接触式変位センサ / LVDT

接触式変位センサ / LVDTのメリット1：「値飛び」「原点忘れ」に強い

接触式変位センサ/LVDTは、コンパクトなセンサヘッドで「値飛び」「原点忘れ」に強いという特長があります。かつては温度変化やアンプとヘッドの組み合わせによる誤差などがありましたが、近年ではこれらの課題は解決されています。

接触式変位センサ / LVDTのメリット2：耐水の保護構造規格をクリアした高い堅牢性

厳しい環境に強い保護構造になっています。各部が完全にシーリングされているため水・粉塵の中でも使えます。これにより、製造装置周辺のタフな環境の中でも正確な測定が可能です。

接触式変位センサ / LVDTのメリット3：主要ネットワークに対応し各社のPLC・PCと通信可能

接触式変位センサ/LVDTは、主要フィールドネットワークに対応しており、パソコンやPLCに接続できます。多くのセンサを1度に設定したり、多くのセンサが測定した結果を収集することができます。

接触式変位センサ / LVDTの業界別導入事例

ギアの組み付け精度確認・クリアランス測定

ギヤには大きな力がかかったり、高速で回転するため高い組み付け精度が必要です。また、ギヤと周辺部品のクリアランス（隙間）も厳重に管理しなければならず、組み付け後の検査は欠かせません。しかし、ギヤ周辺は部品密度が高く、そのすべてを同時に測定するにはセンサを高密度で配置する必要があります。また、組み付け工程ではオイルや薬剤が多く使用されているため、設置するセンサはその飛散による付着に耐える保護性能が求められます。
接触式変位センサ/LVDTは、ギヤの組み付け精度やクリアランをミクロン単位の高精度で測定可能。スリムなペンシルタイプの筐体で狭いスペースに複数台の設置を行えるだけでなく、コネクタやケーブル部も含めて優れた保護性能で水・油が飛散するような環境でも腐食や故障の心配はありません。また、摺動部には高剛性部品を採用することで、メンテナンス費用と交換工数を大幅に削減できます。

基板の反り・実装部品の高さ測定

実装基板上の部品は、基板の反りなどで部品が浮き上がったり、部品自体が反ったりすることがあります。基板や部品の反りは、実装時の不良以外に、経年劣化によっても発生します。このような状態は接触不良の原因になるため、基板の反りとともに実装部品の高さも測定する必要があります。
接触式変位センサ/LVDTは、チップの実装高さ測定やコンデンサの実装姿勢確認、基板の平坦度測定を行うことができます。低測定力タイプなら、負荷をかけずに測定可能。0.1Nの測定力で、製品への負荷を軽減します。これにより、表面状態の影響を受けずに、ローコストで高精度測定ができます。

狭小部の測定

小さな部品や対象物が密集している場合、他のセンサでは設置スペースがなく測定を複数工程に分けるなど設備の工夫が必要です。それでも測定できないような場合は、検査工程を見直すことになります。
接触式変位センサ/LVDTは、コンパクトな設計なので、複数のセンサを密集して設置することができます。また、円筒形の部品の内径はセンサを内側に設置するなど、自由な位置からの測定が可能です。多くのポイントを1度に測定することで、データを1度に収集できるため、高い精度で測定データを解析することができます。

Q.

耐久性の高い接触式センサはありませんか？

A.

一般に、接触式センサは摺動箇所の摩耗や破損による故障が多く、信頼性が劣るといわれています。したがって、測定頻度が高かったり摺動回数が多い測定の場合、特に求められるのは耐久性です。
GT2シリーズは、スピンドルに高剛性リニアボールベアリングを採用。これにより、摺動回数2億回を実現しました。また、スピンドル部（シャフトとベアリング）をALLステンレスにすることで軽量化を達成。スピンドル内部の摺動による摩耗を極限まで削減し、耐久性を飛躍的に向上させました。また、中継コネクタ－アンプユニット間ケーブルは連続屈曲に強いフリーカット耐屈曲ケーブルを採用。装置が駆動するような環境でも設置可能となります。

Q.

油が飛散する現場で使えるセンサはありませんか？

A.

