月: 2020年12月

バレル研磨機とは

バレル研磨機とは、バレルと呼ばれる容器に研磨剤を入れて動かすことで、摩擦により対象物を研磨する機械です。

バレル研磨機で用いられている研磨の技法は、製造工程の最終段階で表面の仕上げを行う技術であり、ものづくりでは欠かせないものです。バリの除去や角のR付けを行うことで、バレル研磨機は表面の仕上げを一括処理できます。

研磨材やコンパウンドと呼ばれる研磨助剤を組み合わせることで鏡面仕上げやバリ取り、R付け (角部に丸みを付ける) 、スケール取りなど幅広い研磨がバレル研磨機1台で可能になります。バレル研磨機での仕上げはバラつきが少なく均一で、作業者による品質の差異もほとんどありません。その上、複数の製品を一度に研磨できるので多くの製品に広く利用されています。

バレル研磨機の使用用途

バレル研磨機は、機械加工やプレス加工品、焼結品、ダイカスト品、熱処理品などを研磨して表面の仕上げを行っています。金属はもちろん、プラスチックやガラス製品の研磨も可能です。

メッキや塗装前の下地の仕上げや、つや消し、脱脂作業なども行います。そのため、幅広い製品に利用されていますが、大型や壊れやすい製品には向いていません。

具体的には、テレビや自動車、デジタルカメラ、携帯電話などの部品や、スパナ、アルミホイールなどの研磨をバレル研磨機で行っています。

バレル研磨機の特徴

バレル研磨機の特徴としては、一度に多量の対象物を同時に研磨できることが挙げられます。同様の研磨方法であるバフ研磨と比較すると、安価に金属研磨およびバリ取りができる点がバレル研磨機の特徴と言えます。また、手作業と比較すると、研磨後の品質を均一にできる点も特徴の一つです。

一方で、対象物が大型である場合、対象物全体を入れることのできる大きなバレル槽が必要になる点がデメリットとして挙げられます。大型のバレル槽がない場合は、バフ研磨にするなど、他の方法を取る必要があります。

バレル研磨の場合には装置で混ぜることで、作業担当者に関係なく仕上がりを一定にすることが可能です。また、バレル容器の中に複数の製品を投入できるため、多くの量を一度に研磨することができます。

バレル研磨機の種類

バレル研磨機は、対象物と研磨剤、コンパウンド (研磨助剤) と一緒のバレルに入れて動かすことで摩擦により対象物を研磨します。身近の製品を例に挙げると、洗濯機に近い原理で、研磨機に入れた金属を一括で研磨することができます。

バレル研磨機の種類としては、主に以下の3種類の研磨機が挙げられます。

1. 回転研磨機

バレルを回転させることで内容物がすべり層の部分で相互に摩擦が生じ、研磨します。加工時間や手間は余分にかかりますが、その分安定した仕上がりになる点が特徴です。

使用されるバレルは、主に六角形または八角形が多いですが、排出がしやすい可傾型のバレルもあります。内部を回転させることでゆっくりと研磨するので、表面が柔らかい仕上がりになります。

2. 振動研磨機

ボックスタイプとサークルタイプのバレルがあり、振動させて研磨します。大量生産に適していますが、高価です。操作性の良さと、自動化が容易なことが長所として挙げられます。製品を多く投入できるので、大量生産や大きな物や長い物に適しています。

3. 遠心研磨機

複数のバレルが自転と公転を組み合わせて回転して研磨します。小物の研磨に向いており、最も研磨力が高く、加工時間が短くて済みます。自動化が容易ですが高価であり、加工中にワークの状態を確認できない点が短所です。

 

研磨剤、研磨石にはビトリファイド系メディア、アルミナ系メディア、プラスチックメディア、ソフトメディア、スチールメディア、乾式メディアなどがあり、仕上げの用途に応じて1,500種類ものパターンがあります。コンパウンドには液体か固体があり、脱脂材、粗仕上げ、光沢仕上げ、防錆材、潤滑剤としてなど、役割は様々です。

参考文献
https://www.kousakukikai.tech/barrel/
https://www.sinto.co.jp/product/surface/word/barrel/index.html

無電極ランプとは

無電極ランプは正式には無電極放電ランプといい、エバーライトなどと呼ばれる場合もあります。電極がなく10万時間程度まで使用が可能で、LEDよりも寿命の長いランプです。また、LED照明よりも目に優しい光として好まれています。

省エネで、ランプ交換や施工といったランニングコストの費用を抑えることができますが、工事が必要な場合が多く、初期費用がかかります。

中国を筆頭に海外メーカーの製造、販売が多く、日本よりも海外で特に多く普及しています。

無電極ランプの使用用途

無電極ランプは寿命が長い特徴があるので、高速道路や体育館、トンネル、吊り橋、工場、各種の施設などに導入されています。レインボーブリッジや東京スカイツリーにも使用されています。

