形状评价方法以及形状评价装置与流程

本发明涉及对象物的形状评价方法以及形状评价装置。

背景技术：

由机床等加工之后的工件的表面的质量是评价的对象。表面的质量除了对人观察时的表面的美观造成影响之外，还对人观察时的外观设计性造成影响。例如，当表面的质量差时，有时在不期望的部分能够看到线、纹路。特别在评价的对象物为模具的情况下，模具的表面的形状被转印到所制造的大量产品。因此，模具的表面的形状是重要的，优选提高人观察时的品质。这样的表面的品质能够通过由测量器测量表面粗糙度等而进行评价。

作为对表面的质量进行评价的方法，已知根据对对象物的表面进行摄影而得到的图像来评价表面的品质的方法。例如，已知如下方法：对对象物的表面进行摄影而生成图像数据，对从图像数据得到的亮度的变化进行频率解析，根据人能够视觉辨认的频率分量来进行评价(参照专利文献1以及专利文献2)。

专利文献1：日本特开平10－96696号公报

专利文献2：日本特开2011－185659号公报

技术实现要素：

在由机床等进行的加工中，有时虽然在表面粗糙度等的评价中为容许范围内，但在人观察时感到表面粗糙。或者，有时在加工后的工件发现不期望的折线等，脱离期望的设计。与其相反，有时虽然在表面粗糙度的评价中为容许范围外，但人观察时表面看起来很美观。这样的人观察时的品质被称为表面质量。表面质量的评价有时与以往的判定方法的表面粗糙度等评价不一致。

在上述日本特开平10－96696号公报等所记载的方法中，对实际的产品进行摄影，得到图像数据。因此，存在如果尝试不制造作为评价的对象的产品则无法判别是否产生视觉上的问题这样的问题。另外，摄影时的光的状态、用于摄影的摄像机的特性对表面的评价的结果造成影响，所以有时评价结果与观察实际的产品时的视觉上的评价不一致。

特别存在无法区分是在设计产品时有意地设置的形状的变化还是制造时的误差所引起的形状的变化。例如，存在当产品形成有角部的情况下不知道是根据设计而有意地形成的角部(字符线)，还是由于制造误差等产生的角部这样的问题。

本发明的目的在于提供能够对人在视觉上感觉到的对象物的表面的品质进行评价的形状评价方法以及形状评价装置。

本发明的形状评价方法对对象物的表面的形状进行评价，其中，所述形状评价方法包括：存储设定有设计对象物时的设计形状的设计数据的工序；存储设定有作为对象物的评价的对象的评价对象形状的评价对象数据的工序；根据设计形状和评价对象形状来计算形状误差的形状误差计算工序；根据在形状误差计算工序中计算出的形状误差和预先决定的视觉特性数据，从计算出的形状误差之中检测能够视觉辨认的形状误差的可视觉辨认误差检测工序；以及确定产生能够视觉辨认的形状误差的位置的工序。

在上述发明中，形状误差计算工序优选包括如下工序：通过从评价对象形状的法线方向变化率减去设计形状的法线方向变化率，从而作为形状误差计算法线方向变化率的误差。

在上述发明中，视觉特性数据能够包含与空间频率有关的第1视觉特性数据和与法线方向变化率的误差的大小有关的第2视觉特性数据，可视觉辨认误差检测工序能够包括根据第1视觉特性数据，从法线方向变化率的误差去除无法视觉辨认的空间频率的分量的工序、和根据第2视觉特性数据来判定是否存在能够视觉辨认的法线方向变化率的误差的工序。

在上述发明中，第1视觉特性数据能够包含空间频率的判定值，该空间频率的判定值是根据能够在人观察在表面具有对视觉分辨率进行评价的形状的第1试验物时识别形状的变化的边界而设定的，第2视觉特性数据能够包含法线方向变化率的误差的判定值，该法线方向变化率的误差的判定值是根据能够在人观察在表面具有对法线方向变化率的视觉辨认界限进行评价的形状的第2试验物时识别形状的变化的边界而设定的。

在上述发明中，第1试验物能够具备具有间隔逐渐变窄的条纹状的凹凸的表面的形状，第2试验物能够在表面具有法线方向变化的棱线，具有棱线中的法线方向变化率沿着棱线的延伸方向连续地变化的形状。

本发明的形状评价装置对对象物的表面的形状进行评价，其中，所述形状评价装置具备：设计数据存储部，存储设定有设计对象物时的设计形状的设计数据；评价对象数据存储部，存储设定有作为对象物的评价的对象的评价对象形状的评价对象数据；形状误差计算部，根据设计形状和评价对象形状来计算形状误差；可视觉辨认误差检测部，根据在形状误差计算部中计算出的形状误差和预先决定的视觉特性数据，从计算出的形状误差之中检测能够视觉辨认的形状误差；以及位置确定部，确定产生能够视觉辨认的形状误差的位置。

