JP2012093316A - Surface evaluation device - Google Patents

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Katsumi Matsuoka
勝己 松岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface evaluation device which can quantitatively evaluate workpiece surface unevenness using all coordinate point data of power spectra.SOLUTION: A surface evaluation device 10 which evaluates a workpiece surface based on workpiece surface unevenness data includes: means of obtaining power spectra by the Fourier transform of the workpiece surface unevenness data; means of digitizing the power spectra using cross-correlation functions; and the means of evaluating the workpiece surface using the maximum value of the digitized values.

Description

本発明は、ワーク表面の凹凸状態を定量的に評価する表面評価装置に関する。   The present invention relates to a surface evaluation apparatus for quantitatively evaluating the uneven state of a workpiece surface.

従来、内燃機関のシリンダボアにおけるホーニング加工後の表面状態はエンジンの焼付きやピストンとのフリクションと密接に関係しているため、エンジンにとって重要な品質評価項目となっている。具体的には、シリンダボアをホーニング加工した時に形成される螺旋条痕はエンジンオイルを保持する機能を有しており、当該螺旋条痕の形成状態がピストン部の潤滑状態(オイル消費、フリクション)に寄与することから、シリンダブロックの加工工程ではその品質評価が行われている。   Conventionally, the surface condition of a cylinder bore of an internal combustion engine after honing has been closely related to engine seizure and piston friction, and is therefore an important quality evaluation item for the engine. Specifically, the spiral streak formed when the cylinder bore is honed has a function of holding engine oil, and the formation state of the spiral streak changes to the lubrication state of the piston portion (oil consumption, friction). Since it contributes, the quality evaluation is performed in the machining process of the cylinder block.

シリンダボアの表面状態を評価する手段としてはSUMP等による転写画像を用いた目視による品質評価やRz(十点平均粗さ)、Ra(中心線平均粗さ)等の2次元粗さ計測結果が用いられているが、前者は評価結果の再現性が乏しく、後者は得られる情報が線情報であり、前述のエンジン性能を評価する指標としては精度が不十分であるという課題がある。   As a means for evaluating the surface condition of the cylinder bore, visual quality evaluation using a transfer image by SUMP or the like, and two-dimensional roughness measurement results such as Rz (ten-point average roughness), Ra (centerline average roughness) are used. However, the former has poor reproducibility of evaluation results, and the latter has the problem that the obtained information is line information, and the accuracy is insufficient as an index for evaluating the aforementioned engine performance.

また、近年、面レベルで加工面の粗さを計測することが可能な3次元粗さ(形状)計測機等の普及もみられるが、コストが高い、計測所要時間が長い、センサヘッドをボア内に挿入できない等の課題を有しており、ボア表面の品質評価への本格的な適用については見通しがついていない状況にある。つまり、ボア表面の品質を多次元で捉え、迅速に評価できる技術が必要とされている。   In recent years, three-dimensional roughness (shape) measuring machines that can measure the roughness of the machined surface at the surface level have also become widespread, but the cost is high, the measurement time is long, and the sensor head is installed in the bore. There is a problem that the full-scale application to the quality evaluation of the bore surface is not expected. In other words, there is a need for a technology that can quickly and easily evaluate the bore surface quality in multiple dimensions.

また、ホーニング加工後におけるシリンダボア表面の状態の検査においては、近年では検査効率の向上のために、画像診断が利用されている。   In the inspection of the state of the cylinder bore surface after the honing process, in recent years, image diagnosis has been used to improve the inspection efficiency.

例えば、特許文献1には、パワースペクトルが一定値以上であるパワー値を有する座標点を選択し、ワーク表面の評価を行う技術が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a technique for selecting a coordinate point having a power value having a power spectrum equal to or greater than a certain value and evaluating the workpiece surface.

特開2004−340805号公報JP 2004-340805 A

しかしながら、特許文献1に記載の表面解析装置においては、一定値以上のパワー値を有する座標点を選択して行う表面評価であるため、精度が悪い。そのため、パワースペクトルの特定の座標点だけを選択するのではなく、パワースペクトルの全座標点データを用いて表面評価を行うことで精度向上を図りたい。   However, since the surface analysis apparatus described in Patent Document 1 is a surface evaluation performed by selecting a coordinate point having a power value equal to or greater than a certain value, the accuracy is poor. Therefore, instead of selecting only specific coordinate points of the power spectrum, it is desirable to improve accuracy by performing surface evaluation using all coordinate point data of the power spectrum.

そこで、本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、ワーク表面の凹凸状態をパワースペクトルの全座標点データを用いて定量的に評価することができる表面評価装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a surface evaluation apparatus capable of quantitatively evaluating the uneven state of the workpiece surface using all coordinate point data of the power spectrum. And

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。   The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.

即ち、請求項1においては、
ワーク表面の凹凸データに基づいてワーク表面を評価する表面評価装置において、
前記ワーク表面の凹凸データをフーリエ変換してパワースペクトルを求める手段と、
当該パワースペクトルを相互相関関数を用いて数値化する手段と、
当該数値化された値の最大値を用いて前記ワーク表面の評価を行う手段と、
を有する表面評価装置である。
That is, in claim 1,
In the surface evaluation device that evaluates the workpiece surface based on the unevenness data of the workpiece surface,
Means for Fourier transforming the unevenness data of the workpiece surface to obtain a power spectrum;
Means for digitizing the power spectrum using a cross-correlation function;
Means for evaluating the workpiece surface using a maximum value of the digitized values;
Is a surface evaluation apparatus.

請求項2においては、
前記ワーク表面は、内燃機関のシリンダボア表面である表面評価装置である。
In claim 2,
The workpiece surface is a surface evaluation device that is a cylinder bore surface of an internal combustion engine.

