(57)【要約】  【課題】  信号のエリアシングの防止と位相遅れや振幅の補正を行なうためのフィルタリングの精度を向上させる。  【解決手段】  形状測定装置は、被測定物の表面にプローブ５１を接触させて得られた、輪郭信号から高周波成分を除去するフィルタ部５２と、前記フィルタ部によりフィルタリングされた輪郭信号に離散的フーリエ変換処理を行ない周波数ごとの情報に分解する周波数分解部５６と、前記周波数分解部５６からの出力信号を、前記フィルタ部５２の各周波数における周波数特性に基づいて、各周波数の位相及び振幅の少なくとも１つの補正を行なう周波数補正部５７と、前記周波数補正部５７によって補正された信号について離散的逆フーリエ変換処理を行ない、周波数ごとの波形を合成して補正輪郭信号として出力する周波数合成部５８とを備える。【選択図】  図１
2011085534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の表面にプローブを接触させて走査して得られた、前記被測定物の表面形状に応じた輪郭信号から高周波成分を除去するフィルタ部と、
前記フィルタ部によりフィルタリングされた輪郭信号に離散的フーリエ変換処理を行ない周波数ごとの情報に分解する周波数分解部と、
前記周波数分解部からの出力信号を、前記フィルタ部の各周波数における周波数特性に基づいて、各周波数の位相及び振幅の少なくとも１つの補正を行なう周波数補正部と、
前記周波数補正部によって補正された信号について離散的逆フーリエ変換処理を行ない、周波数ごとの波形を合成し、補正輪郭信号として出力する周波数合成部と、を備えることを特徴とする、形状測定装置。
【請求項２】
前記周波数補正部は、前記フィルタ部の周波数特性として各周波数における位相特性に基づいて、各周波数の位相の補正を行なうことを特徴とする、請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記周波数補正部は、前記フィルタ部の周波数特性として各周波数における振幅特性に基づいて、各周波数の振幅の補正を行なうことを特徴とする、請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記周波数合成部は、前記周波数分解部により分解された周波数成分のうち、任意の周波数を選択して、離散的逆フーリエ変換処理により合成することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記フィルタ部は、測定部から出力されたアナログ輪郭信号を処理するアナログフィルタであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記フィルタ部は、測定部から出力されたアナログ輪郭信号をアナログデジタル変換されたデジタル信号を処理するデジタルフィルタであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記フィルタ部は、測定部から出力されたアナログ輪郭信号を処理するアナログフィルタと、前記アナログフィルタで高周波成分を除去された処理後輪郭信号がアナログデジタル変換されたデジタル信号をさらに高周波成分を除去するデジタルフィルタと、を備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれか記載の形状測定装置。
【請求項８】
被測定物の表面形状を測定する形状測定装置のプローブを前記被測定物の表面に接触させて走査して出力された輪郭信号を前記被測定物の形状測定のために補正する輪郭信号補正方法であって、
前記輪郭信号をフィルタでフィルタリングして高周波成分を除去し、
前記フィルタリングされた輪郭信号に離散的フーリエ変換処理を行ない周波数ごとの情報に分解し、
前記周波数ごとの信号について、前記フィルタの各周波数における周波数特性に基づいて、各周波数の位相及び振幅の少なくとも１つの補正を行ない、
前記補正された信号について離散的逆フーリエ変換処理を行ない、周波数ごとの波形を合成し、補正輪郭信号として出力する、ことを特徴とする、輪郭信号補正方法。
【請求項９】
前記周波数ごとの波形の合成は、前記周波数ごとに分解された周波数成分のうち、任意の周波数を選択して、前記選択された周波数成分に関して合成することを特徴とする、請求項８に記載の輪郭信号補正方法。
【請求項１０】
プローブを前記被測定物の表面に接触させて走査して出力されフィルタリングによって高周波成分が除去された輪郭信号を、前記被測定物の形状測定のためにコンピュータに補正させる輪郭信号補正プログラムであって、
