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。

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