技術開発・ イノベーション

Digi-Pas^®2軸精密傾斜計の三点接触ベース

1. 従来の長方形の4点接触ベースレベリング装置の制限

   従来のレベリング器具や傾斜計のコンタクトベース表面仕上げの品質がその精度性能の重要な決定要因の一つです。一般的な長方形状の平らな表面が頻繁に下記の要因に起因する幾何学的偏差に苦しんでいます。

   • うねりやムラ

   • 歪んだまたは摩耗した表面による不斉

   • 閉じ込められたほこりや汚れもしくは表面の粗さ

   図1は、従来の長方形の表面4点接触ベースによくある三つの不十分な表面仕上げを示します。不安定な面対面接触は「揺れ」が発生します。これは、一貫性のない測定値から派生した測定の不正確さにつながります。そのような制約の下で一般的な改善方法として、より多くのサンプルで平均値をとることです。しかし、時間がかかり反復的なこの活動は、特に器具が離れたところにあるときに、多くの場合退屈さをもたらし、仕事に影響しかねません。

   

   高品質の表面が平滑性を必要としますが、金属合金表面、特に比較的大きな面積を伴う場合、その加工に制御するのが困難と高価です。数ミクロンの平滑性の増加は、通常その製造コストの大幅な増加に伴います。これは多くの場合、器具の製造コストと精度性能の妥協の間のトレードオフをもたらします。

   また、従来のレベリング装置の長方形のコンタクトベース表面は、表面のムラを測定するターゲットに影響を受けやすく、これもレベリング測定精度に影響を与える別の要因となっています。図2は、従来の単軸水準器の長方形のコンタクトベースが低周波、長波長平坦性変化を有する典型的な加工面上に置かれたときに関連する問題を示しています。これは、明らかに完全かつ安定した表面対表面接触が器具ベースと測定面との間で達成することができなかったことが示されています。この接触は揺れの原因となり、測定誤差につながります。従って、レベリング結果の精度と信頼性に影響を与えます。例えば長さ130mmの典型的な20μm/mの解像度の機械工レベルに3μmの表面ムラがあれば0.001°の測定エラーが出ます。

   

2. Digi-Pas^®の凹面コンタクトベースと「完全平坦」コンタクトベースの構造

   多くの場合、乱暴な取り扱いに起因する器具の滑らかな金属ベースにへこみが発生します。「完全平坦」な金属ベースの中央付近の任意の位置に形成された突起凹みは、揺れを引き起こして測定誤差または不正確さをもたらします。これらの誤差を最小にするために、Digi-Pas^®の器具金属表面ベースは意図的に凹状4点接触ベースを設計されました。これにより、小さな突起凹みやデバイスベースの中央部分に付着した異物による揺れの防止ができます。図3は、凹凸や異物がデバイスベースの中央部分に存在するときに、Digi-Pas^®の改善した凹状4点接触ベースに対して、従来の器具の「完全平坦」ベースの劣等を示しています。明らかに、ターゲットした測定面と安定に接触するように正確に加工された両端部によって支持されているため、凹凸や異物がデバイスベースの中央部分に存在することがDigi-Pas®の器具の安定性を影響しません。

   

   一方、器具の両端に形成された凹みは必ずしも著しい揺れを引き起こしません。両端に凹みが形成されたときに、凹みに起因するオフセット値を簡単にDigi-Pas^®の校正もしくは絶対レベルの機能（「精度性能」をご参考）を使用して除去することができます。対照的に、デバイスベースの中央部分に凸凹みが形成されると、測定時の激しい揺れでデバイスを不安定にします。このとき校正または絶対レベルの機能を使用しても解決することはできません。この現象は測定器の初期オフセット値だけではなく、測定値の再現性にも影響を与えます。

   よって、上記の問題を最小限にし、測定の安定性の改善と器具の精度の向上を提供するために器具のベースの中心に近づく接触面で、意図的に凹状の輪郭を有するように設計されています。

3. Digi-Pas^®3点接触ベースレベリング器具のメリット

   上述した従来の接触ベースの測定器に固有の制約の観点から、Digi-Pas®は先駆者として2軸精密角度測定器および表面平坦度測定器のための3点接触ベースのユーティリティの特許を取得しました。3点接触ベースの三角形の形状は、従来の長方形のコンタクトベースにかかわった欠点に対処することを目的とします。

   

   

   3点接触ベースレベリング器具はそれぞれ図3及び図4に示すように、どちらか平坦または凹凸面（例えば、機械加工された金属表面）の上に置かれたとき、この3点フレームは器具の重量を支持し、安定性を維持するために、三角形の平面プラットフォームとして機能します。これは、下向きの力と水平力、および水平軸の周りの動きに対して最大の安定性と強度を提供します。頑丈な三点スタンドで、最も安定した3点と面の接触が揺動せずに確立することができ、二次元測定面の一貫したレベリング測定値を得ることができます。Digi-Pas®の2軸傾斜計の敏感な接触点が不均一な表面積の特定の部分に触れると、表面積上の任意の角度偏差が検出できます。

4. Digi-Pas^®3点接触ベースレベリング器具のメリット

   上述した従来の接触ベースの測定器に固有の制約の観点から、Digi-Pas®は先駆者として2軸精密角度測定器および表面平坦度測定器のための3点接触ベースのユーティリティの特許を取得しました。3点接触ベースの三角形の形状は、従来の長方形のコンタクトベースにかかわった欠点に対処することを目的とします。

   

   3点接触への維持は、単純に摩耗した硬化/チタンねじの交換により、標準的な機械加工を通じて器具の接点ベース表面仕上げに対する維持と比べて簡単で迅速かつ低コストで、時間とコストを大幅に節約することができます。デバイスの精度性能は、容易にユーザーの自己校正または「絶対レベル」設定を実行することによって再校正することができます。詳細手順については、ユーザーマニュアルをご参照ください。

   非常に粗い上面を有する物体をDigi-Pas^®の2軸傾斜計で水平にするときに、3点硬化/チタンねじを一時的に外し、粗い表面を平均化する平坦なベース面を使用することができます。絶対レベルの設定は、器具の基準精度の維持を確保するためにベースを変更した直後に行う必要があります。しかし、高精度のレベリングで、角度測定及び表面プロファイリングの作業は、通常、グラナイトや金属合金の機械加工表面のような高品質の平坦かつ滑らかな表面にかかわるため、3点接触ベースはより良い選択となります。