3D外観検査とは？高さ情報で形状を捉える仕組み
外観検査では、キズや汚れなどの表面状態だけでなく、ワークの凹凸や段差、反りなど、形状そのものの変化を確認したい場合があります。
しかし、2D画像ではワーク表面を平面画像として捉え、色や明るさ、コントラストなどの違いをもとに検査するため、形状の変化を判別しにくいケースがあります。
そこで選択肢となるのが、3D外観検査です。
3D外観検査では、ワークの高さ方向を含む立体的な情報を取得することで、2D画像だけでは捉えにくかった形状の変化を検査できます。
では、3D外観検査では「高さ」をどのような情報として捉え、検査に活用しているのでしょうか。
1. 3D外観検査では「高さ」という情報を取得する
2Dカメラで撮影した画像には、ワーク表面の色や明るさ、模様などの情報が含まれています。
例えば、表面にキズがあれば周囲との明暗差として現れたり、異物が付着していれば色の違いとして捉えられたりします。
一方で、ワークに凹みや盛り上がりがあっても、色や明るさに十分な違いがなければ、画像上ではその形状変化を捉えにくい場合があります。
3D外観検査では、こうした平面上の見え方だけではなく、ワークの高さ方向の情報を取得します。
例えば、基準となる面に対して、
・どの部分が高くなっているか
・どの部分が低くなっているか
・どの程度高さが変化しているか
といった情報を扱えるようになります。
つまり、3D外観検査では、ワークを「画像として見る」だけでなく、立体的な形状として捉えることができます。
2. 高さ情報があると、ワークをどう捉えられる？
3D外観検査では、ワークの表面を単なる画像として見るのではなく、高さ方向の情報を含んだデータとして捉えることができます。
2D画像では、ワークの色や明るさ、模様など、平面上に現れる違いをもとに状態を判断します。
一方、3Dでは、画像に高さ方向の情報が加わることで、
・どの部分が基準より高いのか
・どの部分が低いのか
・高さがどの程度変化しているのか
といった、立体的な状態の違いを捉えられるようになります。
例えば、同じような色や明るさに見える2つの面でも、高さが異なれば、3Dではその違いを情報として扱うことができます。
つまり、2Dは主に「平面画像上の見え方の違い」を捉え、3Dは「高さを含めた形状の違い」を捉える。
という考え方が、2Dと3Dを理解するうえでの基本になります。
ただし、3D検査で得られる情報も、単に「見える・見えない」だけで判断するものではありません。
取得した高さ情報を基準となる形状と比較することで、どこに、どの程度の変化があるのかを評価することができます。
取得した高さ情報を基準となる形状と比較することで、どこに、どの程度の変化があるのかを評価することができます。
このように、3D外観検査では、ワークを平面的な画像だけで捉えるのではなく、高さを含めた立体的な情報として扱えることが大きな特徴です。
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お問い合わせはこちら3. 取得した高さ情報を、検査にどう活用する？
3D外観検査では、取得した高さ情報をそのまま見るだけでなく、基準となる形状と比較することで、検査対象の状態を評価できます。
例えば、あらかじめ設定した基準の高さに対して、一定以上の差がある箇所を検出するといった使い方が考えられます。
このように、3D検査では「見た目が違うかどうか」だけではなく、高さの変化を基準にして検査条件を設定できることが特徴です。
また、検査対象全体の高さを取得することで、部分的な変化だけでなく、ワーク全体の形状を確認することもできます。
重要なのは、3D画像を取得すること自体ではありません。
取得した高さ情報を、どのような基準で評価するのか。
ここまで含めて考えることで、3Dによる外観検査が実際の検査工程につながっていきます。
4. 3Dラインカメラによる検査という選択肢
3Dによる形状検査には、さまざまな方式があります。
3Dスキャナ方式と光切断方式などがあり,シーマイクロでは、光切断型3Dラインカメラ（以後、3Dラインカメラ）を扱っています。
3Dラインカメラでは、ワークを搬送しながらライン単位で情報を取得し、これを組み合わせることで、高さ方向を含むワークの立体的な形状を捉えることができます。
そのため、生産ライン上を移動するワークを連続的に検査する場合にも活用できます。
一方で、実際の検査では、ワークの大きさや形状、搬送速度、必要な分解能など、さまざまな条件を考慮する必要があります。
また、3Dラインカメラがどのような原理で高さ情報を取得しているのかによっても、検査システムの構成は変わります。
3Dラインカメラの仕組みや計測方式について詳しく知りたい方は「3Dラインカメラはどんな欠陥に強い？」も合わせてお読みください。
5. 複雑形状の外観検査は「必要な情報」を考えることから
3D外観検査の特徴は、2D画像だけでは捉えにくい高さや形状に関する情報を取得し、検査に利用できることです。
ただし、すべての外観検査に3Dが必要なわけではありません。
色や明るさなど、表面の見え方を検出する検査では、2D画像が適している場合があります。
一方で、形状そのものの変化を確認したい場合には、3Dによる高さ情報が有効になる場合があります。
そのため、検査方法を検討するときには、
何を検査したいのか。
どのような変化を検出したいのか。
そのためにどのような情報が必要なのか。
を整理することが重要です。
「3Dを使う」ことを目的にするのではなく、「必要な情報を取得するために3Dを選ぶ」。
この視点が、3D外観検査を検討する際の基本になります。
実際の検査性能は、ワーク特性、搬送条件、照明構成、装置仕様など複数の要因により変動します。
個別条件に合わせた最適化についてはご相談ください。
