３D計測とリバースエンジニアリング

3D計測は、物体や環境の三次元的な形状を測定するための技術です。これにはさまざまな方法やデバイスがありますが、一般的なアプローチは、非接触計測（光学計測）光学的な方法を使用して物体や環境の形状を計測する手法です。いくつかの光学計測技術の例を挙げます。

三角測量: この手法は、物体に対して複数の光線を照射しその反射や屈折を利用して物体の形状を推定します。光線の角度や距離の変化を計測することで物体の三次元座標を求めることができます。

立体視: 2つのカメラを使用して物体を異なる視点から撮影し、その画像情報を比較することで物体の形状を復元します。これにより、立体的な情報を得ることができます。

構造光計測: 物体にパターン化された光を照射し、その光の変形を計測することで物体の形状を推定します。例えば、ストライプパターンを投影して物体の表面の歪みを計測する方法があります。

3D計測は、さまざまな応用分野で使用されています。製造業では、製品の品質管理や精度確認に使用されます。医療分野では、顔の形状や体の寸法を計測するために使用されることもあります。最近の技術の進歩により、より高精度かつ効率的な3D計測が可能になりました。さまざまなセンサーやソフトウェアツールが開発されており、これらの計測データを解析し、3Dモデルの生成します。
＜リバースエンジニアリング＞ ＜光学計測技術＞ ＜構造光計測＞ ＜三次元座標＞＜三次元計測バイス＞　＜ストライプパターン＞＜立体視＞

①ATOSカメラ  ②光沢物黒色物対策　 ③テーブル　④LEDブルーライト　⑤3D計測・測定

＜ATOSについて＞＜LEDブル－ライト＞＜計測と測定の違い＞＜光沢物黒色物対策＞

＜工業モデル事例＞機械部品のパーツ構成ユニットのアッセンブリに実物からの3Dデータを利用。デジタル化することでパソコンの中で組付けや合わせ、位置等の状態を確認することができます。機械部品、電機機器の筐体、イスのモッアップ、レンズの試作品、ペットボトル等のデジタル化。

＜工業モデル＞＜アッセンブリ＞＜モックアップ＞＜電動機の筐体＞＜レンズ＞

＜デザインモデル事例＞形状確認の3ｄ計測によりデザイン的な製品を正確に計測する事ができます。形状をデジタル化することで設計のＣＡＤデータと重ね合わせ比較検査できます。電車のシート、ゲーム機器のハンドル、パチンコ部品、クレイモデル、マスコット、楽器など

＜工業デザインモデル＞　＜ユニバーサルデザイン＞ ＜クレイモデル＞＜3Dプリンタデータ＞

＜成形型事例＞樹脂、ガラス等の素材を利用して製品を連続して成形する各種の型。押型と吹型、抜き型、曲げ型、ロストワックス、木型など、実物形状から型の製作用３次元CADデータを作成。トレイ型、容器型、陶器型、瓶型、ガラスの石膏型、敷石型、菓子型などに利用されています。

＜ガラス型＞＜ロストワックス＞＜工業用木型＞＜ガラスの石膏型＞＜トレイ型＞＜陶器型＞

3D計測・3D測定データで金型・更新型・修正型の製作に

現物の金型や、修正された金型から金型製作用のデータを生成する事で、予備型や2番型用のデジタルデータを作成。
製品を3D元計測して3D-CADモデリングをすれば、製品の新型・改良型開発に貢献できます。
現物はあるが図面がない、データがないという場合にも活用できます。
形状データを作成すれば製品解析に活用できます
CADデータは現物の製品そのままの形状で表現できます。
データ精度は50ミクロン前後・出力形式は汎用度の高いIGES・Parasolidなどです。
用途として、成形品と元データとの形状誤差の確認、解析、開発、研究などにご利用頂けます。

3D計測・3D測定 ⇒ ポイントデータ ⇒ ポリゴンメッシュ ⇒ 特徴線抽出 ⇒ CADモデリング

＜ポイントデータ ＞＜ポリゴンメッシュ＞＜コンピュータ支援設計＞＜金型製造技術の進歩＞

＜金型事例＞
プレス金型、抜き型、曲げ型、鋳型、鍛造型、ブロ成形型、樹脂成形型、金属粉末射出成形

プラスチック成形用金型、ゴム成形用金型、専用機械用金型、絞り用金型、ダイカスト用金型

＜プレス金型＞ ＜鋳造と鍛造の違い＞ ＜ブロー成型＞ ＜金属粉末射出成形＞＜ゴム成形金型＞

光学式のプロセスについて

非接触光学式とは？
2台のCCDカメラユニットの中間にあるプロジェクションユニットから、
異なるパターンの縞模様を投影して、精度20μ～50μの高解像度CCDカメラで形状を採集します。

