(57)【要約】【課題】被測定物の表面に形成された輪郭形状を測定した形状測定データを用いて、当該輪郭形状の幾何学的性状を算出する際に、形状測定データのうちから、当該輪郭形状の幾何学的性状の算出に使用する範囲を指定する作業を自動化ないし半自動化する。【解決手段】輪郭形状測定装置１に、輪郭形状を特定する幾何要素を含む設計データとこれに従って形成された被測定物表面の輪郭形状の形状測定データとの間の位置合わせを行う位置合わせ部６１と、形状測定データに位置合わせされた設計データに含まれる幾何要素の外端の位置から、形状測定データのうち、幾何要素に対応して形成された輪郭形状を測定した範囲の外端を決定するデータ範囲決定部と６３と、を設ける。【選択図】図４
2008116392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
輪郭形状を特定する幾何要素を含む設計データに従って形成された、被測定物表面上の輪郭形状の幾何学的性状を算出する被測定物の幾何学的性状算出方法であって、
前記被測定物表面上の輪郭形状を測定して得た形状測定データと前記設計データとの間の位置合わせを行うステップと、
前記形状測定データのうち、前記幾何要素に従って形成された輪郭形状の部分のデータの範囲の外端の位置を、前記形状測定データに位置合わせされた前記設計データに含まれる前記幾何要素の外端の位置から決定するステップと、
を有することを特徴とする幾何学的性状算出方法。
【請求項２】
前記形状測定データのうち、前記幾何要素に従って形成された輪郭形状の部分の形状の種別を、前記形状測定データに位置合わせされた前記設計データに含まれる前記幾何要素の種別から決定するステップを、さらに有することを特徴とする請求項１に記載の幾何学的性状算出方法。
【請求項３】
輪郭形状を特定する幾何要素を含む設計データに従って形成された、被測定物表面上の輪郭形状の幾何学的性状を算出するための、被測定物の幾何学的性状算出プログラムであって、
前記被測定物表面の輪郭形状を測定して得た形状測定データと前記設計データとの間の位置合わせを行うステップと、
前記形状測定データのうち、前記幾何要素に従って形成された輪郭形状の部分のデータの範囲の外端の位置を、前記形状測定データに位置合わせされた前記設計データに含まれる前記幾何要素の外端の位置から決定するステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする幾何学的性状算出プログラム。
【請求項４】
前記形状測定データのうち、前記幾何要素に従って形成された輪郭形状の部分の形状の種別を、前記形状測定データに位置合わせされた前記設計データに含まれる前記幾何要素の種別から決定するステップを、さらにコンピュータに実行させることを特徴とする請求項３に記載の幾何学的性状算出プログラム。
【請求項５】
被測定物の表面上の輪郭形状測定を行う輪郭形状測定部と、前記輪郭形状測定の結果から前記被測定物の表面上の輪郭形状の形状測定データを生成する形状測定データ生成部と、前記形状測定データが示す前記輪郭形状の幾何学的性状を算出する幾何学的性状算出部と、を有する輪郭形状測定装置であって、
輪郭形状を特定する幾何要素を含む設計データと、この設計データに従って形成された前記被測定物表面の輪郭形状の前記形状測定データとの間の位置合わせを行う位置合わせ部と、
前記形状測定データのうち、前記幾何要素に従って形成された輪郭形状の部分のデータの範囲の外端の位置を、前記形状測定データに位置合わせされた前記設計データに含まれる前記幾何要素の外端の位置から決定するデータ範囲決定部と、
を備えることを特徴とする輪郭形状測定装置。
【請求項６】
前記形状測定データのうち、前記幾何要素に従って形成された輪郭形状の部分の形状の種別を、前記形状測定データに位置合わせされた前記設計データに含まれる前記幾何要素の種別から決定する幾何要素種別決定部を、を備えることを特徴とする請求項５に記載の輪郭形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の輪郭形状を測定する輪郭形状測定装置、並びに被測定物表面上に形成された輪郭形状を測定した形状測定データから、その輪郭形状の寸法や、中心位置又は真円度といった幾何学的性状を算出する方法及びプログラムに関する。特に、このような幾何学的性状の算出に際して、被測定物表面の輪郭形状を測定した形状測定データのうちから、幾何学的性状を算出しようとするデータ範囲を指定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に輪郭形状測定装置は、被測定物の表面に所定の測定圧力で触針を押しつけながら、この触針と被測定物を相対移動させ、そのとき被測定物の表面の起伏により生じる触針の変位量を電気信号に変換してコンピュータ等の計算機で読み取り、この変位量から求まる触針と被測定物表面との接触点の高さ情報を、触針の移動経路上に順次配置することにより被測定物の表面形状データを作成するものである（例えば、下記特許文献１）。図１に、輪郭形状測定装置の基本構成を示す。
