50mm間隔のポールを10μの精度で計測するため…

Question

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

Accepted Answer

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。

Answer

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？

Answer

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？

Answer

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。

50mm間隔のポールを10μの精度で計測する方法