測定アーム
OnyxAceの測定アームと3Dスキャナー
計測用途向けの3Dスキャナーを容易に比較するための規格
産業環境において品質管理プロセスを行う際には、測定機器に対して絶対的な信頼を置くことが不可欠です。優れた仕様と明確に定義された限界値を持つスキャナーは、より効果的に活用でき、対象となる用途において一貫した結果をもたらします。ISO 10360-8は、すべてのメーカーに対して試験を標準化することで、一貫性と明確さを確保し、ひいてはスキャナーの仕様に対する信頼性を高めています。
かつては、各メーカーが自社製品を最も有利に見せるようなテストを行っていました。その最も顕著な例が、スキャナー測定における形状偏差の仕様です。形状誤差がそれぞれ15 µmと18 µmの2つのスキャナーを比較してみましょう。 一見すると、最初のスキャナーの方が優れているように見えますが、その形状誤差は1シグマ（σ）で表されているのに対し、2番目のスキャナーは2σで表されているという違いがあります。つまり、最初の結果は最も正確な点の68%を考慮に入れているのに対し、2番目の結果は95%を考慮に入れていることになります（図2.3参照）。 実際には、2番目のスキャナーの方が性能が優れている可能性が極めて高い。鋭い観察者であればこの策略に気づくかもしれないが、メーカーが作成した特殊なテストでは、製品間の比較を事実上不可能にしてしまうことがある。
この規格は幅広い技術を対象としているため、性質の大きく異なるシステム間の性能比較が可能である。主な測定原理としては、三角測量法と同軸距離測定法が挙げられる。前者は構造化光線投影法、モアレ法、スリット光投影法、ポイントスキャン法などを含み、後者は干渉法および共焦点システムを含む。
Kreonスキャナーはレーザー三角測量原理を採用しているため、ISO 10360-8に基づく試験では、CMMを用いて直線的に移動させる必要があります。数多くの試験が定義されており、多くの場合、これらはCMMとスキャナーの両方の性能仕様を適切に評価するものです。スキャナーに対する試験では、ノイズ、デジタル化誤差、画像の歪み、試料表面との光学的相互作用、標準化誤差、アルゴリズムの誤りといった不具合を特定します。 以下の分析は、Kreonが採用している3つの主要な試験に基づいています。
MPE (P[Size.Sph.All:Tr:ODS])
この試験は、寸法を測定する際のスキャン誤差を判定するものです。
基準球を用いて実施され、スキャナーによって測定された直径（スキャンされた全点から最小二乗法によって算出される）と、スキャンされた球の実際の直径との差を示します。結果が0に近いほど、スキャナーは幾何学的形状の寸法を測定する際に精度が高いと言えます。
手順（図1.1および図2.1）
MPL (P[Form.Sph.D95%:Tr:ODS])
この試験は、スキャンされた表面上の点の分布を決定するものである（図1.2）。
これは、測定ノイズを評価するために使用できる。 校正済みの球体に対して実施すると、スキャンされた点の95%（2σ）を覆うように、球体の周囲にエンベロープ（殻のような形状）が描画されます。テスト結果として、この殻の厚さは±2σで表されるため、2で割って算出されます。この値がゼロに近いほど、点群のノイズは少ないことを示します。
手順（図1.2および図2.2）
MPL (P[Form.Pla.D95%:Tr:ODS])
このテストは、前述のテストを補完するものであり、同じ原理が適用されます。ここでは、球面の場合のように部分的にではなく、レーザーライン全体がテストされます。
ノイズの測定は、球面ではなく平面に基づいて行われます。このテストでは、2つの平行な平面間のスキャンされた点の95%が対象となります。テスト結果については、これらの2つの平面間の距離を2で割った値が、±2σとして表されます。この値がゼロに近いほど、点群のノイズは少ないことになります。
今後の手順（図1.3および2.2）
平均値を中心とする点の集合を表すガウス曲線上の分布の表現。
– P = 性能。
P は、点群の分布値など、スキャナーの性能パラメータを指します。
– E = 誤差。
E は、球体のサイズ誤差など、測定誤差を指します。
最大許容限界（MPL）は、最大許容誤差（MPE）の仕様とは異なり、試験測定値に誤差が含まれない場合に用いられる。したがって、MPL仕様の試験を行う際には、適切な校正が施された試験用標準器を使用する必要はない。
メーカーが指定するMPLおよびMPEの値は、当該システムが許容される最大値よりも優れた性能を発揮することを保証するものである。
LDia試験は、回転ヘッドを搭載したCMMの性能を評価するものです。この試験では、5つの異なる向きに配置されたスキャナーを用いて球体を測定します。CMMの誤差と回転ヘッド（例：PH10）の誤差を組み合わせるため、この試験はスキャナー自体の誤差ではなく、関節式システムの不具合に焦点を当てた試験の一つです。そのため、Kreonではこの結果をスキャナーの仕様書に記載しておりません。
ただし、スキャナーを搭載したCMMを構成する際には、特に多軸インデックスヘッドに関連する不確かさを検証する上で、この試験が有用となる場合があります。
長さ測定試験ではCMMが大きく移動するため、これらはスキャナーそのものではなく、CMMを試験する際に実施すべき試験の範疇に分類される。
多くのテストでは、クラウドポイントを大幅に削減し、わずか25ポイントしか残さない方式が採用されています。これらのポイントを選定するいくつかの方法のうち、最も単純なものは、均一に配置された25のゾーンからそれぞれ1ポイントずつ選択するというものです。これにより、25の最適なポイントを容易に選定できるため、優れた結果が得られますが、それは決して通常の使用におけるスキャナーの性能を反映したものではありません。
特にCMM搭載スキャナーに適したISO 10360-8規格は、さまざまな技術を採用した幅広いスキャナーについて、信頼性の高い仕様を提供します。この規格の採用が拡大していることは、市販されているスキャナーの性能データをより理解しやすくする上で大いに役立っています。 これにより、購入担当者、計測技術者、エンジニアは、拡大し続ける製品ラインナップの全体像を把握できるようになりました。こうした透明性と明確化への取り組みを支援するため、Kreonは2016年以降、すべての新型スキャナーの仕様をISO 10360-8に基づいて策定することに注力してきました。
