産業グレード3Dスキャナーが過酷環境を克服する6つの鍵機能

今月、PhoXi 3D Scannerの新世代が多くの重要なアップグレードとともにリリースされました。なぜこれらの変更を行い、それらが顧客の産業アプリケーションにどう役立つのか？ PhotoneoのMarcel Svec氏（3Dセンシングディレクター）とSvorad Stolc氏（R&D責任者）が以下の記事で回答します。

過酷な産業条件下での安定性能

スマートオートメーションへの需要増大により、ビジョン誘導ロボティクスの不可欠な部分である3Dビジョンが継続的に新市場へ拡大しています。徐々に、ロボット誘導、ビンピッキング、高度物体ハンドリング、デパレタイズ、経路補正、組立、品質管理、検査、形状評価などのアプリケーション領域に3Dビジョンが入り込んできました。

これらのオートメーションソリューションは往々にして、3Dビジョンシステムを粉塵、湿気、水、環境光、高温・低温、さらには変動温度に晒す「過酷な産業環境」で実装する必要があります。これらの要因は、ハードウェアと3Dビジョンシステムのパフォーマンスの双方に厳しい要求を突きつけます。最高の3Dスキャンデバイスは、徹底的に最適化され、マイクロメートル精度と高解像度を提供しつつ、過酷な産業環境に耐え、厳しい条件下でも最高品質のパフォーマンスを維持する必要があります。現代3Dビジョンシステムの耐久性に影響し、厳しい状況下で安定・精密な性能を維持するのに役立ついくつかの側面があります。それらは何に宿るのでしょうか？

熱安定化

可能なアプリケーション範囲を広げ、3Dスキャナーが高温または低温だけでなく変化する熱条件下──これは一般的に3Dビジョンシステムに大きな課題を突きつけます──でも安定信頼性能を発揮することを保証するには、高度な熱キャリブレーションモデルを搭載する必要があります。この機能により、デバイスが真に要求の厳しい熱条件に晒されるアプリケーションに導入しても、性能が影響を受けません。

Power over Ethernet（PoE）

3Dスキャンデバイスが、電源供給用カスタムコネクタと、データ通信用イーサネットまたはUSBコネクタという2種類のコネクタを備えることはよくあります。この構成はコストが高く、設置が複雑で、ケーブル長などに制約をもたらす可能性があります。

PoE（Power over Ethernet）は、データと電力を単一ケーブルで供給するエレガントな技術的解決策です。産業現場での採用に適した多くのメリットを提供します。PoEは信頼性が高く、安定し、堅牢です。設置・メンテナンスの両面でコスト効率が良く、過電流・過小電流・故障保護も確保されるため安全です。PoEは標準ベースなので、異なるサプライヤー間の相互運用性を保証し、大きな柔軟性を提供します。もう一つのPoEの利点は、30m以上のケーブル使用を可能にすることです。

PoEが推奨オプションですが、すべての顧客ニーズに応えるため2標準をサポートすることにしました──ユーザーは24Vでもデバイスに給電可能です。この代替手段も信頼性が高く安全で、ショートサーキット保護のための制限回路で動作します。もう一つの利点は、24Vの方が乗り越え能力（ride-through capability）が高く、電圧降下への耐性が向上することです。事故時も人身傷害リスクはありません。

IP65：防塵・防水

高い機械的品質は、デバイスが損傷なく過酷条件で確実に動作できることだけでなく、不必要なサービスと関連修理コストのリスクを最小化することも保証します。汎用IP定格システムは、購入者とユーザーに、特定環境・アプリケーションでデバイスを使用する安全性の正確な目安を与えます。IP定格は2桁で構成されます。第1桁は固形物侵入耐性、第2桁は耐水性を示します。

産業グレード3Dスキャナーは最低でもIP65を目指すべきです。この定格のスキャナーは完全防塵で、あらゆる方向・角度からの低圧・6.3mm水噴流から保護されます。したがって、粉塵や湿気の多い工場でも、固形粒子と液体がハウジング内に入りデバイスを損傷する心配なくスキャナーを使用できます。ただし、こうした環境は一般に、光学的取得条件に大きく影響するため、高品質・低ノイズスキャンが必要な場合は最適ではありません。

M12コネクタ

M12コネクタはいくつかの理由で産業アプリケーションの推奨選択肢になっています。ネジロック式コネクタは信頼性と安全性の高い接続を提供し、円形設計により粉塵・湿気・その他汚染物質からデバイスを守る比類なき堅牢性を確保します。さらに、衝撃・振動・温度変化の潜在的影響からも保護します。コンポーネント小型化のニーズ増大と、電力・データ伝送への要求増大に対応するコンパクトサイズも大きな利点です。

高速GPU

時間は3Dスキャンの重要ファクターです。この点でも大幅な改善を行いました。NVIDIA Jetson TX2のパワーを活用し、新世代PhoXi 3D Scannerはユーザーに計算時間40%短縮を実現し、全スキャン時間200msを達成します。これによりサイクルタイム短縮、またはより長い取得の場合、より高品質なデータをこれまでより短時間で取得できます。GPU使用のもう一つの利点は、演算がデバイス上で完結するためPCリソースを節約し、ユーザーアプリケーションのための余地を残せることです。

強力なファームウェア

ソフトウェアとファームウェアはあらゆる3Dビジョンシステムの不可分な構成要素なので、これら領域でのアップグレードも重要でした。一般的な改善に加え、ファームウェアは今やスキャンプロセス全体をより良く制御するためのより多くのユーザー設定を提供します。また、環境光抑制のアップグレードアルゴリズムを搭載し、一般的に3Dビジョンシステムに大きな課題を突きつける明るい環境光設定でも優れたパフォーマンスを発揮します。

もう一つの大きなアップグレードは反射フィルタリングです──新しいインテリジェントアルゴリズムが、投影パターンの反射がノイズと誤測定を引き起こす複雑なシーン形状領域で発生するアーティファクトを除去します。これは独自照明方式を使うあらゆるタイプのスキャンデバイスで起こり得ます。新しい反射フィルターにより、3Dスキャナーは誤測定を大幅に排除します。

環境光抑制とインターリフレクションフィルタリングについては、別途準備中のブログ記事で詳述します。