前記コンピュータに、
前記フィルタリングされた輪郭信号を離散的フーリエ変換処理によって周波数ごとの情報に分解する周波数分解手段と、
前記周波数ごとの信号について、前記フィルタの各周波数における周波数特性に基づいて各周波数の位相及び振幅の少なくとも１つの補正を行なう周波数補正手段と、
前記補正された信号について離散的逆フーリエ変換処理を行ない、周波数ごとの波形を合成し、補正輪郭信号として出力する、周波数合成手段としての機能を実現させることを特徴とする、輪郭信号補正プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真円度測定、表面粗さ測定、形状測定の分野において、被測定物の形状を測定する形状測定装置及び被測定物の形状の測定時に出力される輪郭信号の補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の真円度測定機では、被測定物の形状を測定する際に不必要な高周波成分を除去するために、ＪＩＳ  Ｂ７４５１（真円度測定機）に記載されているコンデンサＣと抵抗Ｒで構成される２ＣＲフィルタ（２ＲＣフィルタともいう。）のアナログフィルタを使用し、輪郭信号の高周波成分を除去したアナログ信号を出力して、チャート上に真円度拡大形状を記録し、最小領域法などを用いてチャート上で真円度を求めていた。
【０００３】
しかし、２ＣＲフィルタは、フィルタを透過したアナログ信号に位相遅れを発生させるため、被測定物の形状を歪ませてチャート上に記録することになり、厳密な真円度を測定することができなかった（非特許文献１参照）。
【０００４】
また、コンピュータ技術の発展とともに、真円度データは、コンピュータで処理されることが多くなってきた。コンピュータでデータ処理を行なうためには、アナログ信号をデジタル信号に変換（以下、ＡＤ変換と略記する。）する必要がある。この場合に原信号には存在しない周波数成分が現れるエリアシング現象を防ぐことが求められる。このためには、デジタルサンプリングの前に、アナログローパスフィルタ（以下、アナログ・アンチ・エリアシング・フィルタと言う）を用いて高周波成分を取り除き、アナログ信号に含まれる最高周波数がデジタルサンプリング周波数の２分の１以下となるようにする必要がある。（非特許文献２参照）
【０００５】
しかし、アナログ・アンチ・エリアシング・フィルタは前述の２ＣＲフィルタと同様に、アナログ信号の位相遅れが発生するため、波形を歪ませてしまうという問題がある。一方、アナログ・アンチ・エリアシング・フィルタを使用せずにエリアシングを防ぐ方法としては、十分にサンプリング周波数を高くすることがあげられる。しかし、十分に高い周波数とは具体的数値として明確ではなく、個々の被測定物に対してそれぞれ検証する必要がある。また、サンプリング周波数を高くするほど、装置価格が高くなるという問題がある。
【０００６】
さらに、非特許文献１には、デジタル信号化されたワークの形状曲線に対して、ＪＩＳ  Ｂ０６３２に規定されている位相補償フィルタを用いて、波形歪を極力抑える方法が開示されている。しかし、この位相補償フィルタの減衰傾度が、１２ｄＢ／ｏｃｔ程度と小さいため、十分に高周波成分を除去できない。また、位相補償フィルタ処理後の形状曲線に含まれる周波数成分を分析するために、離散的フーリエ変換（以下、ＤＦＴという）を行った場合、前述のＡＤ変換時と同様にエリアシングを起こし、原信号には存在しない周波数成分が現れる可能性が高いという問題があった。
【０００７】
また、前述のＡＤ変換前に用いるアナログ・アンチ・エリアシング・フィルタの有無やその位相遅れの補正については、ＪＩＳには何ら規定がなく（ＪＩＳ  Ｂ０６５１参照）、エリアシングや位相遅れを生じたデジタル信号に位相補償フィルタを適用しても意味がない状態となっている。
【０００８】
特許文献１では、波形歪の解消のため、スプラインフィルタを適用する技術が開示されている。しかし、この技術は、（１）繰り返しループ処理をする必要があり、演算に時間を要する。また、（２）フィルタ処理の信頼性を向上させるためには、測定データ入力ステップにおいて、前記測定データに対する局所的に離隔した特異点データを削除することを要するなどの問題がある。特に（２）に関しては、特異点データと称しているが、形状の重要特性を現している可能性が高く、これを予め削除しておいた方がよいということであれば、この手法は形状評価に適さない可能性が高くなる。
【０００９】
