このサイトではひずみを計測するツールの仕組みに関して主にご紹介しています。
始めに、この器具がどのような仕組みなのかご説明し、次に静ひずみとは何かという事とひずみゲージについてお示しします。
仕組みを理解することで、次に書かれたポアソン比や加速度センサーにはどのような種類があるのかを理解しやすくなります。
そのため、この記事を読み進めることで歪みを測るツールである計測器について具体的なポイントを知ることが可能です。

ひずみ計測器の仕組み

ひずみ計測器の仕組み 物に引張力を加えたときには、力に対応する応力が内部に発生します。
そして、応力に比例する断面的な縮伸が見られるようになりますが、この力が時に物体の形状を変化させてしまうことがあります。
工場などで用いられている精密機械類などでこのような現象がみられると様々な不具合の発生が起こることがあるのです。
そのため、生産ラインで活用されている機械類のひずみの有無は定期的に計測器を使って確認し、必要に応じて調整していくことになります。
このような歪み具合を調べるときに使用される道具がひずみ計測器で、この機器を用いて生産ラインの機械類に発生している歪みを是正していきます。
つまり、この計測器によって物体の内部に発生したひずみを調査することができるのです。

応力とは?ひずみ計測器を用いて良い製品づくりに役立てる

応力とは?ひずみ計測器を用いて良い製品づくりに役立てる 良い製品を製造することは製造業を営んでいる会社にとってはとても重要な使命です。
製品強度や構造を検討する際に、製品の品質という点でひずみは重要なポイントでもあります。
例えば、棒状の精密機械製品を製造している場合、製品を使用しているとさまざまな負荷がかかることで棒の中にひずみが生じます。
これを物理学的にみると、引っ張られたりして力を受けた棒の中では元の形に戻ろうとする力が作用し始めます。
この力は引っ張る力と同じ大きさになります。
そのため、引っ張る力がなくなれば棒は元の状態に戻ります。
こうした力は反発する力でもあり、反発力を断面積を分母として計算した値を応力といいます。
これは単位面積当たりの力で、実際には断面積を乗じれば全体的な力となります。
棒は最初のうちは軽く曲げられたくらいですので、元の状態に戻り、まっすぐになります。
けれども強く曲げると曲がった状態のままとなって戻らなくなってしまいます。
これが物質のひずみになります。
計測器はこうした棒のゆがみを計測することができますので、ゆがんだ状態であればそれを改善することにつなげていくことができます。
このように、計測器を用いると製品のゆがみを計測できます。

計測器のシステム化は身近なところで加速しています

いろいろな計測器がありますが、システム化が進められています。例えば3Dスキャナは形状測定を行う立体物のデコボコを感知することが可能です。
高さや横幅・奥行などのXYZ軸の3次元座標を取得しながら、対象を3Dデータ化するという計測器です。形は据置型やハンディタイプなどがあり、パターン投影カメラ方式の場合はプロジェクタ一体型になっており、対象物に対して縞模様やランダムパターンなどを投影して、表面形状を取得します。光切断方式の場合、ラインレーザーを使って反射光を三角測量しながら、いろいろな形状を取得することが可能です。パターン投影方式の場合、据置型で固定しながら使用するので、小型のアイテムが対象になるでしょう。大型アイテムの3次元計測に向いているのは光切断方式3Dスキャナです。3Dスキャナにはいろいろなメリットがあり、任意の位置から断面図を作成することができます。人が入れないような場所のデータを取得したり、複雑な形状でもが計測することが可能です。直接接触することなくレーザー光を照射して、反射する時間差や照射角度などから形状を解析することができます。

データの特性に合わせた計測器を選ぶことが重要

計測器には同じ対象を測定するものでも、実際には様々な種類があるため使用する際には注意をしなければなりません。例えば温度を測定するときには温度計を利用するのが一般的ですが、体温を測定するには体温計を利用するのが通常です。これはその範囲や正確さがそれぞれ異なるためで、これを確実に選ばないと正確な数値を確認することができません。
このような計測器は身近なところにも様々なものがあり、原理は同じであってもデータの種類によってその構造が異なることが多いものです。最近では非常に利用しやすい計測器が数多く登場しており、あまりこのようなことを意識せずに何気なく使用していることも多いのですが、そのためにデータが精密さを失ってしまっていることも多いので、その使い方についてはもう一度見直すことも必要です。最適な計測器を選んで使用して効果的な情報を得ることが重要なポイントであり、様々な分野に応用できるものとなっています。

センサーには多種多彩なものがあるけれど計測器もある?

