JP6608729B2 - 表面性状測定機及び表面性状測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、被測定物の内壁面の表面性状を非接触式の測定センサを用いて測定する表面性状測定機及び表面性状測定方法に関する。

従来、被測定物の表面性状を測定する表面性状測定機が利用されている。例えば、特許文献１に開示された表面性状測定機は、被測定物の表面の凹凸の変位を検出して、被測定物の内径や外径を測定する。

特開２００６−６４５１２号公報

近年、被測定物の円筒部の内壁面の微細な表面性状の自動測定の実現が要請されている。そこで、内壁面を非接触で測定する測定センサを円筒部内で回動させて、内壁面の表面性状を測定する方法が提案されている。
しかし、上述した測定方法は、被測定物の円筒部が真円であることを前提として測定を行っているが、円筒部の実物が真円でない場合がある。かかる場合には、測定センサと内壁面との距離が一定でないため、円筒部が真円である場合に比べて、内壁面を高精度に測定できない。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、被測定物の円筒部の内壁面の微細な表面性状を高精度に測定可能な表面性状測定機を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様においては、被測定物の円筒部の内壁面の表面性状を、前記内壁面を前記円筒部の周方向に分割した測定領域毎に、前記内壁面の法線方向に移動しながら非接触で測定する測定センサと、第１測定領域の表面性状を測定する前記測定センサを前記法線方向に移動させる法線方向移動機構と、前記第１測定領域の表面性状の測定後に、前記周方向において前記第１測定領域に隣接する第２測定領域に対向するように、前記測定センサを前記周方向に移動させる周方向移動機構と、前記第１測定領域の表面性状の測定結果に基づいて、前記測定センサが前記法線方向に移動しながら前記第２測定領域の表面性状を測定する際の前記法線方向における測定位置を調整する制御部と、を備える、表面性状測定機を提供する。

また、前記測定センサは、前記法線方向における所定の測定範囲で前記表面性状を測定し、前記制御部は、前記第１測定領域の表面性状の測定結果に基づいて、前記第２測定領域の表面性状を測定する際の前記法線方向における前記測定範囲の位置を調整することとしてもよい。

また、前記制御部は、前記第１測定領域の表面性状の測定結果に基づいて、前記法線方向において前記測定センサの前記周方向の回動中心と前記第１測定領域との間の推定距離を求め、前記推定距離に基づいて、前記第２測定領域の表面性状を測定する際の前記法線方向における測定位置を調整することとしてもよい。

また、前記測定センサは、前記第１測定領域の表面性状として三次元形状を測定し、前記制御部は、前記第１測定領域の三次元形状に基づいて前記推定距離を求めることとしてもよい。

また、前記制御部は、前記第１測定領域の少なくとも一部の領域における測定値の平均値又は中央値に基づいて、前記推定距離を求めることとしてもよい。

また、前記表面性状測定機は、前記法線方向及び前記周方向を含む第１平面において、前記法線方向及び前記周方向とは交差する交差方向に前記被測定物を移動させる交差方向移動機構と、前記第１平面と直交する直交方向に前記測定センサを移動させて、前記測定センサを前記内壁面に対向させる直交方向移動機構と、を更に備えることとしてもよい。

また、前記測定センサは、光の干渉によって生じる干渉縞の輝度情報を用いて、前記表面性状を測定する光干渉センサであることとしてもよい。

また、前記測定センサは、前記内壁面を撮像して、前記表面性状を測定する画像センサであることとしてもよい。

また、前記測定センサは、前記内壁面に光の焦点を合わせて、前記表面性状を測定する共焦点センサであることとしてもよい。

また、前記測定センサは、前記内壁面の撮像画像のコントラストのピークを検出することで、前記表面性状を測定するセンサであることとしてもよい。

本発明の第２の態様においては、被測定物の円筒部の内壁面の法線方向に測定センサを移動させながら、前記円筒部の周方向に分割した複数の測定領域のうちの第１測定領域の表面性状を非接触で測定するステップと、前記第１測定領域の表面性状の測定後に、前記周方向において前記第１測定領域に隣接する第２測定領域に対向するように、前記測定センサを前記周方向に移動させるステップと、前記第１測定領域の表面性状の測定結果に基づいて、前記測定センサを前記法線方向に移動させながら前記第２測定領域の表面性状を測定する際の前記法線方向における測定位置を調整するステップと、を備える、表面性状測定方法を提供する。

