表面形状测定方法及表面形状测定装置制造方法
【专利摘要】本发明的表面形状测定方法的特征在于，包括如下步骤：搜索对物体的表面进行扫描而取得的位移数据，来检测包含加工在物体表面上的槽的物体表面的概略范围的槽概略范围检测步骤(步骤STP2)；算出包含在概略范围内的槽的槽起点及槽终点的槽宽算出步骤(步骤STP3)；算出从槽起点和槽终点的中央位置限定在槽宽的规定比例的宽度的范围内的位移数据的最小值的最深位置检测步骤；算出在最深位置检测步骤中算出的所述位移数据的最小值与所述物体表面的高度之差作为加工在所述物体表面上的槽的深度的槽深算出步骤(步骤STP4)。
【专利说明】表面形状测定方法及表面形状测定装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测定在物体的表面上加工的槽(groove)的尺寸的表面形状测定方法及表面形状测定装置。
【背景技术】
[0002]对物体的表面实施凹凸图案的加工并通过该凹凸图案来提高物体具有的功能的手法存在多个。例如，已知有在电磁钢板(electrical steel sheet)中，通过在表面进行微小的槽加工来实现该电磁钢板的铁损(iron loss)的减少化的手法。在这样的为了提高物体具有的功能而进行的物体的表面加工中，在表面加工的凹凸图案的形状会直接影响该物体的品质。因此，高精度地测定在表面加工的凹凸图案的形状的情况在进行制造工序的管理及产品品质的保证时非常重要。
[0003]例如在专利文献I中记载有在制造生产线上连续地测定物体表面的凹凸形状的表面形状测定方法。该表面形状测定方法通过配置成相对于物体相对移动的位移计(displacement meter),测定位移计与物体之间的位移量来取得截面形状,根据这样取得的截面形状来算出凹凸的深度(或高度)及宽度。
[0004]另外，在专利文献2中记载了如下的技术:在使用光学式位移计(opticaldisplacement meter)(激光位移计)的表面形状测定方法中，除了位移信号(signal ofdisplacement)之外，还基于反射光强度信号(signal of reflect1n intensity)进行槽的深度及宽度的测定。专利文献2记载的技术是基于反射光强度信号将由槽的倾斜部检测到的位移信号的异常值排除，来进行槽的深度及宽度的测定。
[0005]【在先技术文献】
[0006]【专利文献】
[0007]【专利文献I】日本特开平10-89939号公报
[0008]【专利文献2】日本特开2011-99729号公报
【发明内容】
[0009]【发明要解决的课题】
[0010]然而，专利文献2记载的表面形状测定方法作为从光学式位移计得到的信息，除了位移信号之外，还需要反射光强度信号。因此，专利文献2记载的表面形状测定方法无法适用于没有反射光强度信号的输出的光学式位移计、或具有调整照射光的强度、受光增益(photodetector gain)来得到充分的反射光强度的功能的类型的光学式位移计。
[0011]而且,在利用三角测距(triangulat1n)式的光学式位移计来测定微小的槽的形状的情况下，在槽的倾斜部有受光量不足而测定值容易变得不稳定这样的问题，而且在进行照射光、受光增益的调整的类型的位移计中，取代难以成为受光量不足的情况，也受到向槽的倾斜部的照射光在槽的内部进行多重反射的二维的反射光，因此产生槽倾斜部的形状被误识别的现象。在这样的误识别发生的情况下，多观测到比实际的槽的深度更深的异常的位移，在专利文献I记载的表面形状测定方法中，存在直接成为槽的深度的误测定的问题。
[0012]另外，在利用光学式位移计来测定钢板的表面的情况下，相对于在表面加工的槽的尺寸，有时会产生比较大的噪声。这种情况下，在专利文献I记载的表面形状测定方法中，由于在与槽形状(凹形状)相反的凸方向产生的噪声而存在槽的位置的检测容易出错的问题。
[0013]本发明鉴于上述情况而作出，其目的在于提供一种仅使用由位移计测定到的物体表面的位移数据，将该位移数据中的干扰排除，能够高精度地测定在物体表面加工的槽的尺寸的表面形状测定方法及表面形状测定装置。
[0014]【用于解决课题的方案】
[0015]为了解决上述的课题，实现目的，本发明的表面形状测定方法的特征在于，包括如下步骤:位移数据取得步骤，通过向物体表面照射光线而进行测定的光学式位移计对所述物体表面进行扫描，取得所述物体表面相对于所述光学式位移计的位移数据；槽概略范围检测步骤,搜索所述位移数据来检测包含加工在所述物体表面上的槽的物体表面的概略范围；槽宽算出步骤，算出包含在所述概略范围内的所述槽的槽起点及槽终点；最深位置检测步骤，算出从所述槽起点与所述槽终点的中央位置限定在所述槽宽的规定比例的宽度的范围内的所述位移数据的最小值；以及槽深算出步骤，算出在所述最深位置检测步骤中算出的所述位移数据的最小值与所述物体表面的高度之差作为加工在所述物体表面上的槽的深度。
