄스 신호 (S2) 의 간격은, 그 시간 간격 중에 강판 (S) 이 진행되는 거리를 의미하고, A/D 변환의 시간 간격은, 변위 데이터 (Y0(X)) 의 샘플점이 생성되는 간격을 의미한다. 따라서, A/D 변환의 시간 간격 사이에 포함되는 펄스 신호 (S2) 의 빈도에 의해, 강판 (S) 상의 샘플점 간격 (ΔX) 이 정해진다. 또한, 로터리 인코더 (5) 로부터의 펄스 신호 (S2) 의 시간 간격이 충분히 짧은 간격이면, 변위 데이터 취득부 (41) 는, 이 펄스 신호 (S2) 에 동기하여 A/D 변환을 실시함으로써, 강판 (S) 상의 샘플점 간격 (ΔX) 을 정할 수도 있다.
제 1 필터 처리부 (42) 는, 변위 데이터 취득부 (41) 에서 취득한 변위 데이터 (Y0(X)) 에 대해, 필요에 따라 필터 처리를 실시하여 제 1 필터 후의 변위 데이터 (Y1(X)) 를 생성한다. 변위 데이터 (Y0(X)) 에는, 강판 (S) 표면의 조도 등에서 기인하는 측정 노이즈가 포함되므로, 이러한 노이즈 제거의 목적으로, 이동 평균 (moving average) 필터 등의 선형 로우 패스 필터 (low-pass filter), 혹은 메디안 (median) 필터를 적용한다. 나아가서는, 복수의 필터를 조합해도 된다.
또, 변위 데이터 취득부 (41) 에서 취득한 변위 데이터 (Y0(X)) 는, 홈 단면 형상에 비하여 비교적 장주기의 진동 성분도 포함하는 경우가 많다. 이 비교적 장주기의 진동 성분은, 강판 (S) 의 패스 라인 변동 (fluctuation of the path line) 이나 측정계의 기계 진동에 의해 발생한다. 이 비교적 장주기의 진동 성분을 제거하기 위하여, 제 1 필터 처리부 (42) 에 하이 패스 필터 (high-pass filter) 를 추가로 조합하는 것도 가능하다. 또한, 필터 차수 (filter oder) (이동 평균 필터에서는 평균치를 계산하는 범위의 사이즈, 메디안 필터에서는 중앙치를 계산하는 범위의 사이즈) 는, 강판 (S) 상에서의 영향 범위가 일정해지도록 결정된다 (요컨대, 샘플링 간격 (ΔX) 에 반비례시킨다). 이와 같이 필터 차수를 결정함으로써, 샘플링 간격 (ΔX) 이 상이한 경우여도 필터의 효과를 동일하게 유지하는 것이 가능해진다.
홈 개략 범위 검출부 (43) 는, 제 1 필터 처리부 (42) 에서 필터 처리한 변위 데이터 (Y1(X)) 로부터 홈의 개략 범위를 검출하는 수단이다. 홈의 개략 범위란, 홈의 오목 형상의 하강을 시작하는 위치 (하강점 : Xd) 로부터 상승이 완료되는 위치 (상승점 : Xu) 까지의 구간으로서, 동구간 중에는 단일의 홈 단면 형상이 포함된다. 홈 개략 범위 검출부 (43) 가 실시하는 홈의 개략 범위를 검출하는 방법은, 제 1 필터 처리부 (42) 에서 필터 처리한 변위 (Y1(X)) 의 국소적 변화량을 분석함으로써 실행된다. 이 변위 (Y1(X)) 의 국소적 변화량을 분석하는 방법은, 도 6 및 도 7A ∼ C 를 참조하면서, 이후에 상세히 서술하는 것으로 한다.
홈 개략 범위 검출부 (43) 에서 홈 개략 범위 (즉 하강점 (Xd) 에서 상승점 (Xu) 까지의 범위) 가 검출된 후, 홈 개략 범위 추출부 (44) 가, 홈 개략 범위를 포함하는 소정의 범위를 변위 데이터 (Y0(X)) 로부터 추출한다. 구체적으로는, 홈 개략 범위 추출부 (44) 는, 홈 개략 범위의 시점을 개략 시점 (Xs) 및 종점을 개략 종점 (Xe) 으로 한 경우, Xs ＝ Xd － Dsurf 에서 Xe ＝ Xu ＋ Dsurf 까지의 범위를 추출한다. 단, Dsurf (＞ 0) 는 소정의 값이다. 도 4 는, 홈 개략 범위 추출부 (44) 가 추출하는 홈 개략 범위 내의 위치 (X) 에 있어서의 변위 데이터 (Y0(X)) 를 나타내는 그래프이다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 변위 데이터 (Y0(X)) 에 있어서의 개략 시점 (Xs) 에서 하강점 (Xd) 및 상승점 (Xu) 에서 개략 종점 (Xe) 의 범위는, 홈 (하강점 (Xd) 에서 상승점 (Xu)) 전후에 있어서의, 본래의 강판 (S) 의 표면의 높이를 나타내고 있다.
