このページでは、3Dマシンビジョンに関する基礎知識や基本情報についてまとめています。3Dマシンビジョンの導入プランを検討する際に、まずは基本のポイントを把握した上で自社のニーズとマッチングさせていきましょう。
3Dマシンビジョンとは？
3Dマシンビジョンとはデジタルカメラやレーザー、センサーなどを搭載した産業用機械であり、生産工程における部品選別や品質検査、情報収集などを自動化するためのツールです。
単に部品の画像や映像を撮影するだけであれば、デジタルカメラなどで代用することができますが、3Dマシンビジョンはただ部品を撮影するだけでなく、目的に合わせた撮影条件を自動設定したり、得られた画像データを分析したりして、様々な業務のオートメーション化へつなげることができます。
3Dマシンビジョンを導入するメリット・デメリットとは？
3Dマシンビジョンを導入することで、業務全体の効率化が促進されたり、生産工程の品質管理がスムーズになったりと様々なメリットが考えられます。しかし、3Dマシンビジョンには複数の導入メリットがある一方、初期コストがかかったり、ニーズに合った製品を選ぶために専門知識が必要であったりと、少なからずデメリットが存在することも事実です。
まずは3Dマシンビジョンの導入メリット・デメリットについて把握しておきましょう。
3Dマシンビジョンを導入に利用できる補助金はある？
3Dマシンビジョンの導入コストは、コストパフォーマンスやコストメリットを考える上で重要なポイントですが、補助金や助成金などを有効活用することで自社負担を抑えて、結果的に導入メリットを拡大していくことができます。
3Dマシンビジョンの導入に利用できる補助金や助成金には、国が主体となって運営しているものから、都道府県や市町村など地方自治体が主体となって運営しているものもあり、積極的な情報収集と活用を考えていくことが大切です。
3Dマシンビジョンで使用するカメラの選び方
3Dマシンビジョンで用いるカメラを選ぶ際は、撮影する対象物や撮影環境などを考慮して選定しなければなりません。高性能なカメラが必ず優れているというわけではなく、性能が高いほど費用が高くなりがちなので、予算も考えておく必要があります。カメラを選定するためにはスペックをチェックすることが大切です。イメージセンサーやフレームレート、サイズ、シャッター方式、環境対応などを複合的にチェックし、自分にピッタリなカメラを見つけてください。
食品製造業での3Dマシンビジョンの活用事例
さまざまな野菜や肉などを扱う食品製造業でも、3Dマシンビジョンが活用されています。例えば食肉などの自動スライスや、体積・形による自動仕分け、ヨーグルトなどの蓋の密閉検査などへの活用が可能です。3Dマシンビジョンを使用することで、これまで人が行っていた部分の省力化とともに、作業のばらつきが起きることも防げます。
自動車業界における3Dマシンビジョンの活用事例
3Dマシンビジョンは自動車業界でもさまざまな場面で活用されています。自動車の車体パネルやドアパネル間の段差やすき間の検査や、プレス加工した部品の寸法検査、シール材の塗布検査など人の目では検査が難しい部分などにも活用が可能です。3Dマシンビジョンを導入することで、ヒューマンエラーやコストの削減にも繋げられます。
物流業界における3Dマシンビジョンの活用事例
物流業界では、コストを抑えるためにさまざまな場面で活躍するマシンが導入されており、3Dマシンビジョンもその一つです。例えば、現在人の目や手で行っている作業の中には、自動化ができるものもあるでしょう。そういったものを3Dマシンビジョンに任せることにより、コストダウンや従業員の業務負担を軽減する効果が期待できます。
半導体・電子機器の製造における3Dマシンビジョンの活用事例
半導体・電子機器製造ではとても小さな部品を取り扱うことになり、1日に対応しなければならない個数も多いです。それらすべてに対し精度の高さが求められます。3Dマシンビジョンを導入することにより、高速での検査ができるほか、人の目や手で行うと見逃してしまうような小さな問題点なども瞬時に見抜き、対応できるのがメリットです。
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医療業界における3Dマシンビジョンの活用事例
3Dマシンビジョンは、医療の業界でも使用されることがあります。例えば、シリンダーやメスなどのピッキング作業で活用することも可能です。3Dマシンビジョンを活用することによりコストダウンが期待できるほか、手で触れるシーンが減れば衛生面でもメリットもあります。メスなど、危険なものに触れることがなくなれば作業者の安全性の向上が期待できるのもメリットです。