[0016]为了解决上述的课题，实现目的，本发明的表面形状测定装置的特征在于，具备:位移数据取得部，通过向物体表面照射光线而进行测定的光学式位移计对所述物体表面进行扫描，取得所述物体表面相对于所述光学式位移计的位移数据；槽概略范围检测部，搜索所述位移数据来检测包含加工在所述物体表面上的槽的物体表面的概略范围；槽宽算出部，算出包含在所述概略范围内的所述槽的槽起点及槽终点；最深位置检测单元，算出从所述槽起点与所述槽终点的中央位置限定在所述槽宽的规定比例的宽度的范围内的所述位移数据的最小值；以及槽深算出单元，算出由所述最深位置检测单元算出的所述位移数据的最小值与所述物体表面的高度之差作为加工在所述物体表面上的槽的深度。
[0017]【发明效果】
[0018]本发明的表面形状测定方法及表面形状测定装置仅使用由位移计测定到的物体表面的位移数据，将该位移数据中的干扰排除，起到能够高精度地测定加工在物体表面上的槽的尺寸这样的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是表示本发明的实施方式的表面形状测定装置的结构例的概略图。
[0020]图2A是表现向在钢板上加工的槽的倾斜部照射的激光的反射的情况的示意图。
[0021]图2B是表现向在钢板上加工的槽的倾斜部照射的激光的反射的情况的示意图。
[0022]图3是表示本发明的实施方式的信号处理装置的内部处理的功能框图。
[0023]图4是表示槽概略范围提取部提取的槽概略范围的位移数据的坐标图。
[0024]图5是表示本发明的实施方式的表面形状测定方法的整体的流程的流程图。
[0025]图6是表示本发明的实施方式的表面形状测定方法中的槽概略范围检测的方法的流程图。
[0026]图7A是表示本发明的实施方式的表面形状测定方法中的槽概略范围检测的情况的概念图。
[0027]图7B是表示本发明的实施方式的表面形状测定方法中的槽概略范围检测的情况的概念图。
[0028]图7C是表示本发明的实施方式的表面形状测定方法中的槽概略范围检测的情况的概念图。
[0029]图8是表示本发明的实施方式的表面形状测定方法中的槽宽计算的方法的流程图。
[0030]图9是表示本发明的实施方式的表面形状测定方法中的槽宽计算的情况的概念图。
[0031]图10是表示本发明的实施方式的表面形状测定方法中的槽深计算的方法的流程图。
[0032]图1lA是表示本发明的实施方式的表面形状测定方法中的槽深计算的情况的概念图。
[0033]图1lB是表示本发明的实施方式的表面形状测定方法中的槽深计算的情况的概念图。
【具体实施方式】
[0034]以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式的表面形状测定方法及表面形状测定装置。需要说明的是，没有通过以下说明的实施方式来限定本发明。
[0035][表面形状测定装置]
[0036]图1是表示本发明的实施方式的表面形状测定装置I的结构例的概略图。本发明的实施方式的表面形状测定装置I是测定在制造生产线上被搬运的钢板S的表面上所加工的槽的形状的装置。如图1所示，本发明的实施方式的表面形状测定装置I具备位移计头2、位移计控制器3、信号处理装置4、旋转编码器(rotary encoder) 5、显示装置6。
[0037]位移计头2是三角测距式的位移计，在内部具备激光光源(laser lightsource) 21、聚光透镜(condenser lens) 22、光位置传感器(optical posit1n sensor) 23>成像透镜(imaging lens) 24。从激光光源21射出的激光25经由聚光透镜22作为点(spot)光或狭缝(line)光向钢板S的表面照射，来自钢板S的反射光26经由成像透镜24在光位置传感器23的受光面上成像。
[0038]如图1所示，位移计头2是将从激光光源21射出的激光25垂直地对钢板S照射、并利用光位置传感器23使反射光26成一定的角度地进行检测的结构。在该结构的情况下，当钢板S的表面与位移计头2之间的距离变化时，在光位置传感器23上成像的反射光26的受光位置发生变化。即，图1所示的表面形状测定装置I是通过读取光位置传感器23中的反射光26的受光位置来测定钢板S的表面与位移计头2之间的距离的结构。
