三次元測定機のスタイラス選定のポイント
三次元測定機のスタイラス選定にはポイントがあります。選定ミスをすると測定誤差が出る恐れがあるため、正しく選ぶことが大切です。ここではスタイラスの特徴や種類、選定のポイントを解説します。
スタイラスとは
スタイラスとは、測定部品と接触をする測定アームや三次元測定器のプローブなどについている「先端」のことです。検査される部品の種類・形状により、使用されるスタイラスの形式とサイズは異なります。
スタイラスは非常に重要で、真円度不足のボールやボールの位置不良、ねじのはめ具合の不良、測定中に過度な曲がりが発生するデザイン不良などのスタイラスを使うと、測定機器の性能や検査結果が損なわれる恐れがあります。
また、定期交換も重要です。製品はちょっとしたことで壊れないように頑丈にできているものの、日ごろの作業では落下・操作ミスによる衝突に気を付けなくてはいけません。長く使用した場合や疑わしい場合は、交換を行いましょう。また定期的に交換時期を定めておけば、アクシデントに見舞われる前に対応できます。
スタイラス選定の種類
スタイラス選定をする際は、種類ごとの特徴を知っておきましょう。ここでは代表的なスタイラスを紹介します。
ストレートスタイラス
ストレートスタイラスは、その名の通りストレートのスタイラスです。とてもシンプルでよく使用されるタイプです。大半の測定に適するため、まずはストレートスタイラスを用意しておけば問題ないでしょう。スタイラス級の材質は、ルビーや窒化珪素、ジルコニアやセラミックなどがあります。またホルダと軸の材質はチタン、超硬、ステンレススチール、セラミックなどがあります。
スタースタイラス
さまざまな形状の測定に使用できるスタイラスです。幅広い構成を持たせられるため、スタイラスを交換しなくてもさまざまな形状の先端に接触させられるのが特徴です。
ポインタスタイラス
ねじ形状・特定のポイント・けがき線の測定用で使用するスタイラスです。先端が球状になっているポインタスタイラスは、精度が高い測定が可能です。非常に小さい穴の位置測定でも使用できます。
スタイラス選定のポイント
スタイラス選定をする際のポイントは、以下の4つです。
スタイラス球の真円度・真球度
測定に使用するスタイラスの先端は、ほとんど球形です。また材質は人造ルビーであることが多いでしょう。真円度・真球度に偏差が生じていると、測定が不確かになり精度が10％も低下します。
たわみ
スタイラスは長さによって精度低下が拡大します。方向ごとにプローブをトリガーさせる力が異なるのが原因です。プローブはスタイラスと測定物が接触した瞬間にはトリガーしません。センサー機構内のバネ比重を上回る力がかかり、その際に弾性変形を起こします。この変形により、プローブは測定物に対してわずかに移動するのです。
熱の安定性
スタイラスが熱膨張すると、測定誤差が発生しやすいです。特に長くなればなるほど熱膨張しやすくなるため、熱膨張率の低い材質を使用する必要があります。
球の材質
ルビー球をスタイラスの先端として選択することが多いですが、場合によっては他の材質が適しているケースもあります。摩損には頑丈なジルコニアが、擬着摩耗には窒化珪素が適しています。
ルビーが適さないケース
ルビーも用途次第では適さないケースがあります。たとえば、アルミを対象とする接客スキャニングは苦手です。アルミと合成ルビーは相性が悪く、引き付けることで付着摩耗が起きます。結果、部品表面からボール部分にアルミの堆積が発生するのです。
スタイラスの材質
スチール
ボールとチップの径2ミリ以上、長さ最大30ｍｍのスタイラスには、ステンレススチールがよく採用されています。重量とボール/ステムのクリアランスや剛性比、ステムとねじのジョイントを使っても全体の剛性を損ないません。
超硬
1ミリ以下の小径ボールで求められる小さなステムを使う場合、超硬が適しています。他に、50ミリまで長さを伸ばしたいときで、その状態でも剛性を求めるなら超硬が適しているのです。
セラミック
3ミリ以上のボール径、30ミリ以上の長さならセラミック製のステムがいいでしょう。スチールに匹敵するレベルの剛性がありますし、超硬より軽いからです。また、セラミック製ステムのスタイラスだと、プローブシステムの破損予防が期待できます。衝突したときステムが破損しても、スタイラムが犠牲になるかもしれませんが、トリガー装置は保護できるのです。プローブシステムの価格は高価なため、破損時のコストを抑えたいという場合に役立つでしょう。
カーボンファイバー
カーボンファイバーは、ねじれ、長手方向に剛性とともに軽量を持っている材質です。熱にも強く、厳しい産業環境でも防御性を誇ります。50ミリ長以上のCMMスタイラスは、少ない質量でも、高い剛性を持つ材料です。
三次元測定機の
おすすめ3選
三次元測定機メーカー15社（※）の門型・アーム型・卓上型・ハンディ型と様々な製品を調査し、導入企業の声が公式HPで掲載されている信頼できる三次元測定機をピックアップ。 そのなかで「測定精度・安定性に優れている機器」「使いやすさ・汎用性に優れている機器」「実績・実例が豊富な機器」という3つに分けて、それぞれの三次元測定機が他と何が違うのかを詳しく解説します。
を求めるなら…
（キーエンス）
引用元：キーエンス
(https://www.keyence.co.jp/ss/products/measure-sys/xm/007/2111_01.jsp)
ココが違う！
- ノギス感覚で使える独自のハンディ型
- 測定室以外（現場やオフィス）でも使える
- 最大2ｍという幅広い測定範囲
を求めるなら…
（東京精密）
引用元：東京精密
(https://www.accretech.jp/product/measuring/cmm/zeiss_xenos.html)
ココが違う！
- 最大許容長さ測定誤差は0.3＋L/1000㎛
- 繰り返し精度は+－0.2㎛
- 分解能（最小表示単位）は0.001㎛
を求めるなら…
（ミツトヨ）
引用元：ミツトヨ
(https://www.mitutoyo.co.jp/products/measuring-machines/cmm/standard/191-812h/)
ココが違う！
- 自動車、航空、製造と幅広い納入実績
- 1934年創業のノウハウが結集
- スマートファクトリーにも対応
・ZEISS XENOSは最大許容長さ測定誤差、繰り返し精度、分解能がいずれも調査した中で最高数値だったため
・XMは測定室以外でも使用できるハンディ式の中で、調査した中で最も高精度で広範囲の測定範囲だったため
・CRYSTA-Apexは社名ありの導入実例（計12件）が調査した中で最も豊富だったため