JP2011064550A - Surface profile measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検物の表面形状を測定する測定方法、より詳しくは、触針子を被検物の表面に接触させてその表面形状を測定する測定方法に関する。 The present invention relates to a measurement method for measuring the surface shape of a test object, and more particularly to a measurement method for measuring the surface shape of a test probe by bringing the stylus into contact with the surface of the test object.
従来、レンズや金型等の光学関連素子の表面形状評価を行う装置として、触針子(プローブ)を光学関連素子等の被検物の面上に追従させる接触走査式の測定方法を採用した表面形状測定装置が用いられている。 Conventionally, as a device for evaluating the surface shape of optical-related elements such as lenses and molds, a contact scanning measurement method has been adopted in which a stylus (probe) follows the surface of an object such as an optical-related element. A surface shape measuring device is used.
このような表面形状測定装置においては、プローブが被検物に接触している状態で、駆動機構により被検物を走査すると、被検物の形状に沿ってプローブが追従し、これに従ってプローブが取り付けられた触針軸が変位する。変位する触針軸の位置座標を変位計により、また、走査される被検物の位置座標を変位計により時系列的に取得することで被検物の形状が得られる。 In such a surface shape measuring apparatus, when the test object is scanned by the drive mechanism while the probe is in contact with the test object, the probe follows the shape of the test object, and the probe is The attached stylus shaft is displaced. The shape of the test object can be obtained by acquiring the position coordinates of the stylus shaft to be displaced with a displacement meter and the position coordinates of the scanned test object with a displacement meter in time series.
しかしながら、このような表面形状測定装置で、たとえば半球状の表面を有する被検物の形状測定を行う場合、図7に示すように、被検物110の周縁領域A110では、傾斜が強いためにプローブ111の単位走査量あたりの変位量が大きくなる結果、測定精度が低下しやすいという問題がある。また、プローブ111の撓み変形により測定誤差が大きくなるという問題もある。
However, for example, when measuring the shape of a test object having a hemispherical surface with such a surface shape measuring apparatus, as shown in FIG. 7, the peripheral area A110 of the
この問題に対して、特許文献1には、被検物に対して軸方向が異なるプローブを備えた表面形状測定装置が記載されている。特許文献1の装置では、プローブの軸方法が異なるため、単位走査量あたりの変位量が適切な大きさとなる。
また、特許文献2には、被検物であるワークの姿勢を制御して単位走査量あたりの変位量を適切にしつつワークの表面形状を走査して表面形状の測定を行う表面形状測定装置が記載されている。
In order to solve this problem,
Further,
しかしながら、特許文献1に記載の表面形状測定装置では、軸方向が異なるプローブを備えても、あらゆる形状のワークに対応できるわけではないので、必ずしも汎用性が高いとは言えない。また、被検物と軸方向が平行なプローブを他に備える場合は、装置製造コストの上昇につながるという問題がある。さらに、プローブ間の感度差を校正する必要があるが、感度を完全に合わせることが困難という問題もある。
However, in the surface shape measuring apparatus described in
さらに、特許文献1及び特許文献2に記載の表面形状測定装置で表面形状測定を行う場合、被検物全体の表面形状を得るために、プローブと被検物との位置関係が異なる状態で取得された複数の部分表面形状データをつなぎ合わせる作業(フィッティング)が必要となる。この場合、各部分表面形状データのチルト量等も考慮する必要があるため、単なるデータ点列間のフィッティングではノイズが入りやすく、精度の向上が困難であるという問題がある。
Furthermore, when surface shape measurement is performed with the surface shape measuring devices described in
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、プローブを用いて、容易かつ高精度に被検物の表面形状を測定することができる表面形状の測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a surface shape measurement method that can easily and accurately measure the surface shape of a test object using a probe. .