[0039]位移计控制器3进行向位移计头2的电源供给和向头内部的结构零件的控制信号输出，并读取光位置传感器23的输出信号，算出钢板S的表面与位移计头2之间的距离。然后，位移计控制器3将算出的钢板S的表面与位移计头2之间的距离作为位移信号S1向信号处理装置4输出。
[0040]光位置传感器23 使用例如 PSD (Posit1n Sensitive Detector)、CCD、CMOS 等受光元件(photodetector)。在使用PSD作为光位置传感器23的情况下,从接受到反射光26的受光元件的两端输出2个电流I1及12。位移计控制器3使用这2个电流I1及I2，算出(I1-12V(I^I2),根据该值来求出接受到反射光26的重心位置。而且，在使用C⑶或CMOS作为光位置传感器23的情况下，由于这些受光元件是小的光电二极管的阵列，因此能得到受光元件上的受光强度分布。这种情况下，位移计控制器3通过受光强度分布的重心位置或峰值位置等，算出钢板S的表面与位移计头2之间的距离。
[0041]信号处理装置4是根据从位移计控制器3输出的位移信号S1、从在搬运钢板S的辊上设置的旋转编码器5输出的脉冲信号S2，将钢板S整体的钢板S的位移数据复原，并根据该位移数据来算出在钢板S的表面加工的槽的形状的装置。在此所说的钢板S的位移数据是与钢板S的表面的垂直方向的位移量相关的数据。即，钢板S的位移数据是通过算出距某基准的距离之差来求出钢板S的表面与位移计头2之间的距离的数据。
[0042]需要说明的是，图1所示的表面形状测定装置I在纸面的情况下，图示作为仅具备单一的位移计头2的结构，但是若将多个位移计头2沿钢板S的宽度方向(图中Z方向)排列，则信号处理装置4能够将钢板S整体的位移数据复原。而且，即使通过构成为能够将单一的位移计头2沿钢板S的宽度方向(图中Z方向)扫描，信号处理装置4也能够将钢板S整体的位移数据复原。
[0043]显示装置6是对信号处理装置4算出的在钢板S的表面加工的槽的形状(尤其是槽宽及槽深)进行显示的装置。例如，显示装置6是CRT画面显示装置，用于操作员判别在钢板S之上加工的槽的形状是否符合规定。
[0044]在此，参照图2，说明向在钢板S上加工的槽11照射的激光25发生反射时的情况。
[0045]图2A及图2B是表现向在钢板S上加工的槽的倾斜部照射的激光25的反射的情况的示意图。图2A是表现向在钢板S上加工的槽的倾斜部照射的激光25的多重反射产生的反射光26的轨迹的示意图，图2B是从图2A的箭头V的方向观察到的图，是表示多重反射产生的反射光26使光位置传感器23误识别槽的深度的结构的示意图。
[0046]如图2A所示，向在钢板S上加工的槽的倾斜部照射的激光25包括:仅在槽11的倾斜部(图中位置P1)处反射而向光位置传感器23入射的反射光26a ;在槽11的倾斜部(图中位置P1)处反射之后在底部(图中位置P3)处进一步反射而向光位置传感器23入射的反射光26b。并且，如图2A所示，在由倾斜部(图中位置P1)反射的反射光26a的在光位置传感器23内的受光位置(图中位置匕)与由底部(图中位置匕)反射的反射光26b的在光位置传感器23内的受光位置(图中位置P4)中，光位置传感器23上的位置不同。
[0047]其结果是，如图2B所示，在以往的表面形状测定装置中，有时会误识别在钢板S上加工的槽11的深度。如图2B所示，在三角测距法中，在光位置传感器23内的受光位置为图中位置己的情况下，将钢板S的高度(或深度)的位置识别为图中位置P1，在光位置传感器23内的受光位置为图中位置匕的情况下，将钢板S的高度(或深度)的位置识别为图中位置P5。其结果是，在三角测距法中，当发生多重反射时，无论本来的钢板S的高度(或深度)的位置是否为图中位置P1，都将钢板S的高度(或深度)的位置误识别为图中位置P5。
[0048]因此，在本发明的实施方式的表面形状测定方法及表面形状测定装置中，致力于信号处理装置4中的信号处理方法，由此将多重反射引起的误识别排除。
[0049][信号处理装置]
[0050]图3是表示本发明的实施方式的信号处理装置4的内部处理的功能框图。如图3所示，本发明的实施方式的信号处理装置4具备位移数据取得部41、第一滤波处理(filtering)部42、槽概略范围检测部43、槽概略范围提取部44、第二滤波处理部45、槽宽算出部46、槽深算出部47。
