- 内径の真円度の非接触測定
- 異なる直径の2つの貫通穴を有する対象物の非接触測定
- 精度 最大±0.005 µm；
- 分解能 6400点/回転。
- 小径穴の高精度自動測定
- ラミネートチューブの内径・外径、長さ、フォイル厚さ、溶接部幅の非接触測定。
CNCマシニングセンタは、数ミクロンの偏差で部品が検査に合格するか不良品となるかが決まる公差で稼働します。熱ドリフト、工具摩耗、スピンドル振れ、治具のばらつきを考慮しつつ、生産シフト全体にわたってこのレベルの精度を維持するには、定期的な手作業によるチェックだけでは不十分です。加工プロセスに直接統合された測定が求められます。
Riftekは、CNC機器との統合を目的として設計されたレーザおよび光学測定システムを開発しています。作業領域内に取り付けられる個々のセンサから、寸法データをリアルタイムで機械コントローラにフィードバックする完全なインライン測定ステーションまで対応します。
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。
FAQ
CNC用途でのレーザ測定は、測定対象に応じて2つの異なる原理に基づきます。レーザ三角測距センサは、センサから表面上の一点までの距離を測定します。レーザスポットを対象物に投射し、表面が近づいたり遠ざかったりすると内部検出器上の反射位置が変化し、センサがそれを変位または高さの値に変換します。このため、三角測距方式は、CNC治具に取り付けられたワークピースなど、センサに対して固定された部品の表面位置、段差高さ、プロファイル偏差の測定に適しています。
光学式マイクロメータは異なる方式で動作します。部品がコリメートされた光ビームを通過し、センサは反対側のリニア検出器アレイに部品が投影する影を測定します。この影投影原理は、単一の表面点までの距離ではなく、対象物の外形寸法—直径、幅、隙間—を直接測定します。そのため、スピンドルから出てくる旋削軸の外径確認など、回転または移動する部品の測定には光学式マイクロメータがより適しています。
要するに、三角測距方式は表面がセンサからどれだけ離れているかを示し、光学式マイクロメータは対象物そのものの幅や厚さを示します。選択は、課題が位置測定なのか寸法測定なのかによって決まります。
後付けは一般に可能です。これらのシステムは、機械の初期段階から組み込まなければならないものではなく、取付金具と標準インターフェースを備えた検出要素として供給されるためです。主な制約は作業範囲内の物理的スペースです。クロススライドまたは固定ブラケットに取り付けるセンサは、工具経路に干渉せず既存の工具レイアウトに追加できるクリアランスが必要です。一方、スピンドル取付型またはワイヤレス穴径センサでは、対応する寸法のスピンドルまたはボーリングバーが必要です。制御面では、統合は既存のCNCコントローラが対応するインターフェース—デジタルI/O、RS-232/485、Ethernet、アナログ出力—によって決まります。これにより、コントローラが測定データを直接読み取れるか、中間PLCが必要かが決まるためです。密閉型でクーラント耐性のある筐体と空きインターフェース容量を備えた機械は通常、後付けが容易な候補です。一方、古い機械や完全に独自仕様の制御アーキテクチャでは、具体的な構成を確定する前にアプリケーションエンジニアリングによる確認が必要です。
どちらの方法も同じレーザスキャン原理に基づいていますが、CNC機械上で確認する内容が異なります。2Dレーザスキャナは、部品に1本のレーザラインを投射し、1回の通過で完全な断面プロファイルを取得します—部品のその1断面における直径、真円度、輪郭形状を、最大16,000プロファイル/秒のレートで取得します。これにより、部品全体のモデルを必要とせず、穴加工または旋削された形状部の真円度確認など、特定断面を公差に対して確認する用途に適しています。3Dレーザスキャンは、部品形状全体にわたって多数のプロファイル取得を組み合わせ、完全な表面モデルを再構築することでこれを拡張します。1つの断面を確認するのではなく、CAD公称値と直接比較できる完全な3D表現を生成します。そのため、サスペンションアーム、軸、鍛造・鋳造部品などの複雑な機械加工部品で、単一のプロファイル断面では見落とされる部位の形状偏差や表面欠陥を検出するために必要となります。