＜CCDカメラ＞ ＜縞模様投影の原理＞ ＜プロジェクション＞

測定された計測データをCADデータに生成
複数の方向から計測採集されたポイントデータの点群を合成して3D化。ノイズを最小化してデータを最適化する事で、三角ポリゴンメッシュ、3Dのポリゴンメッシュに生成します。

＜非接触光学式計測装置の種類＞　＜３次元データのノイズ＞

CADデータとリバースモデルデータの作成

3D計測・3D測定データから断面データ・特徴形状を抽出
分割曲面をフィッティングして合成生成し、パッチデータからソリッドモデルを生成します。
トリム・アントリムによる滑らかで自然なナーブス曲面を生成。

＜パッチデータ＞　＜ナーブス曲面＞

3D計測・３D測定、あれこれ

ものづくりのツールとして計測・測定データ利用で3Dプリンターが普及しています。設計のプロセでデジタルデータを活用して効率化が図られています。

3D計測と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が望まれています。3Dプリンタで造形し、そのワーク形状を測定し完成度を確認して設計行程にフィードバックされます。

３D計測や３Dスキャンデータをそのまま３Dプリンタで利用するには問題点が多いです。複雑形状のポリゴンメッシュは補正をかけるとかえって悪くなることがあります。解決策として、３次元CADモデリングを行い、完全な形状にして、再びポリゴンデータに変換することで、設計条件に沿った３次元データが完成します。
＜３DＣADモデリングについて＞ ＜クローズドループエンジニアリング＞

3Dプリンタのデータを大量生産の金型用データにするには 3D プリンタのデータ（一般に STL 形式、OBJ 形式など）を大量生産の金型用データに変換するには、いくつかのステップが必要です。3D プリンタは高度なカスタマイゼーションと少量生産に適していますが、金型は大量生産に最適です。以下は一般的なステップと注意点です。＜最新３Dプリンタ＞ 1. データの評価と修正 3Dプリント用に設計されたデータは、製造の許容誤差や材料特性が異なるため、金型製造には適していない場合があります。データの詳細を確認し、必要に応じて修正します。 2. CADソフトウェアでの調整 高度なCADソフトウェア（SolidWorks, AutoCAD, CATIAなど）を用いて、金型製造に適した形式（STEP, IGESなど）にデータを変換します。 3. 金型の設計 3Dデータから金型の設計を行います。ここでスプルー、ランナー、ゲート、冷却チャンネルなど、金型専用の要素を追加します。＜金型業界状況＞ 4. 材料と製造プロセスの選定 どのような材料で大量生産するか、どの製造プロセス（例：射出成形、ダイキャストなど）を使用するかを決定します。 5.シミュレーション 金型のシミュレーションを実行、流れや冷却、歪みなどを確認します。問題があれば、設計を修正します。 6. プロトタイプの作成と試験 最初は小規模なテストランを行い、問題点を特定して修正します。 7. 金型製造業者との連携 最終的な金型のデータを製造業者に渡し、製造を開始します。 通常、このプロセスは高度な専門知識が必要。 8. 品質管理 初回生産後、品質検査を行い、必要な調整を加えます。 これらのステップは一例であり、プロジェクトや製品によっては異なる場合があります。専門のエンジニアや設計者と密に連携することが重要です。 ＜金型設計＞ ＜３DCAD＞ ＜ダイキャスト＞ ＜品質管理＞

＜形状のデジタル化について＞

形状のデジタル化とは、物理的なオブジェクトや形状をデジタルデータとしてコンピューター上で再現することを言います。この技術は、製造、注目、医療、建築など、幅広い分野で利用されています。 以下は、形状のデジタル化の主な手法と用途になります： 1.3Dスキャン： ・光学的3Dスキャナ:レーザーや白色光を使って物体の表面をスキャンし、3Dモデルを生成します。 ・触覚の3Dスキャナ:物理的な説明を使って物の体の表面を探ることで、3Dデータを取得します。 2.写真測量（写真測量）： ・複数の写真を使って、物体の3Dモデルを再構築する技術です。 3.CADソフトウェア： ・人が直接デジタルツールを使って形状を設計・作成するためのソフトウェア。 4.用途： ・製造：プロトタイプの設計、逆工学、品質検査など。 ・出演: 映画やゲームの3Dキャラクターや背景のモデリング。 ・医療:患者の体の一部をスキャンして、外科手術の計画やカスタムメイドの医療機器を作成。 ・文化遺産:古代の遺物や建造物の3Dモデルを作成し、保存や研究のためのデジタルアーカイブを作成。 ・建築: 建物や都市の3Dモデルを作成し、都市計画やビジュアライゼーションに利用。 形状のデジタル化は、これらの技術やツールを組み合わせて、現実の物体や環境をデジタルデータとして捉え、再現し、分析し、改善するための基盤を提供します。

