三次元測定機とは？
三次元測定機とは、座標値（XYZ）を計測し、製品の寸法を測定する装置を指します。測定対象物の縦・横・高さの三次元座標を取得し、その寸法や角度、位置関係などを高精度に測定することができます。
三次元測定機にはさまざまな種類があり、大きく「接触型三次元測定機」と「非接触型三次元測定機」に分類されます。
接触式と非接触式の違いとは？
接触式、非接触式ともに得意不得意はありますが、結論からいえば、比較的単純な形状には接触型三次元測定機が有効で、複雑な形状や自由曲面の多い形状には非接触型三次元測定機が適しているといえます。それぞれの方式の違いについて解説します。
接触式三次元測定機
接触式三次元測定機は、文字通りプローブ（接触子）を対象物に接触させて三次元座標を測定する方式です。
対象物が平面であれば、測定する接触点の数が少なくても必要な寸法を測定することができます。しかし、対象物の形状が複雑である場合や自由曲面が多い場合は、より多くの点を測定する必要があり、測定に時間がかかるというデメリットがあります。このため、形状によっては接触式三次元測定機での測定が事実上不可能な場合があります。
非接触式三次元測定機
非接触式三次元測定機は、レーザーや特徴パターンの光を対象物に当てて三次元座標や寸法を測定する方式です。プローブが対象物に物理的に接触する必要がないため、柔らかい素材にも有効です。また、非接触式三次元測定機は、接触式三次元測定機が苦手とする曲面の多い対象物も容易に測定ができます。
非接触式三次元測定機は、部品または製品の全体形状をそのままデータ化すること（デジタルツイン）ができます。これにより、当該製品の3D CADデータと比較することが可能になり、設計通りにできているかどうかを部品または製品の全体形状から確認することができます。
リバースエンジニアリングに活用
近年、製造業で導入が進んでいる3Dプリンターは、3Dデータに基づいて立体物を造形します。そのため、3Dプリンターがあっても3Dデータがなければ造形をすることができません。
3Dデータがなくても現物がある場合は、非接触式三次元測定機を用いてリバースエンジニアリングに活用する方法があります。非接触式三次元測定機の測定データから3Dデータを作成、さらに3D CADを用いて再設計することで、3Dプリンターで造形をすることもできます。ただし、非接触式三次元測定機は光やレーザーが当たる表面形状部分を測定するため、ガラスなどの透明体や鏡などの鏡面反射体は測定が困難です。
このような場合は、対象物に表面処理（例：スプレー塗布や表面ブラスト処理など）することで測定することができます。
非接触式三次元測定機の需要拡大
接触式、非接触式それぞれにメリット・デメリットはありますが、近年設計の高度化により、複雑な形状や自由曲面を持つ製品が増えたことから、非接触三次元測定機が使用されるケースが増えています。
三次元測定機の測定方式の種類と特徴
三次元測定機の測定方式はいくつかありますが、主なものは、以下の通りです。
CMM（Coordinate Measuring Machine）
CMMとは、Coordinate Measuring Machineの略で、直訳すると「座標測定機」です。CMMは主に門型接触式三次元測定機を指し、高精度の座標点を取得して寸法を測定するのが特徴で、製造業の品質管理に使われています。プローブを用いた点測定のため、複雑形状や自由曲面のある測定物には不向きです。
アーム式
アーム式とは、複数の関節をもったアームを使って対象物を測定する方式です。複数の関節があることにより、動きの自由度が高く、測定作業を機動的に行えます。また従来の門型CMMに比べてコンパクトなので、持ち運びや設置の自由度も高いのが特徴です。
カメラ式
カメラ式とは、測定対象物に特徴パターンを投影し、投影されたパターンをカメラで撮像して三次元座標を取得、3Dデータ化する測定機です。各社によって投影パターン（グレーコードやフェーズシフト、ヘテロダインなど）やカメラ台数が異なりますが、高精細なデータ測定と自動化の実現性が高いのが特徴です。
レーザートラッカー
レーザートラッカーとは、測定物に接触させたターゲット（反射鏡・リフレクター）などにレーザー光を照射し、反射したレーザー光を発光源に戻すことで、ターゲットの三次元座標を測定する方式です。他の測定機に比べ、レーザートラッカーは飛行機のボディや大型設備部品など巨大な物体の測定に適しています。
CT
CTとは、Computed Tomographyの略で、「コンピュータ断層撮影」と訳され、X線などの放射線を用いて測定対象をスキャンし、その内部構造を画像化する方式です。一般的にイメージしやすいのは健康診断などで使用される「医療用CT」です。体を傷つけることなく体内を観察することができます。また、製造業向けの「工業用CT」もあります。
鋳造製品や射出成形部品の場合、製造手法の都合で鋳巣や気泡ができることがあり、これらは不良品として取り除かなければなりません。部品内部の測定が必要な為、「工業用CT」が使用されます。
従来の「工業用CT」は欠陥有無を確認するための観察用途で使用されていましたが、近年「工業計測用CT」が増えています。欠陥有無の確認だけでなく、その欠陥の寸法や体積評価、さらに表面処理を必要としていた透明物（例：医療機器など）の測定としても使用されています。
非接触式三次元測定機の利用業界
これまで述べてきたように、非接触三次元測定機は現在、多くの製造業界で導入・活用されています。
自動車業界
自動車業界では、複雑な骨格部品やエンジン部品、自由形状のある外板パネルやインテリア樹脂部品、さらに最近注目されているバッテリートレイや電気モーター部品など、数多くの部品に非接触三次元測定機が活用されています。
航空機業界
航空機業界では、超大型の飛行機ボディや航空機エンジン部品で使用されています。特に航空機エンジンの翼部品（ファンブレード、タービンブレード、コンプレッサーブレード、ブリスクなど）は、翼形状全体を測定することで従来接触式測定機では発見できなかった不具合の早期発見や、翼形状の再設計による燃費効率の向上に貢献しています。この燃費効率の向上は発電業界（火力発電や原子力発電など）でも転用されています。
家電業界
家電業界では、新商品の市場投入を早くするために非接触式三次元測定機が利用されています。試作品の全体形状やその金型を測定して、試作工数の削減と量産最適化を図るための生産技術用途で活躍しています。
まとめ
労働人口減少に伴い、自動車業界や航空機業界を中心に、非接触式三次元測定の標準自動化測定システム「ATOS ScanBox」の需要が拡大しています。ドイツのCarl Zeiss GOM Metrology社によってハードウェアとソフトウェアの両方を開発した、非接触カメラセンサ・ロボット・安全装置・制御PC 及びソフトウェアで構成された完全自動カメラ式三次元測定機です。ロボットティーチングがソフトウェア上で自動実行され、測定から検査、レポートまで一つのソフトウェアにて対応したソリューションです。
「ATOS ScanBox」は、さまざまなシリーズが用意され、500mmまでの小型な対象物に対応したものから、自動車一台を自動測定できる大型対象物に対応したものまで、用途に応じて選ぶことができます。
丸紅情報システムズでは、さまざまな非接触式三次元測定機を取り扱っていますので、用途や測定する対象物の形状に合わせて、最適な非接触式三次元測定機の提案ができます。
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