１．はじめに

製品や中間品ができあがったとき、まず必要なことが検査です。
検査には機能検査や仕様を満足しているかなどの検査がありますが、必ず必要な検査が外観検査です。

・傷がある
・ゴミが付着している
・異物が入り込んでいる

など、その製品がユーザーの元に届き、不具合があれば、即刻クレームとなります。
クレームになれば、製品イメージだけでなく、企業のイメージも失われてしまいます。

外観検査は主にＣＣＤカメラなどで観測し、得られた画像で異常有無を判断していました。
しかし、製造品の複雑さや小型化から、従来の２Ｄによる画像では判断が付きにくいという問題が起こりました。
そこで登場した技術が、３Ｄ検査装置です。

このコラムでは、３Ｄ検査装置についてご紹介します。

また、3D検査装置の導入に関して、

• 省力化、省人化してコストダウンしたい
• 生産性アップして売上を上げたい
• 人的ミスを減らして品質価値を高めたい
• どのメーカーの検査装置を使えば効率的かわからない
  

という場合は、お気軽にFAプロダクツまでお問い合わせください。
関東最大級のロボットSIerとして、最適化のご提案をさせていただきます。

また、外観検査などの自動化をご検討の際は、ルール型の画像処理からAIによる画像処理までワンストップで対応する「画処ラボ」もご活用ください。

⇒【図解】外観検査装置とは？検出できる欠陥の種類やおすすめの工場5選

２．３Ｄ検査とは

（１）３Ｄ検査と２Ｄ検査の違いとは

図１では、工作物の溶接検査を紹介します。

溶接結果確認のため、工作物上方に設置したカメラで写したときの様子は、左側の画像になります。
これを真横に設置したカメラでは、真中の画像となります。
２つの画像を見比べると、上方からのカメラの映像では、３点の溶接は同じように見えますが、横からのカメラ映像では、溶接欠陥や溶接片寄りが見つけられます。

しかし、横からのカメラの映像では、溶接の横の拡がりは見えず、欠陥が見過ごされる可能性があります。
図１の右側の画像は、３Ｄによるカメラ画像で、この画像で周囲を見渡すことで、欠陥が見つけられます。
このように、２Ｄのカメラ監視画像で見過ごされていた欠陥が、３Ｄ映像を取り入れることで、見つけることが可能です。

（２）三次元計測とは

図２では、電子部品のはんだ付けの良否のイメージを紹介します。

電子部品のはんだ付けの良否は、はんだの高さが許容値内にあること、直線を超えない範囲に、はんだがあることです。

図２のＡ図は、上からはんだの様子を見たものですが、これだけでは、判定基準から逸脱しているかどうかが分かりません。
図２のＢ図では、横から見た画像ですので、直線から超えたはんだの量、許容値から出たはんだの量ということを感覚では認識できますが、定量的に判断することはできません。
そこではんだの幅や高さの定量的に計測する方法が、三次元計測です。

三次元計測とは、検査物の長さや幅の寸法を測ること、検査物の三次元形状を点の集合体として計測することです。

（３）三次元計測手法

三次元計測の手法には、表１で紹介するような方式があります。

表１　三次元画像計測

型式	方式	概要
受動型	ステレオ式	カメラを２台並べ、三角測量原理に基づいて計測します。カメラの配置方法によって、 両眼視・三眼視・カメラ移動型があります。
	レンズ焦点法	カメラのピントを合わせ、焦点が合った目盛りを読んで距離を計測します。
能動型	アクティブステレオ法 光切断法	カメラと光を投影する機器を使い、計測します。
	アクティブステレオ法 スリット光投影法	スリット光を物体に投影し、光変化の割り合いをカメラで撮影し、計測を行います。
	照度差ステレオ法	検査対象に複数の光を当て、光を切り替えながら写す画像によって、計測する方法です。
	モアレ法	プロジェクタレンズとカメラレンズを同じ平面に置き、レンズ面に平行に格子を投影するとき現れるモアレ縞を使って計測します。
	干渉法	測定面反射光と参照面反射光の干渉時に、波長１／２の光路差ごとにできる干渉縞を使って計測します。
	光レーダー法	検査物に光・電波・超音波を当て、戻ってくるまでの時間から、検査物までの距離を計測する方法です。