本発明によれば、被測定物の円筒部の内壁面の微細な表面性状を高精度に測定できるという効果を奏する。

本発明の一の実施形態に係る表面性状測定機１の外観構成の一例を示す斜視図である。 表面性状測定機１の構成を示すブロック図である。 タッチプローブ２０及び測定センサ２２を説明するための図である。 タッチプローブ２０が被測定物９０に接触している状態を示す図である。 測定部２６の移動方向を説明するための図である。 内壁面９２の周方向に沿った複数の測定領域を説明するための図である。 測定センサ２２の測定時の移動の態様を説明するための図である。 円筒部９１が真円でない場合の問題点を説明するための図である。 １視野目の測定を説明するための図である。 ２視野目の測定を説明するための図である。 ３視野目における測定センサ２２の測定位置の調整を説明するための図である。

＜表面性状測定機の構成＞
図１及び図２を参照しながら、本発明の一の実施形態に係る表面性状測定機１の構成について説明する。
図１は、一の実施形態に係る表面性状測定機１の外観構成の一例を示す斜視図である。図２は、表面性状測定機１の構成を示すブロック図である。

表面性状測定機１は、図１及び図２に示すように、架台１０と、ステージ１２と、支柱部１４と、Ｚスライダ１６と、タッチプローブ２０と、測定センサ２２と、衝突検出センサ２４と、Ｘ軸移動機構３０と、Ｙ軸移動機構３２と、Ｚ軸移動機構３４と、Ｗ軸移動機構３６と、θ軸移動機構３８と、制御装置７０とを有する。本実施形態では、Ｗ軸移動機構３６が法線方向移動機構に該当し、θ軸移動機構３８が周方向移動機構に該当し、Ｘ軸移動機構３０及びＹ軸移動機構３２が交差方向移動機構に該当し、Ｚ軸移動機構３４が直交方向移動機構に該当する。

表面性状測定機１は、被測定物９０の内壁面９２の表面性状を自動で測定する装置である。以下では、被測定物９０がエンジンのシリンダヘッドであることとして説明する。シリンダヘッドは、円筒部である４つのシリンダを有しており、表面性状測定機１は、４つのシリンダの内壁面９２の表面性状を測定する。表面性状測定機１は、被測定物９０を分解・カットしなくても、表面性状を測定できる。

架台１０は、表面性状測定機１のベースとなる部分である。例えば、架台１０は、フロアに設置された除震台上に配置されている。除震台は、フロアの振動が架台１０に伝達されることを防ぐ。

ステージ１２は、架台１０上に設けられている。ステージ１２には、被測定物９０が載置されている。ステージ１２は、Ｘ軸移動機構３０及びＹ軸移動機構３２によって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動可能となっている。なお、ステージ１２には、専用の冶具を用いて被測定物９０を載置してもよい。かかる場合には、多様な形状の被測定物９０の内壁面９２の表面性状を測定できる。

支柱部１４は、架台１０の上面からＺ軸方向に沿って設けられた部分である。支柱部１４は、Ｚスライダ１６をＺ軸方向に移動可能に支持している。

Ｚスライダ１６は、Ｚ軸移動機構３４によって、支柱部１４に対してＺ軸方向に移動可能となっている。Ｚスライダ１６には、図３に示すように、タッチプローブ２０、測定センサ２２、衝突検出センサ２４が取り付けられている。