本発明の表面形状測定方法は、プローブを被検物に接触させ、前記プローブと前記被検物とを相対移動させることにより、前記プローブに前記被検物の表面を走査させて前記被検物の表面形状を測定する表面形状の測定方法であって、前記被検物の第1の領域の表面形状データである第1表面形状データを取得する第1取得工程と、前記第1表面形状データと少なくとも一部が重複する前記被検物の第2の領域の表面形状データである第2表面形状データを取得する第2取得工程と、前記第1表面形状データのうち、前記第2表面形状データと重複する領域のデータに対して、近似関数による当てはめを行って近似曲線を取得する近似曲線取得工程と、前記近似曲線を用いて前記第2表面形状データの補正量を算出する補正量算出工程と、算出された前記補正量に基づいて、前記第2表面形状データ全体を座標変換する座標変換工程と、前記第1表面形状データと、前記座標変換が行われた前記第2表面形状データとを統合する工程とを備えることを特徴とする。 In the surface shape measurement method of the present invention, a probe is brought into contact with a test object, and the probe and the test object are moved relative to each other to cause the probe to scan the surface of the test object. A surface shape measuring method for measuring the surface shape of the test object, the first obtaining step of obtaining first surface shape data which is the surface shape data of the first region of the test object, and the first surface shape data A second acquisition step of acquiring second surface shape data, which is surface shape data of a second region of the test object at least partially overlapping, and the second surface shape of the first surface shape data An approximation curve acquisition step of obtaining an approximate curve by applying an approximation function to data in a region overlapping with the data, and a correction amount calculation for calculating a correction amount of the second surface shape data using the approximate curve Process and calculation Based on the corrected amount, the coordinate conversion step of converting the entire second surface shape data, the first surface shape data, and the second surface shape data subjected to the coordinate conversion are integrated. And a process.
本発明の表面形状測定方法によれば、フィッティングに必要な補正量を求める際、点列データに対して近似関数による当てはめを行うことによって、シフトやチルトといった調整可能な幾何学パラメータを自由に設定することができるため、フィッティングを行うに当たっての汎用性が大きい。 According to the surface shape measurement method of the present invention, when obtaining a correction amount necessary for fitting, an adjustable geometric parameter such as shift and tilt can be freely set by fitting an approximate function to point sequence data. Therefore, the versatility for fitting is great.
前記第2取得工程においては、前記被検物と前記プローブとが前記第1取得工程と異なる位置関係に変化されてもよい。この場合、プローブに対する被検物の傾斜角を適切に調整して誤差の発生を抑えつつ、第1表面形状データ及び第2表面形状データを取得することができる。 In the second acquisition step, the test object and the probe may be changed to a different positional relationship from the first acquisition step. In this case, it is possible to acquire the first surface shape data and the second surface shape data while appropriately adjusting the tilt angle of the test object with respect to the probe and suppressing the occurrence of errors.
前記近似関数は、NURBS関数であってもよい。この場合、ゴミや異物の影響を受けにくく、また欠落しているデータを補間した当てはめが行えるため、被検物の実際の表面形状に即した補間値または近似値が算出できる。また、当てはめを行う対象である表面形状データの一部の点列データに対して、各点ごとに重み付けを変えることができるので、ノイズを好適に除去して取得される表面形状データの精度を向上させることができる。 The approximate function may be a NURBS function. In this case, since it is difficult to be affected by dust and foreign matter, and fitting can be performed by interpolating the missing data, an interpolated value or an approximate value corresponding to the actual surface shape of the test object can be calculated. In addition, since the weighting can be changed for each point with respect to a part of the point sequence data of the surface shape data to be fitted, the accuracy of the surface shape data acquired by suitably removing noise is improved. Can be improved.
前記近似曲線取得工程においては、当てはめの対象となる前記第1表面形状データの点列データのうち、隣接する2つの点列データの差が所定値以上の場合に、前記2つの点列データの一方に対する前記NURBS関数の重み付けを小さくされてもよいし、当てはめの対象となる前記第1表面形状データの点列データのうち、所定の周波数に相当する周期の点列データの重み付けが変化されてもよい。
これらの場合、ユーザの逐次判断によらず、自動的にノイズ等を排除することができるので、フィッティングの効率をさらに向上させることができる。
In the approximate curve acquisition step, when the difference between two adjacent point sequence data among the point sequence data of the first surface shape data to be fitted is a predetermined value or more, the two point sequence data The weight of the NURBS function for one side may be reduced, or the weight of the point sequence data having a period corresponding to a predetermined frequency is changed among the point sequence data of the first surface shape data to be fitted. Also good.
In these cases, noise and the like can be automatically excluded regardless of the user's sequential determination, so that the efficiency of fitting can be further improved.
