CN107121085A - 表面构造测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种表面构造测量装置和方法，该装置包括：测量传感器，该测量传感器在可测物体的圆筒部分的内壁被沿圆筒部分的周向划分出的每个测量区域处沿内壁的法向位移，与此同时以非接触的方式测量所述内壁的表面构造；W轴位移器，该W轴位移器使测量传感器沿W轴方向位移；θ轴位移器，该θ轴位移器在第一测量区域的表面构造测量完成后使测量传感器沿周向位移，从而使测量传感器面向在周向上与第一测量区域相邻的第二测量区域；以及控制器，该控制器在使测量传感器沿W轴方向位移的同时调整W轴方向的测量位置，以测量第二测量区域的表面构造。

Description

表面构造测量装置和方法

相关申请引用

本申请根据35U.S.C.§119的规定要求于2016年2月25日提交的日本专利申请2016-034437的优先权，该专利申请的公开内容通过完整引用结合在此。

技术领域

本发明涉及一种使用非接触型测量传感器测量可测物体的内壁的表面构造的表面构造测量装置和方法。

背景技术

通常使用表面构造测量装置测量可测物体的表面构造。例如，日本公开专利2006-064512中公开的一种表面构造测量装置检测可测物体表面上的凹凸的位置变化，以测量可测物体的内径和外径。

近年来，一直有对可测物体的圆筒部分的内壁的详细表面构造进行自动测量的需求。提出的一种方法是使以非接触方式测量内壁的测量传感器在圆筒部分内转动，并测量内壁的表面构造。但是，这种测量方法在进行测量时要假定可测物体的圆筒部分是完美的圆形，但是在某些情况中，实际的圆筒部分可能不是完美的圆形。在这种情况中，测量传感器与内壁之间的距离不是恒定的，因此与圆筒部分是完美的圆形的情况相比，不能高度精确地测量内壁。

发明内容

鉴于这些情况，本发明提供一种能够高精度地测量可测物体的圆筒部分的内壁的详细表面构造的表面构造测量装置。

根据本发明的一个方面，提供一种表面构造测量装置，该表面构造测量装置包括测量传感器、法向位移机构、周向位移机构、以及控制器。测量传感器在可测物体的圆筒部分的内壁被沿圆筒部分的周向划分出的每个测量区域处沿内壁的法向位移，与此同时以非接触的方式测量所述内壁的表面构造。法向位移机构使测量第一测量区域的表面构造的测量传感器沿法向位移。在第一测量区域的表面构造测量完成后，周向位移机构使测量传感器沿周向位移，从而使测量传感器面向在周向上与第一测量区域相邻的第二测量区域。控制器在使测量传感器沿法向位移的同时调整法向测量位置，以测量第二测量区域的表面构造，控制器基于第一测量区域的表面构造的测量结果调整测量位置。

另外，测量传感器可配置为在沿法向的预定测量范围内测量表面构造，控制器可配置为基于第一测量区域的表面构造的测量结果调整测量范围的法向位置，以测量第二测量区域的表面构造。

另外，控制器可配置为基于第一测量区域的表面构造的测量结果求取测量传感器在周向上的转动中心与第一测量区域之间的法向估算距离，并可配置为基于所述估算距离调整法向测量位置，以测量第二测量区域的表面构造。

另外，测量传感器可配置为测量第一测量区域的三维形状作为表面构造，并且控制器可配置为基于第一测量区域的三维形状求取所述估算距离。

另外，控制器可配置为基于第一测量区域的至少一个部分区域的测量值的平均值和中值之一求取所述估算距离。

另外，所述表面构造测量装置可配置为还包括：相交方向位移机构，该相交方向位移机构使可测物体在包含法向和周向的第一平面内沿与法向和周向相交的相交方向位移；以及正交方向位移机构，该正交方向位移机构通过使测量传感器沿与第一平面正交的正交方向位移而使测量传感器正对内壁。

