板金検査
- Inspecvision .
- 2020年6月25日
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更新日：9月1日
板金部品の製造は特に困難です。部品1個あたりの製造コストは、金属加工などの他の業界と比較して非常に低いため、板金部品は航空宇宙や自動車といった最も要求の厳しい用途や、検査を必要とする大量生産で使用されることが多いにもかかわらず、品質管理プロセスに利用できるリソースは限られています。
板金検査の難しさ
より日常的な用途の少量生産では、典型的な板金部品は塗装、成形、溶接されることがよくあります。ジャストインタイム組立工程の最後に、穴、インサート、折り曲げの欠落が発見されると、納期が守られなくなる可能性があります。その結果、部品の価値の何千倍ものコストが顧客に発生する可能性があります。板金切削の世界では、単に交換部品を無料で提供するだけでは不十分です。平らな部品を製造する場合でも、精度は保証されません。
レーザー切断機の直線軸は非常に正確で信頼性が高いものの、複雑な形状を狭い空間に配置した場合には、比較的狭い領域に大量の熱が伝わる可能性があります。これにより金属が反り、その後の折り曲げ加工に問題が生じる可能性があります。さらに、平らな板金部品には必ずエッジ形状やカーフ（切り込み）が見られ、その形状は部品の許容範囲を超えることがよくあります。
パンチングマシンは高速でコスト効率に優れていますが、工具が正しく装着され、破損しないことが不可欠です。最新世代のパンチングマシンは、フォーム、ルーバー、インサートも製造します。これらはしばしば重要な役割を担い、最終組立工程で欠落してはなりません。
部品の成形や曲げ加工時に、問題は著しく悪化します。曲げ加工は金属の硬度や厚さの変化に非常に敏感で、バッチ間でばらつきが生じるため、スプリングバックに大きなばらつきが生じます。スプリングバックが変動する状態で複数回曲げ加工を行うと、累積的な曲げ誤差が生じます。スプリングバック評価機能を備えたプレスブレーキであっても、通常は曲げ加工前の10倍も精度と公差の悪い曲げ部品が製造されます。
プレスブレーキはオペレーターのスキルに大きく依存しており、部品が逆方向に曲げられることも珍しくありません。不適切な金型は曲げ半径に誤差を生じさせ、適切なK係数の取得や曲げ部の材料分析は常に困難を伴います。前述のような問題により、曲げ長さが不適切となり、結果として部品の成形不良につながります。
これは板金製造が直面する問題を網羅したものではありませんが、2Dおよび3D部品の不良が残念ながら現実に存在することを示すには十分です。不良部品が製造工程のさらに上層に流れ込むのを防ぐ唯一の方法は、検査を行うことです。
既存の検査オプション
多くの板金メーカーは、操作性、コスト効率、そして迅速な方法で板金部品を検査できるシステムを探し求めてきましたが、成功していません。CMMやCMMアームといった既存のオプションは、工場の現場での使用には適していません。衝撃に非常に弱く、簡単にキャリブレーションがずれてしまう可能性があります。CMMアームは、初日に再キャリブレーションされた後、2日目に落とされ、その後、問題を検出する手段がないまま、キャリブレーションがずれたまま1年間使い続けられることも珍しくありません。このような理由から、CMMは通常、生産現場から遠く離れた計測エリアやラボに設置されます。
正確に校正され、理論上は良好な精度を誇るCMMやCMMアームであっても、板金部品のカーフやエッジ形状の影響を大きく受けます。実際、CMMは、穴間の距離や穴径など、部品のエッジによって定義される形状を測定する場合、単純なキャリパーよりもはるかに精度が低くなります。
例えば、図2は厚さ10mm、エッジプロファイルが5%です。この設定では、上面の穴の直径は下面の直径より1mm大きくなります。