建材製造における3Dマシンビジョンの活用事例
建材製造の分野では非常に大きな製品を取り扱うことがありますが、ここで問題になるのが加工や検査などを行う際に多くの人員を必要とすることです。3Dマシンビジョンを活用すれば人員を削減してコストダウンしたり、検査精度を上げたりすることができます。品質の良い建材を提供できるようになれば、エンドユーザーからの信頼向上にもつながるでしょう。
印刷業界における3Dマシンビジョンの活用事例
印刷業界では、印刷したものの検査作業や、印刷物の運搬に関する作業などで3Dマシンビジョンが活用されています。目視で確認すると印刷ミスや、素材の破損、汚れといったものを見逃してしまうことがありますが、3Dマシンビジョンであれば高精度でこれらの問題を見つけ出し、修正につなげることが可能。さまざまな用途で活躍してくれるマシンです。
繊維業界における3Dマシンビジョンの活用事例
天然繊維や化学繊維といったものに関連している繊維業界でも3Dマシンビジョンが役立ちます。非常に高性能で検査などができるようになるのも魅力です。また、中には従業員不足の問題を抱えている会社もありますが、3Dマシンビジョンの導入で少人数でも対応できることが増えます。一方で人件費削減にもつながるのもメリットです。
3Dマシンビジョンの仕組みと機能
3Dマシンビジョンは、高性能なカメラによって対象物のXYZ座標情報を瞬時に測定することが可能です。その測定データは画像処理システムによって分析・処理されることになり、ロボットによってあらかじめ指定しておいた動作が取られる仕組みとなっています。自動検査やプロセス制御など、さまざまな場面で3Dマシンビジョンが役立ちます。
3Dマシンビジョンの照明
3Dマシンビジョンが正しく動作するために欠かせない役割を持っているのが、照明です。照明は、カメラが対象物を正しく認識するために活躍します。適切に照明が選択、設定されているからこそ対象物を読み取り、画像処理につなげることが可能です。3Dマシンビジョンの証明が持つ役割や、どのような種類があるのか確認しておきましょう。
3Dマシンビジョンのソフトウェア
3Dマシンビジョンを使用することにより、これまで人の手で行っていたのと比較して素早いピックアップや正確な動作による作業効率の改善が期待できます。これは、3Dマシンビジョンに高性能な画像処理ソフトウェアが搭載されているためです。ソフトウェアの働きによって対象物の認識や細やかな検査、識別、計測などが行えます。
3Dマシンビジョンに対するAIの活用
3Dマシンビジョンはさまざまな製造現場で活躍しており、中にはAIを搭載しているマシンもあります。AIの技術を採用した3Dマシンビジョンは高速・高精度で物体の検出ができたり、通常のマシンビジョンではできない作業に対応できたりするのもメリットです。一方、コストの問題や、正確さが確実に保証されるものではないといったデメリットもあります。
航空宇宙産業における3Dマシンビジョンの活用事例
航空機、ミサイル、ロケット、宇宙船などの製造に関する産業が航空宇宙産業です。これらを製造する際には、非常に高精度での部品の製造や管理を行わなければなりません。3Dマシンビジョンでは人が行うチェックでは見逃してしまうような欠陥や非常に小さな傷を見つけ出すことが可能です。そのため、航空宇宙産業でも3Dマシンビジョンが活躍しています。
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3Dマシンビジョンの展示会
3Dマシンビジョンに関連した展示会が行われています。各社の3Dマシンビジョンが集結している展示会に参加することによって、詳細な情報が手に入るほか、実際に自分で使って体験することも可能です。中には最新技術や3Dマシンビジョンに関連した講演やセミナーを同時開催している展示会もあるため、情報収集の場としても適しています。
デパレタイズへの3Dマシンビジョン活用
パレットに積み込まれている荷物を降ろすデパレタイズの作業でも3Dマシンビジョンが活用されています。人の手で行っていたデパレタイズを自動化できれば、作業効率の向上に繋がるのはもちろんのこと、ケガの防止や、24時間体制での生産もできるようになるでしょう。3Dマシンビジョンを活用することによって様々なメリットがあります。
3Dマシンビジョンと2Dマシンビジョンの違いとは
3Dマシンビジョンは、縦と横、奥行きなどの情報を取得できるのが特徴的なマシンです。一方、縦と横の情報のみで良い場合は2Dマシンビジョンも活用できます。これからマシンビジョンを導入しようと考えているのであれば、3Dマシンビジョンと2Dマシンビジョンにはどのような違いがあるのかを理解した上で検討する必要があります。