[0051]位移数据取得部41在从位移计控制器3接收位移信号S1而进行A/D转换(analog-to-digital convers1n)等的同时,从旋转编码器5接收钢板S每前进一定距离产生的脉冲信号S2来解析钢板S的行进速度或行进位置。其结果是，位移数据取得部41根据从位移计控制器3接收到的位移信号S1，将钢板S上的位移数据Ytl⑴复原。在此，X表示钢板S上的搬运方向的位置坐标，Y表示钢板S的高度方向的位置坐标(参照图1)。需要说明的是，在钢板S上也存在宽度方向的位置坐标Z，在以下的说明中，将宽度方向的位置坐标Z固定为一点进行说明。
[0052]位移数据Ytl(X)中的钢板S上的采样点间隔ΛΧ通过A/D转换的一定的时间间隔和旋转编码器5产生的脉冲信号S2的时间间隔来确定。旋转编码器5产生的脉冲信号S2的间隔表示在该时间间隔中钢板S前进的距离，A/D转换的时间间隔表示生成位移数据Y0(X)的采样点的间隔。由此，通过A/D转换的时间间隔之间包含的脉冲信号S2的频度来确定钢板S上的采样点间隔ΛΧ。需要说明的是，若来自旋转编码器5的脉冲信号S2的时间间隔为充分短的间隔，则位移数据取得部41与该脉冲信号S2同步地进行A/D转换，由此也能够确定钢板S上的采样点间隔ΛΧ。
[0053]第一滤波处理部42对于由位移数据取得部41取得的位移数据Ytl (X)，根据需要进行滤波处理而生成第一滤波后的位移数据Y1(X)15位移数据Ytl (X)中包含钢板S表面的粗糙等引起的测定噪声，因此出于将这样的噪声除去的目的，应用移动平均(moving average)滤波器等线性低通滤波器(low-pass filter)、或中值(median)滤波器。进而,也可以将多个滤波器组合。
[0054]另外，由位移数据取得部41取得的位移数据Y0(X)中较多地含有与槽截面形状相比周期比较长的振动分量。该比较长周期的振动分量因钢板S的路线变动(fluctuat1nof the path line)或测定系统的机械振动而产生。为了将该比较长周期的振动分量除去，在第一滤波处理部42还可以组合高通滤波器(high-pass filter) 0需要说明的是，滤波次数(filter oder)(在移动平均滤波中是计算平均值的范围的尺寸，在中值滤波中是计算中央值的范围的尺寸)以使钢板S上的影响范围成为一定的方式决定(即，与采样间隔ΛΧ成反比)。通过这样决定滤波次数，即使在采样间隔ΛΧ不同的情况下也能够将滤波的效果确保为相同。
[0055]槽概略范围检测部43是由通过第一滤波处理部42进行了滤波处理后的位移数据Y1(X)来检测槽的概略范围的单元。槽的概略范围是从槽的凹形状的下降开始的位置(下降点:xd)到上升完成的位置(上升点:xu)为止的区间，在该区间中包含单一的槽截面形状。槽概略范围检测部43进行的检测槽的概略范围的方法是通过分析由第一滤波处理部42进行了滤波处理后的位移Y1 (X)的局部的变化量来执行。分析该位移Y1 (X)的局部的变化量的方法参照图6及图7A?C，在后文详细叙述。
[0056]在利用槽概略范围检测部43检测到槽概略范围(即从下降点Xd到上升点Xu的范围)之后，槽概略范围提取部44从位移数据Ytl(X)提取包含槽概略范围的规定的范围。具体而言，槽概略范围提取部44在槽概略范围的起点为概略起点Xs及终点为概略终点Xe时，提取从Xs = Xd-Dsurf到\ = Xu+Dsurf的范围。其中，Dsmf (>0)是规定的值。图4是表示槽概略范围提取部44提取的槽概略范围内的位置X的位移数据Ytl(X)的坐标图。如图4所示，位移数据Ytl (X)中的从概略起点Xs至下降点Xd及从上升点Xu至概略终点\的范围表示槽(下降点Xd至上升点Xu)前后的本来的钢板S的表面的高度。
[0057]通过槽概略范围提取部44提取了槽概略范围的位移数据Ytl(X)(根据需要)由第二滤波处理部45实施第二滤波处理，生成第二滤波后的位移数据Y2(X)。
[0058]向提取了槽概略范围的位移数据Ytl(X)实施的滤波目的在于用于算出在以后的处理中检测到的槽的槽宽及槽深的噪声除去。因此，第二滤波处理部45最优选在槽的边缘部容易保存形状(形状的缓和少)的中值滤波器。根据激光位移计的特性，第二滤波处理部45也优选使用移动平均滤波等的线性的低通滤波器等。
[0059]接着，在第二滤波处理部45中进行了噪声除去后的位移数据Y2(X)向槽宽算出部46传送，槽宽算出部46算出包含在槽的概略范围内的槽的槽宽。槽宽算出部46算出槽的槽宽的方法在后文参照图8及图9进行说明。