홈 개략 범위 추출부 (44) 에 의해 홈 개략 범위가 추출된 변위 데이터 (Y0(X)) 는, (필요에 따라) 제 2 필터 처리부 (45) 에 의해 제 2 필터 처리가 실시되고, 제 2 필터 후의 변위 데이터 (Y2(X)) 가 생성된다.
홈 개략 범위가 추출된 변위 데이터 (Y0(X)) 에 실시되는 필터는, 이후의 처리에 있어서 검출한 홈의 홈 폭 및 홈 깊이를 산출하기 위한 노이즈 제거를 목적으로 하는 것이다. 따라서, 제 2 필터 처리부 (45) 에는, 홈의 에지부에 있어서 형상이 보존되기 쉬운 (형상의 무딤이 적은) 메디안 필터가 가장 바람직하다. 레이저 변위계의 특성에 따라서는, 제 2 필터 처리부 (45) 에 이동 평균 필터 등의 선형의 로우 패스 필터 등을 사용하는 것도 바람직하다.
다음으로, 제 2 필터 처리부 (45) 에 있어서 노이즈 제거된 변위 데이터 (Y2(X)) 는 홈 폭 산출부 (46) 로 보내져, 홈 폭 산출부 (46) 가 홈의 개략 범위에 포함되는 홈의 홈 폭을 산출한다. 홈 폭 산출부 (46) 가 홈의 홈 폭을 산출하는 방법은, 이후에 도 8 및 도 9 를 참조하면서 설명한다.
한편, 제 2 필터 처리부 (45) 에 있어서 노이즈 제거된 변위 데이터 (Y2(X)) 는 홈 깊이 산출부 (47) 로 보내져, 홈 깊이 산출부 (47) 가 홈의 개략 범위에 포함되는 홈의 깊이를 산출한다. 이 때, 홈 깊이 산출부 (47) 가 홈의 개략 범위에 포함되는 홈의 깊이를 산출하기 위하여, 개략 범위에 포함되는 홈의 시점 (Xms) 및 종점 (Xme) 의 정보가 필요해진다. 그래서, 홈 깊이 산출부 (47) 는, 홈 폭 산출부 (46) 가 산출한 홈의 시점 (Xms) 및 종점 (Xme) 의 정보를 취득한다.
또한, 홈 깊이 산출부 (47) 가 홈의 개략 범위에 포함되는 홈의 깊이를 산출하기 위하여, 강판 (S) 의 표면의 높이 (Ysurf) 의 정보도 필요해진다. 홈 깊이 산출부 (47) 는, 홈 폭 산출부 (46) 가 산출한 강판 (S) 의 표면의 높이 (Ysurf) 의 정보를 취득할 수도 있고, 변위 데이터 (Y2(X)) 로부터 직접 산출할 수도 있다. 또한, 홈 깊이 산출부 (47) 는, 홈 폭 산출부 (46) 가 산출한 홈의 시점 (Xms) 및 종점 (Xme) 의 정보를 취득하는 것이 아니라, 홈 개략 범위 검출부 (43) 가 검출한 홈 개략 범위의 시점 (Xd) 및 종점 (Xu) 의 정보를 취득함으로써도 동일한 기능을 할 수 있다. 홈 깊이 산출부 (47) 가 홈의 깊이를 산출하는 방법은, 이후에 도 10 내지 도 11B 를 참조하면서 설명한다.
홈 폭 산출부 (46) 및 홈 깊이 산출부 (47) 에 의해 강판 (S) 의 홈의 홈 폭 (W) 및 홈 깊이 (D) 가 산출된 후, 이 홈 폭 (W) 및 홈 깊이 (D) 는, 표시 장치 (6) 에 의해 표시된다.
[표면 형상 측정 방법]
다음으로, 도 5 내지 도 11B 를 참조하면서, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법에 대해 설명한다.
도 5 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법의 전체의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법은, 크게 나누어, 변위 데이터 취득 단계 (단계 STP1) 와, 홈 개략 범위 검출 단계 (단계 STP2) 와, 홈 폭 산출 단계 (단계 STP3) 와, 홈 깊이 산출 단계 (단계 STP4) 를 갖는다. 변위 데이터 취득 단계 (단계 STP1) 는 표면 형상 측정 방법의 전제가 되는 통상적인 처리이므로, 이하에서는, 홈 개략 범위 검출 단계 (단계 STP2) 와, 홈 폭 산출 단계 (단계 STP3) 와, 홈 깊이 산출 단계 (단계 STP4) 로 나누어, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법에 대해 설명한다.
