50mm間隔のポールを10μの精度で計測するため…

質問

50mm間隔のポールを10μの精度で計測するための方法

長さ400mm　直径20mm上に長さ10mm幅3mmの8本のポールが1列に立っています。
そのポールの間隔を非接触　接触どちらでもいいのですが計測精度１０μ単位で計りたいと思っています。
そこで当方では、発光受光部持ったセンサーでポールがセンサーの光をさえぎった点を感知させて、且つ1軸のステッピングモーターでこのセンサーを動かして、モーターの動いた距離でこのポール間の長さを計ろうとしましたが

１、ポールの端端の距離（50mmぐらい）を計測したいのですが、センサーのスポット径が大きく（普通1mmぐらいでしょうか）1mmの誤差がでるのでは
ないかと思うのですが、どのように皆さんは使っておられるか教えてください。私はこのような形でセンサーを使ったことがありません。
　一般的な位置検出方法でもよいようにも思うのですが、経験がなく困っています。
２、センサーの信号をもらって、そのときのモーターの位置を検出し、
ポール間の間隔に変換するにはどのようにものを使ええばいいか
お教えください。
　　以上よろしくお願いします
　　　　　　　　　　　　　　　　　以上

回答No.4

noname#230359 · ベストアンサー

今までのやり取りの経緯を見て、私なりのアドバイスをします。

当初、光学系を利用した自動計測機を考えていました。しかし、みっちゃん様の期待と課題から、私の経験から半自動機として次のような装置を提案をしたい、と思います。人の手を介在させると、簡単な構成で測定することが可能です。（これは
私の勤める会社の事業所の設備の流用で、サブミクロンオーダの測定ができます）

（構成）
・エンコーダ搭載したX-Yステージ　　
・パルスカウンタ　　　　　　　　　　
・ＣＣＤカメラ（アナログ式、白黒）とレンズ（ＣＣＤカメラに取り付け可能なもの）　　　　　　　　　　　　　　　　
・モニタ（ＴＶ信号入力可能なもの）
・面発光式ＬＥＤ（または蛍光灯で白濁色のアクリル板に照射してもよい）
・（必要なならば）Ｚステージ

（仕様）
Ｘ－Ｙステージに取り付けられたＣＣＤカメラからの映像を見ながら、測定対象とするポールを位置決めし、２つのポール間の距離をパルスカウント値から算出する装置。照明はポールを挟んで、ＣＣＤカメラと対向に配置されているので、ポールの投影像像のエッジを測定部分とする。レンズの倍率を変えることで、モニタに映し出される画像の大きさを変えることはできるので、モニタの表面にマジックなどで、線を書き、そこにポールの投影像のエッジを合わせるようにする。

説明がうまくないのですが、このような測定機はどうでしょうか？

自動化装置も考えましたが、画像処理が必要で、ソフトウェアの設計工数、専用デバイス、機器の導入で、ターゲットコストを上回る可能性が大です。

お礼

有り難うございました
以前の勤め先でＣＣＤカメラをつくる生産技術を担当していました
いわれてみればその通りで映像で拡大しエンコーダーのパルスカウントで計測するのは
簡単で、全く気がつききませんでした
その線で再度考えみます
いろいろお忙しいなか、お考え頂きありがとうございました。

回答No.3

noname#230359

精度ぼ良いボールネジと減速機の軸に減速後なら高分解能エンコーダーをネジ軸に直接取り付ける減速前なら、それなりのエンコーダーを取り付けてプリスケール換算すれば表示上は小数点以下の桁変更可能です。

または。直線のエンコーダー（デジタルノギスのような物を）を直接軌道上に取り付けてセンサーONまたはOFFをトリガーにして記録測定すれば可能です。

ファイバーセンサーやスリットなどで光を絞り、センサーの閾値をぎりぎり（ちなみにアナログセンサーでは無理です）に調整すれば誤差もほとんど出ません。
しかし光学式の場合、ワーク表面反射による問題が発生すると思いますので、反射率を一定にするか、他の対策も必要です。
（無理な場合、レーザー式にするとかの考慮は必要かもしれませんね。）

あと、どうしても振動が出る場合は、対策としてモーターを使わなければ回避できます。（エアハイドロなど）
または、ワークを動かす方法もありますよ。

予算的にはぎりぎりですね。（レーザーを使うと無理かも・・・）

ちなみに、自動計測ですよね？
手動で良ければもっと簡単な方法も考えられますが・・・

出来ますので、がんばってください。

間隔と累積誤差のどちらをメインに測りたいのですか？
基準位置などの設定もありますか？

お礼

専門家の立場からのアドバイスを有り難うございます。
ポールのメッキが銀なのでやはり反射率が問題かと思います。
アドバイスを参考にメーカーから借りれるものは借りて検討してみます
さてアドバイスの中で手動ならもっと簡単な方法があるとおっしゃられていましたが、どのような方法でしょうか。できればお教え頂けると非常に助かります。
小いさな会社なもので、予算的には苦しいところなのです。
よろしくお願いします。

