厚み測定とは、板材・フィルム・シート・塗膜などの厚さを数値として把握する測定です。厚みは製品の強度や機能、外観に直結するため、多くの製造現場で管理項目に設定されています。一方で、対象物が薄い・柔らかい・透明・粘着性があるといった場合、マイクロメータのような接触式の測定では変形や傷のリスクがあり、全数測定にも向きません。
そこで用いられるのが、対象物に触れずに厚さを取得できる非接触の厚み測定センサーです。ただし、ひとくちに厚み測定センサーといっても、レーザー変位・分光干渉・超音波・渦電流など原理はさまざまで、測定できる対象や精度、設置条件が異なります。ここでは方式ごとの特徴と、3Dセンサー（3Dマシンビジョン）を使った厚み測定のポイントを整理します。
厚み測定における接触式と非接触式の違い
厚み測定の方法は、大きく接触式と非接触式に分かれます。
接触式は、マイクロメータやダイヤルゲージ、触針式の測定器などで対象物を挟み込み、機械的に厚さを読み取る方法です。構造がシンプルで信頼性が高い一方、測定子が対象物に触れるため、やわらかい素材や薄いフィルム、傷を付けたくない外観部品では変形や打痕のリスクがあります。また、1点ずつ測定するため、測定箇所が多い場合や搬送中のワークを測る場合には向きません。
非接触式は、レーザーや光、超音波、磁気などを使って厚さを求める方法です。対象物に触れないため素材を選びにくく、搬送ラインに組み込んで連続測定することもできます。全数検査やインライン計測を前提とする場合は、非接触式が現実的な選択肢になります。
厚み測定に使われるセンサーの主な方式
非接触の厚み測定センサーには複数の方式があります。測定対象の材質、必要な精度、厚みの範囲によって適した方式は変わります。
| 方式 | 原理と特徴 | 主な測定対象 |
|---|---|---|
| レーザー変位センサー（三角測距） | 対象物にレーザーを照射し、反射光の位置から距離を測る。2台を対向配置して差分を取ることで厚みを算出できる。 | 板材、ゴムシート、電極板、建材など |
| 光切断方式の3Dセンサー | レーザーラインを照射して断面プロファイルを取得する。線・面として形状を捉えられ、厚みと同時に反りや幅も評価できる。 | 成形品、食品、樹脂・金属部品など |
| 分光干渉方式 | 広い波長帯域の光を照射し、表面と裏面で反射した光の干渉スペクトルから厚みを算出する。多層膜にも対応しやすい。 | フィルム、ガラス、透明体、多層膜 |
| 共焦点・白色干渉方式 | 微細な高さ変化を高い分解能で捉えられる。透明体や光沢面の測定に用いられることが多い。 | ガラス、薄膜、電子部品など |
| 超音波方式 | 発信した超音波が下地で反射して戻るまでの時間から厚みを求める。材質ごとに音速が異なるため、実対象での校正が前提となる。 | 金属、樹脂、配管の肉厚など |
| 電磁式・渦電流式 | 電磁式は磁性体（鉄・鋼など）の上の非磁性被膜、渦電流式はアルミ・銅など非磁性金属の上の絶縁性被膜の測定に用いられる。 | めっき、塗膜、樹脂・ゴム被膜 |
| 赤外線方式 | 素材と厚さに応じて特定波長が吸収される性質を利用する。光源変動や色の影響を抑えるため3波長方式が使われることもある。 | 塗膜、樹脂フィルムなど |
このように、膜厚のように「下地の上に載った層」を測る用途と、板やシートのように「材料そのものの厚さ」を測る用途では、適した方式が異なります。まず「何の厚みを、どの範囲で、どの精度で測りたいのか」を明確にすることが方式選定の出発点です。
センサーの配置で変わる厚み測定の考え方
変位センサーを使って厚みを測る場合、センサーの配置によって測定の考え方が変わります。
2台を対向配置して差分から求める方法
対象物を上下から2台のセンサーで挟み込み、それぞれが測った距離をもとに厚みを算出する方法です。対象物が搬送中に上下へばたついても、上面・下面の両方を同時に測るため、ばたつきの影響を受けにくいのが特徴です。ゴムシートやフィルムのように振動しやすい対象に向いています。