なお、以上の問題は、真円度測定機だけでなく表面粗さ測定機などを含む、輪郭信号を処理することで表面形状を測定する形状測定機等に共通して生じる問題であり、上記いずれの測定機においても、原信号のノイズ除去に関する問題は解決していなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１０１５０３号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「表面技術」Ｖｏｌ．５７，Ｎｏ．８，２００６  ＰＰ．５４８−５５３
【非特許文献２】「電子技術」１９８９−５  ＰＰ．９１−１０４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このように、従来の真円度測定機や表面粗さ測定機などの形状測定機では、上述したように信号の位相遅れやエリアシングによって、厳密な形状評価を行なうことができなかった。
【００１３】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、信号のエリアシングの防止と位相遅れや振幅の補正を行なうためのフィルタリングの精度を向上させることができる、形状測定装置及び輪郭信号補正方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の形状測定装置及び輪郭信号補正方法を提供する。
【００１５】
本発明の形状測定装置は、被測定物の表面にプローブを接触させて走査して得られた、前記被測定物の表面形状に応じた輪郭信号から高周波成分を除去するフィルタ部と、
前記フィルタ部によりフィルタリングされた輪郭信号に離散的フーリエ変換処理を行ない周波数ごとの情報に分解する周波数分解部と、
前記周波数分解部からの出力信号を、前記フィルタ部の各周波数における周波数特性に基づいて、各周波数の位相及び振幅の少なくとも１つの補正を行なう周波数補正部と、
前記周波数補正部によって補正された信号について離散的逆フーリエ変換処理を行ない、周波数ごとの波形を合成し、補正輪郭信号として出力する周波数合成部と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の輪郭信号補正方法は、被測定物の表面形状を測定する形状測定装置のプローブを前記被測定物の表面に接触させて走査して出力された輪郭信号を前記被測定物の形状測定のために補正する信号補正方法であって、
前記輪郭信号をフィルタでフィルタリングして高周波成分を除去し、
前記フィルタリングされた輪郭信号に離散的フーリエ変換処理を行ない周波数ごとの情報に分解し、
前記周波数ごとの信号について、前記フィルタの各周波数における周波数特性に基づいて、各周波数の位相及び振幅の少なくとも１つの補正を行ない、
前記補正された信号について離散的逆フーリエ変換処理を行ない、周波数ごとの波形を合成し、補正輪郭信号として出力する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、信号のエリアシングの防止と位相遅れの補正や振幅の補正を行なうことによって、より正しい形状評価を行なうことができる。また、任意の周波数（被測定物規定長さあたりの正弦波形状の山数）の組み合わせで、形状波形を再合成することが可能で、必要な周波数（山数）についてのみの形状評価を行なうこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態にかかる形状測定装置の機能的構成を示す模式図である。
【図２】図１の形状測定装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】あるフィルタの周波数特性としての振幅特性の例を示すグラフである。
【図４】あるフィルタの周波数特性としての位相特性の例を示すグラフである。
【図５】本発明の形状測定装置の第１実施形態にかかる真円度測定機の構成を示す機能ブロック図である。
【図６】図５の真円度測定機による補正前後の真円度の評価結果を示す図である。
【図７】本発明の形状測定装置の第２実施形態にかかる表面粗さ測定機の構成を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の形状測定装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明の形状測定装置は、装置に設けられたプローブを被測定物の表面に当接させた状態で被測定物を移動させ、被測定物の表面形状に対応するプローブの変位を検出して、被測定物の形状を測定するものである。本発明の形状測定装置は、真円度測定機、表面粗さ測定機、輪郭形状測定機などに用いることができる。
