光切断法

ここでは、3Dセンサーの計測方法の一つである「光切断法」について、原理・仕組み、導入のメリットなどをご紹介します。

光切断法とは

光切断法は物体や表面の形状や輪郭を非接触で測定するための計測手法で、光源から照射されるライン状の光とカメラの間に光を遮る障害物（通常は物体の輪郭）がある場合に、その位置や形状を測定する方法です。光切断法は三角測量法の一種です。
三角測量はカメラと他のデバイス、対象物の3者を結ぶ三角形を求めることで、カメラから対象物までの距離を算出します。三角形の合同条件に従い、カメラとデバイスまでの距離が既知である場合、3者間の距離または角度のうち残り2つのパラメータが算出できれば、カメラから対象物までの距離を算出することができます。光切断法ではカメラ、光源、対象物の3者を結ぶ三角形を求めます。

光切断法は直線状に照射される照明を使用します。通常は光が拡散しにくい単波長であるレーザー光が使用されますが、カラー画像を生成するために白色光源が利用されることもあります。レーザーダイオードから発光される点レーザーを、レーザーラインジェネレーターレンズを通してライン状に広げて照射します。
レーザーラインを対象物に照射し、投影されたレーザーラインを斜め上からエリアカメラで撮影します。カメラから光源の距離、光源の成す角度は既知なので、レーザーラインとカメラが成す角度を求めればカメラから対象物までの距離が算出できます。
レーザーラインとカメラが成す角度は光が反射する対象物表面の高さによって変化しますが、カメラ画像に映るレーザーラインの高さを求めることでその角度を算出することができます。これにより、カメラ、光源、対象物の3者間を結ぶ三角形を求めることができ、カメラから対象物までの距離が求められます。

光切断法はカメラに映るレーザーラインの高さを求めるというシンプルで以前からある計測手法ですが、非接触3次元計測の中では高精度かつ確実性の高い手法です。細いレーザーラインを照射する技術や光学系機器、カメラ性能の向上により、μmレベルの高さ計測も可能となりました。
光切断法は非接触で高精度な形状測定が可能なため、産業分野における生産ラインの自動化、品質管理など多くのアプリケーションで使用されています。

光切断プロファイルセンサー（レーザー変位計）3選

「使いやすさ」で選ぶなら

Gocator2000 シリーズ

引用元HP：LINX公式（https://linx.jp/solution/3d/product/gocator2000/）

• 一体型光切断レーザー変位計では世界最高レベルの解像度
• コントローラー不要で測定可能
• 最高フレームレート10KHzでの高速撮影が可能

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「精度」で選ぶなら

LJ-X8000

引用元HP：キーエンス公式（https://www.keyence.co.jp/products/measure/laser-2d/lj-x8000/index_pr.jsp）

• 3200point/プロファイルの微細測定が可能
• 従来製品比3倍の面積を持つ大口径受光レンズ
• 全方向位置補正機能を搭載

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「サポート」で選ぶなら

TriSpector1000

引用元HP：SICK公式（https://www.sick.com/jp/ja/machine-vision/3d-machine-vision/trispector1000/c/g389052）

• 納品日より5年間の製品保証
• ソフトウェアの導入トレーニングが可能
• リモートor出張メンテナンスに対応

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光切断法を導入するメリット

光切断法による計測では、対象物に直接接触することなく、離れた位置から寸法測定・形状測定ができるため、大型の対象物や、人が立ち入れない場所、建造物の3次元測定なども行うことができます。静止状態はもちろん、動作状態の対象物も正確に捉えるため、タクトタイムの短縮が可能。また、色の変化、光沢物に強く、複雑な形状の対象物でも、高い精度で安定した計測をすることができます。
導入することで、これまで測定に要していた人手や検査工数を大幅に削減することができるでしょう。

光切断法がおすすめの製造現場

光切断法では、長さや幅、高さ、面積、体積、大きさなどの計測や、正しい部品かどうかの検知をすることが可能です。色の変化や光沢物、複雑な形状にも強いため、電子基板のはんだや電子部品、金属部品、樹脂成形品、フィルム・シート、食品・薬品など、さまざまな分野の自動全数検査に活用されています。

【目的・用途別】
寸法計測におすすめの
3Dセンサー3選

【目的・用途別】
外観検査におすすめの
3Dセンサー3選

【目的・用途別】
位置決めにおすすめの
3Dセンサー3選

光切断法を用いた
3Dマシンビジョン・
3Dセンサーの製品例・光切断プロファイルセンサー（レーザー変位計）

Gocator

引用元：LINX
https://linx.jp/product/lmi/gocator/gocator2300/

この3次元スマートセンサーは、光切断ベースのラインスキャン方式と縞投影ベースのエリアスキャン方式を備えており、レーザー変位計としての機能も有しています。センサー内には2Dおよび3Dのデータ収集機能、計測ツール、判定ツール、制御ロジック、コントローラー機能などが組み込まれており、これ一つで3次元寸法測定や画像処理を使用した合否判定を行うことが可能です。

【目的・用途別】
寸法計測におすすめの
3Dセンサー3選

LJ-Xシリーズ

引用元：キーエンス
https://www.keyence.co.jp/ss/measure/selection/spec_select/modal/m015/

ヘッド内に高性能なレーザー光源や照射・受光レンズ、CMOSを搭載した、超高精細インラインプロファイル測定器です。FAでのインライン3次元検査に求められる高速性と高精細さ、安定性を追求しています。搬送状態のワークであっても、コンベアなどの動作を一時停止したり速度を落としたりせずに、安定した検査を行うことができます。

FA化に強い「3Dマシンビジョン」
販社‧メーカー
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