KR20160104552A - shape measuring apparatus, processing apparatus, and shape measuring method - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a shape measurement device capable of measuring a surface shape of a measurement object with high precision by reducing an influence of foreign materials existing on the surface. A shape measurement device which scans a measurement object by a detector in which three displacement meters are disposed in series, to measure a surface shape of the measurement, comprises: a gap calculation means which calculates gap data from difference between the measurement value based on the center displacement meter of the three displacement meters and the measurement values based on the other displacement meters; an interpolation means which calculates an average value and a standard deviation of the gap data, and repeatedly performs an interpolation process of interpolating a value out of the range set on the basis of the standard deviation in the gap data to the average value until a change rate of the standard deviation is equal to or less than a preset value; and a shape calculation means which calculates a surface shape of the measurement object on the basis of the interpolation-processed gap data.

Description

형상계측장치, 가공장치 및 형상계측방법 {shape measuring apparatus, processing apparatus, and shape measuring method}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a shape measuring apparatus, a shape measuring apparatus,

본 출원은, 2015년 2월 26일에 출원된 일본 특허출원 제2015-036783에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.The present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2015-036783, filed on February 26, 2015. The entire contents of which are incorporated herein by reference.

본 발명은, 형상계측장치, 가공장치 및 형상계측방법에 관한 것이다.The present invention relates to a shape measuring apparatus, a machining apparatus, and a shape measuring method.

3개의 변위계를 이용하여 축차 3점법에 의go 계측대상물의 표면형상을 구하여, 진직도(眞直度)의 측정을 행하는 진직도 측정법이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).A straightness measurement method is known in which the surface shape of an object to be measured is obtained by a three-point method using three displacement gauges and the straightness is measured (see, for example, Patent Document 1).

일본 공개특허공보 2003-254747호Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-254747

상기한 진직도 측정법에서는, 예를 들면 계측대상물의 표면에 불순물이나 기름 등의 이물, 손상 등이 존재하면, 변위계에 의한 측정값이 크게 변동하여, 계측대상물의 표면형상을 양호한 정밀도로 구하는 것이 곤란하게 되는 경우가 있다.In the straightness measurement method described above, if there is foreign matter such as impurities, oil, or the like on the surface of the measurement object, for example, the measurement value by the displacement meter fluctuates greatly and it is difficult to obtain the surface shape of the measurement object with good accuracy .

본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 표면에 존재하는 이물 등의 영향을 저감시켜 계측대상물의 표면형상을 양호한 정밀도로 계측 가능한 형상계측장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a shape measuring apparatus capable of reducing the influence of foreign substances present on the surface and measuring the surface shape of the measurement object with good precision.

본 발명의 일 양태에 의하면, 3개의 변위계가 일렬로 배치된 검출기로 계측대상물을 주사(走査)하여, 상기 계측대상물의 표면형상을 계측하는 형상계측장치로서, 상기 3개의 변위계 중 중앙의 변위계에 의한 측정값과 다른 변위계에 의한 측정값의 차이로부터 갭(Gap)데이터를 구하는 갭산출수단과, 상기 갭데이터의 평균값 및 표준편차를 구하고, 상기 갭데이터에 있어서 상기 표준편차에 근거하여 설정되는 범위 외의 값을 상기 평균값으로 보간(補間)하는 보간처리를, 상기 표준편차의 변화율이 미리 설정되는 값 이하가 될 때까지 반복 실행하는 보간수단과, 상기 보간처리가 실행된 상기 갭데이터에 근거하여, 상기 계측대상물의 표면형상을 산출하는 형상산출수단을 구비한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a shape measuring apparatus for measuring a surface shape of an object to be measured by scanning an object to be measured with a detector in which three displacement gauges are arranged in a line, A gap calculating means for obtaining gap data from a difference between a measured value by the displacement gauge and a measured value by another displacement gauge; and a controller for obtaining an average value and a standard deviation of the gap data, Interpolation means for repeatedly interpolating the value of the standard deviation with the average value until the rate of change of the standard deviation becomes equal to or less than a preset value; And shape calculating means for calculating the surface shape of the measurement object.

본 발명의 실시형태에 의하면, 표면에 존재하는 이물 등의 영향을 저감시켜 계측대상물의 표면형상을 양호한 정밀도로 계측 가능한 형상계측장치가 제공된다.According to the embodiment of the present invention, there is provided a shape measuring apparatus capable of measuring the surface shape of an object to be measured with good accuracy by reducing the influence of foreign matter present on the surface.

도 1은, 실시형태에 있어서의 가공장치를 예시하는 도이다.
도 2는, 실시형태에 있어서의 형상계측장치의 구성을 예시하는 도이다.
도 3은, 실시형태에 있어서의 센서헤드의 구성을 예시하는 도이다.
도 4는, 실시형태에 있어서의 형상계측을 설명하기 위한 도이다.
도 5는, 실시형태에 있어서의 형상계측처리의 플로차트를 예시하는 도이다.
도 6은, 실시형태에 있어서의 센서데이터를 예시하는 도이다.
도 7은, 실시형태에 있어서의 갭데이터를 예시하는 도이다.
도 8은, 실시형태에 있어서의 보간처리의 플로차트를 예시하는 도이다.
도 9는, 실시형태에 있어서의 보간처리 전의 갭데이터를 예시하는 도이다.
도 10은, 실시형태에 있어서의 갭데이터의 보간처리를 설명하기 위한 도이다.
도 11은, 실시형태에 있어서 보간처리가 1회 실행된 후의 갭데이터를 예시하는 도이다.
도 12는, 실시형태에 있어서 보간처리가 반복 실행된 후의 갭데이터를 예시하는 도이다.
도 13은, 실시형태에 있어서의 갭데이터의 보간처리를 설명하기 위한 도이다.
도 14는, 실시형태에 있어서의 보간처리 후의 갭데이터를 예시하는 도이다.
도 15는, 실시형태에 있어서의 표면형상 계측결과를 예시하는 도이다.
도 16은, 물체의 표면에 이물이 없는 경우의 표면형상 계측결과를 예시하는 도이다.
도 17은, 보간처리를 실행하지 않았던 경우의 표면형상 계측결과를 예시하는 도이다.1 is a diagram illustrating a machining apparatus according to an embodiment.
2 is a diagram exemplifying a configuration of a shape measuring apparatus according to the embodiment.
3 is a diagram illustrating the configuration of the sensor head in the embodiment.
Fig. 4 is a view for explaining the shape measurement in the embodiment. Fig.
5 is a diagram illustrating a flowchart of a shape measurement process in the embodiment.
Fig. 6 exemplifies sensor data in the embodiment; Fig.
Fig. 7 exemplifies gap data in the embodiment; Fig.
8 is a diagram illustrating a flowchart of an interpolation process in the embodiment.
Fig. 9 exemplifies gap data before interpolation processing in the embodiment; Fig.
10 is a diagram for explaining interpolation processing of gap data in the embodiment.
11 is a diagram illustrating gap data after the interpolation process is executed once in the embodiment.
12 is a diagram illustrating gap data after the interpolation process is repeatedly executed in the embodiment.
Fig. 13 is a diagram for explaining interpolation processing of gap data in the embodiment; Fig.
Fig. 14 exemplifies gap data after interpolation processing in the embodiment. Fig.
Fig. 15 is a diagram illustrating the result of measurement of the surface shape in the embodiment. Fig.
Fig. 16 exemplifies the result of surface shape measurement when there is no foreign object on the surface of an object.
Fig. 17 exemplifies the surface shape measurement result in the case where interpolation processing is not performed. Fig.

