特許 6685767 表面性状測定機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6685767

(24)【登録日】2020年4月3日

(45)【発行日】2020年4月22日

(54)【発明の名称】表面性状測定機

(51)【国際特許分類】

   G01B 21/20 20060101AFI20200413BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20200413BHJP

   G01B 5/20 20060101ALI20200413BHJP

【ＦＩ】

   G01B21/20 D

   G01B11/24 B

   G01B5/20 D

【請求項の数】11

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-34436(P2016-34436)

(22)【出願日】2016年2月25日

(65)【公開番号】特開2017-150983(P2017-150983A)

(43)【公開日】2017年8月31日

【審査請求日】2019年1月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】100166006

【弁理士】

【氏名又は名称】泉 通博

(74)【代理人】

【識別番号】100154070

【弁理士】

【氏名又は名称】久恒 京範

(74)【代理人】

【識別番号】100153280

【弁理士】

【氏名又は名称】寺川 賢祐

(72)【発明者】

【氏名】松宮 貞行

(72)【発明者】

【氏名】上山 修一

(72)【発明者】

【氏名】浅野 秀光

(72)【発明者】

【氏名】酒井 裕志

(72)【発明者】

【氏名】真家 洋武

(72)【発明者】

【氏名】高橋 芳彦

(72)【発明者】

【氏名】新井 雅典

(72)【発明者】

【氏名】本橋 研

【審査官】 仲野 一秀

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−２０４１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−１８２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１４２１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−１８０２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１９６１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００８６０００（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ２１／００−２１／３２

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

Ｇ０１Ｂ ５／００−５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒部を有する被測定物を、第１平面に沿って移動させる第１移動機構と、
前記円筒部の内壁面の表面性状を、前記内壁面を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、
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第２移動機構と、
前記内壁面に対向する前記測定センサを前記内壁面の法線方向に移動させる第３移動機構と、
前記内壁面に対向する前記測定センサを前記内壁面に沿って移動させる第４移動機構と、
を備える、表面性状測定機。

【請求項2】

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に記載の表面性状測定機。

【請求項3】

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に記載の表面性状測定機。

【請求項4】

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に記載の表面性状測定機。

【請求項5】

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に記載の表面性状測定機。

【請求項6】

前記被測定物の座標を測定するために、前記被測定物に接触するタッチプローブを更に備える、
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。

【請求項7】

前記タッチプローブは、前記直交方向において前記測定センサよりも前記被測定物側に位置する測定位置と、前記直交方向において前記測定センサよりも前記被測定物から離れた待機位置との間で移動可能となっている、
請求項６に記載の表面性状測定機。

【請求項8】

前記測定センサが取り付けられ、長手方向が前記直交方向に沿って延びている測定部を更に備え、
前記測定部は、前記被測定物への衝突を検出するための衝突検出センサを有する、
請求項１から７のいずれか１項に記載の表面性状測定機。

【請求項9】

前記第３移動機構が前記測定センサを移動させながら前記内壁面の表面性状を測定する際に、前記第１移動機構及び前記第２移動機構の駆動をロックするロック機構を更に備える、
請求項１から８のいずれか１項に記載の表面性状測定機。

【請求項10】

前記第３移動機構による前記測定センサの前記法線方向への移動と、前記第４移動機構による前記内壁面に沿った方向への移動とを繰り返して、前記測定センサに前記内壁面の全体を測定させる制御部を更に備える、
請求項１から９のいずれか１項に記載の表面性状測定機。

【請求項11】

前記第１移動機構、前記第２移動機構、前記第３移動機構及び前記第４移動機構を駆動させ、前記被測定物の複数の円筒部の各内壁面を前記測定センサに測定させる制御部を更に備える、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の表面性状測定機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−６４５１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、被測定物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。例えば、自動車用エンジンの開発においては、エンジンの性能や寿命を向上させる観点から、エンジンのシリンダの内壁面の精密な検査等が要求されるため、シリンダの内壁面の表面状態をより正確に観察、測定することが求められている。