另外，上述测量传感器可为使用与通过光学干涉形成的干涉条纹的亮度有关的数据测量表面构造的光学干涉传感器。

另外，上述测量传感器可为通过捕获内壁的图像来测量表面构造的图像传感器。

另外，上述测量传感器可为通过使光聚焦在内壁上来测量表面构造的共焦传感器。

另外，上述测量传感器可为通过检测与捕获的内壁图像对比的峰值来测量表面构造的传感器。

根据本发明的另一个方面，提供一种表面构造测量方法，该表面构造测量方法包括：在使测量传感器沿可测物体的圆筒部分的内壁的法向位移的同时以非接触的方式测量所述圆筒部分沿周向划分出的多个测量区域之中的第一测量区域的表面构造；在第一测量区域的表面构造测量完成后，使测量传感器沿周向位移，从而使测量传感器面向在周向上与第一测量区域相邻的第二测量区域；以及在使测量传感器沿法向位移的同时调整法向测量位置，以测量第二测量区域的表面构造，所述测量位置的调整基于第一测量区域的表面构造的测量结果进行。

根据本发明，可高精度地测量可测物体的圆筒部分的内壁的详细表面构造。

附图说明

下面将参照多张附图通过本发明的示例性实施方式的非限定性实例来进一步详细说明本发明，在附图中，相似的标号在多个视图中代表相似的部件，其中：

图1是根据本发明的一种实施方式的表面构造测量装置的示例性外部结构的透视图；

图2是表面构造测量装置的结构框图；

图3是接触式测头和测量传感器的说明性示意图；

图4示出了接触式测头正在与可测物体接触的状态；

图5(a)至5(c)是测量器的位移方向的说明性示意图；

图6是沿内壁表面的周向布置的多个测量区域的说明性示意图；

图7(a)至7(d)是测量过程中测量传感器的位移方式的说明性示意图；

图8(a)和8(b)是在圆筒(气缸)部分不是完美的圆形的情况中引起的问题的说明性示意图；

图9(a)和9(b)是第一视场的测量的说明性示意图；

图10(a)和10(b)是第二视场的测量的说明性示意图；和

图11是在第三视场中调整测量传感器的测量位置的说明性示意图。

具体实施方式

在此所示的具体内容是示例性的，仅用于示例性地论述本发明的实施方式，并且是为了更好地理解本发明的原理和概念特征而给出的。在此方面，除了理解本发明所必须的内容外，本文不试图更详细地展示本发明的结构细节，参照附图给出的说明是为了使本领域技术人员清晰地理解本发明的实施形式。

表面构造测量装置的结构

下面将参照图1和图2说明根据本发明的一种实施方式的表面构造测量装置1的结构。图1是根据本发明的一种实施方式的表面构造测量装置1的示例性外部结构的透视图。图2是表面构造测量装置1的结构框图。

如图1和图2所示，表面构造测量装置1包括工作台10、载物台12、支撑柱14、Z滑架16、接触式测头20、测量传感器22、碰撞检测传感器24、X轴位移机构/位移器30、Y轴位移机构/位移器32、Z轴位移机构/位移器34、W轴位移机构/位移器36、θ轴位移机构/位移器38、以及控制装置70。在此实施方式中，W轴位移机构36相应于法向位移机构/位移器，θ轴位移机构38相应于周向位移机构/位移器，X轴位移机构30和Y轴位移机构32相应于相交方向位移机构/位移器，Z轴位移机构34相应于正交方向位移机构/位移器。

表面构造测量装置1是自动测量可测物体90的内壁92的表面构造的装置。在下文的说明中，可测物体90是发动机的气缸盖。该气缸盖具有四个气缸(气缸部分)，表面构造测量装置1测量四个气缸的内壁92的表面构造。表面构造测量装置1能够测量可测物体90的表面构造，而无需分解或切割可测物体90。

工作台10是表面构造测量装置1的底座。例如，工作台10布置在安装在车间地面上的防震台上。该防震台防止车间地面的震动传递至工作台10。

载物台12布置在工作台10上。可测物体90放置在载物台12上。载物台12能够利用X轴位移机构30和Y轴位移机构32沿X和Y轴方向位移。也可使用专用夹具将可测物体90布置在载物台12上。在这种情况中，可测量具有很多形状的可测物体90的内壁92的表面构造。

支撑柱14布置为从工作台10的顶面沿Z轴方向耸起。支撑柱14支撑Z滑架16，使得Z滑架16能够沿Z轴方向位移。

使用Z轴位移机构34，能够使Z滑架16沿Z轴方向相对于支撑柱14位移。如图3所示，接触式测头20、测量传感器22和碰撞检测传感器24安装到Z滑架16上。

图3是接触式测头20和测量传感器22的说明性示意图。图4示出了接触式测头20正在与可测物体90接触的状态。接触式测头20与可测物体90接触，以测量可测物体90的坐标。由于接触式测头20安装到Z滑架16上，因此接触式测头20随着Z滑架16沿Z轴方向的位移一起沿Z轴方向位移。Z滑架16包括使接触式测头20沿Z轴方向在测量位置和备用位置之间上下位移的位移机构。

