-
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
-
Diese Erfindung beansprucht die Priorität gemäß 35 USC §119 der
Japanischen Anmeldung Nr. 2016-034437 , eingereicht am 25. Februar 2016, deren Offenbarung hier in ihrer Gesamtheit durch Querverweis explizit enthalten ist.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Diese Erfindung betrifft eine Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt zum Messen einer Oberflächenbeschaffenheit einer Innenwand eines Objekts, insbesondere unter Verwendung eines kontaktlosen Messfühlers.
-
2. Beschreibung der verwandten Technik
-
Üblicherweise wurde eine Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung verwendet, welche eine Oberflächenbeschaffenheit eines Messobjekt misst. Beispielsweise erfasst eine in der offengelegten
Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2006-064512 offenbarte Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung einer Änderung einer Unebenheitsposition auf einer Oberfläche eines Messobjekts zum Messen eines Innendurchmessers und eines Außendurchmessers des Messobjekts.
-
In den letzten Jahren bestand ein Bedarf an automatischer Messung einer detaillierten Oberflächenbeschaffenheit einer Innenwand eines Zylinderabschnitts eines Messobjekts. Ein Verfahren wurde vorgeschlagen, bei welchem ein Messfühler, welcher die Innenwand kontaktlos misst, innerhalb des Zylinderabschnitts gedreht wird, und die Oberflächenbeschaffenheit der Innenwand gemessen wird. Dieses Messverfahren führt jedoch die Messung unter der Annahme aus, dass der Zylinderabschnitt des Messobjekts ein perfekter Kreis ist, doch in einigen Fällen kann es sein, dass ein tatsächlicher Zylinderabschnitt kein perfekter Kreis ist. In solchen Fällen ist ein Abstand zwischen dem Messfühler und der Innenwand nicht konstant, und daher kann die Innenwand nicht mit einem hohen Grad der Genauigkeit gemessen werden, verglichen mit Fällen, in denen der Zylinderabschnitt ein perfekter Kreis ist.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Angesichts dieser Umstände ist es eine Aufgabe, das Messen einer detaillierten Oberflächenbeschaffenheit einer Innenwand eines Zylinderabschnitts eines Messobjekts mit einem hohen Grad der Genauigkeit zu ermöglichen.
-
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Spezielle Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung angegeben, welche umfasst: einen Messfühler, welcher dafür konfiguriert ist, eine Oberflächenbeschaffenheit einer Innenwand eines Messabschnitts eines Messobjekts kontaktlos zu messen, während er sich in einer Normalrichtung der Innenwand an einer Vielzahl von Messbereichen der Innenwand, welche in Umfangsrichtung des Messabschnitts beabstandet sind, verschiebt; eine Normalrichtungsverschiebungsvorrichtung, welche dafür konfiguriert ist, den Messfühler in Normalrichtung derart zu verschieben, dass der Messfühler die Oberflächenbeschaffenheit eines ersten Messbereichs misst; eine Umfangsrichtungsverschiebungsvorrichtung, welche dafür konfiguriert ist, den Messfühler nach Messung der Oberflächenbeschaffenheit des ersten Messbereichs in Umfangsrichtung zu verschieben, sodass der Messfühler im Wesentlichen einem zweiten Messbereich zugewandt ist, welcher von dem ersten Messbereich in Umfangsrichtung versetzt ist; und eine Steuerung oder Regelung, welche dafür konfiguriert ist, während des Verschiebens des Messfühlers in Normalrichtung, eine Normalrichtungsmessposition zum Messen der Oberflächenbeschaffenheit des zweiten Messbereichs einzustellen, wobei die Steuerung ferner dafür konfiguriert ist, die Messposition ausgehend von Messergebnissen der Oberflächenbeschaffenheit des ersten Messbereichs einzustellen.
-
Insbesondere ist eine Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung angegeben, welche einen Messfühler, einen Normalrichtungsverschiebungsmechanismus, einen Umfangsrichtungsverschiebungsmechanismus und eine Steuerung oder Regelung enthält. Der Messfühler misst kontaktlos eine Oberflächenbeschaffenheit einer Innenwand eines Zylinderabschnitts eines Messobjekts, während er sich an jedem Messbereich, in den die Innenwand in Umfangsrichtung der Innenwand des Zylinderabschnitts unterteilt ist in einer Normalrichtung der Innenwand verschiebt. Der Normalrichtungsverschiebungsmechanismus verschiebt den Messfühler, welcher die Oberflächenbeschaffenheit eines ersten Messbereichs misst, in Normalrichtung. Der Umfangsrichtungsverschiebungsmechanismus verschiebt den Messfühler nach Messung der Oberflächenbeschaffenheit des ersten Messbereichs in Umfangsrichtung, sodass der Messfühler einem zweiten Messbereich zugewandt ist, welcher in Umfangsrichtung an den ersten Messbereich angrenzt. Die Steuerung stellt während des Verschiebens des Messfühlers in Normalrichtung eine Normalrichtungsmessposition zum Messen der Oberflächenbeschaffenheit des zweiten Messbereichs ein, wobei die Steuerung die Messposition ausgehend von Messergebnissen der Oberflächenbeschaffenheit des ersten Messbereichs einstellt.
-
Gemäß einer speziellen Ausführungsform kann der Messfühler dafür konfiguriert sein, die Oberflächenbeschaffenheit in einem vorgegebenen Messbereich in Normalrichtung zu messen, und die Steuerung kann dafür konfiguriert sein, eine Normalrichtungsposition des Messbereichs zum Messen der Oberflächenbeschaffenheit des zweiten Messbereichs ausgehend von den Messergebnissen der Oberflächenbeschaffenheit des ersten Messbereichs einzustellen.
-
Insbesondere kann die Steuerung dafür konfiguriert sein, ausgehend von den Messergebnissen der Oberflächenbeschaffenheit des ersten Messbereichs einen geschätzten Abstand in Normalrichtung zwischen einem Rotationsmittelpunkt des Messfühlers in Umfangsrichtung und dem ersten Messbereich zu ermitteln oder zu finden, und kann dafür konfiguriert sein, eine Normalrichtungsmessposition zum Messen der Oberflächenbeschaffenheit des zweiten Messbereichs ausgehend von dem geschätzten Abstand einzustellen.
-
Ferner kann der Messfühler insbesondere dafür konfiguriert sein, eine dreidimensionale Form als Oberflächenbeschaffenheit des ersten Messbereichs zu messen, und die Steuerung kann dafür konfiguriert sein, den geschätzten Abstand ausgehend von der dreidimensionalen Form des ersten Messbereichs zu ermitteln oder zu finden.
-
Ferner kann die Steuerung insbesondere dafür konfiguriert sein, den geschätzten Abstand ausgehend von einem von Mittelwert und Medianwert gemessener Werte für zumindest einen Teilbereich des ersten Messbereichs zu ermitteln oder zu finden.