도 6 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법에 있어서의 홈 개략 범위 검출의 방법을 나타내는 플로우 차트이고, 도 7A ∼ C 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법에 있어서의 홈 개략 범위 검출의 모습을 나타내는 개념도이다. 도 8 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법에 있어서의 홈 폭 산출의 방법을 나타내는 플로우 차트이고, 도 9 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법에 있어서의 홈 폭 산출의 모습을 나타내는 개념도이다. 도 10 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법에 있어서의 홈 깊이 산출의 방법을 나타내는 플로우 차트이고, 도 11A 및 도 11B 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법에 있어서의 홈 깊이 산출의 모습을 나타내는 개념도이다.
이하, 홈 개략 범위 검출 단계 (단계 STP2) 에 대한 설명을 실시한다. 도 6 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법에 있어서의 홈 개략 범위 검출의 방법에서는, 홈 개략 범위 검출부 (43) 가 하강점의 탐색을 실시하고 (단계 S1), 추가로 상승점의 탐색을 실시한다 (단계 S2). 단계 S1 및 단계 S2 에서, 홈 개략 범위를 나타내는 형상의 하강점 및 상승점은 변위 데이터 (Y1(X)) 의 국소적 변화량에 의해 이하와 같이 결정된다.
즉, 도 7A 에 나타내는 바와 같이, 홈 개략 범위 검출부 (43) 는, 변위 데이터 (Y1(X)) 의 일방 (예를 들어 강판 (S) 의 반송 방향) 으로부터 하강점의 탐색을 실시하는 경우 (도면 중 구간 (SD)), 현재의 탐색 위치 (X) 와 일정 거리 (Ddiff (단 Ddiff ＞ 0)) 만큼 진행된 위치의 변위 데이터 (Y1) 의 차가 소정치 (－Ydiff (단 Ydiff ＞ 0)) 이하가 되는 위치를 하강점 (Xd) 으로 정한다 (도면 중 위치 (P6)).
상기 하강점 (Xd) 을 수학식으로 표현한 경우, 하기 (수학식 1) 을 만족하는 최초의 점 (X) 이 하강점 (Xd) 이다. 또한, (수학식 1) 의 좌변은 변위의 국소적 변화량을 나타내고 있다.
Y1(X ＋ Ddiff) － Y1(X) ≤ －Ydiff (수학식 1)
또한, 도 7A 에 나타내는 바와 같이, 홈 개략 범위 검출부 (43) 는, 하강점을 검출한 위치로부터 상승점의 탐색을 개시한다 (도면 중 구간 (SU)). 홈 개략 범위 검출부 (43) 는, 일정 거리 (Ddiff) 만큼 떨어진 2 점을 비교하면서 탐색하고, 하기 (수학식 2) 를 만족하는 X (도면 중 위치 (P7)) 를 경과한 후, 하기 (수학식 3) 를 만족하는 X (도면 중 위치 (P7)) 를 검출하고, 그리고 위치 Xu ＝ X ＋ Ddiff 를 상승점으로 정한다 (도면 중 위치 (P9)).
Y1(X ＋ Ddiff) － Y1(X) ≥ Ydiff (수학식 2)
Y1(X ＋ Ddiff) － Y1(X) ＜ Ydiff (수학식 3)
다음으로, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법에 있어서의 홈 개략 범위 검출의 방법에서는, 홈 개략 범위 검출부 (43) 가, 상기 서술한 바와 같이 탐색된 하강점 (Xd) 및 상승점 (Xu) 이 단일의 홈의 양측을 나타내는지 여부를 2 단계의 판정 조건에 의해 판정한다.
먼저 제 1 판정으로서, 홈 개략 범위 검출부 (43) 는, 하강점 (Xd) 과 상승점 (Xu) 이 소정 거리 이내에 있는지를 판정한다 (단계 S3). 즉, 홈 개략 범위 검출부 (43) 는, 소정 거리를 Dw 로 한 경우, 하기 (수학식 4) 가 성립되는 것을 판정한다.
Xu － Xd ≤ Dw (수학식 4)
상기 (수학식 4) 의 조건을 만족하지 않는 경우 (단계 S3 : No), 홈 개략 범위 검출부 (43) 는, 탐색 위치를 상승점 (Xu) 으로부터 소정 거리 (DW) 만큼 되돌리고 (즉, 탐색 위치를 Xu － Dw 로 한다), 다시 단계 S1 의 하강점의 탐색부터 다시 한다 (단계 S4).