【００２０】
本実施形態にかかる形状測定装置は、プローブを被測定物の表面に接触させて走査して出力された輪郭信号を前記被測定物の形状測定のために補正した後、形状演算を行なう装置である。具体的には図１に示すように、本実施形態にかかる形状測定装置は、プローブ５１を備えた測定部５０を備える。測定部５０から出力されたアナログの輪郭信号は、測定部から出力された輪郭信号をフィルタリングするフィルタ部５２又はアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部５３に送られる。測定部５０から出力された輪郭信号の流れは、フィルタ部を構成するフィルタの構成によって異なり、デジタルフィルタの場合はフィルタ部５２の前にＡＤ変換部５３によりデジタル信号に変換される。形状演算部５４は、デジタル信号に変換された輪郭信号に基づいて被測定物の形状を演算する。形状演算部５４による形状演算において、より精度の高い演算結果を導くために、デジタル信号に変換されたフィルタ部５２通過後の輪郭信号は、信号補正部５５により補正される。
【００２１】
信号補正部５５には、周波数分解部５６、周波数補正部５７、周波数合成部５８が設けられている。
【００２２】
信号補正部５５は、測定部５０が設けられている装置内に設けられている機能ブロックであってもよいし、測定部５０が設けられている装置と情報通信ができるように接続されたコンピュータで構成されていてもよい。信号補正部５５がコンピュータで構成されている場合は、コンピュータ内に以下の機能を実現するためのアプリケーションプログラムが組み込まれることによって作動する。
【００２３】
本実施形態にかかる形状測定装置は、図２に示すように、プローブを備えた測定部により取り込まれた（＃０）輪郭信号をフィルタでフィルタリングして高周波成分を除去し（＃１）、フィルタリングされた輪郭信号に離散的フーリエ変換処理を行ない周波数ごとの情報に分解し（＃２）、周波数ごとの信号について、フィルタの各周波数における周波数特性に基づいて補正を行ない（＃３）、補正された信号について離散的逆フーリエ変換処理を行なって周波数ごとの波形を合成し、補正輪郭信号として出力し（＃４）、補正輪郭信号に基づいて形状演算を行なう（＃５）。
【００２４】
形状測定装置が行なう輪郭信号の補正は、プローブ５１を備えた測定部５０から出力された（＃０）アナログの輪郭信号をコンピュータで演算処理するために、ＡＤ変換部５３でＡＤ変換することが必要である。そして、このデジタル信号を高精度なものとするために、フィルタ部５２によるフィルタリングが行なわれる（＃１）。フィルタ部５２は、アナログフィルタでもよいしデジタルフィルタでもよい。また、フィルタ部５２を構成するフィルタは、１つであってもよいし複数であってもよい。
【００２５】
フィルタ部５２がアナログフィルタの場合は、一例として、ＡＤ変換時に生じるエリアシングの防止のために、高周波成分を除去するアナログ・アンチ・エリアシング・フィルタが用いられる。アナログ・アンチ・エリアシング・フィルタによって輪郭信号の高周波成分を除去した後、ＡＤ変換部５３でＡＤ変換することにより、エリアシング発生を抑制することができる。なお、アナログフィルタには、アナログ・アンチ・エリアシング・フィルタ以外のアナログフィルタであってもよい。
【００２６】
一方、フィルタ部５２がデジタルフィルタの場合は、ＡＤ変換部５３によるＡＤ変換のサンプリング周期が短いとデータ量が大きくなるため、演算の負荷軽減のためにＡＤ変換後のデータの間引きを行なう。デジタルフィルタの例としては、例えば、高周波成分を除去するデジタル・アンチ・エリアシング・フィルタを用いることができる。すなわち、デジタル信号を単に間引きするとエリアシングの問題が生じるため、高周波成分を除去した後で、適切な間隔でデータの間引きを行なうことにより、エリアシングの問題を回避することができる。また、形状演算による形状評価のために用いる周波数成分を予め限定して、高周波成分を除去するようなデジタルフィルタを用いてもよい。
【００２７】
また、フィルタ部５２は、アナログフィルタとデジタルフィルタを併用してもよい。この場合は、ＡＤ変換部５３よりも上流側にアナログフィルタを配置し、ＡＤ変換部５３よりも下流側にデジタルフィルタを配置する。
【００２８】