無電極ランプを使用するためには安定器をランプの近くに配備する必要があり、電気工事が必要なため設置を見送るケースもあります。導入事例はまだそこまで多くはありませんが、照明機器のさらなる省エネに貢献できるため近年注目されています。

無電極ランプの原理

無電極ランプは簡単に言うと電磁誘導の原理と放電の原理を組み合わせて、インバーターで発生させた高周波の放電により周囲を明るくしています。

無電極ランプのコイルに高周波電流を流し、フェライトコアに磁界を発生させます。その磁界によってランプの中に電界が発生します。電界によって放出された電子が内部にある微量の水銀粒子に衝突して、紫外線が放出し、紫外線がランプの内側に塗られた蛍光体によって可視光に変換されて光ります。従来のランプのフィラメントのように消耗する部位がないので光の明るさが変化せず、長期間使用することができます。

無電極ランプは発熱温度が80～90℃と低いので、夏の暑い時期のエアコンの効果を妨げません。さらに、消費電力は水銀灯の約30％程度と低いです。寿命が6万～10万時間と長く、耐久性に優れています。使用するためには安定器が必要です。

無電極ランプには高周波電流が必要ですが、近年低周波電流のタイプも開発されています。

参考文献

http://mudenkyoku.com/whats.html

水圧シリンダーとは

水圧シリンダー (英：hydraulic cylinder) とは、水圧を利用して作動するシリンダです。

空圧や油圧、電動が一般的ですが、水を利用することで、環境負荷が少なくクリーンなエネルギーで安全な動作が可能です。水圧シリンダーは油圧シリンダーのように油漏れの危険性がなく、空圧シリンダーよりもパワーがあります。また、メンテナンスも簡単で済みます。

水圧シリンダーは、装置の丸洗いが可能というメリットがあり、食品加工工場等の各種の装置やリフト等にも利用されています。

水圧シリンダーの使用用途

水圧シリンダーは、昇降装置やスライドシリンダーに利用されており、医療や食品、輸送装置に組み込まれているものもあります。例として、丸洗いできる水圧シリンダーの用途は、座浴式の入浴装置や食肉工場のスライサー、プレス加工等です。

また、水道水圧を利用し、電力を使用しない装置も可能なので、防災装置にも利用されます。具体的には、レバーを開くと水道水圧により水が流れ、シリンダー内のピストンを押して防水板が作動する防水ゲートなどが開発されています。

水圧シリンダーの原理

水圧シリンダーは、作動媒体に水道水を使用したシリンダです。水に接する部分にはステンレスを使用し、錆びを防ぎます。水の圧力のみで動作することが可能で、電力を必要としない製品もあります。

シリンダの内部は、主にピストン、ピストンのパッキン、ピストン軸受け、ロッドのパッキン、ダストシール、クッションシールなどで構成されます。ピストンのシール面の断面積と圧力を掛け合わせた値が、ピストンを動かす力になります。水圧シリンダーは、ピストンのシール面に水圧をかけて、水圧が変化することでピストンを制御する仕組みです。

油圧シリンダに使用する油よりも水は粘度が低く、潤滑性が低いので、摩擦による損失が発生しやすいデメリットがあります。水の内部漏れ、外部漏れがないよう高いシール性を維持するために各社で工夫がなされています。

水圧シリンダーのその他の情報

1. 水圧シリンダーの長所

水圧シリンダーには、油圧式シリンダー、空気圧式シリンダーと比較して多くの長所があります。

安全性に優れている
水圧シリンダーは中間ストローク、偏加重での操作が可能なことに加え、作動水の粘性が低いため、低圧で使用することができます。そのため、空気圧のように圧縮反発が生じたり、油圧のように高圧力での作業を必要としません。

操作性に優れる
水圧は加重によって、空気圧のようにシリンダーの位置が変わることがないため、電気制御されるポンプによって精密なコントロールが可能です。

作業性に富む
水圧アッパーは比較的軽量でコンパクトであるため、機器の移動が簡便です。さらに水圧を生み出す作動水は、水道からの補充が可能であるため、作業場所を制限する可能性が低いです。

エコフレンドリー
水圧シリンダーは、水を使用して稼働するため、機器を使用することが原因で人体、環境に悪影響を及ぼす可能性はありません。安全安心、エコフレンドリーな機器であるといえます。

一方、油圧式シリンダーは動作油が危険物なことに加え、漏れ出した場合は環境汚染となります。炭酸ガスについても中毒を引き起こす危険性があり、人体に影響を及ぼす可能性があります。

ローコスト
水圧シリンダーは、本体もポンプもリーズナブルとなっています。ランニングコストに関しても、水道水と電気ポンプのみで動作するため、コストパフォーマンスが非常に高いです。