【0005】

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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一の態様においては、内壁面を有する被測定物を、第１平面に沿って移動させる第１移動機構と、前記内壁面の表面性状を非接触で測定する測定センサと、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第２移動機構と、前記内壁面に対向する前記測定センサを前記内壁面の法線方向に移動させる第３移動機構と、前記内壁面に対向する前記測定センサを前記内壁面に沿って移動させる第４移動機構と、を備える、表面性状測定機を提供する。

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

また、前記表面性状測定機は、前記被測定物の座標を測定するために、前記被測定物に接触するタッチプローブを更に備えることとしてもよい。

【0012】

また、前記タッチプローブは、前記直交方向において前記測定センサよりも前記被測定物側に位置する測定位置と、前記直交方向において前記測定センサよりも前記被測定物から離れた待機位置との間で移動可能となっていることとしてもよい。

【0013】

また、前記測定センサが取り付けられ、長手方向が前記直交方向に沿って延びている測定部を更に備え、前記測定部は、前記被測定物への衝突を検出するための衝突検出センサを有することとしてもよい。

【0014】

また、前記第３移動機構が前記測定センサを移動させながら前記内壁面の表面性状を測定する際に、前記第１移動機構及び前記第２移動機構の駆動をロックするロック機構を更に備えることとしてもよい。

【0015】

また、前記第４移動機構は、前記内壁面として円筒内壁面を有する前記被測定物の周方向に、前記測定センサを回動させる駆動源を有し、前記表面性状測定機は、軸方向の一端側が前記駆動源に連結され、前記測定センサを支持して前記周方向に回動する回動部材と、前記回動部材の前記軸方向の他端側にて、回動中の前記回動部材を支持するベアリングと、を更に備えることとしてもよい。

【0016】

また、前記第４移動機構は、前記内壁面として円筒内壁面を有する前記被測定物の周方向に、前記測定センサを回動させ、前記表面性状測定機は、前記測定センサと接続されたケーブルを支持する支持部材を更に備え、前記支持部材は、前記測定センサの前記周方向への回動に連動して、前記ケーブルを支持した状態で前記周方向に回動することとしてもよい。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、被測定物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。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】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。

【図2】表面性状測定機１の構成を示すブロック図である。

【図3】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】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。

【図5】測定部２６の移動方向を説明するための図である。

【図6】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。

【図7】測定センサ２２のθ軸方向における位置を説明するための模式図である。

【図8】Ｚスライダ１６の構成を示す図である。

【図9】図８のＺスライダ１６の一部を示す斜視図である。

【図10】ブレーキ機構６４の構成の一例を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

＜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。

【0020】

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、ロック機構４０と、制御装置７０とを有する。本実施形態では、Ｘ軸移動機構３０及びＹ軸移動機構３２が第１移動機構に該当し、Ｚ軸移動機構３４が第２移動機構に該当し、Ｗ軸移動機構３６が第３移動機構に該当し、θ軸移動機構３８が第４移動機構に該当する。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。なお、Ｚスライダ１６の詳細構成については、後述する。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

図７は、測定センサ２２のθ軸方向における位置を説明するための模式図である。図７（ａ）は、図６に示す測定領域Ｒ１の表面性状を測定する際の測定センサ２２の位置を示している。図７（ｂ）は、測定領域Ｒ１に隣接する測定領域Ｒ２の表面性状を測定する際の測定センサ２２の位置を示している。測定センサ２２は、Ｗ軸方向に移動しながら測定領域Ｒ１をスキャンして測定領域Ｒ１の表面性状を測定した後に、θ軸方向（内壁面９２の周方向）に移動する。そして、測定センサ２２は、Ｗ軸方向に移動しながら測定領域Ｒ２をスキャンして測定領域Ｒ２の表面性状を測定する。

