JP2014052389A - Surface texture measurement device, and computer program for surface texture measurement - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、曲面を有する被測定物の表面の粗さまたはうねりを測定する表面性状測定装置および同表面性状測定装置に適用される表面性状測定用コンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to a surface texture measuring device for measuring the roughness or waviness of a surface to be measured having a curved surface, and a computer program for measuring the surface texture applied to the surface texture measuring device.
従来から、滑らかな回転や摺動が求められる曲面を有した物品、例えば、ベアリングの鋼球やボースタッドにおけるボール部などにおいては、物品の製造過程において曲面の表面粗さの測定が行なわれている。一般に、表面粗さの測定は、被測定物における被測定曲面との関係で接触式または非接触式の表面粗さ測定機を用いて行なわれている。 Conventionally, in an article having a curved surface that requires smooth rotation and sliding, such as a ball of a steel ball of a bearing or a ball stud, the surface roughness of the curved surface is measured during the manufacturing process of the article. Yes. In general, the surface roughness is measured using a contact-type or non-contact-type surface roughness measuring device in relation to the measured curved surface of the object to be measured.
例えば、下記特許文献1には、被測定物における被測定曲面に触針を接触させて変位させることにより被測定曲面の凹凸を検出する所謂接触式の表面粗さ測定機が開示されている。また、下記特許文献2には、被測定物における被測定曲面に照射したレーザ光の反射光の強度変化を利用して被測定曲面の凹凸を検出する所謂非接触式の表面粗さ測定機が開示されている。また、下記特許文献3には、被測定物における被測定曲面に円環状に光を照射した状態で同測定面を撮像した撮像画像を基準画像情報(判定データファイル)と比較することにより被測定曲面の凹凸を検出する非接触式の表面粗さ測定機が開示されている。
For example,
しかしながら、上記特許文献1に記載された接触式の表面粗さ測定装置においては、表面粗さ測定装置に伝わる外部からの振動によって表面粗さの測定精度が低下し易いという問題がある。特に、被測定物を製造する製造現場においては各種機械装置などから生じる振動によって被測定曲面に接触する触針が振動して表面粗さの測定精度が低下し易い。また、上記特許文献2に記載されたレーザ光を用いた非接触式の表面粗さ測定装置においては、被測定物の材質、曲率およびCADデータなどの被測定物に関する各種情報が必要であるとともに、照射するレーザ光の照射角度および反射光を受光する受光素子の位置をそれぞれ厳密に調整する必要がある。すなわち、上記特許文献2に記載された非接触式の表面粗さ測定装置においては、表面粗さの測定の測定作業が極めて煩雑で時間が掛かるという問題がある。また、上記特許文献3に記載された非接触式の表面粗さ測定装置においては、被測定物に対する光の照射位置および撮像位置を厳密に位置決めしなければならないとともに、比較対象となる基準画像情報(判定データファイル)を予め準備しなければならず、表面粗さの測定の測定作業が極めて煩雑であるという問題がある。
However, the contact-type surface roughness measuring device described in
本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、曲面を有した物品における曲面の表面の粗さまたはうねりを簡単かつ短時間に精度良く測定することができる表面性状測定装置および同表面性状測定装置に適用される表面性状測定用コンピュータプログラムを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to address the above problems, and its purpose is to provide a surface texture measuring device that can easily and accurately measure the roughness or undulation of a curved surface of an article having a curved surface in a short time. An object of the present invention is to provide a computer program for measuring surface properties applied to the surface texture measuring device.
上記目的を達成するため、請求項1に係る本発明の特徴は、曲面を有する被測定物の表面の粗さまたはうねりを測定する表面性状測定装置において、被測定物を支持するワーク支持手段と、ワーク支持手段に支持された被測定物における曲面の輪郭を撮像した輪郭撮像画像情報を出力するワーク撮像手段と、輪郭撮像画像情報に含まれる曲面の輪郭部分を表わす画像情報を用いて同輪郭の表面の粗さまたはうねりを計算する画像処理手段とを備え、画像処理手段は、輪郭撮像画像情報から曲面の表面の粗さに関する成分である粗さ曲線を抽出するとともに、この粗さ曲線の長さである評価長さ内にて粗さ曲線における山と谷とが1つずつ存在する基準長さごとの粗さ曲線における山高さと谷深さとの和の平均を輪郭の表面の粗さとして計算することにある。
In order to achieve the above object, a feature of the present invention according to
この場合、例えば、画像処理手段は、ノイズ成分および粗さ成分をカットするとともに基準長さの数よりも長い周波数成分をカットする帯域通過フィルタを用いて輪郭の表面のうねりを計算するようにしてもよい。また、これらの場合、例えば、画像処理手段は、輪郭撮像画像情報から被測定物のエッジを検出して測定表面曲線を得るエッジ検出手段と、測定表面曲線を用いて被測定物における輪郭の表面の粗さまたはうねりを計算する表面性状計算手段とを備えるとよい。 In this case, for example, the image processing means calculates the waviness of the contour surface using a band-pass filter that cuts a noise component and a roughness component and cuts a frequency component longer than the number of reference lengths. Also good. In these cases, for example, the image processing means detects edge of the object to be measured from the contour image information and obtains a measurement surface curve, and the contour surface of the object to be measured using the measurement surface curve. It is preferable to provide surface texture calculating means for calculating the roughness or undulation of the surface.
