3D スキャナと 3D プリンタの連携によるクローズドループエンジニアリングに関する考察 *和合

健 **、長嶋宏之 ***、箱崎義英 ****

クローズドループエンジニアリングは、3D スキャナと 3D プリンタが相互連携することで製造物の形状誤差を収束低減化させる製造手段であり、この手段を用いることで製品製造の高精度かつ高能率化が達成できる。ここでは、熱溶解積層法と光造形法の樹脂 3D プリンタで製作した立体モデルをレーザプローブ式座標測定機で測定しクローズドループエンジニアリングの実用性を検証した。その結果、ばらつきは 0.088mm（σ）となり、良好な結果が得られた。一方、マイクロフォーカス X
線 CT で立体モデルの形状を測定した結果、直径 Sφ11mm 球の設計値が、測定では最大値 11.038mm、最小値 10.841mm と誤差が大きく、この原因解明が今後の課題であることが明らかになった。
キーワード：クローズドループエンジニアリング、3D スキャナ、3D プリンタ、レーザプローブ式座標測定機、マイクロフォーカス X 線 CTClosed-loop engineering combining 3D scanner and 3D printer
TAKESHI Wago, HIROYUKI Nagashima and YOSHIHIDE Hakozaki
Closed-loop engineering promises precision and high-efficiency product manufacturing.
This process combines a 3D scanner and a 3D printer to reduce feature deviation. The
present study verifies the practicability of closed-loop engineering. A 3D model
manufactured by fused deposition molding and laser beam lithography is measured using alaser probe CMM , which provides a measurement variation of 0.088 mm (σ). The 3Dmodel is measured using microfocus X-ray computed tomography. The maximum andminimum sphere diameters are 11.038 and 10.841 mm, respectively, for a nominal diameterof 11.000 mm. Future work will focus on finding the cause of this large deviation.
key words : closed-loop engineering, 3D scanner, 3D printer, laser probe CMM, micro focus
X-ray computed tomography

1 緒言
3D 走査測定法は点群を利用して製品形状の精密測定を行う方法であり、従来は自由曲面に対する特殊な測定方法として認識されていた。現状ではパソコンや測定機本体を始めとする電子計算機器のハードウェア及びソフトウェアの進化により大量の点群を短時間で計算処理できることから、従来、接触式座標測定機（以下 CMM という）で行っていた高精度な寸法測定や幾何形状測定も可能になりつつある。さらに、3D プリンタと 3D 走査測定装置（3D スキャナ）を組み合わせることにより高能率かつ高精度な製品製造に対応できる可能性も見えており、製造技術のパラダイムシフト（技術革新）への期待が高まっている。
そこで、国立研究開発法人産業技術総合研究所がプロジェクトリーダーとなり、複数公設試が参加するプロジェクトが実施された。事務局がテストピー
ス製作とその 3D 測定に関する共通課題を策定した。
岩手県工技セでは樹脂光造形法と樹脂熱溶解積層法による 3D プリンタ、レーザプローブ式座標測定機とマイクロフォーカス X 線 CT による 3D スキャナを使用して、事務局が示した課題に取り組んだ。本研究*
平成 27 年度 産総研地域連携戦略予算プロジェクト（共同研究）** 素形材技術部*** デザイン部**** 電子情報技術部

25

岩手県工業技術センター研究報告の目的は、保有設備が有する性能の数値化と作業者の技能向上、さらに今後の 3D ものづくり技術への方針策定及び展開のための基礎データを得ることである。