このように、フィルタ部によるフィルタリングを行なうことにより、エリアシング発生防止や演算負荷軽減の効果を得ることができる。一方で、フィルタリングを行なうとフィルタ後の信号に周波数特有の位相、振幅の波形歪が発生する。信号補正部５５は、この波形歪みを補正する。なお、波形歪はフィルタに固有のものであり、予め周波数分析装置を用いて特性を調査しフィルタ特性が装置内に格納されている。
【００２９】
フィルタリングされた輪郭信号は、周波数分解部５６により離散的フーリエ変換処理を行ない周波数ごとの情報に分解する（＃２）。輪郭信号は、所定距離内の距離をプローブが走査したときのプローブの変位に関する情報である。輪郭信号は一般的に、所定距離間に生じる山数で定義される周波数が異なる正弦波形状の信号の総和として次式（１）のように表される。
【００３０】
［式１］
輪郭信号＝Ａ1sin(θ+α1)+Ａ2sin2(θ+α2)+Ａ3sin3(θ+α3)+・・・+Ａnsin n(θ+αn)
ここで、Ａ１・・・Ａｎは、各周波数成分における振幅、α1・・・αnは、各周波数成分における位相のずれを示す。
【００３１】
周波数分解部５６による離散的フーリエ変換処理は、波形として出力されている輪郭信号を上記の周波数ごとの数式として認識し、周波数成分ごとに分割するものであり、波形処理において広く用いられている演算方式に基づくものを用いることができる。
【００３２】
フィルタリング後の輪郭信号は、上記輪郭信号の振幅Ａ１・・・Ａｎや位相α1・・・αnが変化することがあるため、これらの特性を予め調査し、装置内又は装置で読み込み可能な外部記録媒体に格納されている。周波数補正部５７では、周波数ごとの信号について、フィルタの各周波数における周波数特性に基づいて補正を行なう（＃３）。
【００３３】
図３はあるフィルタ部の周波数特性としての振幅特性の例を示すグラフであり、図４はあるフィルタ部の周波数特性としての位相特性の例を示すグラフである。
【００３４】
図３に示すように、このフィルタ部の通過帯域は、周波数（所定距離あたりの山数）が０から２０までで、上限周波数２０までの形状評価する場合に使用する。このフィルタの通過帯域内の振幅特性は０ｄＢと良好であるため、原信号と同じで振幅の補正は必要ない。また、図４に示すように、周波数の増加に伴い、位相が負の方向へずれていく傾向があることを示している。
【００３５】
周波数ごとの信号について行なう補正は、フィルタ部の各周波数における周波数特性に基づいて振幅及び位相の少なくとも１つの補正を行なう。なお、フィルタ部５２が複数のフィルタから構成されている場合は、フィルタ部を構成するそれぞれのフィルタの周波数特性に基づいてフィルタの数だけ補正を行なってもよいし、複数のフィルタの周波数特性をまとめて１つのフィルタ部５２全体の周波数特性を導き、これに基づいて補正を行なってもよい。
【００３６】
周波数合成部５８は、周波数ごとに補正された信号について、周波数ごとの波形を離散的逆フーリエ変換処理によって合成し、補正輪郭信号として出力する（＃４）。このとき、任意の周波数成分のみを選択して合成してもよい。次いで、合成後の補正輪郭信号に基づいて、公知の方法により、被測定物の表面形状を算出する。
【００３７】
以下、本発明の形状測定装置の第１実施形態としての真円度測定機の実施形態について具体的に説明する。
【００３８】
図５は、本発明の実施形態にかかる真円度測定機の構成を示す機能ブロック図である。本実施形態の真円度測定機１は、図５に示すように、被測定物３を載置する回転テーブル２と、被測定物の表面に当接するプローブ４と、プローブ４の変位を検出する変位計測器５と、変位計測器から出力された輪郭信号を処理して被測定物の真円度測定演算を行なう信号処理部６とを備えている。
【００３９】
回転テーブル２は、被測定物３を載置して矢印９０に示すように回転軸Ａの周りに回転させる。回転テーブル２の回転は動作制御されており、回転角度、回転速度、初期位置（原点位置）などの回転テーブルの情報を変位検出器５及び信号処理部６が認識できるように構成されている。
【００４０】
プローブ４は針状部材とこれを支持するユニットを有しており、真円度測定が行なわれる被測定物３の外周面に針状部材の先端部分を当接させた状態に支持される。被測定物３との接触圧は、回転テーブル２の回転によって変動する被測定物３の表面の凹凸に追従できる程度に設定されている。プローブ４は、針状部材が被測定物３の表面の凹凸に追従し、その変位量を電気的手段あるいは光学的手段により検出する。検出された変位量の情報は、変位検出器５により測定され輪郭信号が作成される。
【００４１】