3Dマシンビジョンへのディープラーニング活用とは
3Dマシンビジョンでディープラーニングを活用することにより、さらなる作業の効率化を求めることができます。3Dマシンビジョンでは対応が難しいような複雑な作業でもディープラーニングによって可能になるケースが多いです。ディープラーニングを活用することによって不良品などの見逃しが減ったり、学習の工程が自動化できたりするなどのメリットもあります。
3DCADを用いた3Dマシンビジョンとは
3DCADと3Dマシンビジョンを組み合わせて使用することにより、より多くの情報を判断できるようになります。これにより、2次元（2D）では対応が難しいような複雑な作業も3Dマシンビジョンで行えるようになるのが大きなメリットです。複雑な作業の自動化によって作業の効率化ができるのはもちろんのこと、ヒューマンエラーのリスク軽減にもつながります。
3Dマシンビジョンとコンピュータビジョンの違いとは
3Dマシンビジョンとコンピュータビジョンは、目的や活用されている場面が違います。どちらも画像処理を行うシステムではありますが、3Dマシンビジョンは画像処理の結果を受けて他の機器を動かす必要がある場合に活躍するシステムです。一方、コンピュータビジョンは精度の高い画像認識を必要とする顔認証システムなどの分野で使用されています。
スマートファクトリーにおける3Dマシンビジョンとは
スマートファクトリーとは、近年注目されている工場のスタイルのことであり、AIやIoT技術などを駆使しながらデジタルデータをもとにした管理を行うのが特徴です。従来と比較すると業務プロセスを改善しやすい、短納期、コストダウンにつながるなどメリットがあります。3Dマシンビジョンは様々な形でスマートファクトリーにおいて重要な役割を持っています。
3Dマシンビジョンの偏光板・偏光フィルターとは
3Dマシンビジョンにおいて光が反射してきちんと映らない金属や、ビニール袋に入ったワークを正しく撮影するのに役立つのが偏光板や偏光フィルターと呼ばれるものです。これらの対象物をきちんと読み取りたいと考えているのであれば、3Dマシンビジョンで偏光板・偏光フィルターを採用することも検討してみると良いでしょう。
3Dマシンビジョンに使用するレンズの選び方とは
3Dマシンビジョンを使う際には、対象物に合わせたレンズを選ぶことになります。レンズにはさまざまな種類があり、代表的なのはテレセントリックレンズ、固定焦点レンズ、マクロレンズなどです。どのレンズを選ぶか迷った際は、センサーサイズや精度、ターゲットとの距離、視野の広さなどから適したものを検討していくことになります。
3Dマシンビジョンのオートフォーカスとは
対象物に対して自動でピントを合わせるオートフォーカス（AF）機能が搭載されている3Dマシンビジョンを選べば、手動でピント調節する必要がありません。カメラで認識すべき対象物が複数ある場合に対象物によって形が違ったり、基板が反ったりしていても対応しやすくなるメリットがあります。ただ、必ずしもすべての対象物に自動でピントが合わせられるとは限りません。
3Dマシンビジョンに適したパソコンとは？
3Dマシンビジョンには、データ処理をスピーディーかつ高い品質で行うためのパソコンが欠かせません。産業用PCの中でもハイパフォーマンスのパソコンが求められています。連続稼働できる設計か、適したスペックの組み合わせであるかを踏まえて、3Dマシンビジョンに適したパソコンを選びましょう。
ビンピッキングへの3Dマシンビジョン活用
バラ置きピッキングと呼ばれるピンピッキングに3Dマシンビジョンを導入することで、人手不足や作業者の負担軽減、品質の向上などの効果が期待できます。今まで人の手でしか行えないといわれていたピンピッキングですが、3Dマシンビジョンが活用できるようになり、さまざまなメリットが得られるでしょう。
ピックアンドプレースへの3Dマシンビジョン活用
対象となる物体をつまみ上げて、特定の位置へと移動させる作業のピックアンドプレースでも、3Dマシンビジョンの導入が可能です。安定した作業スピードが保たれ、作業員の身体的・精神的な負担も軽減するメリットが得られるでしょう。
バリ取りへの3Dマシンビジョン活用
バリ取りは、手作業で行われるのが一般的でした。しかし作業者の負担が大きすぎる、職人の高齢化による人手不足、品質のバラつきなど、さまざまな問題を抱えています。3Dマシンビジョンを活用すると、作業者の負担が軽減するだけでなく、品質や生産性の向上が期待できます。
