［研究報告］

唯一形状製品（我杯・カタノブ）の生産技術高度化に関する研究開発
高橋長谷川 辰雄＊、小林 正信＊＊、和良***、小原 美栄子***、佐々木 知子***(株)サーガは、個人の手型を木製のグラスやドアノブに象った製品を販売している。材料に県産材と漆塗り、取り付け部には南部鉄器を使用し、岩手の素材にこだわったオーダーメイド製品が特徴である。製作工
程は、石膏手型を３次元スキャナで取り込み、そのスキャン・データを切削加工機用データとして編集する。
スキャン・データは、ノイズ除去や原材料とエンドミルの位置合わせ等、切削加工機用のデータ作りに約５０分程かかっていた。そこで、この作業の自動化ソフトを開発することによって約５分（１／１０）に工数を削減することが出来た。また、漆塗り工程では、通常１カ月程かかる作業を、速乾性漆により約２週間（１／２）に短縮させ、これを塗布した我杯グラスで日常使用試験を実施した。本研究では自動化ソフトの開発と速乾性漆による日常試験結果について報告する。
キーワード：オーダメイド、自動化、３次元スキャナ、速乾性、漆Development of Automation System for the Only One Product
HASEGAWA Tatsuo, KOBAYASHI Masanobu,TAKAHASHI Kazuyoshi, OBARA Mieko and SASAKI Tomoko
Sagar Inc. sells the product which carved each grip hand on the wooden doorknob and glass. Thedoorknob is made of the lumber of Iwate and the Japanese lacquer in the grip hand, andNANBU-TEKKI is used for the installation part. The tailor-made products which stuck to the materialof Iwate are characteristics. The production of the grip hand makes a mold with seizing a material likeplaster. The mold is scanned with a three-dimensional scanner, and scanning data is processed by thecutting device. The raw data of the scanner can't be shaved with a cutting device. It is reported about
the automation technology of the three-dimensional scanner here.
key words: tailor-maid, Automation, 3D-scanner, Japanese lacquer, quick dry
１ 緒

言

「我杯」
、「ドアノブ」の生産工程は、お客様の石膏手形を「手で触る」ことで、その時の思い出や記憶を一瞬で蘇３次元スキャナ装置（ローランド社製）でデジタルデータ取えさせるというコンセプトのもとに、(株)サーガは「我杯得し、それを切削加工機で加工し、仕上げ磨きを行った後にグラス」と「カタノブ（ドアノブ）」を製造・販売している。

塗装して完成する。しかし、３次元スキャナ装置で取得した同社が実施した７００人以上のヒアリング結果から、37％

デジタルデータには、凹凸が激しい箇所では計測出来ず穴と以上の人が価格次第では手を象った製品の購入を希望するなって残ってしまう。また、センシング光の散乱によるノイという結果を得たことも起因の１つである。

ズデータや、自動ポリゴン化によるエラーが発生するため、「我杯」と「カタノブ」は図１に示す通り、ビールジョ切削加工機で切削するにはデータの編集が必要となる。このッキサイズのグラスと、片側だけに手形が彫られたドアノ

データ編集には３次元 CAD ソフトを用いた手作業で約５０分ブである。

を要し、手間がかかっていた。そこで、この手間のかかる作業を自動化ソフトによって時間の短縮化を図ることを目指した。また、生産工程中で一番工数がかかっている作業に「漆塗り」がある。漆塗りは「塗り」と「乾燥」を何回も繰り返し行う必要があるため、通常では１カ月程の日数がかかっている。そこで、漆塗り工程の短縮化を目的に速乾性漆（岩手工技発明）を使用し、日常生活での使用で問題が無いか等の実証試験を行った。
図１ 我杯とカタノブ＊＊＊

電子機械技術部
企画デザイン部＊＊＊ 株式会社サーガ

岩手県工業技術センター研究報告

２ 開 発 方 法第１５号（２００８）

for ( i=0;i<pScanParam2->nAreas; i++ ) {２－１ ３次元スキャンから加工機用データの流れ

pScanAreaParam->Pitch.x=(int)(0.8* pReso->x / 25.4);