表2表1メーカー

シーメット株式会社

造形方法

光造形法

使用樹脂

光硬化性樹脂 TSR-883（エポキシベース）

積層ピッチ

0.05 mm / 0.1 mm / 0.15 mm

最大造形範囲W 610 × D 610 × H 500 mm

図1

レイアウト 1

積層ピッチ

レイアウト 20.1 mm

造形時間

10 時間 22 分 36 秒

23 時間 52 分 49 秒

器物の詳細

特に無し

直方体の一部、下面方向に欠けサポート
除去方法

手作業による（洗浄時）

図 2 光造形法による器物の外観（左：レイアウト 1、右：レイアウト 2）

光造形装置の主な仕様
NRM-6000

光造形法器物の造形条件

レイアウト2 樹脂 3D プリンタによる造形物の製作
2-1 概要指定器物データを、保有する 3D プリンタ 2 種により、
レイアウト 1、
レイアウト 2 の指定方向に設置し、計 4 個の造形を行った。レイアウト 1 とは造形装置の X 軸と器物の面を平行にした置き方、レイアウト2 とは X、Y、Z 軸からそれぞれ 45°傾けた置き方である。
また、測定範囲の小さいマイクロフォーカス X 線
CT 装置のために 50%に縮小した器物を光造形法によりレイアウト 1 で 1 個造形した。
2-2 光造形法
2-2-1 装置仕様
光造形法による造形装置（以下、光造形装置）の主な仕様を表 1 に、外観を図 1 に示す。

装置名（形式）第 19 号（2017）

2-2-3 50%モデル
光造形法による器物の造形条件を表 3 に、外観を図 3 に示す。
表3レイアウト

50%モデルの造形条件
レイアウト 1積層ピッチ

0.1 mm

造形時間

3 時間 5 分 5 秒

器物の詳細

特に無し

サポート
除去方法

手作業による（洗浄時）

光造形装置の外観

2-2-2 モデル
光造形法による器物について造形条件などを表 2に、外観を図 2 に示す。
図32650%モデル器物の外観

3D スキャナと 3D プリンタの連携によるクローズドループエンジニアリングに関する考察2-3 熱溶解積層法
2-3-1 装置仕様
熱溶解積層法による造形装置（以下、FDM）の主な仕様を表 4 に、外観を図 4 に示す。
表4

FDM 式装置の主な仕様

装置名（形式）FORTUS 360mc S

メーカー

Stratasys Ltd.

造形方法

熱溶解積層法

使用樹脂

モデル：ABS-M30（ABS 樹脂）、サポート：SR30

積層ピッチ

0.127 mm / 0.178 mm /0.254 mm / 0.330 mm

最大造形範囲W 355 × D 254 × H 254 mm

図 5 FDM による器物の外観（左：レイアウト 1、右：レイアウト 2）
3

図4

レーザプローブ式座標測定機による非接触走査測定
3-1 実験装置
レーザプローブ式座標測定機（以下、レーザプローブ CMM という）の主な仕様を表 6、外観を図 6 に示す。本装置は接触式 CMM のプローブ部を非接触式ラインレーザプローブに付け替えたものでラインレーザの測定幅が 15mm と狭いが球測定での真球度（σ）8μm の高精度測定に対応できる。本体の指示誤差 MPEE は 接 触 式 プ ロ ー ブ TP200 装 着 時 で1.9+3L/1000μm であり、測定誤差はレーザプローブの性能に大きく依存している。測定範囲は705×705×605mm（X、Y、Z）であり比較的広い測定範囲を有する。しかし、レーザプローブの作動距離が 100mm であり、プローブの向きを横向きにした場合には作動距離が測定範囲を占有するため、実際の測定範囲は狭まる。従って本装置の測定対象は小物測定物の高精度測定となる。
評価ソフトウェアは Focus Inspection Ver8.3（NikonMetology、以下 FI8.3 という）を利用した。使用したパソコンの性能は CPU が Pentium4 で物理メモリが4MB、OS は Windows XP（32bit）である。FI8.3 は点群の異常点除去や間引きのフィルタリング機能、ワーク座標系（WCS）設定、ベストフィット機能からの設計値照合計算や誤差表示までのほぼすべての解析機能を有している。
3-2 実験方法
事務局が示した球と立方体及び円筒から構成された サ イコ ロ 型 の測 定物 につ い てレ ーザ プロ ーブ
CMM を使用して、事務局が示した測定方法により測定した。その結果、事務局が示した測定方法のすべての項目が本装置で実現できた。測定テーブルは表 7のとおり、試験番号 1～8 の組み合わせとして行い、全 8 回の測定ですべての測定値が得られる。測定テーブルの詳細は、製造方法が熱溶解積層法と光造形法の 2 水準、製造での置き方がレイアウト 1 とレイ

FDM 式装置の外観

2-3-2 モデル
FDM による器物の造形条件を表 5 に、外観を図 5に示す。
表5レイアウトFDM 法器物の造形条件
レイアウト 1積層ピッチ

レイアウト 20.127 mm

造形時間49 時間 4 分

70 時間 34 分

器物の詳細

特に無し

直方体の一部、下面方向に欠けサポート除去方法手作業と強アルカリ性水溶液による溶解手作業による

27

岩手県工業技術センター研究報告第 19 号（2017）

表 6 レーザプローブ CMM の主な仕様
品名
型式
メーカ

非接触レーザプローブ式CMM

試験No.