本発明の如く、ワーク表面を評価するに際し、相互相関関数を用いることにより、全座標点データを含む表面評価が可能となり、評価精度が向上する。   When the workpiece surface is evaluated as in the present invention, by using the cross-correlation function, the surface evaluation including all coordinate point data can be performed, and the evaluation accuracy is improved.

本発明の一実施形態に係る表面評価装置の概略構成を示す模式図。The schematic diagram which shows schematic structure of the surface evaluation apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 実施形態に係る表面評価装置に適用する表面評価方法を説明する説明図であり、(a)は撮像データを示す図、(b)は3D形状データを示す図、(c)はパワースペクトルを示す図。It is explanatory drawing explaining the surface evaluation method applied to the surface evaluation apparatus which concerns on embodiment, (a) is a figure which shows imaging data, (b) is a figure which shows 3D shape data, (c) shows a power spectrum. Figure. 図2(c)のパワースペクトルに対して相互相関関数を適用して数値化することを説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating applying a cross correlation function with respect to the power spectrum of FIG.2 (c), and quantifying. ボア表面の良否判定のフローを示す図。The figure which shows the flow of the quality determination of a bore surface.

次に、発明の実施の形態を説明する。   Next, embodiments of the invention will be described.

以下に、本発明の表面評価装置の一実施形態として、ワーク表面の表面加工品質の評価を行う表面評価装置について、図を用いて説明する。本実施形態においては、評価対象のワーク表面として、内燃機関のシリンダブロック1におけるシリンダボア2表面を例として挙げて説明する。   Hereinafter, as one embodiment of the surface evaluation apparatus of the present invention, a surface evaluation apparatus for evaluating the surface processing quality of a workpiece surface will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, the surface of the cylinder bore 2 in the cylinder block 1 of the internal combustion engine will be described as an example of the workpiece surface to be evaluated.

表面評価装置10は、シリンダボア2内周表面の凹凸状態に係る凹凸データに基づいてシリンダボア2内周表面を評価する装置であり、図1に示すように、シリンダボア2の内周表面を撮像する撮像手段3と、当該撮像手段3から出力される撮像信号に基づき、シリンダボア2内周表面の凹凸状態の評価を行うコンピュータ5とを備える。具体的には、表面評価装置10は、シリンダボア2内周表面における凹凸成分のうち螺旋条痕の形成状態について良否判定を行う装置である。   The surface evaluation apparatus 10 is an apparatus that evaluates the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 based on unevenness data relating to the unevenness state of the inner peripheral surface of the cylinder bore 2, and as shown in FIG. Means 3 and a computer 5 that evaluates the unevenness of the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 based on the imaging signal output from the imaging means 3. Specifically, the surface evaluation device 10 is a device that performs a pass / fail determination on the formation state of the spiral streaks among the uneven components on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2.

撮像手段3は、シリンダボア2内に挿通し、シリンダボア2の内周表面を撮像するCCDカメラと、当該CCDカメラをシリンダボア2の高さ方向に往復駆動させるとともに、CCDカメラをシリンダボア2の中心軸回りに回転駆動させる駆動手段とから構成される。撮像手段3が有するCCDカメラ及び駆動手段は、コンピュータ5からの指令に応じて動作が制御される。撮像手段3は、駆動手段によりCCDカメラを所定のパターンで回転駆動及びシリンダボア2の高さ方向に往復駆動させることによりシリンダボア2の内周面の所定の検査範囲の画像信号を取得することができる。CCDカメラで得られた画像信号は、コンピュータ5により、前記所定のパターンに従って合成されることにより、シリンダボア2内周面の検査範囲全体を表す1枚の解析画像として作成される。撮像手段3は、データ転送部4を介してコンピュータ5に接続されている。   The image pickup means 3 is inserted into the cylinder bore 2 to reciprocate the CCD camera for picking up an image of the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 and the CCD camera in the height direction of the cylinder bore 2, and the CCD camera is rotated around the center axis of the cylinder bore 2. Driving means for rotationally driving the motor. The operation of the CCD camera and the driving unit included in the imaging unit 3 is controlled in accordance with a command from the computer 5. The imaging unit 3 can acquire an image signal of a predetermined inspection range on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 by rotating and driving the CCD camera in a predetermined pattern by the driving unit and reciprocating in the height direction of the cylinder bore 2. . The image signal obtained by the CCD camera is synthesized by the computer 5 according to the predetermined pattern, thereby creating one analysis image representing the entire inspection range of the inner peripheral surface of the cylinder bore 2. The imaging unit 3 is connected to the computer 5 via the data transfer unit 4.

コンピュータ5は、表面評価に係る処理、データ解析に係る各種処理を実行するCPU、各種表面評価・解析処理用のプログラムが記憶され、且つ上記撮像信号等の解析処理に必要な情報を記憶する記憶手段、撮像手段3により撮像したシリンダボア2内周表面の画像(例えば、図1にて矢印で示すボア表面凹凸データ)や解析結果、評価結果等を出力するモニター等の出力手段6を備えている。また、コンピュータ5には、撮像手段3から出力された撮像信号を前記データ転送部4を介して入力する入力ポート、及び撮像手段3のCCDカメラや駆動装置を制御するために指令信号を出力する出力ポートが設けられている。   The computer 5 stores a CPU for executing various processes relating to surface evaluation and various processes relating to data analysis, a program for various surface evaluation / analysis processes, and storing information necessary for the analysis process such as the imaging signal. And an output means 6 such as a monitor for outputting an image of the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 imaged by the imaging means 3 (for example, bore surface unevenness data indicated by arrows in FIG. 1), analysis results, evaluation results, and the like. . Further, the computer 5 outputs a command signal for controlling an input port for inputting an image pickup signal output from the image pickup means 3 via the data transfer unit 4 and a CCD camera and a driving device of the image pickup means 3. An output port is provided.