３次元スキャナ装置のスキャンソフトの Dr.PICZA3 で取得// 幅ピッチ 0.8mm インチを mm に変換（25.4mm/inch)

したデータは、データ編集ソフトの Pixform Pro を使ってノpScanAreaParam->Pitch.y=(int)(0.8*pReso->y/25.4);

イズ除去や位置合わせ等が行われ、最終的に切削加工機用の// 高さピッチ 0.8mmデータとなる。この工程の一連の流れを図２に示す。

pAreaPoint=pScanAreaParam->Points;//POINT3D* pAreaPoint;
pAreaPoint[0].x = (int)(-27.5 * pReso->x / 25.4);// 開始 x 幅５５mm の-1/2 pReso->x は指定幅の中心を示す。
pAreaPoint[0].y = (int)(13 * pReso->y / 25.4);// 開始高さ

３次元スキャナ装置

pAreaPoint[1].x=(int)(27.5 * pReso->x / 25.4);// 終了 x
pAreaPoint[1].y=(int)(113 * pReso->y / 25.4);// 終了高さ
angle=315+(45*i)>=360 ? 45*(i-1) : 315+(45*i);// 開始角度

スキャンソフト（Dr..PICZA3）

pScanAreaParam->nAxisRot=(int)(angle * info.nAxisRotReso / 360 );スキャンデータpScanAreaParam=(SCANAREAPARAM*)(((char*)pScanAreaParam)+pScanAreaParam->dwSize );データ編集ソフト(Pixform Pro)
切削加工機用データ}

図３ スキャン範囲と角度の設定プログラム

切削加工機
図２ データの流れ
２－２ スキャンソフトの自動化
３次元スキャナ装置はローランド社製「LPX600」であり、レーザ光の反射光を計測する原理で精度は±0.05mm である。
この LPX600 に付属のスキャニングソフト（Dr.PICZA3」）を用いて、計測の範囲やピッチ間隔の設定を行ってスキャンを実行する。しかし、このソフトではこれらのパラメータを保存することが出来ず、立ち上げのたびに計測範囲やピッチ間隔を設定しなければならない。そこで、これらのパラメータ値を立ち上げ時に自動的に設定し、スキャンを実行するソフト
ウェアを開発することで、パラメータ設定の時間を短縮化す

図４ プログラムの実行結果ることを目標とした。
３次元スキャナ装置の開発用ソフトは、メーカが関数ライブラリを提供しており、C 言語コンパイラ 1,2,3)によって自由にアプリケーションソフトが開発できる。このライブラリを利

２－３ データ編集ソフトのプログラム開発
３次元スキャナ装置で取得したデータの編集は、Pixform Pro（ソフト）を用いて下記の項目順に作業を行う。

用してスキャンソフトの自動化プログラムを作成した。図３①穴埋め

はスキャン範囲と角度を決定するためのC言語プログラムで、②スムージング

インチをミリ単位に変換している。スキャン範囲は、「高さ：③ポリゴンデータの整合性チェック13～113mm」、「幅 55mm」であり、角度は物体を中心とし、セン④木型と手形の位置合わせ

サに対して 0°,45°,90°,315°ごとの４方向の平面スキャ⑤木型と手形のブール演算ンとした。スキャンピッチは、高さ方向、幅方向ともに 0.8mmに設定した。図３のプログラムを実行した結果が図４となる。

２－３－１ 穴埋め

図３の画面は開発用ライブラリから起動できる「スキャン設スキャナのレーザ光が届きにくい握り手の凹凸が激しい箇所定」の画面であり、その画面に設定値をセットすることがプ

