ショップフロア計測の進化：ウォークアップ検査で精密部品検査を実現

技術者が数個の部品を削っている時や初回ランの準備中、いくつかの部品や重要な形状をチェックする必要がある場面は数多くあります。表面をスポットチェックし、真円度や同心度を確認する必要があります。ハンドゲージで対応できる場合もありますが、部品が複雑化しスケジュールがタイトになるにつれ、より高性能な機器が求められることが多くなっています。

「カッターを研削しているツールメーカーや、特殊成形工具を作っている人が、ただ半径を測りたいだけということがあります」と、スタレット・キネメトリック・エンジニアリング（カリフォルニア州ラグナヒルズ）ゼネラルマネージャー、マーク・アレナル氏。「その場合、幅広い測定に対応でき、適応性のあるウォークアップ計測器が必要です。我々が作る多くの機器は、ショップフロアでの『ウォークアップ計測』にうまく機能します」と同氏。好例はスタレットのAVRとMVRシリーズの2Dビジョンシステムです。これらはマニュアルからフルCNCまで幅があります。ツールメーカーは歩み寄り、ステージに部品を置き、カッターの半径を撮像し、即座に測定できるとアレナル氏。「非常にシンプル。1形状、1測定、データを得て、メモして、去っていく」と同氏。

特にCNC機において、このコンセプトの鍵は機械そのものと同等にソフトウェアにあります。「システムソフトウェアがそのシナリオで比較的シンプルに使えるよう設計されており、最小限のトレーニングで済みます。画面上で見ている形状に触れて測定できます」と同氏は説明します。

しかし、真にコスト効率を高めるには、より大量生産にも対応できる適応性も必要です。「例えば、検査員が数個の部品——10個や20個——で100%初回品検査を行いたい場合。その検査員は同じ機械でパートプログラムを書き、最初の部品を測定するシーケンスを作成し、必要なデータとレポートフォーマットを全て含められます。完了すればパートプログラムを保存し、以降のロット部品を測定できます」と同氏。「複数ユーザーとそのジョブを検査できるなら、その機器は企業にとってより価値あるものになります。」

アレナル氏によれば、スタレットから2017年にリリースされた特に生産的なデバイスがHVR100-FLIPです。この卓上ビジョン測定システムは垂直・水平両方向で使用可能で、高解像度デジタルビデオと精密光学系を備え、最大90mmの視野で精密な視野測定が可能だと同社は説明しています。

容易さと精度

ビジョンとマルチビジョンシステムの採用を後押しするもう一つの説得力ある理由を、カールツァイス・インダストリアル・メトロロジー・テクノロジーLLC（ミネソタ州メイプルグローブ）製品管理マネージャー、デビッド・ウィック氏が説明します。「ウォークアップ計測を求める人々は、通常、最後の0.1ミクロンを追求しているわけではありません」と同氏。使いやすさが精度より重要になることが多い。「これはパラダイムシフトです。重要なのは使いやすさと繰り返し精度です」と同氏。ウォークアップ計測には、円、半径、スロットといった一般的形状を認識できるシステムが必要だと指摘。「ボタンをクリックし、素早く測定を確立し、寸法と公差を入力すれば、すぐ測定開始できます」と同氏。ビジョンシステム、例えばツァイスのO-Selectシリーズがウォークアップ計測に最適だと同意。ツァイスビジョンシステムには、一般的形状の識別とパートプログラム作成のための充実したソフトウェアスイートが含まれます。

一貫性も重要です。「誰が触っても良い測定結果を出せる機械でなければなりません」とウィック氏。これは彼の見解では、ISO規格への準拠と、ルーチン測定をパートプログラムで取得できることを意味します。「O-SelectはISO 10360-7規格で校正されています」と同氏。「自動フォーカス、自動照明、同一部品の複数個連続測定に対応します」と同氏。再利用性も重要。「昨日、新しい平面2Dオブジェクトの5寸法を測るクイックプログラムを作ったとします。今日、6個の試作部品が来ました。それらを機械に載せ、ボタンを押せば、機械が6個すべてを順番に測定します」と同氏。「これはよくある光景です。」

QVI（ニューヨーク州ロチェスター）シニアVP、ティム・モリアーティ氏も、新しいビデオシステムがより使いやすくなっていることに同意。ショップフロア用途では、マイクロメータのようなハンドツールや、ほぼトレーニング不要の光学式コンパレータと競合するため、シンプルさが重視されます。「我々の一部の測定システムでは、誰でも文字通り歩み寄り、部品をどんな向きで置いても、治具なしでボタンを押せば、瞬時に一連の測定が可能です——初回品でも工程内部品でも」と同氏。