図３は、タッチプローブ２０及び測定センサ２２を説明するための図である。図４は、タッチプローブ２０が被測定物９０に接触している状態を示す図である。
タッチプローブ２０は、被測定物９０の座標を測定するために、被測定物９０に接触する。タッチプローブ２０は、Ｚスライダ１６に取り付けられているため、Ｚスライダ１６のＺ軸方向への移動に連動してＺ軸方向に移動する。なお、Ｚスライダ１６には、タッチプローブ２０をＺ軸方向において測定位置と待機位置との間で上下動させる移動機構が設けられている。

タッチプローブ２０の測定位置は、Ｚ軸方向においてタッチプローブ２０が測定センサ２２よりも被測定物９０側に位置し、被測定物９０に接触可能な位置である。タッチプローブ２０の待機位置は、Ｚ軸方向においてタッチプローブ２０が測定センサ２２よりも被測定物９０から離れた位置である。タッチプローブ２０は、通常は待機位置に待機しており、被測定物９０の座標を測定する場合に測定位置へ移動する。これにより、測定センサ２２が表面性状を測定する際に、測定位置に位置するタッチプローブ２０が被測定物９０に衝突することを防止できる。

測定センサ２２は、内壁面９２の表面性状を非接触で測定するセンサである。測定センサ２２は、Ｚスライダ１６のＺ軸方向への移動に連動してＺ軸方向に移動する。測定センサ２２は、表面性状として、例えば内壁面９２の三次元形状を測定する。これにより、内壁面９２の凹凸を測定可能となり、例えば、凹部の体積や、凹部の分布状態を測定できる。測定センサ２２は、図３に示すように、Ｚスライダ１６の下方にＺ軸方向に沿って延びている測定部２６に取り付けられている。

本実施形態において、測定センサ２２は、光の干渉によって生じる干渉縞の輝度情報を用いて、内壁面９２の表面性状を測定する光干渉センサである。例えば、白色光源を用いる光干渉センサにおいては、参照光路と測定光路の光路長が一致するピント位置で各波長の干渉縞のピークが重なり合い合成される干渉縞の輝度が大きくなることが知られている。このため、光干渉センサでは、測定光路の光路長を変化させながら干渉光強度の二次元分布を示す干渉画像をＣＣＤカメラ等の撮像素子により撮像し、撮像視野内の各測定位置で干渉光の強度がピークとなるピント位置を検出する。これにより、各測定位置における測定面（すなわち、内壁面９２）の高さを測定し、この結果、内壁面９２の三次元形状等を測定できる。

光干渉センサは、例えば公知のマイケルソン型の干渉方式を用いており、光源、レンズ、参照ミラー及び撮像素子等を有する。また、本実施形態において、測定部２６の上方に位置する光源から出射された光は、測定部２６内を下方に進んだ後に光軸が９０度曲げられて、内壁面９２に対向する測定部２６の側面開口を通過して内壁面９２へ向かう構成となっている。

図２に戻り、衝突検出センサ２４は、測定部２６の被測定物９０への衝突を検出する。衝突検出センサ２４は、Ｚスライダ１６の下方の測定部２６の先端に設けられている。衝突検出センサ２４は、円筒状の測定部２６の半径方向において突出しており、測定センサ２２よりも先に内壁面９２に接触可能となっている。衝突検出センサ２４によって衝突を検出することで、測定センサ２２が内壁面９２等に接触することを防止できる。

Ｘ軸移動機構３０は、被測定物９０が載置されたステージ１２をＸ軸方向（図１）に移動させる駆動機構である。Ｘ軸移動機構３０は、例えば送りねじ機構によって構成されている。送りねじ機構は、ボールねじ軸と、ボールねじ軸に螺合されたナット部材とを有する。なお、Ｘ軸移動機構３０は、ボールねじ機構に限定されず、例えばベルト機構によって構成されていてもよい。

Ｙ軸移動機構３２は、ステージ１２をＹ軸方向（図１）に移動させる駆動機構である。Ｙ軸移動機構３２は、例えば、Ｘ軸移動機構３０と同様に送りねじ機構によって構成されている。本実施形態では、Ｘ軸移動機構３０及びＹ軸移動機構３２は、協働して被測定物９０が載置されたステージ１２を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向が互いに直交するＸＹ面（第１平面）に沿って移動させる。