-
Ferner n kann die Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung insbesondere so konfiguriert sein, dass sie einen Überschneidungsrichtungsverschiebungsmechanismus enthält, welcher das Messobjekt in einer ersten Ebene, welche die Normalrichtung und die Umfangsrichtung enthält, in eine Überschneidungsrichtung verschiebt, welche sich mit der Normalrichtung und der Umfangsrichtung überschneidet; und/oder dass sie einen Orthogonalrichtungsverschiebungsmechanismus enthält, welcher den Messfühler durch Verschieben des Messfühlers in einer orthogonalen Richtung, orthogonal zu der ersten Ebene, der Innenwand gegenüber bringt.
-
Ferner kann der Messfühler insbesondere ein optischer Interferenzsensor sein, welcher die Oberflächenbeschaffenheit unter Verwendung von Daten über die Helligkeit von durch optische Interferenz gebildete Interferenzstreifen misst, oder einen solchen enthalten.
-
Ferner kann der Messfühler insbesondere ein Bildsensor sein, welcher die Oberflächenbeschaffenheit durch Aufnehmen eines Bildes der Innenwand misst, oder einen solchen enthalten.
-
Ferner kann der Messfühler insbesondere ein konfokaler Sensor sein, welcher die Oberflächenbeschaffenheit durch Fokussieren von Licht auf die Innenwand misst.
-
Ferner kann der Messfühler insbesondere ein Sensor sein, welcher die Oberflächenbeschaffenheit durch Erfassen eines Kontrast-Spitzenwerts eines aufgenommenen Bildes der Innenwand misst, oder einen solchen Sensor enthalten.
-
Gemäß einem anderen Aspekt dieser Erfindung wird ein Verfahren zum Messen einer Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere unter Verwendung einer Oberflächenbeschaffenheitsmessvorrichtung nach dem obigen Aspekt der Erfindung oder einer speziellen Ausführungsform derselben angegeben, umfassend: kontaktloses Messen einer Oberflächenbeschaffenheit eines ersten Messbereichs aus einer Vielzahl von Messbereichen, welche in einer Umfangsrichtung eines Messabschnitts eines Messobjekts beabstandet sind, während ein Messfühler in einer Normalrichtung einer Innenwand des Messabschnitts verschoben wird; Verschieben des Messfühlers in Umfangsrichtung nach Messen der Oberflächenbeschaffenheit des ersten Messbereichs, sodass der Messfühler im Wesentlichen einem zweiten Messbereich zugewandt ist, welcher von dem ersten Messbereich in Umfangsrichtung versetzt ist; und Einstellen einer Normalrichtungsmessposition zum Messen der Oberflächenbeschaffenheit des zweiten Messbereichs während des Verschiebens des Messfühlers in die Normalrichtung, wobei das Einstellen der Messposition auf Messergebnissen der Oberflächenbeschaffenheit des ersten Messbereichs basiert.
-
Insbesondere wird ein Verfahren zum Messen der Oberflächenbeschaffenheit angegeben, welches enthält: kontaktloses Messen einer Oberflächenbeschaffenheit eines ersten Messbereichs von einer Vielzahl von Messbereichen, welche in einer Umfangsrichtung eines Zylinderabschnitts eines Messobjekts aufgeteilt sind, während der Messfühler in einer Normalrichtung einer Innenwand des Zylinderabschnitts verschoben wird; Verschieben des Messfühlers in der Umfangsrichtung nach Messen der Oberflächenbeschaffenheit des ersten Messbereichs, sodass der Messfühler einem zweiten Messbereich zugewandt ist, welcher in Umfangsrichtung an den ersten Messbereich angrenzt; und Einstellen einer Normalrichtungsmessposition zum Messen der Oberflächenbeschaffenheit des zweiten Messbereichs während des Verschiebens oder beim Verschieben des Messfühlers in Normalrichtung, wobei das Einstellen der Messposition auf Messergebnissen der Oberflächenbeschaffenheit des ersten Messbereichs basiert.
-
Gemäß einer speziellen Ausführungsform umfasst das Verfahren zum Messen der Oberflächenbeschaffenheit ferner: Messen der Oberflächenbeschaffenheit in einem vorgegebenen Messbereich in der Normalrichtung und Einstellen einer Normalrichtungsposition des Messbereichs zum Messen der Oberflächenbeschaffenheit des zweiten Messbereichs ausgehend von den Messergebnissen der Oberflächenbeschaffenheit des ersten Messbereichs; und/oder Finden eines geschätzten Abstands in Normalrichtung zwischen einem Rotationsmittelpunkt des Messfühlers in Umfangsrichtung und dem ersten Messbereich ausgehend von den Messergebnissen der Oberflächenbeschaffenheit des ersten Messbereichs, und Einstellen einer Normalrichtungsmessposition zum Messen der Oberflächenbeschaffenheit des zweiten Messbereichs ausgehend von dem geschätzten Abstand.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt angegeben, welches insbesondere auf einem computerlesbaren Speichermedium als ein Signal- oder Datenstrom enthalten ist, welches computerlesbare Befehle umfasst, die, wenn sie auf einem geeigneten System geladen sind und ausgeführt werden, die Schritte eines Verfahrens zum Messen der Oberflächenbeschaffenheit nach dem obigen Aspekt der Erfindung oder einer speziellen Ausführungsform desselben ausführen.
-
Gemäß dem Vorstehenden kann eine detaillierte Oberflächenbeschaffenheit einer Innenwand eines Zylinderabschnitts eines Messobjekts mit einem hohen Grad der Genauigkeit gemessen werden.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Diese Erfindung wird in der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die bezeichneten mehreren Zeichnungen mittels nicht einschränkender Beispiele von beispielhaften Ausführungsformen dieser Erfindung weiter beschreiben, in denen gleiche Bezugszeichen über die verschiedenen Ansichten der Zeichnungen hinweg ähnliche Teile bezeichnen. Es sei darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen zwar separat beschrieben werden, einzelne Merkmale derselben jedoch zu zusätzlichen Ausführungsformen kombiniert werden können.
-
1 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine beispielhafte äußere Konfiguration einer Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung nach einer Ausführungsform dieser Erfindung darstellt;
-
2 ist ein Blockschaltbild, welches eine Konfiguration der Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung darstellt;
-
3 ist ein erläuterndes Diagramm einer Berührungssonde und eines Messfühlers;
-
4 zeigt einen Zustand, in dem die Berührungssonde ein Messobjekt berührt;
-
5A bis 5C sind jeweils erläuternde Diagramme, welche Verschiebungsrichtungen einer Messvorrichtung darstellen;
-
6 ist ein erläuterndes Diagramm einer Vielzahl von Messbereichen, welche entlang einer Umfangsrichtung einer Innenwandfläche liegen;
-
7A bis 7D sind jeweils erläuternde Diagramme, welche darstellen, wie sich der Messfühler während der Messung verschiebt;
-
8A und 8B sind erläuternde Diagramme, welche ein Problem aufzeigen, welches auftritt, wenn ein Zylinderabschnitt kein perfekter Kreis ist;
-
9A und 9B sind erläuternde Diagramme, welche die Messung eines ersten Blickfelds darstellen;
-
10A und 10B sind erläuternde Diagramme, welche die Messung eines zweiten Blickfelds darstellen; und
-
11 ist ein erläuterndes Diagramm, welches das Einstellen einer Messposition des Messfühlers in einem dritten Blickfeld darstellt.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Die hier gezeigten Details sind beispielhaft und dienen rein der erläuternden Besprechung der Ausführungsformen dieser Erfindung, und sie werden dargelegt, um das bereitzustellen, was als nützlichste und am leichtesten verständliche Beschreibung der Prinzipien und konzeptionellen Aspekte dieser Erfindung erachtet wird. In dieser Hinsicht wird nicht versucht, strukturelle Einzelheiten dieser Erfindung detaillierter zu zeigen als für das grundsätzliche Verständnis dieser Erfindung notwendig, da die in Zusammenhang mit den Zeichnungen betrachtete Beschreibung dem Fachmann verdeutlicht, wie die Ausführungsformen dieser Erfindung in der Praxis umgesetzt werden können.