前記補正量算出工程においては、前記近似曲線と、前記近似曲線に対応する領域の前記第2表面形状データとの差の自乗和が最小となるように前記補正量が算出されてもよい。また、本発明の表面形状測定方法は、前記近似曲線に対応する領域の前記第2表面形状データに対して、近似関数による当てはめを行って第2近似曲線を取得する第2近似曲線取得工程をさらに備え、前記補正量算出工程において、前記近似曲線と、前記第2近似曲線との相関係数が最大となるように前記補正量が算出されてもよい。
これらの場合、補正量算出のための処理を簡略化することができる。
In the correction amount calculation step, the correction amount may be calculated so that a sum of squares of a difference between the approximate curve and the second surface shape data in a region corresponding to the approximate curve is minimized. Moreover, the surface shape measuring method of the present invention includes a second approximate curve acquisition step of acquiring a second approximate curve by fitting the second surface shape data in a region corresponding to the approximate curve with an approximate function. In addition, the correction amount may be calculated so that a correlation coefficient between the approximate curve and the second approximate curve is maximized in the correction amount calculation step.
In these cases, the process for calculating the correction amount can be simplified.
本発明の表面形状の測定方法によれば、プローブを用いて、容易かつ高精度に被検物の表面形状を測定することができる。 According to the method for measuring a surface shape of the present invention, the surface shape of a test object can be easily and accurately measured using a probe.
本発明の一実施形態について、図1から図6を参照して説明する。なお、特に説明のない限り、「前方」および「後方」とは、それぞれ図1に示すZ軸の負方向及び正方向を指すものとする。
図1は、本実施形態の表面形状の測定方法(以下、単に「形状測定方法」と称する。)を行う表面形状測定装置(以下、単に「形状測定装置」と称する。)1の一例を示す図である。形状測定装置1は、プローブ11が取り付けられた触針子部10と、被検物100が支持される被検物保持部20と、触針子部10を移動させるためのY軸駆動機構30と、被検物保持部20を移動させるためのX軸駆動機構40と、形状測定装置1全体の動作制御及び取得された表面形状データの処理を行うパソコン50とを備えている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Unless otherwise specified, “front” and “back” refer to the negative and positive directions of the Z-axis shown in FIG. 1, respectively.
FIG. 1 shows an example of a surface shape measuring apparatus (hereinafter simply referred to as “shape measuring apparatus”) 1 that performs the surface shape measuring method (hereinafter simply referred to as “shape measuring method”) of the present embodiment. FIG. The
触針子部10は、プローブ11と、プローブ11が挿通される静圧軸受12と、プローブ11の傾斜角を調整する傾斜角調整部13とを備えている。
プローブ11は公知の構成のものを適宜選択して採用可能であり、静圧軸受12内を滑らかに摺動可能に静圧軸受12に挿通されている。静圧軸受12はプローブ11を前方に向けてベース平板14上に固定される。プローブ11の後端側には、プローブ11の変位量を検出するための変位計15が取り付けられている。
The
A
傾斜角調整部13は、前方の支点13Aと、Y軸方向に伸縮可能な伸縮部13Bとを備えており、プローブ11の傾斜角を変化させて、被検物100の表面に接触させる。伸縮部13Bとしては、圧電アクチュエータやねじと角度調整部材とからなる機構等を採用することができる。
The inclination
被検物保持部20は、基台2上に取り付けられたベース21と、ベース21に取り付けられた揺動部22とを備えている。被検物100は、揺動部22に固定されてプローブ11に対向配置される。揺動部22は、ベース21に対して揺動可能であり、揺動部22とベース21との位置関係を変化させることによって、後述するように、揺動部22に取り付けられた被検物100とプローブ11とがなす角度を変化させることができる。
なお、本実施形態では、測定される表面が球面状の被検物を示しているが、測定される表面の形状には特に制限はない。
The
In the present embodiment, the surface to be measured is a spherical object, but the shape of the surface to be measured is not particularly limited.
