ビデオ測定機（VMM）、光学測定システム、高精度寸法検査装置などの最新の精密測定システムでは、X/Y軸フィードバックシステムが測定精度と再現性を決定する上で重要な役割を果たします。
産業界で最も一般的に使用されている位置フィードバックソリューションは、ガラス光学スケールと金属磁気スケールの2種類です。それぞれ動作原理が異なり、異なる用途環境向けに設計されています。
1．ガラス光学スケールの動作原理
ガラス製光学スケールは、熱膨張率の低いガラス基板、精密な回折格子、および光学式読み取りヘッドで構成されています。その動作原理は、モアレ縞効果と光電変換に基づいています。
読み取りヘッドが回折格子に光を照射すると、2つの周期的なパターンが重なり合い、明暗が交互に現れる信号が生成されます。ステージが移動すると、これらの信号はセンサーによって変位データに変換されます。
VMMおよび精密測定システムにおいて、ガラス製のはかりは以下の機能を提供します。
ミクロンレベルの測定に適した高い繰り返し位置決め精度
高解像度に対応する強力な補間機能
長期安定性を実現する非接触構造
そのため、ガラス製の光学スケールは、計測グレードのVMMシステム、検査プラットフォーム、および実験室用測定機器に広く使用されている。
しかし、埃、油、機械的衝撃は光学性能に影響を与える可能性があるため、清潔で安定した環境が必要です。
2. 金属磁気秤の動作原理
金属秤（磁気秤システムとも呼ばれる）は、磁気符号化された金属基板を使用する。位置検出は、磁場の変化によって行われる。
移動中、読み取りヘッドは磁気信号の変化を検出し、それを位置出力データに変換する。
主な特徴は以下のとおりです。
油、粉塵、産業汚染に対する高い耐性
振動や衝撃に対する高い機械的耐久性
取り付けが容易で、位置合わせの許容範囲が広くなっています。
金属製のスケールは、CNC工作機械、自動化装置、産業用モーションコントロールシステムなどで一般的に使用されています。
しかし、高精度VMMアプリケーションにおいては、その分解能と長期安定性は、一般的に光学スケールに比べて好ましくない。
3. システムレベルの違い
ガラス製と金属製の秤は、競合する技術ではなく、それぞれ異なる技術的要件を満たすために設計されたソリューションである。
ガラス製光学スケール：高精度と測定の一貫性を重視
金属磁気スケール：産業における信頼性と環境適応性を重視
一方は計測グレードの精度に最適化されており、もう一方は産業用途における堅牢性を重視して設計されている。
4 VMMシステムにおける選択
VMMシステムでは、モーションフィードバックシステムが光学イメージングシステムと連携して、閉ループ型の計測システムを形成する。
高精度な検査、計測、品質管理の用途では、安定した再現性のあるステージ位置決めを確保するために、一般的にガラス製の光学スケールが使用されます。
生産現場や過酷な工業環境においては、粉塵、振動、温度変化などの環境要件に基づいて、金属製の磁気スケールが選択される場合がある。
測定精度に影響を与える5つの要因
測定精度は、スケールだけで決まるものではありません。それは、以下のような複数のシステム要因の結果です。
XYステージの機械的剛性
熱膨張と温度ドリフト
光学レンズの歪みと照明の安定性
サブピクセルエッジ検出アルゴリズム
したがって、スケールは測定システム全体における重要な構成要素の一つに過ぎない。
6. 結論
ガラス製の光学スケールと金属製の磁気スケールは、精密測定システムにおいて異なる役割を果たす。
ガラス製のはかりは、高い再現性と安定性が求められるVMM（立形測定器）や計測機器に適しています。一方、金属製のはかりは、環境への耐性が重要な産業オートメーション機器や工作機械に適しています。
適切な選択は、仕様を直接比較するのではなく、用途の要件に基づいて行うべきです。