本發(fā)明涉及測(cè)量方法和測(cè)量程序，更詳細(xì)地說，涉及對(duì)包含最佳測(cè)量條件的不同區(qū)域的目標(biāo)物體的表面能夠以短時(shí)間且高精度地測(cè)量形狀的測(cè)量方法和測(cè)量程序。

背景技術(shù)：

作為測(cè)量目標(biāo)物體的表面高度、表面粗糙度、三維形狀等的測(cè)量方法之一，已知利用由光的干涉產(chǎn)生的干涉條紋的亮度信息的光干涉法。在光干涉法中，參照光路的光路長度和測(cè)量光路的光路長度一致的焦點(diǎn)位置中各波長的干涉條紋的峰值被重疊合成，利用干涉條紋的亮度變大。因此，在光干涉法中，一面使參照光路或測(cè)量光路的光路長度變化，一面由ccd攝像機(jī)等的攝像元件拍攝表示干涉光強(qiáng)度的二維分布的干涉圖像。然后，通過在拍攝視野內(nèi)的各測(cè)量位置檢測(cè)干涉光的強(qiáng)度為峰值的焦點(diǎn)位置，測(cè)量在各測(cè)量位置中的測(cè)量面的高度，對(duì)測(cè)量目標(biāo)物體的三維形狀等進(jìn)行測(cè)量(例如，參照日本特開2011-191118號(hào)公報(bào)、日本特開2015-045575號(hào)公報(bào)、以及日本特開2015-118076號(hào)公報(bào))。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

這里，在測(cè)量的目標(biāo)物體的表面上包含最佳測(cè)量條件的不同區(qū)域的情況下，不能以一個(gè)測(cè)量條件高精度地測(cè)量整體。例如，在表面上包含凹部(坑、槽等的階梯的表面)的目標(biāo)物體中，若對(duì)表面部以最佳的光量進(jìn)行測(cè)量，則由于光到達(dá)不了凹部內(nèi)、或到達(dá)的光量少，所以難以檢測(cè)凹部的形狀。另一方面，如果光量增多，盡管能夠檢測(cè)凹部的形狀，但在表面部反射的光會(huì)飽和，不能正確地測(cè)量表面的形狀。

在對(duì)這樣的目標(biāo)物體進(jìn)行測(cè)量的情況下，在以往，對(duì)表面部以最佳的條件進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)對(duì)凹部以最佳的條件進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)行將兩個(gè)測(cè)量結(jié)果合成的、所謂多重掃描測(cè)量。但是，在該方法中，為了對(duì)目標(biāo)物體得到一個(gè)測(cè)量結(jié)果而因2次測(cè)量需要較多的時(shí)間。

本發(fā)明的目的在于，提供能夠?qū)Π罴褱y(cè)量條件的不同區(qū)域的目標(biāo)物體的表面以短時(shí)間測(cè)量形狀的測(cè)量方法和測(cè)量程序。

為了解決上述課題，本發(fā)明是從測(cè)量頭對(duì)目標(biāo)物體的表面照射光并基于反射光測(cè)量形狀的方法，特征在于包括以下步驟：設(shè)定為適合于測(cè)量目標(biāo)物體的第1區(qū)域的測(cè)量條件，對(duì)表面以第1掃描范圍和第1掃描間距進(jìn)行測(cè)量，得到第1測(cè)量結(jié)果的步驟；從第1測(cè)量結(jié)果求表面之中的第2區(qū)域的步驟；以及設(shè)定為適合于測(cè)量第2區(qū)域的測(cè)量條件，對(duì)表面以比第1掃描范圍窄的第2掃描范圍和比第1掃描間距細(xì)的第2掃描間距進(jìn)行測(cè)量，得到第2測(cè)量結(jié)果的步驟。

根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，在第1掃描范圍和第1掃描間距的測(cè)量中，對(duì)目標(biāo)物體的表面進(jìn)行粗略的數(shù)據(jù)獲取，進(jìn)行主要適合于第1區(qū)域的測(cè)量。此外，在第2掃描范圍和第2掃描間距的測(cè)量中，對(duì)目標(biāo)物體的表面在比第1掃描范圍窄的范圍中進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)獲取，進(jìn)行主要適合于第2區(qū)域的測(cè)量。由此，能夠在第1區(qū)域和第2區(qū)域的兩方中進(jìn)行足夠的精度并且短時(shí)間的測(cè)量。再有，第2區(qū)域能夠設(shè)為所述表面之中所述第1區(qū)域以外的區(qū)域。