Y軸駆動機構30は、触針子部10と基台2との間に設けられており、Y軸方向に移動することによって、傾斜角調整部13が設定したプローブ11の傾斜角を保持したまま、触針子部10を上下に移動させることができる。Y軸駆動機構30の後方には、Y軸駆動機構の移動量を検出するための変位計31が設けられている。
The Y-
X軸駆動機構40は、被検物保持部20のベース21と基台2との間に設けられており、X軸方向に移動することによって、被検物保持部20全体をX軸方向に移動させることができる。X軸駆動機構40の前方には、被検物保持部20のX軸方向の変位を検出する変位計41が設けられる。
The
パソコン50は、使用者の入力や指示等を受け付ける入力部51と各種情報を表示する表示部52とを備えている。パソコン50は、傾斜角調整部13、揺動部22、Y軸駆動機構30、及びX軸駆動機構40に接続されており、これらの機構の動作を制御可能である。また、パソコン50は、各変位計15、31、及び41とも接続されており、これらの検出値を受信して被検物100の複数の部分表面形状データに再構成するとともに、後述するように各部分表面形状データをつなぎ合わせて被検物100全体の表面形状データを取得する処理を行う。
The
上記の構成を備えた形状測定装置1の動作について、以下に説明する。図2は、形状測定装置1を用いた本実施形態の形状測定方法の流れを示すフローチャートである。
本形状測定方法は、被検物100の部分表面形状データを複数取得する部分形状データ取得工程S10と、部分表面形状データの一部に対する近似曲線を取得する近似曲線取得工程S20と、得られた近似曲線に基づいて、各部分表面形状データの補正量を算出する補正量算出工程S30と、得られた補正量に基づいて部分表面形状データの座標変換を行う座標変換工程S40と、座標変換後の部分形状データをつなぎ合わせて被検物全体の表面形状データを取得する部分形状データ統合工程S50とを備えている。
The operation of the
This shape measurement method was obtained by obtaining a partial shape data acquisition step S10 for acquiring a plurality of partial surface shape data of the
まず、ステップS10において、プローブ11を用いて被検物100の表面形状データが取得される。その詳細は、公知のプローブ式表面形状測定装置を使用したデータ取得とおおむね同様であるが、以下の通りである。
First, in step S <b> 10, surface shape data of the
まず使用者は、被検物100を、形状測定を行う面が触針子部10に対向するように、被検物保持部20の揺動部22に支持固定する。次に、使用者は傾斜角調整部13を操作して、ベース平板14の後部を上方に移動させると、ベース平板14は支点13Aを支点として傾斜する。静圧軸受12で保持されたプローブ11は、自身の重力によって、静圧軸受12内を滑らかに摺動する。摺動によってプローブ11の先端は前方に向かって移動し、被検物100の表面に接触して停止する。
First, the user supports and fixes the
この状態で、パソコン50によってX軸駆動機構40とY軸駆動機構30とを駆動し、被検物100とプローブ11とを相対移動させることにより、被検物100の表面をプローブ11によって走査させる。各変位計15、31及び41の検出値はパソコン50に入力される。
In this state, the
被検物100のような球面状の表面を有する被検物の場合、被検物の中心付近の領域は、図3(a)に示すように、被検物100とプローブ11とが正対した状態で問題なくプローブ11による表面の走査を行うことができる。
In the case of a test object having a spherical surface, such as the
一方、被検物100の周縁付近の領域では、表面の傾斜が大きくなるので、図3(a)のような位置関係で走査を行うと、誤差が発生しやすく、かつその誤差も大きくなりやすい。そのため、使用者はパソコン50を介して揺動部22を揺動させ、図3(b)や図3(c)に示すように、被検物100の姿勢を変化させ、当該領域がプローブ11に対してなす角度を小さく調節して走査を行う。なお、図3(a)から図3(c)は、被検物100等を上方から見た図であるため、図3(b)及び図3(c)には揺動部22が水平方向に揺動された状態が示されているが、被検物の表面において垂直方向にも傾斜角の大きい領域がある等の場合は、必要に応じて揺動部22が垂直方向に揺動されてからプローブ11による走査が行われてもよい。
On the other hand, in the region near the periphery of the
このようにして、被検物100の表面がプローブ11によって走査された後、パソコン50は各変位計15、31及び41から受信した検出値をプローブ11と被検物100との位置関係ごとにまとめて再構成し、複数の部分表面形状データを取得する。
In this way, after the surface of the
図4に、部分表面形状データの一例を示す。図4では、被検物100の表面に対して、プローブ11と被検物とを正対させて走査した中心付近の領域R1と、揺動部22を動作させて、プローブ11と被検物との位置関係を変化させた状態で走査された領域R1周辺の領域R2ないしR5の計5つの領域の部分表面形状データが取得される。
FIG. 4 shows an example of partial surface shape data. In FIG. 4, the
各部分表面形状データは、後の工程においてフィッティングが可能となるように、少なくとも1つの他の部分表面形状データと重複領域を共有するようにその範囲が設定される。なお、図4に示した領域R1ないしR5は一例であり、各部分表面形状データが少なくとも1つの他の部分表面形状データと重複領域を共有していれば、領域の数や位置は自由に設定されて構わない。 The range of each partial surface shape data is set so as to share an overlapping region with at least one other partial surface shape data so that fitting can be performed in a later step. Note that the areas R1 to R5 shown in FIG. 4 are examples, and the number and position of the areas can be freely set as long as each partial surface shape data shares an overlapping area with at least one other partial surface shape data. It does not matter.
