[基礎知識特集]品質管理：3Dスキャンを活用した正しい品質検査を知っていますか？

3Ｄスキャンを活用した 正しい 品質検査 を知っていますか？ 基礎知識 品質管理 特集 ・３Dスキャンを使った省人化プロセス ・デジタルを使って効率性の高い製品検査を 取入れるためには何をしたらいいの？ ・どんな製造業に欠かせない品質管理の工程に ３Dデジタル技術を取り入れ効率性アップを 目指しましょう！ 01

【目次】 はじめに. -3Dスキャンを活用した検査の3つの価値とは？ -3Dスキャン検査が特に効果を発揮する5つのシーン 01. 【背景】品質管理のデジタル化が求められる理由 手計測の限界（属人化・複雑形状・工数増）と平準化のメリット 02. 【基本】3Dスキャン検査の3つの基本手法 CAD比較、現物比較、単体比較 03. 【解析】カラーマップから読み取る「不具合の兆候」 「青い＝足りない」「赤い＝出っ張っている」以上の深い解析手法 04. 【応用】幾何公差（GD&T）への対応とデジタル化 位置度や平面度など、手計測では困難な評価の考え方 05. 【選定】IP性能と現場環境に適した機材選定 現場の油煙や粉塵の中で精度を維持するためのIP等級と保護知識 06. 【総括】デジタルプロセス導入のステップと期待効果 一般的な導入スケジュールとROIの考え方 02

はじめに.　3Dスキャンを活用した検査の3つの価値とは？ ①製品形状を「丸ごと可視化」 ⓶品質検査を「圧倒的に高速化」 ③客観的な「品質エビデンス」を作れる。 丸ごと 圧倒的 品質 可視化 高速化 エビデンス 従来の測定手法では、ノギスや三次元測定器な 従来の測定では、測定点の設定や段取りに多 検査結果は、カラー偏差マップや数値レポー どで、限られたポイントでしか測定できません。 くの時間が必要でした。3Dスキャンなら、短 トとしてデータで保存・共有が可能です。品 3Dスキャンを活用することで、製品全体の形状 時間で数百万点の形状データを取得し、CAD 質状況を誰でも直感的に理解でき、社内レ をデジタル化し、全体の形状差異をカラー分布 比較や形状評価を迅速に実施可能。検査時間 ビュー・顧客報告・トレーサビリティにも活 で一目で把握することができます。見逃されて を大幅に短縮し、試作・量産のスピード向上 用できます。 いた変形や歪みも可視化でき、品質のリスクを に貢献します。 早期に発見できます。 03

はじめに.　3Dスキャン検査が特に効果を発揮する５つのシーン ①試作評価 設計通りに作られているか確認！ ④品質トラブル対応 原因特定に時間がかかる！ 課題 3Dスキャンで解決！ 課題 3Dスキャンで解決！ 試作品が設計通りに出来 設計の元となったCADデータとスキャンデータを比較することで、 品質トラブルが発生して 製品形状を短時間でデジタル化し、良品データやCADと比較。問 ているか？部分測定だけ 製品全体の形状差異を可視化することができます。設計との差異を も、形状のどこに問題が 題箇所を迅速に特定し、原因解析のスピードを向上させてます。 では全体の精度が把握で 早期に把握し、開発スピードを向上させます。 あるか特定するのに時間 きない。 がかかる。 ②金型修正 どこを修正すべきか分からない！ ⑤現物デジタル化 図面やＣＡＤが存在しない！ 課題 3Dスキャンで解決！ 課題 3Dスキャンで解決！ 成形品や鋳造品の形状ズ 製品形状をCADと比較し、どの部分がどれだけズレているかを 古い製品や手加工品な 現物をスキャンして高精度な３Ｄデータを生成。 レの原因が特定できず、 カラーで可視化。修正ポイントが明確になり、金型修正回数を ど、設計データが存在し 品質検査・CAD作成・設計資産化などに活用できます。 金型修正を繰り返してし 削減できます。 ない製品の形状管理がで まう。 きない。 ③変形解析 歪みの原因がわからない！ 課題 3Dスキャンで解決！ 溶接・成形・組立などに 工程ごとにスキャンして比較することで、変形量や変形位置を よる変形が発生しても、 定量的に把握。工程改善や品質安定化に役立ちます。 どの工程でどれだけ歪ん だのか分からない。 04