이하, 도면을 참조하여 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대하여 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same constituent parts are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations may be omitted.

(가공장치의 구성)(Construction of Processing Apparatus)

도 1은, 본 실시형태에 관한 형상계측장치가 탑재된 가공장치(200)의 구성을 예시하는 도이다.1 is a diagram exemplifying a configuration of a machining apparatus 200 equipped with a shape measuring apparatus according to the present embodiment.

가공장치(200)는, 도 1에 나타나는 바와 같이, 가동테이블(10), 테이블 안내기구(11), 숫돌헤드(15), 숫돌(16), 안내레일(18), 제어장치(20), 표시장치(40)를 갖는다. 다만, 이하의 도면에 있어서, X방향은 가동테이블(10)의 이동방향, Y방향은 X방향에 직교하는 숫돌헤드(15)의 이동방향, Z방향은 X방향 및 Y방향에 직교하는 높이방향이다.1, the machining apparatus 200 includes a movable table 10, a table guide mechanism 11, a grindstone head 15, a grindstone 16, a guide rail 18, a control device 20, And a display device 40. However, in the following drawings, the X direction is the moving direction of the movable table 10, the Y direction is the moving direction of the grinding head 15 orthogonal to the X direction, the Z direction is the X direction and the height direction to be.

가동테이블(10)은, 테이블 안내기구(11)에 의하여 X방향으로 이동 가능하게 마련되어 있고, 가공대상 및 계측대상이 되는 물체(12)가 재치(載置: 올려놓음)된다. 테이블 안내기구(11)는, 가동테이블(10)을 X방향으로 이동시킨다.The movable table 10 is provided so as to be movable in the X direction by the table guide mechanism 11 so that the object 12 to be processed and the object to be measured is mounted. The table guide mechanism (11) moves the movable table (10) in the X direction.

숫돌헤드(15)는, 하단부에 숫돌(16)이 마련되어 있고, X방향으로 이동 가능하고 또한 Z방향으로 승강 가능하게 안내레일(18)에 마련되어 있다. 안내레일(18)은, 숫돌헤드(15)를 X방향 및 Z방향으로 이동시킨다. 숫돌(16)은, 원기둥형상을 갖고, 그 중심축이 Y방향에 평행이 되도록 숫돌헤드(15)의 하단부에 회전 가능하게 마련되어 있다. 숫돌(16)은, 숫돌헤드(15)와 함께 X방향 및 Z방향으로 이동하고, 회전하여 물체(12)의 표면을 연삭한다.The grindstone head 15 is provided with a grindstone 16 at its lower end and is provided on the guide rail 18 so as to be movable in the X direction and to be elevated in the Z direction. The guide rails 18 move the grinding head 15 in the X and Z directions. The grindstone 16 has a cylindrical shape and is rotatably provided at the lower end of the grindstone head 15 so that its central axis is parallel to the Y direction. The grindstone 16 moves together with the grindstone head 15 in the X and Z directions and rotates to grind the surface of the object 12. [

제어장치(20)는, 가동테이블(10) 및 숫돌헤드(15)의 위치를 제어하여, 숫돌(16)을 회전시킴으로써, 물체(12)의 표면을 연삭하도록 가공장치(200)의 각 부를 제어한다.The control device 20 controls the positions of the movable table 10 and the grinding head 15 to control each part of the processing device 200 so as to grind the surface of the object 12 by rotating the grinding wheel 16 do.

표시장치(40)는, 표시수단의 일례이고, 예를 들면 액정디스플레이 등이다. 표시장치(40)는, 제어장치(20)에 의하여 제어되며, 예를 들면 물체(12)의 가공조건 등이 표시된다.The display device 40 is an example of display means and is, for example, a liquid crystal display or the like. The display device 40 is controlled by the control device 20, and for example, the machining conditions and the like of the object 12 are displayed.

(형상계측장치의 구성)(Configuration of Shape Measuring Apparatus)

도 2는, 가공장치(200)에 탑재되어 있는 형상계측장치(100)의 구성을 예시하는 도이다. 도 2에 나타나는 바와 같이, 형상계측장치(100)는, 제어장치(20), 센서헤드(30), 표시장치(40)를 포함한다.2 is a diagram illustrating the configuration of the shape measuring apparatus 100 mounted on the machining apparatus 200. As shown in Fig. 2, the shape measuring apparatus 100 includes a control device 20, a sensor head 30, and a display device 40. As shown in Fig.

제어장치(20)는, 상기한 바와 같이, 물체(12)의 표면을 연삭하도록 가공장치(200)의 각 부를 제어함과 함께, 센서헤드(30)의 각 변위센서(31a, 31b, 31c)로부터 출력되는 측정값에 근거하여, 물체(12)의 표면형상을 구한다.The control device 20 controls the respective parts of the processing device 200 to grind the surface of the object 12 as described above and detects the angular displacement sensors 31a, 31b, and 31c of the sensor head 30, The surface shape of the object 12 is obtained.

