JPH11230735A - 座標測定装置のデータ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定対象の表面上を走査して取り込んだ測定
対象の座標データをもとに測定対象の形状評価を行うデ
ータ処理過程において、ごみ等による異常データが確実
に除去されて、測定対象の高精度な形状評価ができる座
標測定装置のデータ処理方法を提供する。 【解決手段】 採取した座標データ点列が有する理論形
状に対する誤差データ点列を幾つかの部分誤差データ点
列に分割し、各々の部分誤差データ点列について、その
誤差データ点列に存在する全ての誤差データ点の誤差量
の平均値Ｚ及び標準偏差σを算出し、式｜ＤーＺ｜≧Ｋ
σ（Ｋは正の実数）を満足する誤差量Ｄを有する誤差デ
ータ点を異常誤差データ点として求め、削除の対象とす
る。これを全ての部分誤差データ点列に対して実行して
修正された誤差データ点列を求め、これをもとに修正さ
れた新たな座標データ点列を求めて測定対象の形状評価
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象の形状を
２次元あるいは３次元の座標データ点の列として取り込
み、これを数値処理することにより測定対象の形状評価
を行う座標測定装置のデータ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学部材等の形状を評価するには、接触
プローブ等を用いてその表面上を走査することにより測
定対象表面の凹凸形状を２次元あるいは３次元の座標デ
ータ点の列として採取し、これを数値処理して測定対象
の形状評価を行うことが可能な座標測定装置が用いられ
ている。しかし、測定対象表面にごみ等があった場合に
は採取された座標データ点が異常な値を示すことがあ
り、このような異常データ点を含めて処理したのでは、
測定対象の正確な形状評価をすることはできない。

【０００３】このため、異常データ点については適当な
処理が施され、採取した座標データが異常のデータ点を
含まないように修正されるのが普通である。このデータ
の修正方法としては、採取した座標データ点列に測定対
象の理論形状をフィッティングさせて座標データ点列が
有する誤差データ点列を求め、更にこの誤差データ点列
から或る基準以上の誤差量を有する誤差データ点を異常
誤差データ点として求め、このような異常誤差データ点
に対応する座標データ点を元の座標データ列から削除す
る、等の方法が用いられている。

【０００４】このような従来のデータ処理方法について
図を用いて説明する。図７は座標測定装置によって得ら
れた、測定対象の表面形状を表す座標データ点列に所定
の形状をフィッティングさせた時の誤差量を表す点の
列、すなわち誤差データ点列を示している。ここでは説
明を簡単にするために２次元（ＸＺ面）の誤差データ点
列として示してある。図７には誤差データ点列ｉ及びこ
の誤差データ点列全体の誤差量から算出された平均値Ｚ
を示すラインｊが実線で、平均値Ｚプラスマイナス標準
偏差σの１倍（Ｚ±１＊σ）の値を示すラインｋ、ｋ’
が一点鎖線で、及び平均値Ｚプラスマイナス標準偏差σ
の２倍を示すラインｍ、ｍ’（Ｚ±２＊σ）が破線で示
してある。この図７には、ごみや傷等の影響で異常値を
示している異常誤差データ点が６点（ｄ５〜ｄ１０）あ
る。ここで、正常な誤差データ点を削除しないようにＫ
＝２と設定すると、平均値Ｚとの差の絶対値が標準偏差
σの２倍を越える誤差量を有する誤差データ点ｄ６、ｄ
７、ｄ９、ｄ１０が異常誤差データ点と判断され、この
ような異常誤差データ点を有する座標データ点が元の座
標データ点列から削除されることとなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記方法
では、図７の誤差データ点ｄ５及びｄ８のように実際に
は異常誤差データ点と認められるべきものであっても、
その誤差量がＺ±Ｋσの両値間にあるために異常誤差デ
ータ点とは判断されないため、このような誤差データ点
を有する座標データ点は削除されないこととなる。これ
は、異常誤差データ点の判定基準が全ての誤差データ点
の誤差量から求められる平均値及び標準偏差をパラメー
タとしていることに起因しており、図７に示す誤差デー
タ点列のように誤差データ点列自体が比較的大きなうね
りを有する場合には、上記ｄ５及びｄ８のような異常誤
差データ点を取りこぼしてしまう虞がある。

