非接触光学式3次元スキャナ　ATOS Capsule

Precise Industrial 3D Metrology ATOS Capsule Optical Precision Measuring Machine 非接触光学式 3 次元スキャナ 高機能スキャン & ハイエンド検査システム 高解像度スキャンによる品質管理 1

Optical 3D Measuring Technology In Industrial Quality Control 光学式 3 次元座標測定システムは非常に短い時間で詳細にかつ簡単に対象物の形状取得を可能とします。そのため従来 のさまざまな工業製品分野で使用されてきた接触式測定器やゲージに代わり、すでに標準的なシステムとなっています。 従来の機械的な接触式測定器が「点」や「線」のデータ取得をすることに対して、光学式測定システムは全体形状の データ情報を用いて3次元座標と CAD データとの偏差情報を提供します。対象物の全ての形状情報を含んだこの測定 データによって検査ソフトウェアでは  CAD データとの表面偏差だけでなく、トリムエッジ、穴位置、GD&T（幾何公差） のような詳細な情報を自動的に引き出すことができます。 +1.53 +0.51 -2.46 +2.03 +1.84 +3.86

光学式測定システムの測定精度は高額で高度なメンテナンス精密機器を必要せずに 最先端の光電子工学、精密な画像 処理技術、数理的なアルゴリズムに基づいています。お客様は標準化された校正基準器を用いて自動的な校正作業を行 うだけでシステムの測定精度を保証できるため、過酷な測定環境下でも精度を低下させることはありません。接触式測 定器と同様に測定の不確実性は、ボール・バーやステップ・ゲージといった基準器によって保証されます。 ワールドワイドで 10000 システムを超える GOM 社の計測システムは自動車産業（プレス板金、鋳造、射出成形）、タ ービンブレード、ホイールなどのさまざまな分野で品質を確保するために活用されています。ほぼ全ての使用実績とし て単純に製品形状の合否判定だけではなく、詳細な分析結果は生産や機械パラメータの最適化に寄与する付加価値を持 った測定手段の一つとして扱われています。 計測室において 生産現場において 一般的に計測室ではさまざまな大きさ、異なった形状の 強靭さ、測定スピード、温度変化への対応は生産現場に 部品が測定されます。測定技術者は CAD 設計のような環 おいて重要な要素であり、過酷な環境下でもトレーサブ 境で測定レポートと同時に測定プログラムと評価テンプ ルな測定結果を取得できることへもつながります。機械 レートをコンピュータでオフライン作成します。ATOS 特 が生産現場の近くで操作できることは多くの時間と労力 有の自動ティーチング機能でプログラミング作業の高速 を必要とする測定物の輸送を省略することができます。 化、プロセス信頼性を確保できます。実際の測定後、事 測定者は測定技術のノウハウを必要とせずに測定作業と 前に作成された評価テンプレートに実測値が自動的に適 測定レポートを作成することができる簡略化されたモード 用されて、設計値からの偏差の計算、測定レポートも自 （ Kiosk インターフェース）を通じて、システムを制御 動的に作成されます。 します。 3

GOM Sensors High Tech in Robust Machines ATOS 3D Sensors 全ての ATOS ScanBox システムの核となるのは GOM 社が 1995 年より提供し続けている ATOS 3D スキャナです。 ATOSセンサはさまざまなアプリケーションに対して 3 つのモデルで対応しています。 高解像度・高速測定 ‒ ATOS センサは 1 回の測定で最大 1200 万の測定ポイントをわずか 1～2 秒以内で、それぞれの 3 次元座標を取得します。測定データは非常に詳細な再現性で形状化されるため、非常に小さな対象物の特徴形状も測定 することが可能です。 ATOS Plus ‒ GOM 計測システムでは、通常、ATOS センサと Plus Box を同時に稼働させます。Plus Box は ATOS センサ 上部に直接取り付けることができるフォトグラメトリ用追加センサです。このセンサにより、500 x 500 x 500 mm³  から6000 x 3000 x 3000 mm³ までの測定範囲において、リファレンスポイント・マーカーを 3 μm から 30 μm で全自動 測定することを可能とします。測定されたリファレンス・ポイントは全体的な高い測定精度を維持するための基盤と なります。ATOSセンサは測定毎にこれらのリファレンス・ポイントを認識して、最終的に3次元座標値として形成して いきます。このようにして、フォトグラメトリ測定の測定精度を確立しています。 4

