測定誤差について

対象物の表面状態による誤差・バラつきへの対策

高精度なレーザ変位計であっても対象物の表面状態の影響を受ける場合があります。それは、ワークへの依存性が高いためです。これは、測定誤差発生の原因として最も多いケースですが、スペックやカタログを見るだけでは、どの程度バラつくかはわかりません。
対象物の表面状態の影響による誤差要因は、色シフト成分・表面の凹凸の影響による誤差成分・表面の反射率の変化の3つに分類することができます。
これらの中でも代表的な誤差の発生要因である、対象物表面の凹凸の影響への対策・解消方法について解説します。表面の凹凸度合いによる影響を抑えるには、下記の3つの対策が考えられます。

できる限り、対象物の凹凸を少なくする

もし研磨など表面処理の工程があれば、その前ではなく後で測定したり、表面が滑らかな面があればそちら側を測定したりすることで誤差を解消できる場合があります。また、可能であれば表面を研磨して凹凸を抑えたり、セラミックを貼り付けたりすることも有効ですが、測定のためだけに工程を増やすことは現実的ではありません。

フィルタ処理を使用する

移動平均やローパスフィルタ、メディアンフィルタを用いて測定データのバラつきを抑えます。対象物が動いている場合は、移動平均のフィルタ処理を使用することで、表面状態による影響を抑えることができます。
たとえば、高さ1mm程度で凹凸を持つワークを搬送中に測定し、測定値がバラついたとします。ワークの移動中に複数回測定した平均値を算出する移動平均のフィルタで処理することにより、測定値を安定させることができます。ただし、フィルタをかけすぎると本来の波形がわからなくなるため、フィルタの設定には注意が必要です。

また、表面状態が場所によって異なる金属ヘアラインのような対象物を測定する場合、場所によってレーザの当たり方が異なるため、対象物を動かして表面状態の異なる複数箇所の測定値を平均することにより、測定値のバラつきを抑えることができます。

投光するレーザー光や受光素子をワイド化する

小スポットのレーザー光よりもワイドなスポット光を投光することで、凹凸による値のバラつきを抑えることができます。投光レンズに特殊形状のシンドリカルレンズを搭載した変位計を使用することで、横幅のみが広いライン状のレーザースポットを投光することができます。

また、ワイド化した受光素子（CMOSやCCD）を採用することでワイド化した反射光全域をそのまま受光できるため、散乱光による受光位置のバラつきを吸収することができます。

広範囲の微細な凹凸形状を高精度に測定する必要がある場合は、帯状のスリットレーザーを採用した高精細なレーザ変位計を使用することで、2次元プロファイルデータや3次元形状を数値飛びなく高速かつ正確に測定することが可能です。

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