在上述发明中，视觉特性数据能够包含与空间频率有关的第1视觉特性数据和与形状误差的大小有关的第2视觉特性数据，形状误差计算部能够形成为计算形状的变化率的误差，可视觉辨认误差检测部能够包括：空间频率处理部，根据第1视觉特性数据，从形状的变化率的误差去除无法视觉辨认的空间频率的分量；以及误差判定部，根据第2视觉特性数据，判定是否存在能够视觉辨认的形状的变化率的误差。

根据本发明，能够提供能够对人在视觉上感觉到的对象物的表面的质量进行评价的形状评价方法以及形状评价装置。

附图说明

图1是实施方式中的形状评价装置的框图。

图2是实施方式中的形状评价方法的流程图。

图3是说明实施方式中的设计形状和进行评价的评价对象形状的概略剖视图。

图4是根据坐标信息求出法线方向的角度的方法的说明图。

图5是实施方式中的第1试验物的立体图。

图6是示出第1试验物中的相对于y轴的位置的条纹的间隔的曲线图。

图7是示出相对于第1试验物中的条纹的间隔的视觉辨认界限的观测者的出现次数的曲线图。

图8是实施方式中的第2试验物的立体图。

图9是示出第2试验物中的x轴的位置与法线方向变化率的关系的曲线图。

图10是示出相对于第2试验物中的法线方向变化率的视觉辨认界限的观测者的出现次数的曲线图。

图11是示出评价对象形状的位置与法线方向变化率的误差的关系的曲线图。

图12是示出评价对象形状的位置与去除高频分量之后的法线方向变化率的误差的关系的曲线图。

图13是实施方式中的第1加工系统的框图。

图14是实施方式中的第2加工系统的框图。

符号说明

10：形状评价装置；11：数据存储部；12：形状误差计算部；13：变化率计算部；14：变化率误差计算部；15：可视觉辨认误差检测部；16：空间频率处理部；17：误差判定部；18：位置确定部；19：输出部；25：设计数据；26：评价对象数据；31：第1试验物；33：条纹；35：第2试验物；36：棱线；40：对象物；52：设计数据。

具体实施方式

参照图1至图14，说明实施方式中的形状评价方法以及形状评价装置。图1示出本实施方式中的形状评价装置的框图。在本实施方式中，将作为评价的对象的物体称为对象物。形状评价装置将进行加工之后的对象物的形状与设计时的对象物的形状进行比较。

形状评价装置10是对对象物的表面的形状进行评价的装置。作为进行评价的对象物，能够例示模具、机器构件、汽车的主体等工业产品、或者要求外观设计性的物品。形状评价装置10例如由具备经由总线相互连接的cpu(centralprocessingunit，中央存储单元)、ram(randomaccessmemory，随机存取存储器)以及rom(readonlymemory，只读存储器)等的运算处理装置构成。

对本实施方式中的形状评价装置10输入设计数据25以及评价对象数据26。进行加工的对象物由cad(computeraideddesign，计算机辅助设计)装置等决定形状。在设计数据25中设定有作为设计时的对象物的形状的设计形状。

评价对象数据26设定有作为对象物的评价的对象的形状即评价对象形状。作为评价对象数据26，能够采用进行对象物的加工之后的形状数据。例如，评价对象数据26能够使用通过模拟加工过程的仿真而得到的虚拟的形状数据。或者，评价对象数据26也可以是设定有实际对对象物进行加工之后的表面的形状的形状数据。

设计数据25以及评价对象数据26能够包含与表面的形状有关的2维的坐标值或者与表面的形状有关的3维的坐标值。或者，设计数据25以及评价对象数据26能够包含与表面的形状有关的法线向量的信息或者法线方向变化率的信息。在本实施方式中，作为设计数据25以及评价对象数据26，例示包含2维的坐标值的坐标数据而进行说明。

形状评价装置10包括数据存储部11，该数据存储部11存储设计数据25以及评价对象数据26。数据存储部11作为存储设计数据25的设计数据存储部而发挥功能。另外，数据存储部11作为存储评价对象数据26的评价对象数据存储部而发挥功能。

形状评价装置10包括形状误差计算部12。形状误差计算部12计算设定于评价对象数据26的形状相对于设定于设计数据25的形状的误差。即，形状误差计算部12计算作为设计形状与评价对象形状的误差的形状误差。

形状评价装置10包括可视觉辨认误差检测部15。由形状误差计算部12计算出的形状误差被输入到可视觉辨认误差检测部15。可视觉辨认误差检测部15能够根据在形状误差计算部12中计算出的形状误差和预先决定的视觉特性数据，对人能够判别的形状误差进行检测。在形状误差大的情况下，观察者能够识别为评价对象形状与设计形状不同。但是，在形状误差小的情况下，观察者无法识别。可视觉辨认误差检测部15从由形状误差计算部12计算出的形状误差检测对视觉造成影响的形状误差。