バリ取りに3Dマシンビジョンを活用するメリットを詳しく見ていきましょう。
組立作業への3Dマシンビジョン活用
製品の組立作業は、人の手で行うと時間も手間もかかります。作業にミスが発生すると、リワークを必要とするため、コストもかさむでしょう。3Dマシンビジョンを活用すると、製品の再現性も高くなり品質も向上します。また作業者の労働環境の改善にも役立ち、さまざまなメリットが期待できるでしょう。
溶接への3Dマシンビジョン活用
溶接作業への3Dマシンビジョンの導入が進んでいます。既存の産業用ロボットだと、形状やサイズが異なる対象物の溶接などに時間と手間がかかってしまうためです。3Dマシンビジョンを活用すると、ティーチングなどの手間を省けるため、溶接作業の効率を大幅に高められます。作業品質の安定化も期待できるでしょう。
マシンテンディングへの3Dマシンビジョン活用
マシンテンディングとは、加工機へのワークの投入や取り出しを行う作業のことです。3Dマシンビジョンを活用することで自動化が可能となり、生産性の向上や品質の改善に大きく寄与します。
はんだ付けへの3Dマシンビジョン活用
はんだ付けは、熱で溶かしたはんだを流し込み、金属と金属を接合する技術です。はんだ付けの品質が低いと、製品が想定通りに動作しません。はんだ付けは、産業用ロボットでも実施できます。3Dマシンビジョンを導入すると、視覚情報を得られるため、産業用ロボットが状況に合わせた柔軟な対応を行えるようになります。
セル生産への3Dマシンビジョン活用
セル生産は、多品種少量生産に適した生産方式です。1人または少人数の作業員が、U字型やL字型のラインで組立工程を完了まで受けもちます多能工が必要となるため、人材確保が課題とされています。対策として検討したいのが3Dマシンビジョンの活用です。視覚情報をもとにロボットが自律的に動作するため、3Dマシンビジョンを活用することで、セル生産の自動化が期待できます。
レーザーマーキングへの3Dマシンビジョン活用
3Dマシンビジョンを活用することで、レーザーマーキングを自動化することが可能です。レーザーマーキングは高精度な技術ですが、手作業のみで行うとミスが発生しやすく、不良品が生じる可能性があります。
そのため、3Dマシンビジョンを活用して自動化することで、ミスを減らし、品質の向上を目指すことが期待できます。
ロボットティーチングへの3Dマシンビジョン活用
産業用ロボットに特定の動作や作業の手順を教え込むティーチングにも、3Dマシンビジョンを活用できます。ティーチング作業の効率化や複雑な形状・ランダムな配置への対応、生産ラインの柔軟な対応・迅速な立ち上げなどが、ロボットティーチングに3Dビジョンを活用するメリットです。ティーチングの効率化と精度の向上に加えて、生産ライン全体の柔軟性と生産性の向上にも役立ちます。
文字認識への3Dマシンビジョン活用
3Dマシンビジョンを活用した文字認識は、これまで2Dカメラでは認識が難しかった文字の読み取りを実現します。凹凸のある文字、にじんだ文字、複雑な形状の文字などを高精度で認識できるため、製造業界や医療業界など、幅広い分野で活用されている技術です。目視による認識エラーや作業工数を減らせるため、業務効率化にも役立ちます。
プレス加工への3Dマシンビジョン活用
プレス加工に3Dマシンビジョンを用いて人手による作業を機械に置き換えることで、作業者の負担を軽減できるほか、ヒューマンエラーの削減や安全性の向上にもつながります。また、24時間稼働が可能となり、稼働率の向上と生産コストの低減に貢献する点もメリットです。3Dマシンの導入により、複数の課題への対応が期待されています。
パッケージングへの3Dマシンビジョン活用
パッケージングとは、製品の包装や、包装作業そのものを指します。3Dマシンビジョンを活用すれば、ランダムに配置されたアイテムを認識できるため、パッケージングの自動化が可能になります。これにより、作業効率の向上が期待され、正確な作業が行えることで包装に関連するトラブルも抑制しやすくなります。顧客満足度の向上も目指せます。
ロード・アンロードへの3Dマシンビジョン活用
工作機械などへワークを取り付けるロード、工作機械などからワークを取り外すアンロードにも、3Dマシンビジョンを活用できます。外形からワークの種類を判別できるため、多品種のワークでロード・アンロードを自動化できるようになります。業務の効率化、省人化に加え、製品1個あたりの製造時間を短縮できる点が魅力です。
開先加工への3Dマシンビジョン活用