【０００３】
なお、明細書では「輪郭形状測定装置」を例示して本発明についての説明を行うが、これに限定されることなく、「三次元座標測定装置」、「真円度測定装置」や「表面粗さ測定装置」等、称呼及び用途が異なっていても、被測定物の輪郭形状を測定できる装置であれば、何であれ本発明を適用することが可能である。また本発明は、以下説明するような触針を被測定物表面に沿わせる接触式の測定装置だけでなく、測定面に接触しない非接触センサを用いる輪郭形状測装置であっても適用することが可能である。
【０００４】
輪郭形状測定装置１には、被測定物Ｗを載置するためのＸＹ平面に沿ったテーブル２が設けられる。テーブル２にはコラム３が立設される。そしてコラム３にはＺ方向可動部４が取り付けられる。コラム３には図示しないモータが内蔵されており、このモータによってＺ方向可動部４をコラム３に沿って（すなわちＺ方向に沿って）上下に昇降することが可能である。
Ｚ方向可動部４にはＸ方向可動部５が設けられ、このＸ方向可動部５に腕部１０を取り付け、さらに腕部１０の先にピックアップ６を取り付ける。Ｚ方向可動部４もまた図示しないモータを内蔵しており、Ｘ方向可動部５をＸ方向に駆動することが可能である。
【０００５】
腕部１０の先端には、テーブル２上に載置された被測定物の輪郭形状を測定するための測定子（ピックアップ）６が設けられ、このピックアップ６には、一方の端に触針１１が設けられたカンチレバー７が取り付けられる。
触針１１を被測定物Ｗの測定面１０３を押し当てた状態で、輪郭形状測定装置１の動作を制御するコンピュータ等の計算部３０が、移動機構駆動回路７０を介してＸ方向駆動部４を一定速度で移動させる。すると触針１１が測定面の輪郭に沿って昇降し、これによりカンチレバー７が揺動する。この揺動量がピックアップ６内の作動トランスや作動インダクタンスによって電気信号に変換される。
【０００６】
ピックアップ６の出力信号は、アナログディジタル変換回路（ＡＤＣ）２０に入力されて、アナログディジタル変換回路２０はこのアナログ信号を所定のサンプリング周期でディジタル形式の変位信号列に変換する。
ディジタル形式の変位信号列は計算部３０に入力される。計算部３０は、Ｘ方向可動部５を一定速度で移動させて触針１１を被測定物表面１０３上で移動させながら順次読み取った各変位信号の値から、それぞれの位置における触針１１と被測定物表面１０３との接触点のＺ座標を求め、これを触針１１の移動経路上に順次配置することにより被測定物の表面形状データを作成する。
【０００７】
図２の（Ａ）は、被測定物Ｗの表面上に形成された輪郭形状の形状測定データの例を示す図である。なお本図では簡単のためデータを直線又は曲線にて示したが、実際の形状測定データは被測定物表面上の各位置の座標の測定データ点列からなるのが通常である。図２の（Ａ）に例示する形状測定データは、２つの円弧状のデータ部分ＭＤ１及びＭＤ３と１つの直線状のデータ部分ＭＤ２を含んでいる。
ここで、輪郭形状を特定するために使用可能な、このような円弧や直線、又は円、矩形等の既知の幾何学的形状を、本明細書及び特許請求の範囲において「幾何要素」と記す。
【０００８】
輪郭形状測定装置１の中には、単に被測定物Ｗの表面の形状測定データだけでなく、この形状測定データＭＤ１〜ＭＤ３によって示される輪郭形状（図示の例では円弧Ａ１、Ａ２や直線Ｌ）の寸法などを算出する機能を有するものがある。
例えば図２の（Ｂ）に示すように、円弧状を有する輪郭Ａ１部分について、円弧Ａ１を含む全円の中心位置Ｏ１、全円の半径Ｒ、円弧の開始点Ｐ１及び終了点Ｐ２、開始角θ１及び終了角θ２、並びに真円度を算出することができる。また直線状の輪郭Ｌ部分については、直線Ｌの開始点Ｐ３及び終了点Ｐ４及び長さＬＮや、また所定の座標軸に対する角度などを算出する。
【０００９】
ここで、幾何要素及びこれに対応する形状を有する輪郭形状について、単に「円弧」「直線」「円」「矩形」と等の幾何要素の種類を特定する情報を、本明細書及び特許請求の範囲では幾何要素の「種別」及び輪郭形状の「種別」と記す。
また、幾何要素及びこれに対応する形状を有する輪郭形状について、上記の「種別」と共に使用されることによって幾何要素の大きさや形状及び位置のいずれかを具体的に特定する数値情報を、本明細書及び特許請求の範囲において、幾何要素の「幾何学的性状」及び輪郭形状の「幾何学的性状」と記す。円弧の幾何学的性状の例は、上述の半径Ｒ、開始角θ１及び終了角θ２、中心位置Ｏ、開始点Ｐ１及び終了点Ｐ２である。また直線の幾何学的性状の例は、長さＬＮや座標軸に対する角度及び開始点Ｐ３及び終了点Ｐ４である。
【００１０】
さらに輪郭形状測定装置１には、個々の幾何要素について直接算出した一次的な幾何学的性状に加えて、これら一次的幾何学的性状を示す数値をさらに演算して二次的な幾何学的性状を演算する機能を有するものもある。このような二次的な幾何学的性状の例は、図２の（Ｂ）に示す、２つの弧の中心点Ｏ１及びＯ２間のピッチである。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−１０７１４４号公報