変位検出器５は、プローブ４の変位量を検出し回転テーブル２の回転角度と対応づけた輪郭信号を出力する。輪郭信号は、プローブの変位を連続的に示したアナログ信号であり、被測定物の表面凹凸やうねり、周期遅れなどの情報を含む場合があり、信号処理部６で当該誤差を除去する補正処理が行なわれた後、被測定物の真円度が算出される。プローブ４と変位検出器５は、本発明の測定部の一例として機能する。
【００４２】
信号処理部６は、変位検出器５から出力された輪郭信号を処理して被測定物の真円度を算出する。信号処理部６には、増幅器７、アナログ・アンチ・エリアシング・フィルタ８、ＡＤ変換器９、補正演算部１０が設けられている。
【００４３】
増幅器７は、変位検出器５から出力された輪郭信号を増幅する。増幅器７には、アナログ信号を増幅できるものを広く用いることができる。
【００４４】
フィルタ部５２の一例としてのアナログ・アンチ・エリアシング・フィルタ８は、エリアシングを防止するために増幅器７から出力された信号の高周波成分を除去するフィルタである。アナログ・アンチ・エリアシング・フィルタ８には、アナログ信号を処理可能なものが広く使用可能であり、エリアシング防止のため減衰傾度の大きいものを用いることが好ましい。
【００４５】
アナログ・アンチ・エリアシング・フィルタ８は、ＡＤ変換器９のサンプリング周波数に応じて、輪郭信号から高周波成分を除去する。具体的には、ＡＤ変換器９のサンプリング周波数の２分の１以上の高周波成分を除去する。アナログ・アンチ・エリアシング・フィルタ８を透過した信号は、その位相成分及び振幅成分にずれが生じるため、予め図示しない周波数分析装置などで周波数特性を調査している。なお、周波数特性の情報は、後述の補正演算部１０による演算で用いられ、図示しない記憶部に格納されている。
【００４６】
ＡＤ変換器９は、アナログ・アンチ・エリアシング・フィルタ８を透過したアナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換する。ＡＤ変換器９のサンプリング周波数は、大きくすることにより、エリアシングの抑制につながる一方、演算処理の負荷が大きくなり、また装置コストが高くなるため、形状測定装置に広く用いられている程度のものを利用することができる。
【００４７】
補正演算部１０は、ＡＤ変換器９によりデジタル変換された信号を計算機演算により補正処理を行なう。補正演算部１０は、例えば、汎用コンピュータなどを用いることができ、以下に示す各機能ブロックの機能を実現するためのアプリケーションプログラムを組み込むことによって動作する。
【００４８】
補正演算部１０には、ＤＦＴ演算部１１、特性補正部１２、ＩＤＦＴ演算部１３、評価演算部１４を備える。周波数分解部５６の一例としてのＤＦＴ演算部１１は、ＡＤ変換器９によりデジタル変換された信号を各周波数成分に分割する。
【００４９】
周波数補正部５７の一例としての特性補正部１２は、ＤＦＴ演算部１１により分解された各周波数成分について、予め格納されているアナログ・アンチ・エリアシング・フィルタ８の周波数特性に基づいて、振幅及び位相の少なくとも１つについて補正する。
【００５０】
周波数合成部５８の一例としてのＩＤＦＴ演算部１３は、特性補正部１２により補正された周波数成分の信号を離散的逆フーリエ変換処理に基づいて合成し、補正輪郭信号として出力する。合成する各周波数成分の信号は、すべての周波数成分であってもよいし、任意の周波数成分のみを選択して合成してもよい。
【００５１】
ＩＤＦＴ演算部１３により合成された補正輪郭信号は、被測定物の真円度測定の評価演算に用いられる。
【００５２】
次に、本実施形態にかかる真円度測定機の動作について説明する。
【００５３】
真円度を測定したい対象である被測定物３を回転テーブル２の上に載置する。このとき、回転テーブル２の回転軸上に被測定物の中心が位置するように配置することが好ましい。
【００５４】
その後、回転テーブル２を回転させながら、被測定物３の外径面の形状を変位検出器５で取り込む。外径面の形状測定は、被測定物の周囲１周分を基準長さとし、回転テーブル２の回転角とプローブ４の変位を対応づけて記録する。変位検出器５は、この情報を輪郭信号として出力する。
【００５５】
変位検出器５のアナログ出力信号を増幅器７で増幅後、アナログ・アンチ・エリアシング・フィルタ８で不要な高周波信号を除去する。アナログ・アンチ・エリアシング・フィルタ８は、ＡＤ変換時のエリアシングを防止するために、ＡＤ変換器のサンプリング周波数に基づいて、除去領域である高周波成分を除去する。
【００５６】