-
Konfiguration der Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung
-
Eine Konfiguration einer Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung 1 nach einer Ausführungsform dieser Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine beispielhafte äußere Konfiguration der Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform darstellt. 2 ist ein Blockschaltbild, welches die Konfiguration der Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung 1 darstellt.
-
Wie in den 1 und 2 gezeigt, enthält die Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung 1 einen Tisch 10, eine Bühne 12, eine Haltesäule 14, eine Z-Gleitvorrichtung 16, eine Berührungssonde 20, einen Messfühler 22, einen Kollisionserfassungssensor 24, einen X-Achsen-Verschiebungsmechanismus/eine X-Achsen-Verschiebungsvorrichtung 30, einen Y-Achsen-Verschiebungsmechanismus/eine Y-Achsen-Verschiebungsvorrichtung 32, einen Z-Achsen-Verschiebungsmechanismus/eine Z-Achsen-Verschiebungsvorrichtung 34, einen W-Achsen-Verschiebungsmechanismus/eine W-Achsen-Verschiebungsvorrichtung 36, einen O-Achsen-Verschiebungsmechanismus/eine θ-Achsen-Verschiebungsvorrichtung 38 und/oder eine Steuervorrichtung oder Regelvorrichtung 70. Bei dieser Ausführungsform entspricht der W-Achsen-Verschiebungsmechanismus 36 insbesondere einem Normalrichtungsverschiebungsmechanismus/einer Normalrichtungsverschiebungsvorrichtung, der θ-Achsen-Verschiebungsmechanismus 38 entspricht einem Umfangsrichtungsverschiebungsmechanismus/einer Umfangsrichtungsverschiebungsvorrichtung, der X-Achsen-Verschiebungsmechanismus 30 und/oder der Y-Achsen-Verschiebungsmechanismus 32 entsprechen insbesondere Überschneidungsrichtungsverschiebungsmechanismen/-vorrichtungen, und/oder der Z-Achsen-Verschiebungsmechanismus 34 entspricht einem Orthogonalrichtungsverschiebungsmechanismus/einer Orthogonalrichtungsverschiebungsvorrichtung.
-
Die Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung 1 ist eine Vorrichtung, welche in der Lage ist, eine Oberflächenbeschaffenheit einer Innenwand 92 eines Messobjekts 90 automatisch zu messen. In der folgenden Beschreibung ist das Messobjekt 90 insbesondere ein Zylinderkopf eines Motors. Der Zylinderkopf hat vier Zylinder (Zylinderabschnitte), und die Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung 1 misst die Oberflächenbeschaffenheit mindestens eines Teils der Innenwände 92 der (z. B. vier) Zylinder. Die Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung 1 ist in der Lage, die Oberflächenbeschaffenheit ohne Demontage oder Schneiden des Messobjekts 90 zu messen.
-
Der Tisch 10 ist die Basis der Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung 1. Beispielsweise ist der Tisch 10 auf einem schwingungsgelagerten Tisch angeordnet, welcher an einem Werkstattboden installiert ist. Der schwingungsgelagerte Tisch verhindert, dass Schwingungen in dem Werkstattboden auf den Tisch 10 übertragen werden.
-
Die Bühne 12 ist auf dem Tisch 10 angeordnet. Das Messobjekt 90 ist auf der Bühne 12 platziert. Die Bühne 12 ist in der Lage, sich unter Verwendung des X-Achsen-Verschiebungsmechanismus 30 und/oder des Y-Achsen-Verschiebungsmechanismus 32 in X-Achsen-Richtung und/oder der Y-Achse zu verschieben. Das Messobjekt 90 kann auch unter Verwendung einer speziellen Spannvorrichtung auf der Bühne 12 platziert werden. In einem solchen Fall kann die Oberflächenbeschaffenheit der Innenwand 92 für Messobjekte 90 mit einer großen Anzahl von Formen gemessen werden.
-
Die Haltesäule 14 ist so angeordnet, dass sie von einer Oberfläche des Tisches 10 aus entlang einer Z-Achse aufragt. Die Haltesäule 14 hält die Z-Gleitvorrichtung 16 derart, dass die Z-Gleitvorrichtung 16 in der Lage ist, sich in Richtung der Z-Achse zu verschieben.
-
Die Z-Gleitvorrichtung 16 ist in der Lage, sich unter Verwendung des Z-Achsen-Verschiebungsmechanismus 24 gegenüber der Haltesäule 14 in Richtung der Z-Achse zu verschieben. Wie in 3 gezeigt, sind die Berührungssonde 20, der Messfühler 22 und/oder der Kollisionserfassungssensor 24 an der Z-Gleitvorrichtung 16 montiert.
-
3 ist eine beispielhafte Ausführungsform der Berührungssonde 20 und des Messfühlers 22. 4 zeigt einen Zustand, in dem die Berührungssonde 20 das Messobjekt 90 berührt. Die Berührungssonde 20 berührt das Messobjekt 90, um Koordinaten des Messobjekts 90 zu messen. Da die Berührungssonde 20 an der Z-Gleitvorrichtung 16 montiert ist, verschiebt sich die Berührungssonde 20 in Verbindung mit der Verschiebung der Z-Gleitvorrichtung 16 in Richtung der Z-Achse in Richtung der Z-Achse. Die Z-Gleitvorrichtung 16 enthält einen Verschiebungsmechanismus, welcher die Berührungssonde 20 zwischen einer Messstellung und einer Bereitschaftsstellung in Richtung der Z-Achse nach oben und nach unten verschiebt.
-
In der Messposition der Berührungssonde 20 ist die Berührungssonde 20 insbesondere in Z-Achsen-Richtung näher bei dem Messobjekt 90 angeordnet als der Messfühler, in einer Position, in der die Berührungssonde das Messobjekt 90 berühren kann. In der Bereitschaftsstellung der Berührungssonde 20 befindet sich die Berührungssonde 20 in einer Position, in der die Berührungssonde 20 in Z-Achsen-Richtung weiter von dem Messobjekt 90 entfernt ist als der Messfühler 22. Normalerweise ist die Berührungssonde 20 in der Bereitschaftsstellung in Bereitschaft und verschiebt sich zu der Messposition, wenn die Koordinaten des Messobjekts 90 gemessen werden. Wenn die Berührungssonde 20 in der Bereitschaftsstellung angeordnet ist, kann folglich verhindert werden, dass sie mit dem Messobjekt 90 zusammenstößt, wenn der Messfühler 22 die Oberflächenbeschaffenheit misst.