形状评价装置10包括位置确定部18。对位置确定部18输入由可视觉辨认误差检测部15检测出的能够视觉辨认的形状误差的信息。位置确定部18确定在对象物产生能够视觉辨认的形状误差的位置。

形状评价装置10具备输出部19。作为输出部19，能够采用构成为对作业者传递评价结果的装置。本实施方式的输出部19是显示形状的评价结果的显示部。显示部能够在存在能够视觉辨认的形状误差的情况下，显示对象物的存在形状误差的位置。或者，输出部19也可以构成为将评价结果送出到其它装置。

图2示出本实施方式中的形状评价方法的流程图。图2所示的控制由形状评价装置10实施。参照图1以及图2，在此，计算法线方向变化率的误差作为形状误差。当法线方向变化率的误差变大时，人在视觉上识别为评价对象形状与设计形状不同。法线方向变化率的误差良好地对应于观察者观察对象物时的在视觉上造成的影响。

形状误差计算部12实施形状误差计算工序，在该形状误差计算工序中，计算作为设计形状与评价对象形状的误差的形状误差。形状误差计算部12包括变化率计算部13和变化率误差计算部14。

在步骤81中，变化率计算部13关于设计形状以及评价对象形状计算对象物的表面的预先决定的点处的法线方向变化率。在步骤82中，变化率误差计算部14根据由变化率计算部13计算出的法线方向变化率，计算评价对象形状相对于设计形状的误差。

图3示出说明关于设计形状以及评价对象形状的法线方向变化率的概略剖视图。在本实施方式中，在设计数据25以及评价对象数据26中包含2维的坐标值。在图3所示的例子中，在与x轴以及z轴平行的平面切断了对象物40。能够在对象物40的表面每隔预先决定的间隔设定法线向量。在与x轴以及z轴平行的平面，按照规定的间隔切断对象物40。通过在各个剖切面每隔规定的间隔设定有法线向量，能够进行对象物的表面整体的评价。

在设计形状的对象物40的表面，每隔预先决定的间隔设定有设定点41a。另外，在评价对象形状的对象物40的表面，每隔预先决定的间隔设定有设定点41b。多个设定点41b的位置对应于多个设定点41a的位置。

在设计形状的设定点41a设定与表面的倾斜方向垂直的法线向量ni。法线向量ni是第i号设定点41a的法线向量。关于法线向量ni，能够设定法线方向的角度θi。在此，将相对于z轴的角度设定为法线方向的角度θi。另外，在评价对象形状的设定点41b设定与表面的倾斜方向垂直的法线向量nir。关于法线向量nir也能够设定法线方向的角度θir。在此，将相对于z轴的角度设定为法线方向的角度θir。

图4示出说明根据坐标数据计算法线方向的角度的方法的概略图。在图4中，例示了设计形状。本实施方式的设计形状根据坐标值设定。第i号设定点42和第(i+1)号设定点43的坐标值是已知的。能够根据这两个设定点42、43的坐标值设定向量ai。向量ai是从设定点42朝向设定点43的向量。而且，能够将与向量ai垂直的向量设定为法线向量ni。此时的法线方向的角度θi能够通过下面的式(1)计算。

[式1]

θi:第i号设定点处的法线方向的角度

这样，关于设计形状的第i号设定点，能够计算法线方向的角度θi。根据同样的方法，关于评价对象形状的第i号设定点41b，能够计算法线方向的角度θir。

参照图1以及图2，变化率计算部13计算设定点41a、41b处的法线方向变化率。法线方向变化率是相互相邻的设定点的法线方向的角度的变化率。例如，是法线方向的角度θi和法线方向的角度θi+1处的变化率。法线方向变化率能够通过下面的式(2)计算。下面的式(2)示出了设计形状的第i号设定点41a处的法线方向变化率。评价对象形状的法线方向变化率也能够通过同样的方法计算。

[式2]

法线方向的变化率

接下来，在步骤82中，变化率误差计算部14根据计算出的设计形状的法线方向变化率和评价对象形状的法线方向变化率，计算法线方向变化率的误差。法线方向变化率的误差能够通过从评价对象形状的法线方向变化率减去设计形状的法线方向变化率而计算。作为形状误差的法线方向变化率的误差能够通过下面的式(3)计算。

[式3]