在本發(fā)明的測(cè)量方法中，求第2區(qū)域的步驟也可以包含從第1測(cè)量結(jié)果僅基于第2區(qū)域的測(cè)量數(shù)據(jù)來假定表面基準(zhǔn)位置，得到第2測(cè)量結(jié)果的步驟也可以包括設(shè)定第2掃描范圍，第2掃描范圍包含假定的表面基準(zhǔn)位置、不包含比表面基準(zhǔn)位置的最低位置凹陷的凹部的至少底部。由此，能夠有效地設(shè)定需要較長的測(cè)量時(shí)間的第2掃描范圍中的測(cè)量范圍。

在本發(fā)明的測(cè)量方法中，第1區(qū)域也可以有對(duì)于表面凹陷的凹部。由此，對(duì)第1區(qū)域的凹部和第2區(qū)域的表面部的兩方能夠進(jìn)行短時(shí)間并且足夠的精度的測(cè)量。

在本發(fā)明的測(cè)量方法中，也可以還包括將從第1測(cè)量結(jié)果得到的第1區(qū)域的數(shù)據(jù)和從第2測(cè)量結(jié)果得到的第2區(qū)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行合成的步驟。由此，能夠得到目標(biāo)物體的表面的整體的形狀數(shù)據(jù)。

本發(fā)明是從測(cè)量頭對(duì)目標(biāo)物體的表面照射光并基于反射光測(cè)量形狀的測(cè)量程序，是使計(jì)算機(jī)具有作為以下裝置的功能的測(cè)量程序：設(shè)定為適合于測(cè)量目標(biāo)物體的第1區(qū)域的測(cè)量條件，對(duì)表面以第1掃描范圍和第1掃描間距進(jìn)行測(cè)量，得到第1測(cè)量結(jié)果的裝置；從第1測(cè)量結(jié)果求表面之中的第2區(qū)域的裝置；以及設(shè)定為適合于測(cè)量第2區(qū)域的測(cè)量條件，對(duì)表面以比第1掃描范圍窄的第2掃描范圍和比第1掃描間距細(xì)的第2掃描間距進(jìn)行測(cè)量，得到第2測(cè)量結(jié)果的裝置。

根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，在計(jì)算機(jī)的測(cè)量中，在第1掃描范圍和第1掃描間距的測(cè)量中，對(duì)目標(biāo)物體的表面進(jìn)行粗略的數(shù)據(jù)獲取，進(jìn)行主要適合于第1區(qū)域的測(cè)量。此外，在第2掃描范圍和第2掃描間距的測(cè)量中，對(duì)目標(biāo)物體的表面在比第1掃描范圍窄的范圍中進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)獲取，進(jìn)行主要適合于第2區(qū)域的測(cè)量。由此，能夠在第1區(qū)域和第2區(qū)域的兩方中進(jìn)行足夠的精度并且短時(shí)間的測(cè)量。

附圖說明

圖1是表示本實(shí)施方式的圖像測(cè)量裝置的整體結(jié)構(gòu)的圖。

圖2是例示光干涉光學(xué)頭的結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖3是物鏡單元的主要部分放大圖。

圖4的(a)是表示有彎曲形狀的目標(biāo)物體w的例子的示意立體圖，圖4的(b)是例示測(cè)量區(qū)域的示意圖，圖4的(c)是表示三維數(shù)據(jù)和剖面的例子的示意圖。

圖5是例示計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖6是例示本實(shí)施方式的測(cè)量程序的流程的流程圖。

圖7的(a)示意地表示圓筒內(nèi)壁的測(cè)量區(qū)域r，圖7的(b)示意地表示圓筒內(nèi)壁中的測(cè)量區(qū)域r和多個(gè)局部數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)。

圖8的(a)和(b)是例示第1掃描和區(qū)域判定的示意圖。

圖9的(a)和(b)是例示區(qū)域判定和第2掃描的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下，基于附圖說明本發(fā)明的實(shí)施方式。再有，在以下的說明中，對(duì)同一構(gòu)件附加同一標(biāo)號(hào)，對(duì)說明過一次的構(gòu)件適當(dāng)省略其說明。

〔測(cè)量裝置的整體結(jié)構(gòu)〕

圖1是表示本實(shí)施方式的測(cè)量裝置、更具體地為圖像測(cè)量裝置的整體結(jié)構(gòu)的圖。

如圖1所示，本實(shí)施方式的圖像測(cè)量裝置1包括：測(cè)量目標(biāo)物體w的形狀的裝置本體10；以及控制裝置本體10，同時(shí)執(zhí)行必要的數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20。再有，圖像測(cè)量裝置1除了這些以外，也可以適當(dāng)包括將測(cè)量結(jié)果等打印輸出的打印機(jī)等。本實(shí)施方式的圖像測(cè)量裝置1適用于例如汽缸的內(nèi)壁那樣的、有彎曲形狀的目標(biāo)物體w的測(cè)量。

