光学系 特別研究室
Vol. 8 センサヘッドの取付角度による誤差計算
■ 概要
測定対象物に対して、センサヘッドが傾いた状態で設置していると、測定値に誤差が発生します。
設置角度と誤差の関係式、誤差の目安、対処方法について解説します。
■ 設置角度と誤差の関係
測定対象物の変位する方向に対して、センサヘッドを傾いた状態で設置していると、下図のように物理的に実際に変位
している距離と変位センサが測定している距離が異なることとなり、それに伴って測定誤差が発生します。
このような場合、変位センサの設置角度をθと
すると、測定誤差は下記の式で算出できます。
Ｙ＝Ｘ／ｃｏｓθ
測定誤差＝Ｙ−Ｘ
■ 設置角度と測定誤差の目安
上記の式から、測定誤差を算出してみました。（あくまで計算上の数値ですので、「目安」とお考えください）
・ 変位量が１ｍｍの場合
・ 変位量が５ｍｍの場合
・ 変位量が１０ｍｍの場合
設置角度 測定誤差 設置角度 測定誤差 設置角度 測定誤差
1° 約0.2um 1° 約0.8um 1° 約1.5um
⇒ ⇒ ⇒
5° 約3.8um 5° ⇒ 約19.1um 5° ⇒ 約38.2um
⇒
10° ⇒ 約15.4um 10° ⇒ 約77.1um 10° ⇒ 約154.3um
■ 対処方法
上記のように、センサヘッドの設置角度が、測定対象物の変位する方向に対して傾いていると測定誤差が発生します
が、設置角度が一定という条件であれば、スパン調整という機能を使用し、「補正」をかけることが可能です。
＜設置角度を１０°傾けた場合の実測データ＞
・ スパン調整なしの場合
・ スパン調整を実施した場合
ヘッドの取付角度による直線性誤差 ヘッドの取付角度による直線性誤差
0.050
0.050
0.040 0.040
理想直線との誤差[um]
理想直線との誤差[um]
0.030
0.030
0.020 0.020
0.010
0.010
0.000 0.000
-0.010 -0.010
-0.020 -0.020
-0.030 -0.030
-0.040 -0.040
-0.050 -0.050
-3.000 -2.000 -1.000 0.000 1.000 2.000 3.000 -3.000 -2.000 -1.000 0.000 1.000 2.000 3.000
移動距離[mm] 移動距離[mm]
角度０° 角度１０°（スパン調整無） 角度０° 角度１０°（スパン調整無） 角度１０°（スパン調整有）
スパン調整機能が一次関数での補正のため、100%の補正とはいきませんが、上記の実測データのようにほぼ、設置
角度が0°の時と近しいところまで補正可能です。
ＭＥＭＯ
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株式会社 キーエンス 0120-66-3000
www.keyence.co.jp/henni 最寄りの営業所につながります
印字の極意
プリンタ種類による印字の違い
プリンタの種類によって、印字精度が異なります。
熱転写プリンタ（サーマルプリンタ）とインクジェットプリンタを例にすると、バーコードの印字品質は以下のように異なります。
熱転写プリンタ(サーマルプリンタ)
印字精度が高く、バーが細いバーコードを
印字するのに適しています。
印字誤差も出にくいプリンタです。
GS1 DataBarを印字するのに適しています。
インクジェットプリンタ
インクを飛ばして印字するため、
にじみが発生します。
にじみによる印字誤差が出るため、
バーが細いバーコードの印字には、
適しません。
■ レンズ 選 定
レンズディ トーション
ス
レンズには、 ス
ディ トーシ ン
ョ （歪み） り
があ ますので、画面の計測場所によって測定値に誤差を生じる可能性があ ます。
り
一般に焦点距離の長いレンズの方が歪は小さいので、寸法検査などには適しています。
h
■ 樽 型 歪曲
h
参考 ディ トーシ ンデータ
：ス ョ
理想像の形状
焦点距離 CA-LHシ ーズ
リ
樽型歪曲が発生
している実際の形状
8mm/6mm CA-LH8 -0.28%