モリアーティ氏も、こうした使いやすさがプロセス管理と記録保持のための容易なデータ転送につながると、他のインタビュー対象者と同様に指摘。使いやすいビデオシステムの利点は、他のウォークアップデバイスと比べて本質的に高精度で高速だということ。「カリパーを手に取ったり、コンパレータに部品を置いたりする体験を、より速く、より正確な測定で改善しようとしています」と同氏。QVI Snapシリーズのようなビデオ測定システムは、0.0001〜0.0002インチ（0.00254〜0.00508mm）の精度を容易に実現すると指摘。

「新しいSnap大視野（LFOV）ビデオ測定機シリーズがこの需要に応えます」と同氏。Snapは100mm FOV、特徴抽出、自動部品ID、0.0001インチ以上の精度を備えると同社。モデルは、直径100mm FOVで移動ステージなしの卓上型Snap100から、350×350mm以上の測定レンジを持つ大容量Snap 350まであります。

第三次元へ

ウォークアップ計測シナリオでも、第三次元でのより完全な測定が望まれたり、必要とされたりすることがあります。その点でモリアーティ氏は、同社のQVI Fusion 400を指摘します。これはLFOVマルチセンサー測定システムで、3D測定を自動化します。350×250×250mmの測定体積を持ち、ビデオ測定とトリガー/スキャニングプローブを搭載可能なマルチセンサー対応です。TeleStar Plus干渉計TTLレーザーを内蔵しています。

ビジョンシステムは2次元に最適、ビジョンベースのマルチセンサーシステムは2.5次元に最適ですが、完全な3D測定が必要な場合もあります。「そこがブルーライトスキャナーがこのウォークアップ計測コンセプトに最適な理由です」とウィック氏。ツァイスはブルーライト技術ベースのCometシリーズ3Dスキャナーを提供。「3Dワークピースや部品をロータリーテーブルに置き、ラップトップのボタンを押せば、テーブルが回転し、ワークをスキャンし、3Dモデルを作成します」と同氏。重要寸法と公差の測定にはCADモデルが必要ですが、それがあればウォークアップ計測コンセプトの究極の形になり得ます。

「生産現場に近い場所で検査を行い、生産技術者とオペレーターが生産プロセスの中間段階で良い測定を行う必要があるという明確なトレンドを見ています」と、Creaform Inc.（ケベック州レヴィス）製品管理ディレクター、ダン・ブラウン氏。同氏は、3D測定を取得するにはCreaformのHandyScan 3D、HandyProbe、MetraScan 3Dデバイスのような3Dデバイスが必要だと熱く同意。これらデバイスの理想的な精度範囲である25〜75μmの測定に大きな需要があると指摘。

「カリパーは優秀ですが、複雑な部品を3Dで素早く測定するには不十分です」と同氏。三次元測定機（CMM）は高精度ですが、通常パートプログラムが必要で、適切に操作するには相当な専門知識を要します。そのため、中程度の精度が求められる用途では、スキャナーの典型的な使いやすさと携帯性が理想的です。スピードも使いやすさを生みます。ブルーライトスキャナーを含む3D光学スキャナー（Creaform製など）は通常、1秒あたり10万〜100万点という高速データ収集が可能——一般的なCMMより遥かに高速で、ウォークアップユーティリティを提供します。

もう一つの重要ポイントは携帯性です。「一部の顧客はスキャナー専用の場所を決め、そこに部品を持ってきます」と同氏。「でも時にはデバイスを使用現場へ持っていきます。」これはある意味、逆のウォークアップ計測です。デバイスを固定場所に置くメリットは管理された環境下にあること。動かせるメリットは柔軟性です。

ブラウン氏は、ウォークアップ計測が計測全般と共通する普遍的な問題——トレーニング要件と、使いやすく理解しやすい技術の相互作用——を指摘。「あらゆる計測オペレーションを2つに分けられます：測定と検査」と同氏。「測定は3Dポイントを取得し、それらをコンピュータに取り込むこと。必要なのは、測定したい形状に情報を抽出する検査ソフトウェアです。あらゆる製造オペレーションで、測定と検査の両面で訓練された人材が必要です。さらに良いのは、測定と検査の両システム・ソフトウェアが等しく使いやすいことです。訓練された計測士は見つかりにくい」と同氏は述べ、Creaformが使いやすい検査ソフトウェアと測定機器の開発に注力する理由を説明します。