切削や研磨の現場では、摩擦や摩擦による温度上昇を抑えるための油が飛散しています。一般のセンサにとって、油は測定の妨げになるばかりではなく故障の原因になります。
GT2シリーズは、センサヘッド部だけでなく中継コネクタ部もIP67G/NEMA Type13をクリア。センサケーブルには耐油性がきわめて高いポリウレタンを採用することで、ケーブルの腐食低減を実現しました。センサヘッドボディは一体成型によるシームレス構造を実現。完全密閉構造により水・油の浸入リスクを低減しました。

Q.

フルスケールでの精度と値とびや原点忘れしないセンサはありませんか？

A.

LVDT（差動トランス）方式の接触式センサには、「精度がスピンドルの端付近では落ちる」「コイルを利用した原理のため、中心付近では磁界が均一にかかるが、端付近ほどバランスが崩れる傾向がある」などの欠点があります。また、スケール方式（パルスカウント方式）は、「スピンドルが振動などで急激に動いた場合、光電センサの応答が間に合わず、値飛びする」という欠点があります。
GT2シリーズのスケールショットシステムIIは、この2方式の欠点を克服した検出方式です。スケールショットシステムIIは、位置によって異なる複雑なパターンのスリットを組み込んだ「絶対値ガラススケール」をCMOSセンサで高速撮影することでスピンドルの位置を特定します。これにより、絶対位置がわかると同時に位置情報を検出しているので、ゼロ点調整不要で値飛びもしません。また、スケール式のため、測定範囲全域で高精度で計測できます。

公称線形範囲

公称線形範囲とは、プラス（+）またはマイナス（－）表示されているフルスケール変位のことです。公称線形範囲は、LVDTの周波数によって異なります。特定の周波数用のコアを使用したLVDTの場合、実際の線形範囲は常に公称値と等しいか公称値を上回ります。使用上最適化された線形性が必須ではない場合は、指定された公称線形範囲を実際の動作範囲が超えることがあります。公称線形範囲は高インピーダンス負荷に対して指定されており、低負荷のインピーダンスは線形性と公称線形範囲に悪影響を与えます。

線形性（直線性）

線形性（直線性）とは、正しい距離の値と測定値の比のことです。測定値を縦軸、距離を横軸にとったグラフでこの比を表すと、正しい距離の値はゼロから右上に向かって直線を描き、測定値は正しい距離の直線上を上下する線になります。このとき、正しい距離の値である直線と測定値の最大のズレを「線形性誤差」といいます。LVDTの線形性誤差の解釈は、LVDTの用途によって異なりますが、センサーでは非線形性は最も大きい誤差とされるため、線形性誤差は精度の指標としても利用されています。

再現性

再現性とは、同じ入力を繰り返したときに、同じ出力を再現するセンサーの能力のことです。優れた測定器は優れた再現性を備えており、LVDTの場合、コアまたはコイルが取り付けられた構成部品と構造といった機械的要因の影響を受けます。再現性と分解能は、どちらも測定誤差を表しており、フルスケール出力の割り合い（%）で表示します。

シール型LVDT

シール型LVDTとは、完全に密閉されたLVDTのことです。シール型LVDTは、一般に3000lbf/in2程度の動作圧力に耐えることができ、コアも200℃を超える高温に耐えることができます。

フルスケール出力（FSO）

フルスケール出力とは、LVDT出力の最大変動幅のことです。一般に、AC-LVDTの比較には入力に対する出力の比である感度が使われます。DC駆動のLVDT（DC-LVDT）の場合、感度に相当する特性は、コア変位1インチあたりのDC V出力として表します。

分解能

LVDTにおいて分解能とは、LVDT出力の最小のコア位置の変化が分解能になります。LVDTの分解能は、磁気結合の原則に基づいた動作を基本としているため無限です。

ベント型LVDT

ベント型LVDTとは、高圧・高温・衝撃・振動の影響を同時に受けても耐えることができるLVDTです。ベント型LVDTは、温度が約－55°C～＋200°C、動作圧力が約35000lbf/in2の中でも動作可能です。ただし、圧力を放出するための孔が開いている場合、筐体内部のコイルが露出するため、液体内で使用するときは、液体が電気的に非誘導型であり腐食性でないことが必要です。

センサの原理や構造、特徴、種類など、9つのセンサを原理と特徴から解説。最適なセンサを選ぶ際に必要な基礎情報を紹介。センサを基礎から学べるサイトです。

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