16mm CA-LH16 -0.10%
∆h 25mm CA-LH25 -0.02%
TV デ ス ーシ ン (Dtv) = x 100 (%)
ィト ョ
2h 50mm CA-LH50 -0.01%
■実験
下の内容は、焦点距離８ と焦点距離２ ｍｍのレンズを使って、
ｍｍ ５ ほぼ同じ視野（約５ ｍｍ） 金尺の１ ｍｍ、０
０ で、 ０ ３ ｍｍ、０
５ ｍｍの幅を計測し
たときの計測誤差を比較したものです。計測値は、 ０
幅５ ｍｍのときの画素数を ０． になるよ
５０ ０ うにスケーリングしています。この結果よ 左側
り、
の２ ｍｍ
５ レンズ（CA-LH25）の方が ｍｍ
８ レンズ（CA-LH8） り
よ も計測誤差が小さいことがわかります。
注）下記結果は、代表例です。レンズの精度を保証するものではありません。
25mmレンズ 8mmレンズ
50mm
30mm
10mm
誤差 約10 m
： μ 誤差 約100 m
： μ
テレセントリックレンズ
一般のCCTVレンズは、対象物がレンズから遠ざかると画角により視野が広がります。 り、
つま 同じ大きさの対象物を計測すると距離が遠いほど
小さく計測されるこ り
とな ます。これに対して、
テレセン リ ク
ト ッ レンズは、画角が非常に小さ 、
く 対象物の距離が変化しても大きさがほとんど変化しません。
このため、段差のある対象物や大きさの異なる対象物の寸法を検査する場合は、
テレセン リ ク
ト ッ レンズが理想的です。
また、通常のCCTVレンズを使用する場合も、
できるだけ画角の小さいレンズの方が測定誤差の発生を低減できます。
通常のレンズ
物体側テレセン リ ク
ト ッ レンズ
絞り CCD側
CCD側
物体側
物体側 誤差
テレセン リ
ト ックレンズ 通常のCCTVレンズ
CA-LM0510
（×1.0 光学倍率）使用時 CA-LH50
（接写リング＝44mm）使用時
カ ラか
メ らの距離 カ ラか
メ らの距離
近い 遠い
近い 遠い
テレセン リ クレンズは、
トッ C C T Vレンズでは段 差
4.5mmの段差があって の影響を受けます。
も寸法はほとんど変化し レンズとの距離が近いと
ません。 寸法は大き 遠いと小
く、
さ な ます。
くり
3.000mm 3.000mm 2.999mm 3
3.051mm 3.000mm 2.947mm
3.000mm 3.000mm 2.999mm
■ レンズ 選 定
レンズディ トーション
ス
レンズには、 ス
ディ トーシ ン
ョ （歪み） り
があ ますので、画面の計測場所によって測定値に誤差を生じる可能性があ ます。
り
一般に焦点距離の長いレンズの方が歪は小さいので、寸法検査などには適しています。
h
■ 樽 型 歪曲
h
参考 ディ トーシ ンデータ
：ス ョ
理想像の形状
焦点距離 CA-LHシ ーズ
リ
樽型歪曲が発生
している実際の形状
8mm/6mm CA-LH8 -0.28%
16mm CA-LH16 -0.10%
∆h 25mm CA-LH25 -0.02%
TV デ ス ーシ ン (Dtv) = x 100 (%)
ィト ョ
2h 50mm CA-LH50 -0.01%
■ 実験
下の内容は、焦点距離８ と焦点距離２ ｍｍのレンズを使って、
ｍｍ ５ ほぼ同じ視野（約５ ｍｍ） 金尺の１ ｍｍ、０
０ で、 ０ ３ ｍｍ、０
５ ｍｍの幅を計測し
たときの計測誤差を比較したものです。計測値は、 ０
幅５ ｍｍのときの画素数を ０． になるよ
５０ ０ うにスケーリングしています。この結果よ 左側
り、
の２ ｍｍ
５ レンズ（CA-LH25）の方が ｍｍ
８ レンズ（CA-LH8） り
よ も計測誤差が小さいことがわかります。
注）下記結果は、代表例です。レンズの精度を保証するものではありません。
25mmレンズ 8mmレンズ
50mm
30mm
10mm
誤差 約10 m
： μ 誤差 約100 m
： μ
テレセントリックレンズ
一般のCCTVレンズは、対象物がレンズから遠ざかると画角により視野が広がります。 り、
つま 同じ大きさの対象物を計測すると距離が遠いほど