在接触式测头20的测量位置，接触式测头20在Z轴方向上比测量传感器22更靠近可测物体90，处于接触式测头20可与可测物体90接触的位置。在接触式测头20的备用位置，接触式测头20处于在Z轴方向上比测量传感器22更远离可测物体90的位置。接触式测头20通常在备用位置处于备用状态，在测量可测物体90的坐标时，接触式测头20位移至测量位置。相应地，在处于备用位置时，可防止接触式测头20在测量传感器22测量表面构造时与可测物体90碰撞。

测量传感器22是以非接触方式测量内壁92的表面构造的传感器。测量传感器22随着Z滑架16沿Z轴方向的位移一起沿Z轴方向位移。测量传感器22例如测量内壁92的三维形状作为表面构造。相应地，可测量内壁92的凹凸，例如可测量凹痕的大小或凹痕的分布。如图3中所示，测量传感器22安装到从Z滑架16沿Z轴方向向下延伸的测量器26上。

在此实施方式中，测量传感器22是使用与通过光学干涉形成的干涉条纹的亮度有关的数据测量内壁92的表面构造的光学干涉传感器。例如，众所周知的是，在使用白光源的光学干涉传感器中，在参考光路的光路长度与测量光路的光路长度相符的焦点位置处，由不同波长的干涉条纹的重叠峰形成的复合干涉条纹的亮度增加。因此，在光学干涉传感器中，在改变测量光路长度的同时，由图像捕获元件(例如CCD摄像头)捕获显示干涉光强度的二维分布的干涉图像，并在图像捕获视场中的各个测量位置检测干涉光强度达到峰值的焦点位置。相应地，对每个测量位置处的被测表面(具体而言是内壁92)的高度进行测量，因而例如可测量内壁92的三维形状。

光学干涉传感器例如可使用众所周知的麦克森干扰测量法，并且包括光源、透镜、参考镜、图像捕获元件等。另外，在此实施方式中，从位于测量器26上方的光源发射的光在测量器26内向下前进，随后所述光的光轴弯曲90°，并且所述光通过测量器26的面向内壁92的侧表面上的孔口被导向内壁92。

再次参考图2，碰撞检测传感器24检测测量器26与可测物体90的碰撞。碰撞检测传感器24布置在位于Z滑架16下的测量器26的尖端处。碰撞检测传感器24沿圆筒状测量器26的径向突出，并能够在测量传感器22触及内壁92之前与内壁92接触。通过使用碰撞检测传感器24检测碰撞，例如能够防止测量传感器22触及内壁92。

X轴位移机构30是使布置有可测物体90的载物台12沿X轴方向(图1)位移的驱动机构。X轴位移机构30例如由进给螺杆机构构成，当然，本领域技术人员应理解，在可替代实施方式中也可使用其它适当的位移器。上述进给螺杆机构是滚珠丝杠机构，包括滚珠丝杠和拧到该滚珠丝杠上的螺母构件。X轴位移机构30不局限于滚珠丝杠机构，例如也可由带式机构构成，当然，本领域技术人员应理解，(像所有公开的位移机构/位移器一样)在可替代实施方式中也可使用其它适当的位移器。

Y轴位移机构32是使载物台12沿Y轴方向(图1)位移的驱动机构。与X轴位移机构30相似，Y轴位移机构32例如由进给螺杆机构构成，当然，本领域技术人员应理解，在可替代实施方式中也可使用其它适当的位移器。在此实施方式中，X轴位移机构30和Y轴位移机构32协作使布置有可测物体90的载物台12沿X轴方向和Y轴方向相互正交的XY平面(第一平面)位移。

Z轴位移机构34是使Z滑架16(测量器26)沿与XY平面正交的Z轴方向(图1)位移的驱动机构。Z轴位移机构34例如由进给螺杆机构构成，当然，本领域技术人员应理解，在可替代实施方式中也可使用其它适当的位移器。Z轴位移机构34通过沿Z轴方向降低测量器26而使测量传感器22正对内壁92。