続くステップS20の近似曲線取得工程において、使用者は、ステップS10で取得された任意の領域の部分表面形状データのうち、他の部分表面形状データと重複する領域の中から、フィッティングの指標となる指標領域を抽出する。そしてパソコン50が当該指標領域の部分表面形状データに対して近似曲線によるあてはめを行い、フィッティングの基準となる近似曲線を取得する。
任意の領域の選択は使用者が自由に行うことができるが、説明の便宜上、以下では、プローブ11と被検物100とが正対して取得された領域R1(第1の領域)の部分表面形状データ(第1表面形状データ)をマスターデータとして、周辺の領域R2ないしR5(第2の領域)のフィッティングを行う例を説明する。
In the subsequent approximate curve acquisition process of step S20, the user becomes a fitting index from among the partial surface shape data of the arbitrary region acquired in step S10, from the regions overlapping with other partial surface shape data. Extract the index area. Then, the
The user can freely select an arbitrary area, but for convenience of explanation, in the following, a partial surface of the area R1 (first area) obtained by facing the
図4に示すように、領域R1は、領域R2ないしR5のうち2つの領域と重複する重複領域SR1ないしSR4を有している。このような領域内から指標領域を抽出すると、2つの領域とフィッティングを行うことができる。例えば、重複領域SR1内の指標領域を用いれば、重複領域SR1を共有する領域R2及びR5とのフィッティングを行うことができる。同様に、重複領域SR3内の指標領域を用いれば、領域R3及びR4とのフィッティングを行うことができる。したがって、互いに対向する重複領域SR1及びSR3、又はSR2及びSR4に指標領域を設定すれば、すべての領域のフィッティングが可能となる。 As shown in FIG. 4, the region R1 has overlapping regions SR1 to SR4 that overlap with two of the regions R2 to R5. When an index region is extracted from such a region, fitting with two regions can be performed. For example, if the index region in the overlapping region SR1 is used, fitting with the regions R2 and R5 sharing the overlapping region SR1 can be performed. Similarly, if the index region in the overlapping region SR3 is used, the fitting with the regions R3 and R4 can be performed. Therefore, if the index areas are set in the overlapping areas SR1 and SR3 or SR2 and SR4 facing each other, all areas can be fitted.
指標領域としては、例えば微細な傷等を有する領域を用いることができる。指標領域が備えるべき形状等について特に制限はないが、抽出を行う重複領域内に偶然同一の形状が存在すると、指標領域の設定を誤った結果、フィッティングにおいて誤差が発生する可能性があるので、非対称性を持った形状を含む領域が好ましい。 As the index region, for example, a region having a fine scratch or the like can be used. There is no particular limitation on the shape etc. that the index area should have, but if the same shape happens to be in the overlap area where extraction is performed, there is a possibility that an error will occur in fitting as a result of erroneous setting of the index area. A region including a shape having asymmetry is preferable.
指標領域を設定した後、使用者は、領域R1の部分表面形状データのうち、重複領域SR1に設定した指標領域の部分を取り出して、数1に示すNURBS関数による当てはめを行い、当該部分の部分表面形状データの近似曲面を示す曲線(近似曲線)を関数として取得する。なお、当てはめの手法としては、NURBS関数の他に最小自乗法、線形/非線形計画法、探索法等があり、いずれの手法を用いて当てはめが行われてもよい。
After setting the index region, the user takes out the portion of the index region set in the overlapping region SR1 from the partial surface shape data of the region R1, performs fitting using the NURBS function shown in
NURBS関数においては、ωの値を変更することによって座標ごとに重み付けをすることができる。そこで、ある座標の値が明らかに測定エラーや被検物100の表面に付着したゴミ等による不正値であると判断できる場合は、ユーザは当該座標に重み付けを与えない、あるいは他の座標よりも重み付けを小さくすることによって、より被検物の表面形状に忠実な近似曲線を取得することができる。
In the NURBS function, weighting can be performed for each coordinate by changing the value of ω. Therefore, when it can be determined that the value of a certain coordinate is an incorrect value due to a measurement error or dust attached to the surface of the
例えば、図5(a)に示す指標領域の表面形状のデータDMにおいて、点列データC1がゴミ等による不正値であると判断できる場合、通常の多項式等を用いた当てはめでは、図4(b)に示すように、点列データC1のノイズを含む近似曲線A1が取得されるが、NURBS関数を用いて点列データC1の重み付けを小さくすると、図4(c)に示すように、点列データC1の影響が排除され、あるいは補正された、より被検物100の表面形状に忠実な近似曲線A2がパソコン50によって取得される。