裝置本體10包括架臺(tái)11、載物臺(tái)12、x軸導(dǎo)軌14和攝像單元15。在本實(shí)施方式中，x軸方向(沿x軸的方向)是沿載物臺(tái)12的表面的一方向。y軸方向(沿y軸的方向)是在沿載物臺(tái)12的表面的方向與x軸方向正交的方向。z軸方向(沿z軸的方向)是與x軸方向和y軸方向正交的方向。z軸方向也稱為上下方向。此外，x軸方向和y軸方向也稱為水平方向。

架臺(tái)11例如配置在防振臺(tái)3之上，抑制外部的振動(dòng)向架臺(tái)11之上的載物臺(tái)12和攝像單元15傳送。載物臺(tái)12配置在架臺(tái)11之上。載物臺(tái)12是放置測(cè)量的目標(biāo)物體w的臺(tái)。載物臺(tái)12設(shè)為通過未圖示的y軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相對(duì)架臺(tái)11在y軸方向可移動(dòng)。

在架臺(tái)11的兩側(cè)部設(shè)有支承部13a和13b。支承部13a和13b各自設(shè)為從架臺(tái)11的側(cè)部向上方延伸。x軸導(dǎo)軌14設(shè)在該支承部13a和13b之上，以便橫跨它們。在x軸導(dǎo)軌14上安裝攝像單元15。

攝像單元15設(shè)為通過未圖示的x軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)沿x軸導(dǎo)軌14在x軸方向上可移動(dòng)，并設(shè)為通過z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在z軸方向上可移動(dòng)。通過這樣的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可設(shè)定載物臺(tái)12上的目標(biāo)物體w與沿?cái)z像單元15的x軸、y軸及z軸各自的相對(duì)位置關(guān)系。即，通過調(diào)整該位置關(guān)系，能夠使攝像單元15的拍攝區(qū)域與目標(biāo)物體w的測(cè)量區(qū)域匹配。

攝像單元15可拆裝地包括拍攝目標(biāo)物體w的二維圖像的圖像光學(xué)頭151和通過光干涉測(cè)量來測(cè)量目標(biāo)物體w的三維形狀的光干涉光學(xué)頭152，使用其中一個(gè)頭，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20設(shè)定的測(cè)量位置測(cè)量目標(biāo)物體w。

圖像光學(xué)頭151的測(cè)量視野通常設(shè)定得比光干涉光學(xué)頭152的測(cè)量視野寬，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20的控制，能夠切換兩頭來使用。圖像光學(xué)頭151和光干涉光學(xué)頭152由共同的支承板支承，使得保持固定的位置關(guān)系，并被預(yù)先校準(zhǔn)，使得在切換的前后測(cè)量的坐標(biāo)軸不變化。

圖像光學(xué)頭151包括攝像元件(ccd攝像機(jī)、cmos攝像機(jī)等)、照明裝置、對(duì)焦機(jī)構(gòu)等，拍攝目標(biāo)物體w的二維圖像。拍攝的二維圖像的數(shù)據(jù)被取入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20中。

光干涉光學(xué)頭152通過例如白色光干涉法進(jìn)行目標(biāo)物體w的形狀測(cè)量。在本實(shí)施方式中光干涉光學(xué)頭152是測(cè)量頭的一例。有關(guān)光干涉光學(xué)頭152的細(xì)節(jié)，將后述。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20包括計(jì)算機(jī)本體201、鍵盤202、鼠標(biāo)204和顯示器205。計(jì)算機(jī)本體201進(jìn)行裝置本體10的動(dòng)作等的控制。計(jì)算機(jī)本體201通過控制板等的電路(硬件)和由cpu所執(zhí)行的程序(軟件)進(jìn)行裝置本體10的動(dòng)作的控制。此外，計(jì)算機(jī)本體201基于從裝置本體10輸出的信號(hào)運(yùn)算目標(biāo)物體w的信息，將運(yùn)算結(jié)果顯示在顯示器205上。

操縱桿203在設(shè)定拍攝目標(biāo)物體w的位置時(shí)被使用。即，用戶通過對(duì)操縱桿203進(jìn)行操作，目標(biāo)物體w和攝像單元15之間的相對(duì)位置關(guān)系變化，能夠調(diào)整在顯示器205上所顯示的拍攝區(qū)域的位置。