2. 水圧シリンダーの需要

昨今、世界的にエコフレンドリーな技術の使用が推奨されており、既存の技術がより環境に優しい手法に置き換えられています。水のみを使用しているエコフレンドリー、且つ人体に悪影響のない水圧シリンダーは、今後さらに注目の集まる技術です。

食品加工機械への応用が広がっています。ロボットによる食肉のスライス加工などです。精密送りに水圧シリンダーを使用します。また、半導体産業では、ウエハ上に埋め込まれたチップを保護するための薄膜を精密プレスで成形します。その際、クリーンな水圧シリンダーを使います。

さらに、家庭用や介護の分野では、シンク、洗面台、戸棚、便器などの昇降、入浴介護用リフトへの活用があります。また、医療関係では、人工筋用のアクチュエータなどが挙げられます。

参考文献
http://www.ads-murakami.co.jp/ads.html
https://www.sanmax.co.jp/index/6/1.html
http://www.cylinderkobo.com/yuatsucylinder-toha.html
https://www.sanmax.co.jp/index/6/1.html

液種判別センサーとは

液種判別センサは、容器や配管に流れる液体の種類を判別できるセンサです。配管内の送液が途切れた場合や、別の液体が混入した場合などを検知することができます。

あらかじめ計測しておいた2種類の液体に対して判別が可能です。配管内をどちらが流れているか、あるいは混入した状態か、どちらとも流れていないのかなどを判別します。

水道水や蒸留水、アルコール、薬液、洗浄液、油といった液体の判別ができます。開発中の機種もあり、今後の展開が期待されています。

液種判別センサーの使用用途

液種判別センサは、小型で設置が容易なので工場内での配管等に取り付けられています。食品工場など安全性が重視される場所では、配管から漏れた液体が水なのか、薬品なのかといった判別が重要なため、液種判別センサを導入し、メンテナンスに役立てている工場が出てきています。

液種判別センサは、現在販売されている機種の数は少ないですが、必要とされる箇所は多いので、今後さらなる開発が進むとともに導入事例も増えていくと予想されます。

液種判別センサーの原理

液種判別センサは新しいセンサで、液体の誘電率の違いを利用するタイプが販売されています。また、現在開発中の原理では、光ファイバーを利用するタイプがあります。

液体の誘電率の違いを検出するタイプでは、センサ部を液体に浸し、誘電率を測定します。液体の種類の判別や空の状態の判別、漏れの検知などが可能です。水道水、アルコール、各種の薬液、油のほか、塗料や接着剤といった粘性の高い液体にも使用できます。

光ファイバーを利用するタイプでは、検知部に耐屈曲光ファイバーを使用することで、防爆している箇所の測定が可能です。油やガソリンといった発火の危険性のある液体に対しても測定ができます。

また他に、研究開発段階ですが、検討されている液種識別装置には、液体の温度の上昇速度から種類を割り出すタイプがあります。この装置は、発熱体、感温体を持つ液種検知部と液温検知部で構成されています。液種検知部に、単一のパルス電圧をかけて発熱させ、液温検知部で液温を測定します。パルス電圧をかける前と、電圧をかけて一定時間経過した後の液温の変化から液体の種類を判別することができます。

参考文献
https://www.fa-mart.co.jp/ydic/46.html

ツインタイマとは

ツインタイマとは、タイマーリレーの機能の1種で、ON時間とOFF時間をそれぞれ個別に設定できる仕組みのことです。

タイマーリレーでは、フリッカ動作を設定することができます。フリッカ動作とは、リレーに電圧やスタート用信号がかかった際、ON時間とOFF時間を交互に繰り返し続けるという性質の動作です。

通常のフリッカ動作では、ON時間とOFF時間を共通で1つしか設定できませんが、ツインタイマの機能を持つタイマーリレーではこれらをそれぞれ個別に設定することができます。

ツインタイマの使用用途

ツインタイマは、ON時間とOFF時間を個別に設定が必要な電子機器や機械設備に使用されます。代表的なものはランプやシグナルタワーなどです。その他、運転と停止を一定時間ごとに繰り返す必要のある機械にもツインタイマは使用されます。

例えば、ランプを5秒間点灯したのちに3秒間消灯させたい場合や歯車を3秒間回転させたのちに5秒間停止する場合など、装置がONの時間とOFFの時間をそれぞれ個別に設定したい際に、ツインタイマが活躍することになります。

ツインタイマの原理

タイマリレーの内部は、入力部、計時部、電源部、出力部の4つから構成されています。入力部は信号を機器から受け取り、計時部へ渡します。計時部は時間を計測する部位で設定時間の経過後に信号を出力部へ渡します。