01. 【背景】品質管理のデジタル化が求められる理由​ 手計測の限界（属人化・複雑形状・工数増）と平準化のメリット 従来の品質検査ではノギスやマイクロメータといった手計測が主流でしたが、 これに対し、3Dスキャナを用いた検査では、レーザーや光学測定によって この方法にはいくつかの限界があります。まず、計測結果が作業者の経験や感 製品全体を短時間でデジタル化し、誰が測定しても同じ品質でデータを取得 覚に左右されやすく、ばらつき（属人化）が発生します。次に、複雑な自由曲 できる「平準化」が実現します。これにより、測定誤差の低減、作業効率の 面や微細形状を持つ製品では、正確な寸法を手計測で再現することが難しいと 向上、検査データの一元管理など、品質保証体制の高度化につながります。 いう課題があります。また、多点測定や繰り返し検査には多くの時間と労力が かかり、工数が増大します 05

02. 【基本】3Dスキャン検査の3つの基本手法 CAD比較、現物比較、単体比較 ①CADとスキャンデータの比較 ②スキャンデータ同士の比較 ③スキャンデータ単体比較 設計どおりに製品が作られている 「良品と同じ形状」と言い切 重要な寸法、本当に正しく測れ か、本当に把握できていますか？ れる根拠はありますか？ ていますか？ CADデータとスキャンキャンデータ スキャンデータとスキャンデータ スキャンデータ単体 3DスキャンデータとCADデータを重ね 基準となる良品の3Dデータと対象物を スキャンした3Dデータから、距離・ 合わせることで、設計値とのズレをカ 比較し、わずかな形状差異を可視化。 径・角度などを直接測定。ノギスや治 ラー分布で可視化。ミクロンレベルの形 CADが存在しない製品や、実際の製品 具では測りにくい複雑形状でも、短時 状差異まで把握でき、試作・量産におけ 形状を基準とした品質管理に有効です。 間で高精度な寸法確認が可能になりま る加工誤差や変形を迅速に検出します。 す。 06

①CADとスキャンデータの比較 CAD図面と現物を3Dスキャンしたデータを照合することで、成型品や加工物の品質のチェック・バラつきの確認が可能です。 1.CADとスキャンデータを読み込みします。 ２.CADとスキャンデータを座標合わせします。 3.比較結果をカラーマップで表示します。 ある程度自動で位置合わせされるのでどこを重点的に検査した いのかに合わせて平均的な結果が出る位置合わせや円柱軸、平 基準に対して凹んでいる場所は寒色系凸になっている場所は暖色系で 面をメインに位置合わせなど条件を指定して位置合わせが可能 表現されます。樹脂製品であればヒケやソリなど、工業部品であれば使 です。 用前と利用後でどの程度摩耗したかなどノギスでは計測しずらい部分 を数値化が可能です。 ※画像は一例（Control X）ですが、一般的な検査ソフトでも同様の考え方が適用されます。 07

②スキャンデータ同士の比較 現物の3Dスキャンデータ同士を比較チェックすることが可能です。製造ロット内の個体差のバラつきや傾向を把握すること に有効です。 円柱 球 平面 円錐 平面 1.基準にしたいスキャンデータと比較したいスキャンデータを読み込 2.基準にしたいスキャンデータを利用する場合は平面、円柱、球など幾 3.領域分割をすると色分けされ平面として認識がされます。 　みします。 　何形状を認識させる必要があります。これをしないと面と面で寸法記 　入をすることができません。 平面と認識されるので 寸法を入れられます。 4.位置合わせ 5.比較結果の表示 6.領域分割をすると寸法を入れることができます。 ※画像は一例（Control X）ですが、一般的な検査ソフトでも同様の考え方が適用されます。 08

③スキャンデータ単体比較 現物を3Dスキャンしてデータ化することで、計測しにくい複雑な曲面形状や全体の歪みなどの情報の傾向を把握することが 可能です。 スキャンデータ単体での検査はノギスでは計測し辛い部分をデジタルで補う事ができます。単純な2点間計測であればノギスで計測した方が当然早いです。ファンの羽の厚 さや離れた位置同士の高さを確認などを行いたい場合はスキャンデータ単体で検査をする意味も出てくるかと思います。 ※画像は一例（Control X）ですが、一般的な検査ソフトでも同様の考え方が適用されます。 09

