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HOME > 技術情報 > 変位センサまるわかりガイド-変位センサの基礎知識
 
変位センサとは?
ミクロン単位でワークの高さや厚み・距離を測定するセンサ。光学式(レーザ)・接触式・渦電流式・超音波式があります。
レーザ変位センサの特徴
非接触で測定ができる
長距離測定が可能
微小物体も測定できる
高速・高精度測定
ほとんどの物体を測定可能
油やホコリなど光学系の汚れに弱い
レーザ変位センサでできること
  • 段差判別

  • 厚み測定

  • 高さ測定

  • 反り・歪み測定

  • たるみ測定

  • ポジショニング

  • 重なり検出

  • 形状・外形検査

など
どんな種類があるの?
拡散反射方式
投光ビームを測定面に対して垂直に投光し、反射光のなかの拡散反射光を受光する方式で、測定範囲を広くとることができます。ただし、拡散反射がほとんどない透明体や鏡面体の測定には不向きです。
正反射方式
投光角と受光角が等しい角度になるように斜めに光学系が配置されており、反射光の正反射成分を受光する方式で、主に透明体や鏡面体の測定に用いられます。測定範囲が拡散反射方式に比べて短くなってしまうのが欠点ですが、短くなった分、繰返精度や精度は高くなります。
透過方式
光を帯状に平行照射し、その光がどのくらい遮られたかで物体の大きさを測定するセンサです。
透過方式なので、ワークの色や表面状態の影響を受けない測定が可能で、主に幅や径、すき間等の測定に適しています。

幅や外径を測定

幅や外径を測定

すき間や内径を測定

すき間や内径を測定
どんなラインナップがあるの?
オプテックス・エフエーでは、お客様の要求精度やワーク、設置場所などに応じて、5つの変位センサラインアップをご用意しています。
  CD22シリーズ CD33シリーズ CD5シリーズ CDXシリーズ TD1シリーズ
測定方式は? 拡散反射 拡散反射・正反射 拡散反射・正反射 拡散反射・正反射 透過
投光光源は? クラス2レーザ クラス2レーザ
(CD33-Lは
クラス1)
クラス2レーザ
(CD5-Lは
クラス1/
CD5-W2000は
クラス3R)
クラス1レーザ クラス1レーザ
受光素子は? C-MOSリニア
イメージセンサ
C-MOSリニア
イメージセンサ
C-MOSリニア
イメージセンサ
C-MOSリニア
イメージセンサ
C-MOSリニア
イメージセンサ
構造は? アンプ内蔵 アンプ内蔵 アンプ内蔵 アンプ内蔵 アンプ分離
リニアリティは? ±0.1%F.S. ±0.1〜±0.3%F.S. ±0.05〜
±0.1%F.S.
±0.015〜
±0.05%F.S.
±0.4%F.S.
サンプリング周期は? 500〜4000μs
(4段階切換)
500(750)〜2000μs
(4段階切換)
100〜3200μs
(6段階切換)
12.5〜1000μs
(7段階切換)
500μs

これだけは知っておきたい基本用語
分解能
「どれくらい細かい単位で測定できるか」という、センサの目盛りの細かさです。
例えば定規であれば、目盛りが1mmなので、「分解能は1mm」となります。
繰返精度
レーザ変位センサは、静止状態でも測定値がバラつきます。
静止しているワークの同じ位置を繰り返し測定した際の値のバラつき量が、繰返精度です。

繰返精度とは、測定値のバラツキの
ピークtoピークの値です。


フルスケール(F.S.)
センサが測定できる距離の範囲を表します。
測定対象までの距離や段差、移動範囲がこの範囲に収まるように機種を選定する必要があります。

測定範囲:85±20mm(=65~105mm)
→ フルスケール:±20mm=40mm

リニアリティ(直線性)
リニアリティとは、測定値と実際の変位(距離)の値のズレ量です。
本来は単に“直線性”という意味ですが、変位センサでは距離に対する誤差の最大値を指します。
もしセンサに誤差がなければ、「実際の距離」と「測定値」の関係は1本のきれいな直線になります。
これが「理想直線」です。
しかし、実際には「実際の測定結果」のように理想直線からズレた値が測定されます。
このズレ量を「フルスケールの何%か」で表したものが「リニアリティ」です。
「%」として表現されるので、距離の値(絶対値)にするには下記の計算が必要です。
<計算方法>
リニアリティ = ± パーセンテージ × フルスケール。
<計算例>
リニアリティ:±0.1%、フルスケール:±20mmの機種の場合、
リニアリティ = ± パーセンテージ × フルスケールなので:
= ±0.1% × ±20mm
= ±0.1% × 40mm
= ±0.04mm(= ±40μm)
となります。
サンプリング周期(サンプリング周波数)
サンプリング周期とは、センサが「1回の測定に必要とする時間」のことであり、サンプリング周波数とは、サンプリング周期を基に「1秒間に何回測定できるか」の回数(Hz)のことです。
反射率の低いワーク(例:黒ゴム)では受光量を増やすために、サンプリング周期を長くする必要がありますが、反射率の高いワーク(例:研磨した金属)では受光量過多となるため、サンプリング周期を短くする必要があります。
当社の変位センサには、常に最適なサンプリング周期で測定する「AUTO」機能が内蔵されているので、反射率が変化してもその誤差を最小限にすることを実現しています。
アべレージング(平均化処理)
変位センサで複数回測定すると、ワークが静止状態であっても測定値にはバラツキが発生します。
このバラツキを小さくするのに使用するのがアベレージングです。
当社の変位センサでは「移動平均」を採用していて、計算個所を順にずらして算出しているので、測定値をサンプリング周期ごとに出力することが可能です。
温度特性(温度ドリフト)
周囲温度の変化に伴って変化する測定値の特性です。
±0.08%FS/℃や0.2mm/K(K:絶対温度単位ケルビン)というように表現されます。
±0.08%FS/℃で50±10mmの変位センサの場合、
20mm(±10mm)× 0.0008 = 16μm
となり、1℃変化するごとに最大±16μm測定値が変化することになります。
ウォームアップ時間
電源電圧が投入された後にセンサが最高の精度または性能レベルに達するのに要する時間です(センサの内部温度が安定するまでの時間)。
機種によって異なりますが、代表値で5〜30分です。
移動分解能
ワークを移動しながら測定すると、距離が変化していないのに測定値に大きなバラツキが発生することがあります。
これはワークの表面にわずかでも凹凸がある場合、ワークが移動することにより受光素子上の結像位置がわずかながらに移動してしまい、バラツキとなってしまうからです。
このワークを移動させたときに発生する測定値のバラツキのことを「移動分解能」と呼びます。
ガラスや半導体ウェハのように、ワークの表面がツルツルの場合は測定値にバラツキは発生しませんが、それ以外のほとんどのワークでは測定値にバラツキが発生するので、動かしながら測定する場合は移動分解能を考慮する必要があります。
レーザのスポットが「ワイド」と「スポット」を選べる機種の場合、「ワイド」を選定すれば移動分解能の影響を小さくすることができます。
移動分解能はワークの表面状態により異なるため、カタログには表記されません。
実際にテストを行い、バラツキ量を把握してください。