相關申請引用

本申請要求于2016年2月25日提交的日本優(yōu)先權專利申請jp2016-034776的權益，該專利申請的完整內容通過引用結合在此。

本技術涉及一種能夠測量例如發(fā)動機氣缸等裝置的內壁的內壁測量儀器，還涉及一種可用于所述內壁測量儀器的偏移量計算方法。

背景技術：

過去，包括多種測頭的測量儀器一直已被采用。例如，日本公開專利申請2009-216548(在下文中稱為專利文獻1)說明了一種表面輪廓測量儀器，該表面輪廓測量儀器包括附接有激光位移測頭、接觸式測頭和圖像測頭的測頭座。在這種表面輪廓測量儀器中，測頭座具有測頭選擇機構。測頭選擇機構能夠有選擇性地將將用于測量的測頭移動至預定的測頭選擇位置，并從測頭選擇位置縮回其它測頭。通過這種方式，能夠使測頭保持共同的可測范圍，而無需增大儀器的尺寸(參見專利文獻1的說明書中的[0015]、[0016]和[0021]段，以及附圖3和圖4等)。

而且，日本專利5350169(在下文中稱為專利文獻2)說明了一種偏移量計算方法，在該方法中，對于包括帶有觸針的接觸式檢測器和圖像測頭的表面輪廓測量儀器，能夠正確地確定接觸型檢測器和圖像測頭之間的偏移量(參見專利文獻2的說明書的[0028]至[0032]段和[0021]段，以及附圖8和圖10等)。

技術實現要素：

需要一種支持例如上述的包括多個測頭的測量儀器高度精確地測量發(fā)動機氣缸等裝置的內壁的表面輪廓、缸孔半徑等數據的技術。

鑒于上述情況，需要提供一種能夠高度精確地測量內壁的內壁測量儀器以及一種可用于所述內壁測量儀器的偏移量計算方法。

根據本技術的一種實施方式，提供一種內壁測量儀器，該內壁測量儀器包括放置表面、底座、接觸式測頭、圖像測頭、旋轉驅動單元、直線驅動單元和計算器。

在放置表面上放置有待測物體。

底座可相對于放置表面沿彼此正交的三個軸向移動。

接觸式測頭布置在底座的第一位置處，并與待測物體接觸。

圖像測頭布置在底座的第二位置處，并能夠以平行于放置表面的方向作為攝像方向拍攝待測物體的圖像。

旋轉驅動單元使圖像測頭圍繞沿垂直于放置表面的方向延伸的軸旋轉。

直線驅動單元使圖像測頭沿攝像方向移動。

計算器計算布置在第一位置的接觸式測頭與布置在第二位置的圖像測頭之間的偏移量。

在此內壁測量儀器中，接觸式測頭和能夠沿平行于放置表面的方向進行攝像的圖像測頭布置在底座上。圖像測頭在旋轉驅動單元的作用下圍繞沿垂直于放置表面的方向延伸的軸旋轉。而且，圖像測頭在直線驅動單元的作用下沿攝像方向移動。通過這種方式，能夠沿平行于放置表面的方向以不同的攝像方向拍攝待測物體的圖像。另外，還能沿攝像方向掃描。而且，計算器計算接觸式測頭與圖像測頭之間的偏移量，因此能夠高度精確地測量內壁。

底座可沿垂直于放置表面的第一方向、沿與第一方向正交的第二方向、以及沿分別與第一方向和第二方向正交的第三方向相對于放置表面移動。在此情況中，旋轉驅動單元可使圖像測頭圍繞沿第一方向延伸的軸旋轉。

底座的移動方向與圖像測頭的旋轉軸的方向相同，因此能夠高度精確地測量內壁。

接觸式測頭可包括與待測物體接觸的尖端部分。在此情況中，圖像測頭可包括拍攝待測物體的圖像的攝像光學系統(tǒng)。而且，計算器可計算接觸式測頭的尖端部分的位置與圖像測頭的攝像光學系統(tǒng)的焦點位置之間的偏移量。