【０００６】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであり、取り込んだ測定対象の座標データをもと
に測定対象の形状評価を行うデータ処理過程において、
ごみ等による異常データが確実に除去されて、測定対象
の高精度な形状評価ができる座標測定装置のデータ処理
方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る座標測定装置のデータ処理方法は、
測定対象の表面上を走査して前記測定対象の凹凸形状を
２次元あるいは３次元の座標データ点の列として取り込
み、この座標データ点列の形成する測定対象の凹凸形状
と測定対象の理論形状とを比較し、座標データ点列が有
する理論形状に対する誤差データ点列を求める第１ステ
ップと、第１ステップにおいて求められた誤差データ点
列を分割して、複数の部分誤差データ点列を設定する第
２ステップと、第２ステップにおいて設定された複数の
部分誤差データ点列の中から一つの部分誤差データ点列
を選択するとともに、この選択された部分誤差データ点
列に存在する全ての誤差データ点の誤差量の平均値Ｚ及
び標準偏差σを算出し、選択された部分誤差データ点列
を構成する全ての誤差データ点の中から、式｜Ｄ−Ｚ｜
≧Ｋσ（但し、Ｋは正の実数）を満足する誤差量Ｄを有
することにより定義される異常誤差データ点を求め、こ
の異常誤差データ点を前記選択された部分誤差データ点
列から削除して新たな部分誤差データ点列を求める第３
ステップと、第３ステップにおける処理を、第２ステッ
プにおいて設定された全ての部分誤差データ点列に対し
て行い、第１ステップにより求められた誤差データ点列
の全範囲に対応する新たな誤差データ点列を求め、この
新たな誤差データ点列から得られる新たな座標データ点
列を用いて測定対象形状の評価を行う第４ステップとを
有する。

【０００８】あるいは、測定対象の表面上を走査して前
記測定対象の凹凸形状を２次元あるいは３次元の座標デ
ータ点の列として取り込み、この座標データ点列の形成
する測定対象の凹凸形状と測定対象の理論形状とを比較
し、座標データ点列が有する理論形状に対する誤差デー
タ点列を求める第１ステップと、第１ステップにおいて
求められた誤差データ点列を分割して、複数の部分誤差
データ点列を設定する第２ステップと、第２ステップに
おいて設定された複数の部分誤差データ点列の中から一
つの部分誤差データ点列を選択するとともに、この選択
された部分誤差データ点列に存在する全ての誤差データ
点の誤差量の平均値Ｚ及び標準偏差σを算出し、選択さ
れた部分誤差データ点列を構成する全ての誤差データ点
の中から、式｜Ｄ−Ｚ｜≧Ｋσ（但し、Ｋは正の実数）
を満足する誤差量Ｄを有することにより定義される異常
誤差データ点を求めた後、この異常誤差データ点の近傍
に存在する他の誤差データ点の誤差量から補間して得ら
れる誤差量を有する補間誤差データ点を求め、この補間
誤差データ点を異常誤差データ点と置き換えて新たな部
分誤差データ点列を求める第３ステップと、第３ステッ
プにおける処理を、第２ステップにおいて設定された全
ての部分誤差データ点列に対して行い、第１ステップに
より求められた誤差データ点列の全範囲に対応する新た
な誤差データ点列を求め、この新たな誤差データ点列か
ら得られる新たな座標データ点列を用いて測定対象形状
の評価を行う第４ステップとを有する。

【０００９】また、測定対象の表面形状に応じた座標デ
ータを複数の所望の位置で得て、座標データから測定対
象の表面形状データを得る座標測定装置のデータ処理方
法においては、複数の所望の位置で得られた座標データ
を複数のグループに分割することで、誤差データ点列を
いくつかの部分誤差データ点列に分割する第１ステップ
と、各々のグループである部分誤差データ点列ごとに誤
差量の許容値を決定する第２ステップと、各部分誤差デ
ータ点列ごとに決められた誤差の許容値と、許容値を得
るために用いられた座標データとを比較して、誤差量の
許容値外の座標データを除外して、測定対象の表面形状
データを得る第３ステップとを有する。