圖2是例示光干涉光學(xué)頭的結(jié)構(gòu)的示意圖。

如圖2所示，光干涉光學(xué)頭152包括光射出單元200、光干涉光學(xué)頭單元21、物鏡單元22、參照反射鏡單元23、成像透鏡24、拍攝單元25、以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)單元26。

光射出單元200包括輸出在整個(gè)寬頻帶中有多個(gè)波長成分的相干性低的寬頻帶光的光源，例如，使用鹵素或led(lightemittingdiode；發(fā)光二極管)等的白色光源。

光干涉光學(xué)頭單元21包括分光鏡211和準(zhǔn)直透鏡212。從光射出單元200射出的光從與物鏡單元22的光軸為直角的方向通過準(zhǔn)直透鏡212平行地照射到分光鏡211，從分光鏡211沿光軸的光被射出，相對(duì)物鏡單元22從上方被照射平行光束。

物鏡單元22包括物鏡221、分光鏡222等而構(gòu)成。在物鏡單元22中，平行光束從上方入射到物鏡221中的情況下，入射光由物鏡221聚光，入射到分光鏡222內(nèi)部的反射面222a中。這里，入射光被分割為在具有參照反射鏡231的參照光路(圖中虛線)前進(jìn)的透射光(參照光)和在配置了目標(biāo)物體w的測(cè)量光路(圖中實(shí)線)前進(jìn)的反射光(測(cè)量光)。透射光會(huì)聚并由參照反射鏡231反射，進(jìn)而透射分光鏡222的反射面222a。另一方面，反射光會(huì)聚并由目標(biāo)物體w反射，通過分光鏡222的反射面222a被反射。來自參照反射鏡231的反射光和來自目標(biāo)物體w的反射光由分光鏡222的反射面222a合成而成為合成波。

在分光鏡222的反射面222a的位置合成的合成波通過物鏡221成為平行光束進(jìn)入上方，穿過光干涉光學(xué)頭單元21，入射到成像透鏡24中(圖2中點(diǎn)劃線)。成像透鏡24使合成波會(huì)聚，在拍攝單元25上成像干涉圖像。

參照反射鏡單元23保持將由上述分光鏡222分支的在參照光路前進(jìn)的透射光(參照光)反射的參照反射鏡231。在目標(biāo)物體w為汽缸的內(nèi)壁的情況下，內(nèi)壁面相對(duì)載物臺(tái)12大致垂直地配置。因此，將物鏡221的聚光通過分光鏡222直角地(在水平方向)反射，對(duì)垂直地配置的汽缸的內(nèi)壁面照射測(cè)量光。

拍攝單元25是用于構(gòu)成攝像裝置的二維的攝像元件組成的ccd攝像機(jī)等，拍攝從物鏡單元22輸出的合成波(來自目標(biāo)物體w的反射光和來自參照反射鏡231的反射光)的干涉圖像。拍攝的圖像的數(shù)據(jù)被取入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20中。

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)單元26根據(jù)來自計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20的移動(dòng)指令，使光干涉光學(xué)頭152在光軸方向上移動(dòng)。這里，在圖3所示的物鏡單元22的主要部分放大圖中，在參照光路(光路1+光路2)和測(cè)量光路(光路3+光路4)的光路長度相等時(shí)光路長度差為0。因此，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)單元26在測(cè)量時(shí)，通過使光干涉光學(xué)頭152在由分光鏡222反射的光線的光軸方向上水平地移動(dòng)，使得光路長度差為0，來調(diào)整測(cè)量光路的長度。再有，上述中例示說明了使光干涉光學(xué)頭152移動(dòng)的情況，但也可以設(shè)為通過使載物臺(tái)12移動(dòng)來調(diào)整測(cè)量光路的長度的結(jié)構(gòu)。這樣，在光干涉光學(xué)頭152中，參照光路或測(cè)量光路的其中一方的光路長度是可變的。再有，在目標(biāo)物體w的測(cè)量面被配置為水平方向的情況下，也可以適用使分光鏡222的參照光和測(cè)量光的透射和反射相反，使得測(cè)量光在垂直方向上透射的光學(xué)系統(tǒng)。

光干涉光學(xué)頭152在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20的控制之下，一面通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)單元26移動(dòng)掃描光軸方向的位置，一面反復(fù)進(jìn)行拍攝單元25的拍攝。由拍攝單元25拍攝的各移動(dòng)掃描位置中的干涉圖像的圖像數(shù)據(jù)被取入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20中，對(duì)測(cè)量視野內(nèi)的各位置，檢測(cè)產(chǎn)生干涉條紋的峰值的移動(dòng)掃描位置，求目標(biāo)物體w的測(cè)量面的各位置中的高度。