通過這種方式，例如能夠高度精確地選擇接觸式測頭或圖像測頭。

攝像光學系統(tǒng)可以是光干涉測量光學系統(tǒng)。

利用光干涉可高度精確地測量內壁的表面輪廓等。

計算器可計算由旋轉驅動單元轉動的圖像測頭的旋轉軸與由直線驅動單元移動的圖像測頭的移動軸之間的第一偏移量以及接觸式測頭與旋轉軸之間的第二偏移量，并根據計算的第一和第二偏移量計算偏移量，第一偏移量和第二偏移量在平行于放置表面的方向上。

通過這種方式，能夠精確地計算偏移量。

在校準用圖像測頭布置在第一位置的狀態(tài)中，計算器可根據由校準用圖像測頭在第一校準架上進行的測量的結果計算第一偏移量，所述校準用圖像測頭能夠以垂直于放置表面的方向作為攝像方向拍攝待測物體的圖像。

利用校準用圖像測頭，能夠高度精確地計算第一偏移量。

在校準圖像測頭布置在第一位置的狀態(tài)中，計算器可根據由接觸式測頭和校準用圖像測頭之中的每一個在第二校準架上進行的測量的結果計算第二偏移量。

利用校準用圖像測頭，能夠高度精確地計算第二偏移量。

在圖像測頭布置在第一位置的狀態(tài)中，計算器可根據由接觸式測頭和圖像測頭之中的每一個在第三校準架上進行的測量的結果計算接觸式測頭和圖像測頭之間在垂直于放置表面的方向上的偏移量。

通過這種方式，能夠精確地計算偏移量。

在圖像測頭布置在第一位置的狀態(tài)中，計算器可根據由圖像測頭在第四校準架上進行的測量的結果計算至圖像測頭的焦點位置的距離，并根據計算的至焦點位置的距離計算偏移量。

通過這種方式，能夠精確地計算偏移量。

根據本技術的一種實施方式，提供一種偏移量計算方法，該偏移量計算方法用于計算布置在可沿彼此正交的三個軸向相對于放置有待測物體的放置表面的底座的第一位置處的接觸式測頭與布置在底座的第二位置處的圖像測頭之間的偏移量。

所述方法包括：計算能夠以平行于放置表面的方向作為攝像方向拍攝待測物體的圖像的圖像測頭的旋轉軸與移動軸之間在平行于放置表面的方向上的第一偏移量，所述圖像測頭在旋轉驅動單元的作用下圍繞沿垂直于放置表面的方向延伸的旋轉軸旋轉，并在直線驅動單元的作用下沿著沿攝像方向延伸的移動軸移動。

計算接觸式測頭與旋轉軸之間在平行于放置表面的方向上的第二偏移量。

根據計算的第一和第二偏移量計算接觸式測頭和圖像測頭之間的偏移量。

利用此偏移量計算方法，能夠根據第一偏移量和第二偏移量高度精確地計算接觸式測頭與圖像測頭之間的偏移量。

計算第一偏移量的步驟可包括：將能夠以垂直于放置表面的方向作為攝像方向拍攝待測物體的圖像的校準用圖像測頭布置在第一位置的步驟，以及在校準用圖像測頭布置在第一位置的狀態(tài)中使校準用圖像測頭測量第一校準架并根據測量結果計算第一偏移量的步驟。

利用校準用圖像測頭，能夠高度精確地計算第一偏移量。

計算第二偏移量的步驟可包括：在校準用圖像測頭布置在第一位置的狀態(tài)中使接觸式測頭和校準用圖像測頭之中的每一個測量第二校準架并根據測量結果計算第二偏移量的步驟。

利用校準用圖像測頭，能夠高度精確地計算第二偏移量。

所述偏移量計算方法還可包括：計算接觸式測頭與圖像測頭之間在垂直于放置表面的方向上的偏移量。

通過這種方式，能夠高度精確地計算接觸式測頭與圖像測頭之間在彼此正交的三個軸向之中的每一個軸向上的偏移量。

計算在垂直于放置表面的方向上的偏移量的步驟可包括：將圖像測頭布置在第一位置的步驟，以及在圖像測頭布置在第一位置的狀態(tài)中使接觸式測頭和圖像測頭之中的每一個測量第三校準架并根據測量結果計算在垂直于放置表面的方向上的偏移量的步驟。