【００１０】このようなデータ制御方法によれば、従来
のように、採取された座標データ点列に対する誤差デー
タ点列全体を対象として異常誤差データ点を抽出して削
除するのではなく、誤差データ点列を幾つかの部分誤差
データ点列（部分区間）に分割し、その各々の部分誤差
データ点列において異常誤差データ点を抽出して削除
（あるいは近傍の誤差データ点の誤差量をもとに補間し
て置き換え）するので、従来の方法では抽出できなかっ
た異常誤差データ点も抽出して処理（削除あるいは補
間）することができる。そしてこの異常データ点の抽出
・処理を全ての部分誤差データ点列について行えば（す
なわち誤差データ点列の全域について行えば）、測定し
た座標データ列全領域についての正確な異常データ点の
抽出・処理ができ、測定対象の精度の高い形状評価を行
うことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について図を参照して説明する。図２には座標測定装置
１を示している。この座標測定装置１は測定対象Ｍの表
面形状の３次元座標測定が可能であり、水平テーブル１
１上に門型の支持架１２が設けられ、その水平部材１２
ａにはプローブ機構を有しＺ方向に移動自在なＺステー
ジ１３がＹ方向移動自在に配設されている。また、測定
対象Ｍを載せてＸ方向へ移動可能なＸステージ１４が、
これを支持するスライダ１５を介して水平テーブル１１
上に設けられている。Ｚステージ１３に組み込まれたプ
ローブ機構より下方へ突き出しているプローブ１６はＺ
ステージ１３に対しＺ方向へのみ変位可能である。ま
た、それぞれのステージには位置検出手段が設けてあ
り、各ステージの移動量が検出可能である。また、座標
測定装置１には測長スケールが組み込まれており、これ
によりプローブ１６のＺ方向変位が計測される。

【００１２】この座標測定装置１により測定対象Ｍの座
標測定をする場合には、先ず測定対象ＭをＸステージ１
４上に固定し、Ｘステージ１４及びＺステージ１３を移
動して、プローブ１６が測定対象Ｍ上の測定開始点に適
当な押し付け力で当接された状態とする。そして、Ｚス
テージ１３をＹ方向に、あるいはＸステージ１４をＸ方
向に移動させ、このＸ方向あるいはＹ方向の移動距離を
測定するとともにプローブ１６のＺ方向（鉛直方向）変
位を測定し記録する。

【００１３】図３はこのような座標測定装置１により得
られた測定対象Ｍの座標データ点列を模式的に表したも
のである。ここでは説明を簡単にするためにＸ−Ｚ２次
元の座標データ列として表現している。図３中、実線で
示される曲線が採取した座標データ点列ａで，破線で示
される曲線は測定対象の理論形状ｂである。

【００１４】図４は、図３において座標データ点列ａに
理論形状ｂをフィッティングした時の誤差量を表す点の
列、すなわち誤差データ点列ｃを示している。又、図の
Ｚ軸に平行に引かれた破線の間に挟まれた領域は部分区
間であり、各々の部分区間ｅは部分誤差データ点列を有
している。ここで、Ｚ軸に平行な太実線の間に挟まれた
領域は選択された部分区間ｅであり、部分誤差データ点
列ｅ’を有する。

【００１５】図１は，図４において選択された部分区間
ｅの部分誤差データ点列ｅ’を拡大して表したものであ
る。図１中の黒丸は、各誤差データ点を分かり易く表示
したものであり、この例では、部分区間ｅは１０個の誤
差データ点からなる部分誤差データ点列ｅ’を有したも
のである。ここで、この部分区間ｅにおける全ての誤差
データ点の値（すなわち誤差量）から算出される平均値
をＺ及び標準偏差をσとし、正の実数Ｋの値を指定した
ときに式｜ＤーＺ｜≧Ｋσを満足する誤差量Ｄを有する
誤差データ点は異常誤差データ点として判断される。図
１では、平均値Ｚを示すラインを実線ｆで，平均値Ｚプ
ラスマイナス標準偏差σの１倍（Ｚ±１＊σ）の値を示
すラインを一点鎖線ｇ、ｇ’で、平均値Ｚプラスマイナ
ス標準偏差σのＫ倍（Ｚ±２＊σ）の値を示すラインを
破線ｈ、ｈ’で示す。

【００１６】図１においてＫ＝２とした場合（破線ｈ、
ｈ’）には、誤差データ点ｄ１の値（誤差量）Ｄ１は式
｜Ｄ１ーＺ｜≧２＊σを満たすため、誤差データ点ｄ１
は部分誤差データ点列ｅから削除の対象となる。Ｋ＝１
とした場合（一点鎖線ｇ、ｇ’）には、更に誤差データ
点ｄ２も削除の対象となる。このように部分区間ｅ（す
なわち部分誤差データ点列ｅ）を選択した上でＫの値を
適当に変化させることにより、従来の方法では削除し得
なかった異常誤差データ点をも削除することができる。