图5(a)至5(c)是测量器26的位移方向的说明性示意图。通过沿图5(a)中所示的箭头的方向降低测量器26(具体而言，是通过将测量传感器22置于气缸部分内)，Z轴位移机构34使测量传感器22正对内壁92，如图5(b)所示。在此实施方式中，只有测量器26被置于气缸部分内。因此，即使在可测物体90的气缸部分具有很小直径的情况中，也能测量气缸部分的内壁92的表面构造。

W轴位移机构36是使面向内壁92的测量器26(具体而言，是测量传感器22)沿内壁92的法向位移的驱动机构。在此实例中，内壁92的法向与可测物体90的气缸部分的径向相同(以下称为W轴方向)。因此，W轴位移机构36使测量传感器22沿W轴方向位移。W轴位移机构36例如使测量传感器22从可测物体90的气缸部分的中心朝内壁92(图5(b)中所示的箭头的方向)位移。相应地，测量传感器22紧靠近内壁92，如图5(c)所示。注意，虽然W轴方向包括XY平面，但是W轴方向在XY平面上与X轴方向和Y轴方向相交。

在W轴位移机构36使测量传感器22沿W轴方向位移时，测量传感器22沿W轴方向在预定的扫描范围(测定范围)内进行扫描，并测量内壁92的表面构造。

θ轴位移机构38是使面向内壁92的测量器26(具体而言，是测量传感器22)沿内壁92位移的驱动机构。具体而言，θ轴位移机构38使测量传感器22沿θ轴方向(图5(c)中所示的箭头的方向)转动，该θ轴方向是具有圆筒状内壁(内壁92)的可测物体90的气缸部分的周向。注意，虽然θ轴方向包括XY平面，但是θ轴方向在XY平面上与X轴方向和Y轴方向相交。

在此实施方式中，内壁92被沿周向分为多个测量区域，并且测量传感器22测量每个测量区域的表面构造。相应地，通过利用θ轴位移机构38沿θ轴方向(周向)位移，测量传感器22可测量每个测量区域的表面构造。

图6是沿内壁92的周向布置的多个测量区域的说明性示意图。测量区域(图6中所示的测量区域R1、R2、R3等)是内壁92的矩形段。测量区域的尺寸例如可根据测量传感器22的图像捕获元件能够捕获的视场的尺寸限定。

图7(a)至7(d)是测量过程中测量传感器22的位移方式的说明性示意图。在此实例中，如图7(a)所示，在焦点距离a处进行测量的测量传感器22被视为位于气缸部分91的中心。焦点距离a是从测量传感器22的中心至焦点位置的距离。

首先，测量传感器22在W轴位移机构36的作用下沿W轴方向朝内壁92位移，并被置于图7(b)中所示的测量基准位置。在此实例中，测量基准位置是当测量传感器22的焦点位置是内壁92时的位置。因此，W轴位移机构36使测量传感器22位移一定的距离b(通过从气缸部分91的直径d减去焦点距离a而获得)。

然后，测量传感器22沿W轴方向从测量基准位置位移至扫描起始位置(沿图7(c)中的箭头(1)所示的方向)。随后，测量传感器22沿箭头(2)所示的方向从扫描起始位置位移，直到达到扫描终止位置，以进行内壁92的扫描。因此，在W轴方向上从扫描起始位置到扫描终止位置的范围是扫描范围。此后，测量传感器22从扫描终止位置位移至测量基准位置，如箭头(3)所示。这会结束第一视场(例如图6中的测量区域R1)的测量。

然后，为了测量第二视场(测量区域R2)，测量传感器22在θ轴位移机构38的作用下沿θ轴方向转动。图7(d)示出了测量传感器22处于第二视场的测量基准位置。与在第一视场中的行为一样，测量传感器22在位移的同时在第二视场中扫描内壁92。随后的第三视场的情况是类似的，因此在此省略其详细说明。

再次参考图2，控制装置70控制表面构造测量装置1的总体操作。控制装置70包括存储器72和控制器74。存储器72例如包括ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)。存储器72存储由控制器74执行的程序和各种数据。例如，存储器72存储由测量传感器22获得的内壁92的测量结果、以及基于测量结果产生的内壁92的表面构造的分析结果。