通過這種方式，能夠高度精確地計算在垂直于放置表面的方向上的偏移量。

所述偏移量計算方法還可包括：在圖像測頭布置在第一位置的狀態(tài)中，根據由圖像測頭在第四校準架上進行的測量的結果計算至圖像測頭的焦點位置的距離。

通過這種方式，能夠高度精確地計算接觸式測頭與圖像測頭之間的偏移量。

如上所述，根據本技術的實施方式，能夠高度精確地測量內壁。應說明的是，在此所述的效果不是限定性的，而是可以是本公開中所述的任何效果。

附圖說明

圖1是本技術的一種實施方式的內壁測量儀器的外觀的示意圖；

圖2是測頭座的示例性結構的示意圖；

圖3a和3b分別是沿z方向從上方觀察時測頭支撐機構的示意圖；

圖4是示例性偏移量計算的流程圖；

圖5a、5b和5c是用于說明第一偏移量的示例性計算的示意圖；

圖6是校準用圖像測頭的示例性結構的示意圖；

圖7a、7b和7c是用于說明第二偏移量的示例性計算的示意圖；

圖8a和8b是用于說明至圖像測頭的焦點位置的距離的示例性計算的示意圖；

圖9a和9b是用于說明接觸式測頭與焦點位置之間在z方向上的偏移量的示例性計算的示意圖；

圖10是由內壁測量儀器進行的示例性內壁測量的流程圖；和

圖11a和11b是用于說明圖10中所示的步驟的示意圖。

具體實施方式

下面將參照附圖說明本技術的一種實施方式。

[內壁測量裝置的結構]

圖1是本技術的一種實施方式的內壁測量儀器的外觀的示意圖。內壁測量儀器500包括三維坐標測量裝置100和個人電腦(pc)200。三維坐標測量裝置100和pc200可構造為一個整體?？商娲?，可以使用計算機，而不是pc200。

三維坐標測量裝置100包括底座部分10、三軸移動機構20、載物臺30、頂蓋40和測頭座50(參見圖3)。三軸移動機構20由底座部分10支撐。

三軸移動機構20包括x軸移動機構21、y軸移動機構22和z軸移動機構23。x軸移動機構21使載物臺30可沿x方向移動。y軸移動機構22使x軸移動機構21可沿y方向移動。z軸移動機構23沿z方向移動頂蓋40和測頭座50。

三軸移動機構20由pc200控制，因此測頭座50可在由三個軸xyz形成的測量坐標部分中進行掃描。即，能夠使測頭座50沿彼此正交的三個軸向xyz相對于放置在載物臺30上的待測物體m移動。

對x軸移動機構21、y軸移動機構22和z軸移動機構23的具體結構沒有限制。而且，三軸移動機構20可采用任何結構，只要三軸移動機構20能夠使測頭座50沿x、y和z方向之中的每一個進行掃描。應說明的是，在此實施方式中，z方向對應于第一方向，x和y方向分別對應于第二和第三方向。

三維坐標測量裝置100具有x、y和z方向的位置檢測機構(未示出)，例如直線編碼器。位置檢測機構向pc200輸出數據。該數據涉及測頭座50相對于待測物體m的相對位移和位置。對位置檢測機構的具體結構沒有限制。

載物臺30包括平行于水平方向(xy平面方向)的放置表面31。待測物體m放置在放置表面31上。在此實施方式中，結合在汽車等裝置中的氣缸體放置在放置表面31上，作為待測物體m。通過控制由頂蓋40遮蓋的測頭座50，能夠測量氣缸體中的氣缸的內壁。測頭座50將在后文中詳細說明。

pc200通過任意連接形式連接至三維坐標測量裝置100。pc200包括計算機結構的必要硬件，例如中央處理器(cpu)、只讀存儲器(rom)、隨機存取存儲器(ram)、以及硬盤驅動器(hdd)(在附圖中未示出)。

當cpu向ram中載入儲存在rom、hdd等裝置中的預定程序并執(zhí)行該程序時，可進行pc200的處理。如圖1所示，在此實施方式中，驅動控制器201、表面測量單元202、以及偏移量計算器203由執(zhí)行預定程序的cpu配置。可使用專用硬件來配置這些模塊。