このように構成した本発明の特徴によれば、表面性状測定装置は、被測定物における曲面の輪郭を撮像して輪郭撮像画像情報を取得するとともに、同取得した輪郭撮像画像情報に含まれる前記曲面の輪郭部分を表わす情報を用いて同輪郭の表面の粗さまたはうねりを計算している。これにより、表面性状測定装置に伝達される外部からの振動の影響を抑えつつ簡単かつ短時間に精度良く被測定物における曲面の表面の粗さまたはうねりを測定することができる。 According to the feature of the present invention configured as described above, the surface texture measuring device captures the contour of the curved surface of the object to be measured to acquire the contour captured image information, and includes the acquired contour captured image information. The roughness or waviness of the surface of the contour is calculated using information representing the contour portion of the curved surface. Thereby, the roughness or undulation of the curved surface of the object to be measured can be measured easily and accurately in a short time while suppressing the influence of external vibration transmitted to the surface texture measuring device.
また、本発明の他の特徴は、前記表面性状測定装置において、画像処理手段は、さらに、測定表面曲線を用いて被測定物における輪郭を特定する輪郭形状特定手段と、測定表面曲線から前記特定した輪郭の成分を除去することにより測定表面曲線を補正する測定表面曲線補正手段とを備え、表面性状計算手段は、測定表面曲線補正手段によって補正された測定表面曲線を用いて被測定物における輪郭の表面の粗さまたはうねりを計算することにある。 Another feature of the present invention is that in the surface texture measuring device, the image processing means further includes contour shape specifying means for specifying the contour of the object to be measured using the measurement surface curve, and the specification from the measurement surface curve. Measurement surface curve correction means for correcting the measurement surface curve by removing the contour component, and the surface property calculation means uses the measurement surface curve corrected by the measurement surface curve correction means to contour the object to be measured. It is to calculate the roughness or undulation of the surface.
このように構成した本発明の他の特徴によれば、表面性状測定装置は、被測定物のエッジを検出して得た測定表面曲線を用いて被測定物の輪郭を特定するとともに、測定表面曲線から前記特定した輪郭の形状成分を除去することにより測定表面曲線を補正している。これにより、表面性状測定装置は、測定表面曲線の変化に含まれる被測定物の表面形状成分の影響を除外して表面の粗さまたはうねり表面性状を測定することができる。例えば、被測定物における曲面の輪郭形状が円弧状である場合には、測定表面曲線の変化から円弧状の輪郭形状成分の影響を除外することにより粗さ成分またはうねり成分の占有率が向上した測定表面曲線により被測定物の曲面の表面の粗さあらさまたはうねりを測定することができる。これにより、表面性状の測定精度を向上させることができる。 According to another feature of the present invention configured as described above, the surface texture measuring device specifies the contour of the object to be measured using the measurement surface curve obtained by detecting the edge of the object to be measured, and the measurement surface. The measurement surface curve is corrected by removing the shape component of the identified contour from the curve. Thereby, the surface texture measuring apparatus can measure the surface roughness or the waviness surface texture by excluding the influence of the surface shape component of the object to be measured included in the change of the measurement surface curve. For example, when the contour shape of the curved surface of the object to be measured is an arc shape, the occupancy ratio of the roughness component or the swell component is improved by excluding the influence of the arc shape component from the measurement surface curve change. The roughness or undulation of the curved surface of the object to be measured can be measured by the measurement surface curve. Thereby, the measurement precision of surface property can be improved.
また、本発明の他の特徴は、前記表面性状測定装置において、画像処理手段は、さらに、測定表面曲線補正手段によって補正された測定表面曲線から粗さ曲線を抽出する粗さ曲線抽出手段を備え、表面性状計算手段は、前記粗さ曲線を用いて被測定物における輪郭の表面の粗さを計算することにある。 Another feature of the present invention is that in the surface texture measuring apparatus, the image processing means further comprises a roughness curve extracting means for extracting a roughness curve from the measured surface curve corrected by the measured surface curve correcting means. The surface property calculating means is to calculate the roughness of the contour surface of the object to be measured using the roughness curve.
このように構成した本発明の他の特徴によれば、表面性状測定装置は、前記補正された測定表面曲線から粗さ曲線を抽出して被測定物における輪郭の表面粗さを計算している。すなわち、被測定物における輪郭の表面粗さを表す測定表面曲線に粗さ成分に加えて輪郭撮像時のノイズや輪郭のうねりの各成分が含まれている場合、これらが含まれた測定表面曲線から被測定物における輪郭の表面粗さを表す粗さ成分だけを抽出して表面粗さを計算する。この場合、例えば、輪郭撮像時のノイズ成分を除去する低域通過フィルタ(LPF)や輪郭のうねり成分を除去する高域通過フィルタ(HPF)を用いることにより測定表面曲線から輪郭の表面粗さを表す粗さ成分を抽出することができる。これにより、表面粗さの測定精度を向上させることができる。 According to another feature of the present invention configured as described above, the surface texture measuring apparatus calculates a surface roughness of the contour of the object to be measured by extracting a roughness curve from the corrected measurement surface curve. . That is, if the measurement surface curve that represents the surface roughness of the contour of the object to be measured includes noise and contour swell components during contour imaging in addition to the roughness component, the measurement surface curve that includes these components From this, only the roughness component representing the surface roughness of the contour of the object to be measured is extracted to calculate the surface roughness. In this case, for example, by using a low-pass filter (LPF) that removes noise components during contour imaging or a high-pass filter (HPF) that removes waviness components of the contour, the surface roughness of the contour is determined from the measured surface curve. The representing roughness component can be extracted. Thereby, the measurement precision of surface roughness can be improved.
また、本発明の他の特徴は、前記表面性状測定装置において、さらに、被測定物における輪郭を介して撮像手段に向けて光を照射する照明手段を備えることにある。 Another feature of the present invention is that the surface texture measuring apparatus further includes an illuminating unit that irradiates light toward the imaging unit via a contour of the object to be measured.
