精密板金・部品解析のための高速2D/3D検査・リバースエンジニアリング

テーブル型光学測定は、平らな、または折り曲げ/成形された板金部品、ガスケット、シール、Oリング、積層板、紙、アセテート、電子図面、その他の不透明・半透明の平らな材料の測定とリバースエンジニアリングの両方に適した、迅速、簡単、かつ正確な方法です。

InspecVision Ltd.のPlanar測定システムの基本要素は、LEDバックライト付きテーブルと、その上方に設置された最大50メガピクセルのカメラです。カメラはテーブル上にランダムに配置された1つ以上の部品のエッジを「見ます」。約30秒で部品のスナップショットを撮り、CADファイルと比較して検査したり、リバースエンジニアリング用にDXFやDWGのCADファイルとして出力したりできます。

このシステムの典型的なユーザーには、X/Y CNC、レーザー、プラズマ、パンチ、ウォータージェット切断、成形機を使用し、自動車、航空宇宙、エレクトロニクス、通信など幅広い業界に供給する板金加工業者が含まれます。

2D検査

Exact Metrology（イリノイ州モリーン）のゼネラルマネージャー、ジョー・ライト氏は、パンチプレス群の近くの工場床にシステムを設置する典型的な検査シナリオを説明しました。可動部がなく、データ取得レートが約4メガピクセル/秒であるため、システムは振動の影響を受けないと氏は言います。つまり、プレスを稼働させたまま部品を検査できるのです。

パンチプレスオペレーターはバーコードをスキャンしてCADファイルを機械にアップロードできます。統合コンピューターが所望の寸法（穴のサイズと位置、線形寸法、半径など）でプログラムされれば、認定技術者が測定を行う必要はありません。

オペレーターは完成部品（複数可）を取り出し、治具なしで、特定の向きを気にせずテーブルに置くだけです。制御ソフトウェアが部品を仮想的に方向合わせしてからCADファイルと比較します。測定精度は、小型テーブル（500mm×330mm）で12ミクロン、大型テーブル（2355mm×1570mm）で50ミクロンの範囲です。

主な特長：

• 複数の同一品を同時にスキャン可能。例えば10個の部品をテーブルに置き、隅にある5番目の部品が不合格なら、画面上でその部品が分離表示されます。

• 部品に触れずに測定できるため、Oリングにも使用可能。座標測定機（CMM）やノギスなどの接触式デバイスでOリングを測定しようとすると、部品が歪んで誤差が生じるリスクがあります。

• テーブルはガラス製ですが、傷はキャリブレーションで除去できるため測定に影響しません。

• 測定データと公称データを含むレポートを自動生成し、各項目をPASS/FAILで判定表示。

• CADデータと測定データを比較したカラー偏差図を表示/印刷。

• 偏差を拡張現実（AR）で部品自体に投影可能。

• SPCデータを出力して分析可能。

2Dリバースエンジニアリング

リバースエンジニアリングは2つのカテゴリーに分けられます。1つはすでに製造された部品を撮像すること、もう1つは紙、アセテート、電子画像ファイルをCADファイルに変換することです。

「私は中西部にいて、パンチ加工やレーザー切断をする工場を顧客に持っています。農家が『これ壊れたから、テーブルに置いて新しいの切ってくれ』と持ってくることがあります。従来ならテープメジャーとノギスで測り、図面を起こしてCADを作る必要がありましたが、このシステムならその工程をすべてスキップできます」とライト氏。

製造用の図面を生成するには、部品をテーブルに置くだけで30秒以内に画像ファイルが準備されます。ソフトウェアでデータを編集・クリーニングでき、例えば穴径の標準化、エッジの整形、バリの除去などが可能です。

ライト氏に製造で達成できる公差を尋ねたところ、システム自体の12〜50ミクロンがベストだと答えました。複数の部品を重ね合わせて、典型的なサンプル品の寸法変動を見ることで、製造に必要な公差を決められます。例えばリバースエンジニアリングしようとしている部品の30個分のスタディがあれば、それらを重ね合わせてプロセス偏差を出し、公差指定の助けにできます。

図面からCADファイルへ

縮尺図が紙やアセテートにあれば、それをテーブルに置いて撮像し、CADファイルを作れます。ロゴなどのグラフィック再現用ファイル作成にも使えます。図面をバックライトテーブルに置き、光が透過して白地に黒印刷なら、印刷部分をエッジとして検出できます。ただし図面は実寸または固定比率でスケーラブルでなければならず、手描きの絵ではダメです。スキャン後、図面はDXFファイル形式でインポートされます。

2.5D検査

パンチプレス製品にはルーバーや小さな曲げといった特徴があります。アドオンのSurfScanプロジェクターが構造化光を撮像対象の部品に照射します。システムソフトウェアと統合され、2D形状とその「2.5D」特徴をワンクリックで正確に検査できます。

3D検査

Opti-Scan検査システムは、表面とエッジを3Dで測定できます。この非接触構造化白色光スキャンシステムは、高速・高解像度カメラとLED DLPプロジェクターを用いて物体の表面をスキャンします。

プロジェクターから光のパターンを部品に照射して干渉縞パターンを生成します。縞データをカメラで記録し、スキャンした表面の3D点群またはポリゴナルメッシュを作成します。処理されたイメージングデータは、ほぼあらゆる3D検査やリバースエンジニアリングソフトウェアパッケージで使用できる複数のファイル形式で出力可能です。

2D撮像では1ショットで全体を捉えられますが、3Dでは視線方向のみなので、物体を回転・傾斜させられる三軸テーブルを使ってあらゆる角度からデータを取得し、それらを縫い合わせて完全な3D画像を得ます。

Opti-Scan 3Dは既存のPlanarシステムに追加可能で、Planarを完全な2D/3D測定システムに変えられます。

主な特長：

• ワンクリック自動検査。

• 白色光スキャン技術。

• 表面とエッジの3D測定。

• テクスチャマッピング — フルカラーのテクスチャ付き点群を作成可能。

• 約250,000測定/秒のスキャン速度。

まとめ

Planarシステムは、加工板金部品の高速・高精度・堅牢な測定のために設計されています。迅速・正確な初品検査、品質レポート、リバースエンジニアリングに最適です。ショップフロアでの使用に理想的です。近くの機械による振動の影響を受けず、オペレーターの介入は最小限で済み、その速度と精度により、幅広いアプリケーションで生産スループットを向上させられます。

この記事はPhotonics & Imaging Technologyのアソシエイトエディター、エド・ブラウン氏によって執筆されました。詳細についてはhere .