CRT-AC776-LC15

ミツトヨ，Nikon Metology

1

製造方法

非接触レーザプローブ： LC15(Nikon Metology)
スキャニング速度
19200点／秒
測定幅
15mm
測定深さ
15mm
単体精度（1σ 真球度） 8μ m
分解能0.025mm
作動距離
100mm
光源レーザ
Class2

表7測定テーブル

23

熱溶解積層法

45678

光造形法

製造でのL1
L2
L1
L2
L1L2
L1L2置き方
切り欠け
X軸 X軸 Y軸 Y軸 X軸 X軸 Y軸 Y軸の位置※ L1:レイアウト1，L2:レイアウト2

CMM： CRT-AC776(ミツトヨ)
測定範囲
705×705×605mm (X,Y,Z)
最小表示量0.0001mm
案内方式
エアベアリング
最大測定速度8mm/s
最大測定加速度0.13G（各軸），0.23G(合成）MPEE (TP200時)
1.9+3L/1000μ m (L:測定長さmm)

図7

図6

プローブ姿勢 A0deg、C0deg

レーザプローブ CMM の外観

アウト 2 の 2 水準、測定時の測定物の向きが切り欠け部（測定物に刻印した目印）を X 軸側または Y 軸側に置いた場合の 2 水準とする計 8 通りの組み合わせとした。
レーザプローブ CMM を利用した測定の要点を説明する。レーザプローブ CMM は可動軸が 5 軸のもので座標測定機の X、Y、Z 軸とプローブの A 軸、C軸である。造形物の上面は図 7、四方側面は図 8 のプ
ローブ姿勢により行った。A 軸はプローブの倒れ方向の軸、C 軸はプローブの回転方向の軸である。測定物の底面を含めた全周を測定するためには上側と底側の二つに分けて走査測定し、上下別々のモデルを作成後に重複する任意の 4 個を使用して、上下を合体させた。
拡散反射光を作り出すための白色粉末塗布は熱溶解積層法では行わず、光造形法のみで使用した。白色粉末は探傷剤を使用し、手動で出来るだけ薄く、均一になるように注意して測定物に吹き付けた。レ
ーザプローブの Point、 Stripe、 Overlap の値は熱溶
解積層法と光造形法ともに Point 0.6mm、 Stripe

図8

プローブ姿勢 A90deg、C－90deg

0.6mm、 Overlap 0.1mm とした。レーザ強度は熱溶解積層法で 27/60 ノッチとし、光造形法では透明体のため個体や各面及び部位において反射強度が得られ難かったために適宜調整し、およそ 32/60 程度の値とした。レーザプローブ CMM の測定定盤上の温度は平均値 19.5℃、変動範囲 0.3℃であった。測定期間は2015/11/30 から開始し 2015/12/2 までのほぼ丸々3 日間を要した。
3-3 測定結果
設計値照合検査により 8 件の誤差カラーマップが得られ、その中から fdm_l2_x のベストフィット有りと無しを図 9 と図 10 に示す。カラーマップにより誤28

3D スキャナと 3D プリンタの連携によるクローズドループエンジニアリングに関する考察を算出した。因子と水準は表 8 のとおりとした。因子 A は 3D プリンタの造形方式で熱溶解積層法、光造形法で 2 水準、因子 B は 3D プリンタ造形時のレイアウトで L1 が軸に平行、L2 が軸に斜めに設置した場合である。因子 C は測定時のワーク向きで事務局が取り付けた切り欠け部が X 軸上と Y 軸上の 2 水準であり、この因子はレーザプローブ CMM の測定誤差の評価に用いる。因子 D は測定者として 2 水準であり、レーザプローブ CMM によるプローブ走査は自動運転で行うため比較的作業者の測定技能が排除された測定である。このため、この因子は測定の反復と見なせると考えた。因子 E は測定評価時の 2 球の図 9 fdm_l2_x（ベストフィット有り）
表8因子と水準

