(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサで取得した物体の輪郭に関する測定点列のフェアリング方法であって、
取得した測定点列のうち所定範囲の測定点で構成する測定点グループにより近似される仮部分曲線を取得する仮曲線取得ステップと、
取得した仮部分曲線と各測定点までの距離の最大のものが予め設定された許容値よりも小さい場合には、前記所定の測定点の数を任意に増加してこれを最大点数とし、前記所定範囲の測定点の数を最小点数とし、
前記取得した仮部分曲線と各測定点までの距離の最大のものが予め設定された許容値よりも大きい場合には、前記所定の測定点の数を任意に縮小してこれを最小点数とし、前記所定範囲の測定点の数を最大点数とする点数修正ステップと、
点数修正された前記最大点数と前記最小点数の差と予め設定された判定値との比較に基づいて、点数の再修正が可能であるか否かを判定する修正判定ステップと、
修正判定結果に基づいて、点数の再修正を行うか部分曲線の確定を行うかを決定する確定ステップと、
を含むことを特徴とする測定点列のフェアリング方法。
【請求項２】
センサで取得した物体の輪郭に関する測定点列のフェアリング方法であって、
取得した測定点列のうち所定範囲の測定点で構成する測定点グループにより近似される仮部分曲線を取得する仮曲線取得ステップと、
取得した仮部分曲線と各測定点までの距離の最大のものが予め設定された許容値よりも小さい場合には、前記所定の測定点の数を任意に増加してこれを最大点数とし、前記所定範囲の測定点の数を最小点数とし、
前記取得した仮部分曲線と各測定点までの距離の最大のものが予め設定された許容値よりも大きい場合には、前記所定の測定点の数を任意に縮小してこれを最小点数とし、前記所定範囲の測定点の数を最大点数とする点数修正ステップと、
点数修正された前記最大点数と前記最小点数の差と予め設定された判定値との比較に基づいて、点数の再修正が可能であるか否かを判定する修正判定ステップと、
修正判定結果に基づいて、点数の再修正を行うか部分曲線の確定を行うかを決定する確定ステップと、を含み、
前記確定ステップにおいて点数の再修正を行うと決定された場合に、再修正された点数に基づいて、前記仮曲線取得ステップにおいて仮部分曲線を再取得する
ことを特徴とする測定点列のフェアリング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は測定点列のフェアリング方法、特に小形状の工業製品の輪郭形状を正確に認識するために用いる測定点列のフェアリング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から工業製品（例えば、ボールネジの転動溝）の形状を認識するためには、輪郭測定機や三次元測定機、画像測定機等を利用している。これらの測定機は、先端が略球状（Ｒ形状）のプローブを被測定物体である工業製品に接触させ、例えば、０．１μｍで順次物体の輪郭データを取得している。取得したデータ（測定点列）には所定のアルゴリズムに従った演算処理が施され、物体の輪郭が認識される。この時、比較的大きな先端Ｒ形状（例えば、Ｒ＝０．０２５ｍｍ）のプローブを介して収集されるデータは、微細な形状が機械的に除去された状態で演算処理部に供給される。つまり、プローブは物体表面においてプローブ先端形状より狭い凹部（表面粗さによる凹部も含む）には進入することができないため、プローブと物体表面が接触した時点で先端Ｒ径以下の細密情報が除去されることになる。その結果、先端Ｒ径に応じて測定精度は低下するが測定ばらつきの少ない輪郭認識を行うことができる。
【０００３】
そして、認識された輪郭は、例えば物体の品質検査や物体の輪郭形状に基づく設計データ等に活用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年の測定技術の発展に伴い、細密なデータが取得できる高精度測定機が多く登場してきた。そして、このような高精度測定機の登場によって、より小さな物体の正確な輪郭測定を行いたいという要望が高まった。これらの高精度測定機のプローブは、粗さ測定等に使用するような先端形状が非常に鋭利なもの（例えば、先端Ｒ＝５μｍ）で、物体の表面凹部にも容易に進入できる形状である。これらの測定機で取得した細密データ群（測定点列）に関しても従来と同様に演算処理を施し、輪郭認識を行う必要がある。
【０００５】
しかし、取得される測定点列は、微細過ぎるが故、物体表面の粗さ情報等が包含されたものになる。この場合、粗さ情報等を考慮せず従来の輪郭認識の演算処理を用いると粗さ情報によってデータ処理結果が変動してしまう。すなわち、同一の物体を測定しても僅かな測定ポイントのズレや測定時の周囲環境（例えば、温度、湿度等）の変化等で算出される結果に変動が生じ、認識される輪郭形状結果が大きく変わってしまうという問題がある。