【0042】

図２に戻り、ロック機構４０は、測定センサ２２がＷ軸方向に移動しながら内壁面９２の表面性状を測定する際に、Ｘ軸移動機構３０、Ｙ軸移動機構３２及びＺ軸移動機構３４の駆動をロックする。具体的には、ロック機構４０は、Ｘ軸移動機構３０、Ｙ軸移動機構３２及びＺ軸移動機構３４の各々に設けられた駆動モータをＯＦＦにする。また、ロック機構４０は、詳細は後述するが、ディスクブレーキ等のブレーキ機構を有する。かかる場合には、測定センサ２２がスキャンをする際に、Ｘ軸移動機構３０、Ｙ軸移動機構３２及びＺ軸移動機構３４のモータによる振動を抑制できるので、振動に起因する表面性状の測定精度の低下を抑制できる。なお、ロック機構４０は、Ｘ軸移動機構３０、Ｙ軸移動機構３２及びＺ軸移動機構３４に加えて、θ軸移動機構３８の駆動もロックしてもよい。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

＜Ｚスライダの詳細構成＞
図８及び図９を参照しながら、Ｚスライダ１６の詳細構成について説明する。
図８は、Ｚスライダ１６の構成の一例を示す図である。図９は、図８のＺスライダ１６の一部を示す斜視図である。なお、図８及び図９では、説明の便宜上、Ｚスライダ１６を覆うカバーを図示していない。

【0046】

Ｚスライダ１６は、図８及び図９に示すように、Ｚ軸駆動モータ５０と、θ軸駆動モータ５２と、回動部材５４と、サポートベアリング５６と、Ｗ軸駆動モータ５８と、支持滑車６０と、プローブ支持部６２と、ブレーキ機構６４とを有する。

【0047】

Ｚ軸駆動モータ５０は、Ｚスライダ１６の上部に設けられており、支柱部１４に支持されたＺスライダ１６全体をＺ軸方向に移動させる駆動源である。Ｚ軸駆動モータ５０によってＺスライダ１６がＺ軸方向に移動することで、測定部２６及びタッチプローブ２０もＺ軸方向に移動する。

【0048】

θ軸駆動モータ５２は、回動部材５４及び測定部２６をθ軸方向に回転させる駆動源である。Ｚスライダ１６には、Ｚ軸駆動モータ５０の下方に固定部５３が設けられており、この固定部５３にはθ軸駆動モータ５２が固定されている。固定部５３は、支柱部１４に片持ち支持されている。θ軸駆動モータ５２によって測定部２６がθ軸方向に回転することで、測定センサ２２もθ軸方向に回転する。

【0049】

回動部材５４は、θ軸駆動モータ５２に連結されており、θ軸駆動モータ５２によってθ軸方向に回動する。回動部材５４は、円筒状の部材である。回動部材５４の軸方向一端側がθ軸駆動モータ５０に連結され、回動部材５４の軸方向他端側が測定部２６を支持している。このため、回動部材５４と測定部２６は、一緒に回転する。

【0050】

サポートベアリング５６は、回動部材５４の軸方向他端側に設けられており、θ軸駆動モータ５２により回動中の回動部材５４を支持する。サポートベアリング５６は、例えば金属製の軸受けであり、支柱部１４に支持された中間板５７に設けられている。サポートベアリング５６を設けることで、回動部材５４の回転振れを抑制できるので、回動部材５４と共に回動する測定部２６の測定精度の低下を抑制できる。また、サポートベアリング５６は振動を吸収するので、回動部材５４の回動中の振動を抑制できる。さらに、θ軸駆動モータ５２が固定された固定部５３が支柱部１４に片持ち支持されているため、固定部５３が撓む恐れがあるが、サポートベアリング５６を設けて回動部材５４を支持することで、撓みを抑制することができる。

【0051】

Ｗ軸駆動モータ５８は、測定部２６をＷ軸方向に移動させる駆動源である。Ｗ軸駆動モータ５８は、測定部２６を支持する支持板５９をＷ軸方向に移動させることで、測定部２６がＷ軸方向に移動する。なお、Ｗ軸駆動モータ５８及び支持板５９は、回動部材５４と共に回動するように構成されている。