アナログ・アンチ・エリアシング・フィルタ８について、また、その周波数特性、つまり、フィルタ通過後のアナログ信号の各周波数の位相及び振幅がどれだけずれるかを、図示しない周波数分析装置等で予め調査し、装置内にこの情報を格納しておく。
【００５７】
ＡＤ変換器９でデジタル信号に変換した後、補正演算部１０は次のように処理をすすめる。
【００５８】
まず、デジタル信号化された被測定物外径面の形状波形をＤＦＴ演算部１１により、周波数（被測定物１周あたりの山数）毎の振幅と位相情報に分解する。
【００５９】
この時点の位相情報は、アナログ・アンチ・エリアシング・フィルタ８によって位相遅れや振幅にずれが生じているため、特性補正部１２により周波数毎に位相補正又は振幅補正を行なう。位相補正は、前述のアナログ・アンチ・エリアシング・フィルタ８の位相特性調査結果に基づいて行なう。
【００６０】
本実施形態にかかるアナログ・アンチ・エリアシング・フィルタ８の周波数特性が、図３，図４に示すものであるとして、具体的に説明する。なお、図３、図４のグラフの横軸は周波数と表記されているが、被測定物１周あたりの山数（正弦波の山数）と読み替えて説明する。
【００６１】
図３のフィルタの通過帯域は、０から２０山で、上限山数２０までの形状評価する場合に使用する。このフィルタの通過帯域内の振幅特性は０ｄＢで良好であるため、原信号と同じで振幅の補正は必要ない。しかし、通過帯域の振幅特性が０ｄＢでない図示しないフィルタを使用した場合、例えば、山数１０の振幅が−１０ｄＢのときは、原信号に比べ、フィルタ通過後の山数１０の振幅は１０ｄＢ小さくなってしまうので、１０ｄＢ増幅し、原信号と同じ振幅になるように補正する。この作業をフィルタ通過帯域のすべてについて行なう。
【００６２】
図４に示す位相特性は、山数が１０のときは、−１５０度となっている。これは、フィルタを通過する前の当該山数の信号の位相に対して、１５０度位相が遅れているということを示している。したがって、フィルタ通過後の当該山数の信号の位相を１５０度進めることによって、フィルタを通過する前の位相に戻す。この作業をフィルタ通過帯域のすべての山数について行なう。
【００６３】
山数毎の振幅及び補正された位相情報を用い、ＩＤＦＴ演算部１３により離散的逆フーリエ変換を行なうことによって、被測定物外径面の正しい形状波形を再現する。このとき、ＤＦＴ演算部１１の結果に基づく任意の山数の組み合わせで離散的逆フーリエ変換による波形変換をしてもよい。次いで、この正しい形状波形について真円度等の形状評価を評価演算部１４により行なう。
【００６４】
図６に補正前後の真円度測定例を示す。図６の位相補正後の真円度形状は、図３，図４の特性を基に補正したものである。補正後の真円度は、３．７９μｍとなり、補正前の４．０１μｍに比べ、真円度は小さくなっていることが分かる。
【００６５】
また、本方式によれば、ＤＦＴ演算部１１の結果に基づく任意の周波数（山数）の組み合わせで、ＩＤＦＴ演算部１３により形状波形を再合成することも可能である。よって、高周波成分（例えば５０山以上）を除去する必要がなく、別途、このためのデジタルフィルタを設ける必要がない。
【００６６】
本発明の形状測定装置の第２実施形態としての表面粗さ測定機の実施形態について具体的に説明する。第２実施形態にかかる表面粗さ測定機については、第１実施形態の真円度測定機と共通する機能ブロックについては説明を省略し、相違点について説明する。
【００６７】
図７は、本発明の実施形態にかかる表面粗さ測定機の構成を示す機能ブロック図である。
【００６８】
本実施形態の表面粗さ測定機２１は、図７に示すように、被測定物３を載置するＸＹテーブル２２を備える。ＸＹテーブル２２は、水平面上をＸＹ２軸方向に移動可能なスライドテーブルであり、上面に被測定物を載置する。ＸＹテーブル２２は、表面粗さＲａの測定の基準となる、基準長さだけＸＹ方向にスライドし、被測定物の表面に当接するプローブ４の変位を変位検出器５により検出して、信号処理部２６によって出力された輪郭信号を処理して被測定物の表面粗さ演算を行なう。
【００６９】
信号処理部２６には、増幅器２７、デジタル・アンチ・エリアシング・フィルタ２８、ＡＤ変換器２９、補正演算部３０が設けられている。
【００７０】
信号処理部２６に入力された輪郭信号は、増幅器２７により増幅された後、ＡＤ変換器２９によりデジタル信号に変換される。このとき、エリアシングを防止するために、サンプリング周波数を高めに設定しておくことが好ましい。
【００７１】