[0060]另一方面，在第二滤波处理部45中进行了噪声除去后的位移数据Y2(X)向槽深算出部47传送，槽深算出部47算出包含在槽的概略范围内的槽的深度。此时，槽深算出部47为了算出包含在槽的概略范围内的槽的深度，需要包含在概略范围内的槽的起点Xnis及终点Xme的信息。因此，槽深算出部47取得槽宽算出部46算出的槽的起点Xms及终点Xme的信肩、O
[0061]此外，槽深算出部47为了算出包含在槽的概略范围内的槽的深度，也需要钢板S的表面的高度Ysmf的信息。槽深算出部47也能够取得槽宽算出部46算出的钢板S的表面的高度Ysurf的信息，并根据位移数据Y2 (X)也能够直接算出。需要说明的是，槽深算出部47即使不取得槽宽算出部46算出的槽的起点Xms及终点Xme的信息而取得槽概略范围检测部43检测到的槽概略范围的起点Xd及终点Xu的信息，也能够起到同样的功能。槽深算出部47算出槽的深度的方法在后文参照图10至图1lB进行说明。
[0062]通过槽宽算出部46及槽深算出部47算出了钢板S的槽的槽宽W及槽深D之后，该槽宽W及槽深D由显示装置6显示。
[0063][表面形状测定方法]
[0064]接着，参照图5至图11B，说明本发明的实施方式的表面形状测定方法。
[0065]图5是表示本发明的实施方式的表面形状测定方法的整体的流程的流程图。如图5所示，本发明的实施方式的表面形状测定方法大致具有位移数据取得步骤(步骤STP1)、槽概略范围检测步骤(步骤STP2)、槽宽算出步骤(步骤STP3)、槽深算出步骤(步骤STP4)。位移数据取得步骤(步骤STP1)是成为表面形状测定方法的前提的通常的处理，因此以下，分为槽概略范围检测步骤(步骤STP2)、槽宽算出步骤(步骤STP3)、槽深算出步骤(步骤STP4)，来说明本发明的实施方式的表面形状测定方法。
[0066]图6是表示本发明的实施方式的表面形状测定方法中的槽概略范围检测的方法的流程图，图7A?C是表示本发明的实施方式的表面形状测定方法中的槽概略范围检测的情况的概念图。图8是表示本发明的实施方式的表面形状测定方法中的槽宽计算的方法的流程图，图9是表示本发明的实施方式的表面形状测定方法中的槽宽计算的情况的概念图。图10是表示本发明的实施方式的表面形状测定方法中的槽深计算的方法的流程图，图1lA及图1lB是表示本发明的实施方式的表面形状测定方法中的槽深计算的情况的概念图。
[0067]以下，进行关于槽概略范围检测步骤(步骤STP2)的说明。如图6所示，在本发明的实施方式的表面形状测定方法的槽概略范围检测的方法中，槽概略范围检测部43进行下降点的搜索(步骤SI)，进而进行上升点的搜索(步骤S2)。在步骤SI及步骤S2中，表示槽概略范围的形状的下降点及上升点根据位移数据Y1 (X)的局部的变化量而如下那样决定。
[0068]S卩，如图7A所示，槽概略范围检测部43在从位移数据Y1⑴的一方(例如钢板S的搬运方向)进行下降点的搜索时(图中区间Sd)，将当前的搜索位置⑴与前进了一定距离(Ddiff (其中，DdiffX)))的位置的位移数据Y1之差成为规定值(-Ydiff (其中，Ydiff>0))以下的位置确定为下降点Xd(图中位置P6)。
[0069]在利用数学式来表现上述下降点Xd时，开始满足下述(数学式I)的点X为下降点xd。需要说明的是，(数学式I)的左边表示位移的局部的变化量。
[0070]Y1 (X+Ddiff) -Y1 (X) ( -Ydiff (数学式 I)
[0071]进而，如图7A所示，槽概略范围检测部43从检测到下降点的位置起开始上升点的搜索(图中区间Su)。槽概略范围检测部43 —边将分离一定距离Ddiff的2点进行比较一边进行搜索，在经过了满足下述(数学式2)的X(图中位置P7)之后，检测满足下述(数学式3)的X(图中位置？7)，并且，将位置Xu = X+Ddiff确定为上升点(图中位置P9)。
[0072]Y1 (X+Ddiff) -Y1 (X) ^ Ydiff (数学式 2)
[0073]Y1 (X+Ddiff) -Y1 (X) <Ydiff (数学式 3)
[0074]接着，在本发明的实施方式的表面形状测定方法的槽概略范围检测的方法中，槽概略范围检测部43通过2阶段的判定条件来判定如上述那样搜索到的下降点Xd及上升点Xu是否表示单一的槽的两侧。
[0075]首先，作为第一判定，槽概略范围检测部43判定下降点Xd与上升点Xu是否处于规定距离以内(步骤S3)。即，槽概略范围检测部43在设规定距离为Dw时，判定下述(数学式4)成立的情况。
[0076]Xu-Xd ( Dw (数学式 4)