控制器74例如是CPU(中央处理器)。控制器74通过执行存储在存储器72中的程序来控制表面构造测量装置1的操作。例如，控制器74驱动X轴位移机构30、Y轴位移机构32、Z轴位移机构34、W轴位移机构36和θ轴位移机构38，从而实现气缸盖(可测物体90)的四个气缸的内壁92的自动测量。另外，控制器74基于测量结果分析内壁92的表面构造。

图8(a)和8(b)是示出在气缸部分91不是完美的圆形的情况中引起的问题的说明性示意图。如上所述，测量传感器22通过沿θ轴方向转动而在每个视场中扫描测量区域。在此实例中，在气缸部分91是完美的圆形的情况中，测量传感器22可在相同的位置(距中心的距离为b的位置)良好地沿法向扫描第一和第二视场中的测量区域，如图8(a)所示。同时，在气缸部分91不是完美的圆形的情况中，当测量传感器22的θ轴方向的转动中心不与气缸部分91的中心相符时，可能出现测量传感器22的测量误差，如图8(b)所示。例如，即使当测量传感器22处于测量基准位置时，测量传感器22的焦点位置实际上也可能从内壁92偏离一定的距离α。尤其是，当距离α变大时，测量区域可能不再处于测量传感器22的扫描范围内，并且可能无法进行表面构造测量。

有鉴于此，在此实施方式中，控制器74控制测量传感器22的测量位置的调整，以确保即使当气缸部分91不是完美的圆形时也能高精度地测量内壁92的详细表面构造。

测量位置的控制调整

测量传感器22的测量位置的控制调整是一种控制方式，在此控制方式中，当在多个视场内测量内壁92的表面构造时，基于前一个视场的测量结果调整W轴方向的测量位置，以测量下一个视场。下面将参照图9(a)至图11详细说明如何控制测量位置的调整。

图9(a)和9(b)是第一视场的测量的说明性示意图。图9(a)示出了针对第一视场的测量传感器22的测量基准位置，图9(b)示出了第一视场的测量结果。在此实例中，在第一视场中，在扫描范围L内测量内壁92的测量区域R1的三维形状。在第一视场中，测量传感器22按如图7(c)所述的方式位移，并对测量区域R1进行三维形状测量。因此，获得如图9(b)所示的测量结果，该测量结果能够限定详细的三维形状。

图10(a)和10(b)是第二视场的测量的说明性示意图。图10(a)示出了针对第二视场的测量传感器22的测量基准位置，图10(b)示出了第二视场的测量结果。在此实例中，在第二视场中，在扫描范围L内测量在θ轴方向上与测量区域R1相邻的测量区域R2的三维形状。在测量第二视场时，控制器74基于测量区域R1的表面形状(在此为三维形状)的测量结果调整测量传感器22在W轴方向上的测量范围(扫描范围L)的位置，以测量所述测量区域R2的表面构造。

具体而言，基于测量区域R1的三维形状的测量结果，控制器74获得测量区域R1和θ轴方向的转动中心之间在W轴方向上的估算距离(图9(b)中的估算距离d)。另外，控制器74基于获得的估算距离d调整W轴方向上的扫描范围L的位置，以测量测量区域R2的表面构造。具体而言，控制器74使测量传感器22位移，使得测量传感器22的焦点位置在W轴方向上与转动中心的距离为估算距离d，如图10(a)所示。

估算距离d例如是图9(b)中所示的总体测量值的平均值或中值。“中值”指最大测量值和最小测量值之间的中位值。通过使用平均值和中值之一，可高精度地求得估算距离d。另外，不一定必须从总体测量值求得估算距离d，例如，也可从测量区域R1的部分区域的测量值求得估算距离d。换言之，估算距离d也可从测量区域R1的至少一个部分区域的测量结果的平均值或中值求得。

在此实施方式中，气缸部分91不是完美的圆形，并且测量区域R2比测量区域R1更远离气缸部分91的中心。在这种情况中，如图10(b)所示，测量结果图偏移Δd。在气缸部分91不是完美的圆形时，测量区域R3更可能在法向上处于与测量区域R1不同的位置。有鉴于此，在对测量区域R3的表面构造进行测量时，控制器74基于测量区域R2的表面构造(在此为三维形状)的测量结果调整W轴方向的测量位置。