＜光学的３Dスキャナ＞＜デジタルアーカイブ＞

＜ものづくり＞

「ものづくり」とは、製品や部品、装置などを製造すること、またはそれに関する技術や職人技のことを大切にします。 特に日本では、高品質な製品を生産するための技術や姿勢が高く評価されていますものづくりの工業モデルに関しては、以下の要点を挙げることができます。 従来の工業モデル: ・大量生産、大量消費のモデル: 一つの製品を多くの数で生産し、広く市場に供給する。 ・製造ラインの効率化:タイムスタディ標準化により、生産効率を追求する。 リーン生産システム: ・トヨタ生産方式（TPS）などが有名。無駄を省くことによる生産効率の向上を目指す。 ・ジャストインタイム生産: 必要な部品を、必要な時に、必要な分だけ生産・供給する方法。 ・作業者の多能工化: 一人の作業者が複数の作業を達成することで、フレキシブルに生産を行う。 マスカスタマイゼーション: ・消費者の個別の要望に応えて、製品をカスタマイズして生産するモデル。 ・一般的な大量生産の効率性と、オーダーメイドの柔軟性を兼ね備えています。 デジタルトランスフォーメーション（DX）： ・IoT、AI、技術ロボットなどのデジタル技術を活用し、生産現場の効率化や品質向上を目指します。 ・データの収集と解析により、生産の最適化や新しい価値の創造を目指します。 持続可能なものづくり： ・環境や社会への影響を極力抑えながら、長期的に持続可能な製品の生産を目指します。 ・サーキュラーエコノミーの闘いなどが進められている。以上のように、ものづくりの工業モデルは時代や技術の進歩に応じて進化してきました。現在は、DXやサステナビリティなどのキーワードがものづくりの中心に位置しています。

＜リーン生産システム＞＜カスタマイゼーション＞ ＜デジタルトランスフォーメーション＞

リバースエンジニリングのCADモデリング方法
回転体はＣADモデリング作成するとバランスの取れたCADデータになります。

円はＣADモデリング作成すると真円で作成できます。数値変更が可能になります。

ポリゴンでは困難な厚み付けは、ＣADモデリングで可能になります。

ポリゴンデータの凸凹平面はCADモデリングで真平面になります。

複雑形状のポリゴンデータはＣＡＤモデリングすることで正確な３次元データができます。

フレットはＣＡＤモデリングすることで数値的に変更ができます。

ポリゴンからＣADモデリングの押し出し面で抜き勾配等の修正。変更が数値的にできます。

ポリゴンからＣADモデリングでボス、ボア、リブを作成します。数値的な変更。修正ができます。

複雑な三次元形状工業製品の設計にはＣＡＤやＣＡＥ技術が効率化が進んでいます。意図したとおりの製品を実現するために設計に沿って形状加工されていることが求められています。3D計測は製品開発サイクルの短縮に貢献しています。

＜ＣＡＤモデリング＞

＜３D計測とCAE＞ 「CAE」とは「Computer-Aided Engineering」の略で、コンピュータを使って設計や製造の各段階でのエンジニアリング解析をサポートする技術のことを言います。性などをシミュレーションにより評価するためのものです。主に以下のような用途が考えられます。 解析構造：製品や部品の強度や耐久性をシミュレーションする。外部からの力や熱にどう影響されるかなどを解析します。 解析流体：気体や液体の流れをシミュレーションします。エアロダイナミクスや冷却設計などの分野で使用されます。 熱解析：製品の熱伝導や熱放射をシミュレーションすることで、過熱のリスクや冷却方法などを評価します。 多体動力学解析：複数の部品や機構が動作する際の動きや相互作用をシミュレーションします。 電磁界解析：電磁波の伝播や、電子部品の動作をシミュレーションするために使用されます。 ＣＡＥは、製品開発の初期段階から使用され、設計の最適化やトラブルシューティング、コスト削減などの目的で活用されます。また、ＣＡＥはCAD（Computer-Aided Design）やCAM（Computer-Aided Manufacturing）と並んで、製造業でのコンピュータ利用の三大分野の一つとされています。