その後、出力部から各種の機器へ信号が出力されます。電源部は、タイマーリレー内部に電圧を供給するための部位です。タイマーリレーの電源部がオンの場合、もしくは電源電圧が加わっている状態で入力部にスタート用の信号が送られたときにタイマリレーの動作が始まります。

ツインタイマの種類

タイマリレーにはフリッカ動作の他、オンディレー動作、オフディレー動作、インターバル動作などの動作モードがあります。ツインタイマはこれらの動作のうちでフリッカ動作を行うタイマーリレーの1つです。

タイマリレーの設定がオフスタートの場合はオフ/オン/オフという流れを繰り返し、オンスタートの場合は逆にオン/オフ/オンという動作を繰り返します。ツインタイマではこのオン時間とオフ時間をそれぞれ交互に設定することが可能で、これにより計時部が出力部へと信号を出す、もしくは信号を止めるといった動作を行います。

ツインタイマのその他情報

デジタルタイマにおけるツインタイマの種類

デジタルタイマとは、予め数値で設定した時間が経過することで、スイッチのON/OFFを切り替えることができるタイマです。デジタルタイマにおけるツインタイマの種類は次の4種類です。

フリッカオフスタート、フリッカオンスタートそれぞれに対して電源リセット動作と電源保持動作を持つかどうかで分類しています。

1. toffモード
電源印加中のシグナル入力の立ち上がりで計時を開始し、OFFとONを繰り返すモードです。電源がOFFになるとリセットが発生し、電源以外でもリセット信号の入力や本体のリセットキーでのリセットもできます。

2. tonモード
こちらもシグナル入力の立ち上がりで計時を開始するモードです。ON、OFFを繰り返す点は前述のtoffモードと同じですが、必ずONから始まる点が異なります。

toffモードと同様、電源OFFでリセットが発生するモードです。

3. toff-1モード
toffモードと同じく、電源印加中のシグナル入力の立ち上がりで計時を開始し、OFFとONを繰り返します。

toffモードと異なるのは電源が切れても直前の時間を保持する点です。再度電源を印加した後、シグナル入力がONになると続きから計時開始します。リセットはリセット信号の入力もしくはリセットキー操作で可能です。

4. ton-1モード
toff-1モードにおいてシグナル入力立ち上がり後にONから始まり、ONとOFFを繰り返すモードになります。

参考文献
https://www.fa.omron.co.jp/guide/faq/detail/faq04864.html
https://www.fa.omron.co.jp/guide/technicalguide/19/89/index.html
https://www.fa.omron.co.jp/guide/faq/detail/faq03015.html

パネルPCとは

パネルPCとは、産業用コンピュータに位置付けられる形態で、タッチパネルで操作が可能な薄型のパソコンです。

主な操作がタッチパネルなので、普段パソコンを使用しない人でも直感的に使用することができます。最近では病院、受付、コンビニ、カラオケ店、飲食店など多くの場所で導入されています。

防水性や防塵性が高いモデルも多く、通常のパソコンでは導入が難しかった箇所でも利用可能です。具体的には、厨房や工場など、ほこりや水滴が多い場所で利用されるようになりました。

パネルPCの使用用途

パネルPCは、視認性に優れた表示と簡単な操作性が求められる用途に使用されます。産業用機器の操作パネルとして組み込まれたり、オーダーや予約、生産管理、受付といった場所の端末として利用されたりしています。

コンビニのコピー機やチケット予約などのキオスク端末もパネルPCです。居酒屋やファミレスといった飲食店でも注文にパネルPCが採用され、身近な機器となりました。

パネルPCの導入により、客の注文が即座に厨房のパネルPCに表示されるので、注文をすぐに把握することができます。

パネルPCの原理

パネルPCは、タッチパネルモニターとCPUを一体にすることでスリムな形状を実現したコンピュータです。使用用途に応じて搭載するCPUのスペック等を選択します。また、モニターのはLCD-TFT液晶が多いです。

1. タッチパネル

タッチパネルの方式は、主に抵抗膜アナログ方式や投影型静電容量方式が採用されています。

抵抗膜アナログ方式
抵抗膜アナログ方式は、向かい合う2枚の透明電極が隙間を空けて配置されます。パネルをタッチすると、2枚の透明電極が接触し電流が流れます。接触した位置によって流れる電流が異なることを利用し、タッチした位置を特定します。

非導電性物質でもタッチを検出可能です。また、タッチ面にホコリや水滴が付いてしまう環境にも強いです。なお、マルチタッチには対応できません。

投影型静電容量方式
投影型静電容量方式は、容量結合で電界が発生している電極膜をパネルに貼り付けています。電極膜に導電性の人差し指などが近づくと電極間の容量結合が変化します。