驅動控制器201控制三維坐標測量裝置100內的機構的驅動。表面測量單元202根據從三維坐標測量裝置100輸出的測量數據等信息測量待測物體m的表面輪廓等。偏移量計算器203計算布置在測頭座50上的接觸式測頭52與圖像測頭53之間的偏移量。偏移量計算方法將在后文中詳細說明。

程序例如可通過各種記錄介質安裝到pc200中。可替代地，程序也可通過互聯網等途徑安裝到pc200中。

圖2是測頭座50的示例性結構的示意圖。測頭座50包括底座51、接觸式測頭52、圖像測頭53和測頭支撐機構54。底座51連接至z軸移動機構23，并沿z方向移動。當底座51移動時，接觸式測頭52、圖像測頭53和測頭支撐機構54也一起移動。

接觸式測頭52布置在底座51的第一位置s1處。接觸式測頭52包括具有球尖55的觸針56。接觸式測頭52附接在第一位置s1，使得觸針56沿z方向延伸。

接觸式測頭52以一定的方式進行掃描，使得球尖55被保持為與待測物體m接觸。根據在檢測待測物體m與球尖55的接觸時獲得的xyz坐標信息，可計算待測物體m的形狀、高度等。對接觸式測頭52的具體結構沒有限制，可使用任何接觸式測頭。

圖像測頭53通過測頭支撐機構54布置在底座51的第二位置s2處。在圖2所示的實例中，第一位置s1和第二位置s2被設置在沿x方向互相對正的位置，當然，它們的位置不局限于此。

在此實施方式中，使用白光干涉儀作為圖像測頭53。因此，如圖2所示，在圖像測頭53內配置有白光干涉測量光學系統(tǒng)57。白光干涉測量光學系統(tǒng)57配置為能夠以平行于放置有待測物體m的放置表面31的方向(xy平面方向)作為攝像方向拍攝待測物體m的圖像。具體而言，圖像測頭53可測量待測物體m的平行于z方向并垂直于x方向的表面。

而且，在典型情況下，白光干涉測量光學系統(tǒng)57的焦點位置p與圖像測頭53內的圖像傳感器(未示出)之間的光學距離設置為等于參考平面58與圖像傳感器之間的光學距離。當然，本技術的實施方式不局限于這種設置。對白光干涉測量光學系統(tǒng)57的具體結構以及所用的光學構件等沒有限制，可適當地對其進行設計。

測頭支撐機構54包括旋轉驅動單元60和直線驅動單元61。旋轉驅動單元60能夠使圖像測頭53以沿垂直于放置表面31的z方向延伸的θ軸作為旋轉軸旋轉。旋轉驅動單元60例如通過連接件(未示出)可轉動地布置在底座51的第二位置s2處。對旋轉驅動單元60的具體結構沒有限制。例如，旋轉驅動單元60可由驅動源(例如電機)和傳遞旋轉力矩的轉動件等組成。

直線驅動單元61附接至旋轉驅動單元60。直線驅動單元61能夠使圖像測頭53沿著沿某個方向延伸的w軸移動。圖像測頭53附接至直線驅動單元61，其附接方式使得攝像光軸的方向與w軸的方向相同。因此，直線驅動單元61能夠使圖像測頭53沿攝像方向移動。應說明的是，直線驅動單元61可固定至旋轉驅動單元60，或者可沿w軸方向移動。對直線驅動單元61的具體結構沒有限制，可任意對其進行設計。

如上所述，在此實施方式中，圖像測頭53通過旋轉驅動單元60和直線驅動單元61布置在底座51的第二位置s2處。旋轉驅動單元60使布置在第二位置s2處的圖像測頭53旋轉。直線驅動單元61使布置在第二位置s2處的圖像測頭53沿某個方向移動。

圖3a和3b分別是沿z方向從上方觀察時測頭支撐機構54的示意圖。在圖3a和3b中，為了易于理解，示出了位于旋轉驅動單元60之下的直線驅動單元61和圖像測頭53。而且，圖像測頭53以矩形形狀示意性地示出。