このように本発明の他の特徴によれば、表面性状測定装置は、被測定物における輪郭を介して撮像手段に向けて光を照射する照明手段を備えている。これにより、被測定物の輪郭を撮像した輪郭撮像画像情報における輪郭部分を表わす情報と他の部分を表わす情報との輝度の差が明確になるため、輪郭撮像画像情報に含まれる輪郭部分を表わす情報を精度良く抽出して被測定物における輪郭の表面の粗さまたはうねりを計算することができる。これにより、表面性状の測定精度を向上させることができる。 As described above, according to another aspect of the present invention, the surface texture measuring apparatus includes an illuminating unit that irradiates light toward the imaging unit via the contour of the object to be measured. As a result, the brightness difference between the information representing the contour portion in the contour captured image information obtained by capturing the contour of the object to be measured and the information representing the other portion is clarified, so that the contour portion included in the contour captured image information is represented. Information can be extracted with high accuracy, and the roughness or undulation of the contour surface of the object to be measured can be calculated. Thereby, the measurement precision of surface property can be improved.
また、本発明の他の特徴は、前記表面性状測定装置において、さらに、画像処理手段により計算された被測定物における輪郭の表面の粗さまたはうねりの結果を表示する表示手段を備えることにある。 Another feature of the present invention is that the surface texture measuring apparatus further comprises display means for displaying the result of roughness or undulation of the contour surface of the measured object calculated by the image processing means. .
このように構成した本発明の他の特徴によれば、表面性状測定装置は、画像処理手段により計算された被測定物における輪郭の表面の粗さの結果を表示する表示手段を備えている。これにより、被測定物の曲面の表面性状を測定する作業者は、表面性状の測定結果を視覚的に早期に認識することができる。 According to another feature of the present invention configured as described above, the surface texture measuring apparatus includes display means for displaying the result of the roughness of the contour surface of the measured object calculated by the image processing means. Thereby, the operator who measures the surface texture of the curved surface of the object to be measured can visually recognize the measurement result of the surface texture early.
また、本発明は、表面性状測定装置の発明として実施できるだけでなく、同表面粗さ測定装置に適用される表面粗さ測定用コンピュータプログラムの発明としても実施できるものである。 In addition, the present invention can be implemented not only as an invention of a surface texture measuring device but also as an invention of a computer program for measuring surface roughness applied to the surface roughness measuring device.
具体的には、例えば、曲面を有する被測定物における前記曲面の輪郭を撮像して得た輪郭撮像画像情報を用いて前記曲面の表面の粗さまたはうねりを計算するコンピュータ装置に実行させる表面性状測定用コンピュータプログラムであって、コンピュータ装置に、輪郭撮像画像情報から曲面の表面の粗さに関する成分である粗さ曲線を抽出するとともに、この粗さ曲線の長さである評価長さ内にて粗さ曲線における山と谷とが1つずつ存在する基準長さごとの粗さ曲線における山高さと谷深さとの和の平均を輪郭の表面の粗さとして計算させるとよい。 Specifically, for example, the surface property to be executed by a computer device that calculates the roughness or undulation of the surface of the curved surface using contour captured image information obtained by imaging the contour of the curved surface of the measurement object having a curved surface. A computer program for measurement, which extracts a roughness curve, which is a component related to the roughness of the surface of the curved surface, from the contour captured image information to the computer device, and within the evaluation length that is the length of the roughness curve The average of the sum of the peak height and the valley depth in the roughness curve for each reference length in which there is one peak and valley in the roughness curve may be calculated as the roughness of the contour surface.
この場合、コンピュータ装置に、ノイズ成分および粗さ成分をカットするとともに基準長さの数よりも長い周波数成分をカットする帯域通過フィルタを用いて輪郭の表面のうねりを計算させるとよい。 In this case, it is preferable that the computer apparatus calculate the waviness of the contour surface using a band-pass filter that cuts a noise component and a roughness component and cuts a frequency component longer than the number of reference lengths.
また、これらの場合、コンピュータ装置に、輪郭撮像画像情報から被測定物のエッジを検出して測定表面曲線を得るエッジ検出ステップと、測定表面曲線を用いて被測定物における輪郭の表面の粗さまたはうねりを計算する表面性状計算ステップとを実行させるとよい。また、これらの場合、前記表面性状測定用コンピュータプログラムにおいて、さらに、測定表面曲線を用いて被測定物における輪郭を特定する輪郭形状特定ステップと、測定表面曲線から前記特定した輪郭の成分を除去することにより測定表面曲線を補正する測定表面曲線補正ステップとを有し、表面性状計算ステップは、測定表面曲線補正ステップによって補正された測定表面曲線を用いて被測定物における輪郭の表面の粗さまたはうねりを計算させるものであるとよい。また、これらの場合、前記表面性状測定用コンピュータプログラムにおいて、さらに、測定表面曲線補正ステップによって補正された測定表面曲線から粗さ曲線を抽出する粗さ曲線抽出ステップを有し、表面性状計算ステップは、前記粗さ曲線を用いて被測定物における輪郭の表面の粗さを計算させるものであるとよい。これらによっても、上記表面性状測定装置と同様の作用効果が期待できる。 Further, in these cases, the edge detection step of obtaining the measurement surface curve by detecting the edge of the object to be measured from the contour image information, and the roughness of the contour surface of the object to be measured using the measurement surface curve in these cases Alternatively, a surface texture calculation step for calculating the undulation may be performed. In these cases, in the computer program for surface property measurement, a contour shape specifying step for specifying the contour of the object to be measured using the measurement surface curve, and a component of the specified contour from the measurement surface curve are removed. A measurement surface curve correction step for correcting the measurement surface curve, and the surface property calculation step uses the measurement surface curve corrected by the measurement surface curve correction step to measure the roughness of the surface of the contour of the object to be measured or It is good to calculate the swell. In these cases, the computer program for measuring surface properties further includes a roughness curve extracting step for extracting a roughness curve from the measurement surface curve corrected by the measurement surface curve correcting step, and the surface property calculating step includes: The roughness curve may be used to calculate the roughness of the contour surface of the object to be measured. Also by these, the same effect as the surface texture measuring device can be expected.