[0077]在不满足上述(数学式4)的条件时(步骤S3为“否”)，槽概略范围检测部43使搜索位置从上升点Xu返回规定距离Dw(即，将搜索位置设为Xu-Dw)，再次从步骤SI的下降点的搜索起重新进行(步骤S4)。
[0078]图7B是通过第一判定来校正下降点的检测位置的例子。如图7B所示，在位移数据Y1 (X)中有时会观测到凸形状。作为凸形状的产生原因，可认为在钢板S的表面存在微小的废物或槽以外的凹凸的情况、噪声向激光位移计的位移信号的混入等。当这样的凸形状存在于位移数据Y1 (X)时，如图中位置Pltl那样在凸形状部检测下降点(图中区间Sd)。然后，在槽概略范围检测部43搜索到上升点时(图中区间Su),检测图中位置P11作为与图中位置Pltl对应的上升点。
[0079]因此，在第一判定中，如图7B所示为了将位移数据Y1(X)具有凸形状时的误判定排除，进行以下的处理。即，在第一判定中，判定检测到的下降点Xd与上升点Xu之间的距离是否小于规定值Dw。需要说明的是，该规定值Dw是根据在钢板S加工的槽的宽度而设定的设定值。
[0080]例如，在图7B所示的位移数据Y1 (X)中，下降点Xd(图中位置Pltl)与上升点Xu(图中位置P11)之间的距离大于规定值0￥。因此，判定为图中位置Pltl为误检测，槽概略范围检测部43从由上升点Xu(图中位置P11)返回了规定值Dw的图中位置P12起，再搜索下降点(图中区间S’D)。于是，与上升点Xu(图中位置P11)成对的本来应检测的图中位置P13被检测作为下降点(图中区间S’U)。
[0081]另一方面，在满足上述(数学式4)的条件时(步骤S3为“是”)，槽概略范围检测部43判定下降点Xd与上升点Xu的位移量之差是否处于规定值以内作为第二判定(步骤S5)。即，槽概略范围检测部43将容许的位移差作为Ya，来判定是否满足下述(数学式5)的条件。
[0082]I Y1 (Xu) -Y1 (Xd) I <Ya (数学式 5)
[0083]在不满足上述(数学式5)的条件时(步骤S5为“否”)，槽概略范围检测部43从检测到上升点的位置x( = Xu-Ddiff)的下一位置起，再次重新进行步骤S2的上升点的搜索。
[0084]图7C是通过第二判定来校正上升点的检测位置的例子。在图7C中，由于图2所示的槽的倾斜面处的激光25的二维的反射现象，在位移数据Y1(X)中观测到比槽的底部深的异常形状。在这样的位移数据Y1 (X)中，下降点由图中位置P14检测到之后(图中区间SD)，因异常形状而上升点在异常形状部紧后的图中位置P15处被误检测(图中区间Su)。
[0085]因此，槽概略范围检测部43通过第二判定，将下降点与上升点处的位移数据Y1 (X)的值之差和容许值Ya进行比较，判定上升点是否为误检测。于是，在图7C的例子中，下降点与上升点的位移数据Y1 (X)的值之差为图中D1，因此将检测到为上升点的图中位置P15判定为误检测。由此，槽概略范围检测部43由图中位置P16(Xu-Ddiff)再次开始上升点的搜索，能够检测图中位置P17作为与下降点即图中位置P14对应的上升点(图中区间S’ ?)。
[0086]另一方面，在满足上述(数学式5)的条件时(步骤S5为“是”)，槽概略范围检测部43将下降点Xd和上升点Xu作为槽的概略范围向槽概略范围提取部44输出(步骤S6)。
[0087]如以上那样，槽概略范围检测步骤(步骤STP2)通过2阶段的判定条件，能够保证上升点和下降点正确地表示单一的槽的概略存在范围。
[0088]以下，进行关于槽宽算出步骤(步骤STP3)的说明。如图8所示，在本发明的实施方式的表面形状测定方法的槽宽计算的方法中，首先，槽宽算出部46算出槽附近的表面高度Ysmf (步骤S7)。在此所说的槽附近是从概略起点Xs至下降点Xd及从上升点Xu至概略终点Xe的范围，槽宽算出部46对于第二滤波后位移数据Y2(X)算出上述的范围的平均值来求出钢板S的表面高度Ysmf。
[0089]接着，槽宽算出部46以钢板S的表面高度Ysmf为基准而算出用于检测槽的边缘的边缘检测用阈值Ytto(步骤S8)。即，槽宽算出部46算出用于将深度距表面高度Ysurf成为规定量的位置判定作为槽起点及槽终点的边缘检测用阈值Ytto。边缘检测用阈值Ytto通过比表面高度Ysurf低规定值Ltto (彡O)的值、即通过Ythr = Ysurf-Lthr来算出。
[0090]接着，槽宽算出部46在Y2 (X)中的下降点Xd与上升点Xu之间搜索到最深位置(最小值)之后(步骤S9)，从该最深位置向两侧搜索槽起点Xms及终点Xme (步骤S10)。即，槽宽算出部46从最深位置向下降点方向进行搜索，检测槽起点Xms作为初次超过阈值Ytto的位置(参照图9)。同样，槽宽算出部46从最深位置向上升点方向进行搜索，检测槽终点Xme作为初次超过阈值Ytto的位置(参照图9)。