제어장치(20)는, 센서데이터 취득부(21), 갭데이터 산출부(23), 보간처리부(25), 형상산출부(27)를 갖는다. 제어장치(20)는, 예를 들면 CPU, ROM, RAM 등을 포함하고, CPU가 RAM과 협동하여 ROM에 기억되어 있는 제어 프로그램을 실행함으로써 각 부의 기능이 실현된다.The control device 20 has a sensor data acquisition unit 21, a gap data calculation unit 23, an interpolation processing unit 25, and a shape calculation unit 27. The control device 20 includes, for example, a CPU, a ROM, and a RAM, and the functions of the respective parts are realized by the CPU executing the control program stored in the ROM in cooperation with the RAM.

센서데이터 취득부(21)는, 센서헤드(30)에 마련되어 있는 각 변위센서(31a, 31b, 31c)로부터 센서데이터를 취득한다. 갭데이터 산출부(23)는, 갭산출수단의 일례이고, 센서데이터 취득부(21)가 취득한 센서데이터로부터 갭데이터를 산출한다. 보간처리부(25)는, 보간수단의 일례이고, 갭데이터 산출부(23)에 의하여 산출된 갭데이터에 대하여 보간처리를 실행한다. 형상산출부(27)는, 형상산출수단의 일례이고, 보간처리부(25)에 의하여 보간처리가 실행된 갭데이터에 근거하여 물체(12)의 표면형상을 산출한다.The sensor data acquisition unit 21 acquires the sensor data from the angular displacement sensors 31a, 31b, and 31c provided in the sensor head 30. [ The gap data calculating section 23 is an example of the gap calculating means and calculates the gap data from the sensor data acquired by the sensor data acquiring section 21. [ The interpolation processing unit 25 is an example of interpolation means and performs interpolation processing on the gap data calculated by the gap data calculation unit 23. [ The shape calculating unit 27 is an example of the shape calculating unit and calculates the surface shape of the object 12 based on the gap data in which the interpolation processing is performed by the interpolation processing unit 25. [

센서헤드(30)는, 검출기의 일례로서, 제1 변위센서(31a), 제2 변위센서(31b), 제3 변위센서(31c)를 구비하고, 가공장치(200)의 숫돌헤드(15)의 하단에 마련되어 있다. 도 3은, 실시형태에 관한 센서헤드(30)의 구성을 예시하는 도이다.The sensor head 30 is provided with a first displacement sensor 31a, a second displacement sensor 31b and a third displacement sensor 31c as an example of a detector, As shown in Fig. 3 is a diagram illustrating the configuration of the sensor head 30 according to the embodiment.

센서헤드(30)는, 도 3에 나타나는 바와 같이, 제1 변위센서(31a), 제2 변위센서(31b), 제3 변위센서(31c)가 X방향으로 일렬로 배치되어 있다.3, the sensor head 30 is provided with a first displacement sensor 31a, a second displacement sensor 31b and a third displacement sensor 31c arranged in a row in the X direction.

제1 변위센서(31a), 제2 변위센서(31b), 제3 변위센서(31c)는, 변위계의 일례이고, 예를 들면 레이저 변위계이다. 제1 변위센서(31a), 제2 변위센서(31b), 제3 변위센서(31c)는, 측정점이 물체(12)의 표면 상에 있어서 X방향에 평행한 직선형상으로 등간격으로 나열되도록 배치되고, 각각 물체(12)의 표면 상의 측정점과의 사이의 거리를 측정한다. 물체(12)가 가동테이블(10)에 올려져 X방향으로 이동하면, 센서헤드(30)가 물체(12)에 대하여 상대 이동하고, 각 변위센서(31a, 31b, 31c)가 물체(12)의 표면을 주사하여 측정값을 출력한다.The first displacement sensor 31a, the second displacement sensor 31b, and the third displacement sensor 31c are examples of a displacement gauge, for example, a laser displacement gauge. The first displacement sensor 31a, the second displacement sensor 31b and the third displacement sensor 31c are arranged such that the measurement points are arranged on the surface of the object 12 at equal intervals in a straight line parallel to the X direction And the distance between the object 12 and the measurement point on the surface of the object 12 is measured. When the object 12 is lifted up on the movable table 10 and moved in the X direction, the sensor head 30 moves relative to the object 12 and the angular displacement sensors 31a, 31b, And the measured value is output.

표시장치(40)는, 제어장치(20)에 의하여 제어되고, 예를 들면 형상산출부(27)에 의하여 구해진 표면형상의 계측결과 등이 표시된다.The display device 40 is controlled by the control device 20, and for example, the measurement result of the surface shape obtained by the shape calculating section 27 is displayed.

다만, 본 실시형태에서는, 형상계측장치(100)와 가공장치(200)가, 제어장치(20)및 표시장치(40)를 공용하는 구성으로 되어 있지만, 형상계측장치(100) 및 가공장치(200)의 각각에 제어장치와 표시장치가 마련되어도 된다. 또, 가동테이블(10)이 물체(12)와 함께 X방향으로 이동하는 구성으로 되어 있지만, 센서헤드(30)가 물체(12)에 대하여 X방향으로 이동하는 구성이어도 된다.Although the shape measuring apparatus 100 and the machining apparatus 200 are configured to share the control apparatus 20 and the display apparatus 40 in the present embodiment, the shape measuring apparatus 100 and the machining apparatus 200 may be provided with a control device and a display device. Although the movable table 10 is configured to move in the X direction together with the object 12, the sensor head 30 may be configured to move in the X direction with respect to the object 12.

(형상계측의 기본원리)(Basic principles of shape measurement)

다음으로, 형상계측장치(100)에 있어서 물체(12)의 표면형상을 구하는 방법에 대하여 설명한다. 도 4는, 표면형상의 계측방법에 대해 설명하기 위한 도이다.Next, a method of obtaining the surface shape of the object 12 in the shape measuring apparatus 100 will be described. Fig. 4 is a diagram for explaining a method of measuring the surface shape. Fig.