Ｚ軸移動機構３４は、ＸＹ面に直交するＺ軸方向（図１）にＺスライダ１６（測定部２６）を移動させる駆動機構である。Ｚ軸移動機構３４は、例えば送りねじ機構によって構成されている。Ｚ軸移動機構３４は、測定部２６をＺ軸方向において下降させることで、測定センサ２２を内壁面９２に対向させる。

図５は、測定部２６の移動方向を説明するための図である。Ｚ軸移動機構３４は、図５（ａ）に示す矢印方向に測定部２６を下降させる（具体的には、測定センサ２２を円筒部内に位置させる）ことで、図５（ｂ）に示すように、測定センサ２２が内壁面９２に対向する。本実施形態では、測定部２６のみを円筒部内に位置させるので、被測定物９０の円筒部の直径が小さい場合でも、円筒部の内壁面９２の表面性状を測定できる。

Ｗ軸移動機構３６は、内壁面９２に対向する測定部２６（具体的には、測定センサ２２）を内壁面９２の法線方向に移動させる駆動機構である。ここで、内壁面９２の法線方向は、被測定物９０の円筒部の半径方向（以下、Ｗ軸方向と呼ぶ）と同一方向であるので、Ｗ軸移動機構３６は、測定センサ２２をＷ軸方向に移動させる。Ｗ軸移動機構３６は、例えば被測定物９０の円筒部の中心から内壁面９２へ向けて（図５（ｂ）に示す矢印方向）、測定センサ２２を移動させる。これにより、測定センサ２２は、図５（ｃ）に示すように内壁面９２に接近することになる。なお、Ｗ軸方向は、ＸＹ面に含まれているが、ＸＹ面においてＸ軸方向及びＹ軸方向に交差する方向である。

Ｗ軸移動機構３６が測定センサ２２をＷ軸方向へ移動させる際に、測定センサ２２がＷ軸方向における所定のスキャン範囲（測定範囲）でスキャンを行って、内壁面９２の表面性状を測定する。

θ軸移動機構３８は、内壁面９２に対向する測定部２６（具体的には、測定センサ２２）を内壁面９２に沿って移動させる駆動機構である。具体的には、θ軸移動機構３８は、内壁面９２として円筒内壁面を有する被測定物９０の円筒部の周方向であるθ軸方向（図５（ｃ）に示す矢印方向）に、測定センサ２２を回動させる。なお、θ軸方向は、ＸＹ面に含まれているが、ＸＹ面においてＸ軸方向及びＹ軸方向に交差する方向である。

本実施形態では、内壁面９２を周方向において複数の測定領域に分割しており、測定センサ２２は、各測定領域の表面性状を測定している。これにより、測定センサ２２は、θ軸移動機構３８によってθ軸方向（周方向）に移動することで、各測定領域の表面性状を測定できる。

図６は、内壁面９２の周方向に沿った複数の測定領域を説明するための図である。測定領域（図６に示す測定領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３等）は、内壁面９２を矩形状に分割した領域である。測定領域の大きさは、例えば測定センサ２２の撮像素子が撮像可能な視野の大きさに応じて設定されている。

図７は、測定センサ２２の測定時の移動の態様を説明するための図である。ここでは、図７（ａ）に示すように、フォーカス距離ａで測定を行う測定センサ２２が円筒部９１の中心に位置するものとする。フォーカス距離ａは、測定センサ２２の中心からフォーカス位置までの距離である。

まず、測定センサ２２は、Ｗ軸移動機構３６によってＷ軸方向に沿って内壁面９２へ向けて移動して、図７（ｂ）に示す測定基準位置に位置する。ここで、測定基準位置は、測定センサ２２のフォーカス位置が内壁面９２となる位置である。このため、Ｗ軸移動機構３６は、円筒部９１の半径ｄからフォーカス距離ａを引いた距離ｂだけ、測定センサ２２を移動させることになる。