图11是在第三视场中调整测量传感器22的测量位置的说明性示意图。基于测量区域R2的测量结果，控制器74获得测量区域R2与θ轴方向的转动中心之间的估算距离(图10(b)中的估算距离(d+Δd))。另外，在第三视场中，控制器74驱动W轴位移机构36和θ轴位移机构38使测量传感器22沿W轴方向位移，使得测量传感器22的焦点位置与转动中心的距离为估算距离(d+Δd)，如图11所示。相应地，可限制测量传感器22的焦点位置与内壁92之间的W轴方向的偏差(图8(b)中所示的距离α)。因此，可防止测量区域R3脱离扫描范围L，并能够高精度地测量所述测量区域R3的三维形状。在此实例中，测量传感器22的测量位置的调整是通过驱动W轴位移机构36和θ轴位移机构38进行的。但是，本发明不局限于此。也可通过驱动X轴位移机构30和Y轴位移机构32使载物台12发生附加的位移来进行测量位置的调整。

测量内壁的表面构造的方法

现在说明使用上述的表面构造测量装置1测量内壁92的表面构造的方法。内壁92的表面构造的测量由执行存储在存储器72中的程序的控制装置70的控制器74进行。

在此实例中，如图1所示，可测物体90被置于载物台12上。首先，控制器74驱动X轴位移机构30和Y轴位移机构32，并使载物台12沿X轴方向和Y轴方向位移，从而将可测物体90置于Z滑架16之下(参见图4)。

然后，控制器74使接触式测头20从备用位置位移至测量位置，以接触可测物体90(气缸体)，从而例如测量气缸体的顶面高度、气缸的中心位置和直径等。在测量结束时，控制器74使接触式测头20位移至备用位置。

随后，控制器74驱动X轴位移机构30和Y轴位移机构32，并且基于接触式测头20的测量结果使测量器26位移至气缸的中心(图5(a))。然后，控制器74驱动Z轴位移机构34，并使测量器26降入气缸中(图5(b))。

随后，控制器74驱动W轴位移机构36，并使测量器26沿W轴方向位移(图5(c))。当测量器26沿W轴方向位移时，测量器26的测量传感器22扫描可测物体90的内壁92的第一测量区域。在第一测量区域的扫描结束时，控制器74驱动θ轴位移机构38，并使测量器26沿θ轴方向转动。然后，控制器74使测量器26沿W轴方向位移，并扫描内壁92上的与第一测量区域相邻的测量区域。此时，控制器74进行上述的测量位置调整控制，以调整测量传感器22的位置，并扫描测量区域。采用这种方式，通过重复测量器26沿W轴向和θ轴向的位移来扫描整个内壁92。

随后，控制器74基于内壁92的每个测量区域的测量结果分析内壁92的表面构造。控制器74例如分析内壁92的详细三维形状作为表面构造。

此实施方式的优点

在使用测量传感器22测量沿周向被划分为多个测量区域的气缸部分91的内壁92的表面构造时，上述实施方式的表面构造测量装置1在测量后一个测量区域的表面构造时基于前一个测量区域的表面构造的测量结果调整测量传感器22在W轴方向上的测量位置(扫描范围L的位置)。相应地，在气缸部分91不是完美的圆形时，对测量传感器22在W轴方向上的扫描范围L的位置进行调整，从而可限制W轴方向上的测量传感器22的焦点位置与测量区域之间的偏差。因此，可防止测量区域在W轴方向上脱离扫描范围L，因此能够高精度地测量内壁92的详细表面构造。

在上文的说明中，测量传感器22是使用光学干涉测量法测量内壁92的表面构造的光学干涉传感器。但是，本发明不局限于此。例如，测量传感器22可为通过捕获内壁92的图像来测量内壁92的表面构造的图像传感器。在这种情况中，在使用具有简单结构的图像传感器进行测量时，可通过进行上述的测量位置调整控制来高精度地测量内壁92的详细表面构造。

另外，测量传感器22可为通过使光聚焦在内壁92上来测量内壁92的表面构造的共焦传感器。而且，测量传感器22可为通过检测与内壁92的捕获图像对比的峰值来测量内壁92的表面构造的传感器(为了便于说明，称为对比传感器)。在使用共焦传感器或对比传感器作为测量传感器22进行测量时，可通过进行上述的测量位置调整控制来高精度地测量内壁92的详细三维形状。