この容量結合の変化からタッチした位置を特定します。スマートフォンなどで広く使われている方式で、マルチタッチが可能です。

2. 防水・防塵

各種のジョイントを小さくして、ゴムやガスケットで密閉することにより、防水・防塵を実現しています。IP65/66/69規格に適合している製品もあります。

パネルPCの種類

パネルPCには、取付方式により以下のような種類があります。

1. パネルマウント

機器のパネルや壁などに取り付けることを前提とした筐体になっています。

2. VESAマウント

VESA規格のネジ穴が用意されていて、VESA規格に対応したスタンドやアームなどを利用して取り付けることができます。

3. オープンフレーム

外側に内部のパーツを保護するフレームがなく、基板やモニターなどがむき出しで提供される形態です。パーツとして機器などの組込に使われます。

4. デスクトップ

自立型の筐体を持つモデルです。

 

その他、パネルマウントやデスクトップにもVESA規格のネジ穴を持つモデルや医療用の電磁妨害に関する国際規格である60601-1-2に適合し、アルコールなどの消毒に耐える仕様になったモデルもあります。

また、熱を逃がしやすいアルミヒートシンクを使用し、ファンレスにした静音タイプのモデルもあります。

パネルPCの選び方

パネルPCを選ぶ際に考慮すべきポイントを説明します。

1. タッチパネルの操作

手袋をしたまま操作する環境では、抵抗膜アナログ方式のタッチパネルを採用したモデルを選択します。

2. 使用環境

ホコリや水滴が付くような環境で使用する場合は防水・防塵姓のあるモデルを選びます。

3. 使用用途

機器組込として利用する場合はパネルマウントもしくはオープンフレーム、自立した端末として利用する場合はVESAマウントもしくはデスクトップにします。

4. 静音性の有無

パネルPCを使用する環境によっては、静音性が必要な場合があります。例えば、病院や図書館などでは、静音性が求められます。このような場合、ファンレスのパネルPCを選ぶようにします。

5. 利用するソフトウェア

パネルPCで動作させるソフトウェアに対応したOSが選択できるモデルを選びます。

参考文献
http://www.fmworld.net/biz/column/Touchpanel_tab/

サーボドライバとは

サーボドライバとは、サーボシステムにおいて、コントローラーで設定した値に従ってサーボモーターを制御するための装置です。

サーボシステムは、高速・精密制御を行うため産業機器に欠かせないモータードライブのシステムのことですが、これを実現するのがサーボドライバといっても過言ではありません。サーボドライバはサーボモーターの負荷トルクに応じた仕事を行うための電力を供給することが主な役割です。

電力変換を行う部分とモーターの状態を検出し、制御演算を行う部分に大きく分けることができます。

サーボドライバの使用用途

サーボドライバは、産業機器から工作機械まで幅広い分野で使用されているサーボシステム内にモーターと対に用いられています。例えば、自動車製造工場の産業用ロボットです。産業用ロボットは、予め決まった動作を正確に繰り返すことが要求され、その目的に沿うための動作を具体化しています。

これを実現するためには、行う動作に必要なモーターの負荷に見合った電力を正確に供給する必要があります。サーボドライバは、モーターの状態を監視しながら、的確な電力を供給し、決められた位置への移動やトルクを実現しています。

他にも半導体製造装置や医療機器など、精密な動作が要求される場面で広範囲に使用されている状況です。

サーボドライバの原理

サーボドライバの原理は、モーターの制御を非常に精密に行うために、回転角度やその速度、電流などのモーターの状態を緻密に、センサーで監視しながら電気的にフィードバックするアンプ動作にあります。そのアンプ動作の実現のためのコントローラー部は、一般にPLC (Programmable Logic Controller) などが用いられ、設定値の設定と情報の送信が行われます。

サーボドライバは、目標の設定値制御に向け必要な電力を供給しますが、より正確な制御を行うためにはサーボモーターの動作が設定値を達成したかどうかをモニタし、適切なフィードバックを行う必要があります。そのため、サーボドライバには通常エンコーダと呼ばれるセンサーが内蔵されています。

エンコーダとは、モーターの角速度や回転数を検出するためにスリットが入った円盤とフォトダイオードが組み込まれています。円盤はモーターのロータと連動して回転するため、スリットを通過する光信号を検出すれば回転数や速度をモニタすることが可能です。

フォトダイオードでこれらの光信号を検出し、電流に変換してアンプ部へフィードバックします。アンプ部は一般にPWM方式が用いられ、交流を直流に変換したのち、任意の周波数に変換することでモーターを駆動しています。このブロックは、コンバータ部と平滑回路部、およびインバータ部の構成です。エンコーダ情報は通常、インバータ部へフィードバックされます。

