リニアゲージ – metoree本番管理

リニアゲージとは

リニアゲージとは、測定対象の変位量を測定するための装置です。

軸の回転数の測定や一定方向に駆動する装置の変位量を光学的に測定します。測定対象に取り付ける移動型のスリットと2つの固定スリット、スリットの波形をパルス波としてカウントする機械で構成されています。

測定対象の移動力をパルス波として認識し、その波数だけ測定対象がどの程度移動したかを測定することが可能です。測定精度は、スリットの間隔に依存します。

リニアゲージは、主に工作機械の制御のためのセンサとして使用されます。使用業界は、自動車から家電、機械部品、物流、実験などです。

選定の際には、精度や使用環境、取り付けが可能かを考慮する必要があります。

旋盤装置やフライス盤などの工作機械では、軸の回転数測定でリニアゲージを使用します。また、旋盤やボール盤、フライス盤などの工作機械で刃物やドリルの移動量測定でも使用します。

自動車のボディやドアに一定の荷重を徐々に加え、その際の測定点の変位を多チャンネルのリニアゲージで測定します。荷重と変位の関係からボディの強度を算出可能です。

測定対象が移動した際、光源から発せられた光が2つの固定スリットを通過し、移動スリットに到達します。

その移動スリットを通過した光が受光素子に到達し、その波形を測定します。その際、固定スリットから出た光がどの程度ずれているかを測定することで、移動スリットの移動量が計算可能です。移動スリットの移動量を基にして、測定対象の変位量が算出できます。

移動スリットが固定スリットに対して移動すると、固定スリットを通った光は明暗を繰り返します。このとき、同じ周期で90°の位相差を持つ2つの方形波信号が出力され、その位相の進みもしくは遅れを見ることで方向の算出が可能です。

リニアゲージは、スリットなどを用いて光の波形の変化量を検出するための検出部と、光の波形からパルス波に変形してその数をカウントするカウント部から構成されています。

検出部は、光源、位相が1/4ピッチずれている2つの固定スリット、測定対象に取り付ける移動型のスリットの構成です。2つの固定スリットが1/4ピッチずれていることで、移動スリットの移動方向の判別が可能になっています。

検出部からの出力信号は1ピッチは4um (1um分解能タイプ) または40um (10um分解能タイプ) の2種類あります。

カウント部では、受光素子とカウンタで構成されています。検出部から受け取る信号はカウント部で4逓倍するため、1ピッチの1/4の測定分解能 (1umまたは10um) が得られます。

指示精度とは、リニアゲージが持つ測定誤差のことです。決められた測定値ごとに誤差を測定し、移動スリット移動全長で見た時にプラス方向の測定誤差とマイナス方向の測定誤差の和が指示精度になります。

分解能10umのリニアゲージセンサの指示精度が3umと分解能以下の精度となることがありますが、これは精度測定を基準となる変位計との比較で行うためです。

前述の精度測定は特定の温度で実施しています。メーカー実施の精度測定以外の温度での指示精度は、次の方法で算出可能です。

検出部にガラススケールを使用しており、精度測定実施時の温度におけるガラススケールの線膨張係数を使用します。このときの線膨張係数を基に、実際に測定する温度とストローク量から測定温度での指示精度が算出可能です。

参考文献
https://www.onosokki.co.jp/HP-WK/whats_new/catalogs/selection/old/lineargage_16.pdf
https://www.onosokki.co.jp/HP-WK/products/category/gage2.htm