도 7B 는, 제 1 판정에 의해 하강점의 검출 위치가 수정되는 예이다. 도 7B 에 나타내는 바와 같이 변위 데이터 (Y1(X)) 에 있어서 볼록 형상이 관측되는 경우가 있다. 볼록 형상의 발생 원인으로는, 강판 (S) 의 표면에 미소한 먼지나 홈 이외의 요철이 존재하는 경우나, 레이저 변위계의 변위 신호에 대한 노이즈 혼입 등이 생각된다. 이와 같은 볼록 형상이 변위 데이터 (Y1(X)) 에 존재하면, 도면 중 위치 (P10) 와 같이 볼록 형상부에 있어서 하강점이 검출된다 (도면 중 구간 (SD)). 그 후, 홈 개략 범위 검출부 (43) 가 상승점을 탐색한 경우 (도면 중 구간 (SU)), 도면 중 위치 (P10) 에 대응하는 상승점으로서, 도면 중 위치 (P11) 를 검출하게 된다.
그래서 제 1 판정에서는, 도 7B 에 나타내는 바와 같이 변위 데이터 (Y1(X)) 가 볼록 형상을 갖는 경우의 오판정을 배제하기 위하여, 이하의 처리가 실시된다. 즉, 제 1 판정에서는, 검출된 하강점 (Xd) 과 상승점 (Xu) 사이의 거리가 소정치 (Dw) 보다 작은지 여부를 판정한다. 또한, 이 소정치 (Dw) 는, 강판 (S) 에 가공된 홈의 폭으로부터 설정되는 설정치이다.
예를 들어, 도 7B 에 나타내는 변위 데이터 (Y1(X)) 에서는, 하강점 (Xd) (도면 중 위치 (P10)) 과 상승점 (Xu) (도면 중 위치 (P11)) 사이의 거리는, 소정치 (Dw) 보다 크다. 따라서, 도면 중 위치 (P10) 가 오검출인 것으로 판정되고, 홈 개략 범위 검출부 (43) 는, 상승점 (Xu) (도면 중 위치 (P11)) 으로부터 소정치 (Dw) 만큼 되돌아온 도면 중 위치 (P12) 로부터 하강점을 재탐색한다 (도면 중 구간 (S'D)). 그러면, 상승점 (Xu) (도면 중 위치 (P11)) 과 쌍을 이루는 본래 검출되어야 할 도면 중 위치 (P13) 가 하강점으로서 검출된다 (도면 중 구간 (S'U)).
한편, 상기 서술 (수학식 4) 의 조건을 만족하는 경우 (단계 S3 : Yes), 홈 개략 범위 검출부 (43) 는, 제 2 판정으로서 하강점 (Xd) 과 상승점 (Xu) 에서의 변위량의 차가 소정치 이내에 있는지를 판정한다 (단계 S5). 즉, 홈 개략 범위 검출부 (43) 는, 허용되는 변위차를 Ya 로 하여, 하기 (수학식 5) 의 조건을 만족하는지 여부를 판정한다.
｜Y1(Xu) － Y1(Xd)｜＜ Ya (수학식 5)
상기 (수학식 5) 의 조건을 만족하지 않는 경우 (단계 S5 : No), 홈 개략 범위 검출부 (43) 는, 상승점을 검출한 위치 (X) (＝ Xu － Ddiff) 의 다음 위치로부터 다시 단계 S2 의 상승점의 탐색을 다시 한다.
도 7C 는 제 2 판정에 의해 상승점의 검출 위치가 수정되는 예이다. 도 7C 에서는 도 2 에 나타낸 바와 같은 홈의 경사면에서의 레이저광 (25) 의 2 차적인 반사 현상에 의해, 홈의 바닥부보다 깊은 이상 형상이 변위 데이터 (Y1(X)) 에 관측되고 있다. 이와 같은 변위 데이터 (Y1(X)) 에 있어서는, 하강점이 도면 중 위치 (P14) 에서 검출된 후 (도면 중 구간 (SD)), 이상 형상 때문에 상승점이 이상 형상부 직후의 도면 중 위치 (P15) 에서 오검출된다 (도면 중 구간 (SU)).
그래서, 홈 개략 범위 검출부 (43) 는, 제 2 판정에 의해, 하강점과 상승점에서의 변위 데이터 (Y1(X)) 의 값의 차와 허용치 (Ya) 를 비교하여, 상승점이 오검출인지 여부를 판정한다. 그러면, 도 7C 의 예에서는, 하강점과 상승점에서의 변위 데이터 (Y1(X)) 의 값의 차는, 도면 중 D1 이므로, 상승점인 것으로 검출된 도면 중 위치 (P15) 가 오검출인 것이 판정된다. 따라서, 홈 개략 범위 검출부 (43) 는, 도면 중 위치 (P16) (Xu － Ddiff) 로부터 다시 상승점의 탐색을 재개하고, 하강점인 도면 중 위치 (P14) 와 대응하는 상승점으로서 도면 중 위치 (P17) 를 검출 할 수 있다 (도면 중 구간 (S'U)).