-
Der Messfühler 22 ist ein Fühler, welcher die Oberflächenbeschaffenheit der Innenwand 92 kontaktlos misst. Der Messfühler 22 verschiebt sich in Richtung der Z-Achse in Verbindung mit der Verschiebung der Z-Gleitvorrichtung 16 in Richtung der Z-Achse. Der Messfühler 22 misst beispielsweise insbesondere eine dreidimensionale Form der Innenwand 92 als Oberflächenbeschaffenheit. Folglich kann eine Unebenheit der Innenwand 92 gemessen werden, und ein Volumen einer Vertiefung oder eine Verteilung von Vertiefungen kann beispielsweise gemessen werden. Wie in 3 gezeigt, ist der Messfühler 22 an einer Messvorrichtung 26 montiert, welcher von der Z-Gleitvorrichtung 16 in Richtung der Z-Achse nach unten verläuft.
-
Bei dieser Ausführungsform ist der Messfühler 22 insbesondere ein optischer Interferenzsensor, welcher die Oberflächenbeschaffenheit der Innenwand 92 unter Verwendung von Daten über die Helligkeit von Interferenzstreifen misst, welche durch optische Interferenz gebildet werden. Bei einem optischen Interferenzsensor, welcher weißes Licht verwendet, erhöht sich beispielsweise die Helligkeit zusammengesetzter Interferenzstreifen, welche durch überlappende Spitzenwerte der Interferenzstreifen verschiedener Wellenlängen gebildet werden, an einer Fokusposition, an der eine optische Weglänge eines Referenzstrahlengangs mit der optischen Weglänge eines Messstrahlengangs übereinstimmt. Daher wird bei dem optischen Interferenzsensor ein Interferenzbild, welches eine zweidimensionale Verteilung der Intensität optischer Interferenz durch ein Bildaufnahmeelement, wie beispielsweise eine CCD-Kamera, aufgenommen, während die Länge des Messstrahlengangs geändert wird, und die Fokusposition, an der die Intensität des Interferenzlichts ihren Spitzenwert erreicht, wird an verschiedenen Messpositionen in einem Bildaufnahmeblickfeld erfasst. Folglich wird an jeder Messposition eine Höhe einer gemessenen Fläche (insbesondere der Innenwand 92) gemessen, und als Ergebnis kann beispielsweise eine dreidimensionale Form der Innenwand 92 gemessen werden.
-
Der optische Interferenzsensor kann beispielsweise ein Michelson-Interferometer verwenden, welches eine Lichtquelle, eine Linse, einen Referenzspiegel, ein Bildaufnahmeelement und dergleichen enthält. Außerdem wandert bei dieser Ausführungsform Licht, welches von der über der Messvorrichtung 26 angeordneten Lichtquelle ausgesendet wird, in der Messvorrichtung 26 nach unten, worauf die optische Achse des Lichts z. B. um im Wesentlichen 90° gebogen wird, und das Licht wird durch eine Öffnung in einer Seitenfläche der Messvorrichtung 26, welche der Innenwand 92 zugewandt ist, auf die Innenwand 92 geleitet.
-
Wieder gemäß 2 erfasst der Kollisionserfassungssensor 24 eine Kollision der Messvorrichtung 26 mit dem Messobjekt 90. Der Kollisionserfassungssensor 24 ist an oder nahe einer Spitze der Messvorrichtung 26 unter der Z-Gleitvorrichtung 16 angeordnet. Der Kollisionserfassungssensor 24 steht in einer radialen Richtung der zylindrischen Messvorrichtung 26 vor und/oder ist in der Lage, die Innenwand 92 zu berühren, bevor der Messfühler 22 dies tut. Durch Erfassen einer Kollision unter Verwendung des Kollisionserfassungssensors 24 ist es beispielsweise möglich, zu verhindern, dass der Messfühler 22 die Innenwand 92 berührt.
-
Der X-Achsen-Verschiebungsmechanismus 30 ist insbesondere ein Antriebsmechanismus, welcher die Bühne 12, auf der das Messobjekt 90 liegt, in X-Achsen-Richtung verschiebt (siehe 1). Der X-Achsen-Verschiebungsmechanismus 30 ist beispielsweise durch einen Vorschubspindelmechanismus konfiguriert, obwohl dem Fachmann bewusst ist, dass andere geeignete Verschiebungsvorrichtungen in alternativen Ausführungsformen verwendet werden können. Der Vorschubspindelmechanismus ist ein Kugelgewindemechanismus, welcher einen Kugelgewindeschaft und ein sich auf den Kugelgewindeschaft schraubendens Mutterelement enthält. Der X-Achsen-Verschiebungsmechanismus 30 ist nicht auf einen Kugelgewindemechanismus beschränkt, und kann beispielsweise auch durch einen Riemenmechanismus konfiguriert sein, wobei dem Fachmann bewusst ist, dass (wie alle offenbarten Verschiebungsmechanismen/Verschiebungsvorrichtungen) andere geeignete Verschiebungsvorrichtungen in alternativen Ausführungsformen verwendet werden können.
-
Die Y-Achsen-Verschiebungsvorrichtung 32 ist insbesondere ein Antriebsmechanismus, welcher die Bühne 12 in Y-Achsen-Richtung verschiebt (siehe 1). Der Y-Achsen-Verschiebungsmechanismus 32 ist beispielsweise durch einen Vorschubspindelmechanismus konfiguriert, ähnlich dem X-Achsen-Verschiebungsmechanismus 30, obwohl dem Fachmann bewusst ist, dass andere geeignete Verschiebungsvorrichtungen in alternativen Ausführungsformen verwendet werden können. Bei dieser Ausführungsform, arbeiten der X-Achsen-Verschiebungsmechanismus 30 und der Y-Achsen-Verschiebungsmechanismus 32 zusammen, um die Bühne 12, auf der das Messobjekt 90 liegt, entlang einer XY-Ebene (erste Ebene) zu verschieben, wobei die X-Achsen-Richtung und die Y-Achsen-Richtung zueinander orthogonal sind.
-
Die Z-Achsen-Verschiebungsvorrichtung 34 ist insbesondere ein Antriebsmechanismus, welcher die Z-Gleitvorrichtung 16 (die Messvorrichtung 26) in Z-Achsen-Richtung verschiebt (1), welche orthogonal zur XY-Ebene ist. Der Z-Achsen-Verschiebungsmechanismus 34 ist beispielsweise durch einen Vorschubspindelmechanismus konfiguriert, obwohl dem Fachmann bewusst ist, dass andere geeignete Verschiebungsvorrichtungen in alternativen Ausführungsformen verwendet werden können. Der Z-Achsen-Verschiebungsmechanismus 34 ordnet den Messfühler 22 durch Absenken der Messvorrichtung 26 in Richtung der Z-Achse gegenüber der Innenwand 92 an.