【０００６】
また、粗さ情報等を除去する方法としては、ローパスフィルタを用いることも考えられるが、ローパスフィルタは、本来物体が有している高周波成分も除去してしまうので、最終的に認識される物体の輪郭が歪んでしまう（例えば、本来円形状のものが楕円形状に認識されたりする）という問題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、細密な測定点列を取得した場合でも表面粗さを適切に排除し正確かつ安定した高精度の測定結果を得ることのできる測定点列のフェアリング方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、取得した測定点列のうち所定範囲の測定点で構成する測定点グループにより近似される仮部分曲線を取得する仮曲線取得ステップと、取得した仮部分曲線と各測定点までの距離の最大のものが予め設定された許容値よりも小さい場合には、所定の測定点の数を任意に増加してこれを最大点数とし、所定範囲の測定点の数を最小点数とし、取得した仮部分曲線と各測定点までの距離の最大のものが予め設定された許容値よりも大きい場合には、所定の測定点の数を任意に縮小してこれを最小点数とし、所定範囲の測定点の数を最大点数とする点数修正ステップと、点数修正された最大点数と最小点数の差と予め設定された判定値との比較に基づいて、点数の再修正が可能であるか否かを判定する修正判定ステップと、修正判定結果に基づいて、点数の再修正を行うか部分曲線の確定を行うかを決定する確定ステップとによって達成できる。
更に、本発明の目的は、取得した測定点列のうち所定範囲の測定点で構成する測定点グループにより近似される仮部分曲線を取得する仮曲線取得ステップと、取得した仮部分曲線と各測定点までの距離の最大のものが予め設定された許容値よりも小さい場合には、所定の測定点の数を任意に増加してこれを最大点数とし、所定範囲の測定点の数を最小点数とし、取得した仮部分曲線と各測定点までの距離の最大のものが予め設定された許容値よりも大きい場合には、所定の測定点の数を任意に縮小してこれを最小点数とし、所定範囲の測定点の数を最大点数とする点数修正ステップと、点数修正された最大点数と最小点数の差と予め設定された判定値との比較に基づいて、点数の再修正が可能であるか否かを判定する修正判定ステップと、修正判定結果に基づいて、点数の再修正を行うか部分曲線の確定を行うかを決定する確定ステップと、を含み、確定ステップにおいて点数の再修正を行うと決定された場合に、再修正された点数に基づいて、仮曲線取得ステップにおいて仮部分曲線を再取得することによっても達成できる。
【０００９】
ここで、仮部分曲線取得ステップで取得する仮部分曲線は、対象となる測定点を最も多く含む（最も各測定点に近似された）曲線セグメントを得るステップであり、予め準備された複数種類の曲線群の中から選択してもよいし、例えばベジェ曲線等の自由曲線を算出して利用して最適な曲線を当てはめてもよい。また、範囲修正ステップと修正判定ステップは、取得した仮部分曲線と実際の測定点との距離が所定範囲内であるか否か、つまり仮部分曲線が測定点に対して所定のばらつき範囲（誤差範囲）内で取得されているか否かを判定し、現在の仮部分曲線が所定ばらつき範囲内で取得されていれば、測定点グループの範囲を拡大し、更に広い範囲で仮部分曲線の取得を行わせる。一方、現在の仮部分曲線が所定ばらつき範囲内で取得されていない場合、測定点グループの範囲を縮小し、更に狭い範囲で仮部分曲線の取得を行わせる。この時、ばらつき（誤差）範囲を表面粗さの程度に応じて決定しておけば、取得される仮部分曲線は、表面粗さを考慮（排除）した状態で近似されることになる。逆に、表面粗さ以上のばらつき情報は、物体本来の形状に起因する情報であると判断される。従って、各測定点が適切に反映された最適な部分曲線を得ることができる。なお、本発明において、輪郭とは、測定対象の物体外形の全周範囲またはその一部を意味する。
【００１０】
このように、部分曲線を取得するために使用する測定点グループの範囲を測定点のばらつきに応じて適宜修正することにより測定点の反映度がほぼ均一な部分曲線を得ることが可能になり、そのような部分曲線を連続取得することにより細密な測定点列データを取得した場合でも、表面粗さや測定に依存するばらつきのみを排除したフェアリング処理を行うことが可能で物体が本来有する表面曲線を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態（以下、単に実施形態という）について説明する。
【００１２】
