タイの自動車・電子部品向け画像寸法測定顕微鏡
機関: タイ・ドイツ技術学院（TGI）
この測定顕微鏡は、デジタルカメラ、テレセントリックレンズ、照明、組み込みコンピューターを用いて、写真から部品の複数箇所の寸法を測定し、基準値と比較した合否を自動表示する設計です。科学技術省の輸入代替技術製品開発事業のもと、タイ・ドイツ技術学院向けに2017年からプロトタイプ1セットを開発しました。
- 業界
- 自動車
- 年
- 2017
- 業務範囲
- プロジェクトの範囲：ワーク測定顕微鏡1式の設計、製作、試験 · 入力：輝度を調整できるBack Light + Ring Lightの照明下で、テレセントリックレンズ（Telecentric Lens）を通してデジタルカメラで撮影した画像 · 処理：組み込みコンピュータ（Embedded System）がワークの位置と向きを検出し、単一の画像から距離、角度、円、半径、面積、周囲長を測定 · 設定：ユーザーがワーク品種を追加・削除し、CAD図面または装置上で測定箇所を指定し、CADまたはMasterワークを基準位置として使用 · 表示：合否（OK/NG）、測定結果レポート、サマリーレポート、CPIレポート、ユーザー操作ログ · 図面・文書：プロジェクトレポート3種（実施計画レポート、進捗レポート、機械図面・電気系統図面・ソースコードを含む最終レポート）
要約
- 当社は、輸入代替技術製品開発プロジェクトのもと、2017年に着手してワーク測定顕微鏡（Measuring Microscope）の試作機1式を設計・開発しました。
- 課題は、画像式ワーク寸法測定機の多くが輸入品で価格が高く、設定が難しいため、ユーザーに画像処理の知識が求められることでした。
- 本機は、画像内のワークを自ら検出し、距離、角度、円、半径、面積、周囲長を測定して、ワーク品種ごとの基準値と比較するよう設計されています。
- バックライトはワークの輪郭を明瞭にし、テレセントリックレンズは画像上のワークサイズが距離によって歪まないようにします。そのため、ソフトウェアは安定した画像から測定できます。
- 本案件を裏付ける文書は、設計した機能を定めた実施計画レポートと、当社がプロジェクト向けに作成した最終レポートです。精度の値は、ワークの判定に使う前に、実際のワークでの試験により確認する必要があります。
現場の課題
自動車部品や電子部品の工場で使われる画像式ワーク寸法測定機は、多くが輸入品で価格が高く、設定の工程も多いため、ユーザーには画像処理（Image Processing）の知識が求められます。そのため本プロジェクトでは、この種の装置を国内で開発し、現場のユーザーが自らワーク品種を設定できるようにすることが求められました。
当社の取り組み
当社は、試作機1式の設計・開発を受託しました。デジタルカメラとテレセントリックレンズ（Telecentric Lens）、バックライトとローアングルリングライト（Back Light + Ring Light）の照明ユニット、画像処理用の組み込みコンピュータ（Embedded System）で構成します。本機は、画像内のワークを自ら検出し、単一の画像から複数箇所を測定し、ワーク品種ごとの基準値と比較して合否を表示するよう設計されています。
- 部品とバックライト＋リング照明明るさ調整可能
- テレセントリックレンズ付きカメラ部品を撮影
- 組み込みシステムデジタル画像処理
- 合否レポート基準値と比較
実ワークでの試験結果
本案件を裏付ける文書は、設計した機能を定めた実施計画レポート（Inception Report）と、当社がプロジェクト向けに作成した最終レポート（Final Report）です。本機の分解能と精度については公開できる数値がないため、このページでは設計した機能のみを説明します。プロジェクトの条件により、試作機はユーザーとしてプロジェクトに参加するタイ企業に帰属することになっています。
課題の背景
このワーク測定顕微鏡は、小型ワークの複数箇所の寸法を画像から測定し、現場のユーザーが自らワーク品種を設定できるよう設計されています。課題の出発点は、出荷前に小型ワークの複数箇所の寸法を測定する必要がある自動車部品や電子部品の工場でした。市場にある画像式測定機の多くは輸入品で価格が高く、設定の工程も多いため、ユーザーには画像処理（Image Processing）の知識が求められます。