では、計測生データが無い状態（穴）が幾つか生じる。このよ

ログラムの内容である。

うな穴を含んだ計測データでは、切削加工機で手形を削ることが出来ないため穴を埋める必要がある。これには、穴の周辺データから補完して穴埋めを行うが、１つ１つの穴をマウスで選ドアノブ生産システムの研究開発択する方法や、穴の大きさを指定して複数の穴を選択する方温恒湿器（温度 28℃、湿度 78％RH）を使用し、初回塗装のみ 2法がある。我杯手形のスキャナで生じる穴のサイズはほぼ一日間、以後の塗装では 3 時間ほど機器内で硬化させた。初回塗定であるため、穴のサイズを指定する方法を取り、穴の補完装では木地に漆が浸透するため十分な時間を置いた。各塗装間方法は、近傍データの曲率を利用して穴埋めを行った。

では塗装表面をサンディングし、合計で６回の拭き漆で完成と２－３－２ スムージング及びポリゴン整合性した。今回は 1 名の作業員で 10 個を同時製作した。

スキャナの計測生データは点群として生成される。これをまた、完成塗装品について日常使用試験を実施した。日常使

３次元 CAD や切削加工機に読み込ませるためには、この点群いを行う中での塗装面の変化や耐久性について、従来の漆塗装をポリゴンデータに変換しなければならない。このポリゴン製品と比較しながら目視により評価した。

化は、スキャナソフト（Dr.PICZA）によって自動的に生成できるが、各測定点の位置誤差によって、滑らかでないポリゴンが生成される。このポリゴンデータをそのまま切削加工機

３ 実 験 結 果にかけると、表面に凹凸が出来るため、これを取るための仕３－１ スキャン自動化ソフト実験上げに多大の時間を要する。そこで、このポリゴンを滑らか２－２のスキャンソフトの自動化によって、３次元スキャナにするためのスムージングが必要となる。
この機能は Pixform

装置のスキャン範囲や角度方向を自動的に設定し、スキャンをPro に搭載されており、スムージング関数を呼ぶプログラムを実行することが可能となった。このスキャナ装置で得られるデ作成し実行した。また、自動生成されたポリゴンが幾何学的ータは XYZ 座標値の点群であるため、このままでは Pixform Proに整合性があるかどうかをチェックする機能も同様にプログでの編集作業は出来ない。編集を可能とするにはポリゴンと呼ラムした。

ばれるデータ形式が必要となる。そこで、点群データをポリゴ

２－３－３ 位置合わせ及びブール演算ン化するプログラムを作成した。開発したプログラムの動作順

切削加工機に受け渡すデータは、木型原型モデルに握り手とデータの流れを図５に示す。

モデルを合成して作成する。この合成作業をブール演算と呼び、具体的には論理積演算を行う。このとき、木型原型モデ開始

ルと握り手モデルの位置合わせを正確に行う必要がある。ここでは、各モデルサイズの最大値・最小値から中心座標を計算し、移動させることで位置合わせを行うプログラムを作成

パラメータ自動設定

し実行した。
２－３－４ プログラム開発環境
Pixform Pro の開発用プログラムは、BASIC 言語の記述に近いマクロプログラムを使って開発した。マクロプログラム

スキャン実行
点群データ

は、幾つかの処理をまとめて実行する場合や、独自のデータ演算を実行できるように、Pixform Pro が提供している開発用言語である。ユーザはこのマクロプログラムを使って、定型処理の自動化や独自データ演算を自由に開発することができる仕組みとなっている。
２－４ 速乾性漆の日常使用試験
現状、漆塗装工程だけで 1 カ月程かかっている。塗装方法
は、生漆 4)を塗っては拭き取る作業を繰り返すことで漆塗膜を形成させる拭き漆技法である。塗装した生漆は 12 時間程度