図１には、本実施形態の測定点列のフェアリング方法を実現するための処理装置１０の構成概念図が示されている。この処理装置１０は、主に、センサ１２とフェアリング処理部１４、形状処理部１６、結果表示部１８等で構成されている。前記センサ１２は、測定対象である物体の表面に接触して、その輪郭データを所定ピッチ（例えば、０．１μｍ）で連続的に取得して測定点列をフェアリング処理部１４に提供するものであり、先端形状が鋭利な（例えば、先端Ｒ＝５μｍ）プローブである。また、このセンサ１２の代わりに粗さ測定機等で取得される物体の表面データをフェアリング処理部１４に入力してもよい。なお、本実施形態において、輪郭とは物体外形の全周範囲またはその一部を意味するものとする。フェアリング処理部１４は、図２に示すフローチャートに従って取得データの処理を行う部分であり、詳細については後述する。また、形状処理部１６は、フェアリング処理部１４でフェアリングされた結果に基づいて、線図を合成する部分である。通常、フェアリングされた結果は、再度点列分解され、改めて最少二乗法等を用いて、円や線等に合成され、結果表示部１８に輪郭や線図等として表示される。なお、フェアリング処理された、すなわち測定対象の輪郭等に基づいてオフセット線図を得る場合や線図作成要素として利用する場合には、フェアリングされた結果を結果表示部１８に直接提供してもよい。
【００１３】
図２のフローチャートを用いて、フェアリング処理部１４の処理手順を説明する。まず、センサ１２が取得した物体の輪郭に関する測定点列の任意の測定点を始点として現在の測定点グループの範囲、すなわち現在の処理対象となる測定点の点数を決める。処理のスタート時点では、初期値（任意に変更可能）が与えられる（Ｓ１００）。この初期値は、例えば１００点である。
【００１４】
続いて、現在の測定点グループに含まれる測定点に基づいて、各測定点を最も多く含む（最も各測定点に近似された）曲線セグメントである仮部分曲線を取得する（Ｓ１０１）。この仮部分曲線の取得方法は任意であるが、例えば、ベジェ曲線を用いて取得することができる。ベジェ曲線は一般に、以下に示すベクトルの三次式（１）で表現され、４点（始点、終点、２つの制御点）で一つのセグメントを形成可能である。この時の係数成分を最少二乗法等を用いて決定することによって、仮部分曲線を取得することができる。なお、ベジェ曲線の場合、基本的には上に凸、下に凸、上凸下凸、下凸上凸の４種類の自由曲線が形成可能である。
【００１５】
【数１】
0003757074.tif 000002
【００１６】
（Ｓ１０１）で取得した仮部分曲線は、現在の測定点グループの範囲（現在、測定点１００点で規定される範囲）に基づく曲線であるため、その仮部分曲線が必ずしも全ての測定点を均一なばらつきで反映しているとは限らない。つまり、測定点によっては、極端に離れた位置に仮部分曲線が設定される場合がある。そこで、各測定点から仮部分曲線までの垂線の長さを算出し、その中の最大のものを最大誤差として、予め設定された許容誤差（任意に設定可能な値で例えば１０μｍ）との比較を行う（Ｓ１０２）。前記許容誤差を表面粗さに基づく値に設定することにより、表面粗さに基づく許容誤差内では、仮部分曲線の取得時点で表面粗さを除去（考慮）し平滑化された曲線を得ていることになる。逆に表面粗さ以上の値は、物体本来の形状に基づく値であると判断して区別して他の曲線を形成する要素として処理することができる。
【００１７】
もし、（Ｓ１０２）において最大誤差＜許容誤差である場合、（Ｓ１０１）で取得した仮部分曲線は現在の測定点グループに含まれる全ての測定点の位置を反映した状態（好適に近似した状態）であると判断する。ここで、曲線を形成する場合、より多くの測定点を含む広い範囲の測定点グループで形成する方が滑らかな曲線を得られると共に、全体の範囲に対する処理時間も減少するので好ましい。そこで、最大誤差＜許容誤差である場合、仮部分曲線の取得に用いる測定点数を増加し測定点グループの拡大修正を行う（Ｓ１０３）。この場合、測定点グループの最少点数は、既に許容誤差以内であると判断された現在点数（現在の場合、初期値の１００点）とした後、現在の点数を拡大する。この時に増加量は、任意に設定可能であるが、例えば、＋５０点である。
【００１８】
続いて、測定点グループの修正による範囲の追い込みが適切に行われたか否かの判断を行う（Ｓ１０４）。この判定は、後述する測定点数の縮小処理によって得られる最大点数との差、つまり、（最大点数−最小点数）と（判定値）との比較によって行われる。この時、最大点数は後続の処理で最大点数の設定が行われるまでは、初期値として与えられている値、例えば、測定範囲の全点数が使用される。もちろんこの値は、任意に設定可能である。また、比較値も、任意に設定可能であるが、例えば３点である。この判定を行うことにより測定点グループの範囲に修正が限界値まで行われる。
【００１９】