변위센서(31a, 31b, 31c)는, 도 4에 나타나는 바와 같이, 간격 P로 X방향으로 일렬로 배치되고, 각각 물체(12) 표면의 a점, b점, c점과의 거리를 측정한다. 변위센서(31a, 31b, 31c)에 의하여 구해지는 각 변위센서(31a, 31b, 31c)와 물체(12)의 표면의 거리를 각각 A, B, C라 하면, 도 4 (A)에 나타나는 Z방향에 있어서의 b점으로부터 a점과 c점을 연결하는 직선과의 거리(g)(갭)는, 이하의 식 (1)에 의하여 구해진다.As shown in Fig. 4, the displacement sensors 31a, 31b and 31c are arranged in a row in the X direction at an interval P, and the distances from the points a, b, and c on the surface of the object 12 are measured . When the distances between the angular displacement sensors 31a, 31b and 31c obtained by the displacement sensors 31a, 31b and 31c and the surfaces of the object 12 are A, B and C, respectively, Z (Gap) between a point connecting point a and point c from a point b in the direction is obtained by the following equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

다음으로, 물체(12) 표면의 b점에 있어서의 변위 z의 2계 미분(d2z/dx2)은, b점의 곡률(1/r)이고, 도 4 (B)에 나타나는 바와 같이, a점과 b점을 연결하는 직선의 기울기(dzab/dx)와, b점과 c점을 연결하는 직선의 기울기(dzbc/dx)를 이용하여, 이하의 식 (2)에 의하여 나타난다.Next, the object 12, second order differential of the displacement z of the point b on the surface (d 2 z / dx 2) is a curvature (1 / r) of the point b, as shown in Fig. 4 (B) (dz ab / dx) connecting the point a and point b and the slope (dz bc / dx) of the straight line connecting the point b and the point c by the following equation (2) .

Figure pat00002
Figure pat00002

식 (2)에, 이하의 식 (3), (4)를 대입하고, 또한 식 (1)을 이용하면, 식 (5)로 나타나는 바와 같이, 변위 z의 2계 미분인 곡률을 갭(g) 및 센서 간의 거리(P)로부터 구할 수 있는 것을 알 수 있다.(5), the curvature, which is a second-order differential of the displacement z, is defined as a gap g (g) by substituting the following equations (3) and (4) into the equation (2) ) And the distance (P) between the sensors.

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00004
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Figure pat00005
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센서 간의 거리(P)는 미리 정해져 있기 때문에, 각 변위센서(31a, 31b, 31c)에 의한 센서데이터로부터 식 (1)에 근거하여 갭(g)을 구하고, 식 (5)에 의하여 구해지는 곡률을 센서간격(P)으로 2계 적분함으로써, b점에 있어서의 변위 z를 구할 수 있다.Since the distance P between the sensors is predetermined, the gap g is obtained from the sensor data by the angular displacement sensors 31a, 31b and 31c based on the equation (1), and the curvature The displacement z at point b can be obtained by two-system integration by the sensor interval (P).

단, 물체(12)의 표면에 불순물, 기름 등의 이물이나 손상 등이 존재하여, 센서데이터가 이물 등의 영향을 받아 크게 변동하면, 물체(12)의 표면형상을 정확하게 구할 수 없게 되는 경우가 있다. 따라서, 본 실시형태에 관한 형상계측장치(100)는, 이하에서 설명하는 형상계측처리에 의하여, 물체(12)의 표면형상을 계측한다.However, when the surface of the object 12 has foreign matter such as impurities, oil, or the like, and the sensor data fluctuates greatly due to the influence of foreign matter or the like, the surface shape of the object 12 can not be accurately obtained have. Therefore, the shape measuring apparatus 100 according to the present embodiment measures the surface shape of the object 12 by the shape measuring process described below.

(형상계측처리)(Shape measurement processing)

도 5는, 실시형태에 있어서의 형상계측처리의 플로차트를 예시하는 도이다.5 is a diagram illustrating a flowchart of a shape measurement process in the embodiment.

본 실시형태에 있어서의 형상계측처리에서는, 먼저 스텝 S101에서, 가동테이블(10)이 측정대상물인 물체(12)와 함께 X방향으로 이동하고, 센서헤드(30)의 각 변위센서(31a, 31b, 31c)가 물체(12)의 표면을 주사한다.The movable table 10 moves in the X direction together with the object 12 to be measured and the angular displacement sensors 31a and 31b of the sensor head 30 , 31c scans the surface of the object 12.

다음으로 스텝 S102에서, 센서데이터 취득부(21)가, 각 변위센서(31a, 31b, 31c)로부터 센서데이터를 취득한다. 도 6은, 실시형태에 있어서의 센서데이터를 예시하는 도이다. 각 변위센서(31a, 31b, 31c)는, 물체(12) 표면의 측정점과의 거리를 센서데이터로서 출력한다. 도 6에 나타나는 그래프에서는, 제1 변위센서(31a)의 데이터가 일점 쇄선, 제2 변위센서(31b)의 데이터가 실선, 제3 변위센서(31c)의 데이터가 파선으로 나타나 있다.Next, in step S102, the sensor data acquisition unit 21 acquires the sensor data from the respective displacement sensors 31a, 31b, and 31c. Fig. 6 exemplifies sensor data in the embodiment; Fig. The angular displacement sensors 31a, 31b, and 31c output the distance from the measurement point on the surface of the object 12 as sensor data. In the graph shown in Fig. 6, the data of the first displacement sensor 31a is indicated by a dot-dash line, the data of the second displacement sensor 31b is indicated by a solid line, and the data of the third displacement sensor 31c is indicated by a dashed line.