＜解析構造＞ <電磁界解析> ＜CAE＞ ＜CAD/CAM＞＜コンピュータ利用の三大分野＞

＜日本製品開発力の将来＞ 特に自動車、エレクトロニクス、医療機器などの分野における革新的な製品開発に対する日本の評判は、何世代にもわたって日本の経済物語を決定づける要素となってきました。しかし、過去数十年にわたって生産性の伸びが低下し、競争力を失ってきたことで、かつては最先端だった日本の地位にも課題が見えてきました。停滞とそれに伴う生産性の低下は、日本が国際競争力を維持するために積極的に対処しようとしている問題です。他の国々は現在、技術人材の育成と高度なデジタル技術の導入によって生産性を大幅に向上させています。日本にとって生産性の向上は極めて重要であり、経済を活性化する方法としてデジタル投資と成長を促進する改革の適用が重視されている。これらの改革により、労働供給、生産性、そして最終的には国内総生産が増加すると期待されています。日本の製造業の将来を形作る重要なトレンドの 1 つは、オートメーションとロボット工学の統合です。日本は長年にわたりロボット工学のリーダーであり、この分野の継続的な進歩により製造業がさらに変革すると予想されています。高度な自動化技術の使用は、日本が製品開発における競争上の優位性を取り戻すのに役立つ可能性があります。全体として、日本の製品開発力の将来は、イノベーションと生産性の向上を促進するビジネス環境を促進しながら、新しいテクノロジーに適応し、デジタル変革を受け入れる能力にかかっています。

＜エレクトロニクスの将来＞＜デジタル技術＞ ＜デジタル投資＞＜テクノロジーの今後＞

＜ものづくりイノベーション＞ 日本の「ものづくりのイノベーション」とは、変化の激しい現代の環境に適応し、柔軟かつ強靭な組織を築くことを指します。これを実現するためには「ダイナミック・ケイパビリティ」すなわち企業変革力を高める必要があり、その能力は感知、補足、変革の3つの要素から構成されます​​。実際に、ミスミのような企業は、オンラインでの機械部品調達サービス「meviy」を加速させることで、グローバル市場での競争力を目指しています​​。日本の製造業は、AIやIoT、デジタルツイン技術を活用したスマートファクトリーの実現、3D CADや3Dプリンタによるデジタル化された設計・開発作業、脱炭素社会への貢献、顧客体験価値の向上など、国際市場での競争力を維持するためのイノベーションが求められています​​。「ものづくり」とAI技術を組み合わせた製品が注目されており、例えばAIロボットが送電線の劣化を検出したり、視覚障害者向けのAI点字翻訳サービスが複雑な情報を要約して点字に変換するなどの進歩があります​​。多くの製造業に携わる企業は、顧客への製品やサービスの提供だけでなく、地球環境への貢献を含めた新たな価値提供に向けた変革を進めています​​。

＜ダイナミック・ケイパビリティ＞＜グローバルマーケットの物づくり＞＜スマートファクトリー＞

＜DNAコンピューティング＞DNA、生物学的アルゴリズム、および分子生物学の技術を利用してコンピューティングを実行する計算方法です＜全ページへ＞

＜ナトリウムイオン電池＞リチウムイオン電池と同様の仕組みを利用しながら、＜全ページへ＞

＜微細溝保持器技術＞特に精密機械や電子機器などで使用される、部品や装置を＜全ページへ＞

＜有機フッ素化合物＞分子内に一つ以上のフッ素原子が結合している有機化合物＜全ページへ＞

＜スラスタ＞船舶や航空機等の移動体を推進または操舵するために使用する装置＜全ページへ＞

＜マルチコアファイバー＞一つの光ファイバー内に複数コアが含まれる光ファイバ＜全ページへ＞

＜全天候型自律走行ロボット＞様々な気象条件下で自律的に動作することができる＜全ページへ＞

＜液化水素ポンプ＞液体状態の水素を高圧で移送するために使用されるポンプ＜全ページへ＞

＜蓄電池連携型パワーコンディショナー＞太陽光発電システムなどの再生可能エネルギーソースと蓄電池を連携させ、電力の効率的な管理や使用を可能にする装置＜全ページへ＞

＜炭素繊維強化プラスチック＞（Carbon Fiber Reinforced Plastic、CFRP）は、非常に強度が高軽量であることが特徴の先進的な複合材料です。＜全ページへ＞