한편, 상기 (수학식 5) 의 조건을 만족하는 경우 (단계 S5 : Yes), 홈 개략 범위 검출부 (43) 는, 홈의 개략 범위로서 하강점 (Xd) 과 상승점 (Xu) 을 홈 개략 범위 추출부 (44) 로 출력한다 (단계 S6).
이상과 같이, 홈 개략 범위 검출 단계 (단계 STP2) 은, 2 단계의 판정 조건 에 의해, 상승점과 하강점이 단일의 홈의 개략 존재 범위를 바르게 나타내는 것을 보증하는 것이 가능하다.
이하, 홈 폭 산출 단계 (단계 STP3) 에 대한 설명을 실시한다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법에 있어서의 홈 폭 산출의 방법에서는, 처음에 홈 폭 산출부 (46) 가, 홈 근방의 표면 높이 (Ysurf) 를 산출한다 (단계 S7). 여기서 말하는 홈 근방이란, 개략 시점 (Xs) 에서 하강점 (Xd) 및 상승점 (Xu) 에서 개략 종점 (Xe) 의 범위이고, 홈 폭 산출부 (46) 는, 제 2 필터 후 변위 데이터 (Y2(X)) 에 대해 이들의 범위의 평균치를 산출하여 강판 (S) 의 표면 높이 (Ysurf) 를 구한다.
다음으로, 홈 폭 산출부 (46) 는, 강판 (S) 의 표면 높이 (Ysurf) 를 기준으로 하여 홈의 에지를 검출하기 위한 에지 검출용 임계치 (Ythr) 를 산출한다 (단계 S8). 즉, 홈 폭 산출부 (46) 는, 표면 높이 (Ysurf) 로부터 깊이가 소정량이 된 위치를 홈 시점 및 홈 종점으로서 판정하기 위한 에지 검출용 임계치 (Ythr) 를 산출한다. 에지 검출용 임계치 (Ythr) 는, 표면 높이 (Ysurf) 보다 소정치 Lthr (≥ 0) 만큼 낮은 값, 즉, Ythr ＝ Ysurf － Lthr 에 의해 산출된다.
계속하여, 홈 폭 산출부 (46) 는, Y2(X) 에 있어서의 하강점 (Xd) 과 상승점 (Xu) 사이에서 최심 위치 (최소치) 를 탐색한 후 (단계 S9), 그 최심 위치로부터 양측에 홈 시점 (Xms) 및 종점 (Xme) 을 탐색한다 (단계 S10). 즉, 홈 폭 산출부 (46) 는, 최심 위치로부터 하강점 방향으로 탐색하여 처음으로 임계치 (Ythr) 를 초과하는 위치로서 홈 시점 (Xms) 을 검출한다 (도 9 참조). 동일하게, 홈 폭 산출부 (46) 는, 최심 위치로부터 상승점 방향으로 탐색하여 처음으로 임계치 (Ythr) 를 초과하는 위치로서 홈 종점 (Xme) 을 검출한다 (도 9 참조).
마지막으로, 홈 폭 산출부 (46) 는, 홈 시점 (Xms) 과 홈 종점 (Xme) 의 간격을 홈 폭 (W) 로서 산출한다 (단계 S11). 즉, 홈 폭 산출부 (46) 는, W ＝ Xme － Xms 를 계산한다.
이하, 홈 깊이 산출 단계 (단계 STP4) 에 대한 설명을 실시한다. 도 10 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법에 있어서의 홈 깊이 산출의 방법에서는, 홈 깊이 산출부 (47) 가, 홈 시점 (Xms) 과 홈 종점 (Xme) 으로부터 홈의 중앙부 (WR) 를 산출한다 (단계 S12). 구체적으로는, 홈 깊이 산출부 (47) 는, 홈 시점 (Xms) 과 홈 종점 (Xme) 의 중앙 위치를 산출하고, 이 중앙 위치로부터 홈 폭 (W) 에 대한 소정 비율 (R) 의 폭의 범위 (요컨대 W × R) 를 홈의 중앙부 (WR) 로서 산출한다.
그 후, 홈 깊이 산출부 (47) 는, 제 2 필터 후 변위 데이터 (Y2(X)) 를 상기 서술한 홈의 중앙부 (WR) 의 범위로 한정한다 (단계 S13). 그리고, 홈 깊이 산출부 (47) 는, 이 한정된 범위 내에 있어서의 제 2 필터 후 변위 데이터 (Y2(X)) 의 최소치를 산출한다 (단계 S14).
