精密製造における計測技術：品質とコンプライアンスを確保するメトロロジーの重要な役割

多くの製造業では、完成部品の納期短縮が最優先されます。しかし、スクラップになった部品は完成品ではありません。業界規格やコンプライアンスベースの仕様で作られた部品の精度と品質も同様に重要です。メトロロジー（計測技術）の専門家に話を聞き、この技術がいかに品質を確保するか、そしていつ適用すべきかを理解しました。

今日のメトロロジーでは何が起きているのか？部品仕様がますます精密になるにつれ、それらの部品の精度と品質を測定する技術もまた精密化しています。例えば自動車業界では、多くの部品がモデルイヤーごとに変更され、多様な部品が存在します。部品仕様がわずかでも変わるたびに、新しいCADデータ、新しい金型、新しい工具の可能性、測定の変更が必要になります。

リアルタイムのインプロセスプロービングと測定から、コントローラーに組み込まれた使いやすいインテリジェント測定機能まで、今日のメトロロジーは企業がスクラップを減らし、部品製造プロセスのより早い段階でより高い精度を達成するのを助けます。より高度な検査機がCNCグラインダーに近づき、工具製造プロセスが行われている現場に迫っています。

製造におけるメトロロジーの進化

ハイボリューム製造のあらゆる事柄と同様、メトロロジーも時代に適応するようシフトしてきました。傾向は、使いやすく非常に正確な情報を提供する、より精密なショップフロアゲージングに向かっています。

「公差はますます厳しくなり、今やオペレーターはショップフロアでかなり精密な測定を行うよう求められています」と、マールの精密ゲージディレクターで42年のキャリアを持つジョージ・シューツ氏。「以前は部品を中央検査室に送っていましたが、今では大型CNCマシンのオペレーターが品質管理担当も兼ねることがよくあります。」

一部の企業では依然としてラボで品質検査を行っていますが、作業員は自分の部品の品質を知るために列に並んで待つことになります。時間が金であるとき、プラントマネージャーは品質チェックと部品修正をアップストリーム（上流工程）に移す方法を探します。これはラボが全く使われないと言うのではなく、生産プレッシャーが現実であるということです。

リーン製造の観点から、メトロロジーはインダストリー4.0と産業用IoT（IIoT）を最も積極的に取り入れている分野の一つです。今日のメトロロジーで使用される技術は、「インプロセス（工程内）」と「ポストプロセス（工程後）」の両面で進化しています。

ポストプロセスメトロロジーは、手動または自動技術で、いくつかの部品が作られた後に、さまざまな手持ち式オペレーター中心のツールを使用して行われます。インプロセスメトロロジーは、プローブ付きロボットアーム、データ取得センサー、自動補正措置を用いて機械内部で行われ、ネットワーク化されたソフトウェアとプログラミングを活用します。最も高度なインプロセスメトロロジーは、リアルタイムでのコース修正能力を持ちます。

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サイクルタイムを超えて：スクラップの削減、回避、排除

使用技術が何であれ、または公式にインダストリー4.0の冠がついていようがいまいが、メトロロジーの専門家たちが同意するのは：スクラップは敵だということです。生産レートは常に最大限に押し上げられます。特に航空宇宙、自動車、石油・ガスなどの業界では。しかし、不良品は時間を追加し、納期を遅らせます。不良品が発生したときにそれを知ることは、生産をスムーズに回し続ける鍵です。たとえプロセスに少し時間が加わったとしても。

「測定結果からプロセス監視、フィールドネットワーキングまで、それらすべての情報を一つにまとめることが極めて重要です」と、ミツトヨアメリカの分散製品セールス担当バイスプレジデント、パトリック・ハークネス氏。「小型手工具からマシニングセンタ、三次元測定機、ビジョンシステムまで、データ管理を統合してスマートファクトリーを実現し、コストと労力を削減し、スクラップをほぼゼロにして正確な部品を確保する方法があります。」