以下、本発明に係る表面性状測定装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明に係る表面性状測定装置100の全体構成を模式的に示すブロック図である。なお、本明細書において参照する各図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。この表面性状測定装置100は、曲面を有した物品、具体的には、図示しないボールジョイントを構成するボールスタッド90のボール部92の表面の粗さを測定するための測定装置である。
Hereinafter, an embodiment of a surface texture measuring device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of a surface
ここで、本発明に係る表面性状測定装置100における表面粗さの測定対象であるボールスタッド90について簡単に説明しておく。ボールスタッド90は、自動車などの車両におけるサスペンション機構(懸架装置)やステアリング機構(操舵装置)において軸状の各構成要素を互いに可動的に連結するためのボールジョイント(図示せず)を構成する機械部品である。このボールスタッド90は、主として、軸状のボールスタッド部91の先端部に形成された略球状のボール部92が、有底円筒状のハウジング(図示せず)内に保持された筒状のベアリングシート(図示せず)内に摺動可能な状態で収容されて構成されている。
Here, the
(表面性状測定装置100の構成)
表面性状測定装置100は、ワーク支持台101を備えている。ワーク支持台101は、ボールスタッド90における表面粗さの測定対象となる球面部分の接線方向に後述する撮像装置102が位置するように支持するための治具である。本実施形態においては、ワーク支持台101は、ボールスタッド90を略水平な状態で支持する。このワーク支持台101は、鋼材を直方体状に形成した台部101aの上面にボールスタッド90の軸線方向に沿った片側半分の形状に対応した形状の凹部101bおよび同凹部101b内にボールスタッド90を嵌め込む際に作業者の手を挿し入れるための逃げ部101cがそれぞれ形成されて構成されている。すなわち、このワーク支持台101が、本発明に係るワーク支持手段に相当する。
(Configuration of surface texture measuring apparatus 100)
The surface
このワーク支持台101にセットされるボールスタッド90のボール部92の上方には、撮像装置102が設けられている。撮像装置102は、ワーク支持台101にセットされたボールスタッド90におけるボール部92の輪郭の一部を撮像するための光学機械装置である。この撮像装置102は、後述するコンピュータ装置110に制御されてボールスタッド90におけるボール部92の輪郭を同輪郭の接線方向から撮像するとともに、撮像したボール部92の輪郭の撮像画像を表す輪郭撮像画像情報をコンピュータ装置110に出力する。本実施形態においては、撮像装置102は、受光素子として画素数が1280×1024画素、視野3.2mm(2倍レンズ使用時)のCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサを用いて構成されている。すなわち、この撮像装置102が、本発明に係るワーク撮像手段に相当する。
An
撮像装置102の下方には、バックライト照明装置103が設けられている。バックライト照明装置103は、ワーク支持台101にセットされるボールスタッド90におけるボール部92の輪郭を介して撮像装置102に向けて光を照射する照明器具である。このバックライト照明装置103は、コンピュータ装置110によって点灯・消灯の作動が制御される。本実施形態においては、バックライト照明装置103は、赤色の可視光を発するLEDを光源として構成されている。すなわち、このバックライト照明装置103が、本発明に係る照明手段に相当する。なお、バックライト照明装置103は、撮像装置102によるボール部92の輪郭の撮像を精度良く行なうことができる光源であれば、発光させる色や光源そのものの種類は限定されるものではない。
A
コンピュータ装置110は、CPU、ROM、RAM、ハードディスクなどからなるマイクロコンピュータによって構成されており、キーボードおよびマウスからなる入力装置111からの指示に従って、図3に示す表面性状測定プログラムを実行することにより撮像装置102およびバックライト照明装置103の作動をそれぞれ制御する。また、コンピュータ装置110は、液晶ディスプレイからなる表示装置112を備えており、コンピュータ装置110の作動状態、前記表面性状測定プログラムの実行状態、実行結果および撮像装置102による撮像画像などを適宜表示させる。すなわち、本実施形態においてコンピュータ装置110は、個人向けパーソナルコンピュータ(所謂パソコン)を想定している。
The
(表面性状測定装置100の作動)
上記のように構成した表面性状測定装置100の作動について説明する。まず、ボールスタッド90におけるボール部92の表面粗さを測定する作業者は、コンピュータ装置110の入力装置111を操作することにより、コンピュータ装置110にボールスタッド90のボール部92に対する表面粗さ測定処理を実行させる。この指示に応答して、コンピュータ装置110は、図3に示す表面性状測定プログラムの実行をステップS100にて開始して、ステップS102に測定準備処理を実行する。具体的には、コンピュータ装置110は、撮像装置102およびバックライト照明装置103の作動をそれぞれ開始させて撮像および照明の点灯を直ちに行なえる待機状態に制御する。
(Operation of the surface texture measuring device 100)
The operation of the surface
次に、コンピュータ装置110は、ステップS104にて、作業者から入力装置101を介して表面粗さ測定処理の終了の指示が入力されたか否かを判定する。この場合、コンピュータ装置110は、作業者から表面粗さ測定処理の終了の指示がなされるまでの間、この判定処理にて「No」と判定し続けてステップS106に進む。一方、コンピュータ装置110は、作業者から表面粗さ測定処理の終了の指示がなされた場合には、この判定処理にて「Yes」と判定してステップS122に進む。
Next, in step S <b> 104, the
次に、コンピュータ装置110は、ステップS106にて、作業者から入力装置101を介して表面粗さ測定処理の開始の指示が入力されたか否かを判定する。この場合、コンピュータ装置110は、作業者から表面粗さ測定処理の開始の指示がなされるまでの間、この判定処理にて「No」と判定し続けてステップS104に戻る。一方、コンピュータ装置110は、作業者から表面粗さ測定処理の開始の指示が入力された場合には、この判定処理にて「Yes」と判定してステップS108に進む。
Next, in step S <b> 106, the
すなわち、作業者は、機械加工されて表面粗さの測定が必要なボールスタッド90が存在する場合には、このボールスタッド90をワーク支持台101にセットした後、入力装置111を操作してコンピュータ装置110に対して表面粗さ測定処理の開始を指示する。この場合、作業者は、ボールスタッド90におけるスタッド部91をワーク支持台101の凹部101a内に嵌め込む。これにより、ワーク支持台101の長手方向図示左側側面部からボール部92が突出して撮像装置102の視野内にボール部92の端部が位置した状態でボールスタッド90がワーク支持台101に支持される。