2017年、当社はThai-German Instituteから受託し、ワーク測定顕微鏡の試作機1式を設計・開発しました。科学技術省の輸入代替技術製品開発プロジェクトのもとで行ったものです。プロジェクトの目的は、機械の輸入を減らし、画像検査装置の設計技術をタイ企業へ移転することで、タイ企業がユーザーとしてプロジェクトに参加しています。
ワーク測定顕微鏡とは
ワーク測定顕微鏡（Measuring Microscope）は、画像式のワーク寸法測定機です。カメラとレンズでワークを撮影し、ソフトウェアが画像から複数箇所の寸法を測定します。
要件と制約
試作機には、画像からワークの複数箇所の寸法を測定できること、画像処理の知識がないユーザーでも自ら設定できることが求められました。プロジェクトの範囲に基づく主な要件と制約は次のとおりです。
- カメラ、レンズ、照明ユニット、コンピュータ、画像処理ソフトウェアをすべて備えた試作機1式を開発すること
- 同一の画像から複数の位置を測定し、ワーク品種の基準値と比較すること
- ユーザーが自らワーク品種を追加・削除でき、測定箇所をCAD図面から、または装置上で指定できること
- CAD図面または基準用の試作ワーク（Master）を基準位置として、傾いて置かれたワークも測定できること
- プロジェクトの条件により、発注元の機関が本機のナレッジ、文書、図面に関する権利を取得し、最終レポートには機械図面、電気系統図面、ソースコードを含めること
試作機は、画像からワーク寸法を測定するためにどのように設計されているか
試作機は、ワークの撮影画像から寸法を測定するよう設計されています。バックライトはワークの輪郭を明瞭にし、テレセントリックレンズ（Telecentric Lens）は画像上のワークサイズが距離によって歪まないようにします。その上で組み込みコンピュータ（Embedded System）が、ワークの位置を検出し、複数箇所を測定して、その品種の基準値と比較するよう設計されています。
当社がこの手法を選んだのは、信頼できる測定値と簡単な設定の両方が求められたためです。照明とレンズにより、ソフトウェアに渡す前のワーク輪郭の画像を安定させます。また、CAD図面または装置上で測定箇所を指定する方式は、ユーザーが画像処理の手順を自ら作成しなくても新しいワーク品種を設定できるよう設計したものです。以下の手順は、試作機に設計された動作です。
- 1
ワーク品種の設定
ユーザーがワーク品種を追加し、CAD図面から、または装置上で測定箇所を指定し、各箇所の基準値を設定します。
- 2
照明と撮影
輝度を調整できるバックライトとローアングルリングライト（Back Light + Ring Light）の照明ユニットでワークの輪郭を明瞭にし、デジタルカメラがテレセントリックレンズを通して撮影します。
- 3
ワークの検出と測定
組み込みコンピュータが画像を処理してワークの位置と向きを検出し、距離（幅、高さ）、角度、円、半径、面積、周囲長を測定します。
- 4
結果の表示とレポート出力
システムが測定値を基準値と比較して合否（OK/NG）を表示し、測定結果レポート（Measurement Report）、サマリーレポート（Summary Report）、CPIレポート、ユーザー操作ログ（User Log Report）を出力します。
システムの構成要素
プロジェクトの作業範囲は、試作機1式とレポート3種です。以下は、プロジェクトの範囲と本機の設計で定められた構成要素です。
- 試作機：デジタルカメラ、テレセントリックレンズ、輝度を調整できるBack Light + Ring Lightの照明ユニット、組み込みコンピュータ
- 測定ソフトウェア：画像内のワーク検出、多様な寸法測定、ワーク品種の管理、CAD図面またはMasterを基準位置とする機能
- 本機のレポート：合否結果、測定結果レポート、サマリーレポート、CPIレポート、ユーザー操作ログ
- プロジェクトレポート：実施計画レポート、進捗レポート、機械図面・電気系統図面・ソースコードを含む最終レポート
文書と確認できた成果
確認できるのは、実施計画レポート（Inception Report）に設計された機能と、当社がプロジェクト向けに作成した最終レポート（Final Report）です。本機の分解能と精度については公開できる数値がないため、本事例ではこれらの値を記載していません。