水準
12
熱溶解積層
光造形法
法

因子
A造形方式

B

造形時のレイアウト

C

測定時のワーク向き 印がX軸上 印がY軸上

L1－－

測定者A

測定者B－

E

2球の方向軸X軸

Y軸

Z軸

球間y 距離(mm)

特性値

12345

水準6 789y1y2y3y4y5y6y8y9 y10 y11 y12

表 10Factor
fS
A
1 0.08424
B
1 1.30877
C
1 0.00769
D
1 0.00204
E
2 1.07059
A*B
1 0.20506
A*C
1 0.01046
A*D1 0.00732
A*E
2 0.01370
B*C
1 0.02997
B*D
1 0.05950
B*E
2 0.88713
C*D
1 0.00965
C*E
2 0.01215
D*E
2 0.01755e
171 4.96066
e'
183 5.07119
T119 8.68647※ e'：○印をプール

29

L2

測定者

因子差の大きさを示し、カラーマップの公差は±0.7mmとしカラーバーの中心で誤差が小さいことを示す。
試験番号の名称は以下の法則で設定した。例えば
fdm_l1_x と は 、 製 造 方 法 が 熱 溶 解 積 層 法 (Fuseddeposition modeling:FDM)で製造時の配置がレイアウ
ト 1 でレーザプローブ CMM による測定時の切り欠け位置が X 軸上であることをいう。例えば lbl_l2_yと は 、 製 造 方 法 が 光 造 形 法 （ Laser beamlithography:LBL）で製造時の配置がレイアウト 2 でレーザ CMM による測定時の切り欠け位置が Y 軸上であることをいう。走査測定による点群データ（x、y、z）の解析は FI8.3 により行い、FI8.3 を使用してすべての項目の解析に対応できた。真球度、平面度、円筒度は自由記載であるため試験番号 No.1:fdm_l1_x のS111、ZX 面、Ax のみ算出した。カラーマップ評価
結果はベストフィット有り、3-2-1 のみの 2 種類とした。
3-4 考察3-4-1 球測定結果(1) 分散分析
独自の取組みとして分散分析 1)により因子の効果－D

表9

図 10 fdm_l2_x（ベストフィット無し）

3y7

10 11 12

分散分
V○○○○○○○○○○

F0.08424 2.901.30877 45.110.00769 0.270.00204 0.070.53530 18.45
0.20506 7.070.01046 0.360.00732 0.250.00685 0.240.02997 1.030.05950 2.050.44357 15.290.00965 0.33
0.00608 0.210.00878 0.30
0.02901
0.02771-(mm2)
ρ %
0.65
14.75
11.69
2.04
0.37
9.57
60.93
100.00岩手県工業技術センター研究報告

析表

二乗球の中心を起点とした球の半径のヒストグラムを図 11 に示す。真球度は 95％範囲における球の半径倣う軸方向である。特性値 y は表 9 のとおり球間距離(mm)とし、球測定結果での 12 水準の球間距離測定値を利用した。
表 10 に分散分析表を示す。
V が分散で F が分散比、ρ が寄与率 2)である。e’は誤差分散 e よりも小さい各因子の分散を足し合わせたものである。その結果寄与率から因子 B：造形時のレイアウトが 14.75%、因子 E：2 球の方向軸が 11.69％となりこの二つの因子がばらつきに大きく影響していた。因子 B は造形時の姿勢であり、軸に平行に置く場合と軸に斜めに置く場合で造形物の寸法が大きく異なる。因子 E は球間距離測定時の 2 球が倣う軸であり、ばらつきの大きい原因は重力の影響が考えられる。因子 C 測定時のワーク向きで寄与率の効果が小さいことから、造形時の造形物寸法のばらつきに対してレーザプロー
ブ CMM の測定誤差は非常に小さく、因子 C の標準偏差 σ を測定機のばらつき誤差と見なすと V＝0.00769 mm2 より 0.088mm（σ）となる。因子 D 測定者では、レーザプローブ CMM の走査測定は自動測定で行われるため測定者の測定技能が測定誤差に影響を与えていない。因子 D を測定の反復のばらつき誤差と見なすと V=0.00204 mm2 より 0.045mm（σ）となる。
(2) ばらつきの評価
表 11 に特性値が球間距離での因子水準毎の標準偏差（σ）を示す。データ数は 192 個である。分散分析で寄与率が大きかった因子 B のレイアウト 1 が0.255mm、レイアウト 2 が 0.113mm であり、造形時に軸に斜めの姿勢で球間距離のばらつきが小さい。
因子 E では X 軸が 0.258mm、Y 軸が 0.214mm、Z 軸が 0.092mm であり、Z 軸方向の球間距離でばらつきが小さい。
表 11第 19 号（2017）50454035

