検査や工程の品質管理で多用されている変位センサとは?原理や選び方などをご紹介します

様々な物体の厚みや幅、ゆがみ具合など、あらゆる測定に便利なセンサを取り入れたいと思っている方は少なくありません。
しかし、いざ導入に当たってはその種類の多さからどれを選べばよいのか迷ってしまうこともあるようです。
費用対効果を考え、用途にあったものを見つけるにはどうしたらよいのでしょうか。
このサイトでは、検査や工程の品質管理で多用されている変位センサの原理や選び方、また光学式や超音波式を用いるものについてもご紹介いたします。

検査や工程の品質管理で多用されている変位センサとは?原理や選び方などをご紹介します

そもそも変位センサはどうして物体の幅や厚み、反りを測定できるのでしょうか。
変位センサがものを測定する原理ですが、測定すべき対象物の物質的な変化量をそのセンサによってさまざまな方法で検知し、三角法を使って対象物までの距離を測定します。
対象物のある地点までの距離と別の地点までの距離がわかれば、その差によって厚みや幅などの物質の形態がわかるという仕組みです。
測定方法には、レーザー式や超音波式があります。

変位センサとはどのようなものを測定する時に使う?

変位センサは、物体がある位置からほかの位置へ移動した時その移動量を計測するものですが、移動量だけでなく、物体の高さや厚みや幅などの寸法測定にも使用されます。
変位センサの特徴は検出方式によりさまざまで、検出対象物や距離や精度と応答速度、また油や水や埃などの状態や測る面によって強度やスピードが違ってきます。
その中のひとつである接触式変位センサは、検出体に接触子が直接触れることで位置を計測するセンサのことをいい、主にトランス方式とスケール方式に分類されます。
バネによって測る力が決まるため、人による誤差が発生しない利点があり、主な用途としてワークの高さや厚みや反りなどの検出に適しており、鉄板の厚みの測定などが代表的です。
またセンサーを複数使用した際の演算もアンプの操作のみで簡単に行うことができるため、外部機器の取り組みや紛らわしい設定も不要です。
他にも接触式で計測する利点を生かして、レーザーなどを使った反射光を受光することや、不可能な大きな傾斜面の計測も可能ですし、複雑な三次元形状である被計測物の表面形状も、高精度で正確に測ることができます。

高さや厚みなどの寸法は変位センサで測定可能?

様々な物の状態の電子計測の際によく用いられるものがセンサです。
この電気素子は、物理的な状況がどのようになっているかということを電気的信号に変換するものです。
そのようなものには、動作原理などにより様々なタイプのものがあります。
どこに物体の位置変化を調べる変位センサに関しては、大変多くのところで利用され、計測できるストロークや測定精度などにより分類が行われています。
最も高精度なものは、ナノメートルオーダーの位置変化の計測も可能です。
そのようなことから、変位センサの中には大変薄い膜の厚みを計測するということも可能です。
そのようなことができる測定原理のセンサとして知られているのが、変位を静電容量の変化として調べるという静電容量型変位センサや渦電流を計測するという渦電流センサーです。
どのようなものを利用するかについては、それぞれに利用できる条件というものがありますので、そのことについてまず検討を行うことになります。

非接触型の変位センサに向いている用途と使用環境

変位センサというと、多くの方が土地の測量をするのに活用をされているものだとご存じでしょう。
三脚とカメラのような装置を除きながら、マーカーとなっている方に向けることで大まかな距離を割り出すことが可能です。
これはアナログ的な手法であり、現在ではデジタル化をされた装置を用いるようになりました。
簡単にデジタルの変位センサの概要を見ていくと、大半のマシンが非接触型になっているのがポイントです。
なぜ非接触を実現できているのか、そのカギを握っているのがレーザーです。
以前は赤外線を照射してマーカーに反射をさせないといけませんでした。
その点レーザーは長距離の可視光線となっているため、最長500メートルほど離れていても細かい測量を実現させることが可能です。
変位センサは日進月歩で進化を遂げているものです。
現在のような非接触型であれば、山や海の底など通常は足を運べない場所にも上空から用いて、詳しい距離や特徴を知ることができます。