3D測定を提供するもう一つのデバイスは、キーエンス・コーポレーション・オブ・アメリカ（イリノイ州イタスカ）のXMシリーズハンドヘルドCMMです。「あらゆる環境でどこでも使用でき、ユーザーが歩み寄って即座に答えを得られるよう設計されています」と、キーエンス地域製品セールスディレクター、スティーブ・チリケラ氏。同社はこれをポータブルCMMとして訴求。カメラがハンドヘルドプローブ上の7つのマーカーから放出される近赤外線を捉え、スタイラスチップの位置を特定します。「可動部がありません」と同氏。「エンコーダや摩耗する部品を排除し、機械を耐久性高くし、メンテナンスと再校正の必要性をなくしました。」部品は可動ステージに置きます。本システムは3×2×1フィート（0.9144×0.6096×0.3048m）範囲の部品向けに設計されています。

特定のパートプログラムを必要とせず測定可能ですが、拡張現実を用いてプログラムを取得できます。プローブチップに小型カメラを備え、対象の外観だけでなく、測定内容の説明と測定値を表示できます。ソフトウェアには、プローブチップカメラで撮影した写真を添付したレポート作成機能があります。すべての測定ポイントで、要素名と番号、測定結果がリアルタイムで、カメラで撮影された画像上にオペレーター前のモニターに表示されます。「一部のお客様はXMデバイスをカートに載せ、中央設置ではなく作業現場へ持っていきます」と同氏。少量多品種の複雑部品を生産する機械加工現場で特に有用です。

代替コンセプト

チリケラ氏は、キーエンスIMビデオ測定システムもウォークアップコンセプトに適合する可能性があると指摘。このシステムは光学式コンパレータを置き換える、あるいは21世紀にアップデートするためのものだと同氏。ウォークアップ対応を謳う他デバイスとは異なり、IMシリーズにはパートプログラムが必要です。「機械はスピードとほぼ痛みを感じないほどのシンプルさで構築されています」と同氏。「オペレーターがステージに部品を置き、ボックスを描けば、より手軽にウォークアップパラダイムに適合するものを全て測定する『自動測定』機能もあります。」チリケラ氏は、ある企業が品質ラボで工場内に点在する6〜7台の機械用プログラムを作成し、ユーザーが検証済みパートプログラムに素早くアクセスできるようにしている事例を紹介しました。

マニュアルCMMのような実績あるデバイスも、ウォークアップ計測コンセプトに適合すると、ミツトヨ・アメリカ・コーポレーション（イリノイ州オーロラ）CMM製品スペシャリスト、ジーン・ハンクス氏は言います。検査部門のみに頼るのではなく、作業者が自分の仕事をチェックできるよう計測デバイスをアクセス可能にするトレンドには同意。今日のCMM販売の大半はCNC制御だが、マニュアルCMMはシンプルな単一寸法測定に価値を提供すると指摘。「マニュアルCMMは2通りの使い方ができます」と同氏。「一つは、頻繁に使用される特定チェック用のパートプログラムを使う方法。もう一つは、全くプログラムなしで、誰かが歩み寄り、1つ、2つ、または3次元チェックを行い、手動でセットアップする方法。」これはウォークアップ計測の定義そのものに合致します。

好例はミツトヨのCrysta-Plus Mシリーズ 196-マニュアル・フローティングタイプCMMで、700×1000×600mmまでの部品を測定可能。ハンクス氏は、工作機械のセットアップで初回品をチェックするような日常業務に最適だとしています。

最後に、ウォークアップ計測の文脈では、最もシンプルなツールも無視できません。「ハイトゲージと定盤はショップで最も一般的なアイテムです」と、ミツトヨのセールスバイスプレジデント、マイク・クレニー氏。「電源もエアも不要で、ある程度の数学スキルがあれば誰でも部品を測定・検査・評価し、公差合否判定ができます。古いやり方もハイトスタンド、テストインジケーターで通用します、かつ最も安価です。」最大のメリットは、ハンドツールが最も初心者のユーザーにも容易に教えられること。ミツトヨのハンドツール新開発には、高速マイクロメータQuantuMike、分解能0.0001mmのMDHマイクロメータがあります。「これで世界最高分解能がショップフロアにもたらされます」と同氏。

クレニー氏は、ミツトヨが提供する他の実績あるデバイス——プロファイルプロジェクタ、表面粗さ測定器など——も指摘しますが、これらは操作に多少の追加知識を要します。自動CNCデバイスもウォークアップシナリオで完全に除外すべきではありません。「典型的な方法は、測定デバイスにクイック治具や固定具を取り付けたCNCシステムを使うことです」とクレニー氏。「複数の旋盤を使っているなら、セントラルロケーションにラウンドネスシステムを置くかもしれません。モニタリング段階では、専用取り付け固定具で部品をセンタリングし、円筒ワークを固定具に入れ、手で締めてボタンを押すだけ。数分で真円度を評価し、旋盤のセットアップをオフセット修正できます。」

以前、AdvancedManufacturing.orgで紹介されました。