データ解析部は、解析画像である凹凸データに対して所定の解析処理を実行するためにコンピュータ5が有する解析手段であり、コンピュータ5にプログラムを実行させることによりシリンダボア2内周表面の品質評価を行うための各解析処理を行うことができる。   The data analysis unit is an analysis unit included in the computer 5 for executing a predetermined analysis process on the unevenness data that is an analysis image, and the computer 5 executes a program to evaluate the quality of the inner peripheral surface of the cylinder bore 2. Each analysis process for performing can be performed.

具体的には、データ解析部は、シリンダボア2内周表面の凹凸データをフーリエ変換して、パワースペクトル(周波数スペクトルともいう)を求める手段であるパワースペクトル演算部、当該パワースペクトル演算部にて得られるパワースペクトルの相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)を求める手段である相互相関関数演算部、当該相互相関関数演算部にて得られた相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)の最大値を求める手段である最大値演算部、前記相互相関関数演算部にて得られた相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)が最大値となる時のkx、kyの各変数の値を求める手段である最大時変数演算部、前記最大値演算部にて求められた相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)の最大値と、前記最大時変数演算部にて求められた相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)が最大値となる時のkx、kyの各変数の値に基づきシリンダボア2内周表面の品質評価の判定を行う手段である評価演算部、当該評価演算部の演算結果を表示する表示部、により構成されるとともに、各演算部の演算機能をプログラムにより実行可能とするものである。
なお、上記相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)の詳細については、後述する。
Specifically, the data analysis unit obtains the power spectrum calculation unit, which is a means for obtaining a power spectrum (also referred to as a frequency spectrum) by Fourier transforming the unevenness data on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2, and obtains the power spectrum calculation unit. A cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky) that is a means for obtaining a cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky) of the obtained power spectrum, and the cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky), a maximum value calculation unit that is a means for obtaining the maximum value, and the cross correlation function Rxy (i, j, kx, ky) obtained by the cross correlation function calculation unit is the maximum value of kx, ky Maximum time variable calculation unit that is a means for calculating the value of each variable, the maximum value of the cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky) calculated by the maximum value calculation unit, and the maximum time variable calculation Is a means for determining the quality evaluation of the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 based on the values of the variables kx and ky when the cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky) obtained in (1) becomes the maximum value. While being comprised by the evaluation calculating part and the display part which displays the calculation result of the said evaluation calculating part, the calculation function of each calculating part is made executable by a program.
The details of the cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky) will be described later.

また、前記相互相関関数演算部、前記最大値演算部、及び前記最大時変数演算部は、パワースペクトル演算部にて求められたパワースペクトルを相互相関関数を用いて相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)の最大値および、その時のkx、kyの各変数の値として数値化する手段を構成するものである。
また、前記評価演算部は、当該数値化された値である相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)の最大値と、その時のkx、kyの各変数の値とを用いてシリンダボア2内周表面の評価を行う手段である。
なお、本実施形態において、前記評価演算部は、数値化された値として相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)の最大値と、その時のkx、kyの各変数の値を用いてシリンダボア2内周表面の評価を行うが、特に限定するものではなく、数値化された値として相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)の最大値もしくは、その時のkx、kyの各変数の値における何れか一方の値を用いてシリンダボア2内周表面の評価を行うことも可能である。
The cross-correlation function calculation unit, the maximum value calculation unit, and the maximum time variable calculation unit may use the cross-correlation function Rxy (i, j) for the power spectrum obtained by the power spectrum calculation unit. , Kx, ky) and means for digitizing the value of each variable of kx, ky at that time.
Further, the evaluation calculation unit uses the maximum value of the cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky), which is the digitized value, and the value of each variable of kx, ky at that time to determine the cylinder bore 2 It is a means for evaluating the inner peripheral surface.
In the present embodiment, the evaluation calculation unit uses the maximum value of the cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky) as a numerical value and the values of the variables kx and ky at that time. The inner peripheral surface of the cylinder bore 2 is evaluated, but is not particularly limited, and the maximum value of the cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky) or each variable of kx, ky at that time is expressed as a numerical value. It is also possible to evaluate the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 using any one of the values.

上記パワースペクトル演算部では、解析画像である凹凸データに対して離散的な2次元フーリエ変換を実行し、この結果に基づき2次元もしくは3次元のパワースペクトル画像を生成する(図2(c)に示す画像は2次元画像)。すなわち、パワースペクトル演算部では、シリンダボア2内周面の画像である凹凸データを周波数空間でのスペクトル画像に変換する。図2(c)に示す2次元パワースペクトル画像は、横軸及び縦軸をそれぞれx軸、y軸方向の空間周波数とした画像である。そして、そうしたパワースペクトルのx−y座標上の各座標点には、シリンダボア2内周表面の周方向及び高さ方向における輝度レベルの各周波数成分のパワー値(畳み込み積分値)がプロットされている。このパワースペクトル画像の計算法自体は公知であり、例えば従来の手法(例えば、特許文献1に示した手法)を利用することができる。   The power spectrum calculation unit performs discrete two-dimensional Fourier transform on the unevenness data that is the analysis image, and generates a two-dimensional or three-dimensional power spectrum image based on the result (see FIG. 2C). The image shown is a two-dimensional image). That is, the power spectrum calculation unit converts the unevenness data, which is an image of the inner peripheral surface of the cylinder bore 2, into a spectrum image in the frequency space. The two-dimensional power spectrum image shown in FIG. 2C is an image in which the horizontal axis and the vertical axis are the spatial frequencies in the x-axis and y-axis directions, respectively. At each coordinate point on the xy coordinate of the power spectrum, power values (convolution integral values) of frequency components of luminance levels in the circumferential direction and height direction of the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 are plotted. . The power spectrum image calculation method itself is known, and for example, a conventional method (for example, the method disclosed in Patent Document 1) can be used.