接触型の変位センサに向いている用途と使用環境

あらゆる物体を対象にして体積・状態、質量を測定できる変位センサh、大きく分けて2パターンに分類をすることが可能です。
ひとつは非接触型というもので、レーザーを使用して遠く離れた位置から対象物の状態を観察することができます。
もう一つが接触型で、こちらは赤外線を用いるのが基本です。
ここでは簡単に後者の概要を解説していくことにします。
変位センサは以前は医療現場で使用されていましたが、今は外壁の検査の際に活用されるようになっています。
家屋やビルの壁は長期間雨風にさらされるため、10年周期で修繕をしないといけません。
その際、ひび割れの有無やコーキングの状態を知らないと適切な対処ができないわけです。
そこで活用できるのが変位センサで、スコープ型の変位センサを対象物に対して水平に照射をすることで可視化をされます。
使用環境は気温10度から40度までの空間と限定をされるのがポイントです。
赤外線は気温変化の影響を受けやすいのが理由です。

希望する測定精度から変位センサを選ぶ

物体の状態を調べ電気的な情報を出力するものをセンサと言います。
そのような電気素子は、コンピューターを利用するということで、様々な現象を自動制御するという際に用いられるようになってきています。
調べることができる状況についても、様々なものがありますので状況に適したものを選択することが大切になってきます。
特に注意すべきこととしては、測定を行うところの電場や磁場の環境がどのようになっているかということです。
センサの選択を誤ると思わぬトラブルが起きます。
物体の位置の変化を検出する電子素子のことを変位センサと呼び、測定原理やストロークや測定精度などにより、様々なタイプがあります。
変位センサを用いる際には、それから得られるデータの測定精度を考慮して選択を行うことが必要です。
最も精度が高いものとしては、物体とプローブの間の静電容量を計測するものや舞台に渦電流を発生させ計測を行うというようなものもあります。

測定したい材質や物の特徴に合わせて変位センサを選ぶ

変位センサとは、対象物とセンサーの間の距離や、対象物自体の厚みや高さを計測する機器です。
素材の表面で目視では確認できない、面の反り具合や細かな凹凸も計ることが出来ます。
接触式の変位センサから、レーザーを使った非接触式の変位センサまで材質や用途に応じて様々な種類があります。
接触式のセンサーは、その名の通り測定物に直接触れて目視確認しながら計測できるため、絶対距離が測定できるというメリットがあります。
一方で壊れやすいという問題を抱えていましたが、昨今は高耐久と耐油性を実現し、水や油が飛散している環境でも安定して計測できる商品が販売されています。
レーザータイプの非接触式変位センサであれば、色や材質が変化しても、安定した計測を行うことができます。
光電センサであれば、ガラスや金属、液体などほとんどの物体の検出が可能です。
また、ファイバセンサであれば、設置位置や場所を問わず、自由に設置して検出できます。

測定したい物の形状は変位センサ選びに重要?

変位センサを利用する場合には、測定対象の形状を意識することが大切なポイントです。
その方式によっては正確な結果を得ることが難しくなってしまう場合もあり、これらの方式との兼ね合いを十分に意識した上で最適なものを選ぶことが正確な値を得るために大切なポイントとなっています。
様々な外的な影響を受けずに正確な数値を得ることができると注目されているものの中に、静電容量型変位センサがあります。
これは静電気を利用しており自ら基準となる信号の発生を行わないため、非常に構造が単純で利用しやすいと言うメリットがありますが、複数のセンサーを利用して対象を面で捉えその変位を知るものであるため、形状が平坦でなければ正確な数値を得ることができません。
表面が湾曲していたり、細かな凹凸が存在している場合などはセンサーの値が正確な数値を示すことができず、誤った結果を導くことになります。
その他にも特性によって対象に適さないものもあることから、その性質に合わせて選ぶことが重要です。

変位センサはカスタマイズが可能?