That is, when there is a
次に、コンピュータ装置110は、ステップS108にて、撮像処理を実行する。具体的には、コンピュータ装置110は、撮像装置102およびバックライト照明装置103の作動をそれぞれ制御することにより、バックライト照明装置103の発光に同期させて撮像装置102にボール部92の輪郭部分の画像の撮像を実行させる。これにより、図4に示すように、ボールスタッド90におけるボール部92の輪郭が撮像されて、同撮像画像を表す輪郭撮像画像情報がコンピュータ装置110に出力される。なお、図4および図5においては、ボール部92の撮像画像にボール部92と同一の符号を付すとともに、ボール部92の輪郭の撮像画像に「OL」を付している。
Next, the
この場合、輪郭撮像画像情報によって表されるボール部92の撮像画像は、グレー処理によって表されている。すなわち、輪郭撮像画像情報によって表されるボール部92の撮像画像は、0(白色)〜255(黒色)のグレースケールにおけるグレー値で表わされており、具体的には、ボール部92の撮像時のバックライト照明装置103による照明により、ボール部92の外側の部分が白色に近い薄いグレー値で表わされているとともに、ボール部92が黒色に近い濃いグレー値で表わされる。
In this case, the captured image of the
次に、コンピュータ装置110は、ステップS110にて、エッジ検出処理を実行する。このステップS110におけるエッジ検出処理は、輪郭撮像画像情報によって表わされるボール部92の輪郭を表す部分を検出して特定する処理である。このエッジ検出処理は、従来技術におけるエッジ検出処理、すなわち、輪郭撮像画像情報における輝度(画像の明るさ)が鋭敏に変化する画素(「ピクセル」ともいう)を特定するものである。より具体的には、コンピュータ装置110は、図5(A)の破線矢印で示すように、輪郭撮像画像情報における図示横方向の1280画素ごとにグレー値が高いボール部92を表わす輪郭撮像画像情報の最端の画素からグレー値が低いボール部92の外側を表わす輪郭撮像画像情報の最端の画素に向って輝度が不連続に変化する画素を検出して特定する。これにより、図5(B)に示すように、ボール部92の輪郭を表す1280個の画素群からなる測定表面曲線SLが得られる。すなわち、このステップS110におけるエッジ検出処理が、本発明に係るエッジ検出手段に相当する。なお、図5(B)においては、測定表面曲線SLを構成する画素群を粗く(少なく)示している。
Next, the
次に、コンピュータ装置110は、ステップS112にて、輪郭形状特定処理を実行する。このステップS112における輪郭形状特定処理は、測定表面曲線SLからボール部92の輪郭形状に関する成分を除去するためにボール部92の輪郭形状を特定する処理である。具体的には、コンピュータ装置110は、測定表面曲線SLを用いて最小二乗法によりボール部92の輪郭を構成する円弧を算出して同円弧の中心位置CPを算出する。すなわち、このステップS112における輪郭形状特定処理が、本発明に係る輪郭形状特定手段に相当する。
Next, the
次に、コンピュータ装置110は、ステップS114にて、測定表面曲線SLの補正処理を実行する。このステップS114における輪郭形状特定処理は、測定表面曲線SLからボール部92の輪郭形状に関する成分を除去する処理である。具体的には、コンピュータ装置110は、前記ステップS112にて算出したボール部92の輪郭を構成する円弧の中心位置CPに対する測定表面曲線SLを構成する各画素の距離を計算する。そして、コンピュータ装置110は、測定表面曲線SLを構成する各画素を共通の基線BL上から前記計算した中心位置CPからの距離だけ離れた位置に基準BL線に沿ってそれぞれ配列する。これにより、図6に示すように、測定表面曲線SLからボール部92の輪郭形状に関する成分が除去される。すなわち、このステップS114における測定表面曲線SLの補正処理が、本発明に係る測定表面曲線補正手段に相当する。
Next, the
次に、コンピュータ装置110は、ステップS116にて、粗さ曲線抽出処理を実行する。このステップS116における粗さ曲線抽出処理は、測定表面曲線SLからボール部92の輪郭表面の粗さに関する成分を抽出する処理である。すなわち、ボール部92の輪郭部分を表わす測定表面曲線SLには、ボール部92の円弧状の輪郭を表す成分の他に、ボール部92の輪郭の表面粗さに関する成分およびボール部92の輪郭表面のうねりに関する成分がそれぞれ含まれている。また、ボール部92の輪郭部分を表わす測定表面曲線SLには、これらのボール部92の輪郭形状に関する成分の他に、撮像装置102による撮像処理に起因する成分、具体的には、各種ノイズ成分が含まれている。したがって、このステップS116における粗さ曲線抽出処理においては、表面粗さに関する成分、うねりに関する成分およびノイズに関する成分が含まれた測定表面曲線SLからボール部92の輪郭の表面粗さに関する成分のみを抽出するものである。
Next, the
具体的には、コンピュータ装置110は、測定表面曲線SLに対して特定の周波数成分のみを通過させるフィルタ処理を実行する。より具体的には、コンピュータ装置110は、カットオフ値λs(2.5〜25μm)より短い短波長成分をカット(遮断)する低域通過フィルタ(ローパスフィルタ)であるλs輪郭曲線フィルタを用いて測定表面曲線SLからノイズ成分を除去するとともに、カットオフ値λc(0.08〜8mm)より長い長波長成分をカット(遮断)する高域通過フィルタ(ハイパスフィルタ)であるλc輪郭曲線フィルタを用いて測定表面曲線SLからうねり成分を除去する。
Specifically, the
すなわち、コンピュータ装置110は、カットオフ値λs〜λcを通過域とする帯域通過フィルタによって測定表面曲線SLからボール部92の輪郭の表面粗さに関する成分のみを抽出する。この測定表面曲線SLからノイズ成分を除去する処理によって、図7(A)に示すように、断面曲線Pが得られ、この断面曲線Pからうねり成分を除去する処理によって、図7(B)に示すように、粗さ曲線Rが得られる。すなわち、このステップS116における粗さ曲線抽出処理が、本発明に係る粗さ曲線抽出手段に相当する。
That is, the
次に、コンピュータ装置110は、ステップS118にて、ボール部92の輪郭表面の粗さを計算する。具体的には、コンピュータ装置110は、前記ステップS116にて算出した粗さ曲線Rにおいて、粗さ曲線Rの評価長さ内において基準長さごとの山高さと谷深さとの和の平均をボール部92の輪郭表面の粗さとして算出する。すなわち、本実施形態においては、撮像装置102によって撮像される粗さ曲線Rの長さ(つまり撮像装置102の視野)が3.2mmであるため、同粗さ曲線Rの評価長さを3.2mmとする。一方、基準長さは、ボール部92を切削加工により削り出す際の刃物の送り量(切削ピッチ)が0.8mm/revであるため、基準長さを0.8mmとする。すなわち、この基準長さの0.8mmの範囲内に山と谷とが一つずつ存在することになる。
Next, the