トリプルスキャン方式 ‒ 正確なフリンジ・パターンを 測定対象物の表面に投影して、ステレオカメラ原理に 基づいて 2 台のカメラで記録します。両方のカメラとプロ ジェクターの光線路が事前に校正されているため、この  3 つの光線路が三次元的に交差する点を算出して、三角測 量を行うことができます。① 各カメラを頂点としたカメ ラ視線同士の交点（黒色）、② 左のカメラの視線とプロ ジェクターからの投影線の交点（青色）、③ 右のカメラ の視線とプロジェクターからの投影線の交点（赤色）。 この測定原理は光沢感のある表面や凹凸の大きい形状に 対する測定に有効です。仮に 1 つの交点が光沢や凹凸形状 によって成立しない場合でも他の 2 つの交点が利用でき るためです。データの抜けやエラーのない測定データの 取得が可能となります。 ブルーライト・テクノロジ ‒ GOM プロジェクション技術には狭帯域波の青色光を採用しており、測定している間の妨げ となる環境光の影響を排除します。パワフルな光源は測定困難な表面状態の測定物に対しても測定時間を短くすること を可能とします。また 10000 時間を超える長寿命の LED 光源のためメンテナンス工数も削減しています。 セルフ・キャリブレーション ‒ ATOS センサは常に校正状態をチェックしています。ATOS ScanBox は校正認証された キャリブレーション・パネルと2本のスケール・バーを測定物付近に配置しています。これらの基準器を測定前後に、 さまざまな方向から記録します。取得した画像データと基準器の校正データをもとに何千もの画像データと幾何学的 パラメータの定義によって、測定者の判断を必要とすることなく、ATOS センサのセルフ・キャリブレーションが実行 されます。基準器の膨張率までも把握しており、適切な温度環境下で自動的にセルフ・キャリブレーションを実行する ため、ATOS ScanBox は幅広い温度環境下で稼働することができます。 5

ATOS Capsule Optical Precision Measuring Machine ATOS Capsule は、幾何学的に形あるものの外形を全視野 から全面的に測定を行う高精細な非接触光学式 3 次元 スキャナです。ATOS シリーズ共通のフリンジ・パターン 冷却装置 の投影技法を用いて細かい形状を高精細に取得できるため、 小物～中物程度の部品に関する品質保証に活用され 電子部品 ます。ATOS Capsule は、例えば、ギア部品、タービン・ ブレードやホイール、あるいは、医療用器具などのよう に精密加工される製品の初回品検査に使われます。ATOS 光学部品 Capsule は自動測定用としても計測プロセスの安定性を 確保するための筐体デザインが施されています。 アルミ製の精密加工された一体型ハウジングは、最大限に剛性を維持し、工業用途での正確な測定結果を確保しています。 内部の光学部品や電子部品は防塵、防滴性対応がなされており、カメラレンズも極薄の非反射グラスでカバーされ ています。加えて、センサ電子部品を密閉するため、ハウジングに施した冷却フィンを通して放熱する機構を持って いります。これは、生産現場では製造プロセス全般を通してより高い確実性・安定性が求められるため、スムーズに検査 情報の伝達を行うための施策です。 テクニカルデータ ATOS Capsule は要求されるディテールのレベルに対応すべく、2 つのモデルがあります。それぞれのモデルでは、 1 スキャン毎に、800 万点、あるいは、1200 万点の点群データを取得します。コンパクトなセンサ筐体、軽量 さ、そして、短く抑えられた焦点距離により、様々な用途へ簡単に適用することができます。センサの 1 測定範囲の 広さは簡単に交換することができるため、高密度測定を保ちつつ、異なる大きさの測定物に可変対応します。 測定範囲変更レンズ MV 70 MV 120 MV 200 MV 320 測定範囲 [mm]　 70 × 50 120 × 80 200 × 140 320 × 240 測定距離 [mm]　　　　　 290 290 290 290 センサ画素数 800万点/1200万点(1ショット毎) センサ寸法 [mm] 約310 × 220 × 150 重量 約7 kg 動作温度 +5 °C～+35 °C (結露しないこと) 筐体仕様 防塵、防滴性対応 6