小さく計測されるこ り
とな ます。これに対して、
テレセン リ ク
ト ッ レンズは、画角が非常に小さ 、
く 対象物の距離が変化しても大きさがほとんど変化しません。
このため、段差のある対象物や大きさの異なる対象物の寸法を検査する場合は、
テレセン リ ク
ト ッ レンズが理想的です。
また、通常のCCTVレンズを使用する場合も、
できるだけ画角の小さいレンズの方が測定誤差の発生を低減できます。
通常のレンズ
物体側テレセン リ ク
ト ッ レンズ
絞り CCD側
CCD側
物体側
物体側 誤差
テレセン リ
ト ックレンズ 通常のCCTVレンズ
CA-LM0510
（×1.0 光学倍率）使用時 CA-LH50
（接写リング＝44mm）使用時
カ ラか
メ らの距離 カ ラか
メ らの距離
近い 遠い
近い 遠い
テレセン リ クレンズは、
トッ C C T Vレンズでは段 差
4.5mmの段差があって の影響を受けます。
も寸法はほとんど変化し レンズとの距離が近いと
ません。 寸法は大き 遠いと小
く、
さ な ます。
くり
3.000mm 3.000mm 2.999mm
3.051mm 3.000mm 2.947mm
3.000mm 3.000mm 2.999mm
23
■ レンズ 選 定
レンズディ トーション
ス
レンズには、 ス
ディ トーシ ン
ョ （歪み） り
があ ますので、画面の計測場所によって測定値に誤差を生じる可能性があ ます。
り
一般に焦点距離の長いレンズの方が歪は小さいので、寸法検査などには適しています。
h
■ 樽 型 歪曲
h
参考 ディ トーシ ンデータ
：ス ョ
理想像の形状
焦点距離 CA-LHシ ーズ
リ
樽型歪曲が発生
している実際の形状
8mm/6mm CA-LH8 -0.28%
16mm CA-LH16 -0.10%
∆h 25mm CA-LH25 -0.02%
TV デ ス ーシ ン (Dtv) = x 100 (%)
ィト ョ
2h 50mm CA-LH50 -0.01%
■実験
下の内容は、焦点距離８ と焦点距離２ ｍｍのレンズを使って、
ｍｍ ５ ほぼ同じ視野（約５ ｍｍ） 金尺の１ ｍｍ、０
０ で、 ０ ３ ｍｍ、０
５ ｍｍの幅を計測し
たときの計測誤差を比較したものです。計測値は、 ０
幅５ ｍｍのときの画素数を ０． になるよ
５０ ０ うにスケーリングしています。この結果よ 左側
り、
の２ ｍｍ
５ レンズ（CA-LH25）の方が ｍｍ
８ レンズ（CA-LH8） り
よ も計測誤差が小さいことがわかります。
注）下記結果は、代表例です。レンズの精度を保証するものではありません。
25mmレンズ 8mmレンズ
50mm
30mm
10mm
誤差 約10 m
： μ 誤差 約100 m
： μ
テレセントリックレンズ
一般のCCTVレンズは、対象物がレンズから遠ざかると画角により視野が広がります。 り、
つま 同じ大きさの対象物を計測すると距離が遠いほど
小さく計測されるこ り
とな ます。これに対して、
テレセン リ ク
ト ッ レンズは、画角が非常に小さ 、
く 対象物の距離が変化しても大きさがほとんど変化しません。
このため、段差のある対象物や大きさの異なる対象物の寸法を検査する場合は、
テレセン リ ク
ト ッ レンズが理想的です。
また、通常のCCTVレンズを使用する場合も、
できるだけ画角の小さいレンズの方が測定誤差の発生を低減できます。
通常のレンズ
物体側テレセン リ ク
ト ッ レンズ
絞り CCD側
CCD側
物体側
物体側 誤差
テレセン リ
ト ックレンズ 通常のCCTVレンズ
CA-LM0510
（×1.0 光学倍率）使用時 CA-LH50
（接写リング＝44mm）使用時
カ ラか
メ らの距離 カ ラか
メ らの距離
近い 遠い
近い 遠い
テレセン リ クレンズは、
トッ C C T Vレンズでは段 差
4.5mmの段差があって の影響を受けます。
も寸法はほとんど変化し レンズとの距離が近いと
ません。 寸法は大き 遠いと小
く、
さ な ます。
くり
3.000mm 3.000mm 2.999mm 3