θi：设计形状的第i号设定点处的法线方向的角度

评价对象形状的第i号设定点处的法线方向的角度

ei：法线方向变化率的误差

xi；设计形状的第i号设定点处的坐标值

xlr：评价对象形状的第i号设定点处的坐标值

接下来，可视觉辨认误差检测部15实施可视觉辨认误差检测工序，在该可视觉辨认误差检测工序中从计算出的形状误差之中检测能够视觉辨认的形状误差。可视觉辨认误差检测部15根据在形状误差计算工序中计算出的形状误差和预先决定的视觉特性数据，检测人能够视觉辨认的误差。可视觉辨认误差检测部15包括空间频率处理部16和误差判定部17。在视觉特性数据中包含与空间频率有关的第1视觉特性数据和与法线方向变化率的误差的大小有关的第2视觉特性数据。

在步骤83中，空间频率处理部16实施从法线方向变化率的误差去除无法视觉辨认的空间频率的分量的工序。当表面的凹凸变细时，人无法识别凹凸。即，当凹凸的空间频率变高时，人无法判别在表面发现的凹凸。与其同样地，当形状误差的空间频率变高时，人无法判别评价对象形状相对于设计形状的区别。空间频率处理部16去除超过这样的视觉辨认界限的高的空间频率的分量。

在进行空间频率的处理的工序中，使用第1视觉特性数据。在本实施方式中，第1视觉特性数据预先通过实验决定。在此，说明第1视觉特性数据。在第1视觉特性数据的设定中使用在表面具有评价视觉分辨率的形状的第1试验物。第1视觉特性数据包含根据在人观察第1试验物时能够识别形状的变化的边界设定的空间频率的判定值。

图5示出用于设定空间频率的判定值的第1试验物的立体图。第1试验物31形成为长方体状。第1试验物31在表面具有间隔逐渐变窄的条纹状的凹凸。在第1试验物31的表面以使多个凹部32在x轴方向上延伸的方式形成。凹部32的剖面形状形成为圆弧状。凹部32如箭头91所示随着靠向y轴方向的正侧而逐渐变浅。

在相互相邻的凹部32彼此之间形成有条纹33。多个条纹33沿着x轴方向延伸。多个条纹33形成为相互平行。如箭头91所示，条纹33的间隔随着靠向y轴方向的正侧而逐渐变窄。

在形成第1试验物31的情况下，例如，通过使球头立铣刀向箭头92所示的方向移动，从而形成凹部32。使用相同的球头立铣刀来形成多个凹部32。此时，形成为多个凹部32的深度逐渐变化。即，逐渐改变由球头立铣刀进行加工时的进给间隔量，形成凹部32。

图6示出说明第1试验物中的y轴的位置与条纹的间隔的关系的曲线图。可知y轴的位置越大，则条纹33的间隔越窄。在该例中，条纹33的间隔以2次函数状变化。空间频率是与长度有关的频率。空间频率能够如下面的式(4)所示作为长度的倒数定义。

[式4]

f：空间频率

l：长度

在第1试验物31中，能够将条纹33的间隔的倒数定义为空间频率。在第1试验物31中，越向箭头91所示的方向前进，则空间频率越高。

参照图5以及图6，在例如由白色的幕覆盖第1试验物31的状态下，从各个方向照射光，从而成为没有炫光的状态。而且，观察者从正上方观察第1试验物31。观察者能够在条纹33的间隔大的区域确认多个条纹33。然而，当条纹33的间隔变小时，无法识别多个条纹33。无法识别条纹33的点是人的视觉分辨率。

这样，第1试验物31具有评价视觉分辨率的形状。在图5以及图6所示的例子中，使进给间隔量从0.45mm至0.11mm为止以指数函数状变化。一般而言，视觉分辨率被表示为视角。视角依赖于对象物的大小、对象物、从视点起的距离。因此，条纹33彼此的间隔能够根据观察进行评价的产品的距离来设定。在此，以视力1.0设为视觉分辨率而为视角1/60度的情况为参考。

在本实施方式中，观察者从预先决定的距离观察第1试验物。观察者对无法确认表面的条纹33的纹路的y轴的位置进行指定。由测量器对该点的y轴的位置进行测量。然后，根据y轴的位置确定条纹33的间隔。能够根据条纹33的间隔来决定观察者的视觉辨认界限的空间频率。在本实施方式中，利用多个观察者测量视觉辨认界限的空间频率。然后，计算出多个观察者的视觉辨认界限的空间频率的平均值。将该平均值设定为空间频率的判定值。

图7示出观察第1试验物的结果的曲线图。在图7所示的例子中，示出了在普通的事务所内的明亮度下从25cm的距离观察第1试验物31的情况下的评价结果。视觉分辨率依赖于观察者而产生偏差。在图7所示的例子中，视觉分辨率的平均为0.27mm，设为视角为0.07度。即，在条纹33彼此的间隔为0.27mm时，能够判断为大多数人无法判别条纹33的纹路。此时的视觉辨认界限的空间频率为1/0.27[1/mm]，将该值用作空间频率的判定值。