したがって、コントローラ装置110は、3.2mmの評価長さの粗さ曲線Rに対して0.8mmの基準長さごとに山高さと谷深さとの和を算出して、この和の平均値を算出(本実施形態においては、和の合計値を4で除す)する。すなわち、このステップS118における輪郭表面の粗さを計算処理が、本発明に係る表面粗さ計算手段に相当する。なお、このような、表面粗さの計算方法は、現状のJIS規格(日本工業規格)における表面粗さの算出方法とは異なるものである。しかし、本発明者らによる実験によれば、本実施形態における前記表面粗さの計算方法により算出された表面粗さの値と、JIS規格に従った接触式の表面粗さ測定機(図示せず)によるボールスタッド90におけるボール部92の表面粗さ測定結果との相関係数は約0.96である。
Therefore, the
なお、このステップS118における輪郭表面の粗さを計算処理においては、前記したように、現状のJIS規格(日本工業規格)における表面粗さの計算方法とは異なるものである。しかし、このステップS118における輪郭表面の粗さを計算処理においては、JIS規格(日本工業規格)における表面粗さの計算方法を排除するものではない。すなわち、このステップS118における輪郭表面の粗さを計算処理は、ボール部92の輪郭の表面粗さを評価可能なパラメータを計算すれば良く、例えば、十点平均粗さRzjis、算術平均粗さRa、二乗平方根粗さRq、中心線平均粗さRa75および最大高さ粗さRzなどであってもよいことは当然である。
The contour surface roughness calculation process in step S118 is different from the surface roughness calculation method in the current JIS standard (Japanese Industrial Standard) as described above. However, in the calculation processing of the roughness of the contour surface in step S118, the calculation method of the surface roughness in JIS standard (Japanese Industrial Standard) is not excluded. That is, the contour surface roughness calculation process in step S118 may be performed by calculating parameters that can evaluate the contour surface roughness of the
次に、コンピュータ装置110は、ステップS120にて、ボール部92の輪郭表面の粗さの合否判定結果を表示する。具体的には、コンピュータ装置110は、前記ステップS118にて計算した十点平均粗さRzjisを表面粗さ測定プログラムに予め設定されている評価十点平均粗さRzjisと比較して、算出した十点平均粗さRzjisが評価十点平均粗さRzjis未満である場合には、表示装置112にボール部92の表面粗さが基準値以内であるとして「合格」の文字を表示させる。一方、コンピュータ装置110は、算出した十点平均粗さRzjisが評価十点平均粗さRzjis以上である場合には、表示装置112にボール部92の表面粗さが基準値外であるとして「不合格」の文字を表示させる。
Next, the
したがって、作業者は、表示装置112の表示画面に表示される表示内容に従って測定対象であるボールスタッド90の「良」または「不良」を判定する。なお、本発明者らによる実験によれば、前記ステップS106における作業者による表面粗さ測定処理の開始の指示から本ステップS120における合否判定表示までの時間は約1秒である。これは、従来技術に係る接触式の表面粗さ測定機による応答時間である約55秒に比べて格段に速いものである。また、現状のJIS規格(日本工業規格)においては、表面粗さ測定機は接触式であることが定められている。しかし、本発明に係る表面性状測定装置100によるボールスタッド90におけるボール部92の表面粗さ測定結果と、JIS規格に従った接触式の表面粗さ測定機(図示せず)によるボールスタッド90におけるボール部92の表面粗さ測定結果との相関係数は前記したように約0.96である。すなわち、本発明に係る表面性状測定装置100は、JIS規格に従った接触式の表面粗さ測定機と略同程度の測定精度を有するものである。
Therefore, the operator determines “good” or “bad” of the
このステップS120によるボール部92の輪郭表面の粗さの合否判定結果の表示処理を実行した後、コンピュータ装置110は、ステップS104に戻る。これにより、コンピュータ装置110は、再度、表面粗さの測定作業の終了の指示、および表面粗さ測定処理の開始の指示を待つ。そして、作業者は、ボールスタッド90の表面粗さの測定作業を終了する場合には、入力装置111を操作することにより、コンピュータ装置110に対して表面粗さ測定処理の終了の指示を行なう。この指示に応答して、コンピュータ装置110は、前記ステップS104の判定処理にて「Yes」と判定してステップS122に進む。次いで、コンピュータ装置110は、ステップS122にて、測定終了処理、具体的には、撮像装置102およびバックライト照明装置103の作動をそれぞれ停止させる。そして、コンピュータ装置110は、ステップS124にて、この表面性状測定プログラムの実行を終了する。
After executing the display processing of the pass / fail determination result of the contour surface roughness of the
上記作動からも理解できるように、上記実施形態によれば、表面性状測定装置100は、被測定物であるボールスタッド90におけるボール部92の輪郭を撮像して輪郭撮像画像情報を取得するとともに、同取得した輪郭撮像画像情報に含まれる前記ボール部92の輪郭部分を表わす情報を用いて同輪郭の表面粗さを計算している。これにより、表面性状測定装置100に伝達される外部からの振動の影響を抑えつつ簡単かつ短時間に精度良くボールスタッド90におけるボール部92の表面粗さを測定することができる。
As can be understood from the above operation, according to the above embodiment, the surface
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。なお、下記に示す各変形例においては、上記各実施形態と同様の構成部分には対応する符号を付して、その説明は省略する。 Furthermore, in carrying out the present invention, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention. In addition, in each modification shown below, the code | symbol corresponding to the same component as said each embodiment is attached | subjected, and the description is abbreviate | omitted.