For example, in the case of the surface shape data DM of the index area shown in FIG. 5A, when it can be determined that the point sequence data C1 is an incorrect value due to dust or the like, in the fitting using a normal polynomial or the like, FIG. ), The approximate curve A1 including the noise of the point sequence data C1 is acquired. However, when the weight of the point sequence data C1 is reduced using the NURBS function, the point sequence as shown in FIG. The
不正値か否かの判断は、使用者が表面形状データを見て逐次判断し、パソコン50の入力部51を介して行ってもよいし、当該判断のための条件をプログラム等に設定して自動判別させてもよい。例えば、所定の範囲から外れる外れ値を不正値と判断する、あるいは、隣接する点列データ間の差が所定値以上のときに、点列データの平均値からより離れた点列データの方を不正値と判断するなどの条件が挙げられる。このようにすれば、ユーザが逐次判断する場合に比べてより作業効率を向上させることができる。
同様の手順で、パソコン50は、領域R1の重複領域SR3における指標領域の近似曲線を取得する。
The determination as to whether or not the value is an illegal value may be made sequentially by the user looking at the surface shape data and may be made via the
In the same procedure, the
続くステップS30の補正量算出工程において、パソコン50は、まず領域R2及びR5の部分表面形状データについて、重複領域SR1内の指標領域の表面形状データを取り出し、ステップS20で取得された近似曲線と当該表面形状データとの差の自乗和が最小となるように、最小自乗法によって、周辺領域R2及びR5の補正量を算出する。補正量は、例えば、x軸、y軸、及びz軸それぞれに沿った平行移動量dx、dy、dzと、それぞれの軸周りのチルト量da、db、dc、及び光軸方向のシフトに伴う拡大・縮小変形の相似倍率Pの7種類を設定することができる。これにより、領域R2及びR5の補正量が算出される。
このとき、基準となる領域R1の指標領域の部分表面形状データが近似曲線を取得することによって関数化されているので、微分等を容易に行うことによってチルト量等も容易に算出することができるほか、それ以外の補正パラメータ(例えば、拡大・縮小等)も自由に導入することができる。
さらに、パソコン50は領域R3及びR4の部分表面形状データについて、重複領域SR3内の指標領域の表面形状データを取り出し、同様の手順で領域R3及びR4の補正量を算出する。こうして、フィッティングにより統合される領域R2ないしR5のすべてに対してそれぞれ異なる補正量が算出される。
In the subsequent correction amount calculation step of Step S30, the
At this time, since the partial surface shape data of the index region of the reference region R1 is functionalized by obtaining an approximate curve, the tilt amount and the like can be easily calculated by performing differentiation and the like easily. In addition, other correction parameters (for example, enlargement / reduction) can be freely introduced.
Further, the
ステップS40の座標変換工程において、パソコン50は、領域R2ないしR5の部分表面形状データの全座標値を、ステップS30で算出された各領域の補正量に基づいて変換する。
In the coordinate conversion process of step S40, the
最後にステップS50において、パソコン50は、座標変換された領域R2ないしR5の部分表面形状データと領域R1の部分表面形状データとを、それぞれの重複領域が重畳するように統合し、すべての部分表面形状データのフィッティングを行う。こうして被検物100全体の表面形状データが取得されて一連の動作が終了する。
Finally, in step S50, the
本実施形態の形状測定方法によれば、近似曲線取得工程S20において、NURBS関数を用いて領域R1内の指標領域における部分表面形状データの近似曲線が取得され、補正量算出工程S30において、当該近似曲線に基づいて他の領域R2ないしR5の補正量が算出される。そして座標変換工程S40において当該補正量に基づく領域R2ないしR5の座標変換が行われた後、ステップS50においてすべての部分形状データのフィッティングが行われて被検物100全体の表面形状データが取得される。
したがって、ゴミ等の不純物や測定エラーによる不正値を排除して、より正確な近似曲線に基づくデータ統合を行うことができ、精度の高い表面形状データを得ることができるとともに、関数化により補正パラメータの自由度が増し、汎用性の高いフィッティングを行うことができる。
According to the shape measurement method of the present embodiment, in the approximate curve acquisition step S20, an approximate curve of partial surface shape data in the index region in the region R1 is acquired using the NURBS function, and in the correction amount calculation step S30, the approximation is performed. Based on the curve, the correction amounts of the other regions R2 to R5 are calculated. Then, after the coordinate conversion of the regions R2 to R5 based on the correction amount is performed in the coordinate conversion step S40, fitting of all the partial shape data is performed in step S50 to obtain the surface shape data of the
Therefore, impurities such as dust and incorrect values due to measurement errors can be eliminated, data integration based on more accurate approximate curves can be performed, and highly accurate surface shape data can be obtained, and correction parameters can be obtained by functionalization. The degree of freedom increases and fitting with high versatility can be performed.