-
Die 5A bis 5C sind erläuternde Diagramme, welche Verschiebungsrichtungen der Messvorrichtung 26 darstellen. Durch Absenken der Messvorrichtung 26 in Richtung eines in 5A gezeigten Pfeils (insbesondere durch Anordnen des Messfühlers 22 zumindest teilweise in dem Zylinderabschnitt), ordnet der Z-Achsen-Verschiebungsmechanismus 34 den Messfühler 22 gegenüber der Innenwand 92 an, wie in 5B gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist nur die Messvorrichtung 26 zumindest teilweise in dem Zylinderabschnitt angeordnet. Selbst wenn der Zylinderabschnitt (als ein spezieller Messabschnitt) des Messobjekts 90 einen kleinen Durchmesser hat, kann daher die Oberflächenbeschaffenheit der Innenwand 92 des Zylinderabschnitts gemessen werden.
-
Der W-Achsen-Verschiebungsmechanismus 36 ist insbesondere ein Antriebsmechanismus, welcher die der Innenwand 92 zugewandte Messvorrichtung 26 (insbesondere den Messfühler 22) in Normalrichtung der oder zu der inneren Wand 92 verschiebt. Bei diesem Beispiel ist die Normalrichtung der Innenwand 92 insbesondere die gleiche Richtung wie die radiale Richtung (nachfolgend als eine W-Achsen-Richtung bezeichnet) des Zylinderabschnitts des Messobjekts 90. Daher verschiebt der W-Achsen-Verschiebungsmechanismus 36 den Messfühler 22 in W-Achsen-Richtung. Der W-Achsen-Verschiebungsmechanismus 36 verschiebt den Messfühler 22 beispielsweise von der Mitte des Zylinderabschnitts des Messobjekts 90 zu der Innenwand 92 (die Richtung eines in 5B gezeigten Pfeils). Folglich kommt der Messfühler 22 der Innenwand 92 wie in 5 gezeigt nahe. Es sei darauf hingewiesen, dass die W-Achsen-Richtung zwar die XY-Ebene enthält, die W-Achsen-Richtung jedoch die X-Achsen-Richtung und die Y-Achsen-Richtung auf der XY-Ebene schneidet.
-
Wenn der W-Achsen-Verschiebungsmechanismus 36 den Messfühler 22 in W-Achsen-Richtung verschiebt, führt der Messfühler 22 eine Abtastung in einem bestimmten (vorgegebenen oder vorgebbaren) Abtastbereich (Messbereich) in W-Achsen-Richtung aus und misst die Oberflächenbeschaffenheit der Innenwand 92.
-
Der θ-Achsen-Verschiebungsmechanismus 38 ist insbesondere ein Antriebsmechanismus, welcher die der Innenwand 92 zugewandte Messvorrichtung 26 (insbesondere den Messfühler 22) entlang der Innenwand 92 bewegt. Insbesondere dreht der θ-Achsen-Verschiebungsmechanismus 38 den Messfühler 22 in eine θ-Achsen-Richtung (die Richtung eines in 5C gezeigten Pfeils), welches die Umfangsrichtung des Zylinderabschnitts des Messobjekts 90 ist, welches eine zylindrische Innenwand (Innenwand 92) hat. Es sei darauf hingewiesen, dass die θ-Achsen-Richtung zwar die XY-Ebene enthält, die θ-Achsen-Richtung jedoch die X-Achsen-Richtung und die Y-Achsen-Richtung auf der XY-Ebene schneidet.
-
Bei dieser Ausführungsform ist die Innenwand 92 insbesondere in eine Vielzahl von Messbereichen in Umfangsrichtung unterteilt, und der Messfühler 22 misst die Oberflächenbeschaffenheit des einen oder mehrerer (insbesondere jedes) der Messbereiche. Durch Verschieben zumindest in die θ-Achsen-Richtung (Umfangsrichtung) unter Verwendung des θ-Achsen-Verschiebungsmechanismus 38 kann der Messfühler 22 folglich die Oberflächenbeschaffenheit jedes Messbereichs messen.
-
6 ist eine erläuternde Darstellung einer Vielzahl von Messbereichen, welche entlang der Umfangsrichtung der Innenwand 92 liegen. Die Messbereiche (Messbereiche R1, R2, R2 und dergleichen sind in 6 gezeigt) sind insbesondere im Wesentlichen rechteckige Teilstücke der Innenwand 92, welche wesentlichen aneinander angrenzen oder benachbart sind. Eine Größe des Messbereichs kann in Abhängigkeit einer Größe eines Blickfelds definiert sein, welches das Bildaufnahmeelement des Messfühlers 22 aufzunehmen in der Lage ist.
-
Die 7A bis 7D sind beispielhafte Diagramme, welche zeigen, wie sich der Messfühler 22 während der Messung verschiebt. Bei diesem Beispiel wird der Messfühler 22, welcher die Messung in einem Fokusabstand a ausführt, so behandelt, als wäre er am Mittelpunkt des Zylinderabschnitts 91 positioniert, wie in 7A gezeigt. Der Fokusabstand a ist ein Abstand von dem Mittelpunkt des Messfühlers 22 zu der Fokusposition.
-
Zuerst wird der Messfühler 22 durch den W-Achsen-Verschiebungsmechanismus 36 in W-Achsen-Richtung zu der Innenwand 92 hin verschoben und wird an einer in 7B gezeigten Messungsreferenzposition positioniert. Bei diesem Beispiel ist die Messungsreferenzposition eine Position, in der die Fokusposition des Messfühlers 22 die Innenwand 92 ist. Daher verschiebt der W-Achsen-Verschiebungsmechanismus 36 den Messfühler 22 um einen Abstand b (der insbesondere ermittelt wird, indem der Fokusabstand a von einem Durchmesser d des Zylinderabschnitts 91 subtrahiert wird).
-
Dann wird der Messfühler 22 in W-Achsen-Richtung von der Messungsreferenzposition zu einer Abtaststartposition verschoben (in eine Richtung, die durch einen Pfeil (1) in 7C gezeigt ist). Der Messfühler 22 verschiebt sich dann von der Abtaststartposition in eine Richtung, die durch einen Pfeil (2) gezeigt ist, bis er eine Abtastendposition erreicht, um das Abtasten der Innenwand 92 durchzuführen. Somit ist der Bereich von der Abtaststartposition bis zu der Abtastendposition in W-Achsen-Richtung ein Abtastbereich. Danach wird der Messfühler 22 von der Abtastendposition zu der Messungsreferenzposition verschoben, wie durch einen Pfeil (3) gezeigt ist. Dies beendet die Messung eines ersten Blickfelds (zum Beispiel des Messbereichs R1 in 6).
-
Danach wird zum Messen eines zweiten Blickfelds (des Messbereichs R2) der Messfühler 22 durch den θ-Achsen-Verschiebungsmechanismus 38 in die θ-Achsen-Richtung verschoben. 7D zeigt den an der Messungsreferenzposition des zweiten Blickfelds positionierten Messfühler 22. Der Messfühler 22 tastet die Innenwand 92 in dem zweiten Blickfeld ab, während er sich insbesondere so verschiebt, wie in dem ersten Blickfeld. Ein drittes Blickfeld weiter ist ähnlich, und auf eine ausführliche Beschreibung wird daher verzichtet.