次に、測定センサ２２は、Ｗ軸方向において測定基準位置からスキャン開始位置へ移動（図７（ｃ）の矢印（１）で示す方向へ移動）する。そして、測定センサ２２は、スキャン開始位置から矢印（２）で示す方向に移動してスキャン終了位置に至るまで、内壁面９２のスキャンを行う。このように、Ｗ軸方向においてスキャン開始位置からスキャン終了位置までの範囲が、スキャン範囲となる。その後、測定センサ２２は、矢印（３）に示すようにスキャン終了位置から測定基準位置へ移動する。これで、１視野目（例えば、図６の測定領域Ｒ１）の測定が完了する。

次に、２視野目（測定領域Ｒ２）の測定を行うために、測定センサ２２は、θ軸移動機構３８によってθ軸方向に回動する。図７（ｄ）には、２視野目の測定基準位置に位置する測定センサ２２が示されている。測定センサ２２は、２視野目も、１視野目と同様に移動しながら、内壁面９２をスキャンする。３視野目以降も同様なので、詳細な説明は省略する。

図２に戻り、制御装置７０は、表面性状測定機１の動作全体を制御する。制御装置７０は、記憶部７２と制御部７４を有する。
記憶部７２は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。記憶部７２は、制御部７４が実行するためのプログラムや各種データを記憶する。例えば、記憶部７２は、測定センサ２２による内壁面９２の測定結果や、測定結果に基づく内壁面９２の表面性状の解析結果を記憶する。

制御部７４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。制御部７４は、記憶部７２に記憶されたプログラムを実行することにより、表面性状測定機１の動作を制御する。例えば、制御部７４は、Ｘ軸移動機構３０、Ｙ軸移動機構３２、Ｚ軸移動機構３４、Ｗ軸移動機構３６及びθ軸移動機構３８を駆動させることで、被測定物９０であるシリンダヘッドの４つのシリンダの内壁面９２を自動で測定できる。また、制御部７４は、測定結果に基づいて、内壁面９２の表面性状を解析する。

図８は、円筒部９１が真円でない場合の問題点を説明するための図である。前述したように、測定センサ２２は、θ軸方向に回動することで、各視野において測定領域をスキャンする。ここで、円筒部９１が真円である場合には、図８（ａ）に示すように、測定センサ２２は、１視野目も２視野目も法線方向において同じ位置（中心から距離ｂの位置）で、測定領域を適切にスキャンできる。一方で、円筒部９１が真円でない場合には、図８（ｂ）に示すように、測定センサ２２のθ軸方向の回転中心と、円筒部９１の中心とが一致せず、測定センサ２２の測定誤差が発生する恐れがある。例えば、測定センサ２２を測定基準位置に位置させても、実際には、測定センサ２２のフォーカス位置が内壁面９２から距離αだけずれてしまう。特に、距離αが大きくなると、測定センサ２２のスキャン範囲に測定領域が入らなくなり、表面性状を測定できない恐れがある。

そこで、本実施形態では、円筒部９１が真円でない場合でも内壁面９２の微細な表面性状を高精度に測定できるように、制御部７４は、測定センサ２２の測定位置調整制御を行う。

＜測定位置調整制御について＞
測定センサ２２の測定位置調整制御は、内壁面９２の表面性状を複数の視野で測定する際に、前の視野の測定結果に基づいて、次の視野を測定する際のＷ軸方向における測定位置を調整する制御である。以下では、図９〜図１１を参照しながら、測定位置調整制御の詳細について説明する。

図９は、１視野目の測定を説明するための図である。図９（ａ）は、１視野目の測定センサ２２の測定基準位置を示し、図９（ｂ）は、１視野目の測定結果を示している。ここで、１視野目は、スキャン範囲Ｌで内壁面９２の測定領域Ｒ１の３次元形状を測定しているものとする。１視野目において、測定センサ２２は、図７（ｃ）で説明したように移動して、測定領域Ｒ１の３次元形状の測定を行う。この結果、図９（ｂ）に示すような、微細な３次元形状を特定できる測定結果が得られる。