여기에서, 물체(12)의 표면에 이물 등이 존재하면, 도 6에 예시되는 바와 같이, 이물 등이 존재하는 부분에서 센서데이터가 크게 변동한다. 도 6에 나타나는 예에서는, 변위센서(31a)에서는 150mm 부근, 변위센서(31b)에서는 250mm 부근, 변위센서(31c)에서는 350mm 부근에서, 이물 등의 영향에 의하여 각각 센서데이터가 매우 큰 값으로 되어 있다. 다만, 각 변위센서(31a, 31b, 31c)는, 주사방향인 X방향으로 간격 이격하여 구비되어 있기 때문에, 동일 표면의 계측결과에서도 이물 등에 의한 데이터 변동 위치가 상이하다.Here, if foreign matter or the like exists on the surface of the object 12, as shown in Fig. 6, sensor data largely fluctuates in a portion where foreign matter or the like exists. In the example shown in Fig. 6, the sensor data becomes a very large value due to the influence of foreign matter or the like in the vicinity of 150 mm in the displacement sensor 31a, 250 mm in the displacement sensor 31b, and 350 mm in the displacement sensor 31c have. However, since the angular displacement sensors 31a, 31b, and 31c are spaced apart from each other in the X direction as the scanning direction, the data fluctuation positions due to foreign substances and the like are different even in the measurement results on the same surface.

도 5의 플로차트로 되돌아가, 다음으로 스텝 S103에서, 갭데이터 산출부(23)가, 각 변위센서(31a, 31b, 31c)의 센서데이터로부터, 식 (1)에 근거하여 갭데이터를 산출한다. 도 7은, 도 6에 나타나는 센서데이터로부터의 갭데이터 산출예이다.5, the gap data calculation unit 23 calculates gap data based on the equation (1) from the sensor data of the respective displacement sensors 31a, 31b and 31c in step S103 . Fig. 7 is an example of gap data calculation from the sensor data shown in Fig.

이와 같이 물체(12)의 표면에 이물 등이 존재하면, 이물 등의 영향을 받아 갭데이터가 크게 변동하는 부분이 발생하여, 정확하게 물체(12)의 표면형상을 구하는 것이 곤란하게 된다. 따라서, 본 실시형태에 있어서의 형상계측처리에서는, 스텝 S104에서, 보간처리부(25)가 갭데이터에 대하여 보간처리를 실행한다.If foreign matter or the like is present on the surface of the object 12 as described above, a portion where the gap data largely fluctuates due to the influence of foreign matter or the like is generated, and it becomes difficult to obtain the surface shape of the object 12 accurately. Therefore, in the shape measurement process of the present embodiment, the interpolation processing unit 25 executes the interpolation process on the gap data in step S104.

(보간처리)(Interpolation processing)

도 8은, 실시형태에 있어서의 보간처리의 플로차트를 예시하는 도이다.8 is a diagram illustrating a flowchart of an interpolation process in the embodiment.

보간처리에서는, 먼저 스텝 S201에서, 보간처리부(25)가, 갭데이터의 평균값 및 표준편차 σ를 산출한다. 다음으로 스텝 S202에서, 보간처리부(25)는, 갭데이터에 있어서 (평균값±3σ)의 범위 외의 데이터의 유무를 판정한다.In the interpolation processing, first, in step S201, the interpolation processing unit 25 calculates the average value and standard deviation? Of the gap data. Next, in step S202, the interpolation processing unit 25 determines whether or not there is data outside the range of (average value ± 3σ) in the gap data.

(평균값±3σ)의 범위 외의 데이터가 없는 경우(스텝 S202: NO), 스텝 S203으로 진행하고, 보간처리부(25)가, 물체(12)의 표면에 이물 등이 없다고 판단하여 이물 플래그를 "False"로 설정하고, 보간처리를 종료한다.(Step S202: NO), the interpolation processing unit 25 judges that there is no foreign object on the surface of the object 12 and proceeds to step S203 so that the foreign object flag is set to "False "Quot;, and ends the interpolation process.

(평균값±3σ)의 범위 외의 데이터가 있는 경우(스텝 S202: YES), 스텝 S204로 진행하고, 보간처리부(25)가, 물체(12)의 표면에 이물 등이 있다고 판단하여 이물 플래그를 "True"로 설정한다. 다음으로 스텝 S205에서, 보간처리부(25)는, 갭데이터에 있어서 (평균값±3σ)의 범위 외의 데이터를 평균값으로 보간한다.(Step S202: YES), the interpolation processing unit 25 proceeds to step S204 and judges that the surface of the object 12 has foreign matter or the like, and sets the foreign flag to "True " " Next, in step S205, the interpolation processing unit 25 interpolates data outside the range of (average value ± 3σ) in the gap data to an average value.

예를 들면 도 9에 나타나는 갭데이터는, (평균값±3σ)의 범위 외의 데이터가 존재한다. 이 경우에 있어서, 보간처리부(25)는, 예를 들면 도 10 (A)와 같이 (평균값＋3σ)를 넘는 데이터를 삭제하고, 도 10 (B)와 같이 삭제한 부분을 평균값으로 보간한다. 보간처리부(25)는, 마찬가지로, (평균값-3σ) 미만의 데이터를 삭제하고, 삭제한 부분을 평균값으로 보간한다. 이와 같은 처리에 의하여, 갭데이터에 있어서의 물체(12)의 표면에 존재하는 이물의 영향이 저감된다.For example, in the gap data shown in FIG. 9, there exists data outside the range of (average value ± 3σ). In this case, the interpolation processing unit 25 deletes data exceeding (average value + 3σ) as shown in FIG. 10A and interpolates the deleted part as an average value as shown in FIG. 10B. Similarly, the interpolation processing unit 25 deletes data less than (average value -3σ) and interpolates the deleted part with an average value. By this process, the influence of the foreign matter existing on the surface of the object 12 in the gap data is reduced.

다음으로 스텝 S206에서, 보간처리부(25)는, 다시 갭데이터의 평균값 및 표준편차를 산출한다. 도 11은, 도 9에 나타나는 갭데이터로부터, (평균값±3σ)의 범위 외의 데이터를 평균값으로 보간한 후의 갭데이터이다. 도 11에 나타나는 바와 같이, (평균값±3σ)의 범위 외의 데이터가 있는 경우에는, 스텝 S207에서, 보간처리부(25)가, 마찬가지로 (평균값±3σ)의 범위 외의 데이터를 평균값으로 보간한다.Next, in step S206, the interpolation processing unit 25 calculates the average value and the standard deviation of the gap data again. 11 is gap data obtained by interpolating data outside the range of (average value ± 3σ) from the gap data shown in FIG. 9 with an average value. 11, when there is data outside the range of (average value ± 3σ), the interpolation processing unit 25 interpolates data outside the range of (average value ± 3σ) similarly to the average value in step S207.