【0052】

支持滑車６０は、測定センサ２２等に接続されているケーブル６１を支持する。支持滑車６０は、θ軸駆動モータ５２の上方に設けられた支持機構６０ａに軸支されている。支持機構６０ａは、Ｚ軸方向に平行な軸を中心に回動自在となるように、支柱部１４内に設けられている。このような構成により、支持滑車６０は、支持機構６０ａを介してＺ軸方向に平行な軸を中心に回動可能となっている。つまり、支持滑車６０は、測定センサ２２のθ軸方向への回動に連動して、ケーブル６１を支持状態で周方向に回動する。すなわち、ケーブル６１を支持する支持滑車６０は、測定センサ２２と同一方向に回動する。かかる場合には、測定センサ２２がθ軸方向に回転する際にケーブル６１がねじれることを抑制できる。

【0053】

プローブ支持部６２は、θ軸駆動モータ５２、回動部材５４及びＷ軸駆動モータ５８に沿って（すなわち、Ｚ軸方向に沿って）設けられており、タッチプローブ２０をＺ軸方向に移動可能に支持する。具体的には、プローブ支持部６２は、駆動部を有し、タッチプローブ２０を待機位置（図８に示す位置）と測定位置との間で上下動可能に支持する。

【0054】

ブレーキ機構６４は、Ｚ軸方向においてＺ軸駆動モータ５０と支持滑車６０の間に設けられている。ブレーキ機構６４は、ここではディスクブレーキ機構であり、Ｚ軸駆動モータ５０をロックする。ブレーキ機構６４は、前述したロック機構４０（図２）がＺ軸駆動モータ５０をＯＦＦにした際に、Ｚ軸駆動モータ５０をロックする。

【0055】

図１０は、ブレーキ機構６４の構成の一例を説明するための図である。ブレーキ機構６４は、ディスク部６５ａと、ブレーキ部６５ｂとを有する。ディスク部６５ａは、Ｚ軸駆動モータ５０のモータ軸５１に取り付けられている。ブレーキ部６５ｂは、ディスク部６５ａを上下で挟持可能な構成となっている。ブレーキ部６５ｂは、ディスク部６５ａを挟持した場合に、モータ軸５１をロックする。

【0056】

上記では、Ｚ軸駆動モータ５０をＯＦＦした際にブレーキ機構６４がモータ軸５１をロックすることとしたが、これに限定されない。例えば、Ｚ軸駆動モータ５０をＯＮした状態でブレーキ機構６４がモータ軸５１をロックすることとしてもよい。かかる場合でも、Ｚ軸駆動モータ５０による振動を抑制できる。

【0057】

＜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。

【0058】

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）。

【0059】

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。

【0060】

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））。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

＜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、Ｘ軸移動機構３０、Ｙ軸移動機構３２及びＺ軸移動機構３４に加えて、被測定物９０の内壁面９２の表面性状を非接触で測定する測定センサ２２を、内壁面９２に対向する状態でＷ軸方向（内壁面９２の法線方向）に移動させるＷ軸移動機構３６と、測定センサ２２をθ軸方向（円筒部の周方向）に移動させるθ軸移動機構３８とを有する。
かかる場合には、Ｘ軸移動機構３０、Ｙ軸移動機構３２及びＺ軸移動機構３４で測定センサ２２を内壁面９２に対向させた後に、Ｗ軸移動機構３６及びθ軸移動機構３８によって測定センサ２２をＷ軸方向及びθ軸方向に移動させることで、被測定物９０の内壁面９２の微細な表面性状を自動で高精度に測定できる。

【0064】

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、内壁面９２の微細な表面性状を精度良く測定できる。

【0065】

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ることで、内壁面９２の微細な三次元形状を高精度に測定できる。

【0066】

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。

【0067】

また、上記では、円筒部の内壁面９２の表面性状を測定することとしたが、これに限定されない。例えば、被測定物９０が角筒部（上面視した際に矩形状）を有しており、角筒部の内壁面９２の表面性状を測定してもよい。

【0068】

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。

【符号の説明】

【0069】

１ 表面性状測定機
２０ タッチプローブ
２２ 測定センサ
２４ 衝突検出センサ
２６ 測定部
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
４０ ロック機構
５２ θ軸駆動モータ
５４ 回動部材
５６ サポートベアリング
６０ 支持滑車
９０ 被測定物
９２ 内壁面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】