[0091]最后，槽宽算出部46算出槽起点Xms与槽终点Xme的间隔作为槽宽W(步骤Sll)。即，槽宽算出部46计算W = Xme-Xms。
[0092]以下，进行关于槽深算出步骤(步骤STP4)的说明。如图10所示，在本发明的实施方式的表面形状测定方法的槽深计算的方法中，槽深算出部47根据槽起点Xnis和槽终点Xme来算出槽的中央部Wk (步骤S12)。具体而言，槽深算出部47算出槽起点Xms与槽终点Xme的中央位置，根据该中央位置，算出相对于槽宽W的规定比例R的宽度的范围(即WXR)作为槽的中央部WK。
[0093]然后，槽深算出部47将第二滤波后位移数据Y2 (X)限定为上述的槽的中央部Wk的范围(步骤S13)。并且，槽深算出部47算出该限定的范围内的第二滤波后位移数据Y2(X)的最小值(步骤S14)。
[0094]另一方面，槽深算出部47算出槽附近的表面高度Ysmf (步骤S15)。然而，由于槽宽算出部46已经算出槽附近的表面高度Ysurf,因此槽深算出部47可以沿用该槽附近的表面高度Ysurf。
[0095]最终，槽深算出部47算出从槽附近的表面高度Ysmf到在步骤S14中算出的限定的范围内的第二滤波后位移数据Y2(X)的最小值为止的距离，由此算出槽的深度D(步骤S16)。
[0096]如上所述，槽深算出部47算出槽的深度D，由此并不局限于图1lA那样位移数据没有异常的情况，即使在图1lB那样的槽的倾斜部产生异常值的情况下，也不会受其影响地能够准确地测定槽深。需要说明的是，搜索区间宽度相对于槽宽W的比例只要设定为能够避免槽倾斜部的异常值的大小即可。例如，相对于槽宽W，优选为30%至10%左右。
[0097]在电磁钢板进行槽加工的例子中，以一定间隔连续地加工槽，因此位移数据中通常包含多个槽截面形状。在这样的例子中应用本发明的实施方式的表面形状测定方法的情况下，反复应用根据检测到的槽的上升点Xu或槽终点Xms等进而检测/测定下一槽形状部的一连串的步骤，由此能够连续地测定包含在位移数据中的多个槽形状。
[0098]通过以上，本发明的实施方式的表面形状测定方法包括如下步骤:通过向钢板S照射光线而进行三角测距的位移计头2对钢板S的表面进行扫描，取得钢板S的表面相对于位移计头2的位移数据的位移数据取得步骤；搜索位移数据来检测包含加工在所述钢板S的表面上的槽的钢板S的表面的概略范围的槽概略范围检测步骤；算出包含在概略范围内的槽的槽起点及槽终点的槽宽算出步骤；算出从槽起点与槽终点的中央位置限定在槽宽的规定比例的宽度的范围内的位移数据的最小值的最深位置检测步骤；算出在最深位置检测步骤中算出的位移数据的最小值与物体表面的高度之差作为加工在物体表面上的槽的深度的槽深算出步骤，因此，仅使用由位移计头2测定到的物体表面的位移数据，将该位移数据中的干扰排除，能够高精度地测定加工在钢板S的表面上的槽的尺寸。
[0099]【工业实用性】
[0100]如以上那样，本发明的表面形状测定方法及表面形状测定装置在测定在物体的表面上所加工的槽的尺寸中有用。
[0101]【标号说明】
[0102]I表面形状测定装置
[0103]2位移计头
[0104]3位移计控制器
[0105]4信号处理装置
[0106]5旋转编码器
[0107]6显示装置
[0108]11 槽
[0109]21激光光源
[0110]22聚光透镜
[0111]23光位置传感器
[0112]24成像透镜
[0113]25 激光
[0114]26反射光
[0115]41位移数据取得部
[0116]42第一滤波处理部
[0117]43槽概略范围检测部
[0118]44槽概略范围提取部
[0119]45第二滤波处理部
[0120]46槽宽算出部
[0121]47槽深算出部
【权利要求】
1.一种表面形状测定方法，其特征在于，包括如下步骤: 位移数据取得步骤，通过向物体表面照射光线而进行测定的光学式位移计对所述物体表面进行扫描，取得所述物体表面相对于所述光学式位移计的位移数据； 槽概略范围检测步骤，搜索所述位移数据来检测包含加工在所述物体表面上的槽的物体表面的概略范围； 槽宽算出步骤，算出包含在所述概略范围内的所述槽的槽起点及槽终点； 最深位置检测步骤，算出从所述槽起点与所述槽终点的中央位置限定在所述槽宽的规定比例的宽度的范围内的所述位移数据的最小值；以及 槽深算出步骤，算出在所述最深位置检测步骤中算出的所述位移数据的最小值与所述物体表面的高度之差作为加工在所述物体表面上的槽的深度。