頻度

30252015105-0.2-0.18-0.16
-0.14
-0.12
-0.1
-0.08
-0.06
-0.04-0.02
00.02
0.040.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.180.20.220.240

データ区間 (mm)

図 11

真球度のヒストグラムの最大値と最小値の差として算出した。5％を除く方法は最小値側 2.5％及び最大値側 2.5％として行った。
その結果、試験番号 No.1：fdm_l1_x の真球度は0.300mm となった。
3-4-2 平面測定結果(1) 直角度の評価
表 12 に直角度の評価を示す。直角度算出の検査長さは 78mm である。レーザプローブ CMM の測定誤差に対して造形物の形状誤差が十分に大きいことが球測定結果で分かっているので直角度の誤差は主に造形物の形状誤差と推測された。造形方式では熱溶解積層法の平均値が 0.111mm、光造形法の平均値が0.054mm であり、光造形法の場合で直角度が小さい。
平面対平面の場合では平均値で XY-YZ が 0.095mm、YZ-ZX が 0.028mm、ZX-XY が 0.124mm であり、XY平面に対する直角度で誤差が大きい。

因子水準毎の標準偏差（球間距離）

表 12直角度の評価(mm)
因子A

造形方式

B

造形時のレイアウト

測定時のC
ワーク向き
D

測定者

E

2球の方向
軸

1
熱溶解積層法

水準2
光造形法

0.174

0.245

L1

L20.255

0.113

印がX軸上

印がY軸上

0.192

0.234

測定者A

測定者B

0.246

0.175

3－－－－

X軸

Y軸

Z軸

0.258

0.214

0.092

実験番号
1
fdm_l1_x
2
fdm_l1_y
3
fdm_l2_x4
fdm_l2_y5lbl_l1_x6
lbl_l1_y7
lbl_l2_x8lbl_l2_y

XY-YZ
0.086
0.086
0.194
0.249
0.055
0.023
0.039
0.031

YZ-ZX
0.031
0.047
0.031
0.023
0.008
0.008
0.039
0.039

ZX-XY
0.062
0.117
0.241
0.163
0.109
0.109
0.062
0.132

平均値

0.095

0.028

0.124

標準偏差

0.083

0.014

0.058(mm)平均値 標準偏差
0.111

0.082

0.054

0.041

(2) 平面度の評価
試験番号 No.1：fdm_l1_x の ZX 面について、最小二乗平面を起点として法線ベクトル方向の点の距離のヒストグラムを図 12 に示す。平面度は 95％範囲に(3) 真球度の評価
試験番号 No.1：fdm_l1_x の S111 球について、最小30

3D スキャナと 3D プリンタの連携によるクローズドループエンジニアリングに関する考察おける点の距離の最大値と最小値の差として算出した。5％を除く方法は最小値側 2.5％及び最大値側2.5％として行った。その結果、試験番号 No.1：

50454035250

頻度30200252015頻度

150

105100

-0.22
-0.19
-0.16
-0.13
-0.1
-0.07
-0.04
-0.01
0.02
0.05
0.08
0.11
0.14
0.17
0.2
0.23
0.26
0.29
0.32
0.35
0.38
0.41
0.44
0.47

050

データ区間 (mm)0-0.12
-0.11
-0.1
-0.09
-0.08
-0.07
-0.06
-0.05
-0.04
-0.03
-0.02
-0.01
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1

図 13

円筒度のヒストグラム

データ区間 (mm)

平面度のヒストグラム

fdm_l1_x の平面度は 0.110mm となった。
3-4-3 円測定結果(1) 角度の評価
表 13 に角度の評価を示す。プロトコルに従い造形物にワーク座標系を与えた場合の X 軸、Y 軸、Z 軸の成す角度の造形方式毎の平均値と標準偏差、及び軸対軸毎の平均値と標準偏差を求めた。その結果、造形物が安定形状であったためか因子を造形方式及び軸対軸の双方で評価した場合でほぼ 90deg となる良好な結果となり、因子間の差は見られなかった。