図１０は、２視野目の測定を説明するための図である。図１０（ａ）は、２視野目の測定センサ２２の測定基準位置を示し、図１０（ｂ）は、２視野目の測定結果を示している。ここで、２視野目は、θ軸方向で測定領域Ｒ１に隣接する測定領域Ｒ２の３次元形状を、スキャン範囲Ｌで測定しているものとする。制御部７４は、２視野目を測定する際に、測定領域Ｒ１の表面形状（ここでは３次元形状）の測定結果に基づいて、測定領域Ｒ２の表面性状を測定する際のＷ軸方向における測定センサ２２の測定範囲（スキャン範囲Ｌ）の位置を調整する。

具体的には、制御部７４は、測定領域Ｒ１の３次元性状の測定結果に基づいて、Ｗ軸方向における測定領域Ｒ１とθ軸方向の回動中心との間の推定距離（図９（ｂ）の推定距離ｄ）を求める。そして、制御部７４は、求めた推定距離ｄに基づいて、測定領域Ｒ２の表面性状を測定する際のＷ軸方向におけるスキャン範囲Ｌの位置を調整する。具体的には、制御部７４は、図１０（ａ）に示すようにＷ軸方向において回動中心から推定距離ｄだけ離れた位置に測定センサ２２のフォーカス位置が位置するように、測定センサ２２を移動させる。

推定距離ｄは、例えば、図９（ｂ）に示す測定値全体の平均値又は中央値として求まる。中央値とは、測定値における最大値と最小値の中間値である。平均値又は中央値を用いることで、推定距離ｄを精度良く求めることができる。なお、推定距離ｄは、測定値全体から求めなくてもよく、例えば、測定領域Ｒ１の一部の領域の測定値から求めてもよい。すなわち、推定距離ｄは、測定領域Ｒ１の少なくとも一部の領域の測定結果の平均値又は中央値から求まってもよい。

ところで、本実施形態では、円筒部９１は真円でなく、測定領域Ｒ２が測定領域Ｒ１よりも円筒部９１の中心から離れているものとする。かかる場合には、図１０（ｂ）に示すように、測定結果のグラフが、図１０（ｂ）だけΔｄだけずれることになる。円筒部９１が真円でない場合には、測定領域Ｒ３以降も、法線方向において測定領域Ｒ１と異なる位置に位置する可能性が高くなる。そこで、制御部７４は、測定領域Ｒ２の表面性状（ここでは３次元形状）の測定結果に基づいて、測定領域Ｒ３の表面性状を測定する際のＷ軸方向における測定位置を調整する。

図１１は、３視野目における測定センサ２２の測定位置の調整を説明するための図である。制御部７４は、測定領域Ｒ２の測定結果に基づいて、測定領域Ｒ２とθ軸方向の回転中心との間の推定距離（図１０（ｂ）の推定距離（ｄ+Δｄ））を求める。そして、制御部７４は、３視野目において、図１１に示すようにＷ軸方向において回動中心から推定距離（ｄ+Δｄ）だけ離れた位置に測定センサ２２のフォーカス位置が位置するように、Ｗ軸移動機構３６及びθ軸移動機構３８を駆動させて測定センサ２２を移動させる。これにより、Ｗ軸方向における測定センサ２２のフォーカス位置と内壁面９２とのずれ（図８に示す距離α）を抑制できる。この結果、測定領域Ｒ３がスキャン範囲Ｌから外れることを防止できるので、測定領域Ｒ３の３次元形状を高精度に測定できる。
なお、測定センサ２２の測定位置の調整は、ここでは、Ｗ軸移動機構３６及びθ軸移動機構３８を駆動させて行うが、これに限定されず、例えば、更にＸ軸移動機構３０及びＹ軸移動機構３２を駆動させてステージ１２を移動させながら行ってもよい。

＜内壁面の表面性状の測定方法＞
上述した表面性状測定機１による内壁面９２の表面性状の測定方法について説明する。内壁面９２の表面性状の測定は、制御装置７０の制御部７４が記憶部７２に記憶されたプログラムを実行することで実現される。