また、揺動部22を揺動させて被検物100の姿勢を変えて部分表面形状を測定しているにもかかわらず、揺動部22の変位量の情報を用いずに各領域の補正量を高精度に算出してフィッティングを行うことができる。したがって、揺動部22にエンコーダ等が設けられていないような形状測定装置についても本実施形態の形状測定方法を適用することが可能である。
さらに、揺動部22の挙動に機械的誤差が発生しやすいような場合であっても、このような誤差が適切に排除されて、高精度な表面形状測定を行うことができる。
In addition, although the rocking
Further, even when a mechanical error is likely to occur in the behavior of the swinging
なお、揺動部22の変位量を取得可能な構成を有するような形状測定装置を用いて本発明の形状測定方法を実施する場合、取得された変位量を補正量算出の際の初期値として利用してもよい。このようにすると、補正量算出のための演算時間が短縮でき、かつ誤った極値へ収束するといったエラーが回避できることで精度を向上させることができる。
When the shape measuring method of the present invention is implemented using a shape measuring apparatus having a configuration capable of acquiring the displacement amount of the
本実施形態においては、基準となる領域R1の指標領域の近似曲線のみが取得され、他の領域R2ないしR5の指標領域における点列データを用いて補正量が算出されて統合される例を説明したが、これに代えて、他の領域の指標領域についても同様の方法で近似曲線を取得し(第2近似曲線取得工程)、2つの近似曲線の相関係数が最大となるように補正量が算出されて統合が行われてもよい。 In the present embodiment, an example is described in which only the approximate curve of the index region in the reference region R1 is acquired, and the correction amount is calculated using the point sequence data in the index regions of the other regions R2 to R5 and integrated. However, instead of this, an approximate curve is acquired in the same manner for the index regions of other regions (second approximate curve acquisition step), and the correction amount is set so that the correlation coefficient between the two approximate curves is maximized. May be calculated and integrated.
また、本実施形態においては、補正量の算出に最小自乗法を用いる例を説明したが、これに限らず、線形/非線形計画法、探索法等の他の手法が用いられてもよい。
また、近似曲線を取得する際の座標の重み付けについては、特定の周波数に相当する周期の点列データの重み付けを変化させる、いわゆる周波数フィルタを用いて行ってもよい。この場合、ノイズ除去作業を自動化することができ、より容易に表面形状測定を行うことができる。
In the present embodiment, the example using the least square method for calculating the correction amount has been described. However, the present invention is not limited to this, and other methods such as a linear / nonlinear programming method and a search method may be used.
Further, the weighting of the coordinates when obtaining the approximate curve may be performed using a so-called frequency filter that changes the weighting of the point sequence data having a period corresponding to a specific frequency. In this case, the noise removal operation can be automated, and the surface shape measurement can be performed more easily.
さらに、上述したNURBS関数のメリットはなくなるものの、一般的な多項式等によって近似曲線を取得して、データ統合を行ってもよい。この場合でも明らかなノイズを使用者が特定して除去し、フィッティングの精度を向上させることは可能である。
ただし、NURBS関数を用いた場合、座標に対する重み付けは、1かゼロかの択一的なものでなく、ゼロから1まで無段階に設定することが可能である。したがって、例えば図5(a)に示したデータDMの点列データC1がノイズである可能性があるが、完全にノイズであるとも断定できない等の場合、NURBS関数を用いれば、図6に示すように、点列データC1に対して中間的な重み付けを行った近似曲線A3を取得することも可能である。このように、部分表面形状データに対してより細かい調整を行ってより精度の高い表面形状測定を行うことができる。
Furthermore, although the above-described NURBS function does not have the merit, data integration may be performed by obtaining an approximate curve using a general polynomial or the like. Even in this case, it is possible for the user to identify and remove obvious noise and improve fitting accuracy.