【特許文献２】特開平２００５−１２７９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
被測定物Ｗの表面上に形成された輪郭形状の幾何学的性状を算出するためには、被測定物Ｗの表面を測定した測定形状データの中から当該輪郭形状を測定した部分の範囲と輪郭形状の種別とを指定する必要がある。
従来の輪郭形状測定装置１ではこの指定作業を人間が行っていた。例えば図２の（Ｂ）に示す円弧Ａ１の幾何学的性状を算出する場合には、オペレータは、計算部３０であるコンピュータのディスプレイ上に表示された円弧状の測定データＭＤ１の開始点Ｐ１と終了点Ｐ２をマウスなどの入力手段で指定していた。さらにオペレータは、計算部３０により実現されるグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を操作して、測定データＭＤ１が示す輪郭形状の種別「円弧」を入力していた。
【００１３】
このため入力作業が煩雑であっただけでなく、算出結果にオペレータの個人差によるバラツキを招来していた。すなわち、ある幾何要素に等しい輪郭形状を有する被測定物の表面を測定した場合であっても、実際の被測定物には表面に微小な凹凸がありエッジ部分にはダレが生じるのが通常である。このため幾何学的性状を算出するデータ範囲の指定の微小な違いによって算出結果に大きな差が生じることもある。
【００１４】
そこで本発明では、被測定物の表面に形成された輪郭形状を測定した形状測定データを用いて、その輪郭形状の幾何学的性状を算出する際に、形状測定データのうち、その輪郭形状の幾何学的性状の算出に使用する範囲を指定する作業を自動化ないし半自動化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために本発明では、被測定物の表面上の輪郭形状が設計データに基づいて形成されたものである場合には、被測定物の表面を測定した形状測定データにおける輪郭形状の位置を、設計データにおける輪郭形状の位置から決定する。
本発明の第１形態によれば、輪郭形状を特定する幾何要素を含む設計データに従って形成された、被測定物表面上の輪郭形状の幾何学的性状を算出する被測定物の幾何学的性状算出方法が提供される。この方法では、被測定物表面上の輪郭形状を測定して得た形状測定データと設計データとの間の位置合わせを行い、形状測定データのうち幾何要素に従って形成された輪郭形状の部分のデータの範囲の外端の位置を、形状測定データに位置合わせされた設計データに含まれる幾何要素の外端の位置から決定する。
【００１６】
本発明の第２形態によれば、輪郭形状を特定する幾何要素を含む設計データに従って形成された、被測定物表面上の輪郭形状の幾何学的性状を算出するための、被測定物の幾何学的性状算出プログラムが提供される。
このプログラムは、被測定物表面の輪郭形状を測定して得た形状測定データと設計データとの間の位置合わせを行うステップと、形状測定データのうち幾何要素に従って形成された輪郭形状の部分のデータの範囲の外端の位置を、形状測定データに位置合わせされた設計データに含まれる幾何要素の外端の位置から決定するステップと、をコンピュータに実行させる。
【００１７】
本発明の第３形態によれば、被測定物の表面上の輪郭形状測定を行う輪郭形状測定部と、輪郭形状測定の結果から被測定物の表面上の輪郭形状の形状測定データを生成する形状測定データ生成部と、形状測定データが示す輪郭形状の幾何学的性状を算出する幾何学的性状算出部と、を有する輪郭形状測定装置が提供される。ここで輪郭形状測定装置には、輪郭形状を特定する幾何要素を含む設計データとこれに従って形成された被測定物表面の輪郭形状の形状測定データとの間の位置合わせを行う位置合わせ部と、形状測定データのうち幾何要素に従って形成された輪郭形状の部分のデータの範囲の外端の位置を、形状測定データに位置合わせされた設計データに含まれる幾何要素の外端の位置から決定するデータ範囲決定部と、が設けられる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によって、被測定物の表面上に形成された輪郭形状の幾何学的性状を算出するために必要な、算出範囲と種別の指定を自動的に行うことができるので作業効率を大幅に向上することが可能となる。
また算出範囲の境界位置を定める判断基準を常に一定に保つことが可能となるために、オペレータによる算出結果のバラツキが解消される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図３は、図１に示す輪郭形状測定装置を制御して、本発明による輪郭形状測定装置を実現する計算部の概略構成例を示す図である。本発明の実施例による輪郭形状測定装置のその他の構成要素は、図１に示す輪郭形状測定装置１と同様であるため、記載の重複を防ぐために説明を省略する。
【００２０】