サーボドライバのその他情報

1. インバータとサーボの違い

モーター制御という意味では、インバータもサーボも同じなのですが、両者はその特徴が大きく異なり、その使用用途も大きくは2分類に区分されます。

インバータ
インバータは、エアコンやエレベータ、エスカレータなど社会インフラや、産業機器、家電品にいたるまで幅広い分野で用いられています。特徴は、モーターの速度を制御し滑らかに安定化させて動かしたい用途向けであり、特に定期的に連続動作を低消費電力で実施したい場合にその強みが発揮可能です。

サーボ
サーボは速度制御を緻密に調整可能であるため、高い精度が特徴です。機械の動作の位置に関する制御を高速かつ高精度に行いたい場合に、サーボが選定されます。

2. サーボドライバのフィードバック制御

エンコーダからのセンサー情報をもとにクローズドループ制御が通常用いられるサーボドライバですが、実際にはワークの収縮や軸間毎のズレなどにより、フィードバック制御を用いても所望の動作からのズレが発生する可能性があります。このために、各種の位相補正機能が用意されているサーボドライバが存在します。

また、制御のタイミングによっては立ち上がりや立ち下がりの時間において、必要な回転数や位相角に到達するまでの時間を短縮し、通常動作時には一定の回転数を確保するといった角速度の微調整が重要なアプリケーションも実在します。

参考文献
https://www.fujielectric.co.jp/products/column/servo/servo_01.html
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jrsj1983/25/7/25_7_1036/_pdf

CT検査装置とは

CT検査装置とは、検査対象に光を照射し、透過した光を検出することで検査対象の断面を観察および検査する装置です。

CTとは「computed tomography」の略で、コンピュータによる断層撮影のことを指します。CT検査装置においては、物体を透過する能力が高いX線がよく使用されています。

CT検査装置の使用用途

CT検査装置は主に医療分野の検査装置、工業分野で非破壊検査装置として用いられています。CT検査装置を医療用として使用する具体例としては、がんなどの腫瘍を見つけるための検査が代表的です。

一方、工業分野では、CT検査装置により製品の内部構造を検出して配線の内部寸法の測定や鍛造製品の内部の解析、誤差の測定、繊維の配列の検出などをする検査が代表的です。

医療分野で使用する場合は、人体に過剰な被ばくを与えないようX線の出力を抑える必要があります。しかし、工業用の用途で用いる場合はX線の出力を上げても問題がなく、医療用に比べてより高精度な情報を入手できます。

CT検査装置の原理

CT検査装置では、検査対象にX線を照射し、検査対象を透過したX線の強さを検出してその強さをコントラストとして表現して画像を作成しています。このため、CT検査装置はX線の照射装置、検出器、および検出したデータを画像に変換する画像処理装置で構成されています。

原理はレントゲンに近く、物質ごとにX線の吸収率 (X線吸収係数) が異なることから、X線を検査対象に照射すると物質に応じて異なる透過率で透過します。

このため、CT検査装置では検査対象における部位ごとに異なる透過線量を検出します。透過線量の強さをコントラストとして表現する画像処理をし、画像を作成するのが大まかな原理です。例えば人体であれば、血管や骨、臓器によってX線の透過率が違うため、それぞれを見分けることができます。

CT検査装置の構造

CT検査装置はX線を対象物に照射し、透過するX線を検出しており、X線の照射装置、検査対象載置部、検出器、検出したデータを画像に変換する画像処理装置が主な構成です。3次元的な画像を得るために、検査対象に対して様々な方向からX線を照射する必要があります。

医療用CT検査装置と工業用CT検査装置では、照射装置と検出器よりなる検出手段と検査対象載置部の関係が異なります。

1. 医療用CT検査装置

医療用CT検査装置では、検査対象は人間や動物です。このため、CT検査装置はドーナツ状のガントリと呼ばれる装置中央の穴部内に、検査対象である人間や動物を載置するベッドが配される構造です。ドーナツ状のガントリの中には、X線照射装置 (X線管) と検出器が相対向した状態で配されています。

X線照射装置と検出器は相対向した状態で、検査対象の周りを回転しながらX線照射と透過光量の検出 (スキャン) をおこない、多方向からのデータを収集します。また、ベッドをガントリの回転軸方向に移動させることで、検査対象の異なる箇所の検査が可能です。

2. 工業用CT検査装置

工業用CT検査装置は、検査対象が物品であることから、X線照射装置と検出器は固定されており、検査対象を載置するステージが回転する構造です。工業用CT検査装置においては、X線照射装置と検出器を水平方向で対向させている横照射型CT検査装置と、垂直方向で対向させている縦照射型CT検査装置があります。

縦照射型CT検査装置は横照射型CT検査装置よりも高さが必要ですが、横照射型CT検査装置よりも設置に必要な場所が狭くて済むというメリットがあります。一方の横照射型CT検査装置は、検査対象を載置するステージは水平方向に設置されることとなり、重量の大きな検査対象の載置や回動が容易なことがメリットです。