한편, 홈 깊이 산출부 (47) 는, 홈 근방의 표면 높이 (Ysurf) 를 산출한다 (단계 S15). 그러나, 홈 폭 산출부 (46) 가 이미 홈 근방의 표면 높이 (Ysurf) 를 산출하고 있기 때문에, 홈 깊이 산출부 (47) 는, 이 홈 근방의 표면 높이 (Ysurf) 를 유용할 수 있다.
최종적으로, 홈 깊이 산출부 (47) 는, 홈 근방의 표면 높이 (Ysurf) 로부터, 단계 S14 에서 산출된 한정된 범위 내에 있어서의 제 2 필터 후 변위 데이터 (Y2(X)) 의 최소치까지의 거리를 산출함으로써, 홈의 깊이 (D) 를 산출한다 (단계 S16).
상기 서술한 바와 같이, 홈 깊이 산출부 (47) 가 홈의 깊이 (D) 를 산출함으로써, 도 11A 와 같이 변위 데이터에 이상이 없는 경우에 한정되지 않고, 도 11B 와 같은 홈의 경사부에 있어서 이상치가 발생하고 있는 경우에 있어서도, 그 영향을 받지 않고 홈 깊이를 정확하게 측정하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 탐색 구간폭의 홈 폭 (W) 에 대한 비율은, 홈 경사부에서의 이상치를 회피 가능한 크기로 설정하면 된다. 예를 들어, 홈 폭 (W) 에 대해, 30 ％ 내지 10 ％ 정도로 하는 것이 바람직하다.
전기 강판에 홈 가공을 하는 예에서는, 일정 간격으로 홈이 연속적으로 가공되므로, 변위 데이터에는 통상적으로 복수의 홈 단면 형상이 포함된다. 이와 같은 예에 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법을 적용하는 경우, 검출한 홈의 상승점 (Xu) 혹은 홈 종점 (Xms) 등으로부터, 추가로 다음의 홈 형상부를 검출·측정하는 일련의 단계를 반복 적용함으로써, 변위 데이터 중에 포함되는 다수의 홈 형상을 연속적으로 측정하는 것이 가능하다.
이상으로부터, 본 발명의 실시형태에 관련된 표면 형상 측정 방법은, 강판 (S) 에 광선을 조사하여 삼각측거를 실시하는 변위계 헤드 (2) 에 의해 강판 (S) 의 표면을 주사하여, 변위계 헤드 (2) 에 대한 강판 (S) 의 표면의 변위 데이터를 취득하는 변위 데이터 취득 단계와, 변위 데이터를 탐색하여 상기 강판 (S) 의 표면에 가공된 홈을 포함하는 강판 (S) 의 표면의 개략 범위를 검출하는 홈 개략 범위 검출 단계와, 개략 범위에 포함되는 홈의 홈 시점 및 홈 종점을 산출하는 홈 폭 산출 단계와, 홈 시점과 홈 종점의 중앙 위치로부터 홈 폭의 소정 비율의 폭의 범위로 한정한 변위 데이터의 최소치를 산출하는 최심 위치 검출 단계와, 최심 위치 검출 단계에서 산출된 변위 데이터의 최소치와 물체 표면의 높이의 차를 물체 표면에 가공된 홈의 깊이로서 산출하는 홈 깊이 산출 단계를 포함하기 때문에, 변위계 헤드 (2) 로 측정한 물체 표면의 변위 데이터만을 사용하여, 이 변위 데이터 중의 외란을 배제하고, 강판 (S) 의 표면에 가공된 홈의 치수를 양호한 정밀도로 측정할 수 있다.
산업상 이용가능성
이상과 같이, 본 발명에 관련된 표면 형상 측정 방법 및 표면 형상 측정 장치는, 물체의 표면에 가공된 홈의 치수를 측정하는 데에 유용하다.