如圖3a和3b所示，在旋轉驅動單元60被驅動時，直線驅動單元61和圖像測頭53圍繞θ軸旋轉。因此，作為由直線驅動單元61移動的圖像測頭53的移動軸的w軸也旋轉。

根據預定位置在θ軸周圍設置有角度標尺?？赏ㄟ^pc200控制旋轉驅動單元60，從而控制圖像測頭53沿攝像方向(w軸方向)的旋轉角度θ。而且，可通過角度檢測機構(例如旋轉編碼器(未示出))檢測旋轉角度θ，并輸出至pc200。

在此實施方式中，當旋轉角度θ是0度和180度時，w軸沿y方向延伸，并且坐標軸的方向彼此相反。當旋轉角度θ是90度和270度時，w軸沿x方向延伸，并且坐標軸的方向彼此相反。當然，本技術的實施方式不局限于這種角度設置。

也可在w軸上設置預定標尺。可通過pc200控制直線驅動單元61，從而使圖像測頭53移動至w軸上的預定位置(預定的w坐標位置)。而且，可通過位置檢測機構(例如直線編碼器(未示出))檢測圖像測頭53的位置(w坐標)，并輸出至pc200。

應說明的是，旋轉驅動單元60和直線驅動單元61也可組裝在一起，從而w軸位于θ軸上。但是，由于裝配誤差等原因，實際上難以精確地使w軸處于θ軸上。如后文中所述，此實施方式的偏移量計算方法支持計算偏移量，包括θ軸與w軸之間的距離。

[偏移量計算方法]

下面說明此實施方式的偏移量計算方法。在此實施方式中，計算球尖55的位置與焦點位置p之間的偏移量，作為布置在第一位置s1處的接觸式測頭52與布置在第二位置s2處的圖像測頭53之間的偏移量。此偏移量的變化量取決于旋轉驅動單元60的旋轉角度θ和圖像測頭53的w坐標。使用此計算方法，能夠計算取決于旋轉角度θ和w坐標的偏移量。

例如，還可能存在預先計算和存儲這種偏移量作為三維坐標測量裝置100的設計值的情況。但是，在很多情況中，由于尺寸公差、裝配誤差等因素，偏移量實際上不同于設計值。使用此計算方法，能夠在預定時刻(例如在測量前)高度精確地修正偏移量。

圖4是示例性偏移量計算的流程圖。首先，計算θ軸與w軸之間的第一偏移量(步驟101)。第一偏移量是θ軸與w軸之間在xy平面方向上的距離。

圖5a至5c是用于說明第一偏移量的示例性計算的示意圖。圖6是為了計算第一偏移量而附接至測頭座50的校準用圖像測頭80的示例性結構的示意圖。

如圖5a所示，從θ軸向w軸延伸(在旋轉角度為0度時是沿x軸方向)的垂線v與w軸相交的點設為w軸上的原點d(w坐標以w0表示)。θ軸與原點d之間的距離對應于第一偏移量o1。

為了計算第一偏移量o1，如圖6所示，將校準用圖像測頭80而不是圖像測頭53附接至測頭座50的直線驅動單元61。即，校準用圖像測頭80布置在底座51的第二位置s2處。

校準用圖像測頭80配置為能夠以z方向作為攝像方向拍攝待測物體m的圖像。因此，校準用圖像測頭80可測量平行于xy平面方向的水平面。應說明的是，在沿z軸從上方觀察校準用圖像測頭80時，校準用圖像測頭80的焦點位置p'與校準用圖像測頭80在w軸上的w坐標的位置相同。

為了布置校準用圖像測頭80，例如可將整個圖像測頭53(包括其中的圖像傳感器)替換為校準用圖像測頭80?？商娲兀部蓛H分離保持圖像測頭53的白光干涉測量光學系統(tǒng)57的構件，并將其替換為保持能夠沿z方向進行攝像的攝像光學系統(tǒng)的構件。即，可通過僅更換光學系統(tǒng)將校準用圖像測頭80布置在第二位置s2處。