私たちが通常計測を行う際には、物体の状況を何らかの電子的なデータにして出力する電気素子を用います。
そのような電気素子のことを、センサと呼びます。
この電気素子には様々な用途があり、その用途によって用いられる原理や制度などが異なってきます。
計測を行う際には、自分が必要な情報がどういうものなのかということやどのような環境で測定を行うかということやどのくらいの精度のデータが必要かということをまず明らかにしておく必要があります。
センサーの中でも、物体の位置の変化を調べるものを変位センサと言います。
この変位センサに限っても、様々な原料を使い精度も異なる物が多くの種類が存在します。
測定原理にもよりますが、ストロークやグローブの形や出力データの形式などを使用者の状況に合わせカスタマイズできるものがあります。
このようなことができるかどうかについては、測定原理がどのようなものになっているかやどのようなブログを利用しているかによって変わってきます。

予算や導入台数から変位センサを選ぶ

工業製品や衣料製品の生産ラインでは、毎日のように緻密な計測が行われています。
画一的で規格通りの正確な品質を担保するには、緻密で寸分狂いのない測量や測定が不可欠です。
日本の工業製品はこのような緻密な計測によって品質が保たれていると言っても過言ではありません。
そしてこうした測量があってこそ、日本の工業製品は世界一と称されることになっているわけです。
こうした性格で緻密な測量に最適なのがレーザ変位センサです。
レーザ光線を対象物にあて、対象物の性質を高く敵に測定することが出来るんです。
高さや厚み、浮きに反り、湾曲に揺れまでどんなことも計測できてしまう優れものです。
しかしレーザ変位センサは、体重計のようにリーズナブルに購入できるものではありません。
またメンテナンス費用も掛かります。
そのため各企業で予算や導入台数、生産性や作業効率など多角的によく吟味検討し、どの変位センサを購入し稼働させるかを検討する必要があります。

変位センサの役割と製造現場での利用や効果

ものづくりにおいて品質管理と効率向上は非常に重要です。
許可された配置と転換の順番に類似して、生産プロセスと品質管理の監視において重要な役割を果たします。
集められた部品そのものが製造現場でどのように使われているか、効果を測定します。
数学的計算能力を発揮して物理的な観点から見ると、物体の位置や変位を測定するための装置です。
これは、作る担当の作業員が過程の中に部品の位置と寸法を正確に決定するのに役立ちます。
生み出す創造の工程において部品の品質を維持することは最も重要な課題です。
変位センサは、設計仕様を満たしているかどうかをリアルタイムで監視し、製品の適合性を高めます。
この商品が、作ることで得られる新しい発見の最適化にも役立ちます。
理由として、効率を向上させるために機械を自動的に調整および適応させることが可能です。
変位センサは問題が発生した場合、トラブルシューティングにも役立ちます。
異常な変位を検知し、問題の発生源を特定するのに役立ちます。
安全性の向上にも貢献します。
機械の部品が正しく位置していることを確認し、事故や故障のリスクを最小限に抑えます。
変位センサは機械の過度な振動や変形を検知し、適切なタイミングで警告を発することができます。
変位センサは収集したデータを記録し、分析に活用することが可能です。
より効率的な方法で生産を行うための洞察を得ることができます。

変位センサがもたらす新たな価値とテクノロジーの進化

変位センサは産業、科学、医療などのさまざまな分野で幅広い応用が期待されるテクノロジーです。
このセンサ技術は、対象物の位置や動きを正確に測定し、新たな価値をもたらす可能性を秘めています。
はじめに変位センサは非常に高い精度で対象物の変位を測定できます。
微細な動きや変化も検出可能であり、品質管理や研究実験において重要な役割を果たしてくれるでしょう。
また自動化の進化とロボティクスの発展において、この技術は不可欠な要素となっています。
ロボットや自動機械はセンサ情報を利用して、作業を効率化し、精度を向上させます。
さらに医療分野では、この技術が手術用ロボットやリハビリテーションデバイスに組み込まれ、患者の治療やリハビリテーションを支援しているようです。
患者の動きを追跡し、治療の進捗をモニタリングすることが可能です。
そして大型建築物や構造物の安全性を確保するためにも使用されています。
振動や変形をリアルタイムで監視し、潜在的な問題を予防する役割を果たします。
変位センサは、これまでにない新たな価値を多くの分野にもたらしてくれるでしょう。
その高精度な測定能力と応用範囲の広さから、今後のテクノロジー進化において重要な役割を果たすことが期待されます。