스텝 S208에서는, 보간처리부(25)는, 산출한 표준편차 σn과, 직전에 산출한 표준편차 σn -1의 변화율 ｜(σn-σn -1)/σn×100｜(%)을 산출하여, 표준편차 σ의 변화율이 0.1% 미만인지 여부를 판정한다. 보간처리부(25)는, 표준편차 σ의 변화율이 예를 들면 0.1% 미만이 될 때까지 스텝 S206, S207의 처리를 반복 실행한다. 스텝 S206, S207의 처리를 반복 실행함으로써, 갭데이터로부터 물체(12)의 표면에 존재하고 있던 이물의 영향이 보다 저감되어 간다.In step S208, the interpolation processor 25, a standard deviation of the rate of change of σ n -1 calculated on the calculated standard deviation σ n and, immediately before | (σ n -σ n -1) / σ n × 100 | (%) And determines whether the rate of change of the standard deviation sigma is less than 0.1%. The interpolation processing unit 25 repeatedly executes the processes of steps S206 and S207 until the rate of change of the standard deviation sigma becomes less than, for example, 0.1%. By repeating the processes of steps S206 and S207, the influence of foreign matter existing on the surface of the object 12 is further reduced from the gap data.

도 12는, 표준편차 σ의 변화율이 0.1% 미만이 될 때까지 스텝 S206, S207의 처리가 반복 실행된 갭데이터이다. 도 9에 나타나는 보간처리 전의 갭데이터와 비교하면, 도 12에 나타나는 갭데이터에서는 물체(12)의 표면에 존재하고 있던 이물에 의한 데이터 변동이 크게 저감되어 있는 것을 알 수 있다. 다만, 표준편차 σ의 변화율의 목표값은, 0.1%에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 필요한 측정정밀도 등에 따라 적절히 설정된다.12 is gap data in which the processes of steps S206 and S207 are repeatedly performed until the rate of change of the standard deviation sigma becomes less than 0.1%. Comparing with the gap data before interpolation processing shown in Fig. 9, it can be seen that in the gap data shown in Fig. 12, the data fluctuation due to foreign matter existing on the surface of the object 12 is greatly reduced. However, the target value of the rate of change of the standard deviation sigma is not limited to 0.1% but is set appropriately according to, for example, necessary measurement accuracy.

다음으로 스텝 S209에서, 보간처리부(25)는, 갭데이터에 있어서의 보간데이터의 전후를 포함하는 보간영역의 데이터를, 보간데이터의 전후 각각의 평균값을 이용하여 선형 보간한다. 스텝 S209의 처리를, 도 13을 이용하여 구체적으로 설명한다.Next, in step S209, the interpolation processing unit 25 linearly interpolates the data of the interpolation area including before and after the interpolation data in the gap data, using the average values before and after the interpolation data. The processing in step S209 will be described in detail with reference to FIG.

보간처리부(25)는, 도 13 (A)에 나타나는 바와 같이, 갭데이터에 있어서 평균값으로 보간한 보간데이터와, 보간데이터의 전후의 데이터(예를 들면 전후 각 3mm분)를 포함하는 범위를 보간영역이라 한다. 다만, 보간영역은, 보간데이터의 전후 각 3mm를 포함하는 범위에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 계측조건 등에 따라 적절히 설정된다.The interpolation processing unit 25 interpolates the interpolation data interpolated by the average value in the gap data and the range including the data before and after the interpolation data (for example, front and back three millimeters) as shown in Fig. 13 (A) Area. However, the interpolation area is not limited to the range including 3 mm before and after the interpolation data, and is appropriately set according to measurement conditions, for example.

다음으로, 보간처리부(25)는, 보간영역에 있어서의 보간데이터의 전후 각각의 평균값을 산출한다. 도 13 (A)의 예에서는, 보간데이터 전(도 13에 있어서 보간데이터의 좌측)의 평균값이 a, 보간데이터 후(도 13에 있어서 보간데이터의 우측)의 평균값이 b로 되어 있다. 보간처리부(25)는, 도 13 (B)에 나타나는 바와 같이, 보간영역에 있어서의 갭데이터를 삭제하고, 보간영역을 평균값 a와 평균값 b를 연결하는 직선으로 선형 보간한다.Next, the interpolation processing unit 25 calculates the average value before and after the interpolation data in the interpolation area. In the example of Fig. 13A, the average value before the interpolation data (left side of the interpolation data in Fig. 13) is a, and the average value after the interpolation data (right side of the interpolation data in Fig. 13) is b. The interpolation processing unit 25 deletes the gap data in the interpolation area and linearly interpolates the interpolation area with a straight line connecting the average value a and the average value b as shown in Fig.

도 14는, 도 12에 나타나는 갭데이터로부터 보간영역이 선형 보간된 후의 갭데이터를 예시하는 도이다. 도 14에 나타나는 갭데이터에서는, 도 12의 갭데이터에 있어서 X좌표의 150mm 부근, 250mm 부근, 350mm 부근에 각각 남아 있던 물체(12)의 표면에 존재하는 이물의 영향이 저감되어 있는 것을 알 수 있다.Fig. 14 exemplifies gap data after the interpolation area is linearly interpolated from the gap data shown in Fig. 12; Fig. It can be seen from the gap data shown in Fig. 14 that the influence of the foreign matter existing on the surface of the object 12 remaining in the vicinity of 150 mm, 250 mm, and 350 mm of the X coordinate in the gap data of Fig. 12 is reduced .

다만, 스텝 S201부터 S208까지의 처리에 의하여 갭데이터로부터 이물 등의 영향이 저감되어 있는 경우에는, 스텝 S209에 있어서의 보간영역의 선형 보간을 실행하지 않아도 되다.However, when the influence of foreign matter or the like is reduced from the gap data by the processing from steps S201 to S208, it is not necessary to perform linear interpolation of the interpolation area in step S209.