3.051mm 3.000mm 2.947mm
3.000mm 3.000mm 2.999mm
■ レンズ 選 定
レンズディ トーション
ス
レンズには、 ス
ディ トーシ ン
ョ （歪み） り
があ ますので、画面の計測場所によって測定値に誤差を生じる可能性があ ます。
り
一般に焦点距離の長いレンズの方が歪は小さいので、寸法検査などには適しています。
h
■ 樽 型 歪曲
h
参考 ディ トーシ ンデータ
：ス ョ
理想像の形状
焦点距離 CA-LHシ ーズ
リ
樽型歪曲が発生
している実際の形状
8mm/6mm CA-LH8 -0.28%
16mm CA-LH16 -0.10%
∆h 25mm CA-LH25 -0.02%
TV デ ス ーシ ン (Dtv) = x 100 (%)
ィト ョ
2h 50mm CA-LH50 -0.01%
■ 実験
下の内容は、焦点距離８ と焦点距離２ ｍｍのレンズを使って、
ｍｍ ５ ほぼ同じ視野（約５ ｍｍ） 金尺の１ ｍｍ、０
０ で、 ０ ３ ｍｍ、０
５ ｍｍの幅を計測し
たときの計測誤差を比較したものです。計測値は、 ０
幅５ ｍｍのときの画素数を ０． になるよ
５０ ０ うにスケーリングしています。この結果よ 左側
り、
の２ ｍｍ
５ レンズ（CA-LH25）の方が ｍｍ
８ レンズ（CA-LH8） り
よ も計測誤差が小さいことがわかります。
注）下記結果は、代表例です。レンズの精度を保証するものではありません。
25mmレンズ 8mmレンズ
50mm
30mm
10mm
誤差 約10 m
： μ 誤差 約100 m
： μ
テレセントリックレンズ
一般のCCTVレンズは、対象物がレンズから遠ざかると画角により視野が広がります。 り、
つま 同じ大きさの対象物を計測すると距離が遠いほど
小さく計測されるこ り
とな ます。これに対して、
テレセン リ ク
ト ッ レンズは、画角が非常に小さ 、
く 対象物の距離が変化しても大きさがほとんど変化しません。
このため、段差のある対象物や大きさの異なる対象物の寸法を検査する場合は、
テレセン リ ク
ト ッ レンズが理想的です。
また、通常のCCTVレンズを使用する場合も、
できるだけ画角の小さいレンズの方が測定誤差の発生を低減できます。
通常のレンズ
物体側テレセン リ ク
ト ッ レンズ
絞り CCD側
CCD側
物体側
物体側 誤差
テレセン リ
ト ックレンズ 通常のCCTVレンズ
CA-LM0510
（×1.0 光学倍率）使用時 CA-LH50
（接写リング＝44mm）使用時
カ ラか
メ らの距離 カ ラか
メ らの距離
近い 遠い
近い 遠い
テレセン リ クレンズは、
トッ C C T Vレンズでは段 差
4.5mmの段差があって の影響を受けます。
も寸法はほとんど変化し レンズとの距離が近いと
ません。 寸法は大き 遠いと小
く、
さ な ます。
くり
3.000mm 3.000mm 2.999mm
3.051mm 3.000mm 2.947mm
3.000mm 3.000mm 2.999mm
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CA-LM
テレセントリックマクロレンズ
高精度検査をサポートする
画像処理用マクロレンズ
CA-LM0510 CA-LM2 CA-LM4 CA-LM6 CA-LM8
CA-LMA2 CA-LMA4
テレセン リ ク
ト ッ レンズ
テレセン リ ク
ト ッ レンズの効果
ピン もあった状態で
ト
対象物サイ ズは変化しません。
元画像
カメラ、
ワーク間が
3mm 通常のCCTVレンズ
変動した時
ピントがぼけてしまい
対象物が小さ なって
く しまいます。
測定誤差の少ないテレセン リ ク方式
トッ
コンパクトサイ と高性能をバラ
ズ ンス良く実現する、物体側テレセン リ ク方式を採用。
トッ この
方式は小径レ ンズながら、ワーク側の主光線がレ ンズ光軸に対して平行なため、 ワークの上
下動やピ ト レがあっ も撮像サイ
ンズ て ズの変動が少な 測定誤差がほ ん
く、 と ど発生しません。