片側1台で基準面からの距離を測る方法
定盤やローラーなど動かない基準面を利用し、1台のセンサーで対象物の上面までの距離を測って厚みを求める方法です。構成がシンプルでコストを抑えやすい一方、基準面の平坦度や対象物の浮きが誤差要因になります。
3Dセンサーを厚み測定に活用するメリット
点や線ではなく面で形状を取得できる3Dセンサーを使うと、厚み測定の自由度が広がります。
厚みと形状をまとめて評価できる
3Dセンサーは断面プロファイルや面全体の高さデータを取得できるため、厚みだけでなく、幅・反り・段差・欠けといった項目を同じデータから評価できます。検査項目ごとに測定器を増やさずに済む点はメリットです。
複数台を組み合わせて両面を1回で計測できる
ラインセンサやエリアセンサでは走査した面だけの撮像となるため、両面を測るにはワークの姿勢を変えるか、センサー位置を変えて撮像し直す必要があります。これに対し、複数台のセンサーを組み合わせて1つのデータとして扱える機能を備えた3Dセンサーであれば、上下に挟み込むように設置して1回のスキャンで両面を計測できます。
実際に、煎餅を対象として2台の3Dセンサーを上下に配置し、上下面の表面状態の確認と厚み計測を1回のスキャンで行う事例があります。2台のセンサーの位置関係をキャリブレーションすることで、取得した断面プロファイルから特定位置の厚さや幅を計測できる構成です。柔らかく割れやすい食品のように、接触式では測りにくい対象にも適用できます。
インラインでの全数測定に対応しやすい
非接触かつ高速にデータを取得できるため、搬送ラインに組み込んだ全数測定にも活用できます。厚みの許容範囲を設定すればOK/NGの自動判定ができ、測定値を蓄積すれば工程条件の変化を早期に把握することにもつながります。
厚み測定センサーを選ぶポイント
カタログ上の分解能だけで判断すると、現場で期待どおりの結果が得られないことがあります。次の項目を整理したうえで選定することが重要です。
| 確認項目 | 見るべきポイント |
|---|---|
| 測定対象と厚みの範囲 | 材料そのものの厚さか、下地の上の膜厚か。厚みの範囲と必要な分解能・繰返精度を明確にする。 |
| ワークの表面・材質 | 金属光沢、黒色、透明・半透明、粘着性など、反射条件によって適した方式が変わる。 |
| センサー構成 | 対向2台で差分を取るか、片側1台で基準面から測るか。設置スペースと基準面の精度も確認する。 |
| ライン条件 | 搬送速度、タクトタイム、ワークのばたつき、振動・温度などの環境条件に対応できるか。 |
| 出力・連携 | 判定結果や測定値をPLCや上位システムへ渡せるか。データ蓄積・トレーサビリティの要否も整理する。 |
特に透明体や光沢面、黒色のワークは、方式によって測定の安定性が大きく変わります。カタログ値だけで判断せず、実際のワークでテスト測定を行って確認することが失敗を防ぐポイントです。
まとめ
厚み測定センサーには、レーザー変位、光切断方式の3Dセンサー、分光干渉、共焦点・白色干渉、超音波、電磁式・渦電流式、赤外線などの方式があり、測定対象や測りたい対象（材料の厚さか膜厚か）によって適した方式が異なります。
変位センサーで厚みを測る場合は、対向2台の差分による方法と、片側1台で基準面から求める方法があり、ワークのばたつきや設置条件に応じて使い分けます。面で形状を取得できる3Dセンサーを使えば、厚みと同時に反りや幅なども評価でき、複数台を組み合わせることで両面を1回のスキャンで計測することも可能です。
センサー選定では、測定対象と厚み範囲、ワークの表面状態、センサー構成、ライン条件、出力・連携までを整理し、実ワークによる評価を行ったうえで判断することが重要です。
寸法計測に適したセンサーは「寸法計測」におすすめの3Dセンサー3選、高さ方向の測定については3Dマシンビジョンによる段差測定でも紹介しています。あわせてご覧ください。