2.根据权利要求1所述的表面形状测定方法，其特征在于， 所述槽宽算出步骤包括: 表面高度算出步骤，根据所述概略范围的外侧附近的所述位移数据来算出所述物体表面的高度； 阈值设定步骤，以所述物体表面的高度为基准来设定加工在所述物体表面上的槽的端部检测用阈值； 端部检测步骤，从所述概略范围内的成为所述位移数据的最小值的位置起，向所述扫描方向的前侧及后侧进行搜索，检测所述位移数据的值最初超过所述端部检测用阈值的位置作为所述槽的槽起点及槽终点；以及 差算出步骤，算出所述槽的槽起点及槽终点之间的距离作为加工在所述物体表面上的槽的宽度。
3.根据权利要求1或2所述的表面形状测定方法，其特征在于， 所述槽概略范围检测步骤包括: 起点检测步骤，从所述位移数据的扫描方向起进行搜索，检测所述位移数据的局部的变化量开始低于规定值的位置作为所述概略范围的起点； 终点检测步骤，从所述概略范围的起点起继续搜索，检测所述位移数据的局部的变化量结束高于规定值的位置作为所述概略范围的终点； 第一判定步骤，判定所述概略范围的起点与所述概略范围的终点之间的距离是否处于规定距离以内； 第二判定步骤，判定所述概略范围的起点与所述概略范围的终点的所述位移数据的值之差是否为规定范围内；以及 判别步骤，在所述第一判定步骤和所述第二判定步骤中仅在成为真判定时将所述概略范围的起点和所述概略范围的终点作为真判定。
4.根据权利要求1?3中任一项所述的表面形状测定方法，其特征在于， 槽概略范围检测步骤在对所述位移数据实施了第一滤波处理之后，检测包含加工在所述物体表面上的槽的物体表面的概略范围。
5.根据权利要求4所述的表面形状测定方法，其特征在于， 所述第一滤波处理是线性滤波、中值滤波、或它们的组合。
6.根据权利要求1?5中任一项所述的表面形状测定方法，其特征在于， 所述槽宽算出步骤及所述槽深算出步骤在对所述位移数据实施了第二滤波处理之后，进行所述槽的槽起点及槽终点的计算及所述槽的深度的计算。
7.根据权利要求6所述的表面形状测定方法，其特征在于， 所述第二滤波处理是线性滤波、中值滤波、或它们的组合。
8.一种表面形状测定装置，其特征在于，具备: 位移数据取得部，通过向物体表面照射光线而进行测定的光学式位移计对所述物体表面进行扫描，取得所述物体表面相对于所述光学式位移计的位移数据； 槽概略范围检测部,搜索所述位移数据来检测包含加工在所述物体表面上的槽的物体表面的概略范围； 槽宽算出部，算出包含在所述概略范围内的所述槽的槽起点及槽终点； 最深位置检测单元，算出从所述槽起点与所述槽终点的中央位置限定在所述槽宽的规定比例的宽度的范围内的所述位移数据的最小值；以及 槽深算出单元，算出由所述最深位置检测单元算出的所述位移数据的最小值与所述物体表面的高度之差作为加工在所述物体表面上的槽的深度。
9.根据权利要求8所述的表面形状测定装置，其特征在于， 所述槽宽算出部具备: 表面高度算出单元，根据所述概略范围的外侧附近的所述位移数据来算出所述物体表面的高度； 阈值设定单元，以所述物体表面的高度为基准来设定加工在所述物体表面上的槽的端部检测用阈值； 端部检测单元，从所述概略范围内的成为所述位移数据的最小值的位置起，向所述扫描方向的前侧及后侧进行搜索，检测所述位移数据的值最初超过所述端部检测用阈值的位置作为所述槽的槽起点及槽终点；以及 差算出单元，算出所述槽的槽起点及槽终点之间的距离作为加工在所述物体表面上的槽的宽度。
10.根据权利要求8或9所述的表面形状测定装置，其特征在于， 所述槽概略范围检测部具备: 起点检测单元，从所述位移数据的扫描方向起进行搜索，检测所述位移数据的局部的变化量开始低于规定值的位置作为所述概略范围的起点； 终点检测单元，从所述概略范围的起点起继续搜索，检测所述位移数据的局部的变化量结束高于规定值的位置作为所述概略范围的终点； 第一判定单元，判定所述概略范围的起点与所述概略范围的终点之间的距离是否处于规定距离以内； 第二判定单元，判定所述概略范围的起点与所述概略范围的终点的所述位移数据的值之差是否为规定范围内；以及 判别单元，在所述第一判定单元和所述第二判定单元中仅在成为真判定时将所述概略范围的起点和所述概略范围的终点作为真判定。
【文档编号】G01B11/24GK104350358SQ201380028544
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年5月22日 优先权日:2012年5月29日
【发明者】梅垣嘉之, 原园学 申请人:杰富意钢铁株式会社