1 : 표면 형상 측정 장치
2 : 변위계 헤드
3 : 변위계 컨트롤러
4 : 신호 처리 장치
5 : 로터리 인코더
6 : 표시 장치
11 : 홈
21 : 레이저 광원
22 : 집광 렌즈
23 : 광 포지션 센서
24 : 결상 렌즈
25 : 레이저광
26 : 반사광
41 : 변위 데이터 취득부
42 : 제 1 필터 처리부
43 : 홈 개략 범위 검출부
44 : 홈 개략 범위 추출부
45 : 제 2 필터 처리부
46 : 홈 폭 산출부
47 : 홈 깊이 산출부

Claims (16)

  1. 물체 표면에 광선을 조사하여 측정을 실시하는 광학식 변위계에 의해 상기 물체 표면을 주사하여, 상기 광학식 변위계에 대한 상기 물체 표면의 변위 데이터를 취득하는 변위 데이터 취득 단계와,
    상기 변위 데이터를 탐색하여 상기 물체 표면에 가공된 홈을 포함하는 물체 표면의 개략 범위를 검출하는 홈 개략 범위 검출 단계로서, 상기 변위 데이터의 주사 방향부터 탐색하여 상기 변위 데이터의 국소적 변화량이 소정치를 하회하기 시작하는 위치를 상기 개략 범위의 시점으로서 검출하는 시점 검출 단계와, 상기 개략 범위의 시점부터 계속해서 탐색하여, 상기 변위 데이터의 국소적 변화량이 소정치를 상회하여 끝내는 위치를 상기 개략 범위의 종점으로서 검출하는 종점 검출 단계를 포함하는, 홈 개략 범위 검출 단계와,
    상기 개략 범위에 포함되는 상기 홈의 홈 시점 및 홈 종점을 산출하는 홈 폭 산출 단계와,
    상기 홈 시점과 상기 홈 종점의 중앙 위치로부터 상기 홈 폭의 소정 비율의 폭의 범위로 한정한 상기 변위 데이터의 최소치를 산출하는 최심 위치 검출 단계와,
    상기 최심 위치 검출 단계에서 산출된 상기 변위 데이터의 최소치와 상기 물체 표면의 높이의 차를 상기 물체 표면에 가공된 홈의 깊이로서 산출하는 홈 깊이 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 형상 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈 폭 산출 단계는,
    상기 개략 범위의 외측 근방에 있어서의 상기 변위 데이터로부터 상기 물체 표면의 높이를 산출하는 표면 높이 산출 단계와,
    상기 물체 표면의 높이를 기준으로 하여 상기 물체 표면에 가공된 홈의 단부 검출용 임계치를 설정하는 임계치 설정 단계와,
    상기 개략 범위에 있어서의 상기 변위 데이터의 최소치가 되는 위치로부터, 상기 주사 방향의 전측 및 후측으로 탐색하여, 상기 변위 데이터의 값이 상기 단부 검출용 임계치를 처음으로 초과하는 위치를 상기 홈의 홈 시점 및 홈 종점으로서 검출하는 단부 검출 단계와,
    상기 홈의 홈 시점 및 홈 종점 사이의 거리를 상기 물체 표면에 가공된 홈의 폭으로서 산출하는 차 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 형상 측정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈 개략 범위 검출 단계는,
    상기 개략 범위의 시점과 상기 개략 범위의 종점 사이의 거리가 소정 거리 이내에 있는지 여부를 판정하는 제 1 판정 단계와,
    상기 개략 범위의 시점과 상기 개략 범위의 종점에 있어서의 상기 변위 데이터의 값의 차가 소정 범위 내인지의 여부를 판정하는 제 2 판정 단계와,
    상기 제 1 판정 단계와 상기 제 2 판정 단계에 있어서 진 (眞) 판정이 되었을 때만 상기 개략 범위의 시점과 상기 개략 범위의 종점을 진판정으로 하는 판별 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 형상 측정 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 홈 개략 범위 검출 단계는,
    상기 개략 범위의 시점과 상기 개략 범위의 종점 사이의 거리가 소정 거리 이내에 있는지 여부를 판정하는 제 1 판정 단계와,
    상기 개략 범위의 시점과 상기 개략 범위의 종점에 있어서의 상기 변위 데이터의 값의 차가 소정 범위 내인지의 여부를 판정하는 제 2 판정 단계와,
    상기 제 1 판정 단계와 상기 제 2 판정 단계에 있어서 진 (眞) 판정이 되었을 때만 상기 개략 범위의 시점과 상기 개략 범위의 종점을 진판정으로 하는 판별 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 형상 측정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    홈 개략 범위 검출 단계는,
    상기 변위 데이터에 제 1 필터 처리를 실시한 후에, 상기 물체 표면에 가공된 홈을 포함하는 물체 표면의 개략 범위를 검출하는 것을 특징으로 하는 표면 형상 측정 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    홈 개략 범위 검출 단계는,
    상기 변위 데이터에 제 1 필터 처리를 실시한 후에, 상기 물체 표면에 가공된 홈을 포함하는 물체 표면의 개략 범위를 검출하는 것을 특징으로 하는 표면 형상 측정 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    홈 개략 범위 검출 단계는,