在本实施方式中，作为无法看到条纹33的纹路的间隔，采用多个观察者的平均值，但不限于该方式，能够以统计方式对观察者的结果进行处理。例如，也可以考虑余量而采用与观察者的测量结果的平均值相比加上规定的值而得到的间隔。

通过采用第1试验物31，能够定量地设定视觉分辨率。另外，能够与观察对象物的人的种类相匹配地设定视觉分辨率。视觉分辨率根据人的视网膜的视觉细胞的大小和眼球的折射率确定。因此，被认为不易产生大的个人差。但是，例如近视的人与远视的人的最容易看到的焦点距离不同，因此有时在观察处于相同的距离的对象物的情况下视觉分辨率不同。

因此，例如，作为儿童使用的产品，能够使用由儿童的观察者设定的视觉分辨率，作为老人使用的产品，能够使用由老人的观察者设定的视觉分辨率。这样，作为观察者选定实际观察对象物的人的种类，设定视觉分辨率，从而能够提高实际的产品的表面质量。

另外，视觉分辨率依赖于从对象物起的距离。因此，优选为在进行由观察者进行的测量的情况下，按照与人观察实际的产品时的距离对应的距离进行测量。

第1试验物不限于上述方式，能够采用用于设定视觉分辨率的任意的试验物。例如，也可以沿着y轴方向，使条纹彼此的间隔线性地变化。另外，在上述第1试验物中，在俯视时条纹的纹路形成为直线状，但不限于该方式，也可以在俯视时形成为曲线状。

此外，本实施方式的第1试验物使用球头立铣刀来形成。当使球头立铣刀的刀具直径变化时，凹部的剖面形状变化。发明者们使用刀具直径不同的多个球头立铣刀来制作出多个第1试验物。在制作1个第1试验物的期间中，不改变球头立铣刀而使用相同的球头立铣刀。其结果，可知即使球头立铣刀的刀具直径不同，观察者的视觉分辨率也大致恒定。

参照图1，根据如上所述求出的视觉辨认界限的空间频率，空间频率处理部16从法线方向变化率的误差去除超过视觉辨认界限的空间频率的分量。作为去除超过视觉辨认界限的空间频率的分量的方法，例如能够使用低通滤波器等公知的滤波器。或者，对法线方向变化率的误差进行傅立叶变换，从傅立叶变换的结果去掉比视觉辨认界限大的频率分量。之后，进行逆傅立叶变换，从而能够得到去除了无法视觉辨认的空间频率的分量的法线方向变化率的误差。

或者，参照图3，使用各个设定点41b的前后的多个设定点，计算法线方向变化率的误差的平均值，从而能够去除期望的高频分量。第i号前后的设定点处的法线方向变化率的误差的平均值为第i号设定点处的去除了高频分量的法线方向变化率的误差。去除了高频分量的法线方向变化率的误差能够通过下面的式(5)表示。

[式5]

ei：第i号设定点处的法线方向变化率的误差

n：计算平均值时的设定点的个数(偶数)

去除了高频分量的法线方向变化率的误差

在此，用于计算平均值eivis的设定点的个数n能够根据视觉辨认界限的空间频率和设定点彼此的间隔计算。用于计算平均值eivis的设定点的个数n能够通过下面的式(6)计算。

[式6]

f：视觉辨认界限的空间频率

δx：设定点彼此的间隔

n：设定点的个数

这样，通过计算法线方向变化率的误差的移动平均值，也能够去除超过视觉辨认界限的高频分量。能够去除与人无法识别的细微的凹凸有关的误差。

然而，关于视觉，已知识别出对象物的表面的对比度、即亮度的变化。对象物的表面的亮度根据表面的方向、光源以及与视点的位置的关系而确定。对象物的表面的亮度的变化依赖于表面的法线方向的变化。当法线方向的变化大时，对象物的表面的亮度的变化也变大。因此，人在视觉上能够识别的对比度、即亮度的变化率能够置换为法线方向变化率而进行评价。通过对对象物的表面的法线方向变化率的视觉辨认界限进行定量化，能够评价在表面是否存在视觉上的问题。

参照图1以及图2，在步骤84中，误差判定部17实施根据第2视觉特性数据来判定是否存在能够视觉辨认的法线方向变化率的误差的工序。在法线方向变化率的误差比判定值大的情况下，人识别为评价对象形状与设计形状不同。换言之，能够判别为在评价对象形状中包含被识别为与设计形状不同的部分。

第2视觉特性数据是与法线方向变化率的误差的大小有关的数据。在本实施方式中，第2视觉特性数据包含根据在人观察第2试验物时能够识别形状的变化的边界所设定的法线方向变化率的误差的判定值。第2试验物在表面具有对法线方向变化率的视觉辨认界限进行评价的形状。