次に、上記表面評価装置10を用いたシリンダボア2内周の凹凸状態の表面評価方法について具体的に説明する。ここでは、具体例として、ホーニング加工時に形成されるシリンダボア2内周表面における螺旋条痕の形成状態を定量的に評価する方法について図2を用いて説明する。   Next, a method for evaluating the surface of the concave / convex state on the inner periphery of the cylinder bore 2 using the surface evaluation apparatus 10 will be specifically described. Here, as a specific example, a method for quantitatively evaluating the formation state of the spiral streaks on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 formed during the honing process will be described with reference to FIG.

シリンダボア2表面における螺旋条痕の形成状態の評価では、先ず撮像手段3をシリンダブロック1が有するシリンダボア2に挿通し、シリンダボア2の内周表面の撮像が行われる。撮像は、CCDカメラをシリンダボア2の中心軸回りに回転させつつ、シリンダボア2の高さ方向に移動させて、シリンダボア2の内周表面の全体を周方向及び高さ方向に順次走査しながら行われる。そして、撮像手段3から出力される撮像信号は、データ転送部4、入力ポートを通じてコンピュータ5に入力される。   In the evaluation of the formation state of the spiral streak on the surface of the cylinder bore 2, first, the imaging means 3 is inserted into the cylinder bore 2 of the cylinder block 1, and the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 is imaged. Imaging is performed while the CCD camera is rotated about the central axis of the cylinder bore 2 and moved in the height direction of the cylinder bore 2 to sequentially scan the entire inner peripheral surface of the cylinder bore 2 in the circumferential direction and the height direction. . The imaging signal output from the imaging means 3 is input to the computer 5 through the data transfer unit 4 and the input port.

コンピュータ5は、当該コンピュータ5が有するデータ解析部に撮像信号が入力されると、その信号を処理して、シリンダボア2内周表面の凹凸データを生成して記憶手段に記憶する。   When the imaging signal is input to the data analysis unit included in the computer 5, the computer 5 processes the signal, generates unevenness data on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2, and stores it in the storage means.

図2(a)に示す撮像データは、シリンダボア2内周表面の凹凸データの一例を示したものであり、当該撮像データにおいては、x軸はシリンダボア2における周方向を示し、y軸はシリンダボア2における上下高さ方向を示している。また、図2(a)に示す撮像データでは、異なる2つの斜め方向、すなわち右上がり方向と右下がり方向の、複数の周期的な螺旋条痕があることが確認できる。つまり、図2(a)に示す撮像データによると、シリンダボア2の内周表面にはいわゆるクロスハッチパターンの螺旋条痕が形成されていることがわかる。   The imaging data shown in FIG. 2 (a) shows an example of unevenness data on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2. In the imaging data, the x axis indicates the circumferential direction in the cylinder bore 2, and the y axis indicates the cylinder bore 2. The vertical height direction is shown. In addition, in the imaging data shown in FIG. 2A, it can be confirmed that there are a plurality of periodic spiral stripes in two different oblique directions, that is, an upward right direction and a downward right direction. That is, according to the imaging data shown in FIG. 2A, it can be seen that a spiral streak of a so-called cross hatch pattern is formed on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2.

また、図2(b)に示す3D形状データも、シリンダボア2内周表面の凹凸データの一例を示したものであり、当該3D形状データにおいては、x軸はシリンダボア2における上下高さ方向を示し、y軸はシリンダボア2における周方向を示し、図2(b)においてz軸は凹凸レベル(凹凸の高低レベル)を示している。また、図2(b)に示す3D形状データでは、異なる2つの方向(基本的に斜め方向)の、複数の周期的な螺旋条痕があることが確認できる。つまり、図2(b)に示す3D形状データによると、シリンダボア2の内周表面には、ほぼ一定間隔で規則的に表れる複数のホーニング加工溝、いわゆるクロスハッチパターンの螺旋条痕が立体的に形成されているがわかる。
なお、凹凸データとしては、シリンダボア2表面の凹凸状態を示すデータ(RGBデータ、3D形状計測データ等)であれば適用可能であり、本実施形態の如く、CCDカメラ等の撮像手段によって取得される凹凸データ(図2(a)に示す撮像データ)のみに限定するものではなく、例えば、3次元粗さ測定器やその他の表面形状測定器等を用いて取得されるワーク表面に係る凹凸データ(図2(b)に示した3D形状データ等)でもかまわない。
Also, the 3D shape data shown in FIG. 2B is an example of the unevenness data on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2, and in the 3D shape data, the x-axis indicates the vertical height direction in the cylinder bore 2. The y axis indicates the circumferential direction in the cylinder bore 2, and in FIG. 2B, the z axis indicates the unevenness level (the level of unevenness). In the 3D shape data shown in FIG. 2B, it can be confirmed that there are a plurality of periodic spiral stripes in two different directions (basically oblique directions). That is, according to the 3D shape data shown in FIG. 2 (b), a plurality of honing grooves appearing regularly at substantially regular intervals, so-called cross-hatch pattern spiral stripes, are three-dimensionally formed on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2. You can see that it is formed.
Note that as the unevenness data, any data (RGB data, 3D shape measurement data, etc.) indicating the unevenness state of the surface of the cylinder bore 2 can be applied, and is acquired by an imaging means such as a CCD camera as in this embodiment. It is not limited to unevenness data (imaging data shown in FIG. 2 (a)), for example, unevenness data (for example, 3D roughness measuring instrument, other surface shape measuring instrument, etc., which is acquired using a surface roughness measuring instrument) The 3D shape data shown in FIG. 2B may also be used.

そして、記憶手段に記憶されたシリンダボア2内周表面凹凸データに対して2次元フーリエ変換処理を実行することにより、シリンダボア2内周表面の凹凸データである撮像データによるパワースペクトル(図2(c)参照)が取得され、記憶手段に記憶される。   Then, by executing a two-dimensional Fourier transform process on the cylinder bore 2 inner circumferential surface irregularity data stored in the storage means, a power spectrum based on imaging data which is irregularity data on the inner circumferential surface of the cylinder bore 2 (FIG. 2C). Reference) is acquired and stored in the storage means.