ATOS Capsule の利用 ATOS シリーズの自動測定システムとしてパッケージ化された ATOS ScanBox において、ATOS Capsule は測定動作・検査 演算が完全に自動化されます。ATOS ScanBox は、品質管理と製造プロセスに効率化をもたらすべく、GOM 社が開発 した非接触光学式3次元スキャナの完全自動測定・検査システムです。多様な測定サイズや計測用途に適合できるよう 様々なモデルを取り揃えています。 ATOS ScanBox シリーズ 4 では ATOS Capsule は、小さな測定物に対して様々な角度からの測定を機動的に行います。そ して、シリーズ 4 より大型の対象物向けの ATOS ScanBox シリーズ 5 やシリーズ 6 では、測定領域を広げるために フォトグラメトリー計測をする Plus Box を ATOS Capsule センサにアドオンすることができ、大小様々なパーツの測定に 対応します。 また、ATOS Capsule はスタジオ・スタンドやデスク・スタンドを使用して、マニュアル操作も可能です。半自動測定装置 として、カメラの角度調整や自動昇降を行えるカメラリフトや 、3 軸稼働の回転テーブルを備えた自動測定キットでの 使用も可能です。 Surface comparison 1.6 dXYZ (Nominal) ± 0.80 Avg -0.24 Sigma +0.08 Min -0.33 Pp +3.15 PpK +2.20 Max -0.01 +0.03 +0.09 7

Workflow ATOS Professional VMR Software 測定計画 マニュアル測定用途 ‒ CAD モデルと測定計画に基づき、検査計画を準備します。そして、ATOS センサを測定物に対し て自由度の高いポジショニングから対面させます。ショットを終えた後、未測定の部位に対してセンサの位置か測定物 自体を移動します。各ショットで新しく取得したスキャンデータは、取得済みのスキャンデータと同一の座標上で空間 位置が自動的に合わせられ、最終的にはひとつの 3 次元点群データとして生成されます。 自動測定用途 ‒ Virtual Measuring Room (VMR) は ATOS 計測セルの全ての機能を制御する測定計画ソフトウェアです。 VMR は実際の測定環境、ロボットの動きを仮想的にシミュレーションできるため、測定者は特定のロボット・プログラ ミング技術を必要とすることなく簡単に操作することができます。全てのロボットの動きは VMR 上で実際の測定前に シミュレーションされて、安全のために干渉チェックされます。 8

Circle 12 Circle 13 検査計画 ‒ 測定計画が付加されたCADデータを同時にイン Nominal NominalX -25.80 mm X -128.00 mm Y +50.00 mm Y +50.00 mm ポートすると、格納されていた検査項目を測定計画から自 Z +27.50 mm Z +20.00 mm 動的に検査特性へ割り当てられます。測定レポートも事前 RPS1_XYZ Circle 14 Nominal Nominal にオフラインで準備できるため、測定結果は測定終了後に X +35.60 mm X -149.00 mmY +0.00 mm Y +50.00 mm Z -99.30 mm Z -100.00 mm 瞬時に表示されます。 Circle 2 Circle 10 Nominal Nominal X +24.00 mm X -36.50 mm Y -4.00 mm Y -9.00 mm Z -157.50 mm Z -157.50 mm ロボット・プログラミング ‒ VMR のオート・ティーチング 機能は CAD 表面上の全ての検査箇所と表面データ取得 するために必要とされるセンサの位置情報を計算します。 さらにその後に全ての検査箇所を網羅しながら、安全かつ 最短の動きとなるように測定パスの最適化が行われます。 オート・ティーチング機能によって、信頼性が高く、 最適化されたロボット・プログラムを作成するために必 要とされる時間は最低限に保たれます。 Burn-In ‒ オフライン作成した測定プログラムは自動化プ ロセスを用いた ATOS ScanBox で１度だけ動作確認を行い ます。ロボットは自動的に測定位置に移動して実際の対 象物上で個々の測定パラメータ（例：露光時間）を定義 します。特有の機能を使用してソフトウェアは光沢によ る測定エラーを防ぐために自動的に対象物の光沢状態を 把握して、フリンジプロジェクションを調節します。 測定シリーズ ‒ 1度作成した測定プログラムは他の測定物 の検査にも適用可能です。ロボットはソフトウェアによ って完全に制御されて、決められた測定位置に沿って連 続して移動します。それぞれの測定データ毎に良質な基 準を満たすかどうかのチェックが行われます。CAD や測 定計画のデータ変更はパラメータ化されたソフトウェア によって素早く更新されます。 Cone 7 Distance 3.LZ Nominal Actual Dev. Check L (Nominal)± 0.40 0.10 | Plane X 0.01 Avg +0.31 測定評価 ‒ 全てのデータ取得が実行された後、ソフト 0.50 | A-B | C 0.08 Sigma +0.01Ø0.40 | Cone 8 0.31 Min +0.28 Pp +9.43 Ppk +2.04 Max +0.33 ウェアは検査計画箇所の実測値と測定物の表面をポリゴン メッシュへ変換計算します。このデータは CAD やマスター RPS1_XYZ.Roundness Circle 1 (Nominal)± 0.40 Nominal Actual Dev. Check Avg +0.07 0.50 0.04 データと比較されてレポート表示されます。測定結果は Sigma +0.00 Ø 0.70 | A-B | C 0.12 Min +0.06 特有なエクスポート形式（例  ：統計品質管理データ Pp +58.23 Ppk +97.07 Max +0.07SQC Cone 5.Concentricity Cone 6 (Nominal)± 0.40 ベース等）で自動的に保存されます。異なる測定物の Nominal Actual Dev. Check Avg +0.18 0.10 | Plane E 0.01 Sigma +0.03 0.50 | A-B | C 0.40 Min +0.14 測定手順の場合も自動的に実行されます。 Ø0.40 | Cone 1 0.07 Pp +2.64 Ppk +2.86 Max +0.23 9