コンピュータ等で実現される計算部３０は、輪郭形状測定装置１の制御プログラムや、またピックアップ６からの出力信号を処理して表面形状データを作成するプログラムなどを実行するＣＰＵ３１と、ＣＰＵ３１による各プログラムの実行に必要なデータを記憶するための、ＲＡＭ及びＲＯＭなどの主記憶装置３２と、ＣＰＵ３１が実行する各プログラムや作成した表面形状データを保存するための副記憶装置３３と、副記憶装置３３とＣＰＵ３１との間のデータのやりとりを行うインタフェース３４と、を備える。
【００２１】
また計算部３０は、オペレータによるコマンドやデータの入力操作を受け付けるキーボードやマウス等の入力部３５と、入力部３５から入力されたオペレータによるコマンドやデータを計算部３０本体に入力するインタフェース３６と、輪郭形状測定装置１の測定結果データやグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）等で実現される輪郭形状測定装置１の操作画面を表示するディスプレイ装置である表示部３７と、表示部３７を制御してＣＰＵ３１が実行する各プログラムにより生成される表示内容を表示部３７に表示させる表示制御部３８と、を備える。
さらに計算部３０は、ピックアップ６からの出力信号をアナログディジタル変換回路２０にてディジタル信号に変換した変位信号を計算部３０本体に入力するインタフェース３９と、またＺ方向可動部４及びＸ方向可動部５の動作を制御する制御信号を移動機構駆動回路７０に出力するためのインタフェース部（Ｉ／Ｆ）４０と、を備えて構成される。
【００２２】
図４は、図３に示す計算部３０のＣＰＵ３１により実行される輪郭形状測定プログラム５０によって実現される機能ブロック図である。計算部３０のＣＰＵ３１は、副記憶装置３３に記憶された輪郭形状測定プログラム５０を実行することにより、輪郭形状測定プログラム５０に組み込まれた幾何学的性状算出プログラムによって実現される幾何学的性状算出部５２と、形状測定データ生成部５１と、表示部３７に表示するグラフィカルユーザインタフェースを生成するＧＵＩ部５３の、の各機能ブロックを実現する。
【００２３】
形状測定データ生成部５１は、被測定物Ｗの表面の輪郭形状の形状測定データを生成する。例えば、形状測定データ生成部５１は、図１に示す触針１１を被測定物Ｗの表面に接触させた状態でＸ方向可動部５が一定速度で移動している間に、アナログディジタル変換回路２０を介してピックアップ６が検出する変位信号を順次読み取って、このとき読み取った変位信号が示す触針１１と被測定物Ｗとの間の接触点のＺ座標を、触針１１の移動経路上に各々配置することにより被測定物Ｗの表面の形状測定データを作成する。
【００２４】
ＧＵＩ部５３は、形状測定データに含まれた輪郭形状に対する幾何学的性状の算出を、幾何学的性状算出部５２に行わせるために必要な入力操作を、オペレータが表示部３７及び入力部３５を介して行うためのＧＵＩ画面を生成する。
例えばＧＵＩ部５３は、形状測定データ生成部５１が生成した被測定物Ｗの表面の形状測定データや、被測定物Ｗの表面形状を形成する際に基となった被測定物Ｗの表面の輪郭形状の設計データを、所定のウインドウ部分に表示するＧＵＩ画面を生成する。
またＧＵＩ部５３は、オペレータが幾何学的性状算出部５２の動作を指定するために必要なメニュー、プルダウンメニュー及びチェックボックス等の操作部を有するＧＵＩ画面を生成する。またＧＵＩ部５３は必要に応じて、ＧＵＩ画面上に表示した形状測定データや設計データの表示箇所がマウス等で指示されたことを検出して、オペレータが指定した形状測定データや設計データの範囲や部分を検出することも可能である。
【００２５】
幾何学的性状算出部５２は、形状測定データ生成部５１が生成した形状測定データに含まれる輪郭形状の幾何学的性状を算出する。このため幾何学的性状算出部５２は、形状測定データに含まれた輪郭形状から直接定まる幾何学的性状を算出する一次性状算出部６４と、一次性状算出部６４が形状測定データから算出した一次的な幾何学的性状をさらに演算して二次的な幾何学的性状を演算する二次性状算出部６５を、備える。
一次性状算出部６４及び二次性状算出部６５が算出した幾何学的性状データは、副記憶装置３３に保存され又はＧＵＩ画面上に表示される。
形状測定データ生成部５１が生成した形状測定データのうち、いずれの範囲のデータを一次性状算出部６４により幾何学的性状を算出すべきデータの範囲とし、このデータの範囲に含まれる輪郭形状の種別が何であるかは、オペレータがＧＵＩ画面を操作することによって従来通り指定できる。
【００２６】
しかし、幾何学的性状算出部５２は、形状測定データ生成部５１が生成した形状測定データが、既知の設計データに従って表面の輪郭形状が形成された被測定物Ｗを測定したものであるときには、この設計データに基づいて、輪郭形状の幾何学的性状を算出すべきデータの範囲と輪郭形状の種別とを自動的に決定する。
すなわち、物体の輪郭形状を形成する際にその形状を指定するために使用されるＣＡＤデータなどの設計データは、「円弧」「直線」「円」「矩形」などの複数の種類の既知の幾何学的形状を有する幾何要素を用いて輪郭形状を特定している。そして被測定物Ｗの表面の輪郭形状を形成する際にその基となった設計データには、被測定物Ｗの表面上に形成された輪郭形状に対応する幾何要素の種別データ、座標データ、及び幾何要素の寸法等である幾何学的性状を特定する性状データが含まれている。