如圖5a所示，旋轉角度θ設置為0度，校準用圖像測頭80布置在w坐標為w1的位置。對w坐標w1的值沒有限制，可選擇從原點d相隔一段距離的位置。在此狀態(tài)中，測量放置在載物臺30上的第一校準架。應說明的是，測頭座50在xyz空間中的位置適當設置為第一校準架上方的位置。

例如，使用具有棋盤格圖案的架子作為第一校準架。使用校準用圖像測頭80拍攝棋盤格圖案的圖像，并測量預定交點的位置。如圖5c所示，測量結果存儲為0度的測量位置n1。

如圖5b所示，在保持測頭座50的位置的同時，旋轉驅動單元60旋轉，使得旋轉角度θ變?yōu)?80度。w軸上的w坐標仍為w坐標w1。在該狀態(tài)下測量相同棋盤格圖案中的相同交點的位置。如圖5c所示，測量結果存儲為180度的測量位置n2。

如圖5c所示，計算測量位置n1與測量位置n2之間的x坐標差的一半值，作為θ軸與原點d之間的第一偏移量o1。而且，計算測量位置n1與測量位置n2之間的y坐標差的一半值，作為原點d與w坐標w1的位置之間的距離。原點d的w坐標w0可通過從w坐標w1減去該距離值來計算。

根據第一偏移量o1和原點d的w坐標w0，可計算在任意w坐標位置處于任意旋轉角度θ的校準用圖像測頭80與θ軸之間的偏移量。當然，當圖像測頭53布置在第二位置s2時，此偏移量是相同的。

然后，計算接觸式測頭52與θ軸之間的第二偏移量(步驟102)。第二偏移量是球尖55的位置與θ軸之間在xy平面方向上的距離。

圖7a至7c是用于說明第二偏移量的示例性計算的示意圖。在校準用圖像測頭80附接至測頭座50的狀態(tài)下，利用接觸式測頭52和校準用圖像測頭80之中的每一個測量第二校準架。

如圖7a至7c所示，使用環(huán)規(guī)90作為第二校準架。對于環(huán)規(guī)90，上表面91的高度、內周面92的內徑等被設置為預定校準值。

首先，在w軸上將校準用圖像測頭80移動至原點d。然后，在環(huán)規(guī)90的上表面91上進行聚焦，并用校準用圖像測頭80進行攝像。例如通過對捕獲的圖像進行邊緣檢測來檢測內周面92，并計算中心位置c的x和y坐標。例如，如圖7b所示，根據通過對設置在內周面92上的多個測量點u拍攝圖像獲得的多個捕獲圖像計算內周面92的整個形狀。根據計算結果計算中心位置c的x和y坐標。

如圖7c所示，接觸式測頭52掃描環(huán)規(guī)90，并測量設置在內周面92上的多個測量點u的位置。根據測量結果計算內周面92的整個形狀，并計算中心位置c的x和y坐標。

計算中心位置c的x和y坐標之間的差值(距離)，作為通過校準用圖像測頭80獲得的測量結果，并計算中心位置c的x和y坐標，作為通過接觸式測頭52獲得的測量結果。此差值對應于布置在原點d的校準用圖像測頭80與接觸式測頭52的球尖55之間的偏移量。

通過將第一偏移量o1加到此偏移量上計算接觸式測頭52與θ軸之間的第二偏移量。在此實施方式中，當校準用圖像測頭80(圖像測頭53)在任意w坐標的位置處于任意旋轉角度θ時，可根據第一偏移量o1、原點d的w坐標w0、以及第二偏移量計算接觸式測頭52與校準用圖像測頭80(圖像測頭53)之間的偏移量。

計算至如圖2所示的圖像測頭53的焦點位置p的距離(步驟103)。至焦點位置p的距離的計算利用附接至測頭座50的圖像測頭53進行。

圖8a和8b是用于說明至圖像測頭53的焦點位置p的距離的示例性計算的示意圖。至焦點位置p的距離對應于w軸上的圖像測頭53的w坐標與焦點位置p的w坐標之間的距離t。如圖8a所示，當w坐標限定在圖像測頭53的中心時，上述距離變?yōu)樵撝行呐c焦點位置p之間的距離t。