Evaluation and Measuring Reports ATOS Professional VMR Software 認証された検査ソフトウェア 正確な計測精度を確保するためにGOMソフトウェア・パッケージは PTB（ドイツ物理工学研究所）と NIST (アメリカ国立 標準技術研究所)の 2 つの機関にテスト及び認証されています。検査ソフトウェアの正確性は基準となる結果とソフト ウェアからの結果との比較によってテストされます。GOM 社ソフトウェアは常にカテゴリー 1、最も計測結果の差異が 少ないソフトウェアであると認証されています。 Surface comparison 1.6 Surface comparison 1.7 dXYZ (Nominal) dXYZ (Nominal) ± 0.80 Avg -0.24 Avg -0.24 Sigma +0.08 Sigma +0.03 Min -0.33 Min -0.28 Pp +3.15 PpK +2.20 Max -0.01 Pp +10.26 PpK +7.17 Max -0.19 設計値と測定値の比較 ‒ 計算されたポリゴンメッシュは 自由曲面と幾何形状を正確に再現しています。このポリ ゴンメッシュは2次元図面や直接 3D CAD データとの 位置合わせをして比較することができます。表面の 3D  分析、断面や点の 2 次元分析はソフトウェアで実行でき ます。線、平面、円、円筒のような幾何形状の検査も可能 Surface comparison 1.1 Surface comparison 1.3 です。 dXYZ (Nominal) ± 0.80 dXYZ (Nominal) ± 0.80Avg -0.14 Avg -0.14 Sigma +0.05 Sigma +0.05 Min -0.25 Min -0.23 Pp +4.89 PpK +4.06 Max -0.07 Pp +5.71 PpK +4.74 Max -0.08 位置合わせ ‒ GOM 社ソフトウェアは全ての標準的な位置 合わせ機能を保有しています。リファレンス・ポイント や様々なベストフィット手法（全体ベストフィット、部分 ベストフィット）を使用して、幾何学的要素に基づく RPS、階層位置合わせ、ローカル座標系が可能です。 お客様はそれぞれ固有の位置合わせを使用できます。 （ 例：タービンブレードにおけるバランスビーム、 均等位置合わせ等） カーブベース検査 ‒ 全体形状の測定データをベースに +0.19 +0.09 +0.13 構造機能はカーブの生成、キャラクターの視覚化を可能 とします。エッジカーブはデータ化、半径、キャラクタ ーライン分析、スプラインカーブ生成に利用できます。 カーブベース検査は隙間と段差評価にも利用できます。 10