-
Wieder gemäß 2 steuert oder regelt die Steuervorrichtung 70 insgesamt die Operationen der Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung 1. Die Steuervorrichtung 70 enthält einen Speicher 72 und/oder eine Steuerung oder Regelung 74. Der Speicher 72 enthält beispielsweise einen ROM-Speicher (Read Only Memory; Nur-Lese-Speicher) und einen RAM-Speicher (Random Access Memory; Arbeitsspeicher). Der Speicher 72 speichert Programme, welche von der Steuerung 74 ausgeführt werden, und verschiedene Arten von Daten. Beispielsweise speichert der Speicher 72 Messergebnisse der Innenwand 92, welche durch den Messfühler 22 gewonnen wurden, und auf den Messergebnissen basierende Analyseergebnisse der Oberflächenbeschaffenheit der Innenwand 92.
-
Die Steuerung 74 ist oder umfasst beispielsweise eine CPU (Central Processing Unit). Die Steuerung 74 steuert oder regelt Operationen der Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung 1 durch Ausführen eines von dem Speicher 72 abgerufenen oder in diesem gespeicherten Programms. Beispielsweise steuert die Steuerung 74 den X-Achsen-Verschiebungsmechanismus 30, den Y-Achsen-Verschiebungsmechanismus 32, den Z-Achsen-Verschiebungsmechanismus 34, den W-Achsen-Verschiebungsmechanismus 36 und/oder den θ-Achsen-Verschiebungsmechanismus 38 an, wodurch das automatische Messen der Innenwand der vier Zylinder des Zylinderkopfs (als ein spezielles Messobjekt 90) ermöglicht wird. Außerdem analysiert die Steuerung 74 insbesondere die Oberflächenbeschaffenheit der Innenwand 92 ausgehend von den Messergebnissen.
-
Die 8A und 8B sind erläuternde Diagramme, welche ein Problem darstellen, das auftritt, wenn der Zylinderabschnitt 91 kein perfekter Kreis ist. Wie oben erwähnt, tastet der Messfühler 22 den Messbereich in dem jeweiligen (insbesondere in jedem) Blickfeld durch Drehen in θ-Achsen-Richtung ab. Wenn der Zylinderabschnitt 91 ein perfekter Kreis ist, kann der Messfühler 22 bei diesem Beispiel die Messbereiche in der Normalrichtung insbesondere an der im Wesentlichen gleichen Position (einer Position mit dem Abstand b von dem Mittelpunkt) sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten Blickfeld geeignet abtasten, wie in 8A gezeigt. In einem Fall dagegen, in dem der Zylinderabschnitt 91 kein perfekter Kreis ist, kann ein Messfehler des Messfühlers 22 auftreten, wenn ein Mittelpunkt der Drehung in θ-Achsen-Richtung nicht mit dem Mittelpunkt des Zylinderabschnitts 91 übereinstimmt, wie in 8B gezeigt. Auch wenn der Messfühler 22 an der Messungsreferenzposition angeordnet ist, kann nämlich die Fokusposition des Messfühlers 22 von der Innenwand 92 um einen Abstand α versetzt sein. Wenn der Abstand α groß wird, kann insbesondere der Messbereich nicht mehr in den Abtastbereich des Messfühlers 22 passen, und eine Oberflächenbeschaffenheitsmessung kann unmöglich sein.
-
In Anbetracht dessen steuert oder regelt bei dieser Ausführungsform die Steuerung 74 die Einstellung der Messposition des Messfühlers 22 derart, dass eine hoch genaue Messung der detaillierten Oberflächenstruktur der Innenwand 92 auch dann möglich ist, wenn der Zylinderabschnitt 91 kein perfekter Kreis ist.
-
Steuerung oder Regelung der Einstellung der Messposition
-
Die Steuerung oder Regelung der Einstellung der Messposition des Messfühlers 22 ist eine Steuerung oder Regelung, bei der beim Messen der Oberflächenbeschaffenheit der Innenwand 92 in mehreren Blickfeldern die Messposition in W-Achsen-Richtung zum Messen eines folgenden Blickfelds insbesondere ausgehend von den Messergebnissen eines vorhergehenden Blickfelds eingestellt wird. Es folgt eine ausführliche Beschreibung der Steuerung oder Regelung der Einstellung der Messposition unter Bezugnahme auf die 9A bis 11.
-
Die 9A und 9B sind erläuternde Diagramme, welche die Messung des ersten Blickfelds darstellen. 9A zeigt die Messungsreferenzposition des Messfühlers 22 für das erste Blickfeld, und 9B zeigt die Messergebnisse für das erste Blickfeld. Bei diesem Beispiel wird in dem ersten Blickfeld die dreidimensionale Form des Messbereichs R1 der Innenwand 92 in einem Abtastbereich L gemessen. In diesem ersten Blickfeld verschiebt sich der Messfühler 22 wie durch 7C beschrieben und führt eine (insbesondere dreidimensionale) Formmessung des Messbereichs R1 aus. Als Ergebnis erhält man Messergebnisse wie in 9B gezeigt, welche in der Lage sind, eine detaillierte (insbesondere dreidimensionale) Form zu definieren.
-
Die 10A und 10B sind erläuternde Diagramme, welche die Messung des zweiten Blickfelds zeigen. 10A zeigt die Messungsreferenzposition des Messfühlers 22 für das zweite Blickfeld, und 10B zeigt die Messergebnisse für das zweite Blickfeld. Bei diesem Beispiel wird in dem zweiten Blickfeld die (insbesondere dreidimensionale) Form des Messbereichs R2, welcher in Umfangsrichtung (θ-Achsen-Richtung) versetzt ist und/oder in θ-Achsen-Richtung an den Messbereich R1 angrenzt, in dem Abtastbereich L gemessen. Beim Messen des zweiten Blickfelds stellt die Steuerung 74 die Position des Messbereichs (des Abtastbereichs L) des Messfühlers 22 in W-Achsen-Richtung zum Messen der Oberflächenbeschaffenheit des Messbereichs R2 ausgehend von den Messergebnissen der Oberflächenbeschaffenheit (hier insbesondere der dreidimensionalen Form) des Messbereichs R1 ein.
-
Insbesondere ermittelt die Steuerung 74 ausgehend von den Messergebnissen der (dreidimensionalen) Form des Messbereichs R1 einen geschätzten Abstand (geschätzter Abstand d in 9B) in W-Achsen-Richtung zwischen dem Messbereich R1 und dem Rotationsmittelpunkt in θ-Achsen-Richtung. Außerdem stellt die Steuerung 74 die Position des Abtastbereichs L in W-Achsen-Richtung zum Messen der Oberflächenbeschaffenheit des Messbereichs R2 ausgehend von dem ermittelten geschätzten Abstand d ein. Insbesondere verschiebt die Steuerung 74 den Messfühler 22 derart, dass die Fokusposition des Messfühlers 22 insbesondere um den geschätzten Abstand d in W-Achsen-Richtung von dem Rotationsmittelpunkt entfernt positioniert ist, wie in 10A gezeigt.