表１で紹介した各手法でも、計測や計測補助の種類によって、さらに細分化され、特徴のある３Ｄ計測が実現されます。

⇒【図解】検査装置のカメラとは？画像処理とは？おすすめのメーカー5選

⇒【図解】超音波検査装置とは？具体例やX線との違い＋工場5選

（４）三次元計測手法イメージ

表１で紹介した三次元計測手法のうち、ステレオ方式を図３で、アクティブステレオ法の光切断法を図４で、そのイメージを紹介します。

図３のステレオ法は、２つのカメラで検査対象を写し、それぞれのカメラ映像から、三角測量法の原理から、検査物の３次元情報を得ます。

図４の光切断法は、レーザー光を、検査対象を切断するように当て、その反射光をカメラでとらえ、切断面のプロファイル情報を得ます。

この切断面プロファイルを、検査対象の端から端までの切断面から得ることで、全体の３次元情報が得られます。

（５）３Ｄ　Ｘ線ＣＴ検査

検査する対象物によっては、内部に欠陥を持つものが少なくありません。
欠陥の状況、大きさや位置など、によっては欠陥の原因が前工程にあって、これから製造される製品に同様な欠陥が起こると、想定できる場合があります。
前工程の何が原因かを調べるために、検査で見つかった欠陥の詳細を知る必要があり、精密な３Ｄ情報を得るために、内部を透視できる３Ｄ検査が必要となります。
図５で紹介するのが、Ｘ線ＣＴ検査を使った３Ｄ検査のイメージです。

図５のＸ線検査では、検査ワークの表面から内部までの位置情報が得られ、検査物の形状画像と内部欠陥との位置関係が得られます。異物や欠陥の詳細を得るために、顕微鏡を使う場合もあります。

⇒X線検査装置とは？CT検査や検査例、おすすめの工場5選

３．３Ｄ検査例

いろいろな検査装置メーカーから、事例が紹介されています。
各メーカーが似たような事例を公開していますが、表２では事例のみの紹介とし、メーカー名の紹介は省略します。

表２　３Ｄ検査事例

製造分野	検査事例	概要
電子品	電子チップの位置	表面実装された電子部品の装着位置や高さを検査し、部品の誤配置・浮きを検出します。
	コネクターピン接続	コネクタリード部高さとピッチ寸法の検査を行います
食品	箱入りチョコレートの数量	３段定量で箱に詰められた菓子の、抜けや過チョコと箱とが同じ色のチョコの、個数欠けや歪みを検出します。
	バー形状食品の不具合	バー形状食品の割れや欠けを検出します
自動車・機械	自動車部品の接着剤塗布量	接着剤の塗布状況を、幅と高さの両方向で検査します
	コネクタ部材のピン位置	コネクタ部材のピンの欠け、先端の曲げなど不具合を検査します。
	ブレーキパッドの不具合	表面に凹凸・色の濃淡が不均一なブレーキパッドの、高さ・面積・寸法測定で、打痕を検出します。
	アルミニウム鋳物の不具合	アルミニウム鋳物の３次元　Ｘ線ＣＴ透過画像により、不具合検出が容易にできます。
金属品	部材通しの溶接状況	部材間の溶接高さ・溶接位置を検査し、凹凸の不良も検査できます。さらに、ピンホールなどの欠陥も検出します。
	円筒部品の不具合検出	円筒部品の外側、内側の凹凸・打痕の不具合の有無を検査します。
その他	木材の不具合	木材上の判別が難しい木目と割れを、木目の表面模様に影響されず、割れ・欠けを検出します。

４．インライン３Ｄ検査装置

図６は、３Ｄ検査装置を使って、製造品をインラインで検査するシステムのイメージ図です。

レーザー光でワークを光切断し、そのプロファイル画像を計算システムに送り、即座にワークのプロファイルを計算し、ワークの３Ｄ画像とデータを取得します。データと基準値を比較し、異常有無の判断を下し、画面表示や警報を鳴らします。

図６は、ワークの部品ずれを確認したため、画面にＮＧ表示を行っている様子です。
システムとしては、異常を発見したときに、ワークを製品ラインから外し、不良ワークをピックアップする機能と、連動することもできます。

 

5．３D検査装置導入のご相談はFAプロダクツへ

３Ｄ技術は、コンピュータゲームの３Ｄ映像化から映画の３Ｄ化と、映像の世界に深く浸透しています。さらに、３Ｄプリンターでは、３Ｄの製造品が作られていますし、３Ｄで検査する検査装置の開発と、あらゆる分野に広がっているようです。
しかし、考えてみれば、私たちの住む世界は三次元の空間であって、見るもの、聴くもの、触るものは全て３Ｄですから、流れが３Ｄに向かうのは当然のことと言えるでしょう。

３Ｄ検査装置も、そのような時代の流れから発展してきたものですが、忘れてはならないことは、３Ｄ計測から始まる基礎技術と計算能力向上が、深く寄与していることです。
さらには、検査装置で長年培われてきた２Ｄ検査技術の蓄積も見逃すことはできません。

３Ｄ検査装置を導入するときに必要なことは、３Ｄという技術取得以外にも、これまで培ってきた検査技術を整理することでしょう。
幸い、「３Ｄ検査装置関連メーカー５選」で紹介したように、３Ｄに係わる人が、さまざまな分野にいますので、そんなメーカーに相談することで、案外スムースに導入に踏み切れるのではないでしょうか。

３D検査装置の導入をお考えの方は、まずはお気軽にFAプロダクツまでご相談ください。

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