図2(c)は、上記シリンダボア2内周表面の凹凸データである撮像データを2次元フーリエ変換して得られたパワースペクトルを示したものである。図2(c)のx軸及びy軸は、撮像データにおけるx軸方向及びy軸方向の2次元フーリエ変換後の周波数成分をそれぞれ示している。そして、そうしたパワースペクトルのx−y座標上の各座標点には、シリンダボア2内周表面の上記周方向及び高さ方向における輝度レベルの各周波数成分のパワー値(畳み込み積分値)がプロットされている。こうしたパワースペクトルでは、その第1象限及び第3象限、第2象限及び第4象限が、上記x−y座標の原点(パワースペクトル原点)に対して点対称となっている。   FIG. 2C shows a power spectrum obtained by performing two-dimensional Fourier transform on imaging data which is unevenness data on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2. The x-axis and y-axis in FIG. 2C indicate frequency components after two-dimensional Fourier transform in the x-axis direction and the y-axis direction in the imaging data, respectively. At each coordinate point on the xy coordinate of such a power spectrum, the power value (convolution integral value) of each frequency component of the luminance level in the circumferential direction and the height direction of the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 is plotted. Yes. In such a power spectrum, the first quadrant, the third quadrant, the second quadrant, and the fourth quadrant are point-symmetric with respect to the origin of the xy coordinates (power spectrum origin).

以上のようにしてシリンダボア2内周表面の撮像データのパワースペクトルを求めた後、コンピュータ5は、求めたパワースペクトルにおける周波数成分に対して相互相関関数(数1参照)を適用して処理を行う。ここで、相互相関関数とは、例えば、2つの関数f(i,j)とg(i,j)の相関を求めるものである。つまり、2つの座標点がどの程度類似しているか、あるいは2つの座標点が位置的にどのくらいずれているかを調べるために適用される手段である。本実施形態に係る関数(数1)においては、f(i,j)の座標をそのままにしてg(i,j)の座標をkx、kyだけずらし所定の区間で両者の内積をとったものである。この内積の相関値は座標のずれkx、kyを変数に持つ関数となる。この関数が本実施形態において適用する相互相関関数である。つまり、本実施形態においては、2つの座標上にプロットされたデータ間の相関をみるために相互相関関数を適用している。以下に、パワースペクトルに対して相互相関関数を適用した例について具体的に図3を用いて説明する。   After obtaining the power spectrum of the imaging data on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 as described above, the computer 5 performs processing by applying a cross-correlation function (see Equation 1) to the frequency component in the obtained power spectrum. . Here, the cross-correlation function is, for example, for obtaining a correlation between two functions f (i, j) and g (i, j). In other words, it is a means applied to examine how similar two coordinate points are, or how far the two coordinate points are located. In the function (Equation 1) according to the present embodiment, the coordinates of f (i, j) are left as they are, the coordinates of g (i, j) are shifted by kx and ky, and the inner product of both is obtained in a predetermined section. It is. The correlation value of the inner product is a function having coordinate deviations kx and ky as variables. This function is a cross-correlation function applied in the present embodiment. That is, in this embodiment, a cross-correlation function is applied in order to see the correlation between data plotted on two coordinates. Hereinafter, an example in which the cross-correlation function is applied to the power spectrum will be specifically described with reference to FIG.

Figure 2012093316
Figure 2012093316

図3(a)に示すパワースペクトル(図2(c)で示したパワースペクトルと同じ)においては、第I象限、第III象限は撮像データにおける螺旋条痕の右下がり成分を示すものである。一方、第II象限、第IV象限は撮像データにおける螺旋条痕の右上がり成分を示すものである。このように第I象限と第III象限、及び第II象限と第IV象限とはそれぞれ原点に対して対称関係となるものである。   In the power spectrum shown in FIG. 3 (a) (the same as the power spectrum shown in FIG. 2 (c)), the first quadrant and the third quadrant indicate the downward-sloping components of the spiral streak in the image data. On the other hand, the quadrant II and quadrant IV indicate the components that rise to the right of the spiral streak in the imaging data. Thus, the first quadrant and the third quadrant, and the second quadrant and the fourth quadrant are symmetrical with respect to the origin.

シリンダボア2内周表面に形成された螺旋条痕の形成状態を定量的に評価するために、図3(a)に示すパワースペクトルが有する対称関係とならない象限について、相互相関関数を用いて対称関係とならない象限同士の相関を調べる。すなわち、螺旋条痕の形成状態を定量的に評価するために、対称関係とならない2つの象限の相関性を調べて、螺旋条痕の右下がり成分と右上がり成分とのシリンダボア2内周表面における形成バランスを判定する。本実施形態では、螺旋条痕の右下がり成分と右上がり成分の形成バランスを評価するに際し、例として、右下がり成分を有する第I象限と右上がり成分を有する第II象限に対して相互相関関数を適用して形成バランスを評価するための数値化を行う。   In order to quantitatively evaluate the formation state of the spiral streaks formed on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2, the quadrature that does not have the symmetrical relationship of the power spectrum shown in FIG. Investigate the correlation between quadrants that do not become. That is, in order to quantitatively evaluate the formation state of the spiral streak, the correlation between the two quadrants that are not symmetrical to each other is examined, and the right lowering component and the right rising component of the spiral streak are Determine the formation balance. In this embodiment, when evaluating the formation balance of the right-down component and the right-up component of the spiral streak, as an example, a cross-correlation function with respect to the first quadrant having the right-down component and the second quadrant having the right-up component Is applied to evaluate the formation balance.