未来の製造業で大活躍するであろう変位センサ

未来の製造業において、変位センサは大いに活躍するでしょう。
物体や機械の位置や変位を正確に計測するための装置であり、製造業において品質管理や効率向上に欠かせないツールとなるでしょう。
まず第一に製品の品質管理において重要な役割を果たします。
製品の寸法や位置の正確さは、顧客満足度や法規制への適合に直結します。
製品の寸法をリアルタイムでモニタリングし、製品の品質を確保するのに役立ちます。
これにより、不良品の生産を減少させ、生産効率を向上させることができます。
さらに製造プロセスの効率化にも寄与します。
自動化がますます進化する中で、変位センサはロボットや自動化システムに組み込まれ、製造ライン全体を最適化します。
たとえば、製造プロセス中に変位センサが位置調整を行い、生産ライン上の機器や工具の正確な位置を維持することができます。
これにより作業効率が向上し、材料の無駄を減少させることができます。
製造業における予防保全の一環としても利用されます。
機械や設備の定期的な点検に変位センサを使用することで、異常な振動や変位を検出し、機器の故障を事前に防ぐことが可能です。
これにより生産停止時間を最小限に抑え、製造プロセスの信頼性を向上させることができます。

変位センサで便利で安全に物体の位置や動きを正確に測る方法とは?

工業や科学などの分野では、物体の位置や動きを正確に測ることが重要です。
しかし、一般の人には専門的な知識や機器がないので、目視や手動で測るのは難しいものです。
測定対象が高温や高圧などの危険な環境にある場合もあります。
そんなとき便利なのが「変位センサ」。
このセンサは、物の位置や動きを電気信号に変換する装置です。
物体の位置や動きを正確に測ることができ、レーザーや超音波などの非接触式や、ひずみゲージやポテンショメーターなどの接触式など様々な種類があります。
便利で安全に使えることも魅力で、電気信号に変換することで、デジタルデータとして記録や分析することができ、人間の目や手では測りにくい物も簡単に測ることができます。
非接触式の場合は物体に触れずに測ることができるので、高温や高圧などの危険な環境でも安全です。
様々な分野で活用できることも強みで、工業では製品の品質管理やロボットの制御などに使われ、科学では実験や観測などで活用されます。
もはや「変位センサ」は物の位置や動きを測る人にとって必須ではないでしょうか。

変位センサのさらなる高精度・高性能化で新たな価値の未来を創出

変位センサは分解能や直線性などの性能が向上してきましたが、さらなる高精度・高性能化が求められています。
これらの性能向上によってこれまで測定が困難であった微細な変位や高速な変位の測定が可能になり、新たな価値を生み出すことができます。
具体的な例としては以下のようなものが2つ挙げられます。
1.半導体製造工程では、微細な変位を正確率に測定することで半導体の製造高精密を向上させることができます。
これによりより高性能な半導体の製造が可能になります。
2.ロボット工学では、高精度な変位センサを使用してロボットの動作を制御することができます。
ロボットの操作性を向上させ、より複雑な作業を実行できるようにすることができます。
このように、変位センサのさらなる高精度・高性能化はさまざまな分野で新たな価値を生み出す可能性を秘めています。
変位センサは、私たちの生活をより豊かで便利なものにしてくれる大きな可能性を秘めたセンサです。
今後のさらなる高精度・高性能化が、私たちの未来をより良い方向に変えていくことでしょう。

著者:石川亀雄

筆者プロフィール

長崎県佐世保市生まれ。
変位センサを取り扱う仕事をしています。
ここでは原理や選び方をご紹介します。
変位センサ