【００２７】
そこで幾何学的性状算出部５２は、計算部３０に読み込まれ副記憶装置３３等に記憶された、被測定物Ｗの表面の輪郭形状の設計データから、この設計データに含まれる幾何要素の種別データ、座標データ及び性状データを読み出す。そして、形状測定データ生成部５１が生成した形状測定データのうち、設計データに含まれる幾何要素に従って形成された輪郭形状の部分を測定した範囲の外端の位置、及びこの輪郭形状の種別を、この幾何要素の種別データ及び性状データに基づいて決定する。
【００２８】
このため幾何学的性状算出部５２は、形状測定データ生成部５１が生成した被測定物Ｗの表面の輪郭形状の形状測定データと、被測定物Ｗの表面の輪郭形状を形成する基となった設計データと、の位置合わせを行う位置合わせ部６１を備える。
また幾何学的性状算出部５２は、形状測定データに位置合わせされた設計データに含まれる幾何要素の種別から、形状測定データのうちの、幾何要素に対応して形成された輪郭部分の形状の種別を決定する幾何要素種別決定部６２を備える。
さらに幾何学的性状算出部５２は、形状測定データに位置合わせされた設計データに含まれる幾何要素の外端の位置から、形状測定データのうちの、この幾何要素に従って形成された輪郭形状の部分を測定した範囲を決定するデータ範囲決定部６３を備える。
【００２９】
そしてデータ範囲決定部６３は、決定したデータの範囲の全部又は一部を、幾何学的性状を算出するべきデータ範囲として、一次性状算出部６４に対して指定する。また、幾何要素種別決定部６２は、幾何要素に対応して形成された輪郭部分の形状の種別を一次性状算出部６４に与える。
一次性状算出部６４は、これらデータ範囲と種別に基づいて、形状測定データ生成部５１が生成した形状測定データのうちの、指定されたデータ範囲に含まれる輪郭形状の幾何学的性状を算出する。
【００３０】
図５は、本発明の実施例による幾何学的性状算出方法の全体フローチャートである。
まず、ステップＳ１１において、図１に示す輪郭形状測定装置１は、触針１１を被測定物Ｗの表面に接触させながらＸ方向可動部５を一定速度で移動させて、その間にピックアップ６が検出する変位信号を検出することにより、被測定物Ｗの表面の輪郭形状を測定する。
次にステップＳ１２において、計算部３０により実現される図４に示す輪郭形状測定プログラム５０の形状測定データ生成部５１は、アナログディジタル変換回路２０を介してピックアップ６が検出する変位信号を順次読み取って、被測定物Ｗの表面の輪郭形状の形状測定データを生成する。
【００３１】
ここで、形状測定データ生成部５１によって形状測定データが生成された被測定物Ｗの表面には、既知の設計データに含まれる幾何要素に従って輪郭形状が形成された箇所を有していると仮定する。図６の（Ａ）は、形状測定データ生成部５１が形状測定データＭＤの例を示す図であり、図６の（Ｂ）は、図６の（Ａ）に示す形状測定データＭＤを採取した箇所の輪郭形状の設計データＤＤを示す図である。
図６の（Ａ）に示すように、形状測定データＭＤのＭＤ１の範囲には、円弧状の凹部を測定した形状測定データが含まれている。このＭＤ１の範囲にある輪郭形状は、図６の（Ｂ）に示す設計データＤＤに含まれる円弧Ａに従って形成されたものである。
【００３２】
設計データＤＤは、輪郭形状を特定する幾何要素の種別データと、座標データと、幾何要素の寸法等を指定する性状データとを含んで構成されている。例えば図６の（Ｂ）に示す円弧Ａのように、種別が「円弧」である幾何要素を含む設計データＤＤには、この幾何要素Ａの座標データとして円弧Ａを含む全円の中心点Ｏの座標が、この幾何要素Ａの性状データとしてこの全円の半径Ｒ、円弧Ａの開始角θ１及び円弧Ａの終了角θ２が含まれている。
図５に戻り、ステップＳ１３では、被測定物Ｗの表面の輪郭形状の設計データＤＤを用いて、被測定物Ｗの表面の形状測定データＭＤのうちからこの輪郭形状の幾何学的性状の計算を行うデータ範囲と、この輪郭形状の種別を決定する。
【００３３】
図７は、図５に示すサブルーチンＳ１３のフローチャートである。サブルーチンＳ１３では、形状測定データＭＤと設計データＤＤとの間で位置合わせを行った後、位置合わせされた設計データＤＤに含まれる幾何要素の外端の位置を求め、この幾何要素に従って形成された輪郭部分の形状測定データの範囲の外端を、この幾何要素の外端の位置から求める。
まずステップＳ２０では、図４に示す幾何学的性状算出部５２の位置合わせ部６１は、形状測定データＭＤの座標と設計データＤＤの座標との間の相対位置差を求めることによってこれらの間の位置合わせを行う。図８の（Ａ）〜図８の（Ｃ）は、形状測定データＭＤと設計データＤＤの位置合わせ方法の一例の説明図である。
【００３４】
形状測定データＭＤの座標は、輪郭形状測定装置１のテーブル２上のどこに被測定物Ｗを置くかに応じて変化するため、形状測定データＭＤの座標と設計データＤＤの座標とは図８の（Ａ）に示すように相対位置差ｅがある。このため、図８の（Ｂ）に示すように幾何要素Ａの外端Ｐ１及びＰ２の位置から、この幾何要素Ａに従って形成された輪郭部分のデータ範囲ＭＤ１を求めるためには、形状測定データＭＤの座標と設計データＤＤの座標との間の相対位置差ｅを求める必要がある。