例えば、上記実施形態においては、表面性状測定装置100は、ボールスタッド90におけるボール部92の輪郭を撮像した輪郭撮像画像情報をグレー処理することにより256階調のグレー値で表した。しかし、輪郭撮像画像情報は、ボール部92の輪郭を撮像した画像データであってエッジ処理において同輪郭を特定できる形式のデータであれば、必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。例えば、輪郭撮像画像情報を白色および黒色の2値情報からなるモノクロ画像情報で構成してもよいし、RGBからなるカラー画像情報で構成してもよい。
For example, in the above-described embodiment, the surface
また、上記実施形態においては、表面性状測定装置100は、撮像装置102をCCDイメージセンサで構成した。しかし、撮像装置102は、受光面に結像した像に応じた電気信号をコンピュータ装置140に出力する光学素子であれば広く採用することができる。例えば、撮像装置102は、CCDイメージセンサの他に、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサなどの各種撮像素子を用いて構成することもできる。
Moreover, in the said embodiment, the surface
また、上記実施形態においては、表面性状測定装置100は、撮像装置102に向けて光を照射するバックライト照明装置103を備えて構成した。しかし、バックライト照明装置103は、表面性状測定プログラムにおけるステップS110によるエッジ検出処理において輝度の差を大きくすることによりエッジを検出し易くして測定表面曲線SLを精度良く得るためである。すなわち、バックライト照明装置103(照明手段)は、精度良く測定表面曲線SLが得られれば、必ずしも必要ではない。例えば、バックライト照明装置103に変えて、ボールスタッド90の金属色との間で明暗の差が明確となる色(例えば、黒色)で構成されたプレート体を配置するようにしてもよいし、撮像装置102にフラッシュなどの閃光装置を設けるようにしてもよい。また、バックライト照明装置103を設ける場合、赤外線以外の光を発光する光源、例えば、蛍光灯、白熱電球、LED照明、ハロゲンランプなどであってもよい。
In the above embodiment, the surface
また、上記実施形態においては、ボールスタッド90の表面粗さ測定結果を表示させるために表示装置112を液晶ディスプレイで構成した。しかし、表示装置112は、ボールスタッド90の表面粗さ測定結果を作業者が認識できるものであれば、必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。例えば、表示装置112は、液晶ディスプレイに変えてまたは加えて、回転灯や測定結果情報を印刷する印刷装置などで構成することもできる。また、表示装置112などの視覚による表示手段以外に、ブザーなどの音で測定結果を表示させるようにしてもよい。
Moreover, in the said embodiment, in order to display the surface roughness measurement result of the
また、上記実施形態においては、表面性状測定プログラムにおいては、ステップS112およびステップS114の各処理を実行することにより、測定表面曲線SLからボール部92の輪郭形状に関する成分を除去した。しかし、測定表面曲線SLからボール部92の輪郭形状に関する成分を除去する処理は、被測定物における表面粗さの測定方向に沿った形状が直線形状である場合、例えば、円筒や円柱形状の外周面の表面粗さを軸線方向に沿って測定する場合には省略することもできる。
In the above-described embodiment, in the surface property measurement program, components related to the contour shape of the
また、上記実施形態においては、表面性状測定プログラムにおいては、ステップS118にて粗さ曲線Rの抽出処理を実行した。しかし、粗さ曲線Rの抽出処理は、測定表面曲線SLおよび断面曲線Pから、ノイズに関する成分およびうねりに関する成分が無視できる場合には、必ずしも必要ではない。すなわち、測定表面曲線SLおよび断面曲線Pを粗さ曲線Rとしてボール部92の輪郭の表面粗さを計算するようにしてもよい。
In the above embodiment, in the surface texture measurement program, the roughness curve R extraction process is executed in step S118. However, the process of extracting the roughness curve R is not always necessary when the noise component and the undulation component can be ignored from the measurement surface curve SL and the cross-sectional curve P. That is, the surface roughness of the contour of the
また、上記実施形態においては、表面性状測定プログラムにおいては、ステップS118にて粗さ曲線Rの抽出処理を実行した。しかし、表面性状測定プログラムは、ステップS118における粗さ曲線Rの抽出処理に代えてまたは加えて、ボール部92の輪郭形状のうねりの状態を測定するようにしてもよい。具体的には、コンピュータ装置110は、カットオフ値λc(0.08〜8μm)より短い短波長成分をカット(遮断)する低域通過フィルタ(ローパスフィルタ)であるλs輪郭曲線フィルタを用いて測定表面曲線SLからノイズ成分および粗さ成分をそれぞれ除去するとともに、カットオフ値λf(n×λf(n=基準長さの数))より長い長波長成分をカット(遮断)する高域通過フィルタ(ハイパスフィルタ)であるλf輪郭曲線フィルタを用いて測定表面曲線SLからうねり成分より長い周波数成分を除去する。
In the above embodiment, in the surface texture measurement program, the roughness curve R extraction process is executed in step S118. However, the surface texture measurement program may measure the waviness state of the contour shape of the
すなわち、コンピュータ装置110は、カットオフ値λc〜λfを通過域とする帯域通過フィルタによって測定表面曲線SLからボール部92の輪郭のうねりに関する成分のみを抽出する。この測定表面曲線SLからうねり成分を抽出する処理によって、コンピュータ装置110は、図7(C)に示すように、ろ波うねり曲線Wが得られる。これにより、作業者、ボール部92の輪郭形状のうねりの状態を計測することができる。
That is, the
また、上記実施形態においては、表面性状測定装置100は、ボールスタッド90を被測定物とした。しかし、本発明に係る表面性状測定装置100は、曲面を有する被測定物であれば広く測定することができる。例えば、曲面を有する円筒体や円柱体、および球面を有する球体などの表面の粗さやうねりを測定することができる。
In the above embodiment, the surface
SL…測定表面曲線、P…断面曲線、R…粗さ曲線、W…ろ波うねり曲線、
90…ボールスタッド、91…スタッド部、92…ボール部、
100…表面性状測定装置、101…ワーク支持台、102…撮像装置、103…バックライト照明装置、110…コンピュータ装置、111…入力装置、112…表示装置。
SL: measurement surface curve, P: cross section curve, R: roughness curve, W: filtered wave curve,
90 ... ball stud, 91 ... stud part, 92 ... ball part,
