家電製品から半導体、医療機器に至るまで、ハイテク産業において、高度な製造工程は、優れた製品品質の確保とプロセス効率の最適化のために、正確な寸法測定に大きく依存しています。製造業者が計測ソリューションプロバイダーが提供する精度への依存度が高まるにつれ、機器の校正と信頼性の高い材料規格を結び付けるトレーサビリティチェーンを確立することが業界にとって不可欠となっています。
この基準を満たすために、VIEW Micro Metrology のエンジニアは、完全に認定された ISO 17025 ライン スケール校正研究所で認定されたライン スケールを使用して、現場に設置されたシステムを校正します。
ラインスケールとは何ですか?
計量技術者や校正専門家は、顕微鏡や寸法計測システムなどの計測機器の検証と校正に、様々な材料標準、つまり「アーティファクト」を使用します。これらの基準物体は、特定の幾何学的特徴を持つ特定の材料から作られ、ボールバー、ライングリッド、ゲージブロック、ステップゲージ、その他の特定の計測システムに合わせて調整された三次元物体が含まれます。しかし、一般的に計量技術者は、直線スケールまたはグラフィカルスケールとも呼ばれるラインスケールを、光学測定機器の校正における最高の標準として認識しています。
ラインスケールは通常、ガラス、石英、鋼鉄などの平らな基板で構成され、その表面には平行で正確な間隔の線または目盛りがエッチングまたは刻印されています。各目盛りは、対象物上の特定の距離を表します。
ラインスケールは、測定における不正確さとして定義される不確かさが非常に低いという特徴があります。すべての測定には、対象物自体、測定ツール、オペレータ、そして温度や湿度などの環境要因によって生じる、ある程度の不確かさが伴います。真の測定値からの変動は、統計的なベル曲線における標準偏差を用いて表されます。測定対象物の不確かさが低いほど、結果として得られる機器の校正精度は高くなります。
ラインスケールの校正は誰が行うのでしょうか?
線尺やその他の校正用物品は、通常、世界中の政府が運営する国立研究所によって検証されています。これらの機関は、利害関係者に科学技術サービスを提供しています。例えば、米国では、国立標準技術研究所（NIST商務省傘下のNIST（National Institute of Standards and Standards）は、包括的な計測・標準化サービスを提供しています。これらのサービスは、計測のトレーサビリティを確保し、品質保証を促進し、製造業者間の規制慣行を支援します。機器の校正を希望する企業は、NISTにラインスケールを送付して測定を依頼し、その見返りとして不確かさの証明書を受け取ることができます。
NIST を超えて、ドイツは物理技術連邦 (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) を通じてメーカーをサポートしています。PTB）、日本には国立計量標準総合センター（NMIJ）、スウェーデンは国立計量標準研究所（NMI）。各国が自国の経済圏内で健全な製造業の実践を推進しようと努める中、同様の組織のエリートグループが世界中で活動しています。
ラインスケール校正ベンチとは何ですか?
国立研究所では、ラインスケールの校正にラインスケールベンチを使用するのが一般的です。これらのベンチの設計は様々ですが、最も基本的なものは1次元（単軸）座標測定機（CMM）です。例えば、米国国立標準技術研究所（NIST）は、この校正にNISTラインスケール干渉計（LSI）を使用しています。詳細は、 NIST Webサイト「この装置は、走査型電気光学ライン検出器、高精度1軸モーションシステム、そしてライン検出器下の試験対象物の変位を測定するための高精度ヘテロダイン干渉計で構成されています。」装置全体は温度制御されたチャンバー内に維持され、環境条件を綿密に監視することで不確実性を最小限に抑えています。
QVI がラインスケール校正ベンチを構築した理由は何ですか?