図3(b)は図3(a)のパワースペクトルが有する、第I象限と第II象限に対して相互相関関数を適用した場合を理解に供するためにイメージ化した説明図である。図3(b)に示すように、第I象限と第II象限に対して相互相関関数を適用した場合は、第I象限(関数f(i,j))と第II象限(関数g(i,j)、図3(b)に示す第II象限のデータは周波数の縦軸を反転したもの)とをkx、kyを変数として重ね合せていき、変数kx、kyに対応する相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)の大きさの変化をみていることになる。図3(c)は相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)の値と、kx、kyの各変数の値との関係を三次元的に表したものである。これらの図からもわかるように、右下がり成分を有する第I象限と右上がり成分を有する第II象限に対して相互相関関数を適用した場合、kx=m、ky=nにてRxy(i,j,kx,ky)が最大となり、その時のRxy(i,j,kx,ky)の値が大きいほど右下がりの螺旋条痕と右上がりの螺旋条痕の形成状態がよく似ていることになる。また、Rxy(i,j,kx,ky)が最大となるときのkx=m、ky=nは、右下がりの螺旋条痕と右上がりの螺旋条痕の位置的なズレ量を表しており、m、nは小さい値であるほど右下がりの螺旋条痕と右上がりの螺旋条痕の形成状態がよく似ていることになる。つまり、Rxy(i,j,kx,ky)の最大値がより大きく、及び、その時のkx、kyがより小さければ、螺旋条痕の形成状態がよく似ることになり、右下がりの螺旋条痕と右上がりの螺旋条痕とがバランスの取れた良好な形成状態であると言える。本実施形態に係る表面評価装置10は、これらRxy(i,j,kx,ky)の最大値と、そのときのkx、kyの各値を求め、当該各数値に基づいて螺旋条痕の形成状態について定量的に評価を行うものである。   FIG. 3B is an explanatory diagram imaged for understanding the case where the cross-correlation function is applied to the first and second quadrants of the power spectrum of FIG. As shown in FIG. 3B, when the cross-correlation function is applied to the first and second quadrants, the first quadrant (function f (i, j)) and the second quadrant (function g (i) , J), and the data in the second quadrant shown in FIG. 3B is obtained by superimposing the frequency vertical axis) with kx and ky as variables, and the cross-correlation function Rxy corresponding to the variables kx and ky. A change in the size of (i, j, kx, ky) is observed. FIG. 3C shows a three-dimensional relationship between the value of the cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky) and the value of each variable kx, ky. As can be seen from these figures, when the cross-correlation function is applied to the quadrant I having the downward-sloping component and the quadrant II having the upward-sloping component, Rxy (i, i, i) at kx = m and ky = n. j, kx, ky) is the largest, and the higher the value of Rxy (i, j, kx, ky) at that time, the more closely the formation state of the spiral stripes falling to the right and the spiral stripes rising to the right Become. Also, kx = m and ky = n when Rxy (i, j, kx, ky) is the maximum represent the positional deviation amount between the right-down spiral stripe and the right-up spiral stripe. The smaller the values of, m, and n, the more similar the formation state of the spiral stripes falling to the right and the spiral stripes rising to the right. That is, if the maximum value of Rxy (i, j, kx, ky) is larger and kx and ky at that time are smaller, the spiral streak formation state will be very similar, and the right-down spiral streak It can be said that this is a well-formed and well-balanced state where the spiral stripes rising to the right are balanced. The surface evaluation apparatus 10 according to the present embodiment obtains the maximum value of these Rxy (i, j, kx, ky) and each value of kx, ky at that time, and forms the spiral streak based on each value. The state is quantitatively evaluated.

前述したように右下がり成分を有する第I象限と右上がり成分を有する第II象限に対して相互相関関数を適用した場合、kx=m、ky=nにてRxy(i,j,kx,ky)が最大となり、その時のRxy(i,j,kx,ky)の値が大きいほど、及び、その時のkx、kyの各値が小さいほど右下がりの螺旋条痕と右上がりの螺旋条痕の形成状態がよく似ていることを示している。また、シリンダボア2内周表面のホーニング加工品質としては、螺旋条痕はエンジンオイルを保持する機能を有しており、螺旋条痕の形成状態がピストン部の潤滑状態(オイル消費、フリクション)に寄与することから、きれいでバランスの取れた螺旋条痕の形成状態、すなわち、シリンダボア2内周表面における右下がりの螺旋条痕と右上がりの螺旋条痕の形成状態がよく似ているクロスハッチパターンが形成されていることが要求される。そこで、螺旋条痕の形成状態の評価法としては、シリンダボア2内周表面における螺旋条痕の形成状態を上記相互相関関数を用いた手法により数値化することにより、当該数値をシリンダボア2内周表面の良否を判定するための新たな判定規格値として利用することが好適である。具体的には、内燃機関の製造ラインにおいてシリンダボア2内周表面の良否判定を行うに際し、相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)の最大値と相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)が最大値となる時のkx、kyの各変数の値について予め品質の良否判定に用いるための規格値を設け、当該規格値によりシリンダボア2内周表面の良否判定を行う。そして、当該シリンダボア2内周表面の良否判定の結果は、モニター等の出力手段6を介して出力される。   As described above, when the cross-correlation function is applied to the first quadrant having the right-down component and the second quadrant having the right-up component, Rxy (i, j, kx, ky at kx = m and ky = n. ) Is the maximum, and the larger the value of Rxy (i, j, kx, ky) at that time, and the smaller each value of kx, ky at that time, It shows that the formation state is very similar. As for the honing quality of the inner peripheral surface of the cylinder bore 2, the spiral streak has a function of retaining engine oil, and the formation of the spiral streak contributes to the lubrication state (oil consumption, friction) of the piston part. Therefore, there is a cross-hatch pattern in which the clean and well-balanced spiral streak formation state, that is, the formation state of the right downward spiral streak and the right upward spiral streak on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 is very similar. It is required to be formed. Therefore, as an evaluation method of the formation state of the spiral streak, the formation state of the spiral streak on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 is digitized by the above-described method using the cross-correlation function. It is preferable to use it as a new determination standard value for determining pass / fail of this. Specifically, when determining the quality of the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 in the production line of the internal combustion engine, the maximum value of the cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky) and the cross-correlation function Rxy (i, j, kx) , Ky) is set to a standard value for use in quality determination in advance for the values of the variables kx and ky when the maximum value is obtained, and the quality determination of the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 is performed based on the standard value. And the result of the quality determination of the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 is output via an output means 6 such as a monitor.