-
Der geschätzte Abstand d wird insbesondere als ein Mittelwert oder Medianwert der insgesamt gemessenen Werte ermittelt, wie beispielsweise in 9B gezeigt ist. „Medianwert” bezieht sich auf einen Mittenwert zwischen dem größten und dem kleinsten gemessenen Wert. Durch Verwendung des Mittelwerts oder des Medianwerts kann der geschätzte Abstand d mit einem hohen Grad der Genauigkeit ermittelt werden. Auch wird der geschätzte Abstand d nicht notwendigerweise aus den insgesamt gemessenen Werten ermittelt, sondern kann stattdessen beispielsweise aus den gemessen Werten eines Teilbereichs des Messbereichs R1 ermittelt werden. Mit anderen Worten: Der geschätzte Abstand d kann ebenso aus dem Mittelwert oder dem Medianwert der Messergebnisse zumindest eines Teilbereichs des Messbereichs R1 ermittelt werden.
-
Bei dieser Ausführungsform ist der Zylinderabschnitt 91 insbesondere kein perfekter Kreis, und der Messbereich R2 ist weiter von dem Mittelpunkt des Zylinderabschnitts 91 entfernt als der Messbereich R1. Wie in 10B gezeigt, ist in einem solchen Fall eine Kurve der Messergebnisse um Δd versetzt. Wenn der Zylinderabschnitt 91 kein perfekter Kreis ist oder von einem Kreis oder Zylinder abweicht, besteht ein erhöhtes Potential, dass der Messbereich R3 an einer andren Position in der Normalrichtung als der Messbereich R1 gelegen ist. In Anbetracht dessen stellt die Steuerung 74 die Messposition in W-Achsen-Richtung beim Messen der Oberflächenbeschaffenheit des Messbereichs R3 ausgehend von den Messergebnissen der Oberflächenbeschaffenheit (hier der dreidimensionalen Form) des Messbereichs R2 ein.
-
11 ist ein erläuterndes Diagramm, welches die Einstellung der Messposition des Messfühlers 22 in dem dritten Blickfeld darstellt. Ausgehend von den Messergebnissen des Messbereichs R2 ermittelt die Steuerung 74 einen geschätzten Abstand (geschätzter Abstand (d + Δd) in 10B) zwischen dem Messbereich R2 und dem Rotationsmittelpunkt in θ-Achsen-Richtung. Außerdem steuert in dem dritten Blickfeld die Steuerung 74 den W-Achsen-Verschiebungsmechanismus 36 und/oder den θ-Achsen-Verschiebungsmechanismus 38 an, den Messfühler 22 in W-Achsenrichtung derart zu verschieben, dass die Fokusposition des Messfühlers 22 insbesondere um den geschätzten Abstand (d + Δd) von dem Rotationsmittelpunkt entfernt gelegen ist, wie in 11 gezeigt. Folglich kann der Versatz in W-Achsen-Richtung zwischen der Fokusposition des Messfühlers 22 und der Innenwand 92 (der in 8B gezeigte Abstand α) eingeschränkt werden. Infolgedessen kann verhindert werden, dass der Messbereich R3 von dem Abtastbereich L abweicht, und die (insbesondere dreidimensionale) Form des Messbereichs R3 kann mit einem hohen Grad der Genauigkeit gemessen werden. Bei diesem Beispiel wird die Einstellung der Messposition des Messfühlers 22 dadurch ausgeführt, dass der W-Achsen-Verschiebungsmechanismus 36 und/oder der θ-Achsen-Verschiebungsmechanismus 38 angetrieben werden. Jedoch ist diese Erfindung nicht darauf beschränkt. Das Einstellen der Messposition kann auch durchgeführt werden, während zusätzlich die Bühne 12 durch Antreiben des X-Achsen-Verschiebungsmechanismus 30 und/oder des Y-Achsen-Verschiebungsmechanismus 32 verschoben wird.
-
Verfahren zum Messen der Oberflächenbeschaffenheit der Innenwand
-
Es folgt eine Beschreibung eines Verfahrens zum Messen der Oberflächenbeschaffenheit der Innenwand 92 unter Verwendung der oben beschriebenen Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung 1. Die Messung der Oberflächenbeschaffenheit der Innenwand 92 wird durch die Steuerung 74 der Steuervorrichtung 70 ausgeführt, welche insbesondere ein in dem Speicher 72 gespeichertes oder von diesem abgerufenes Programm ausführt.
-
Wie in 1 gezeigt, wird bei diesem Beispiel das Messobjekt 90 auf der Bühne 12 platziert. Zuerst treibt die Steuerung 74 den X-Achsen-Verschiebungsmechanismus 30 und/oder den Y-Achsen-Verschiebungsmechanismus 32 an und verschiebt die Bühne 12 in X-Achsen-Richtung und/oder in Y-Achsen-Richtung, um das Messobjekt 90 im Wesentlichen unter der Z-Gleitvorrichtung 16 anzuordnen (siehe 4).
-
Dann verschiebt die Steuerung 74 die Berührungssonde 20 aus der Bereitschaftsstellung in die Messstellung, um das Messobjekt 90 (den Zylinderblock) zu berühren, und misst dadurch beispielsweise eine Oberflächenhöhe des Zylinderblocks, eine Mittelpunktposition und/oder einen Durchmesser des Zylinders und dergleichen. Wenn die Messung endet, verschiebt die Steuerung 74 die Berührungssonde 20 in die Bereitschaftsstellung.
-
Dann treibt die Steuerung 74 den X-Achsen-Verschiebungsmechanismus 30 und/oder den Y-Achsen-Verschiebungsmechanismus 32 an und verschiebt, ausgehend von den Messergebnissen der Berührungssonde 20, im Wesentlichen die Messvorrichtung 26 zu dem Mittelpunkt des Zylinders (5A). Dann treibt die Steuerung 74 den Z-Achsen-Verschiebungsmechanismus 34 an und senkt die Messvorrichtung 26 in den Zylinder ab (5B).
-
Dann treibt die Steuerung 74 den W-Achsen-Verschiebungsmechanismus 36 an und verschiebt die Messvorrichtung 26 in W-Achsen-Richtung (5C). Wenn sich die Messvorrichtung 26 in W-Achsen-Richtung verschiebt, tastet der Messfühler 22 der Messvorrichtung 26 einen ersten Messbereich der Innenwand 92 des Messobjekts 90 ab. Wenn das Abtasten des ersten Messbereichs endet, treibt die Steuerung 74 den θ-Achsen-Verschiebungsmechanismus 38 an und dreht die Messvorrichtung 26 in θ-Achsen-Richtung. Dann verschiebt die Steuerung 74 die Messvorrichtung 26 in W-Achsen-Richtung und tastet den nächsten Messbereich (welcher insbesondere von dem ersten Messbereich versetzt oder an diesen angrenzend ist) auf der Innenwand 92 ab. Zu diesem Zeitpunkt führt die Steuerung 74 insbesondere die oben beschriebene Steuerung oder Regelung zum Einstellen der Messposition aus, um die Position des Messfühlers 22 einzustellen, und/oder tastet den Messbereich ab. Auf diese Weise wird die (insbesondere gesamte) Innenwand 92 durch Wiederholen der Verschiebung der Messvorrichtung 26 in W-Achsen-Richtung und in θ-Achsen-Richtung abgetastet.