プロジェクトの条件により、試作機はユーザーとしてプロジェクトに参加するタイ企業に帰属することになっており、本機のナレッジ、文書、図面は発注元の機関の権利となります。
私たちが学んだこと
本案件から、画像によるワーク寸法測定について次の原則が得られます。
- 画像測定は、ソフトウェアより先に照明とレンズから始まります。そのため試作機は、バックライトでワークの輪郭を明瞭にし、テレセントリックレンズで画像上のサイズが距離によって歪まないよう設計しました。目的は、ソフトウェアが安定した画像から測定できるようにすることです。
- 現場向けの測定機は、画像処理の知識がなくてもワーク品種を設定できる必要があります。CAD図面からの測定箇所の指定と、CADまたはMasterワークを基準位置とする方式は、品質部門が自ら設定できるよう設計したものです。
- 設計目標は、まだ実測結果ではありません。測定機の分解能と精度の値は、ワークの判定に使う前に、実際のワークでの試験から得られ、結果を裏付ける文書を備えている必要があります。
この手法を貴社のワーク測定にどう活かせますか
出荷前に小型ワークの複数箇所の寸法を測定する必要がある場合、この試作機の構成を設計の出発点として利用できます。構成は、カメラとテレセントリックレンズ、照明ユニット、CAD図面から測定箇所を設定するソフトウェア、合否レポートです。調整が必要なのは、貴社のワークのサイズ、表面、公差（Tolerance）に合わせたカメラ、レンズ、照明ユニットです。
再利用できる部分と調整が必要な部分
| システムの部分 | 再利用可能 | 調整が必要になる場合 |
|---|---|---|
| 照明ユニット | ワーク輪郭用のバックライトと、輝度を調整できるローアングルリングライト | ワークの表面や色が本案件と異なる場合は、実際のワークで照明の配置を試験する必要があります |
| カメラとレンズ | テレセントリックレンズにより画像上のサイズが距離によって歪まないようにする原理 | ワークサイズや必要な分解能が異なる場合は、カメラとレンズの機種を選び直す必要があります |
| 品種と測定箇所の設定 | CAD図面または装置上で測定箇所を指定し、CADまたはMasterを基準位置として使用 | CAD図面がない場合は、実際のワークをもとに装置上で測定箇所を指定する必要があります |
| レポート | 合否結果、測定結果レポート、サマリーレポート、操作ログ | 貴社の品質部門または顧客がレポート形式を指定する場合、あるいは結果を工場の他システムへ送る必要がある場合 |
| 生産ラインへの適用 | 試作機の図面を設計の出発点として利用 | 実際のワークの判定に使う場合は、最終仕様を決める前に、実際のワークで試験し、精度を確認する必要があります |
使用する技術
よくある質問
この画像式ワーク寸法測定機では何を測定できますか
試作機は、ワークの距離（幅、高さ）、角度、円、半径、面積、周囲長を画像から測定し、ワーク品種ごとの基準値と比較して合否を表示するよう設計されています。
画像式測定機にテレセントリックレンズとバックライトが必要なのはなぜですか
バックライト（Back Light）はワークの輪郭を明瞭にし、テレセントリックレンズ（Telecentric Lens）は画像上のワークサイズが距離によって歪まないようにします。そのため、ソフトウェアは安定した画像から測定できます。貴社のワークの表面や色が異なる場合は、まず実際のワークで照明の配置を試験する必要があります。
本事例はMVDeepプロジェクトですか
いいえ。MVDeep（Deep LearningによるMachine Vision実験室）は、同じ発注者による別のプロジェクトです。詳細はDeep LearningによるMachine Vision実験室の事例をご覧ください。
この機種は購入できますか。価格はいくらですか
この事例の装置はプロジェクトの試作機であり、既製品ではありません。画像によるワーク寸法測定システムをご希望の場合は、当社がまずワークと測定箇所を確認し、作業範囲に応じて見積書を作成します。
画像式測定機についてご相談いただく前に、何を準備すればよいですか？
合格品と不合格品のワークサンプル、ワークのCAD図面（ある場合）、測定が必要な箇所と公差の一覧、ご希望のレポート形式をご準備ください。
