三次元形状計測の基礎

三次元形状計測とは

三次元形状計測は、物体の形状を三次元データとして取得する技術です。
これにより、モノのあらゆる寸法を高精度で測定できるため、多くの製造業領域で活用されています。
CADデータの生成や、製品設計プロセスの短縮、品質管理の向上など、三次元形状計測は製造業を革新する力を持っています。

三次元形状計測の基本原理

トライアングルレーザー法

トライアングルレーザー法は、レーザー光を対象物に照射し、その反射光をカメラで捉え、位置と距離を測定する方法です。
これは多くの三次元スキャナーで用いられる一般的な技術で、非常に高い精度で形状を取得できます。

ストラクチャードライト法

ストラクチャードライト法は、対象物に特定のパターンの光（一般的には格子状）を投影し、それをカメラで撮影する方法です。
光パターンが変形することで、物体表面の凹凸を解析し三次元データを生成します。
この方法は、計測スピードが速く、大型物体の計測に向いています。

時間領域でのトラッキング

光の到達時間を測定することで距離を計算する方法です。
例えば、飛行時間を基にしたシステムは、物体に光を発射し、それが戻ってくる時間を測定して距離を求めます。
レーザーレーダー（LiDAR）は、これを活用した代表的な技術で、自動運転車のセンサーとしても有名です。

製造現場での三次元形状計測の活用

生産プロセスの最適化

三次元形状計測技術を導入することで、生産プロセスの最適化が図れます。
例えば、工作機械の加工精度が向上し、製品の精度や再現性が高まります。
また、形状データを活用して、製品の組み立て時間を短縮することも可能です。

製品の品質保証

形状計測により、製品の寸法が設計通りであるかを高精度で検証できます。
これにより不良品の発生を防ぎ、製品品質の向上に寄与します。
現代の市場では品質への要求がますます高くなっており、三次元計測技術はそのニーズに応える手段として重要です。

製品のモデリングとリバースエンジニアリング

製造終了した部品や、手作業で考案された製品をデジタルデータ化する際に、三次元形状計測が利用されます。
古い部品を複製するための3Dモデルを取得し、CAD/CAMソフトウェアを使用して製造プロセスを確立できます。

三次元形状計測の導入事例

自動車部品メーカーでの事例

自動車部品メーカーでは、部品の開発から生産、最終検査に至るまで三次元形状計測が活用されています。
例えば、新しいエンジン部品の開発では、プロトタイプの形状データを取得し、設計や分析を行うことで、開発期間の大幅な短縮を実現しています。

航空機業界の事例

航空機製造では、機体の複雑な構造を正確に測定することが製品の性能を左右します。
ここで、三次元形状計測が活用され、部品寸法のトレーサビリティを確保し、高精度な組み立てを実現しています。

消費者製品のパーソナライズ

近年では、個別の消費者製品に対し、三次元形状計測がパーソナライズ化の手段として利用されています。
例えば、個別にフィットするヘッドフォンや、インソールのような製品は、消費者の身体データをスキャンして高精度に製造されています。

今後の展望

三次元形状計測技術は、より精度が高く、スキャン速度が速く、簡単に使用できるよう進化し続けています。
今後は、IoTプラットフォームやAI技術との結びつきが進み、製造業におけるより広範囲なデジタル化が進むでしょう。
そのため、製造業者は、これらの技術を積極的に活用することで、競争優位性を高めることが求められます。