自動車品質管理における3Dスキャニング精度の向上

ARIS Technology、3Dスキャニングの改善を実現

多くの自動車部品メーカーが3Dスキャニングを導入済みであるものの、品質管理（QC）でのユースケースは限定的でした。主な理由は以下の3点です。

1. 3Dスキャニングが手動作業に依存している
2. 既存の「いわゆる」自動3Dスキャニングシステムは生産性が低い
3. 3Dスキャニングがオールインワン解を目指したが、依然として接触式測定機（CMM）が必要な測定領域が存在する

手動3Dスキャニングの克服

スタンドアロン型3Dスキャナを購入したメーカーは、GeomagicやPolyworksなどの3D画像処理ソフト、2軸ターンテーブル、スキャナ三脚などの追加購入と、作業者への以下のトレーニングが必要でした。

• 3Dスキャナの操作（電源オン/オフ、設定変更等）
• 対象部品に適した角度・距離からのスキャン取得
• 物体表面特性への対応（反射率に基づく露出設定等）
• 複数スキャンの統合とデータ処理
• スキャンデータとCADの比較のための画像処理技術
• スキャナ校正、治具マスタリング等のその他操作

これにより、新規プロジェクトごとに熟練労働者の学習曲線が常に発生していました。新規部品検査ではその部品固有のスキャン手法を習得し、旧モデル再生産では過去プロジェクトを再学習する必要がありました。市販ソフトの漸進的改善はあるものの、この急峻な学習曲線を根本的に解消するソリューションは存在しませんでした。

ARISシステムは、ARISソフトウェアのシンプルなユーザー体験（UX）によって、新規部品の容易なセットアップを実現します。

なぜARISシステムが優れているのか

多くの企業がロボット自動化で3Dスキャニングの労働集約性改善を図ってきましたが、既存ソリューションには以下の限界があります。

• 多くは3DスキャナOEMハードウェア由来で、特定ブランド・タイプにロックインされる。例：構造化青色光を用いる人気ソリューションは、光沢面に不向きでスプレー塗布が必要、長いスタンドオフで狭穴スキャンが困難、マーカー貼付が必要で自動化が手動化する皮肉な結果に。
• 柔軟性に欠ける。生産ライン転用時にスキャナ、ロボット、画像処理ソフトの入れ替えが必要となり、全面的なシステム統合、再トレーニング、再校正を要する。
• ARISは独自ソフトウェア製品でこれらを解決。

モジュール統合プラットフォーム: 最適な実績あるセンサとロボットを推奨し、統合・導入を実施。
自動化（実行）ソフトウェア: 最小限のトレーニングで作業者がプログラム済み検査を繰り返し実行可能。
セットアップソフトウェア: メーカーのニーズ進化に合わせ、新規プログラムの容易な作成とスキャン後分析を実現。

ARISシステムがCMMを補完する方法

3Dスキャニングは数百万点の測定データを数秒で取得でき、高分解能・高速サイクルタイムを実現します。しかし、透明/半透明面、光沢面、内部細部の測定ではCMMに劣ります。そのため、1部品の必要注釈（注目点）すべてを測定する場合でも、CMMと3Dスキャニングの併用が望ましいケースがあります。

CMMメーカーはCMMアームに3Dスキャナを搭載してきましたが、これは低速・低生産性です。一方、検査ラボに産業用ロボットを導入する複雑さも最適とは言えません。

ARISは協働ロボットと高速マルチラインレーザスキャニングを統合することでこの課題を解決します。3Dエリアスキャナ（構造化青色光等）搭載ARISシステムより精度は若干劣りますが、速度と生産性を最大化し、反射面測定では他の3Dスキャニングタイプを上回ります。さらに、外部トラッキング機構でロボット移動中にライブで画像をスティッチングできるため、大型部品を精度を落とさず効率的にスキャン可能です。協働ロボット採用により、既存人工プロセスエリアに配置でき、CMMの隣でリアルタイムにCMM測定を補完できます。

精度システムの実証ケーススタディ

ダイカスト部品の全検査レポートをリファレンスARISシステムで生成し、品質確保に必要な多様な注釈を測定。続いてゲージR&Rスタディを実施し、精度（繰返し性と再現性）を業界標準と比較検証しました。

この精度テストは、自動化3Dスキャニングシステムがラボだけでなく生産現場で、初品検査（FAI）と工程内検査の両方に導入可能かを判断し、大幅なコスト削減につなげることを目的としています。

3Dスキャナの選定はロボットアーム選定より重要です。許容差、表面仕上げ、部品サイズの違いにより、異なる光学精度・視野デバイスが必要となるためです。一般に高精度・大視野デバイスは高価であり、ARIS統合ソフトウェアが提供する多様な3Dスキャナのプラグアンドプレイ対応が、予算内で要求精度とサイクルタイムを達成する鍵となります。例えば±2.5μm精度のスキャナは10万ドル超となります。

スキャナとロボットの設置・配線後、3Dスキャナとロボットの相対位置校正を初期セットアップとして実施。ARIS自動化ソフトウェアで、オペレータがワンクリックで必要な校正を自動実行可能です。温度変化等で毎日校正が必要なスキャナも、ARIS自動化ソフトウェアが最小限の人的介入で自動対応します。リファレンスシステムでは初期校正に15分未満の手動作業時間で完了しました。

結果、生産現場環境でも最小投資でCMM同等の精度が達成可能であることが示されました。ラボ内高精度CMMより精度は若干劣るものの、ポータブルCMMより優れています。多くの高精度ラボCMMがコンクリート床、温度/振動管理室を必要とするのに対し、3Dスキャナは外部要因の影響を受けにくく、自動化ロボット3DスキャニングQCソリューションの柔軟性と効率性が際立ちます。

ARISシステムは自動車メーカーの既存インフラで稼働可能で、既存CMMプロセスを置き換えることなく協働ARISシステムを活用することで、高い投資対効果（ROI）を実現できます。

Yearbook編集者Bill Koenigが、ARIS Technology提供情報に基づき編集。