圖4的(a)～(c)是說明目標(biāo)物體和測(cè)量區(qū)域的示意圖。

圖4的(a)是表示有彎曲形狀的目標(biāo)物體w的例子的示意立體圖，圖4的(b)是例示測(cè)量區(qū)域的示意圖，圖4的(c)是表示三維數(shù)據(jù)和剖面的例子的示意圖。

在本實(shí)施方式中，進(jìn)行圖4的(a)所示的汽缸內(nèi)壁那樣的有彎曲形狀的目標(biāo)物體w的形狀測(cè)量。光干涉光學(xué)頭152將內(nèi)壁面s的規(guī)定的區(qū)域設(shè)為測(cè)量區(qū)域r，測(cè)量相對(duì)內(nèi)壁面s垂直方向的距離。在圖4的(b)中示意地表示一個(gè)測(cè)量區(qū)域r。

如圖4的(c)所示，在內(nèi)壁面s的三維數(shù)據(jù)中，對(duì)與測(cè)量區(qū)域r的拍攝單元25對(duì)應(yīng)的各像素的每一個(gè)，包含相對(duì)內(nèi)壁面s垂直方向(深度方向)的距離的數(shù)據(jù)。若在內(nèi)壁面s中例如有坑(凹陷)，則相對(duì)基準(zhǔn)面成為較低的值的數(shù)據(jù)。在該數(shù)據(jù)比閾值低的情況下判斷為是坑。

〔測(cè)量方法和測(cè)量程序〕

本實(shí)施方式的測(cè)量方法，是使用例如上述的圖像測(cè)量裝置1，對(duì)圖4的(a)所示的目標(biāo)物體w進(jìn)行表面的測(cè)量的方法。

測(cè)量方法有以下的步驟。

(1)設(shè)定適合于測(cè)量目標(biāo)物體w的第1區(qū)域的測(cè)量條件的步驟

(2)對(duì)目標(biāo)物體w的表面以第1掃描范圍和第1掃描間距進(jìn)行測(cè)量，得到第1測(cè)量結(jié)果的步驟

(3)計(jì)算目標(biāo)物體w的第2區(qū)域的步驟

(4)設(shè)定適合于測(cè)量第2區(qū)域的測(cè)量條件的步驟

(5)以第2掃描范圍和第2掃描間距進(jìn)行測(cè)量，得到第2測(cè)量結(jié)果的步驟

(6)將數(shù)據(jù)合成的步驟

上述(1)～(6)的各步驟，例如，通過由圖像測(cè)量裝置1的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20、或由讀入了在裝置本體10中獲取的三維數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的程序(測(cè)量程序)來執(zhí)行。計(jì)算機(jī)也可以包含在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20中。

圖5是例示計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)的框圖。計(jì)算機(jī)包括：cpu(centralprocessingunit；中央處理單元)311、接口312、輸出單元313、輸入單元314、主存儲(chǔ)單元315及副存儲(chǔ)單元316。

cpu311通過執(zhí)行各種程序來控制各單元。接口312是與外部設(shè)備進(jìn)行信息輸入輸出的部分。在本實(shí)施方式中，將從裝置本體10傳送的信息通過接口312取入到計(jì)算機(jī)中。此外，從計(jì)算機(jī)通過接口312將信息向裝置本體10傳送。接口312還是將計(jì)算機(jī)連接到lan(localareanetwork；局域網(wǎng))或wan(wideareanetwork；廣域網(wǎng))的部分。

輸出單元313是將計(jì)算機(jī)中處理的結(jié)果輸出的部分。在輸出單元313中，例如，使用圖1所示的顯示器205和打印機(jī)等。輸入單元314是從用戶接受信息的部分。在輸入單元314中，使用鍵盤和鼠標(biāo)等。此外，輸入單元314包含讀取在記錄介質(zhì)mm中記錄的信息的功能。

在主存儲(chǔ)單元315中，例如使用ram(randomaccessmemory；隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)。作為主存儲(chǔ)單元315的一部分，也可以使用副存儲(chǔ)單元316的一部分。在副存儲(chǔ)單元316中，例如使用hdd(harddiskdrive；硬盤驅(qū)動(dòng)器)和ssd(solidstatedrive；固態(tài)硬盤)。副存儲(chǔ)單元316也可以是通過網(wǎng)絡(luò)連接的外部存儲(chǔ)裝置。

圖6是例示本實(shí)施方式的測(cè)量程序的流程的流程圖。

本實(shí)施方式的測(cè)量程序使計(jì)算機(jī)具有作為與上述(1)～(6)的步驟對(duì)應(yīng)的裝置的功能。圖6所示的步驟s101～s106的處理對(duì)應(yīng)于上述(1)～(6)的步驟。