【００３５】
そこで、例えば図８の（Ｃ）に示す位置合わせ方法では、設計データＤＤ上の各点ＰＤ１〜ＰＤ５と、これらの点からそれぞれ最も近い形状測定データ上の点ＰＭ１〜ＰＭ５と、の間のそれぞれの位置誤差ｅｉ１〜ｅｉ５を求め、これら総誤差Σｅｉｊ（ｊ＝１〜５）が最も小さくなるような、形状測定データＭＤと設計データＤＤとの間の相対移動量を算出する。
図９は、例えば形状測定データＭＤの座標と設計データＤＤの座標との間の相対位置差ｅに、データの回転誤差が含まないと仮定した場合の、形状測定データＭＤと設計データＤＤとの位置合わせ方法の一例を示すフローチャートである。
【００３６】
ステップＳ３１において位置合わせ部６１は、現状の相対位置関係において、設計データＤＤ上のＭ個の点と、これらの点からそれぞれ最も近い形状測定データ上の点との間のそれぞれの位置誤差ｅｉ１〜ｅｉＭを求め、これらの総誤差ｅ０（＝Σｅ０ｊ（ｊ＝１〜Ｍ））を計算し、ステップＳ３２において総誤差ｅ０を一時保存する。
次にステップＳ３３〜ステップＳ３６において位置合わせ部６１は、形状測定データＭＤと設計データＤＤとの相対位置を、全方位３６０度をＮ等分した各方向θｉ（ｉ＝１〜Ｎ）のそれぞれの方向に所定の距離だけずらした場合の、各総誤差ｅｉ（＝Σｅｉｊ（ｊ＝１〜Ｍ））を計算し、保存する。
【００３７】
ステップＳ３７において位置合わせ部６１は、各方向θｉについて計算した各総誤差ｅｉのいずれもが、ステップＳ３２で保存した移動前の総誤差ｅ０よりも増加していた場合には、現在、形状測定データＭＤと設計データＤＤとが最も良く位置合わせされていると判断して処理を終了する。
また、各角度θｉについて計算した各総誤差ｅｉのいずれかが総誤差ｅ０より小さい場合には、位置合わせ部６１は、これら各総誤差ｅｉのうち最も小さい総誤差ｅｔとなった方向θｔを、形状測定データＭＤと設計データＤＤとの間の相対位置をずらす方向として決定する。ステップＳ３９において位置合わせ部６１は、形状測定データＭＤと設計データＤＤとの位置をθｔの方向に所定の距離だけ相対移動させ、そのときの各総誤差ｅｏ（＝Σｅｏｊ（ｊ＝１〜Ｍ））を計算し、保存する（ステップＳ４０、Ｓ４１）。
【００３８】
ステップＳ４２において位置合わせ部６１は、形状測定データＭＤと設計データＤＤとの位置をθｔの方向に所定の距離だけさらに相対移動させ、そのときの各総誤差ｅｎ（＝Σｅｎｊ（ｊ＝１〜Ｍ））を計算し、保存する（ステップＳ４３、Ｓ４４）。
そしてステップＳ４５において位置合わせ部６１は、ステップＳ４２による相対移動によって形状測定データＭＤと設計データＤＤとの間の位置誤差が増加したか否か（すなわちｅｎ＞ｅｏとなったか否か）を判定し、まだ増加していない場合にはステップＳ４６において各総誤差ｅｏの値を各総誤差ｅｎの値に更新した後に、処理をステップＳ４２に戻す。
【００３９】
以後、位置合わせ部６１は、θｔ方向の相対移動によって形状測定データＭＤと設計データＤＤとの間の位置誤差が、最小値を過ぎて増加し始めるまでステップＳ４２〜ステップＳ４６を繰り返し、形状測定データＭＤと設計データＤＤとの間の位置誤差が最小値を過ぎたとき（すなわちステップＳ４５の判定でｅｎ＞ｅｏ）となったとき、ステップＳ４７において形状測定データＭＤと設計データＤＤとの間の相対位置を、−θｔの方向に１ステップだけ戻してステップＳ３１に処理を戻す。
位置合わせ部６１は以上の動作を、形状測定データＭＤと設計データＤＤとを全方向に相対移動させたときに、いずれ方向においても形状測定データＭＤと設計データＤＤとの間の位置誤差が増加するまで繰り返す。
その結果、形状測定データＭＤの座標と設計データＤＤの座標とは、これらのデータが図８の（Ｂ）に示すように最も良く重なり合うまで相対移動されるので、移動前の位置関係と移動後の位置関係を比較することによって相対位置差ｅを求めることができる。
【００４０】
図７に戻りステップＳ２１では、図４に示す幾何要素種別決定部６２は、形状測定データＭＤに位置合わせされた設計データＤＤに含まれる幾何要素の種別データ（図６の（Ｂ）に示す例では幾何要素「Ａ」の種別データ「円弧」）を、この幾何要素に従って形成された輪郭形状の種別として決定する。
またデータ範囲決定部６３は、被測定物Ｗの表面の形状測定データＭＤのうちからこの幾何要素に従って形成された輪郭形状のデータ範囲（図６の（Ａ）に示す例ではデータ範囲ＭＤ１）を決定する。
【００４１】
図７に示すルーチンＳ２１にて実行される各ステップの例を示すフローチャートを、図１０に示す。
まず、ステップＳ５１において、幾何要素種別決定部６２は、形状測定データＭＤに位置合わせされた設計データＤＤに含まれる幾何要素の種別データを、この幾何要素に従って形成された輪郭形状の種別として決定する。
ステップＳ５２において、データ範囲決定部６３は、ステップＳ５１で決定した種別データに応じて、この幾何要素の性状データからこの幾何要素の外端の座標を取得する。
