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接触式センサーと非接触式センサー

発行：エスオーエル株式会社
https://www.sol-j.co.jp/

連載「X線CTで高精度寸法測定！？」
2012年3月10日号　VOL.012

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測定機で形状を測定しようとすると、
何らかの形で測定物の情報を測定機に取り込まなくてはなりません。
測定機は取り込んだ情報を元に座標を割り出します。

このとき、情報を取り込む役割を担うのがセンサーです。


ものさしで長さを測ることを考えてみましょう。
センサーは目と考えることができます。

ものさしと測定物を並べ、測定物と同じ長さとなる目盛りを目で読むのです。
目というセンサは、測定物に触れないので、非接触式センサーとみなせます。
そして、目は、ものさしと測定物の像を脳に送り、脳が判断します。
測定機の役割を果たす人間は、出力として、
数値を文字で記録したり、声で伝えたりします。

ものさしと目では、精度に限界があります。
そこで、もう少し高度な測定器を考えてみます。


ノギスやマイクロメータを考えます。
これらは、測定物に2つの面を接触させて長さを測ります。

人間が使うときは、目も使いますが、
測定物の長さを情報として直接取り出す最前線は2つの面です。
そのため、この2つの面を接触式センサーとみなすことができます。


もっと高度な測定機として、接触式三次元測定機を考えてみましょう。
一般に使われているセンサーは、プローブ球です。
球が測定点に接触して座標を読み取る接触式センサーの典型です。


ノギスやマイクロメータ、プローブ球は、非常に多く使われており、
品質管理において、実績があります。そのため、
接触式センサーに絶対的な信頼を置いている方々も多くいらっしゃいます。

これは、否定できません。
何故なら、品質管理では、測定すること自体が目的ではなく、
一定の管理方法にて品質を保つことが目的だからです。

そのため、測定方法に多少の問題が内在していたとしても、
測定方法を一新して、データの継続性が途切れる方が問題となることもあります。

しかし、内在していた問題が表面化したとき、測定方法を見直す必要があります。
接触式センサーで解決することもあれば、
非接触式センサーを使う必要があることもあります。

よく使われる非接触式センサーは、レーザーやCCDカメラです。
これらは光を使うため、反射や散乱などが問題となることもあります。
ただ、原理に基づいて、使いこなすことができれば、
測定における多くの問題を簡単に解決できることがあります。


例えば、プローブ球を接触させるとき、測定点の法線方向ではない方向から
アプローチした場合を考えます。球は大きさを持っているため、
目標の測定点に到達する前に別の点に接触することがあります。
また、接触圧がかかるので、測定物の変形や接触点からのスリップも気になります。

レーザーのスポットであれば、これらの問題は解決します。


次に、たくさんの測定点を必要とする場合を考えましょう。
1点1点取っていては、時間がかかります。
さらに、各点の取り込みには時間差があるため、
振動の影響を大きく受ける可能性があります。

CCDカメラであれば、一度に多くの測定点からの信号を取り込めるので、
これらの問題は解決します。


このように、必要に迫られて、非接触式センサーは市民権を得てきました。

そして今、説得を要する新たな技術があります。
X線CTによる寸法測定です。

取り込んだ信号を直接的に寸法測定に使うレーザーやCCDカメラは良いとして、
非接触式センサーのX線検出器で取り込んだ2次元のレントゲン写真を
コンピュータにかけて得たコンピュータ上の3次元データ
による寸法測定が信頼できるのか。

取り組み甲斐のある課題です。

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高野智暢


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