보간처리부(25)에 의하여, 이상에서 설명한 보간처리가 실행되어, 갭데이터로부터 물체(12)의 표면에 존재한 이물의 영향이 제거되면, 도 5에 나타나는 형상계측처리로 되돌아가, 스텝 S105로 진행한다.The interpolation processing described above is executed by the interpolation processing unit 25 to return to the shape measurement processing shown in Fig. 5 when the influence of foreign matter existing on the surface of the object 12 is removed from the gap data, Go ahead.

스텝 S105에서는, 보간처리부(25)에 의하여 보간처리가 실행된 갭데이터를 이용하여, 형상산출부(27)가, 식 (5)에 근거하여 물체(12)의 표면형상을 산출한다. 또, 형상산출부(27)에 의하여 산출된 물체(12)의 표면형상이, 표시장치(40)에 표시된다.In step S105, the shape calculating unit 27 calculates the surface shape of the object 12 based on the equation (5) using the gap data in which the interpolation processing is performed by the interpolation processing unit 25. [ The surface shape of the object 12 calculated by the shape calculating unit 27 is displayed on the display device 40. [

다음으로 스텝 S106에서는, 보간처리부(25)가, 이물 플래그가 "True"인지 여부를 판정한다. 이물 플래그가 "True"인 경우(스텝 S106: YES)에는, 스텝 S107에서, 예를 들면 "선두로부터 136mm 부근에 불순물 등의 이물이 검출되었습니다" 등과 같은 이물 검출결과가 경고로서 표시장치(40)에 표시된다. 이물 플래그가 "False"인 경우(스텝 S106: NO)에는, 이물 검출결과를 표시하지 않고 처리를 종료한다.Next, in step S106, the interpolation processing unit 25 determines whether or not the foreign object flag is "True ". If the foreign object flag is "True" (step S106: YES), the foreign object detection result such as "foreign object such as impurities is detected in the vicinity of 136 mm from the head" . If the foreign flag is "False" (step S106: NO), the process is terminated without displaying the foreign object detection result.

형상계측장치(100)를 사용하는 작업자는, 표시장치(40)에 표시되는 경고로부터 이물 등의 존재를 인식하여, 보다 고정밀도로 계측을 행하고 싶은 경우에는, 이물 등을 제거하고 다시 계측을 실행할 수 있다.The operator using the shape measuring apparatus 100 recognizes the presence of foreign objects or the like from the warning displayed on the display device 40 and when it is desired to perform the measurement with higher accuracy, the operator can remove the foreign object or the like and execute the measurement again have.

도 15는, 도 14에 나타나는 보간처리가 실행된 갭데이터에 근거하여 산출된, 표면에 이물 등이 존재하는 물체(12)의 표면형상 계측결과이다. 또, 표면에 불순물 등의 이물이 존재하지 않는 물체(12)의 표면형상 계측결과를 도 16에 나타낸다. 도 15와 도 16은, 동일한 물체(12)의 동일 부분의 표면형상 계측결과이며, 이물의 유무가 상이한 것이다. 또한, 도 7에 나타나는 이물 등의 영향을 받은 갭데이터를 이용하여 보간처리를 실행하지 않고 구해진 표면형상 계측결과를 도 17에 나타낸다.Fig. 15 is a measurement result of the surface shape of the object 12 on the surface of which the foreign object or the like exists, which is calculated on the basis of the gap data on which the interpolation process shown in Fig. 14 is performed. Fig. 16 shows the measurement results of the surface shape of the object 12 on which no foreign matters such as impurities are present on the surface. 15 and Fig. 16 show the result of measurement of the surface shape of the same part of the same object 12, and the presence or absence of foreign matter is different. Fig. 17 shows the surface shape measurement results obtained without performing the interpolation process using the gap data affected by the foreign object or the like shown in Fig.

도 17에 나타나는 바와 같이, 표면에 이물 등이 존재하는 물체(12)의 표면형상을 보간처리를 실행하지 않고 계측한 결과는, 도 16에 나타나는 이물 등이 없는 경우의 물체(12)의 표면형상 계측결과와는 크게 상이하다. 이와 같이, 갭데이터가 물체(12)의 표면에 존재하는 이물 등의 영향을 받고 있는 경우에는, 물체(12)의 실제의 표면형상과는 크게 상이한 결과가 되는 것을 알 수 있다.As shown in Fig. 17, the measurement result of the surface shape of the object 12 on the surface of the object 12 without performing the interpolation processing is the same as the surface shape of the object 12 It is very different from the measurement result. As described above, when the gap data is influenced by foreign matter existing on the surface of the object 12, it is found that the result is largely different from the actual surface shape of the object 12.

이에 대하여, 도 15에 나타나는 본 실시형태에 있어서의 표면형상 계측결과는, 도 16에 나타나는 이물이 없는 경우의 물체(12)의 표면형상 계측결과와 동일한 결과가 얻어지고 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 상기한 보간처리를 실행하여 갭데이터에 있어서의 이물의 영향을 저감시킴으로써, 물체(12)의 표면에 이물 등이 존재하는 경우이더라도, 이물 등이 없는 경우와 동일한 표면형상 계측결과를 얻는 것이 가능하게 된다.On the contrary, the surface shape measurement result in this embodiment shown in Fig. 15 shows that the same result as the measurement result of the surface shape of the object 12 in the case where there is no foreign object appearing in Fig. 16 is obtained. As described above, according to the present embodiment, by performing the above-described interpolation processing to reduce the influence of foreign objects in the gap data, even when foreign objects are present on the surface of the object 12, It is possible to obtain the surface shape measurement result.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 형상계측장치(100)에 의하면, 불순물, 기름 등의 이물, 손상 등이 표면에 존재하는 물체(12)이더라도, 표면형상을 양호한 정밀도로 계측하는 것이 가능하게 된다.As described above, according to the shape measuring apparatus 100 of the present embodiment, it is possible to measure the surface shape with good precision even if the object 12 has impurities, oil, or the like, .

또, 본 실시형태에 관한 형상계측장치(100)가 탑재된 가공장치(200)는, 물체(12)의 표면을 연삭한 후, 물체(12)를 가동테이블(10)에 올려 놓은 채로 형상계측장치(100)에 의하여 실행되는 표면형상 계측결과에 근거하여, 보정가공 등을 행할 수 있다. 따라서, 물체(12)의 가공을 효율적이고, 고정밀도로 행할 수 있다.In the machining apparatus 200 on which the shape measuring apparatus 100 according to the present embodiment is mounted, after grinding the surface of the object 12, while the object 12 is placed on the movable table 10, Correction processing and the like can be performed on the basis of the surface shape measurement result executed by the apparatus 100. [ Therefore, the processing of the object 12 can be performed efficiently and with high accuracy.