當圖像測頭53布置在原點d時，至w軸上的焦點位置p的距離t對應于θ軸與焦點位置p之間在w軸的軸向方向上的偏移量。在下文中，至圖像測頭53的焦點位置p的距離t有時稱為圖像測頭53的焦距t，并采用相同的符號。

接觸式測頭52掃描圖8b中所示的環(huán)規(guī)90，并計算中心位置的x和y坐標。環(huán)規(guī)90對應于第四校準架。即，在此實施方式中，使用相同的環(huán)規(guī)90作為第二校準架和第四校準架。當然，也可使用不同的校準架。

如上所述，可根據第一偏移量o1、原點d的w坐標w0、以及第二偏移量計算接觸式測頭52與圖像測頭53之間的偏移量。圖像測頭53根據該偏移量被移動至環(huán)規(guī)90的中心位置。此時，在典型情況下，圖像測頭53處于原點d。

旋轉角度θ設置為使得w軸朝設置在內周面92上的預定測量點u延伸。然后，通過使圖像測頭53沿w軸方向進行掃描而計算對測量點u進行測量的坐標(θ,w)。雖然圖像測頭53沿圖7c中的x方向測量，但是根據測量點u的位置適當選擇w軸的方向。

例如，測量如圖7c中所示的多個測量點u，并根據每個點u的坐標(θ,w)計算內周面92的內徑。通過將計算的內徑與設置在環(huán)規(guī)90中的內徑校準值比較來計算圖像測頭53的焦距t。通過這種方式，可計算接觸式測頭52的球尖55的位置與圖像測頭53的焦點位置p之間在xy平面方向上的偏移量。

計算接觸式測頭52與焦點位置p之間在z方向上的偏移量(步驟104)。這種偏移量計算使用附接至測頭座50的圖像測頭53進行。

圖9a和9b是用于說明接觸式測頭52與焦點位置p在z方向上的偏移量的示例性計算的示意圖。如圖9a所示，接觸式測頭52掃描環(huán)規(guī)90，并計算中心位置c的x和y坐標以及上表面91的z坐標。例如，計算設置在上表面91上的多個測量點u之中的每一個的z坐標，并計算其均值。

將圖像測頭53布置在環(huán)規(guī)90的中心位置c。然后，通過圖像測頭53拍攝設置在位于上表面91的一側的內周面92的端部的多個測量點u的圖像。此時，例如根據環(huán)規(guī)90的高度的校準值設置底座51的z坐標。

通過對由圖像測頭53捕獲的測量點u的圖像進行邊緣檢測等處理，檢測上表面91的位置(內周面92與上方空間之間的邊界)。根據檢測的邊界的位置計算上表面91的z坐標。例如，如圖9b所示，計算多個測量點u的z坐標的均值。

計算作為接觸式測頭52的測量結果的上表面91的z坐標與作為圖像測頭53的測量結果的上表面91的z坐標之間的差值(距離)，作為接觸式測頭52與焦點位置p之間在z方向上的偏移量。通過這種方式，可計算接觸式測頭52的球尖55的位置與焦點位置p之間在xyz三個軸向之中的每一個軸向上的偏移量。

應說明的是，環(huán)規(guī)90對應于第三校準架。因此，在此實施方式中，使用相同的環(huán)規(guī)90作為第二校準架、第三校準架和第四校準架。當然，也可使用不同的校準架。

[內壁測量]

圖10是由內壁測量儀器500進行的示例性內壁測量的流程圖。圖11a和11b是用于說明圖10中所示的步驟的示意圖。在下文中，待測物體m指氣缸體w。

使用接觸式測頭52測量氣缸體w(步驟101)。通過這種方式，測量氣缸體w的上表面的高度、以及每個氣缸70的中心位置和直徑等。

如圖11a所示，根據接觸式測頭52的球尖55的位置與焦點位置p之間的偏移量，移動圖像測頭53，使得焦點位置p處于內壁71上的預定測量點u(步驟202)。即，根據測量點u的x、y、z坐標和偏移量設置圖像測頭53的x、y、z坐標、旋轉角度θ和w坐標。