また、工業用CT検査装置においては、装置にX線漏洩キャビネットを備え、X線を装置内部に閉じ込めることができ、医療用CT検査装置のような大掛かりな場所は必要ありません。

CT検査装置のその他情報

空港手荷物用CT検査装置

空港の手荷物検査には従来X線検査装置が使用されています。近年の空港では、手荷物の多様化や旅行客の増加への対応、テロ対策の必要性の向上が大きな課題です。そこで、X線検査装置よりも解析度が高く検査時間も短いCT検査装置が導入されています。

空港手荷物用CT検査装置は、X線照射機器は荷物が載置されるベルトコンベアの下、検出器は上側に設置した構造です。ベルトコンベアにより、連続的に流れてくる荷物を連続的に検査可能としています。

参考文献
https://www.matsusada.co.jp/column/xxct1.html
https://jp.medical.canon/general/CT_construction
https://www.ct-tekijyuku.net/basic/equipment/equipment001.html
https://jp.medical.canon/general/What_is_CT

GPIBとは

GPIB (General Purpose Interface Bus) とは、情報機器間の信号のやり取り (いわゆるインターフェイス) 手段としての通信規格の一つのことです。

GPIBケーブルは計測器の制御用のPCと計測器間の接続に、しばしば使われています。GPIBの発端は1960年代に考案されたヒューレットパッカード (HP) 社の社内規格で、その後USA電気電子学会IEEEに1975年に承認され、現在はIEEE488及びIEEE488.2という国際標準規格です。

計測器の多くは、このGPIBによる情報のやり取り手段を標準で搭載し、PCと他の情報機器を使用した計測システムなど、あらゆる機器との通信において汎用的に使用されています。PC側にGPIBインターフェイスが一つあれば、通信速度の異なる機器でもPCを含め最大15台まで接続することが可能です。ただし、この場合全体の通信速度は速度がもっとも遅い機器に依存します。

GPIBの使用用途

GPIBは、PC (パソコン) でのソフトウエア制御で動作可能な計測機器に接続し自動制御を行い評価するために、従来の機種を中心に広範囲に使用されています。

GPIBは耐ノイズ性に優れ、信頼性の高い通信が可能です。製品の特性評価で基準となる電気的特性を評価することを目的として、 (厳密な制御を必要とする) 測定機器によく採用されています。例えば、電気化学計測や、表面処理技術などではファンクションジェネレータとエレクトロメータを組み合わせて電位や電流の計測を行います。

低価格帯の測定機器ではシリアル通信のRS-232Cが搭載されていることが多いですが、ハイエンドの機器では信頼性が高く高速通信が可能なGPIBが採用されているケースが多いです。

GPIBの原理

GPIBの原理は、その利便性確保のために、複数の機器をスター接続ないしはデイジーチェーン接続し、ケーブルを接続するだけで、ノイズ耐性に優れた測定器の相互間での高速な通信制御が可能な点にあります。例えば、他の通信規格であるRS-232Cでは、別途インターフェイスを設けるかスイッチングハブのようなものを用意する必要があります。

これを実現しているのは、GPIBの特殊なコネクタ形状です。プラグとレセプタクルが一体になった構造をしており、8本のデータバスと5本の管理バス、3本のハンドシェイクバスからなる16本の信号線で構成されています。GPIBを介して接続された機器の中でデータを発信する機器を「トーカー」と、受信する機器を「リスナー」と呼びます。

一台の機器がトーカーとリスナーの役割を両方担うことはできますが、同時にはできません。この場合、送信と受信を交互に切り替えることで通信が行われます。このようなトーカーとリスナーを指定する役割を持った機器のことをコントローラーと呼び、一般的にはパソコンがこの役割を担います。コントローラーとのデータやコマンドのやり取りはASCII形式で行われます。

その中でGPIBボードが果たす役割は、GPIBのバス通信線上で機器同士のデータ衝突を防ぐ機能です。この役割において、データを送信できるデバイスを１台だけに制限して実用化したのがGPIBボードコントローラであり、常に決まったルーチン動作を行っています。

GPIBのその他情報

1. LANやUSBとの比較

昨今はLANやUSBといった通信規格においても、測定器の制御が実施できるような新機種が増えています。特にLANでは、GPIBの制限である、最大15台の通信接続台数や4mという測定器間の距離の制限はなく、例えば異なる拠点間のリモート接続での測定評価やオンライン勤務での自宅から実験室へLAN接続し、測定評価することも実施可能です。

一方USBではハブの併用で最大127台の接続が実施できますが、接続に関しては最も簡便であり、IPアドレスなどの通信に関する知識がなくても、USBケーブルを接続するだけで通信制御が可能になる利便性が魅力です。とはいえ、LANもUSBも測定器業界では比較的新しい機種での対応が主になっているので、従来の測定器では未対応のものもあり、評価したい項目と機種によって使い分ける必要があります。