-
Dann analysiert die Steuerung 74 insbesondere die Oberflächenbeschaffenheit der Innenwand 92 ausgehend von den Messergebnissen jedes Messbereichs der Innenwand 92. Die Steuerung 74 analysiert insbesondere beispielsweise eine detaillierte dreidimensionale Form der Innenwand 92 als Oberflächenbeschaffenheit. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die mittels des Messfühlers 22 ermittelten Daten gespeichert werden können und/oder für weitere Verarbeitung oder Analyse an eine andere Analysevorrichtung als die Steuerung 74 übertragen werden können.
-
Vorteile dieser Ausführungsform
-
Beim Messen der Oberflächenbeschaffenheit des einen oder der mehreren, insbesondere der Vielzahl von Messbereichen, in die die Innenwand 92 des Messabschnitts (insbesondere des Zylinderabschnitts 91) im Umfangsrichtung unterteilt ist, mit dem Messfühler 22 stellt die Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung 1 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform die Messposition (Position des Abtastbereichs L) des Messfühlers 22 in W-Achsen-Richtung ausgehend von den Messergebnissen der Oberflächenbeschaffenheit des vorhergehenden Messbereichs ein, wenn die Oberflächenbeschaffenheit des nächsten oder folgenden Messbereichs gemessen wird. Wenn der Zylinderabschnitt 91 (als ein spezieller Messabschnitt) kein perfekter Kreis ist, wird folglich die Position des Abtastbereichs L des Messfühlers 22 in W-Achsen-Richtung eingestellt, und ein Versatz zwischen der Fokusposition des Messfühlers 22 und dem Messbereich in W-Achsen-Richtung kann eingeschränkt werden. Infolgedessen kann verhindert werden, dass die Messbereiche von dem Abtastbereich L in W-Achsen-Richtung abweichen, und daher kann eine detaillierte Oberflächenbeschaffenheit der Innenwand 92 mit einem hohen Grad der Genauigkeit gemessen werden.
-
Bei der vorstehenden Beschreibung ist der Messfühler 22 insbesondere ein optischer Interferenzsensor, welcher die Oberflächenbeschaffenheit der Innenwand 92 unter Verwendung einer optischen Interferenzmessung misst. Diese Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der Messfühler 22 ein Bildsensor sein, welcher die Oberflächenbeschaffenheit der Innenwand 92 durch Aufnehmen eines Bildes der Innenwand 92 misst. In einem solchen Fall kann, wenn die Messung mit einem Bildsensor mit einer einfachen Konfiguration durchgeführt wird, eine detaillierte Oberflächenbeschaffenheit der Innenwand 92 mit einem hohen Grad der Genauigkeit gemessen werden, indem die oben beschriebene Steuerung oder Regelung zum Einstellen der Messposition durchgeführt wird.
-
Zudem kann der Messfühler 22 ein konfokaler Sensor sein, oder einen konfokalen Sensor umfassen, welcher die Oberflächenbeschaffenheit der Innenwand 92 durch Fokussieren von Licht auf die Innenwand 92 misst. Außerdem kann der Messfühler 22 ein Sensor sein (der einfachen Beschreibung wegen als Kontrastsensor bezeichnet), welcher die Oberflächenbeschaffenheit der Innenwand 92 durch Erfassen eines Spitzenwerts des Kontrasts eines aufgenommenen Bildes der Innenwand 92 misst, oder einen solchen Sensor umfassen. Wenn die Messung unter Verwendung des konfokalen Sensors oder Kontrastsensors als Messfühler 22 durchgeführt wird, kann die detaillierte (insbesondere dreidimensionale) Form der Innenwand 92 mit einem hohen Grad der Genauigkeit gemessen werden, indem die oben beschriebene Steuerung oder Regelung zum Einstellen der Messposition durchgeführt wird.
-
Bei Vorstehendem ist das Messobjekt 90 ein Zylinderkopf eines Motors. Das Messobjekt 90 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das Messobjekt 90 kann stattdessen beispielsweise Honrohr sein. Mit anderen Worten: Das Messobjekt 90 kann insbesondere jedes Objekt sein, welches einen Zylinderabschnitt hat.
-
Gemäß dieser Offenbarung wird eine Oberflächenbeschaffenheitsmesseinrichtung bereitgestellt, welche enthält: einen Messfühler, welcher eine Oberflächenbeschaffenheit einer Innenwand eines Messabschnitts (insbesondere eines Zylinderabschnitts) eines Messobjekts kontaktlos misst, während er sich im Wesentlichen an jedem Messbereich, in den die Innenwand in einer Umfangsrichtung des Zylinderabschnitts unterteilt ist, in eine Normalrichtung verschiebt; eine W-Achsen-Verschiebungsvorrichtung, welche den Messfühler in W-Achsen-Richtung verschiebt; eine θ-Achsen-Verschiebungsvorrichtung, welche den Messfühler nach Messen der Oberflächenbeschaffenheit eines ersten Messbereichs in Umfangsrichtung verschiebt, sodass der Messfühler im Wesentlichen einem zweiten Messbereich zugewandt ist, welcher zu dem ersten Messbereich in Umfangsrichtung versetzt ist oder an diesen angrenzt; und eine Steuerung, welche während des Verschiebens des Messfühlers in W-Achsen-Richtung eine Messposition in W-Achsen-Richtung zum Messen der Oberflächenbeschaffenheit des zweiten Messbereichs einstellt.
-
Diese Erfindung ist oben anhand einer Ausführungsform beschreiben, doch der technische Umfang dieser Erfindung ist nicht auf den in der obigen Ausführungsform beschriebenen beschränkt. Einem Fachmann ist klar, dass zahlreiche Modifikationen oder Verbesserungen zu der obigen Ausführungsform hinzugefügt werden könnten. Der Umfang der Ansprüche veranschaulicht, dass das Hinzufügen derartiger Modifikationen und Verbesserungen auch in dem technischen Umfang dieser Erfindung enthalten ist.
-
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Beispiele rein zum Zwecke der Erläuterung angeführt worden sind und keineswegs als diese Erfindung einschränkend zu betrachten sind. Während diese Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei darauf hingewiesen, dass die hier verwendete Worte eher Worte der Beschreibung und der Darstellung+ als Worte der Einschränkung sind. Änderungen können innerhalb des Bereichs der angefügten Ansprüche, wie sie hier aufgeführt sind und nach Änderung, angebracht werden, ohne vom Umfang und Gedanken dieser Erfindung in ihren Aspekten abzuweisen. Zwar wurde diese Erfindung hier unter Bezugnahme auf bestimmte Strukturen, Materialien und Ausführungsformen beschrieben, doch ist diese Erfindung nicht als auf die hier offenbarten Besonderheiten beschränkt vorgesehen; vielmehr erstreckt sich diese Erfindung auf alle funktional äquivalenten Strukturen, Verfahren und Anwendungen, wie sie innerhalb des Umfangs der angefügten Ansprüche liegen.
-
Diese Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Variationen und Modifikationen können möglich sein, ohne vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2016-034437 [0001]
- JP 2006-064512 [0003]