首先，如步驟s101所示，設(shè)定適合于測(cè)量目標(biāo)物體w的第1區(qū)域的測(cè)量條件。圖7的(a)中，示意地表示圓筒內(nèi)壁的測(cè)量區(qū)域r。作為圓筒內(nèi)壁的測(cè)量區(qū)域r，通過指定圓筒軸的角度和圓筒軸方向的深度的位置來設(shè)定。圓筒內(nèi)壁之中包含凹部(坑)的區(qū)域是第1區(qū)域r1，除此以外的區(qū)域是第2區(qū)域r2。在步驟s101中，設(shè)定適合于測(cè)量第1區(qū)域r1的測(cè)量條件、即適合于測(cè)量凹部(坑)的測(cè)量條件(例如，光量)。此外，作為圓筒內(nèi)壁的凹凸中的閾值的設(shè)定，例如設(shè)定坑的深度的閾值。

再有，當(dāng)測(cè)量區(qū)域r超過測(cè)量頭(例如光干涉光學(xué)頭152)的1次掃描中可測(cè)量的范圍的情況下，為了覆蓋測(cè)量區(qū)域r的整個(gè)區(qū)域而計(jì)算多個(gè)局部數(shù)據(jù)的測(cè)量位置。在圖7的(b)中，示意地表示圓筒內(nèi)壁中的測(cè)量區(qū)域r和多個(gè)局部數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)。

接著，如步驟s102所示，獲取第1測(cè)量結(jié)果。即，根據(jù)先前設(shè)定的適合于測(cè)量第1區(qū)域r1的條件，對(duì)目標(biāo)物體w的表面以第1掃描范圍和第1掃描間距進(jìn)行測(cè)量。在目標(biāo)物體w為圓筒內(nèi)壁的情況下，對(duì)測(cè)量區(qū)域r進(jìn)行測(cè)量頭(例如光干涉光學(xué)頭152)的掃描，得到第1測(cè)量結(jié)果。將該掃描稱為“第一掃描”。

這里，第一掃描的掃描范圍是測(cè)量之時(shí)的目標(biāo)物體w和測(cè)量頭之間的距離(沿光軸的距離：也稱為深度)的移動(dòng)范圍。第一掃描的掃描間距是測(cè)量之時(shí)的目標(biāo)物體w和測(cè)量頭之間的距離的變化的間隔。例如，圖8的(a)所示，在目標(biāo)物體w為圓筒內(nèi)壁的情況下，作為第1掃描范圍w1，設(shè)定比測(cè)量范圍內(nèi)的彎曲的圓筒內(nèi)壁的整體深度稍寬的范圍。此外，作為第1掃描間距p1，設(shè)定至少能夠獲取凹部的形狀的程度的間距。在第一掃描中，若進(jìn)行直接開啟拍攝單元25的快門的拍攝，則為了高速掃描而容易產(chǎn)生圖像的遲鈍。因此，理想的是提高快門速度和光量來進(jìn)行拍攝。在第一掃描之時(shí)，通過程序處理，快門速度和光量被自動(dòng)地設(shè)定。然后，以該設(shè)定的測(cè)量條件，進(jìn)行第1掃描范圍w1和第1掃描間距p1中的測(cè)量，得到第1測(cè)量結(jié)果。

接著，如步驟s103所示，進(jìn)行第2區(qū)域的計(jì)算。要計(jì)算第2區(qū)域r2，使用第1測(cè)量結(jié)果求第1區(qū)域r1，將第1區(qū)域r1以外的區(qū)域作為第2區(qū)域r2來求。在第1區(qū)域r1包含凹部(坑)的情況下，如圖8的(b)所示，從第1測(cè)量結(jié)果將超過閾值(步驟s101中設(shè)定的凹凸的閾值)的數(shù)據(jù)設(shè)為有凹部(坑)的區(qū)域(第1區(qū)域r1)。

具體而言，在有從第1測(cè)量結(jié)果的平均值超過閾值的數(shù)據(jù)的點(diǎn)(圖中黑圈)之中，將面方向上閉合的范圍(超過閾值的點(diǎn)在面方向上連續(xù)的范圍)判定作為坑。然后，將被判定為坑的區(qū)域設(shè)為第1區(qū)域r1，將第1區(qū)域r1以外的區(qū)域設(shè)為第2區(qū)域r2。