However, when the NURBS function is used, the weighting for the coordinates is not an alternative of 1 or zero, and can be set steplessly from zero to one. Therefore, for example, in the case where the point sequence data C1 of the data DM shown in FIG. 5A may be noise, but cannot be determined to be completely noise, the NURBS function is used, as shown in FIG. Thus, it is also possible to acquire the approximate curve A3 obtained by performing intermediate weighting on the point sequence data C1. In this way, finer adjustments can be made to the partial surface shape data to perform more accurate surface shape measurement.
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば上述した各実施形態においては、指標領域のマスターデータをすべて同一の領域R1から抽出する例を説明したが、これに代えて、各領域と隣接する他の領域との重複領域でそれぞれ異なる指標領域を抽出し、領域ごとに異なる指標領域に対する近似曲線を用いて補正量が算出されてもよい。 For example, in each of the above-described embodiments, the example in which all the master data of the index area is extracted from the same area R1 has been described, but instead, the index is different in each overlapping area between each area and another adjacent area. A correction amount may be calculated by extracting an area and using an approximate curve for an index area that is different for each area.
このとき、例えば、時計回りあるいは反時計回りに順次隣接する領域の部分形状データを、両者の重複領域に存在する指標領域を用いてフィッティングし、最後の領域を統合して全体の表面形状データを取得する際に、あわせて最初に基準とした領域に対しても補正量の算出を行い、検出された補正量の誤差に基づいてすべて領域の統合に対して補正を行ってもよい。 At this time, for example, the partial shape data of the adjacent regions in the clockwise direction or the counterclockwise direction are fitted using the index region existing in the overlapping region of the two, and the final region is integrated to obtain the entire surface shape data. At the time of acquisition, the correction amount may also be calculated for the first reference region, and all regions may be corrected based on the detected correction amount error.
11 プローブ
100 被検物
R1 領域(第1の領域)
R2、R3、R4、R5 領域(第2の領域)
S20 近似曲線取得工程
S30 補正量算出工程
S40 座標変換工程
11
R2, R3, R4, R5 region (second region)
S20 Approximate curve acquisition step S30 Correction amount calculation step S40 Coordinate conversion step
Claims (7)
前記被検物の第1の領域の表面形状データである第1表面形状データを取得する第1取得工程と、
前記第1表面形状データと少なくとも一部が重複する前記被検物の第2の領域の表面形状データである第2表面形状データを取得する第2取得工程と、
前記第1表面形状データのうち、前記第2表面形状データと重複する領域のデータに対して、近似関数による当てはめを行って近似曲線を取得する近似曲線取得工程と、
前記近似曲線を用いて前記第2表面形状データの補正量を算出する補正量算出工程と、
算出された前記補正量に基づいて、前記第2表面形状データ全体を座標変換する座標変換工程と、
前記第1表面形状データと、前記座標変換が行われた前記第2表面形状データとを統合する工程と、
を備えることを特徴とする表面形状の測定方法。 A surface shape for measuring the surface shape of the test object by causing the probe to scan the surface of the test object by bringing the probe into contact with the test object and relatively moving the probe and the test object. A measuring method,
A first acquisition step of acquiring first surface shape data which is surface shape data of a first region of the test object;
A second acquisition step of acquiring second surface shape data that is surface shape data of a second region of the test object at least partially overlapping with the first surface shape data;
Of the first surface shape data, an approximate curve acquisition step of acquiring an approximate curve by applying an approximation function to data of an area overlapping with the second surface shape data;
A correction amount calculating step of calculating a correction amount of the second surface shape data using the approximate curve;
A coordinate conversion step of performing coordinate conversion on the entire second surface shape data based on the calculated correction amount;
Integrating the first surface shape data and the second surface shape data subjected to the coordinate transformation;
A method of measuring a surface shape, comprising:
前記補正量算出工程において、前記近似曲線と、前記第2近似曲線との相関係数が最大となるように前記補正量が算出されることを特徴とする請求項1に記載の表面形状の測定方法。 A second approximate curve obtaining step of obtaining a second approximate curve by performing fitting with an approximate function on the second surface shape data in a region corresponding to the approximate curve;
2. The surface shape measurement according to claim 1, wherein in the correction amount calculation step, the correction amount is calculated so that a correlation coefficient between the approximate curve and the second approximate curve is maximized. Method.
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