Circle 3.position tolerance (Nominal) +0.70 Avg +0.35 Sigma +0.24 Min +0.22 Pp +0.50 Ppk +0.49 Max +1.03 トレンド、統計分析、変形分析 ‒ GOM ソフトウェアのパラメトリックコンセプトは複数部品分析、例えば静的統計処理 （SPC）、変形分析等のトレンド分析を可能とします。この結果、全体形状で複数部品やステージ間の評価を 1 つのプロ ジェクトで実施することができます。静的分析値、例えば、Cp、CPK、Pp、Ppk、最小、最大、平均、シグマ等を 定義することが可能です。 GD&T 分析 ‒ 基本的な寸法分析とは対照的に GD&T 分析 Cylindricity Position Zone Actual Check Zone Datum Actual Check は一部の機能的な面（例えば、平面度、平行度、円筒度 0.20 0.06 Ø 0.60 Datum System D│E 1.05 などの要素）に焦点を当てています。2 点間距離、最大公 差、ローカル座標系での位置公差分析が可能です。 翼型検査 ‒ タービンブレードの品質管理に特化した機能 Leading edge circle Maximum thicknessNominal Actual Dev. Check Nominal Actual Dev. Check R +0.4774 +0.5450 +0.0676 L +3.8941 +3.9588 +0.0647 を保有しています（2 次元断面によるタービンブレードの プロファイル平均値、翼弦線、厚み等）。また重心、半 径、ねじれ等のプロファイルの計算もできます。 Trailing edge thickness + 3.0000 mm Nominal Actual Dev. Check L +0.9498 +0.8927 -0.0571 レポーティング ‒ レポート機能はスナップショット、画像、 [mm]Cone 2.xyz +0.12 +0.29 -0.20 Nominal Actual Dev. Check テーブル、図、テキスト、グラフィックの作成が可能で dXYZ +0.27 0.40 Cone 2 0.24 す。その結果はPDFファイルとしても出力、編集可能な形 Nominal Actual Dev. Check 0.16d +0.27 0.08 X -19.30 -19.32 -0.02 0.00 式で視覚化されます。カスタム化されたテンプレートの Y +6.90 +6.87 -0.03 -0.08Z +1.55 +1.82 +0.27 -0.16 -0.24 再利用、それぞれのレポート内に格納されたスナップシ -0.18 +0.00 -0.40 Element Property Nominal Actual Tol - Tol + Dev. Check Out ョットは 3 Dウィンドウ表示へ戻すことも可能です。 L2X0253001 xyz -0.20 +0.20 -0.21 -0.01 L2X0263002 xyz -0.20 +0.20 +0.20 R2X0253001 xyz -0.20 +0.20 +0.00 R2X0263002 xyz -0.20 +0.20 +0.12 11

ATOS ScanBox Complete System from a Single Source ATOS ScanBox は生産と製造プロセスにおける効率的な品質管理のために GOM 社が開発した完全自動光学式３次元測定 装置です。ATOS ScanBox が既にさまざまな産業で世界中に数百台以上が導入、活用されています。さまざまな測定物の サイズとアプリケーションに対応できる 9 種類の製品モデルがあります。 品質標準化 ‒ ATOS ScanBox は EU 機械指令に適合してい ATOS ScanBox は在庫管理されており、短期間での供給も る標準化された測定装置で、既に数多くのアプリケーショ 可能です。ScanBox シリーズによって異なりますが試運転 ンで使用されています。それぞれカスタム化された他シス 時間は小型ボックスタイプで数時間（シリーズ 4）から大 テムと比べて、お客様にはコスト、性能、納期の面におい 型ボックスタイプで 2 週間まで（シリーズ 7 & 8）と てもリスクはありません。発注前に装置能力を確認するた なります。全体の動作は精密な機械構造ではなく、強固な めに同様に設計された ATOS ScanBox にてテスト測定する 自動化部品で構成されているため、過酷な測定環境下でも ことも可能です。 影響を受けずに完全な正確さを保持します。 省スペース ‒ 全ての ScanBox モデルはコンパクトなデザインが特徴です。ATOS ScanBox 4105、5108、5120は工場のフ ロアへのアンカー工事や測定用定盤は不要です。接続可能な電源がある場所への移設も短期間で行えます。 ATOS ScanBox Series Series 4 Series 5 Series 6 12