這里，在求第2區(qū)域r2時(shí)，也可以從第1測(cè)量結(jié)果的圓筒軸方向(參照?qǐng)D7的(a))平均值將超過閾值的數(shù)據(jù)除去，將剩余的數(shù)據(jù)在圓筒軸方向(參照?qǐng)D7的(a))上平均后的值假定作為表面基準(zhǔn)位置，將從該表面基準(zhǔn)位置超過閾值的數(shù)據(jù)的區(qū)域作為第1區(qū)域r1，將除此以外的區(qū)域作為第2區(qū)域r2。在圖9的(a)中，表示表面基準(zhǔn)位置lv和使用表面基準(zhǔn)位置lv求得的第1區(qū)域r1和第2區(qū)域r2的例子。表面基準(zhǔn)位置lv是假定作為內(nèi)壁面的表面的基準(zhǔn)的深度，在圓筒軸方向中作為直線來表示，在圓筒周方向中作為曲線來表示，在測(cè)量區(qū)域r中作為曲面來表示。表面基準(zhǔn)位置lv也可以被擬合為多項(xiàng)式的曲線(曲面)。此外，表面基準(zhǔn)位置lv也可以從圓筒的直徑的設(shè)計(jì)值通過計(jì)算來求。此外，在目標(biāo)物體w的測(cè)量范圍中的彎曲形狀足夠平緩的(圓筒的直徑足夠大)情況下，也可以將測(cè)量區(qū)域r近似為平面。

接著，如步驟s104所示，設(shè)定適合于測(cè)量第2區(qū)域r2的測(cè)量條件。在目標(biāo)物體w為包含凹部(坑)的圓筒內(nèi)壁的情況下，圓筒內(nèi)壁的表面部為第2區(qū)域r2。因此，設(shè)定設(shè)合于測(cè)量圓筒內(nèi)壁的表面部的測(cè)量條件(例如，光量)。

接著，如步驟s105所示，獲取第2測(cè)量結(jié)果。即，根據(jù)先前設(shè)定的適合于測(cè)量第2區(qū)域r2的條件，對(duì)目標(biāo)物體w的表面進(jìn)行第2掃描范圍和第2掃描間距下的測(cè)量。將該掃描稱為“第二掃描”。

在圖9的(b)中，表示第二掃描中的第2掃描范圍w2和第2掃描間距p2的例子。第二掃描的第2掃描范圍w2比第一掃描的第1掃描范圍w1窄。此外，第二掃描的第2掃描間距p2比第一掃描的第1掃描間距p1細(xì)。

在本實(shí)施方式中，作為第2掃描范圍w2，設(shè)定包含表面基準(zhǔn)位置lv、不包含比表面基準(zhǔn)位置lv的最低的位置凹陷的凹部的至少底部的范圍。換句話說，第2掃描范圍w2設(shè)定比測(cè)量范圍內(nèi)的彎曲的表面基準(zhǔn)位置lv的整體深度稍寬的范圍。由此，作為第2掃描范圍w2，盡管包含表面基準(zhǔn)位置lv，但至少將比表面基準(zhǔn)位置lv最深的(低的)位置凹陷的凹部從測(cè)量范圍除去。

此外，作為第2掃描間距p2，將第2區(qū)域r2即圓筒內(nèi)壁的表面部的形狀設(shè)定得比第1掃描間距p1更細(xì)，獲取詳細(xì)的數(shù)據(jù)。由此，能夠有效地設(shè)定需要詳細(xì)的數(shù)據(jù)的范圍。再有，在第二掃描中，能夠進(jìn)行直接開啟拍攝單元25的快門的拍攝。在第二掃描之時(shí)，通過程序處理，快門速度和光量被自動(dòng)地設(shè)定。

接著，如步驟s106所示，進(jìn)行數(shù)據(jù)的合成。這里，進(jìn)行第1測(cè)量結(jié)果之中的第1區(qū)域r1的數(shù)據(jù)和第2測(cè)量結(jié)果之中的第2區(qū)域r2的數(shù)據(jù)的合成。通過該合成，作為對(duì)測(cè)量區(qū)域r的測(cè)量結(jié)果，對(duì)第1區(qū)域r1反映了以適合于測(cè)量第1區(qū)域r1的條件獲取的數(shù)據(jù)，對(duì)第2區(qū)域r2反映了以適合于測(cè)量第2區(qū)域r2的條件獲取的數(shù)據(jù)。

在這樣的測(cè)量方向和測(cè)量程序中，對(duì)于獲取適合于第1區(qū)域r1的測(cè)量的第1測(cè)量結(jié)果，能夠粗略掃描較寬的范圍而在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，在獲取適合于第2區(qū)域r2的測(cè)量的第2測(cè)量結(jié)果中，對(duì)于詳細(xì)地掃描較窄的范圍來獲取高精度的數(shù)據(jù)，也可以不花費(fèi)必要以上的時(shí)間。因此，在測(cè)量包含最佳測(cè)量條件的不同區(qū)域的目標(biāo)物體w的表面的情況下，即使是2次掃描，也能夠在短時(shí)間進(jìn)行形狀測(cè)量。