【００１７】図５はＫ＝１のレベルで異常誤差データ点
（ｄ１及びｄ２）を削除した後の部分誤差データ点列
ｅ’を拡大して示したものである。図５では削除された
誤差データ点ｄ１及びｄ２が削除されたままであるが，
この削除された誤差データ点ｄ１、ｄ２近傍の誤差デー
タ点（この場合前後の誤差データ点）の値をもとに補間
して得られる補間誤差データ点を、削除された異常誤差
データ点と置き換えることも可能である。図６は、図５
において削除された異常誤差データ点ｄ１、ｄ２を補間
誤差データ点ｄ３、ｄ４で補った例を示している。補間
の方法には多項式近似やスプライン補間などの一般的な
手法が適用可能である。

【００１８】このような処理を全ての部分区間全てにつ
いて行えば、誤差データ点列ｃの全領域について異常誤
差データ点を処理することができ、これにより測定した
座標データ点列の全領域について精度の高い形状評価を
行うことができる。

【００１９】上記説明では、部分誤差データ点列ｅ’が
１０個の誤差データ点からなる場合、すなわち部分誤差
データ点列ｅ’が１０個の誤差データ点を含むように部
分区間ｅ（のひとつ）が設定された例を示したが、一般
には部分誤差データ点列ｅ’は、２個以上の誤差データ
点からなる連続した誤差データ点の列であれば、任意の
数に設定可能である。ここで部分区間（すなわち部分誤
差データ点列）の幅（Ｘ軸方向の幅）は、誤差データ点
列ｃの傾斜（変化率）が急な箇所ほど狭くなるように設
定されることが望ましい。

【００２０】なお、上記実施例ではＫの値を１若しくは
２として説明したが、正の実数Ｋは、選択した部分区間
内の部分誤差データ点列の有する全誤差データ点の数に
対する異常誤差データ点の数の割合が所定値以下となる
ように設定されることが望ましい。この設定の仕方の一
例を示すと、先ずＫに初期値（例えば、Ｋ＝２）を与え
て、選択した部分区間内の部分誤差データ点列の有する
全誤差データ点の数に対する異常誤差データ点の数の割
合を求め、この割合が所定値（例えば１０％とする）を
越える割合（例えば１２％）であったときには、次にＫ
の値を増加させて（例えば、Ｋ＝２．１として）同様の
処理を行い、最終的に全誤差データ点の数に対する異常
誤差データ点の数の割合が所定値（ここでは１０％）以
下となるように設定される。

【００２１】以上の説明では，説明を容易にするために
２次元的な座標データ処理の例を示したが、３次元的な
座標データ処理への拡張も可能である。この場合に選択
される部分区間は、２つ以上の連続した誤差データ点が
含まれる任意の面積を有する領域となる。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る座標測定装
置のデータ処理方法によれば、従来のように、採取され
た座標データ点列に対する誤差データ点列全体を対象と
して異常誤差データ点を抽出して削除するのではなく、
誤差データ点列を幾つかの部分誤差データ点列（部分区
間）に分割し、その各々の部分誤差データ点列において
異常誤差データ点を抽出して削除（あるいは近傍の誤差
データ点の誤差量をもとに補間して置き換え）するの
で、従来の方法では削除できなかった異常誤差データ点
も抽出して処理（削除あるいは補間）することができ
る。そしてこの異常データ点の抽出・処理を全ての部分
誤差データ点列について行えば（すなわち誤差データ点
列の全域について行えば）、測定した座標データ列全領
域についての正確な異常データ点の抽出・処理ができ、
測定対象の精度の高い形状評価を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のデータ処理方法による異常誤差データ
点を処理する過程を示す図である。

【図２】座標測定装置の斜視図である。

【図３】採取した座標データ列に理論形状をフィッティ
ングさせた図である。

【図４】誤差データ列の一例を示す図である。

【図５】異常データ点を削除した誤差データ列の一例を
示す図である。

【図６】補間誤差データ点で削除された異常誤差データ
点を補った誤差データ列の一例を示す図である。

【図７】従来のデータ処理方法による異常誤差データ点
を処理する過程を示す図である。

【符号の説明】

１ 座標測定装置 Ｍ 測定対象 ａ 座標データ点列 ｃ 誤差データ点列 ｅ 部分区間 ｅ’ 部分誤差データ点列 ｄ１、ｄ２ 異常誤差データ点 ｄ３、ｄ４ 補間誤差データ点