    상기 변위 데이터에 제 1 필터 처리를 실시한 후에, 상기 물체 표면에 가공된 홈을 포함하는 물체 표면의 개략 범위를 검출하는 것을 특징으로 하는 표면 형상 측정 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    홈 개략 범위 검출 단계는,
    상기 변위 데이터에 제 1 필터 처리를 실시한 후에, 상기 물체 표면에 가공된 홈을 포함하는 물체 표면의 개략 범위를 검출하는 것을 특징으로 하는 표면 형상 측정 방법.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 필터 처리는, 선형 필터 혹은 메디안 필터, 또는 그것들의 조합인 것을 특징으로 하는 표면 형상 측정 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈 폭 산출 단계 및 상기 홈 깊이 산출 단계는,
    상기 변위 데이터에 제 2 필터 처리를 실시한 후에, 상기 홈의 홈 시점 및 홈 종점의 산출 및 상기 홈의 깊이의 산출을 실시하는 것을 특징으로 하는 표면 형상 측정 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 필터 처리는, 선형 필터 혹은 메디안 필터, 또는 그것들의 조합인 것을 특징으로 하는 표면 형상 측정 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 홈 폭 산출 단계 및 상기 홈 깊이 산출 단계는,
    상기 변위 데이터에 제 2 필터 처리를 실시한 후에, 상기 홈의 홈 시점 및 홈 종점의 산출 및 상기 홈의 깊이의 산출을 실시하는 것을 특징으로 하는 표면 형상 측정 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 필터 처리는, 선형 필터 혹은 메디안 필터, 또는 그것들의 조합인 것을 특징으로 하는 표면 형상 측정 방법.
  14. 물체 표면에 광선을 조사하여 측정을 실시하는 광학식 변위계에 의해 상기 물체 표면을 주사하여, 상기 광학식 변위계에 대한 상기 물체 표면의 변위 데이터를 취득하는 변위 데이터 취득부와,
    상기 변위 데이터를 탐색하여 상기 물체 표면에 가공된 홈을 포함하는 물체 표면의 개략 범위를 검출하는 홈 개략 범위 검출부로서, 상기 변위 데이터의 주사 방향부터 탐색하여 상기 변위 데이터의 국소적 변화량이 소정치를 하회하기 시작하는 위치를 상기 개략 범위의 시점으로서 검출하는 시점 검출 수단과, 상기 개략 범위의 시점부터 계속해서 탐색하여, 상기 변위 데이터의 국소적 변화량이 소정치를 상회하여 끝내는 위치를 상기 개략 범위의 종점으로서 검출하는 종점 검출 수단을 구비한 홈 개략 범위 검출부와,
    상기 개략 범위에 포함되는 상기 홈의 홈 시점 및 홈 종점을 산출하는 홈 폭 산출부와,
    상기 홈 시점과 상기 홈 종점의 중앙 위치로부터 상기 홈 폭의 소정 비율의 폭의 범위로 한정한 상기 변위 데이터의 최소치를 산출하는 최심 위치 검출 수단과,
    상기 최심 위치 검출 수단으로 산출된 상기 변위 데이터의 최소치와 상기 물체 표면의 높이의 차를 상기 물체 표면에 가공된 홈의 깊이로서 산출하는 홈 깊이 산출 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 표면 형상 측정 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 홈 폭 산출부는,
    상기 개략 범위의 외측 근방에 있어서의 상기 변위 데이터로부터 상기 물체 표면의 높이를 산출하는 표면 높이 산출 수단과,
    상기 물체 표면의 높이를 기준으로 하여 상기 물체 표면에 가공된 홈의 단부 검출용 임계치를 설정하는 임계치 설정 수단과,
    상기 개략 범위에 있어서의 상기 변위 데이터의 최소치가 되는 위치로부터, 상기 주사 방향의 전측 및 후측으로 탐색하여, 상기 변위 데이터의 값이 상기 단부 검출용 임계치를 처음으로 초과하는 위치를 상기 홈의 홈 시점 및 홈 종점으로서 검출하는 단부 검출 수단과,
    상기 홈의 홈 시점 및 홈 종점 사이의 거리를 상기 물체 표면에 가공된 홈의 폭으로서 산출하는 차 산출 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 표면 형상 측정 장치.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 홈 개략 범위 검출부는,
    상기 개략 범위의 시점과 상기 개략 범위의 종점 사이의 거리가 소정 거리 이내에 있는지 여부를 판정하는 제 1 판정 수단과,
    상기 개략 범위의 시점과 상기 개략 범위의 종점에 있어서의 상기 변위 데이터의 값의 차가 소정 범위 내인지의 여부를 판정하는 제 2 판정 수단과,
    상기 제 1 판정 수단과 상기 제 2 판정 수단에 있어서 진판정이 되었을 때만 상기 개략 범위의 시점과 상기 개략 범위의 종점을 진판정으로 하는 판별 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 표면 형상 측정 장치.
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