例如，在“發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔”那樣的目標(biāo)物體w中，對(duì)于凹部(坑)之間口的寬度、深度，要求μm數(shù)量級(jí)的測(cè)量精度，另一方面，在相對(duì)表面性狀的粗糙度中要求nm數(shù)量級(jí)的測(cè)量精度。對(duì)這樣的目標(biāo)物體w，在適用以往的多重掃描測(cè)量的情況下，對(duì)于全部的測(cè)量，需要以符合最高分辨率的較高的要求精度的測(cè)量間距，設(shè)定能夠覆蓋全部形狀的測(cè)量寬度的范圍(實(shí)際為比整體的形狀稍大的范圍)，并且生成以適合于表面的光量和適合于凹部(坑)的內(nèi)部的測(cè)量的光量的、各自的光量合成的三維形狀。于是，在以高分辨率測(cè)量較寬的范圍的情況下，需要大量的時(shí)間。

另一方面，如本實(shí)施方式，著眼于測(cè)量要求精度的不同，將多重掃描的最初的掃描(第一掃描)，在測(cè)量目標(biāo)區(qū)域整體中以較粗的間距(pitch)高速地測(cè)量(粗略掃描)，從其結(jié)果，估計(jì)需要精密的測(cè)量的位置和其測(cè)量范圍。然后，在接下來的掃描(第二掃描)中，進(jìn)行精密的掃描(精細(xì)的掃描)，通過合成其三維形狀，能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量區(qū)域r的整體的測(cè)量中的高速化。

發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔作為目標(biāo)物體w的情況下，第1掃描范圍w1為約100μm左右，第1掃描間距p1為約80nm～100nm左右。此外，第2掃描范圍w2為約10μm～20μm左右，第2掃描間距p2為約60nm左右。通過適用本實(shí)施方式，與以往的多重掃描測(cè)量相比，能夠?qū)崿F(xiàn)以數(shù)目為單位的測(cè)量時(shí)間的縮短。

這里，上述說明的本實(shí)施方式的測(cè)量程序，也可記錄在計(jì)算機(jī)可讀取的記錄介質(zhì)mm。即，也可以將圖6所示的步驟s101～步驟s106的一部分或全部以在計(jì)算機(jī)中可讀取的形式記錄在記錄介質(zhì)mm中。此外，本實(shí)施方式的測(cè)量程序也可以通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。

再有，上述中說明了本實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限定于這些例子。例如，作為測(cè)量頭用利用白色光干涉法的光干涉光學(xué)頭152，但即使是圖像探針或激光探針也可適用。此外，作為測(cè)量頭，也可適用通過將圖像光學(xué)頭151在對(duì)目標(biāo)物體w照射的光的光軸方向上掃描，從連續(xù)地獲取的圖像檢測(cè)ccd的各像素中的對(duì)比度的峰值，得到目標(biāo)物體w的三維形狀的pff(pointsfromfocus；來自焦點(diǎn)的點(diǎn))。

此外，對(duì)于測(cè)量的目標(biāo)物體w，表示了有凹部(坑)的圓筒內(nèi)壁的例子，但例如對(duì)于有階梯的表面，即使是在階梯的較低部分和較高的部分中測(cè)量條件不同的目標(biāo)物體w，本實(shí)施方式也有效。此外，例如，在將通過研磨加工形成了網(wǎng)紋(網(wǎng)狀的槽)的汽缸的內(nèi)壁面設(shè)為目標(biāo)物體w的情況下，本實(shí)施方式也有效。

而且，在上述實(shí)施方式中，(6)進(jìn)行將數(shù)據(jù)合成的步驟(圖6的步驟s106的處理)來合成第1區(qū)域r1的數(shù)據(jù)和第2區(qū)域r2的數(shù)據(jù)，但在僅需要第1區(qū)域的數(shù)據(jù)和第2區(qū)域r2的數(shù)據(jù)的其中一方的情況下，也可以不進(jìn)行合成而只輸出一方的數(shù)據(jù)。

此外，對(duì)于前述的各實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行適當(dāng)?shù)?、?gòu)成要素的追加、刪除、設(shè)計(jì)變更的實(shí)施方式，或?qū)⒏鲗?shí)施方式的特征適當(dāng)組合的實(shí)施方式，只要包括本發(fā)明的宗旨，就包含在本發(fā)明的范圍中。