在上文中，可测物体90是发动机的气缸盖。但是，可测物体90不局限于此。可测物体90例如也可以是珩磨管。换言之，可测物体90可以是具有圆筒部分的任何物体。

虽然本发明在上文中是通过具体实施方式来说明的，但是本发明的技术范围不局限于上述实施方式中所述的技术范围。对于本领域技术人员来说，显而易见的是，可在上述实施方式的基础上做出多种修改或改进。所附权利要求的范围明确表明，这种修改和改进也包含在本发明的技术范围之内。

应注意，上述实例仅用于示例性地说明本发明，而不是限制本发明。虽然本发明是参照示例性实施方式来说明的，但是应理解，在本文中所用的词汇是说明性和示例性的，而不是限定性的。在本脱离本发明的各个方面的范围和精神的前提下，可在当前所述的和修正的所附权利要求限定的范围内做出各种更改。虽然本发明是参照特定结构、材料和实施方式来说明的，但是本发明不限于在此公开的细节；相反，本发明意图涵盖属于所附权利要求的范围之内的所有功能等效的结构、方法和用途。

本发明不局限于上述的实施方式，在不脱离本发明的范围的前提下，能够做出各种变化和修改。

Claims (11)

1.一种表面构造测量装置，包括：

测量传感器，配置为在可测物体的圆筒部分的内壁被沿圆筒部分的周向划分出的每个测量区域处沿内壁的法向位移，与此同时以非接触的方式测量所述内壁的表面构造；

法向位移器，配置为使测量传感器沿法向位移，从而测量传感器测量第一测量区域的表面构造；

周向位移器，配置为在第一测量区域的表面构造测量完成后使测量传感器沿周向位移，从而使测量传感器面向在周向上与第一测量区域相邻的第二测量区域；和

控制器，配置为在使测量传感器沿法向位移的同时调整法向测量位置，以测量第二测量区域的表面构造，所述控制器进一步配置为基于第一测量区域的表面构造的测量结果调整测量位置。

2.如权利要求1所述的表面构造测量装置，其中：

所述测量传感器进一步配置为在沿法向的预定测量范围内测量表面构造，和

所述控制器进一步配置为基于第一测量区域的表面构造的测量结果调整测量范围的法向位置，以测量第二测量区域的表面构造。

3.如权利要求1所述的表面构造测量装置，其中，所述控制器进一步配置为：

基于第一测量区域的表面构造的测量结果求取测量传感器在周向上的转动中心与第一测量区域之间的法向估算距离，和

基于所述估算距离调整法向测量位置，以测量第二测量区域的表面构造。

4.如权利要求3所述的表面构造测量装置，其中：

所述测量传感器进一步配置为测量第一测量区域的三维形状作为表面构造，和

所述控制器进一步配置为基于第一测量区域的三维形状求取所述估算距离。

5.如权利要求3所述的表面构造测量装置，其中，所述控制器进一步配置为基于第一测量区域的至少一个部分区域的测量值的平均值和中值之一求取所述估算距离。

6.如权利要求1所述的表面构造测量装置，还包括：

相交方向位移器，配置为使可测物体在包含法向和周向的第一平面内沿与法向和周向相交的相交方向位移；和

正交方向位移器，配置为通过使测量传感器沿与第一平面正交的正交方向位移而使测量传感器正对内壁。

7.如权利要求1所述的表面构造测量装置，其中，所述测量传感器是配置为使用与通过光学干涉形成的干涉条纹的亮度有关的数据测量表面构造的光学干涉传感器。

8.如权利要求1所述的表面构造测量装置，其中，所述测量传感器是配置为通过捕获内壁的图像来测量表面构造的图像传感器。

9.如权利要求1所述的表面构造测量装置，其中，所述测量传感器是配置为使光聚焦在内壁上来测量表面构造的共焦传感器。

10.如权利要求1所述的表面构造测量装置，其中，所述测量传感器是配置为通过检测与内壁的捕获图像对比的峰值来测量表面构造的传感器。

11.一种表面构造测量方法，包括：

使测量传感器沿可测物体的圆筒部分的内壁的法向位移，与此同时以非接触的方式测量沿所述圆筒部分的周向划分出的多个测量区域之中的第一测量区域的表面构造；

在第一测量区域的表面构造测量完成后，使测量传感器沿周向位移，从而使测量传感器面向在周向上与第一测量区域相邻的第二测量区域；和

在使测量传感器沿法向位移的同时调整法向测量位置，以测量第二测量区域的表面构造，所述测量位置的调整基于第一测量区域的表面构造的测量结果进行。