＜マツダロータリーEVシステム＞電動化の時代においてもマツダ独自の技術革新と駆動システムの進化を象徴しています。＜全ページへ＞

＜ナノグラフェン＞グラフェンのナノスケールの片面または両面が完全に覆われた構造を持つ炭素のナノ材料です。＜全ページへ＞

＜核融合発電＞重い元素を軽い元素に融合させることによってエネルギーを発生プロセスです。このプロセスは、太陽や他の星で自然に起こっているものと同様です＜全ページへ＞

＜洋上風力発電＞海上、特に沿岸近くの開けた水域に設置された風力発電所です。この技術は、陸上の風力発電に比べて多くの利点があります。＜全ページへ＞

＜生分解性プラスチック＞自然環境下で微生物によって分解され、水、二酸化炭素、生分解性の残留物に分解される材料です。＜全ページへ＞

＜話題－SiC（炭化ケイ素）基板＞SiC基板は、半導体デバイスの製造に使用される材料の一つで、シリコン（Si）よりも優れた物理的、化学的特性を持っています。＜全ページへ＞

＜話題－ホンダのゼロシリーズ＞、特に日本の軽自動車市場において重要な役割を果たしてきた一連の車種です。このシリーズは、＜全ページへ＞

＜話題－人工光合成＞自然界の光合成プロセスを模倣して、太陽光を利用して水と二酸化炭素から酸素とエネルギー豊富な化合物（例えば、炭水化物や水素）を合成する技術＜全ページへ＞

＜話題－ニューグレン＞アメリカの宇宙航空会社ブルーオリジンが開発中の再利用可能な打ち上げロケットです。ブルーオリジンはジェフ・ベゾスが設立した会社であり、＜全ページへ＞

＜話題－高温超伝導コイル＞超伝導は、ある特定の低温状態で、材料が電気抵抗を全く示さなくなる現象のことです。この状態では、電流が無抵抗で流れ続けるため電力損失が＜全ページへ＞

＜話題－近赤外LED＞（Light Emitting Diode）チップ、可視光線のすぐ外側の波長域にある光を発する半導体デバイスです。この「近赤外線」という名前は、光のスペクトルの＜全ページへ＞

＜話題－磁性流体＞磁場の影響を受ける微小な磁性粒子を含む液体で、その応用範囲は非常に広いです。磁性流体の応用例＜全ページへ＞

＜話題－エネルギーハーベスティング＞（Energy Harvesting）は、周囲の環境から微量のエネルギーを収集し、電力として利用する技術です。この技術は、＜全ページへ＞

＜話題－大規模水電解システム＞再生可能エネルギーを利用して水から水素を生成する技術。このプロセスでは、電気を使って水（H2O）を酸素（O2）と水素（H2）に分解＜全ページへ＞

＜話題－バイオコークス＞固形燃料「バイオコークス」バイオマス資源から作られる環境に優しい固形燃料の一種です。バイオマスとは、木材や植物残渣、動物性廃棄物など、＜全ページへ＞

＜話題－ポータブル水素カートリッジ＞、水素をエネルギー源として使用するデバイスのための補給源です。これらのカートリッジは、特に水素燃料電池を用いた携帯型＜全ページへ＞

＜話題－ブロックチェーン＞、デジタル情報を分散して記録・管理するための技術で、主に仮想通貨の基盤として知られていますが、その用途はそれだけに留まりません＜全ページへ＞

＜話題－感光性絶縁材料＞（Photosensitive Dielectric Material）は、電子工学やマイクロエレクトロニクス、特に集積回路や印刷回路板（PCB）の製造において重要な役割を＜全ページへ＞

＜話題－デジタルトランスフォーメーション＞
製造業におけるデジタルトランスフォーメーション（DX）の未来は、多くの興味深い可能性を秘めています。以下の点が特に注目されています。スマート工場：自動化、ロボット工学、人工知能（AI）の進歩により、工場はよりスマートになります。これらのテクノロジーは＜全ページへ＞

＜話題－小型アンモニアエンジン＞
アンモニアエンジンは、アンモニアを燃料として使用するエンジンの型番です。このタイプのエンジンは、伝統的な化石燃料に代わる持続可能なエネルギー源として注目されています。アンモニアは燃焼時に小型二酸化炭素を排出しないため、地球温暖化の影響を考える可能性＜全ページへ＞

＜話題－製造モビリティ＞
製造モビリティ（manufacturing Mobility）の最新テクノロジーについては、多岐にわたる技術が含まれています。自動化とロボティクス製造業における自動化は、生産性の向上、エラーの削減、労働コストの削減をもたらしています。ロボットは、組み立て、塗装、溶接など＜全ページへ＞