图8示出用于设定第2视觉特性数据的第2试验物的立体图。第2试验物35形成为长方体状。第2试验物35具有两个平面交叉的形状。第2试验物35由于两个平面交叉，从而具有沿着y轴方向延伸的棱线36。在棱线36中，平面的延伸方向变化。第2试验物35具有棱线36中的法线方向变化率沿着棱线36的延伸方向连续地变化的形状。

图9示出相对于棱线的附近的x轴的位置的法线方向变化率的曲线图。棱线36的顶线的x轴的位置为零。图9示出了经过第2试验物35的y轴方向上的位置ya、yb的曲线图。第2试验物35的形状变化的周期大致为0.5mm。参照图8以及图9，越向箭头93所示的方向前进，则法线方向变化率越增大。y轴的位置ya为第2试验物35的一方的端面的位置，法线方向变化率的大小最大。在第2试验物35的中央部的位置yb处，法线方向变化率比位置ya小。y轴的位置yc为第2试验物35的另一方的端面的位置，法线方向变化率为零。这样，形成为随着靠向箭头93所示的方向，一个平面的斜率逐渐变大。在本实施方式中，使法线方向变化率从0[rad/mm]至－0.013[rad/mm]为止以指数函数状变化。法线方向变化率的变化的状态不限于该方式，例如也可以使得线性地变化。

当观察者观察第2试验物35时，能够在法线方向变化率大的部分在视觉上识别棱线36。另一方面，观察者无法在法线方向变化率小的部分在视觉上识别棱线36。能够将观察者能够确认棱线36的界限决定为法线方向变化率的视觉辨认界限。

观察者对无法确认棱线36的点进行指定。由测量器对该点的y轴的位置进行测量。然后，能够根据y轴的位置来决定法线方向变化率的视觉辨认界限。在本实施方式中，在第2试验物35中，也是多个观察者观察第2试验物35。然后，将多个观察者的法线方向变化率的视觉辨认界限的平均值用作判定值。

图10示出多个观察者观察时的法线方向变化率的视觉辨认界限的出现次数的曲线图。在图10所示的例子中，示出了在普通的办公室的明亮度下从25cm的距离观察第2试验物35的情况。法线方向变化率的视觉辨认界限根据观察者而产生某种程度的偏差。关于观察者的平均值，法线方向变化率为0.0045[rad/mm]。即，大多数人在法线方向变化率为0.0045[rad/mm]时，无法识别棱线36。在本实施方式中，将该值设定为法线方向变化率的误差的判定值。法线方向变化率的误差的判定值的设定方法不限于该方式，也可以根据观察者的评价结果计算。

图11示出由形状误差计算部计算出的法线方向变化率的误差的曲线图。横轴为x轴的位置，将规定的位置设定为零。可知法线方向变化率的误差在各个位置大幅地变动。即，法线方向变化率的误差包含高频分量。

图12示出由空间频率处理部去除了高频分量的法线方向变化率的误差的曲线图。与图11的曲线相比，曲线变平滑，去除了各个位置处的高频分量。在图12中记载有法线方向变化率的误差的判定值le。

如前所述，在对象物的法线方向变化率的误差比人能够视觉辨认的法线方向变化率大的情况下，能够认为人识别出评价对象形状与设计形状不同。因此，作为形状误差的判定值le，能够使用由第2试验物35得到的法线方向变化率的视觉辨认界限。在图12所示的例子中，法线方向变化率的误差的判定值le使用0.0045[rad/mm](参照图10)。

超过判定值le的部分为人识别为评价对象形状相对于设计形状不同的部分。例如，能够判断为人识别为在位置xa处评价对象形状与设计形状不同。

参照图1以及图2，在步骤84中，误差判定部17判别法线方向变化率的误差是否超过判定值。当在步骤84中在整个区域中法线方向变化率的误差为判定值以下的情况下，转移到步骤86。在步骤86中，在显示部显示不存在能够视觉辨认的形状误差。当在步骤84中至少在一部分区域法线方向变化率的误差超过判定值的情况下，转移到步骤85。

在步骤85中，位置确定部18在对象物中确定法线方向变化率的误差超过判定值的位置。在图12所示的例子中，确定位置xa。能够判断为在位置xa处形状产生视觉上的问题。接下来，转移到步骤86。在步骤86中，显示部显示存在能够视觉辨认的形状误差。另外，显示部显示产生能够视觉辨认的形状误差的位置。

第2视觉特性数据与第1视觉特性数据同样地，优选根据主要使用实际的产品的用户层以及使用环境来制作。另外，这些视觉特性数据能够根据使用按视力、年龄等的产品的人的种类来制作。