歴史的には、これらの機械に関連する過剰なコストと厳しい環境要件により、メーカーにとってはラインスケールの校正を外部委託する方が経済的でした。しかし、測定精度の向上に対する需要が高まるにつれて、民間企業が独自のラボを設立するケースが増えています。
2020年、クオリティ・ビジョン・インターナショナル（QVI）の親会社 VIEWマイクロ計測は、ニューヨーク州ロチェスターにISO 17025の完全認定を受けたラインスケール校正ラボを建設しました。QVIがラインスケール校正ラボを設立した理由は以下の3つです。
- 正確さメーカーは現在、250ナノメートル（1ミクロンの4分の1）の不確実性を伴う測定を求めており、品質管理チームは不確実性のレベルを大幅に低減できるシステムをますます要求しています。
- 利便性厳格な品質基準を遵守する計測システムメーカーとして、QVIは標準器の頻繁な校正を義務付けています。社内に校正ラボを保有しているため、これらの校正を現場で実施できるという利点があります。
- 垂直統合最後に、国立研究所の機能を反映することで、QVI は垂直統合において重要なマイルストーンを達成し、顧客に独自のサービスを提供しています。
QVIラインスケール校正ベンチについて
QVIラインスケールキャリブレーションベンチは、ニューヨーク州ロチェスターにあるQVIキャンパス、ノースストリートビルのキャリブレーションラボラトリー内にあります。QVIが設計・製造した単軸座標測定機（1D CMM）で、頑丈な花崗岩の梁の上部平面に沿ってエアベアリングで2.5メートル移動するブリッジ型キャリッジを備えています。ベンチには、キャリッジを正確に位置決めするためのモータードライブが搭載されており、ラインスケールに沿って画像を自動的に取得するための主要センサーとして光学ビデオカメラが使用されています。スケールの最大寸法は、長さ2200mm、幅140mm、高さ100mmです。
校正プロセスでは、技術者がラインスケールを測定台に置き、室内の温度と湿度に慣らします。測定ルーチンが開始されると、キャリッジがラインスケール上を移動し、レーザー干渉計がデータを収集して変位を測定します。変位とは、キャリッジが測定台上でどれだけ移動したかを表します。同時に、キャリッジに搭載されたカメラがラインスケールの画像を自動的に撮影し、QVIエッジ検出アルゴリズムを用いてラインを識別します。
このプロセスは簡単に思えるかもしれませんが、アベ誤差と環境条件という 2 種類の誤差が測定結果に悪影響を及ぼす可能性があります。
Abbé Errorとは何ですか?
アベ・エラー モーションシステムにおける角度誤差、つまり完全な直線運動からのわずかな逸脱により、対象点が意図した経路と完全に一致しない動きをすることがあります。このずれは、対象点と誤差の発生源との間の距離（オフセット）によって悪化します。
QVIラインスケールキャリブレーションベンチは、アベ誤差を軽減するために、キャリッジに搭載されたオープンコーナーキューブ（OCC）反射鏡という独自の設計を採用しています。これにより、キャリッジがラインスケールワークピースを跨いで通過できるようになり、レーザー干渉計システムの計測点とラインセンシング顕微鏡システムの計測点が（1ミリメートル未満の精度で）確実に一致します。その結果、キャリッジのピッチおよびヨー運動誤差に起因するアベ誤差は、無視できるレベル（数ナノメートル）まで最小限に抑えられます。
環境エラーとエドレン方程式
すべての国立研究所は、温度、圧力、湿度を厳密に管理されたチャンバー内で校正作業を行っています。これらの厳格な環境条件を維持するには、継続的な監視機能を備えた高度なシステムが不可欠です。
QVIラインスケール校正ベンチは、厳密に管理された実験室に設置されており、温度、圧力、湿度（水蒸気量）を一定の時間間隔で記録する装置を備えており、計測カメラで撮影した画像と同期しています。専用ソフトウェアは、これらの環境条件を利用して、空気の屈折率を計算する式であるエドレン式を用いて測定値を調整します。エドレン式は、空気中を通過する際に光がどの程度曲がるかを示す指標です。光の波長は空気中を伝わる際にわずかに変化するため、屈折率の測定は、ラインスケールで正確な長さを測定するために不可欠です。つまり、QVIラインスケールベンチは、エドレン式を用いて温度、圧力、湿度の影響を考慮し、ラインスケール上の各光学測定が最適な精度になるように調整されているということです。
QVIラインスケール校正ベンチの精度
その結果、QVIラインスケール校正ベンチは、独立監査によって検証された校正・測定能力（CMC）の不確かさが22nmと極めて低くなっています（Q[22, 0.072L]、L単位はmm、全長2400mm）。国立研究所と同等の性能を備えたこのベンチは、VIEW認定販売店およびお客様が光学校正アーティファクトの精密測定にご利用いただけます。
VIEWマイクロ計測システム – 極めて高精度に校正
QVIのラインスケール校正ベンチは、特に314mmを超えるラインスケール長において優れた性能を発揮するため、VIEW Micro Metrologyのディーラーおよびフィールドサービス専門家は、ベンチで校正されたラインスケールを使用しています。VIEWシステムをQVIラボ認定のラインスケールで校正することで、VIEWマシンが現場で比類のない精度を発揮することを保証しています。