デジタルで検査する際の豆知識 どこの寸法を確認したいのかに合わせて最大値、平均値　最小値の寸法で比較をするのか調整が可能です。それぞれの設定によって 測定値の結果に違いがあるのが確認できます。どこの寸法を取りたいのかに合わせて選択してください。 1.デジタルで寸法値を確認する事ができます。 2.ただし注意点があります。上記は断面を切った結果です。実線 3.わずかですが歪みがあるのが確認できます。 　がCADデータ破線がスキャンデータです。破線はスキャンデー 　タなので直線ではりません。 最大値 最小値 平均値 ※画像は一例（Control X）ですが、一般的な検査ソフトでも同様の考え方が適用されます。 10

03. 【解析】カラーマップから読み取る「不具合の兆候」 「青い＝足りない」「赤い＝出っ張っている」以上の深い解析手法 カラーマップは「形状差異のヒント」 カラーマップ解析の本質 3Dスキャン解析では、CADデータや基準形状との差異をカラーマップ（偏差分 カラーマップは単なる合否判定ツールではありません。形状差異の分布を分析 布）として表示します。一般的に、青色＝形状が内側（不足）、赤色＝形状が することで、製造工程の問題点、金型修正のポイント、工程変形の要因などを 外側（過大）を示します。しかし、カラーマップの価値は、単なる色違いを見 特定することができます。カラーマップは「形状の違い」ではなく「不具合の ることではありません。重要なのは「色の分布パターン」から製造工程の問題 原因」を可視化するツールです。 を読み取ることです。 ①面全体が同じ色 ②片側だけ色が変化 ③局所的な赤・青の集中 ④グラデーション上の偏差 可能性：位置ずれ、座標ズレ 可能性：変形・反り 可能性：加工不良・金型問題 可能性：組立誤差・位置ズレ 部分全体が均一に赤または青になる場 製品の一方向に向かって色が変化する 特定の箇所に差異が集中する場合、 色が滑らかに変化する場合、部品の取 合、形状不良ではなく、位置合わせの 場合、反り・歪み・熱変形が発生して 加工条件や金型形状の問題が疑われ り付け位置や組立精度の問題が考えら 問題の可能性があります。 いる可能性があります。 ます。 れます。 例）射出精鋭の収縮差、溶接変形、 例）金型摩耗、切削工具の摩耗、 　　熱処理変形 　　成型圧力の偏り 11

04. 【応用】幾何公差（GD&T）への対応とデジタル化 位置度や平面度など、手計測では困難な評価の考え方 ①複雑化する品質要求 ③3Dスキャンによる幾何公差評価 製品の高性能化・高精度化に伴い、品質評価では寸法だけでなく形状精度の管理が重要になっ 3Dスキャンで取得した形状データを解析することでデジタル上で幾何公差を評価することが可 ています。設計図面では、位置度、平面度、真円度、同心度などの幾何公差（GD＆T）が指定 能になります。 されることが増えています。これらは単軍な寸法測定では評価できず、形状全体の関係性を基 準に評価する必要があります。 例）位置度 例）平面度 例）同心度 位置度 平面度 真円度 同心度 穴やピンなどの位置を設計基準（データム） 表面全体のばらつきを解析し、最小領域法 複数の円筒形状の中心軸のズレを3D空間上 に対して評価する。 などで評価する。 で解析する。 ②手計測の課題 ④デジタル検査のメリット 従来の測定では、ノギス・マイクロ 複雑な幾何公差を定量的に評価します。形状データを元にCAD比較、GD＆T評価、自動レポー メーター・ゲージなどを使用します ト作成などを実施できます。これにより、設計意図に沿った品質評価、検査結果の客観視、品 が、これらには、 質データのデジタル管理が可能になります。 ・測定できるポイントが限定される ・複雑形状の評価が困難 ・測定者によるばらつきが発生 といった課題があります。 特に幾何公差の評価では、複数の基準 面や形状関係を同時に考慮する必要が あり、手計測では対応が難しい場合が あります。 12

