CNC向けレーザ・光学測定システム

CNC工程における測定の位置づけ

CNC環境におけるレーザおよび光学測定は、3つの異なるプロセス段階に対応します。

加工前測定は基準を確立します：切削開始前に、加工物の形状、治具位置、工具パラメータが検証されます。これにより段取りの誤りが排除され、正確な基準データに対して加工プログラムが実行されることが保証されます。

工程内測定は、機械加工中の部品を監視します。加工領域内に配置されたセンサが、各工程間の寸法データを捉え、次の加工パスの前にコントローラが偏差を補償できるようにします。これは、連続するセットアップにわたって小さな誤差が累積するリスクが知られている、複雑な部品の多工程作業において特に有用です。

加工後測定は、完成部品が治具に固定されたまま最終的な寸法検証を行います。CMMや手動検査へ移る前に、機械上で部品を合格または不合格と判定することで、サイクルタイムを短縮し、偏差が検出された場合に即座に是正措置を可能にします。

測定技術

RiftekのCNC測定システムは、レーザ三角測距、2Dレーザスキャニング、3Dレーザスキャニング、光学式マイクロメータ技術に基づいており、特定の測定タスクに応じて選定・構成されます。

レーザ三角測距センサは、高精度かつ高速な応答で点距離または変位を測定します。範囲は2mmから2.5mまで、測定誤差は±1µmまで、サンプリング周波数は最大160kHzです。スピンドル、クロススライド、または機械筐体内の固定ブラケットに取り付けることで、表面位置、部品高さ、段差形状、プロファイル偏差を非接触で捕捉します。ブルーレーザおよびIRレーザの両バージョンが用意されており、これらのセンサはマシニングセンタ、研削盤、旋盤の作業領域内への統合に適しています。

2Dレーザスキャナは、10 mmから1010 mmの範囲にわたり、直線性0.01% F.S.、最大16,000プロファイル/秒のサンプリングレートで、単一の測定パスで完全な断面プロファイルを取得します。レーザラインが表面に投影され、反射したプロファイルが高分解能検出器によって記録され、測定ゾーン全体にわたって完全な形状データ（直径、真円度、輪郭形状、表面性状）が同時に得られます。表面材料および反射率の要件に応じて、ブルーレーザおよびIRレーザ版が利用可能です。

3Dレーザスキャニングシステムは、2Dプロファイリングを完全な三次元測定にまで拡張します。対象物形状全体にわたる複数のプロファイル取得を組み合わせることにより、部品表面の完全な3Dモデルが再構築されます。これにより、点測定や線測定だけでは捉えられない形状偏差、表面欠陥、複雑な幾何学的特徴の検出が可能になります。CNCの分野では、3Dスキャニングは、CAD公称値に対する全面比較が必要となる複雑な加工部品（サスペンションアーム、軸、鍛造・鋳造部品）の検証に特に効果的です。

ワイヤレス内径測定センサは、機械スピンドル内で直接、非接触の内径測定を行い、物理的なケーブル接続なしでデータを送信します。これにより、加工サイクル内での穴径測定が可能になり、結果は即座の補正のためにCNCコントローラに提供されます。本システムは内径の楕円度を測定し、中ぐりおよびリーマ加工のクローズドループ補正をサポートします。

アブソリュート直線位置センサは、機械構造内での変位・位置測定に対する代替アプローチを提供し、範囲は3～55 mm、分解能は0.1 µmまでです。そのアブソリュート測定原理により電源投入後の原点復帰が不要となり、精密位置決めステージや工具設定システムへの統合において信頼性が高まります。

光学式マイクロメータ（1Dおよび2Dの両方）は、影投影方式により外径、幅、隙間、エッジ位置を測定します。1D光学式マイクロメータは、5 mmから100 mmの範囲をカバーし、測定誤差±0.3 µm、サンプリングレート最大10,000 Hzです。2D光学式マイクロメータは、これを拡張して、8×10 mmから60×80 mmの範囲にわたり、複数個を一括してインラインで寸法測定でき、精度±0.5 µm、積分時間15 µs未満を実現します。これらは、生産速度で回転または移動する部品の連続的な非接触測定に適しています。

工具の測定と検証

正確な工具測定は、CNC生産における寸法の一貫性の前提条件です。工具の長さ、直径、振れ、切れ刃の健全性は、機械加工面の形状に直接影響します。手動での工具設定はオペレータによるばらつきをもたらし、機械の稼働時間を消費します。

レーザ式工具測定システムはこのプロセスを自動化します。機械の作業領域に配置されたレーザビームが回転する工具によって遮られ、コントローラがその遮断パターンから工具長と直径を算出し、オフセットを自動的に更新します。これにより手入力が不要となり、段取り時間が短縮され、工具の摩耗や破損が次の部品に影響する前に検出されることが保証されます。

CNCコントローラとの統合

Riftekの測定システムは、主要メーカーのCNCコントローラとの直接統合をサポートします。データは標準インターフェース — デジタルI/O、RS-232/485、Ethernet、アナログ出力 — を介して伝送され、工具オフセットの更新、工程補正のトリガ、またはオペレータが確認するための公差外状態のフラグ付けに使用できます。

システムは自動化された生産環境に対応し、測定結果が人手を介さずに加工パラメータへ反映されるクローズドループのプロセス制御をサポートします。これは、変化する部品プログラムと工具構成にわたって安定した寸法精度を維持する必要がある、無人運転および多品種少量生産において特に有効です。

すべてのシステムは、CNC機械の筐体内部で確実に動作するように設計されています：クーラントの侵入に対して密閉され、切粉や振動に耐え、生産加工環境に典型的な温度範囲にわたって安定しています。

用途および業界

Riftekのレーザおよび光学式CNC測定システムは、精密機械加工、自動車・航空宇宙部品製造、医療機器製造、金型製作、一般金属加工で使用されます。測定作業には、中ぐり・旋削加工された部位の直径測定、フライス加工面のプロファイル検証、工具長・振れ測定、ドリル・リーマ加工後の内径測定、複雑な機械加工部品の公称形状に対する3D表面比較、治具検証・部品位置合わせ用の表面位置測定が含まれます。

RiftekのCNC測定ソリューション

Riftekは、個々の検知素子から、取付ハードウェア・配線・コントローラインターフェースソフトウェアを備えた完全な統合ソリューションまで、CNC測定システムを自社で設計・製造しています。システムは特定の機械タイプ、部品形状、プロセス要件に合わせて構成可能であり、仕様策定段階でアプリケーションエンジニアリングのサポートを受けられます。

光電子計測機器における30年以上の経験と70か国以上にわたる導入実績を有するRiftekは、CNC加工プロセス全体を通じて一貫した寸法管理を実現する測定技術を提供します。お客様の用途に適した構成を決定するため、当社のエンジニアにお問い合わせください。