设定法线方向变化率的误差的判定值的方法、进行评价时的评价方法能够根据评价对象形状所需的视觉上的特性以及实际的产品的使用状态等来设定。例如，在上述实施方式中，将多个观察者的测量结果的平均值用作判定值，但不限于该方式，也可以对平均值采用包含余量的判定值。

在上述实施方式中，检测法线方向变化率的误差超过判定值的位置，但不限于该方式，例如计算几毫米的区间中的法线方向变化率的误差的平均值，在该平均值比其它位置大的情况下判断为人能够视觉辨认。另外，也可以在该平均值比预先决定的判定值大的情况下，判定为人能够视觉辨认。或者，也可以针对法线方向变化率的误差，使用包含人的视觉的空间频率特性的对比度灵敏度曲线，判定为人能够视觉辨认。也可以在对法线方向变化率的误差进行基于空间频率的加权之后，判别法线方向变化率的误差是否超过判定值，在法线方向变化率的误差超过判定值的情况下判定为人能够视觉辨认。

在上述实施方式中，观察者观察第2试验物35而决定法线方向变化率的视觉辨认界限。通过采用该方法，能够定量地决定法线方向变化率的视觉辨认界限。另外，通过使第2试验物的颜色、材质或者表面粗糙度与实际的产品相同，能够更准确地判定人实际观察时的表面质量。进而，通过实施与产品相同的表面处理，能够更准确地判定表面质量。能够通过这些方法来对对象物的表面的颜色、质感的区别所致的影响也进行考虑。

此外，在决定法线方向变化率的视觉辨认界限的情况下，不限于观察者实际观察第2试验物的方法，也可以观察显示有第2试验物的照片、由摄像机对第2试验物进行摄影而得到的图像的显示装置来设定法线方向变化率的视觉辨认界限。

在上述实施方式中，在去除空间频率的高频分量之后进行法线方向变化率的误差的判定，但也可以不实施去除空间频率的高频分量的工序。例如，在作为评价对象数据使用由模拟器等计算机计算出的数据的情况下，有时不发现高频分量。在这样的情况下，也可以不实施去除空间频率的高频分量的工序。

本实施方式中的形状评价方法以及形状评价装置能够评价人在视觉上感觉到的对象物的表面的品质。另外，能够判别是在设计中有意地设置的形状变化所致的亮度变化还是制造误差等形状误差所引起的亮度变化。另外，即使没有实际制作出的产品，也能够评价视觉上的问题的产生。例如，如后所述，代替实际加工后的对象物的表面的形状的测量结果，而使用加工仿真的结果，从而能够评价对象物是否产生视觉上的问题。

另外，本实施方式中的形状评价方法以及形状评价装置能够区分基于空间频率的视觉分辨率和对比度的视觉辨认界限来进行评价。

本实施方式的视觉特性数据具有第1视觉特性数据和第2视觉特性数据。通过根据人观察试验物的结果来制作这些视觉特定数据，能够提高表面质量的评价精度。通过根据实际的人的视觉来制作视觉特性数据，能够使基于本发明的评价与基于实际的视觉的评价精度良好地一致。例如，能够精度良好地判别有意地设置的形状变化。

在上述实施方式中，使用根据2维的坐标数据计算出的法线方向数据来计算法线方向变化率的误差，但不限于该方式，也可以使用3维的法线方向数据。即，在上述实施方式中，设计数据以及评价对象数据包含2维的坐标信息，不限于该方式，也可以包含3维的坐标信息。3维的法线方向变化率能够通过下面的式(7)、式(8)表示。

[式7]

设计数据以及评价对象数据除了可以是包含坐标值的数据以及包含法线方向的数据之外，还可以是能够由cad装置进行处理的stl(standardtriangulatedlanguage，标准化语言)数据等。

另外，在本实施方式中，作为形状误差计算出法线方向变化率的误差，但不限于该方式，形状误差计算部能够计算评价对象形状相对于设计形状的任意的形状误差。例如，参照图3，作为形状误差，也可以是法线方向的角度的误差。法线方向的角度的误差能够通过下面的式(9)计算。

[式8]

θθ＝θir-θi…(9)

eθ：法线方向的角度的误差

参照图1，在本实施方式中，使设计数据以及评价对象数据存储于数据存储部，但不限于该方式，也可以使根据设计数据以及评价对象数据计算出的法线方向变化率存储于数据存储部。在该情况下，变化率计算部比数据存储部靠前配置。另外，也可以使法线方向变化率的误差存储于数据存储部。在该情况下，形状误差计算部能够配置在数据存储部之前。这些在任意的情况下在数学上都是等价的。