05. 【選定】IP性能と現場環境に適した機材選定 現場の油煙や粉塵の中で精度を維持するためのIP等級と保護知識 検査精度を左右する「現場環境」 製造現場で重要なポイント 3Dスキャンによる検査は高精度な計測が可能ですが、実際の製造現場では、油煙、粉 3Dスキャナーを現場で運用する場合、以下のような環境に対応できる機材が求められます。 塵、温度変化、振動などの環境要因が存在します。これらの影響を受けると、機器の 性能低下や故障の原因となり、安定した検査制度を維持できない場合があります。そ 粉塵環境 油煙環境 移動検査 のため、機材選定では現場環境に適した耐環境性能が重要になります。 油煙 粉塵 温度変化 振動 切削加工、鋳造などの現場では粉塵が多 機械加工現場では油ミストが発生するため 現場で持ち運びながら検査を行う場合、耐 く、高い防塵性能が必要になります。 センサー保護や冷却設計が重要です。 衝撃性や堅牢性も機材選定のポイントにな ります。 機材選定の考え方 使用 ？ IP等級とは 頻度 3Dスキャン検査では単に精度の高い機器を IP等級は、Ingress Protectionの略で、直訳すると「侵入保護」という意味になり、 選ぶだけでなく、現場環境、使用頻度、運 機器の防塵・防水性能を示す国際規格です。表記は「IP〇〇」（〇＝数字）の形で 示され、1桁目は防塵性能、2桁目は防水性能を表しています。 用方法を考慮した総合的な機材選定が重要 です。適切な機材を選定することで製造現 バランスが大事！ 場でも安定した検査精度を維持することが 例） IP54 粉塵の侵入をある程度防ぐ 水の飛沫から保護する IP65 粉塵の侵入を防止する 水の噴流にも耐える 可能になります。 現場 運用 環境 方法 13

06. 【総括】デジタルプロセス導入のステップと期待効果 一般的な導入スケジュールとROIの考え方 ①3Dスキャンを用いたリバースモデリング技術の導入スケジュール 3Dスキャンやデジタル解析は、単なる測定機の導入ではなく、品質検査プロセスをデジタル化する取り組みです。従来の検査では、部分的な測定、手作業によ る評価、属人的な判断が多く存在していました。デジタルプロセスを導入することで、形状データを基盤とした確かな品質評価とデータ管理が可能になります。 導入プロセス STEP①　対象工程の選定 STEP②　評価フローの構築 STEP③　現場運用の定着 まずは、効果が出やすい工程を選定します。 次に、3Dデータを活用した検査フローを整備します。 導入後は、現場で継続的に活用できるように、 スキャン データ処理 試作評価 金型修正 操作トレーニング 検査ルールの標準化 CAD比較 レポート作成 レポートフォーマット整備 品質トラブル解析 量産検査 などの手順を整理し、再現性のある検査プロセスを 確立します。 などを行い、品質管理プロセスとして定着させます。 導入検討 対象工程の整理、機材評価 約1〜2か月 検証・試験運用 実製品を用いた測定検証 約1〜3か月 本格運用 検査プロセスとして定着 約3〜6か月 ②ROI（投資対効果）の考え方 3Dスキャン検査のROIは、単純な測定コストではなく品質改善と開発効率の向上によって生まれます。 開発コスト削減 試作評価や金型修正の回数削減 検査効率向上 測定作業の時間短縮 品質トラブル削減 不具合原因の迅速な特定 データ資産化 形状データの蓄積による技術資産化 14

デジタルによる「品質管理」に最適なツールのご紹介 「初心者にも、経験者にも効率的なデジタルプロセス」 高精度3Dスキャナー 3D計測ソフトウェア Shining3Dスキャナー/Freescan シリーズ Geomagic ControlⅩ 高精度な測定や検査、リバースモデリングに最適なFreeScanシリーズ Geomagic® Control X™は、製品検査、生産検査、及び計測ソフトウェア は製造や品質管理に携わる技術者をターゲットにし、従来固定式でし としてより重要な使いやすさやトレーサビリティを備えており、 品質管理 かできなかった測定作業を、誰にでも扱えるようにしました。 において必要な幾何寸法公差、偏差カラーマップ、また検査結果のOK/NG 判定をレポート化し傾向分析が可能です。 製造現場および品質管理におけ る検査工程の生産性を大幅に向上します。 Freescan Combo Freescan UEpro ●対象サイズ：10cm～2、3ｍ ●対象サイズ：30cm～5、6ｍ 15

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