テストメーカー、ブルムノボテストのプレジデント、リリアン・バロ氏が自動車業界で起きていることを語りました：

「以前はサイクルタイムと生産のことしか話しませんでした… 今では、インプロセス検査を含めるためにサイクルタイムがわずかに増えることを受け入れるようになっています。なぜなら、すべての部品が公差内で製造されることを確実にする、最も効率的でインテリジェントな方法だからです。スクラップ、スクラップリサイクルを回避できます…」

約20年ミツトヨに在籍し、設計エンジニアとしてキャリアをスタートしたハークネス氏は、メトロロジーを主要データハブとするスマートなネットワーク工場が、いかにメーカーを予知保全型にできるかを説明します。適切なデータは、何サイクルで部品が作れるか、そしてスクラップが発生する可能性が高まる前に調整すべき正確なタイミングを教えてくれます。

「デジタルツールから真の測定値が出力されるとき、それらの経時的な読み取り値はプロセス制御変更を指示するのに役立ちます」とハークネス氏。「メトロロジーが提供する適切な統計解析により、ツール交換に入るべきタイミングを知り、スクラップを完全に回避できます。」

メトロロジーにおける一般的な精密ゲージの種類

オペレーターレベルの生産に最適なゲージは何か？それは条件によります。穴を測る方法は数千通りありますが、プロセスエンジニアと機械オペレーターは、適切な計測ツールを選ぶ前に、正しい質問を理解する必要があります。

公差はどれくらいで、どこにあるか？生産量は？毎回同じ機械か？機械内と床の条件は？温度は？

部品が正確で適切な品質かどうかを理解するだけでなく、表面仕上げも考慮しなければなりません。特に自動車部品では、とシューツ氏は説明します。その穴は荷重を支えるか？可動部品が内部にあるか？流体やオイルが通過するか？おそらく超平滑である必要があるかもしれません。

シンプルなものから、より複雑でデータ駆動型のものまで、一般的な精密ゲージ4種類を紹介します。

ゴー/ノーゴゲージ

「ゴー/ノーゴ」リングは長年使用されていますが、品質を評価するものではありません、とシューツ氏。「部品が通過すればその部品が良品だとわかる精密研磨された穴ですが、ただの鋼片です」と同氏。部品の品質を機械技師に伝えるものは何もなく、サイズが正しいことだけを示します。

ノギス、マイクロメータ

もう少し多くの情報を、より幅広い部品で得たいなら、オペレーターはノギスとマイクロメータを使う傾向があります。これらの手工具は汎用性がありますが、正しく保持し、部品を強く締めすぎないよう注意しなければならないため、オペレーターの影響を強く受けやすいとシューツ氏。

「これらは優れた汎用ツールで、非常に価値があります。機械技師には最適ですが、今日の要求される公差の中には、これらでは測定できないものもあるかもしれません」とシューツ氏。

バリアブルゲージ

これらは「内径（ID）」または「外径（OD）」を測るよう調整可能な小型ベンチゲージです。「マスターゲージでセットアップし、インジケーターを備えています。そのゲージを特定寸法の測定用にセットアップします」とシューツ氏。「マイクロメータよりずっと速く測定できます。なぜなら、すでにそのサイズにセットされているからです。かなり良い分解能があり、デジタルインジケーターを備えることもあります。バリアブルゲージの利点は、データ読み取りが得られるため、統計的工程管理（SPC）を始められることです。

「一度データが得られれば、部品がどれくらい良いか悪いかがわかります。したがって、これはオペレーターに測定能力を与えるもう一つのステップアップです」とシューツ氏。「移動平均で機械が何を生産しているかを知り、部品トレンドを見ることができます。測定情報を記録し始めれば、賢い意思決定を始められます。」

固定式バリアブルゲージ

これらは特定寸法の測定専用に作られ、オペレーターの影響を本質的に排除します。

「自動車を例に取ると、非常に精密な穴を持つウォーターポンプ部品が数百万個製造されているかもしれません… 非常に良い読み取り値が得られます」とシューツ氏。「つまり、ショップフロアで実質的にフールプルーフな、ラボグレードの精密測定が可能になるのです。」

メトロロジストが指摘する大きな変化の一つ：ワイヤレスツール。最新の多くのゲージと手持ちツールはコードを切りました。これは機能を犠牲にすることなく、オペレーターの時間と労力を節約します。

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