このようにして、コンピュータ5のデータ解析部は、相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)の最大値及び、相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)が最大値となる時のkx、ky、に基づいてホーニング加工品質を評価する。   In this way, the data analysis unit of the computer 5 allows the maximum value of the cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky) and the cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky) to be the maximum value. The honing quality is evaluated based on kx and ky.

すなわち、コンピュータ5は、凹凸データをフーリエ変換して作成された図2(c)に示すパワースペクトルにて、螺旋条痕の右上がり成分と右下がり成分を有する象限同士に対して相互相関関数による処理を行うことで相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)の最大値、及び、相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)が最大となる時のkx、kyを算出し、当該相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)の最大値、その時のkx、kyを、予めコンピュータ5に設定されている相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)の最大値と、その時のkx、kyの各値と比較して、良否を判定することで、シリンダボア2内周表面における螺旋条痕の形成状態の良否を評価することができる。   That is, the computer 5 uses a cross-correlation function for quadrants having a right-up component and a right-down component of the spiral streak in the power spectrum shown in FIG. By performing the processing, the maximum value of the cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky) and the kx and ky when the cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky) is maximized are calculated. The maximum value of the cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky), the kx, ky at that time, and the maximum value of the cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky) preset in the computer 5 By comparing the values of kx and ky at that time with each other, it is possible to evaluate the quality of the formation of the spiral streak on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2.

次に、図4は、以上説明した本実施形態の表面評価装置10により実行される表面評価処理工程のフローチャートを示している。この処理は、コンピュータ5のデータ解析部によって実行される。各処理工程を図4のフローチャートを用いて説明する。   Next, FIG. 4 shows a flowchart of the surface evaluation processing steps executed by the surface evaluation apparatus 10 of the present embodiment described above. This process is executed by the data analysis unit of the computer 5. Each processing step will be described with reference to the flowchart of FIG.

表面評価処理工程においては、予め品質判定規格値を決定するための規格値決定工程と、内燃機関の製造ラインにおいてシリンダボア2の良否判定を行うための本測定を行う本測定工程と、を有する。以下、各工程について説明する。   The surface evaluation processing step includes a standard value determination step for determining a quality determination standard value in advance and a main measurement step for performing a main measurement for determining pass / fail of the cylinder bore 2 in the production line of the internal combustion engine. Hereinafter, each step will be described.

規格値決定工程は、表面評価装置10を用いて予め所定のワークに対して事前の評価を行ってシリンダボア2内周表面における螺旋条痕の形成状態の良否判定を行うための所定の規格値を決定する工程である。   In the standard value determining step, a predetermined standard value for performing a pre-evaluation on a predetermined workpiece in advance using the surface evaluation device 10 to determine whether or not a spiral streak is formed on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 is determined. It is a step of determining.

規格値決定工程では、先ず規格値決定の基準となるマスタワークを選定し(S100)、撮像手段3により検査対象のシリンダボア2内周表面を撮影してシリンダボア2内周表面の凹凸データを取得する(S110)。次に、データ解析部は、当該シリンダボア2表面の凹凸データに対して2次元フーリエ変換を実行し、この変換結果からパワースペクトルを求める(S120)。次にパワースペクトルの右下がり成分(I象限orIII象限)と右上がり成分(II象限orIV象限)の相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)を求める(S130)。次に相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)の最大値および、その時のkx、kyを求める(S140)。そして、求めた相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)の最大値および、その時のkx、kyの各値から所定の品質評価判定規格値を決定する(S150)。決定された品質評価判定規格値は、本測定工程で用いられ、ホーニング加工後のシリンダボア2内周表面における螺旋条痕の形成状態の良否判定の際の判定規格値となる。   In the standard value determining step, first, a master work serving as a standard value determining standard is selected (S100), and the imaging means 3 is used to photograph the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 to be inspected to obtain unevenness data on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2. (S110). Next, the data analysis unit performs a two-dimensional Fourier transform on the unevenness data on the surface of the cylinder bore 2, and obtains a power spectrum from the conversion result (S120). Next, a cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky) between the right-down component (I quadrant or III quadrant) and the right-up component (II quadrant or IV quadrant) of the power spectrum is obtained (S130). Next, the maximum value of the cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky) and kx and ky at that time are obtained (S140). Then, a predetermined quality evaluation criterion value is determined from the maximum value of the obtained cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky) and each value of kx, ky at that time (S150). The determined quality evaluation determination standard value is used in this measurement process, and becomes a determination standard value in the quality determination of the formation state of the spiral streaks on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 after the honing process.

本測定工程は、内燃機関の製造ラインにおけるワークの検査、すなわちホーニング加工後のシリンダボア2内周表面の良否判定を行うために適用される工程である。   This measurement process is a process applied to inspect the workpiece in the production line of the internal combustion engine, that is, to determine the quality of the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 after the honing process.