對圖像測頭53的具體移動方法沒有限制。例如，圖像測頭53布置在氣缸70的中心位置c，旋轉角度θ設置為使得w軸朝測量點u延伸。然后，將圖像測頭53移動至w軸上的預定w坐標位置，以聚焦在測量點u上。

應說明的是，圖像測頭53的焦距t是已知，因此還可進行以下處理。具體而言，當焦點位置p設置為測量點u時，顯示氣缸70的內徑的一半值(半徑)，作為w坐標的值。這種處理便于了解當前測量位置，因此可進行精確測量。

使用圖像測頭53測量氣缸70的內壁71(步驟103)。如圖11a所示，圖像測頭53沿w軸進行掃描。而且，如圖11b所示，圖像測頭53還沿圖像測頭53的旋轉方向以旋轉角度θ進行掃描。通過這種方式，能夠高度精確地測量具有中心測量點u的內壁71的區(qū)域的表面輪廓等。

如上所述，在此實施方式的內壁測量儀器500中，接觸式測頭52和能夠沿xy平面方向進行攝像的圖像測頭53布置在底座51上。圖像測頭53在旋轉驅動單元60的作用下圍繞沿z方向延伸的軸旋轉。而且，圖像測頭53在直線驅動單元61的作用下沿攝像方向移動。通過這種方式，能夠沿xy平面方向按不同的攝像方向高度精確地拍攝氣缸70的內壁71等構件的圖像。

而且，在此內壁測量儀器500中，通過偏移量計算器203計算接觸式測頭52與圖像測頭53之間的偏移量。例如，當多個氣缸體w順次放置在放置表面31上時，在每個放置步驟中，氣缸體w的位置常常發(fā)生偏離，因此作為測量目標的氣缸70的位置常常變化。

在此內壁測量儀器500中，首先，可通過接觸式測頭52高度精確地計算每個氣缸70的中心位置c等。然后，根據兩者個測頭之間的偏移量，可將圖像測頭53高度精確地移動至預定的測量位置。因此，能夠通過圖像測頭53以很高的精度測量內壁。而且，選擇兩個測頭的步驟、空間結構等變得無關緊要，所以能夠簡化測量步驟，減少測量時間，以及減小儀器尺寸等。

而且，在此實施方式的偏移量計算方法中，校準用圖像測頭80布置在用于布置圖像測頭53的第二位置s2。利用校準用圖像測頭80，能夠高度精確地測量第一偏移量和第二偏移量。而且，能夠簡化校準工作。

<其它實施方式>

本技術不局限于上述的實施方式，可實現多種其它的實施方式。

接觸式測頭52與圖像測頭53之間的偏移量不局限于球尖55的位置與焦點位置p之間的偏移量。例如，可計算球尖55的位置與圖像測頭53的位置之間的偏移量，作為接觸式測頭52與圖像測頭53之間的偏移量。在此情況中，根據此偏移量，可將圖像測頭53高度精確地移動至由接觸式測頭52計算的氣缸70的中心位置c。然后，例如通過自動聚焦進行聚焦，并測量內壁71。

在上文中，計算了原點d在w軸上的w坐標。也可使用預先存儲的設計值作為原點d的w坐標。即，即使在僅計算第一偏移量和第二偏移量作為xy平面方向上的偏移量時，也能高度精確地進行內壁測量。

在上文中，使用白光干涉儀作為圖像測頭53。通過這種方式，能夠高度精確地測量內壁71的表面輪廓等。應說明的是，本技術也適用于使用不同于白光干涉儀的圖像測頭作為圖像測頭53的情況。

對布置在測頭座50中的接觸式測頭52的數目和圖像測頭53的數目沒有限制。本技術也適用于布置有三個或更多測頭的情況。

在使用圖像測頭53時，接觸式測頭52可從底座51的第一位置s1縮回。例如，能夠設想出可移動至頂蓋40內的另一個位置的結構。類似地，在使用接觸式測頭52時，圖像測頭53可從底座的第二位置s2縮回。

可對上述實施方式的至少兩個特征部分進行組合。而且，上述的多種效果僅是示例性的，而不是限制性的。也可產生其它效果。