次いで、ＡＤ変換器２９により変換されたデジタル信号について、データの間引きを行なうためにデジタル・アンチ・エリアシング・フィルタ２８によりフィルタリングする。デジタル信号を単に間引きするとエリアシングの問題が生じるため、高周波成分を除去した後で、適切な間隔でデータの間引きを行なうことにより、エリアシングの問題を回避することができる。
【００７２】
なお、デジタル・アンチ・エリアシング・フィルタ２８の周波数特性は、予め図示しない周波数分析装置などで周波数特性を調査し、装置内に格納されている。
【００７３】
デジタル・アンチ・エリアシング・フィルタ２８を通過したデジタル信号は、補正演算部３０に入力されて、補正される。補正演算部３０には、ＤＦＴ演算部１１、特性補正部１２、ＩＤＦＴ演算部１３、評価演算部１４が設けられている。
【００７４】
周波数分解部の一例としてのＤＦＴ演算部１１により、デジタル変換された信号が各周波数成分に分割される。次いで、周波数補正部の一例としての特性補正部１２が、ＤＦＴ演算部１１により分解された各周波数成分について、予め格納されているデジタル・アンチ・エリアシング・フィルタ２８の周波数特性に基づいて、振幅及び位相の少なくとも１つについて補正する。
【００７５】
さらに、周波数合成部の一例としてのＩＤＦＴ演算部１３は、特性補正部１２により補正された周波数成分の信号を離散的逆フーリエ変換処理に基づいて合成し、補正輪郭信号として出力する。合成する各周波数成分の信号は、すべての周波数成分であってもよいし、任意の周波数成分のみを選択して合成してもよい。
【００７６】
ＩＤＦＴ演算部１３により合成された補正輪郭信号は、評価演算部１４による被測定物の表面粗さ測定の評価演算に用いられる。
【００７７】
以上説明したように、本発明の各実施形態にかかる形状測定装置によれば、信号のエリアシングの防止と位相遅れの補正や振幅の補正を行なうことによって、より正しい形状評価を行なうことができる。また、任意の周波数（被測定物規定長さあたりの正弦波形状の山数）の組み合わせで、形状波形を再合成することが可能で、必要な周波数（山数）についてのみの形状評価を行なうこともできる。
【００７８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
【００７９】
上記実施形態では、アナログフィルタ及びデジタルフィルタを１つずつ使用する例を示したが、２つ以上のフィルタを用いた場合や、デジタルフィルタとアナログフィルタを併用した場合にも、予め調査しておいたフィルタの周波数特性から、同様に信号の位相・振幅を補正することができる。
【００８０】
また、本発明は、プローブを前記被測定物の表面に接触させて走査して出力されフィルタリングによって高周波成分が除去された輪郭信号を、前記被測定物の形状測定のためにコンピュータに補正させる輪郭信号補正プログラムであって、前記コンピュータに、前記フィルタリングされた輪郭信号を離散的フーリエ変換処理によって周波数ごとの情報に分解する周波数分解手段と、前記周波数ごとの信号について、前記フィルタの各周波数における周波数特性に基づいて各周波数の位相及び振幅の少なくとも１つの補正を行なう周波数補正手段と、前記補正された信号について離散的逆フーリエ変換処理を行ない、周波数ごとの波形を合成し、補正輪郭信号として出力する、周波数合成手段としての機能を実現させることを特徴とする輪郭信号補正プログラムを提供することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の形状測定装置及び信号補正方法は、被測定物の表面形状を測定する計測器の分野において広く用いることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１  真円度測定機
２  回転テーブル
３  被測定物
４  プローブ
５  変位検出器
６、２６  信号処理部
７、２７  増幅器
８  アナログ・アンチ・エリアシング・フィルタ
９、２９  ＡＤ変換器
１０、３０  補正演算部
１１  ＤＦＴ演算部
１２  特性補正部
１３  ＩＤＦＴ演算部
１４  評価演算部
２１  表面粗さ測定機
２２  ＸＹテーブル
２８  デジタル・アンチ・エリアシング・フィルタ
５０  測定部
５１  プローブ
５２  フィルタ部
５３  ＡＤ変換部
５４  形状演算部
５５  信号補正部
５６  周波数分解部
５７  周波数補正部
５８  周波数合成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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