89.90689.955

0.091

0.074

0.098

0.098

89.916

0.074

0.112

0.100
0.000

321only

LBL_L290.00089.991

0.147

0.200

LBL_L1

平均値
標準偏差

平均値

0.215

FDM_L2

Az-Ax
89.92689.98990.06390.08689.78889.86289.97189.954

0.289

0.300

FDM_L1

Ay-Az
89.97189.92689.84589.90389.76589.89789.99489.948

0.408

0.360

LBL_L2

Ax-Ay
89.98989.92090.17890.10389.96089.96089.93189.9600.400

LBL_L1

実験番号
fdm_l1_x
fdm_l1_y
fdm_l2_x
fdm_l2_ylbl_l1_x
lbl_l1_ylbl_l2_x
lbl_l2_y

0.492

0.500

FDM_L1

12
3
4
56
78

0.600

角度の評価
(degree)
標準偏差

0.673

0.700

最小二乗平均 mm

表 130.800

FDM_L2

図 123-4-4 偏りの評価
CAD モデルを設計値としレーザプローブ CMM の測定点群を測定値として設計値照合を行った。法線ベクトル方向の差（3D 誤差）を算出し因子毎の最小二乗平均を計算し図 14 に示した。その結果、ベストフィットの場合で 3D 誤差が小さくなっており 3-2-1のみで 0.498mm、ベストフィットでは 0.203mm となった。

Bestfit
アライメント方法

図 14偏りの評価

4 マイクロフォーカス X 線 CT による座標測定
4-1 測定装置
マイクロフォーカス X 線 CT 装置の主な仕様を表14、外観を図 15 に示す。また、図 16 に CT 撮影用テーブルを示す。

(2) 円筒度の評価
試験番号 No.1：fdm_l1_x の Ax 軸について、最小二乗円筒の中心を起点とした円筒の半径のヒストグラムを図 13 に示す。円筒度は 95％範囲における円筒の半径の最大値と最小値の差として算出した。5％を除く方法は最小値側 2.5％及び最大値側 2.5％として行った。その結果、試験番号 No.1：fdm_l1_x の円筒度は 0.224mm となった。

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岩手県工業技術センター研究報告

表 14 マイクロフォーカス X 線 CT 装置の主な仕様
型式
Y.Cheetah uHD
エクスロン・インターナショ
メーカー
ナル
出力管電圧
出力管電流
最大 X 線管出力
最大ターゲット出力
認識解像度
センサー斜角
最大サンプルエリア
最大検査エリア
最大幾何学倍率
CT スキャン時間

図 15

第 19 号（2017）

4-2 測定方法
事務局が指定した器物（最大寸法： 100×100×100mm）は、本装置の最大視野角において全体像の撮影が不可能であった。そこで、指定器物の 50%サイズの器物を光造形法により製作し参考データとして測定を行った。
金属と樹脂など X 線の減衰が大きく異なる材質のCT 撮影では金属由来のノイズにより境界の判断が困難となる。そこで、X 線の減衰の低い発泡スチロー
ルを治具と測定物の間に挟み込み撮影を行った。測定物の固定は両面テープにより行った。
4-3 結果および考察
ベストフィットによるカラーマップ評価を図 17、ヒストグラムを図 18 に示す。また、面形状位置合わせによるカラーマップ評価を図 19、図 20 に、ヒストグラムを図 21 に示す。

25-160kV
0.01-1.0mA
64W
15W
0.5μm
±70°（140°）
800×500mm
460×410mm
3000 倍（最短）60 秒

マイクロフォーカス X 線 CT 装置の外観
図 17

図 16

CT 撮影用テーブル

図 18

本装置の CT 撮影では、図 16 に示すように測定物はＸ軸（横軸）周りに回転させ撮影するものとなっている。このため、測定物が落下しないように冶具に固定する必要がある。
３次元解析ソフトウェアは VG Studio Max を利用した。VG Studio Max では座標計測、繊維複合材料解析、設計値/測定値比較、欠陥/介在物解析、肉厚解析を有している。