開先加工は、接合する箇所にV字やI字などのくぼみをつくって接合強度を高める加工です。同加工にも、3Dマシンビジョンの導入が進んでいます。主なメリットは、位置決めを正確に行えることや加工のばらつきをなくせることです。さまざまな部材にも対処できるようになります。作業の効率化と品質の向上を同時に目指せます。
部品供給工程への3Dマシンビジョン活用
3Dマシンビジョンを部品供給工程に導入する事で、ばらばらに置かれた部品の位置や姿勢を正確に把握し、ロボットによる自動取り出しが可能です。従来必要だった整列や人手による作業が削減され、工程の簡略化と省人化につながります。さらに、形状の異なる複数の部品にも柔軟に対応できるため、多品種生産にも有効です。品質の安定や生産効率の向上にもつながると考えられます。
ラベリングへの3Dマシンビジョン活用
ラベリング工程に3Dマシンビジョンを導入する事で、複雑な形状や曲面へのラベル貼付が正確に行えるようになります。また、カメラで対象物の立体的な位置と姿勢を捉えるため、ラベルのズレや貼り損じといった不良が減少し、品質の安定化が図れる点もメリットです。人手による作業が減ることで省人化が進み、作業の効率化にもつながります。
研磨工程への3Dマシンビジョン活用
研磨工程に3Dマシンビジョンを活用することで、高精度な形状検査を行い、製品の品質向上に大きく貢献します。従来の検査では見落としがちな凹凸や歪みも3Dで把握できるため、不良品の早期発見が可能です。リアルタイム監視により研磨条件をよい状態に保ち、生産効率の向上や工程の自動化が図れます。作業の安定化や、コスト削減が期待できる点が大きなメリットです。
在庫管理への3Dマシンビジョン活用
3Dマシンビジョンを在庫管理に活用することで、在庫の位置や数量を立体的に把握しやすくなり、手作業と比較して管理精度の向上が期待されます。物体の形状や奥行きを認識し、リアルタイムにデータ化することで、誤出庫や数量の誤認リスクを抑え、作業効率の改善につながるとされています。また、ロボットとの連携による自動化も検討しやすく、現場の省力化と作業精度の両立にも寄与すると考えられています。
全数検査への3Dマシンビジョン活用
3Dマシンビジョンを活用した全数検査では、対象物の立体形状を詳細に捉えることで、従来の2D検査では見落とされがちだった凹凸や欠陥の検出が可能となります。効率的に検査を進められるため、生産スピードを維持しながら検査精度の向上が期待できるでしょう。製品ごとの微細な差異も捉えやすく、外観品質のばらつきを抑制する効果が見込まれます。測定精度、自動化、作業効率の向上といった観点から、製造現場で関心を集めている技術です。
3DマシンビジョンとAGV・AMRの連携
3DマシンビジョンをAGVやAMRと連携させることで、物体の位置や形状を立体的に把握でき、より精度の高い搬送やピッキングが可能になります。不規則に置かれた部品の取り扱いや、複雑な作業環境での障害物回避がスムーズになり、自律走行の性能が向上する点がメリットです。この技術を活用する事で、作業の効率化と自動化の実現を目指せます。
キャリブレーションを自動で行う3Dマシンビジョン
製造業におけるキャリブレーションは、標準機機などと比較することで対象機器の正常性を確認して、ずれがあれば調整する作業です。手間と時間を要するため、産業用ロボットの生産性を一時的に低下させる要因となる場合があります。対策として用いられているのが、キャリブレーションを自動化する3Dマシンビジョンです。手間と時間をかけずに、簡単な操作だけでキャリブレーションを行えるようになります。
キャリブレーションを自動で行う3Dマシンビジョン
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イベントカメラを組み合わせた3Dマシンビジョンとは
イベントカメラは、明るさに変化が生じた部分だけをピクセル単位で記録するカメラです。時間分解能に優れ、データ量が少なく、リアルタイム処理を行えるといった特徴を備えています。これらの特徴を生かし、製造現場では品質管理や設備の予知保全に用いられています。イベントカメラを活用して、非接触で計測しにくい材質を三次元計測できるようにした3Dマシンビジョンが登場しているため、今後も活用の場が拡大していくと考えられます。
異物混入への3Dマシンビジョン活用
異物混入の主な原因は、従業員の不注意や害虫・害獣の侵入などです。異物混入は社会的信用を損なうリスクにつながるため、衛生管理ルールの周知徹底や害虫・害獣の侵入経路の遮断といった対策を講じることが重要です。3Dマシンビジョンを活用して、混入した異物を発見することもできます。手間を抑えながら異物を高精度で識別できる点も特長です。