物体側テレセン リ ク
ト ッ レンズ
通常のレンズ
絞り
CCD側
CCD側
物体側 物体側
誤差
TVディ トーシ ン0％
ス ョ
コンパクト設定ながらTVディ トーシ ンは業界 ッ
ス ョ ト プレベルを実現。歪みの少ない高精度
な測定が可能です。
倍率調整が可能な
バリ ォーカルタイプ
フ
固定倍率であ ながら、 メ とのバ ク ォ
り カラ ッフ
ーカス誤差や、 ワークの撮像サイ を微調整
ズ
で るバ フ ー ル
き リ ォ カ レバー を装備しています。
同軸タイプ、LED照明取付具を用意
フ イバ照明などの光を
ァ レンズの同軸上から照射できる同軸タ プに加え、
イ 専用取付具に
よレ
って ンズ先端にLED照明を装着できます。
同軸タイプの照明接合部 LED照明専用取付具
（OP-42325 CA-DR□3に対応）
：
6 www.keyence.co.jp/gazo
第2章 近 接センサ選定ノウハウとトラブル対策
位 置決め
＜ 代表アプリケーション＞
ここで…位置決めの精度はカタログスペックの、
『 繰り返し精度 ( E S シリーズ ) 』 を参照してください。
繰り返し精度の定義
ＯＮ
ＯＮ
標
一定条件のもとで動作させた時の検出位置
準
検
の誤差を示します。
出
物
体
誤差
『繰り返し精度』の精度の出る検知方法
ワークが正面からセンサに ワークが横からセンサに
近づく場合 近づく場合
ワークの移動方向
標準検出物体 L/4
↓
標準検出物体
安定検出距離
←
安定検出距離の 1/2
ワークの移動方向
L
上記のような位置関係にて、まさに ON
上記のように安定検出距離内で、まさに
ON の調整をしてください。 の調整をしてください。
6
第2章 近 接センサ選定ノウハウとトラブル対策
位 置決め
＜ 代表アプリケーション＞
ここで…位置決めの精度はカタログスペックの、
『 繰り返し精度 ( E S シリーズ ) 』 を参照してください。
繰り返し精度の定義
ＯＮ
ＯＮ
標
一定条件のもとで動作させた時の検出位置
準
検
の誤差を示します。
出
物
体
誤差
『繰り返し精度』の精度の出る検知方法
ワークが正面からセンサに ワークが横からセンサに
近づく場合 近づく場合
ワークの移動方向
標準検出物体 L/4
↓
標準検出物体
安定検出距離
←
安定検出距離の 1/2
ワークの移動方向
L
上記のような位置関係にて、まさに ON
上記のように安定検出距離内で、まさに
ON の調整をしてください。 の調整をしてください。
6
付 録
横流しの場合（ピケットフェンススキャン）
スキャン幅
ポイント
バ ーコードの長さ
横流しの場合は
移動可能距離
＝（スキャン幅） バーコー
（
- ドの長さ）
■BL-700／740／780
Ｂ ７０
・ Ｌ- ０ の移動可能距離＝ ７ ｍｍ−
２５ （バーコードの長さ）
( (
読み取り距離が ９ ｍｍ、
２５
ナローバー幅 .２ ｍｍの時
０５
Ｂ ７０
・ Ｌ- ０ のスキャン時間＝ . ｍ
８６ ｓ
Ｂ ７０ ７０
Ｌ- ０ は、０ スキャン／秒なので、 回当 のスキャ
１ り ン時間は
１４ ｍ です。
.３ｓ
デコー ド一致回数が 回とする
２ と、
１４ ｍ × ＋ １４ ｍ ＋ １４ ｍ ×
． ｓ２
３ .３ｓ .３ｓ３ ＝約 . ｍ
８６ ｓ
※
（誤差分）（ＡＧＣに要する時間）
かかり ます。
Ｂ ７０
・ Ｌ- ４ の移動可能距離＝ １ ｍｍ−
５０ （バーコードの長さ）
( (
読み取り距離が ０ ｍｍ、
６０
付 ナローバー幅 . ｍｍの時
０５
録 Ｂ ７０
・ Ｌ- ４ のスキャン時間＝ . ｍ
８６ ｓ
Ｂ ７０
Ｌ- ４ の場合は、０ スキャ
７０ ン／秒なので、 回当 のスキャ
１ り ン
時間は .４ ｍ です。
１３ｓ
デコー ド一致回数が 回とする
２ と、
１４ ｍ × ＋ １４ ｍ ＋ １４ ｍ ×
． ｓ２
３ .３ｓ .３ｓ３ ＝約 . ｍ
８６ ｓ
※
（誤差分）（ＡＧＣに要する時間）
かかり ます。
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