ここでは、図１に示すように、ステージ１２上に被測定物９０が載置されているものとする。まず、制御部７４は、Ｘ軸移動機構３０及びＹ軸移動機構３２を駆動して、ステージ１２をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させて、被測定物９０をＺスライダ１６の下方に位置させる（図４参照）。

次に、制御部７４は、タッチプローブ２０を待機位置から測定位置へ移動させて被測定物９０（シリンダブロック）に接触させることで、例えばシリンダブロックの上面高さ、シリンダの中心位置及び直径等を測定する。測定が終了すると、制御部７４は、タッチプローブ２０を待機位置へ移動させる。

次に、制御部７４は、Ｘ軸移動機構３０及びＹ軸移動機構３２を駆動させて、タッチプローブ２０の測定結果に基づいて、シリンダの中心上に測定部２６を移動させる（図５（ａ））。次に、制御部７４は、Ｚ軸移動機構３４を駆動させて、測定部２６をシリンダ内に下降させる（図５（ｂ））。

次に、制御部７４は、Ｗ軸移動機構３６を駆動させて、測定部２６をＷ軸方向に移動させる（図５（ｃ））。測定部２６がＷ軸方向に移動する際に、測定部２６の測定センサ２２が被測定物９０の内壁面９２の一の測定領域をスキャンする。一の測定領域のスキャンが終了すると、制御部７４は、θ軸移動機構３８を駆動させて、測定部２６をθ軸方向に回転させる。そして、制御部７４は、測定部２６をＷ軸方向に移動させて、内壁面９２の一の測定領域に隣接する測定領域をスキャンする。この際、制御部７４は、上述した測定位置調整制御を行って、測定センサ２２の位置を調整して測定領域をスキャンする。このように、測定部２６のＷ軸方向及びθ軸方向への移動を繰り返すことで、内壁面９２全体をスキャンする。

次に、制御部７４は、内壁面９２の各測定領域の測定結果に基づいて、内壁面９２の表面性状を解析する。制御部７４は、表面性状として、例えば内壁面９２の微細な三次元形状を解析する。

＜本実施形態における効果＞
上述した本実施形態に係る表面性状測定機１は、円筒部９１の内壁面９２を周方向で分割した複数の測定領域の表面性状を測定センサ２２で測定する際に、前の測定領域の表面性状の測定結果に基づいて、次の測定領域の表面性状を測定する際のＷ軸方向における測定センサ２２の測定位置（スキャン範囲Ｌの位置）を調整する。
これにより、円筒部９１が真円でない場合には、Ｗ軸方向における測定センサ２２のスキャン範囲Ｌの位置が調整されて、Ｗ軸方向における測定センサ２２のフォーカス位置と測定領域とのずれを抑制できる。この結果、Ｗ軸方向において測定領域がスキャン範囲Ｌから外れることを防止できるので、内壁面９２の微細な表面性状を高精度に測定できる。

なお、上記では、測定センサ２２が光干渉測定により内壁面９２の表面性状を測定する光干渉センサであることとしたが、これに限定されない。例えば、測定センサ２２は、内壁面９２を撮像して、内壁面９２の表面性状を測定する画像センサであってもよい。かかる場合には、簡易な構成の画像センサにて測定する際に、上述した測定位置調整制御を行うことで、内壁面９２の微細な表面性状を精度良く測定できる。

また、測定センサ２２は、内壁面９２に光の焦点を合わせて、内壁面９２の表面性状を測定する共焦点センサであってもよい。更に、測定センサ２２は、内壁面９２の撮像画像のコントラストのピークを検出することで、内壁面９２の表面性状を測定するセンサ（便宜上、コントラストセンサと呼ぶ）であってもよい。このように測定センサ２２として共焦点センサやコントラストセンサを用いて測定する際に、上述した測定位置調整制御を行うことで、内壁面９２の微細な三次元形状を高精度に測定できる。