이상, 실시형태에 관한 형상계측장치, 가공장치 및 형상계측방법에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 개량이 가능하다.While the shape measuring apparatus, the machining apparatus and the shape measuring method according to the embodiments have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements are possible within the scope of the present invention.

예를 들면, 형상계측장치(100)는, 본 실시형태와는 다른 구성으로 물체(12)의 연삭 등의 가공을 행하는 가공장치에 탑재되어도 된다.For example, the shape measuring apparatus 100 may be mounted on a processing apparatus that performs processing such as grinding of the object 12 in a configuration different from that of the present embodiment.

본 발명은, 형상계측장치, 가공장치 및 형상계측방법의 산업에 이용될 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in industries such as a shape measuring apparatus, a machining apparatus, and a shape measuring method.

12 물체(계측대상물)
20 제어장치
23 갭데이터 산출부(갭산출수단)
25 보간처리부(보간수단)
27 형상산출부(형상산출수단)
30 센서헤드(검출기)
31a 제1 변위센서(변위계)
31b 제2 변위센서(변위계)
31c 제3 변위센서(변위계)
40 표시장치(표시수단)
100 형상계측장치
200 가공장치12 Object (measurement object)
20 control device
23 gap data calculation unit (gap calculation means)
25 interpolation processing unit (interpolation means)
27 Shape Calculation Unit (Shape Calculation Means)
30 Sensor head (detector)
31a 1st displacement sensor (displacement meter)
31b Second displacement sensor (displacement meter)
31c 3rd displacement sensor (displacement meter)
40 display device (display means)
100 Shape measurement device
200 processing device

Claims (5)

3개의 변위계가 일렬로 배치된 검출기로 계측대상물을 주사하여, 상기 계측대상물의 표면형상을 계측하는 형상계측장치로서,
상기 3개의 변위계 중 중앙의 변위계에 의한 측정값과 다른 변위계에 의한 측정값의 차이로부터 갭데이터를 구하는 갭산출수단과,
상기 갭데이터의 평균값 및 표준편차를 구하고, 상기 갭데이터에 있어서 상기 표준편차에 근거하여 설정되는 범위 외의 값을 상기 평균값으로 보간하는 보간처리를, 상기 표준편차의 변화율이 미리 설정되는 값 이하가 될 때까지 반복 실행하는 보간수단과,
상기 보간처리가 실행된 상기 갭데이터에 근거하여, 상기 계측대상물의 표면형상을 산출하는 형상산출수단
을 구비함을 특징으로 하는 형상계측장치.A shape measuring apparatus for measuring a surface shape of an object to be measured by scanning a measurement object with a detector in which three displacement gauges are arranged in a line,
Gap calculating means for obtaining gap data from a difference between a measured value by a central displacement meter and a measured value by another displacement meter among the three displacement meters,
An interpolation process of interpolating a value outside the range set based on the standard deviation in the gap data with the average value is performed by obtaining an average value and a standard deviation of the gap data, An interpolation means for repeatedly performing the above-
Based on the gap data on which the interpolation process has been performed, shape calculating means
And a shape measuring device for measuring the shape of the object. 청구항 1에 있어서,
상기 보간수단은, 상기 보간처리가 실행된 상기 갭데이터에 있어서, 상기 평균값으로 보간된 보간데이터의 전후를 포함하는 보간영역의 값을, 상기 보간영역의 상기 보간데이터의 전후 각각의 평균값을 이용하여 선형 보간함
을 특징으로 하는 형상계측장치.The method according to claim 1,
Wherein the interpolation means uses the average value of each of the interpolation data before and after the interpolation data of the interpolation area including the before and after the interpolation data interpolated by the average value in the gap data in which the interpolation process has been executed Linear interpolation box
And the shape measuring device. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 갭데이터가 상기 범위 외의 값을 포함하는 경우에, 상기 계측대상물의 표면에 이물이 존재하는 것을 표시하는 표시수단을 구비함
을 특징으로 하는 형상계측장치.The method according to claim 1 or 2,
And display means for displaying the presence of foreign matter on the surface of the measurement object when the gap data includes a value out of the range
And the shape measuring device. 청구항 1 또는 청구항 2에 따른 형상계측장치를 구비함
을 특징으로 하는 가공장치.And a shape measuring device according to claim 1 or 2
. 3개의 변위계가 일렬로 배치된 검출기로 계측대상물을 주사하여, 상기 계측대상물의 표면형상을 계측하는 형상계측방법으로서,
상기 3개의 변위계 중 중앙의 변위계에 의한 측정값과 다른 변위계에 의한 측정값의 차이로부터 갭데이터를 구하는 갭산출스텝과,
상기 갭데이터의 평균값 및 표준편차를 구하고, 상기 갭데이터에 있어서 상기 표준편차에 근거하여 설정되는 범위 외의 값을 상기 평균값으로 보간하는 보간처리를, 상기 표준편차의 변화율이 미리 설정되는 값 이하가 될 때까지 반복 실행하는 보간스텝과,
상기 보간처리가 실행된 상기 갭데이터에 근거하여, 상기 계측대상물의 표면형상을 산출하는 형상산출스텝
을 구비함을 특징으로 하는 형상계측방법.A shape measuring method for measuring a surface shape of an object to be measured by scanning a measurement object with a detector in which three displacement gauges are arranged in a line,
A gap calculating step of obtaining gap data from a difference between a measured value by a central displacement meter and a measured value by another displacement meter among the three displacement meters,
An interpolation process of interpolating a value outside the range set based on the standard deviation in the gap data with the average value is performed by obtaining an average value and a standard deviation of the gap data, An interpolation step of repeatedly performing the above-
A shape calculating step for calculating a surface shape of the measurement object based on the gap data on which the interpolation process has been performed
Wherein the shape measuring method comprises the steps of:
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