回答No.2

noname#230359

再確認ですが、ポールと円筒形との位置関係がよく理解できません。
差し障りのない程度で、教えて頂けますか？

２）ポールは直径20ｍｍの円筒形の側面に立てられているのですか？
　　　円筒形の外周にたてられており、円筒形の縦方向に対してポールが一列に並んでいます。

ポールがφ３ｍｍですと、隙間なく、８本を一直線に並べると２４ｍｍとなり、直径φ２０ｍｍの円筒形にどう配置されるのか、理解できません。

多分、私の質問の仕方が悪い、と思いますが、外周というのは、円筒形の４００ｍｍの長手面という理解で良いのでしょうか？

お礼

お忙しい中有り難うございます
ご質問の件
「ポールがφ３ｍｍですと、隙間なく、８本を一直線に並べると２４ｍｍとなり、直径φ２０ｍｍの円筒形にどう配置されるのか、理解できません。」
これは円周上に並べている状態かと思います。円周上ではなく、円筒の長手方向つまり、φ20mmで長さ400mmの場合ではこの400mmの方向に８本が一直線に並んでいます。
私の説明方法がわるいので申し訳ありません。
お時間を取らせて恐縮です。
本当に有り難うございます。

回答No.1

noname#230359

より適確にアドバイスをするために、より詳細な情報があれば、嬉しいです。

１．ポールの形状、材質、表面の状態を教えてください。
２．ポールは直径20ｍｍの円筒形の側面に立てられているのですか？
３．ポールの直径の公差、円筒形に対する垂直度のおおよその数字
４．センサの送り速度、保持方法、構成など
５．測定装置に投入できるコスト
６．測定時間（タクトタイム、サイクルタイム）

確かに質問の方法では、正確に測定することは難しいと思います。ビームのスポット径の大きさ、受光部の配置方法など、問題点は多いと思いますが、光を使う考え方は、基本的に正しいと思います。更に、オープンループのステッピングモータで構成される送り機構が、測定開始から測定停止までの期間、サブミクロンオーダの等速直線運動が実現できているかというと、ガイドの直線度、振動を考えると、１０μｍの精度を保証することは困難だと考えています。

お礼

ばむちゃん様
お礼がおくれて申し訳ありませんでした。
すぐお礼の返事を出したのですが、自宅のパソコンが調子悪く
not　ｆｏｕｎｄ　になってしまい後れ、ませんでした。
本日から会社ですので、会社から送らせていただきます。

アドバイスとても参考になりました。
アドバイスを受けて以下のように考えました。
１、X軸のステッピングモーターを使用するにあたり、モーターを外部制御で止まらせるのは１μ単位で
　　　　可能でしょうが、動作しているときに計測した値は振動で１０μ単位の計測は難しいと思います。
　　　　従ってこの構想はあきらめようかと考えています。
２、代わりの計測方法としてメカ的に計ろうかと考えています。
　　　　ミツトヨのレバーヘッドとハイトゲージを組み合わせて計測しようか考え直しています。
３、ただ、貴兄の経験でまだ可能性があるというのであれば再度アドバイスを頂けないでしょうか
　　　以下仕様です。
　　　　１）．ポールの形状、材質、表面の状態を教えてください。
　　　　　　　　ポールの形状はφ３mmの円柱です。材質は面荒さRa　0.4の銅、ニッケル、亜鉛の合金です。
　　　　２）．ポールは直径20ｍｍの円筒形の側面に立てられているのですか？
　　　　　　　　円筒形の外周にたてられており、円筒形の縦方向に対してポールが一列に並んでいます。
　　　　３）．ポールの直径の公差、円筒形に対する垂直度のおおよその数字
　　　　　　　　ポール直径公差　±0.01mm　
　　　　　　　　垂直度は計ったことがなく、実はこれが問題かなとも思っています。
　　　　４）．センサの送り速度、保持方法、構成など
　　　　　　　　送り速度は計画段階のためまだ決めていませんでした。
　　　　５）．測定装置に投入できるコスト
　　　　　　　　コストは80万円までを考えています。
　　　　　　　　センサー　3万　　　メカ40万　　シーケンサ　20万　　予備費10万
　　　　　　　　メカは自分で設計します　　　
　　　　６）．測定時間（タクトタイム、サイクルタイム）
　　　　　　　　１日に１００本ぐらいの計測なのでmax２分以内を考えています。

　　　　　　以上　いろいろありがとうございます。よろしくお願いします