图13示出本实施方式的第1加工系统的框图。第1加工系统具有前述形状评价装置10。在第1加工系统中，利用cad(computeraideddesign，计算机辅助设计)装置51设计工件的形状。cad装置51将工件的设计数据52供给到cam(computeraidedmanufacturing，计算机辅助制造)装置53。另外，工件的设计数据52被输入到形状评价装置10。

cam装置53根据设计数据52，生成用于驱动数控式的机床的输入数值数据54。在输入数值数据54中包含刀具相对于工件的相对的路径的信息。对cam装置53输入刀具条件、加工条件等输入参数57。在刀具条件中包含刀具的种类、刀具直径以及最佳的切削速度等。在加工条件中，包含进给间隔量、进给速度以及主轴的转速等。

第1加工系统包括加工模拟器55。加工模拟器55根据输入数值数据54以及输入参数57，由计算机模拟由机床进行的加工。在输入到加工模拟器55的输入参数57中还包含模拟的机床的控制参数等。而且，加工模拟器55输出包含加工后的工件的形状的信息的模拟器输出数据56。模拟器输出数据56包含加工后的工件的坐标值的信息、法线方向的信息等。在第1加工系统中，模拟器输出数据56相当于评价对象数据。模拟器输出数据56被输入到形状评价装置10。

形状评价装置10根据设计数据52以及模拟器输出数据56，判别在加工后的工件的形状中是否包含能够视觉辨认的形状误差。能够在包含能够视觉辨认的形状误差的情况下，作业者根据输出到输出部19的评价结果，由cad装置51进行工件的设计变更。或者，作业者能够变更输入参数57，以使得在加工后的工件的形状中不包含能够视觉辨认的形状误差。

这样，如由数控式的机床进行的切削加工那样，在刀具的轨迹对应于表面的形状的情况下，能够根据模拟刀具的移动的数学模型来生成评价对象数据。

在第1加工系统中，即使不进行实际的加工，也能够进行加工后的形状的评价。而且，能够在进行实际的加工之前，变更设计形状或者变更输入参数，以使得在加工后的工件的形状中不包含能够视觉辨认的形状误差。

图14示出本实施方式的第2加工系统的框图。第2加工系统的具备数控式的机床60和对由机床60加工的加工物(工件)的表面形状进行测量的加工物测量器63的结构与第1加工系统不同。由cam装置53输出的输入数值数据54被输入到机床60。对机床60输入控制参数62。在控制参数62中包含加减速的时间常数、反向间隙校正以及进给轴的反馈控制中的增益等。机床60能够根据控制参数62以及输入数值数据54来自动地对工件进行加工。机床60形成加工物61。

加工物测量器63对加工物61的表面形状进行测量。作为加工物测量器63，能够例示粗糙度测量机、3维测量机。而且，加工物测量器63根据加工物61的表面的形状的测量结果，生成测量数据64。在测量数据64中，包含坐标值的信息、法线方向的信息等。测量数据64相当于评价对象数据。测量数据64被输入到形状评价装置10。

形状评价装置10根据设计数据52以及测量数据64，判别在加工后的加工物61的形状中是否包含能够视觉辨认的形状误差。在包含能够视觉辨认的形状误差的情况下，作业者能够根据由输出部19输出的评价结果，由cad装置51进行工件的设计变更。或者，作业者能够变更控制参数62，以使得在加工物的形状中不包含能够视觉辨认的形状误差。

这样，在评价对象形状为实际的加工物的形状的情况下也能够定量地进行表面形状的评价。另外，由于定量地表示评价结果，所以易于进行控制参数62以及工件的设计变更。

或者，能够对以不配置工件的状态驱动机床时的刀具以及工件的移动轨迹进行测量。而且，也可以根据移动轨迹的测量结果来制作评价对象数据。例如，能够由包括球杆的正圆测量器、网格编码器、位移计或者加速度计等测量配置刀具或者工件的表格的移动轨迹。能够根据这些测量结果来生成评价对象数据。或者，还能够使用在机床的控制装置中实施的与反馈控制有关的信息等。

在该方法中，能够实施用于进行实际的加工的机床的驱动。或者，能够通过预先决定的机床的基本动作来进行测量。也可以根据基本动作的测量结果，推测实际的加工的机床的动作，根据推测出的动作来制作评价对象数据。在该方法中，即使不对实际的工件进行加工，也能够进行加工后的工件的表面形状的评价。

本发明的形状评价方法以及形状评价装置能够用于进行基于人的视觉的评价的产品的形状的评价。另外，能够在当进行设计时决定形状公差的设定、在产生视觉上的问题的情况下解决问题的方法时使用。

在上述各个控制中，能够在功能以及作用不被变更的范围适当地变更步骤的顺序。上述实施方式能够适当地进行组合。在上述各个图中，对相同或者相等的部分附加有相同的符号。此外，上述实施方式是例示，并非限定发明。另外，在实施方式中，包含通过权利要求书示出的实施方式的变更。