操作の簡易性 ‒ Kiosk インターフェースは ATOS ScanBox の簡易操作を可能とするユーザインターフェースです。ソフト ウェアはプロセス全体を管理、測定、検査のワークフローを自動的に実行します。人的な作業を減らして、高精度な データ品質を保証します。（測定パラメータ、データ、操作システムの保護） 高速測定 ‒ 従来の接触式三次元測定器と比べて、ATOS ScanBox は測定時間、検査時間を 1/2 以上削減することが可能 です。 ”Open Loop” vs. ”Closed Loop” ‒ ロボットベースの測定システムは光学式スキャナが測定対象物上へ移動します。 ロボットの位置決め精度は計測要求としては不十分なため、全ての位置から座標系へ高精度に測定値を定義する必要が あります。 ”Open Loop” では、スキャナは第2の測定システムとして ”Closed Loop” では、測定対象物の３次元座標がどのよう トラッキングされます。トラッキングシステムの動きが な測定環境でも影響を受けることなく、写真測量原理（ エラー計測となった場合、フロアの動きと振動が想定さ フォトグラメトリ）で最初に定義されます。続いて測定 れます。自動車ボディ内部を含めた自動車全体の測定は プロセスでスキャナは事前に定義された３次元座標に基 光学式トラッカーがスキャナをトラッキング出来ない時 づきグローバル座標系に高精度に変換して形状を取得し に問題が起こります。 ていきます。 Series 7 Series 8 13

GOM カスタマ ー（抜粋）– Audi, ABB, adidas, Airbus, Alcan, Alcoa, Alfa Laval, Alstom, Arcelor, Asics, Aviadvigatel, Avtovaz, BASF, Bayer, Bentley, Blaupunkt, BMW, Boeing, Bombardier, Bosch, Braun/PG, Bridgestone, Cessna, Chrysler, Daihatsu, Daimler, DLR, DuPont, E.ON, EADS, Eurocopter, Faurecia, Fiat, Fisher-Price, Ford, Foxconn, Fuji, Gillette, GM, Goodrich, Goodyear, Gorbynov Aviation, Greenpoint, Hella, Hilti, Honda, Honeywell, Howmet, Hyundai, Isuzu, Jaguar, Johnson Controls, Kia, Land Rover, Lego, LG, Lockheed Martin, Mattel, McLaren, Michelin, MTU, NASA, Nike, Nissan, Nokia, Onera, Opel, Philips, Pininfarina, Porsche, Pratt & Whitney, PSA, Reebok, Renault, Rolls-Royce, Salzgitter Mannesmann, Samsung, Sanyo, Seat, Shell, Siemens, Skoda, Snecma, Solar Turbines, Sony, Stihl, Subaru, Suzuki, Tata, Tesla, Thule, ThyssenKrupp, Toyota, Triumph, Villeroy+Boch, Voest Alpine, Volvo, VW, Walt Disney, ZF 14

GOM Precise Industrial 3D Metrology GOM 社は、最新の研究成果と革新的技術に基づく工業オートメーション用 3D 座標測定技術 &3D テスティングのための ソフトウェアとシステムを開発・生産・販売しています。 ワールドワイドで 60 拠点以上、1,000 名以上の計測分野スペシャリストによるネットワークにより、ローカル言語による オンサイトサポートとサービスのみならず専門的アドバイスも提供します。GOM 社は各種トレーニング、カンファレンス、 アプリケーション別ワークショップを通じてプロセス知識や測定技術を共有しています。 GOM 社は 1990 年の設立以来、測定技術を開発し続けており、各研究開発部門では、100 名を超えるエンジニア・数学者・ 科学者たちが、現在と未来の測定技術を具現化しています。 10,000 台を超えるシステム納入実績をもって、多くの研究機関や大学だけでなく、自動車・航空宇宙・民生品といった 産業におけるグローバル企業、およびそのサプライヤにおいて、更なる品質向上、製品開発と生産プロセスのスピード アップに貢献しています。 GOM 本社（ドイツ／ブラウンシュヴァイク） 15

www.marubeni-sys.com www.gom.com 16 Copyright © 2017 GOM GmbH All rights reserved! Rev. A (jp) 270217