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カラーマップ評価

ヒストグラム3D スキャナと 3D プリンタの連携によるクローズドループエンジニアリングに関する考察

や撮影後の面の定義により結果が異なってくることが考えられる。

図 19

図 20

カラーマップ評価（指定方向の描画）

カラーマップ評価（指定方向の逆の描画）

図 21

ヒストグラム直径 11mm の球の測定結果として、直径の最大値11.038mm、最小値 10.841mm となった。また、設計値の直径 7mm の円柱測定では最大値 7.04mm、最小値 6.864mm となった。
今回の測定ではカラーマップ評価より±0.5mm の範囲内に収まっている。使用したソフトウェアの VG
Studio Max は座標計測等の解析を行うためには撮影された画像をもとに物体の面の定義（境界の設定）が必要となっている。面の定義について今回は物体が単一の材質のため自動で行うことが可能であった。
しかし、ノイズが著しい場合における CT 画像において特定の表面を指定する場合には手動で行う必要がある。このことより、CT 撮影時における X 線の強さ

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5 結
言
5-1 モデル造形に関すること(1) 光造形法と熱溶解積層法の積層時間を比較した
結果、積層ピッチは光造形法が 0.1mm、熱溶解積層法が 0.127mm とした設定値であるため積層ピッチでは光造形法が熱溶解積層法の 0.79 倍と細かいが、積層時間は熱溶解積層法が光造形法のレイア
ウト 1 で 4.73 倍、レイアウト 2 で 2.95 倍の時間を要した。
(2) 測定範囲の制限から岩手県工業技術センター保有の X 線 CT で測定するために光造形法により50％縮小モデルをレイアウト 1 のみ、積層ピッチは 100％モデルと同等の 0.1mm として造形した。
その結果、造形時間は 100％モデル時の 10 時間 22分 36 秒に対し、50％縮小モデルは 3 時間 5 分 5 秒を要し、造形時間は 100％モデルの 0.30 倍であった。
5-2 レーザプローブ式座標測定機による走査測定に関すること(1) 球間距離を特性値として分散分析をした結果、寄与率から因子 B：造形時のレイアウトが 14.75%と因子 E：2 球の方向軸が 11.69％となり二つの因子で 26.44％を占めている。
(2) 球間距離を特性値として、因子 C：測定時のワーク向きで寄与率の効果が小さいことから造形時の造形物寸法のばらつきに対してレーザプローブCMM の測定誤差は非常に小さく、因子 C の標準偏差 σ を測定機のばらつき誤差と見なすと0.088mm（σ）となる。
(3) 球間距離を特性値として各因子の水準毎に標準偏差 σ を求めた結果、因子 B：造形時のレイアウ
トでは L2:軸に対して斜めの場合で標準偏差 σ が小さい。因子 E：2 球の方向軸では Z 軸の場合で標準偏差 σ が小さい。
(4) 平面対平面の直角度の評価では、光造形法の場合で直角度が小さく、平面対平面の場合では XY 平面に対する直角度で誤差が大きい。
(5) 軸対軸の角度を算出した結果、すべてでほぼ90deg となる良好な結果であり因子間の差は見られなかった。
(6) 設計値照合の 3D 誤差において因子毎の最小二乗平均を算出した結果、3-2-1 のみで 0.498mm、ベス
トフィットでは 0.203mm となった。
5-3 マイクロフォーカス X 線 CT による走査測定に関すること(1) 設計値が直径 11mm 球の測定値は、直径の最大値 11.038mm、最小値 10.841mm となった。また、
設 計値 が直径 7mm 円 柱の 測定 値は 、 最大 値

岩手県工業技術センター研究報告

7.04mm、最小値 6.864mm となった。今回の測定のカラーマップ評価は、ほぼ±0.5mm の範囲内に収まった。
(2) 評価ソフトウェア VG Studio Max は座標計測を行うためには面の定義（境界設定）が必要であり、今回は物体が単一の材質のため自動で行えたが、ノイズの多い測定モデルの場合は手動で行う必要

第 19 号（2017）があり測定結果に影響が生じる恐れがある。
文献1) 森口繁一：統計的方法、日本規格協会、p143～152(2003).
2) 矢野宏：計測管理の実際、p75～86(1986)

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