本測定工程では、先ず評価対象となるワークを選定し(S200)、撮像手段3により検査対象のシリンダボア2内周表面を撮影してシリンダボア2内周表面の凹凸データを取得する(S210)。次に、データ解析部は、当該シリンダボア2表面の凹凸データに対して2次元フーリエ変換を実行し、この変換結果からパワースペクトルを求める(S220)。次にパワースペクトルの右下がり成分(I象限orIII象限)と右上がり成分(II象限orIV象限)の相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)を求める(S230)。続いて相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)の最大値および、その時のkx、kyを求め(S240)、求めた相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)の最大値および、その時のkx、kyが規格値内か否かを判定する(S250)。すなわち、コンピュータ5のデータ解析部は、前述したようにして決定された品質評価判定にて決定された品質評価判定規格値を用いて、相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)の最大値および、その時のkx、kyの値が品質評価判定規格値内であれば(Yes)、シリンダボア2内周表面の螺旋条痕の形成状態が良好であると判定し(OK判定)、相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)の最大値および、その時のkx、kyの値が品質評価判定規格値内でなければ(No)、シリンダボア2内周表面の螺旋条痕の形成状態が不良(No)であると判定する(NG判定)。
なお、上記規格値としては、例えば、相互相関関数Rxy(i,j,kx,ky)の最大値は、規格値決定工程にて決定された最大値の規格値以上とし、最大値となる時のkx、kyの値は規格値決定工程にて決定されたkx、kyの値の規格値以下として、本測定工程で用いる規格値の範囲を決定するとよい。
In this measurement process, first, a workpiece to be evaluated is selected (S200), and the imaging means 3 photographs the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 to be inspected to obtain unevenness data on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 (S210). Next, the data analysis unit performs a two-dimensional Fourier transform on the unevenness data on the surface of the cylinder bore 2, and obtains a power spectrum from the conversion result (S220). Next, a cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky) between the right-down component (I quadrant or III quadrant) and the right-up component (II quadrant or IV quadrant) of the power spectrum is obtained (S230). Subsequently, the maximum value of the cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky) and kx and ky at that time are obtained (S240), and the maximum value of the obtained cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky) and Then, it is determined whether kx and ky at that time are within the standard values (S250). That is, the data analysis unit of the computer 5 uses the quality evaluation determination standard value determined in the quality evaluation determination determined as described above, and uses the maximum value of the cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky). If the value and the values of kx and ky at that time are within the quality evaluation determination standard value (Yes), it is determined that the formation of the spiral streaks on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 is good (OK determination), and the cross-correlation If the maximum value of the function Rxy (i, j, kx, ky) and the values of kx and ky at that time are not within the quality evaluation judgment standard value (No), the formation state of the spiral streaks on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 is It is determined to be defective (No) (NG determination).
As the standard value, for example, when the maximum value of the cross-correlation function Rxy (i, j, kx, ky) is equal to or larger than the standard value of the maximum value determined in the standard value determination step, the maximum value is obtained. The values of kx and ky are preferably equal to or less than the standard values of the values of kx and ky determined in the standard value determining step, and the range of standard values used in this measurement step may be determined.

以上により、本実施形態によれば、ホーニング加工時に形成される内燃機関のシリンダボア2内周表面の螺旋条痕状態を凹凸データの周波数情報に基づき評価することができる。例えば、ボア表面の撮像データ、又は3D凹凸データをフーリエ変換することで得られるパワースペクトルにおいて、対称関係にない象限同士の周波数成分の対称性(相関性)を相互相関関数により求め、ホーニング加工品質を評価することができる。   As described above, according to this embodiment, it is possible to evaluate the spiral streak state on the inner peripheral surface of the cylinder bore 2 of the internal combustion engine formed during the honing process based on the frequency information of the unevenness data. For example, in the power spectrum obtained by Fourier transforming the imaging data of the bore surface or 3D unevenness data, the symmetry (correlation) of the frequency components between quadrants that are not symmetrical is obtained by the cross correlation function, and the honing quality Can be evaluated.

本発明は、ホーニング加工時に形成される螺旋条痕が規則性を持って形成される点に注目し、エンジンボア表面の凹凸の状態を周波数解析することで、螺旋条痕の形成状態を簡易的、且つ、定量的に評価することができる。   The present invention pays attention to the fact that the spiral streaks formed during the honing process are formed with regularity, and the frequency of the uneven state of the engine bore surface is analyzed to simplify the formation of the spiral streaks. And can be quantitatively evaluated.

本発明によれば、ワーク表面を評価するに際し、相互相関関数を用いることにより、パワースペクトルの全座標点を用いた評価、すなわち全座標点データを含む表面評価が可能となり、パワースペクトルの特定の座標点を用いる従来の表面評価等に比べて、評価精度が向上する。   According to the present invention, when a workpiece surface is evaluated, by using a cross-correlation function, an evaluation using all coordinate points of a power spectrum, that is, a surface evaluation including all coordinate point data can be performed. Evaluation accuracy is improved as compared with conventional surface evaluation using coordinate points.

1 シリンダブロック
2 シリンダボア
3 撮像手段
5 コンピュータ
10 表面評価装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder block 2 Cylinder bore 3 Imaging means 5 Computer 10 Surface evaluation apparatus

Claims (2)

ワーク表面の凹凸データに基づいてワーク表面を評価する表面評価装置において、
前記ワーク表面の凹凸データをフーリエ変換してパワースペクトルを求める手段と、
当該パワースペクトルを相互相関関数を用いて数値化する手段と、
当該数値化された値の最大値を用いて前記ワーク表面の評価を行う手段と、
を有することを特徴とする表面評価装置。
In the surface evaluation device that evaluates the workpiece surface based on the unevenness data of the workpiece surface,
Means for Fourier transforming the unevenness data of the workpiece surface to obtain a power spectrum;
Means for digitizing the power spectrum using a cross-correlation function;
Means for evaluating the workpiece surface using a maximum value of the digitized values;
A surface evaluation apparatus comprising:
前記ワーク表面は、内燃機関のシリンダボア表面であることを特徴とする請求項1に記載の表面評価装置。   The surface evaluation apparatus according to claim 1, wherein the workpiece surface is a cylinder bore surface of an internal combustion engine.
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