64

あいち産業科学技術総合センター

研究報告 2016

研 究 ノート

X 線 CT と三次元デジタイザの形状データ合成に関する研究
依 田 康 宏 ＊ 1、 水 野 和 康 ＊ 1、 島 津 達 哉 ＊ 1、 児 玉 英 也 ＊ 1

Study on Merging 3D Shape Data of X-ray CT and 3D Digitizer
Yasuhiro YODA *1 ,Kazuyasu MIZUNO * 1 ,Tatsuya SHIMADZU *1
and Hideya KODAMA *1
Industrial Research Center *1
X 線 CT に よ る 三 次 元 形 状 測 定 は 内 部 を 測 定 で き る 長 所 が あ り 、 三 次 元 デ ジ タ イ ザ に よ る 測 定 は X 線CT と 比 較 し て 精 度 の 高 い 測 定 が で き る 長 所 が あ る 。 X 線 CT で し か 測 定 で き な い 内 部 は X 線 CT の デ ー
タ、他の部分は精度の高い三次元デジタイザのデータを優先的に利用して合成する方法を提案し、模擬データ及び実測データで合成したところ、つなぎ目にすき間の ない一つのデータとなることが確認できた。

１．はじめにデジタイザの優先度（平均の重みづけ）を高くして平均

従来の三次元形状測定は、検査を目的として接触式データを作成することにより、比較的精度の高い測定機

座標測定機で指定箇所や断面のみを測定することが中心であるデジタイザのデータが優先されるようにした。まであったが、最近ではリバースエンジニアリングやた、最初の基準となるデータは、内部形状を含んだ全形CAE のモデル作成を目的に、スキャニング測定により状データとなる X 線 CT のデータとしている。

製品の全形状データを取得したいという要望が増えていデジタイザのデータる。代表的なスキャニング測定機としては X 線 CT と非接触三次元デジタイザ（以下、デジタイザ）があり、これまでの当センターの X 線 CT についての精度評価 1)
2)や、市場の測定機の精度を全般的に見ると、X 線 CTよりデジタイザの方が精度は高い。

図１

平均データ
X 線 CT のデータ
データの合成方法

2.2 実験に利用したデータ
データ合成を行うにあたり、まず寸法が明確な簡単

しかし X 線 CT は内部形状を測定できる特長があり、 形状の模擬データを用意した。模擬データは図２に示測定精度が多少低くても全形状のデータを取得するためす円筒パイプ形状であり、CAD から STL のデータを出の有効な手法である。そこで本研究では、X 線 CT で測力して作成した。内径 40mm、外形 60mm を真値とし定した形状データとデジタイザで測定した形状データとたとき、X 線 CT では円筒内外面ともに測定できたが誤を合成する方法を提案し、実測データを用いて合成結果差が含まれたものとした。一方デジタイザでは、測定精を確認した。

度はよいが円筒内側が一部測定できておらずデータが欠損したものとした。

２．実験方法2.1 合成方法
形状データとして、X 線 CT とデジタイザ共に出力可能な STL（メッシュ）形式を用いた。図１と以下の手順に示すプログラムを作成し、データ合成を行った。

更に、実測データでこの手法を適用するため、測定試料として図３に示すアルミ製の円筒に複数の貫通穴があるものを用意し、X 線 CT とデジタイザで測定した。
内径φ39.6mm
外径φ60.6mm(1) X 線 CT の STL データ頂点から法線方向に、デジ内径φ40mm
外径φ60mm

高さ共に50mm

タイザのデータの対応点を探す。
(2) 対応点がある場合は、優先度を考慮した平均を計算

内側のデータが一部欠損し合成 データとする。対応点がない 場合は、 X 線
CT のデータをそのまま合成データとする。
測定機の精度を考慮して合成するため、X 線 CT より＊

1 産業技術センター 自動車・機械技術室(a)X 線 CT
図２

高さ 50mm
外径φ50mm(b)デジタイザ
模擬データ

図３

測定試料

65
X 線 CT では貫通穴も含めて全形状が測定できたが、デジタイザでは貫通穴部分はカメラの死角となり、端面から 10mm 程度の深さまでしか測定できなかった。
X 線 CT は SMX-225CT（㈱島津製作所製）、デジタ
イザは ATOS Triple Scan 16M（GOM 社製）を用いて3.2 実測データの合成結果
図７はデジタイザに対する X 線 CT の測定データの形状偏差分布である。上端面が X 線 CT 測定時に X 線とほぼ平行な配置だったため、上端面に X 線 CT 特有の誤差が生じている。

測定し、X 線 CT のボリュームデータから STL への変

この X 線 CT とデジタイザのデータを形状全体のベ換は、VGStudio MAX 2.1（VOLUME GRAPHICS 社

ストフィットにより座標合わせを行った後に、単純平均製）を使用した。

により合成した。貫通穴部分も X 線 CT のデータは存在するため、合成データはデータ欠損のない全形状デー

３．実験結果及び考察
3.1 模擬データの合成結果タとなった。
図８にデジタイザに対する合成結果の形状偏差分布

図２の模擬データを使用して合成し、結果を確認しを示す。上端面の合成結果は、デジタイザと X 線 CTた。最初に、2 つのデータの優先度を同じとし単純平均の中間の形状となるため、図７の X 線 CT よりもデジして合成を行った。図４はその結果を示し、円筒外径タイザのデータに近くなっている。なお、この合成は Xは 2 つのデータの中間の 60.3mm となった。円筒内径線 CT とデジタイザの単純平均であり、デジタイザの優は両方のデータがある部分は中間の 39.8mm、デジタイ先度を高くしていくと、貫通穴部分を除いて、合成デー

ザのデータが欠損し X 線 CT のデータしかない部分はタはデジタイザのデータに近づいていく。

X 線 CT のデータそのままの 39.6mm となった。
次に、デジタイザのデータを X 線 CT の 2 倍優先するように、デジタイザと X 線 CT のデータの重み配分を 2 対 1 として平均をとり合成した。図５はその結果を示し、円筒外径は優先したデジタイザ寄りの 60.2mmとなった。円筒内径は両方のデータがある部分はデジタイザ寄りの 39.867mm、X 線 CT のデータしかない部分は X 線 CT のデータそのままの 39.6mm となった。
また、図６は図５の合成結果の断面図であり、円筒図７

デジタイザに対する
X 線 CT の形状偏差

図８

デジタイザに対する合成結果の形状偏差内側でデジタイザのデータがある箇所とない箇所の境界

４．結びはすき間もなくつながっている。

優先度を考慮して X 線 CT と三次元デジタイザの形状データを合成するプログラムを作成した。模擬データ及び実測データを用いて合成し、結果を確認したところ、合成の優先度は考慮され、つなぎ目にすき間のない一つのデータとなり、ほぼ期待どおりの結果となった。

図４

単純平均した
合成結果

図５

優先度を考慮した合成結果

1）山本，水野，島津，児玉：あいち産業科学技術総合センター研究報告，3，22(2015)

上端面
合成結果
円筒内側

円筒内側
拡大
円筒外側

文献

つなぎ目

円筒内側
図６

合成結果の断面図

2）山本，水野，島津，依田，児玉：あいち産業科学技術総合センター研究報告，4，48(2015)