ひずみゲージは、計測物のひずみを測定することができる計測器で、圧力や張力・重量などを得ることが可能です。
変圧は高電圧の計測で利用するもの、熱電対・RTD・サーミスタは温度を計測することができる計測器の一種です。これらはいずれも、物理現象を計測する目的で開発されたセンサーの一例でありタイプに応じて出力は電圧・電流・抵抗・時間とともに変化していく別の電圧や電流・抵抗など様々なものが存在します。また、一部のセンサーの中にはデジタル出力を備えているものもあります。デジタル出力されたものは、各バイトのスケーリングされているデータやスケーリングされていないデータなどになります。サーミスタは温度を検出する目的で様々な電化製品に使用されているもので、エアコンなどにも使用されています。計測器と聞くと電圧や電流を見るデジタルテスタなどをイメージされる人も多いかと思われますが、室温をサーミスタが検出してエアコンをコントロールするなどの計測器の一種です。

計測器とは物理量を測定する機器のことを指す

私たちが様々な物理量を明らかにするためには、それを計測する必要があります。そのような機器のことを計測器と呼びます。物理量として様々な量があることにより、この様な機器にも様々な種類があります。計測を行う際には、その量に適した計測器を用いる必要があります。
具体的には、よく知られているように長さを測るためにはメジャーやノギスを使います。重量を量るためにははかりを使います。また圧力などを測る際には圧力計などを利用するということになります。このような計測を行うことによって数値が出力されることになりますが、その際に気をつけなければならないのが単位です。単位はその量の性質の基本的なベースを表すことになります。ここで挙げた例では単純ですのですぐにわかりますが、その他の複雑な計測の場合にはややもすればこのことを忘れがちです。後になって困ったことになりますので、どのような性質の量を測りその測定値が得られたかということをきちんと明らかにする必要があります。

ISOの計測器管理することの大切さに関すること

日本には実に様々な計測器があります。分銅、天秤などが代表的なものです。これらは正確に質量を測ることが出来なければいけません。
例えば薬を測って処方する場合、計測が間違っていたら人体に副作用が出るかもしれません。研究室で分銅を使ってはかる場合にも、少しでも誤差が生じると研究上で爆発が生じるかもしれないのです。分銅などはさびや汚れ、削れなどではかりの誤差が生じてしまいます。そのため定期的なメンテナンスと校正が欠かすことが出来ません。命にかかわること、危険を伴うことなどにおいてはISO基準を基にした計測器の校正が大事です。ISOの基準を満たせば、安心して薬の処方や研究に没頭することができます。現地で構成する方法の他、業者がはかりや分銅を持ち帰って構成する方法があります。校正方法によって費用は変わってきます。しかし数万円が相場であり、高いと思われる人も多いですが、安全安心を担保するのであれば決して高いものではありません。

地図で必要なレーザー計測器の定期点検について

カーナビからスマートフォンに至るまで、色んな端末で地図を見ることができます。その更新頻度は1ヶ月程度とサイクルが非常に短く、いつでも最新のマップを目に出来るようになりました。これを実現しているのは、レーザー計測器を知油した定点観測がなされているからです。
そこでここでは、レーザー計測器の定期点検について、簡単に解説をしていきましょう。日本全国には、国土地理院が設置をしているレーザー計測器は計50万個もあります。山間部から都心・沿岸などいろんな場所にあり、遠隔操作で定期的に周辺環境を測定しているわけです。精密機器であるため、2週間に1度は専門技術を持つスタッフが定期点検をおこなっており、レーザーの出力調整から映像解析装置など計20項目のチェックをされます。特に詳細なマップ作りには欠かせないレーザーはLEDを使用しているので、2週間に1回は発光ダイオードを取り換えて良好状態を保ったままにされています。

レーザー計測器の測定精度と正しい使い方について

以前は航空機を用いて、土地の測量を実施していました。
地図を作製するには必ず必要な作業ではあったものの、長い時間と細かい測定を実施しなくてはいけないので、10年に1度程度しか新しいマップを国土地理院では出版できなかったわけです。ところが2000年以降は、レーザー計測器が開発されたことで大幅に測定精度を高めることが可能になりました。そこでここでは、レーザー計測器の計測制度と正しい使い方について解説をしていきます。レーザー計測器は航空機とドローンという無人航空機に取り付けることができ、3Dマップ形式で映像を出力することが可能です。測定精度は約90パーセントで、年々精度は高まりを見せています。正しい使い方で注意をしたいことは、必ず1メートルごとにマーカーを設置することです。レーザーは地面に反射をすることがないので、あらかじめマーカーを設置しないと本来の地形を映像で再現することができないものになります。

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