【００４２】
ここで幾何要素の「外端」とは、設計データＤＤ中の幾何要素が、例えば図１１の（Ａ）に示す円弧ＯＣのような開曲線である場合には、その両端ＥＰ１及びＥＰ２をいう。幾何要素が、直線である場合、あるいは多角形を構成する閉じた図形の辺の一部を除くことによって定義される開いた図形である場合も同様である。
そして、例えば幾何要素が円弧ＯＣである場合には、その種別データ、円弧ＯＣを含む前縁Ｃの中心位置Ｏ、並びに開始角θ１及び終了角θ２に応じて、既知の算出式によって外端ＥＰ１及びＥＰ２の位置を算出することが可能である。
設計データＤＤ中の幾何要素が、例えば図１１の（Ｂ）に示す半球の球面のような開いた面Ｓである場合には、データ範囲決定部６３は、その開いた面Ｓを囲う閉曲線ＥＣを幾何要素の「外端」とする。
【００４３】
ここで、幾何学的性状の計算を所望する形状測定データＭＤが、閉曲線や閉曲面などの閉じた図形である場合には、そもそも計算を行うデータ範囲の開始点と終了点とを指定する必要がないため外端の位置を算出する必要がない。
このような場合には、データ範囲決定部６３は、この幾何要素に対応する輪郭形状のデータ範囲を決定せず、一次性状算出部６４は、幾何要素種別決定部６２が決定した種別のみを用いて形状測定データに含まれる輪郭形状の幾何学的性状の計算を行う。
【００４４】
ステップＳ５３において、データ範囲決定部６３は、ステップＳ５２で取得した幾何要素の外端に対応する形状測定データ上の位置を決定し、この位置を、幾何要素に従って形成された輪郭形状の部分を測定したデータの範囲の外端とする。例えばデータ範囲決定部６３は、形状測定データ上の各位置のうち、ステップＳ５２で取得した幾何要素の外端に最も近い位置を、このようなデータ範囲の外端として決定してよい。
【００４５】
図７に戻り、ステップＳ２２においてデータ範囲決定部６３は、決定したデータ範囲の全部又は一部を、幾何学的性状を算出するべきデータ範囲として決定する。図１２に、データ範囲決定部６３による算出範囲の決定方法の例を示す。
まずステップＳ２１において、設計データＤＤの幾何要素である円弧Ａの外端Ｐ１及びＰ２に最も近い測定データＭＤ上の点Ｐ１’及びＰ２’が、設計データＤＤの円弧Ａに対応する輪郭部分ＲＮ１を測定したデータ範囲として決定されたとする。
【００４６】
しかし図示のように、通常の被測定物Ｗでは、理論的な設計データＤＤよりも点Ｐ１’及びＰ２’のエッジがダレており、点Ｐ１’及びＰ２’の近傍部分を含む範囲ＲＮ１のデータに基づいて幾何学的性状を算出すると、算出結果に大きな誤差を生じるおそれがある。
したがってデータ範囲決定部６３は、幾何要素に対応して形成された輪郭部分の範囲として決定された範囲ＲＮ１より、所定のマージンΔＭだけ内側の範囲ＲＮ２を、幾何学的性状を算出するべきデータ範囲として決定する。
【００４７】
そして図５に戻り、ステップＳ１４において、一次性状算出部６４は、データ範囲決定部６３が決定した算出範囲と、幾何要素種別決定部６２が決定した輪郭形状の種別を用いて、この算出範囲の形状測定データが示す輪郭形状の幾何学的性状を特定する数値を算出する。例えば算出範囲の形状測定データが図６の（Ａ）に示す円弧状の輪郭形状を示す場合には、一次性状算出部６４は、この輪郭形状を含む全円の中心位置、半径、円弧の開始角及び終了角、並びに開始位置及び終了位置等の幾何学的性状を算出する。
【００４８】
さらにステップＳ１５では、ＧＵＩ部５３は、ステップＳ１４において算出された一次的な幾何学的性状を示す数値を更に演算して、二次的な幾何学的性状を演算するための、操作手段を、表示部３７に表示されるＧＵＩ画面上に提供する。
例えば、ＧＵＩ部５３は、一次的な幾何学的性状の算出が済んだデータ範囲と、算出するべき二次的な幾何学的性状の種類と、をオペレータがマウスを用いて選択することができる選択画面を生成してよい。
次にステップＳ１６では、ＧＵＩ部５３により生成されたＧＵＩ画面を介して入力したオペレータの操作コマンドに従って、ステップＳ１４において算出された一次的な幾何学的性状を示す数値を更に演算して、二次的な幾何学的性状を演算する。
【００４９】
図１３は、図５に示す、幾何学的性状の計算を行う形状測定データＭＤの範囲と輪郭形状の種別を決定するサブルーチンＳ１３の第２例のフローチャートである。
設計データに複数の幾何要素が含まれ、形状測定データにもこれら複数の幾何要素に対応する輪郭形状がそれぞれ含まれている場合、その全てについて幾何学的性状の計算を行う必要がない場合がある。したがって図１３に示すフローチャートでは、形状測定データ中に複数含まれる輪郭形状のうち、幾何学的性状の計算を行う必要があるものだけ計算範囲を決定する場合の例を示す。
【００５０】
まず、ステップＳ６０において図４に示すＧＵＩ部５３は、形状測定データ生成部５１が生成した形状測定データＭＤを表示部３７上に表示する。このとき例えばＧＵＩ部５３は、図１４に示すように、形状測定データＭＤをＧＵＩ画面上のウインドウ部１０１に表示してよい。
そして、オペレータが表示部３７上の一箇所を指定すると、この場所を含む所定の範囲内に表示された形状測定データを計算対象データとして選択する。