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象の表面上を走査して前記測定対
   象の凹凸形状を２次元あるいは３次元の座標データ点の
   列として取り込み、この座標データ点列の形成する前記
   測定対象の凹凸形状と前記測定対象の理論形状とを比較
   し、前記座標データ点列が有する前記理論形状に対する
   誤差データ点列を求める第１ステップと、 第１ステップにおいて求められた誤差データ点列を分割
   して、複数の部分誤差データ点列を設定する第２ステッ
   プと、 第２ステップにおいて設定された複数の部分誤差データ
   点列の中から一つの部分誤差データ点列を選択するとと
   もに、この選択された部分誤差データ点列に存在する全
   ての誤差データ点の誤差量の平均値Ｚ及び標準偏差σを
   算出し、前記選択された部分誤差データ点列を構成する
   全ての誤差データ点の中から、式｜Ｄ−Ｚ｜≧Ｋσ（但
   し、Ｋは正の実数）を満足する誤差量Ｄを有することに
   より定義される異常誤差データ点を求め、この異常誤差
   データ点を前記選択された部分誤差データ点列から削除
   して新たな部分誤差データ点列を求める第３ステップ
   と、 第３ステップにおける処理を、第２ステップにおいて設
   定された全ての部分誤差データ点列に対して行い、第１
   ステップにより求められた誤差データ点列の全範囲に対
   応する新たな誤差データ点列を求め、この新たな誤差デ
   ータ点列から得られる新たな座標データ点列を用いて前
   記測定対象形状の評価を行う第４ステップとを有するこ
   とを特徴とする座標測定装置のデータ処理方法。
2. 【請求項２】 測定対象の表面上を走査して前記測定対
   象の凹凸形状を２次元あるいは３次元の座標データ点の
   列として取り込み、この座標データ点列の形成する前記
   測定対象の凹凸形状と前記測定対象の理論形状とを比較
   し、前記座標データ点列が有する前記理論形状に対する
   誤差データ点列を求める第１ステップと、 第１ステップにおいて求められた誤差データ点列を分割
   して、複数の部分誤差データ点列を設定する第２ステッ
   プと、 第２ステップにおいて設定された複数の部分誤差データ
   点列の中から一つの部分誤差データ点列を選択するとと
   もに、この選択された部分誤差データ点列に存在する全
   ての誤差データ点の誤差量の平均値Ｚ及び標準偏差σを
   算出し、前記選択された部分誤差データ点列を構成する
   全ての誤差データ点の中から、式｜Ｄ−Ｚ｜≧Ｋσ（但
   し、Ｋは正の実数）を満足する誤差量Ｄを有することに
   より定義される異常誤差データ点を求めた後、この異常
   誤差データ点の近傍に存在する他の誤差データ点の誤差
   量から補間して得られる誤差量を有する補間誤差データ
   点を求め、この補間誤差データ点を前記異常誤差データ
   点と置き換えて新たな部分誤差データ点列を求める第３
   ステップと、 第３ステップにおける処理を、第２ステップにおいて設
   定された全ての部分誤差データ点列に対して行い、第１
   ステップにより求められた誤差データ点列の全範囲に対
   応する新たな誤差データ点列を求め、この新たな誤差デ
   ータ点列から得られる新たな座標データ点列を用いて前
   記測定対象形状の評価を行う第４ステップとを有するこ
   とを特徴とする座標測定装置のデータ処理方法。
3. 【請求項３】 第２ステップにおいて、前記誤差データ
   点列の傾斜が急な箇所ほど狭い幅を有する部分誤差デー
   タ点列が設定されるように、前記誤差データ点列が分割
   されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の座
   標測定装置のデータ処理方法。
4. 【請求項４】 測定対象の表面形状に応じた座標データ
   を複数の所望の位置で得て、前記座標データから前記測
   定対象の表面形状データを得る座標測定装置のデータ処
   理方法であって、 前記複数の所望の位置で得られた座標データを複数のグ
   ループに分割する第１ステップと、 前記グループごとに誤差量の許容値を決定する第２ステ
   ップと、 前記各グループごとに決められた前記誤差量の許容値
   と、この許容値を得るために用いられた前記座標データ
   とを比較して、前記誤差量の許容値外の座標データを除
   外して、前記測定対象の表面形状データを得る第３ステ
   ップとを有することを特徴とする座標測定装置のデータ
   処理方法。