点群→ポリゴン変換
ポリゴンデータ

データ編集ソフト
穴埋め、スムージング、ブール演算
切削加工機用データ

切削加工機の硬化時間が必要なため、１日１回の塗装が限界である。この硬化時間が長い工程期間を必要とする最大の要因である。

我杯・カタノブ

そこで、塗装期間の短縮を図るため、岩手県工業技術セン

図５ プログラム動作順及びデータの流れ

ターで開発した速乾性漆 5,6)を用いた塗装試験を実施した。速３－２ 自動データ編集ソフトウェアの開発

乾性漆は漆成分の酸化重合を促進させる処理をあらかじめ行手作業で行っていた穴埋め、スムージング、ブール演算の機うことにより短時間で硬化する特性に改質された漆であり、能を自動的に実行するプログラムを作成した。プログラムの実添加剤等を混入していないことを特徴とする。成分は一般の行時間は約１分程度であるが、起動時間やファイル読込等の前スグロメ漆（生漆を精製処理した精製漆で水分は約３％）に処理を統合すると約５分であった。従来作業の約５０分に比べ近く、約２～３％の水分を含有する。

ると１／１０に時間短縮をすることが出来た。図６は穴埋め、塗装作業は約 10～20％の塗料用シンナーで粘度調整した速乾性漆を刷毛塗りし、ウェスで拭き取った。漆の硬化には恒スムージング、ブール演算の自動処理を行った結果画面である。

岩手県工業技術センター研究報告第１５号（２００８）

しても、少なくとも 1/2 の工期短縮は十分可能である。また、少量の試作品などは本試験のように非常に短期間で製造できる。
さらに、漆の硬化が速いので硬化雰囲気に曝す時間も短くてよ
く、木地変形などの不具合の低減も期待できる。
使用試験の結果からは、従来の塗装品と比べた場合のツヤの低下や色変化、傷つきやすさ、剥がれ等には遜色なく、生漆同等の塗膜性能を保持していることが確認できた。使用試験後約半年経過した現在でも状況は変わっていない。
４ 結言

３次元スキャナ装置で我杯の計測データ（点群）を自動的に取得しポリゴン化するソフトウェアと、穴埋め等のデータ編集
図６ 自動データ編集の結果画面を自動化するソフトウェアを開発し、システムの一部分の時間短縮をすることが出来た。また、漆塗りの工程を１／５に短縮

３－３ 速乾性漆の日常使用結果化出来た。今後は、さらに時間短縮できる箇所の検討やデータ

速乾性漆を使用することで漆塗りの工程が、約１．５週間ベース利用の検討によって、システム全体の高機能化を目指しに短縮することが出来た。これは通常の漆塗り工程の１／５ていく予定である。(株)サーガが目指している製品は、作り置である。この速乾性漆を塗布した「我杯」を図７(a)及び(b)きが出来ないオーダメイド商品がコンセプトとなっている。こに示す。のような商品は、製造時間がキーポイントであり、短いほど生産性が向上し販売数も増加する。また、在庫を必要としないため経済的リスクを回避することができる。今後の受注量の増加に伴い、生産性を向上させるための方法について検討していく予定である。
文1)

献

谷尻 豊寿、谷尻かおり：Visual C#2005 実践プログラミ
ングテクニック、技術評論社(2006)

2)

有限会社ガリバー：Visual C#.NET 基礎 300 の技、技術評論社(2006)

3)

Arton： Visual C# 2005 プログラミング入門、アスキー(2007)(a) 正面4)

きうるし。木から採取しゴミを取り除いた漆で水分は約20～30％。

5)

小林正信、町田俊一：岩手県工業技術センター研究報告、7、34（2000）

6)

町田俊一、小林正信：岩手県工業技術センター研究報告、7、37（2000）(b) 斜め上方
図７ 速乾性漆を塗布した我杯
今回、試験に用いた速乾性漆自体、恒温恒湿器雰囲気中では約 1～1.5 時間で硬化する特性であったため、各塗装工程では十分な硬化時間を与えているといえる。それでも、1 日 2回の塗装が可能であり、5 日で塗装工程を終えた。今回は製造個数が 10 個と少なかったが、実際の製品塗装のロットを考慮