例えば、オペレータがマウス等の入力部３５を操作して、ウインドウ１０１に表示されたカーソル１０２の位置を測定データＭＤの表示箇所１０３の上へ移動させ、この位置１０３を指定すると、ＧＵＩ部５３はこの位置を中心とする幅Ｗ及び高さＨの矩形領域内の形状測定データを選択する。
【００５１】
次にステップＳ６１において、ＧＵＩ部５３は、計算部３０に読み込まれ副記憶装置３３等に記憶された設計データＤＤを表示部３７上に表示する。そして、オペレータが、ＧＵＩ画面を操作して、ステップＳ６０で選択した形状測定データの箇所の輪郭形状の設計データである幾何要素を指定すると、ＧＵＩ部５３は、この幾何要素をステップＳ６０で選択した形状測定データに対応する幾何要素として選択する。
【００５２】
そしてステップＳ２０において位置合わせ部６１は、図８及び図９を参照して説明したのと同様に、ステップＳ６０で選択した範囲の形状測定データと、ステップＳ６１において選択した幾何要素との間の相対位置差がなくなるように、形状測定データと設計データとの間の位置合わせを行う。
ステップＳ２１において、幾何要素種別決定部６２とデータ範囲決定部６３は、図１０を参照して説明したのと同様に、ステップＳ６０で選択した範囲の形状測定データのうちの、ステップＳ６１において選択した幾何要素に従って形成された輪郭形状を測定したデータ範囲、並びに輪郭形状の種別を決定する。
ステップＳ２２において、データ範囲決定部６３は、図１２を参照して説明したのと同様に、決定したデータ範囲の全部又は一部を、幾何学的性状を算出するべきデータ範囲として決定する。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、被測定物の輪郭形状を測定する輪郭形状測定装置、並びに被測定物表面上に形成された輪郭形状の輪郭形状を測定した形状測定データから、その輪郭形状の寸法や、中心位置又は真円度といった幾何学的性状を算出する方法及びプログラムに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】輪郭形状測定装置の基本構成図である。
【図２】（Ａ）は被測定物表面上に形成された輪郭形状の形状測定データの例であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す輪郭形状について算出される幾何学的性状の例を示す図である。
【図３】図１に示す輪郭形状測定装置を制御して、本発明による輪郭形状測定装置を実現する計算部の概略構成例を示す図である。
【図４】図３に示す計算部により実現される機能ブロック図である。
【図５】本発明の実施例による幾何学的性状算出方法の全体フローチャートである。
【図６】（Ａ）は形状測定データ生成部５１が形状測定データＭＤの例を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す形状測定データＭＤを採取した箇所の輪郭形状の設計データＤＤを示す図である。
【図７】図５に示すサブルーチンＳ１３の第１例のフローチャートである。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は形状測定データと設計データの位置合わせ方法の一例の説明図である。
【図９】図７に示すサブルーチンＳ２０の一例のフローチャートである。
【図１０】図７に示すサブルーチンＳ２１のフローチャートである。
【図１１】（Ａ）〜（Ｄ）は、幾何要素の外端の例を示す説明図である。
【図１２】幾何学的性状の算出範囲の決定方法の説明図である。
【図１３】図５に示すサブルーチンＳ１３の第２例のフローチャートである。
【図１４】幾何学的性状を算出する形状測定データを選択するＧＵＩ画面を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１    輪郭形状測定装置
２    テーブル
３    コラム
４    Ｚ方向可動部
５    Ｘ方向可動部
６    ピックアップ
７    カンチレバー
１０    腕部
１１    触針
５０    輪郭形状測定プログラム
５２    幾何学的性状算出部
【図１】
2008116392.tif 000003
【図２】
2008116392.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008116392.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008116392.tif 000008
【図７】
2008116392.tif 000009
【図８】
2008116392.tif 000010
【図９】
2008116392.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2008116392.tif 000014
【図１３】
2008116392.tif 000015
【図１４】
2008116392.tif 000016