もし、（最大点数−最小点数）＞判定値の場合、さらに、測定点グループの範囲の追い込み修正が可能であるとして、（Ｓ１０１）に戻り、新たな仮部分曲線を取得する。従って、この場合、（Ｓ１０３）で点数拡大修正を行った結果、得られている現在点数＝１５０点に基づいて、その各測定点を最も多く含む（最も各測定点に近似された）曲線セグメントである仮部分曲線を取得する。以下、（Ｓ１０２）で最大誤差と許容誤差との比較を行い、最大誤差が許容誤差より小さい場合は、（Ｓ１０３）に移行して、最小点数の修正設定及び現在点数の拡大修正を行い、前述同様に（Ｓ１０４）に移行して測定点グループの追い込みの是非判定を行う。
【００２０】
一方、（Ｓ１０２）で最大誤差＜許容誤差ではないと判断された場合、測定点グループは既に拡大できないと判断して、現在点数を最大点数として設定するとともに、以降の処理で使用する現在点数を縮小修正する（Ｓ１０５）。このときの縮小量は、任意に設定可能であるが、例えば、最大点数と最小点数の差分の１／２や固定的な値（例えば−５点等）にしてもよい。続いて、縮小修正した現在点数が最小限界を越えていないか否かの判断を行う（Ｓ１０６）。最小限界とは、仮部分曲線を決定するのに必要な最小の測定点数であり、例えば３点である。もちろん最小限界も任意に設定可能である。現在点数＜最小限界でない場合、つまり、まだ十分測定点グループに含まれる測定点が多い場合、（Ｓ１０４）に移行し、前述と同様な処理を繰り返す。なお、（Ｓ１０５）で最大点数が修正設定された以降は、その修正設定された最大点数が（Ｓ１０４）で使用される。また、（Ｓ１０３）に移行する前で最小点数が設定される前に（Ｓ１０４）に移行した場合には、（Ｓ１０５）で縮小した現在点数を最小点数として使用する。
【００２１】
また、（Ｓ１０６）において、現在点数＜最小限界であると判断された場合、測定点グループの縮小は、限界を超えて縮小されたと判断して、最小限界の点数を使用し仮部分曲線の取得を行い（Ｓ１０７）、対象となる測定点グループに対する部分曲線の確定を行う（Ｓ１０８）。
【００２２】
また、（Ｓ１０４）で（最大点数−最小点数）＞判定値ではないと判断された場合、測定点グループの範囲の追い込み修正が十分に行われたと判断して、現段階で取得されている仮部分曲線（現時点の処理フローの（Ｓ１０１）で取得されているもの）を対象となる測定点グループに対する部分曲線として確定する（Ｓ１０８）。
【００２３】
これで、測定範囲（物体の輪郭）上の一部分における部分曲線の確定が終了し、続いて、隣接する測定点を含む測定点グループの範囲の確定及び部分曲線の確定を順次継続して行う。なお、この場合、図３に示すように、直前の部分曲線の終端と次に確定する部分曲線の始端との接線（方向ベクトル）が等しくなるようにする。
【００２４】
また、測定点グループは測定点を基準に行われるが、輪郭が閉輪郭である場合、図４に示すように輪郭を規定する曲線全体の始端と終端が連続するように曲線の始端と終端を決定する。特に、接線連続曲線の場合は、始端と終端で接線も連続するようにする必要がある。
【００２５】
このように、部分曲線の取得に利用する測定点グループの範囲を許容誤差との比較を行いながら修正設定することで、表面粗さや測定環境の変化による微細なばらつきのみを排除して、測定対象である物体の本来の輪郭形状を取得可能なフェアリングを行うことができる。
【００２６】
なお、本実施形態では、仮部分曲線の取得にベジェ曲線を利用したが、本実施形態と同様に測定点グループの範囲の拡大縮小修正を行いながら他の自由曲線を利用して部分曲線を算出しても、また、予め準備した複数の固定曲線の中から適当に選択した曲線を当てはめても同様の効果を得ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、細密な測定点列を取得した場合でも表面粗さ等を適切に排除し正確かつ安定した高精度のフェアリングを行うことが可能になり測定結果の制度及び信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態の測定点列のフェアリング方法を実現する処理装置の構成概念を説明する説明図である。
【図２】  本発明の実施形態の測定点列のフェアリング方法の処理手順を説明するフローチャートである。
【図３】  本発明の実施形態の測定点列のフェアリング方法の仮部分曲線を説明する説明図である。
【図４】  本発明の実施形態の測定点列のフェアリング方法の仮部分曲線の始端と終端との接続を説明する説明図である。
【符号の説明】
１０  処理装置、１２  センサ、１４  フェアリング処理部、１６  形状処理部、１８  結果表示部。
【図１】
0003757074.tif 000003
【図２】
0003757074.tif 000004
【図３】
0003757074.tif 000005
【図４】
0003757074.tif 000006