通信速度はUSB2.0やLANの高速バスが優れますが、一般に測定器の測定とデータ処理に要する処理速度の方が速度を律束する場合が多いです。特に、データ量が多いスペクトラムアナライザなどでの変調波形の処理などは、バスの速度の有意差が顕著になってきます。

2. IEEE488とIEEE488.2

IEEE488.2はIEEE488を包括する上位規格です。IEEE488では、コマンド (指令) やデータのフォーマット、クエリ (問い合わせ) などの規定はなく、基本的な通信プロトコルや電気的、機械的な通信インターフェイスの仕様のみの規定でした。

IEEE488.2は、IEEE488の上位規格として、コマンドやデータフォーマットなどの規定もなされており、より測定器や情報機器間の通信規格の色合いを濃くしたものになっています。

参考文献
https://www.jstage.jst.go.jp/article/sfj1970/34/12/34_12_474/_pdf
http://www.interface.co.jp/download/tutorial/tut0041_14.pdf
http://www.aim-ele.co.jp/products/gpib/
https://www.contec.com/jp/support/basic-knowledge/daq-control/gpib-communication/

接触式変位センサーとは

接触式変位センサーとは、センサー先端に何かしらの物が当たった状態で、その辺り具合を距離などの情報として知ることができるセンサーです。

物理的に摺動する範囲の距離を測定することができます。類似のものとして、旋盤加工工場などでよく見かけるダイヤルゲージが挙げられます。これは回転式のメーターに指針が付いたような形状をした測定器具で、ダイヤルゲージがメーターの針を目視で読み取ります。

それに対して、接触式変位センサーは電気的な情報として取り込むことが可能で、測定器やFA制御のセンサーなどに使用できる部品です。また、似たような性質を持つセンサーにレーザーや超音波を使って測長ができる測定素子などがあります。測長センサーは得られる値が絶対値であるのに対して、接触式変位センサーは得られる結果が相対的な距離である点に大きな違いがあります。

接触式変位センサーの使用用途

接触式変位センサーは、表面の歪みや祖度や加工の良否などの判定要素として、情報を取り入れる目的で使用されます。非測定体の有無や形状をμｍ単位の高い精度で測定する用途に適している部品です。

1. 有無を検知する用途

測定対象が接触式変位センサーに接触すると、接触部の距離が解放状態の距離から変化します。そのため、この変化を捉えることで測定対象が既定の位置にあるか、ないかの判定材料を知ることができます。

2. 変化量を検知する用途

例えば、切削で平らに加工した表面の面粗度を測定する場合などは、測定対象が接触式変位センサーに接触すると、接触部の距離が解放状態の距離から変化して一定の値を示しますが、この値を０点として置き替えます。その状態から測定対象を水平にスライドさせることで、加工面に凹凸があったり歪があったりすると、接触式変位センサーの接触部分が振れて、その振れ分の値が変化量として取り込み、面粗度として計測できるようになります。

上記のように、ある任意の基準点から「どれだけ変化したのか？」をμｍ単位の高い精度で測定することが可能です。

3. 微分検知としての用途

例えば、対象物が比較的厚みが不均一で長い形状で、傷や段差などを検出したいような場合があります。そのとき、対象物を長手方向に移動させながら対象物の厚みなどを測定しますが、対象物の厚みが不均一であれば測長で閾値を持たせて判別するような方法は使えません。

そこで、微分検出することで段差を測定する手法が採用されます。接触式変位センサーは、相対値として値を得られるため、このような処理に向いています。

接触式変位センサーの原理

1. LVDT方式

LVDT方式は、センサー内部に作動トランスが内蔵されていて、接触式変位センサーの接触部の物理的な変化を作動トランスのコアに連動することで、トランスのインダクタンスを変動させます。電気信号として、接触部の変化を取り出すものです。

接触式変位センサーの接触部は作動トランスのコアに連結されていて、コアが動くことでその周囲に配置されたコイルのインダクタンスが変化する仕組みになっています。

2. スケール方式

スケール方式は別名、パルスカウント方式とも呼ばれます。スケール方式はさらに、磁気を利用した磁気型パルスカウント方式、光を利用した光パルスカウント方式の2種類に分類できます。

磁気型パルスカウント方式では、作業現場の塵や、埃などの環境に左右されず計測を行える点がメリットです。また、現場の温度等も気にせず作業を行えます。

接触式変位センサーのその他情報

接触式変位センサーの長所・短所

1. LVDT方式

• 長所:測定値が飛ばない。
• 短所:コイル内の鉄心の位置によって磁界が安定しないことがある。

2. スケール方式

• 長所:作業現場や環境に左右されづらい。
• 短所:接触子が急に移動した場合、正しく反応できない場合がある。 (測定値が飛ぶ可能性がある)