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記被測定物を支持するワーク支持手段と、
前記ワーク支持手段に支持された前記被測定物における前記曲面の輪郭を撮像した輪郭撮像画像情報を出力するワーク撮像手段と、
前記輪郭撮像画像情報に含まれる前記曲面の輪郭部分を表わす画像情報を用いて同輪郭の表面の粗さまたはうねりを計算する画像処理手段とを備え、
前記画像処理手段は、
前記輪郭撮像画像情報から前記曲面の表面の粗さに関する成分である粗さ曲線を抽出するとともに、この粗さ曲線の長さである評価長さ内にて前記粗さ曲線における山と谷とが1つずつ存在する基準長さごとの前記粗さ曲線における山高さと谷深さとの和の平均を前記輪郭の表面の粗さとして計算することを特徴とする表面性状測定装置。 In the surface texture measuring device for measuring the roughness or undulation of the surface of the object having a curved surface,
Workpiece support means for supporting the object to be measured;
Workpiece imaging means for outputting contour captured image information obtained by imaging the contour of the curved surface of the object to be measured supported by the workpiece support means;
Image processing means for calculating roughness or waviness of the surface of the contour using image information representing the contour portion of the curved surface included in the contour captured image information,
The image processing means includes
A roughness curve that is a component related to the roughness of the surface of the curved surface is extracted from the contour captured image information, and peaks and valleys in the roughness curve are within the evaluation length that is the length of the roughness curve. The surface property measuring apparatus characterized by calculating the average of the sum of the peak height and the valley depth in the roughness curve for each reference length that exists one by one as the roughness of the surface of the contour.
前記画像処理手段は、
ノイズ成分および粗さ成分をカットするとともに前記基準長さの数よりも長い周波数成分をカットする帯域通過フィルタを用いて前記輪郭の表面のうねりを計算することを特徴とする表面性状測定装置。 In the surface texture measuring apparatus according to claim 1,
The image processing means includes
An apparatus for measuring a surface property, wherein the waviness of the surface of the contour is calculated using a band-pass filter that cuts a noise component and a roughness component and cuts a frequency component longer than the number of the reference lengths.
前記コンピュータ装置に、
前記輪郭撮像画像情報から前記曲面の表面の粗さに関する成分である粗さ曲線を抽出するとともに、この粗さ曲線の長さである評価長さ内にて前記粗さ曲線における山と谷とが1つずつ存在する基準長さごとの前記粗さ曲線における山高さと谷深さとの和の平均を前記輪郭の表面の粗さとして計算させることを特徴とする表面性状測定用コンピュータプログラム。 A computer program for measuring surface properties that is executed by a computer device that calculates the roughness or undulation of the surface of the curved surface using contour captured image information obtained by imaging the contour of the curved surface of a measurement object having a curved surface. ,
In the computer device,
A roughness curve that is a component related to the roughness of the surface of the curved surface is extracted from the contour captured image information, and peaks and valleys in the roughness curve are within the evaluation length that is the length of the roughness curve. A computer program for measuring surface properties, characterized in that an average of a sum of a peak height and a valley depth in the roughness curve for each reference length that exists one by one is calculated as the roughness of the surface of the contour.
前記コンピュータ装置に、
ノイズ成分および粗さ成分をカットするとともに前記基準長さの数よりも長い周波数成分をカットする帯域通過フィルタを用いて前記輪郭の表面のうねりを計算させることを特徴とする表面性状測定用コンピュータプログラム。 In the computer program for surface texture measurement according to claim 3, further comprising:
In the computer device,
A computer program for measuring surface properties, characterized in that a waviness of the surface of the contour is calculated using a band-pass filter that cuts a noise component and a roughness component and cuts a frequency component longer than the number of the reference lengths. .
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