また、上記では、被測定物９０がエンジンのシリンダヘッドであることとしたが、これに限定されない。例えば、被測定物９０は、ホーニングパイプであってもよい。すなわち、被測定物９０は、円筒部を有する被測定物であればよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ 表面性状測定機
２２ 測定センサ
３０ Ｘ軸移動機構
３２ Ｙ軸移動機構
３４ Ｚ軸移動機構
３６ Ｗ軸移動機構
３８ θ軸移動機構
７４ 制御部
９０ 被測定物
９１ 円筒部
９２ 内壁面
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 測定領域

Claims (11)

1. 被測定物の円筒部の内壁面の表面性状を、前記内壁面を前記円筒部の周方向に分割した測定領域毎に、前記内壁面の法線方向に移動しながら非接触で測定する測定センサと、
   第１測定領域の表面性状を測定する前記測定センサを前記法線方向に移動させる法線方向移動機構と、
   前記第１測定領域の表面性状の測定後に、前記周方向において前記第１測定領域に隣接する第２測定領域に対向するように、前記測定センサを前記周方向に移動させる周方向移動機構と、
   前記第１測定領域の表面性状の測定結果に基づいて、前記測定センサが前記法線方向に移動しながら前記第２測定領域の表面性状を測定する際の前記法線方向における測定位置を調整する制御部と、
   を備える、表面性状測定機。
2. 前記測定センサは、前記法線方向における所定の測定範囲で前記表面性状を測定し、
   前記制御部は、前記第１測定領域の表面性状の測定結果に基づいて、前記第２測定領域の表面性状を測定する際の前記法線方向における前記測定範囲の位置を調整する、
   請求項１に記載の表面性状測定機。
3. 前記制御部は、
   前記第１測定領域の表面性状の測定結果に基づいて、前記法線方向において前記測定センサの前記周方向の回動中心と前記第１測定領域との間の推定距離を求め、
   前記推定距離に基づいて、前記第２測定領域の表面性状を測定する際の前記法線方向における測定位置を調整する、
   請求項１又は２に記載の表面性状測定機。
4. 前記測定センサは、前記第１測定領域の表面性状として三次元形状を測定し、
   前記制御部は、前記第１測定領域の三次元形状に基づいて前記推定距離を求める、
   請求項３に記載の表面性状測定機。
5. 前記制御部は、前記第１測定領域の少なくとも一部の領域における測定値の平均値又は中央値に基づいて、前記推定距離を求める、
   請求項３又は４に記載の表面性状測定機。
6. 前記法線方向及び前記周方向を含む第１平面において、前記法線方向及び前記周方向とは交差する交差方向に前記被測定物を移動させる交差方向移動機構と、
   前記第１平面と直交する直交方向に前記測定センサを移動させて、前記測定センサを前記内壁面に対向させる直交方向移動機構と、を更に備える、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の表面性状測定機。
7. 前記測定センサは、光の干渉によって生じる干渉縞の輝度情報を用いて、前記表面性状を測定する光干渉センサである、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の表面性状測定機。
8. 前記測定センサは、前記内壁面を撮像して、前記表面性状を測定する画像センサである、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の表面性状測定機。
9. 前記測定センサは、前記内壁面に光の焦点を合わせて、前記表面性状を測定する共焦点センサである、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の表面性状測定機。
10. 前記測定センサは、前記内壁面の撮像画像のコントラストのピークを検出することで、前記表面性状を測定するセンサである、
    請求項１から６のいずれか１項に記載の表面性状測定機。
11. 被測定物の円筒部の内壁面の法線方向に測定センサを移動させながら、前記円筒部の周方向に分割した複数の測定領域のうちの第１測定領域の表面性状を非接触で測定するステップと、
    前記第１測定領域の表面性状の測定後に、前記周方向において前記第１測定領域に隣接する第２測定領域に対向するように、前記測定センサを前記周方向に移動させるステップと、
    前記第１測定領域の表面性状の測定結果に基づいて、前記測定センサを前記法線方向に移動させながら前記第２測定領域の表面性状を測定する際の前記法線方向における測定位置を調整するステップと、
    を備える、表面性状測定方法。