実際には、最大の材料状態は必ずしも上面または下面である必要はなく、部品のエッジ上の任意の場所に存在する可能性があります。CMMが最大の材料状態、あるいはそれに近い状態で測定を行うには、幸運か熟練したオペレータの目が必要です。この影響により、1ミクロンCMMの精度は、部品のエッジ形状における1mmの変動にまで低下する可能性があります。
CMMは非常に速度が遅く、操作も困難です。これは、熟練したオペレーターが必要となり、スループットが低く、機械の運用コストが高くなることを意味します。実際、CMMは非常に遅いため、フィーチャごとに非常に限られた数の測定しか行えず、測定と測定の間には実質的に何も起こりません。
これにより、部品の完全な検査が妨げられ、部品の端の穴や損傷など、余分な項目や不足している項目が発見されなくなります。
もう一つのアプローチは、CMMに搭載されたレーザースキャナーを使用することです。このアプローチでは取得できるデータ量が大幅に増加し、欠落した特徴や余分な特徴の発見に役立ちますが、レーザースキャナーは購入費用が非常に高く、プログラミングも運用コストも高くなります。さらに、特に薄い板金部品のエッジ位置の測定には不向きです。板金部品は主にエッジによって定義されるため、これは深刻な問題です。
図3は、部品にレーザーを照射した様子です。光が表面で反射する際、入射角と反射角は等しくなります。レーザースキャナーを測定対象の表面またはエッジに対して垂直に配置すると、カメラはレーザーからの良好な反射光を得ることができます。
しかし、レーザースキャナが板金部品の内部エッジを測定する必要がある場合は、
スキャナは内部のエッジに対して垂直に設置してください。スキャナはエッジに対して斜めに設置するのが最善ですが、その場合カメラが捉える反射光の量が大幅に減少します。これは図4に示されています。
レーザースキャンのこの限界はよく知られた問題です。この限界に対処するため、多くの3D検査ソフトウェアパッケージは、測定値の有無ではなく、測定値の有無に基づいて穴の直径と位置を推定しようとします。しかし、これは明らかに理想的とは言えず、ある特徴の測定値がない状態からその特徴の位置とサイズを推定すると、実際にその特徴を直接測定するよりもはるかに劣った結果が得られます。
テンプレート、ジグ、ロフト/マイラーなどの他の完全に手動のシステムは、遅く、柔軟性に欠け、保守が難しく、正確ではありません。
自動化されたソリューションが必要
多くの板金生産工場では、安価なノギス、テープ、分度器といった検査ツールしか利用されていません。これらは非常に遅く、作業者のミスも発生しやすいため、ほとんど使用されていません。必要なのは、数秒でワンクリック操作で平らな部品の形状を完全に検査できる機械です。部品を検査システムにセットする時間を短縮するため、このシステムは工場の生産機械の隣に設置する必要があります。また、工場の現場でよくある傷や衝撃にも機械は影響を受けないようにする必要がありますが、万が一深刻な損傷が発生した場合は、機械が自動的にそれを検知し、作業者に警告する必要があります。
測定システムは温度制御環境を必要とせず、周囲温度の変化を自動的に測定・補正する必要があります。また、CADファイルに存在するあらゆる寸法から自動的にプログラミングできる機能も必要です。これにより、オペレーターはどの寸法をチェックし、どの公差を使用するかを定義する手間が省けます。
システムは、折り曲げられた部品や成形された部品の検査も行えることが非常に重要です。ここでも使いやすさが重要であり、比較的熟練していないオペレーターでも、ワンクリックで3D部品の完全な検査を実行できる必要があります。
Planar2Dソリューション
受賞歴のあるPlanar検査システムは、世界最速かつ最も自動化された2D検査装置です。このシステムは、部品の測定やリバースエンジニアリングを迅速に行うことができます。このシステムは、バックライト付きテーブルと、テーブル上に設置された高解像度の静止型デジタルカメラを使用しています。
Planarシステムは高度に自動化されています。ワンクリック、またはバーコードをスキャンするだけで、システムは数秒で複数のアクションを完了できます。部品はバックライト付きのテーブルに置かれ、カメラが部品のシルエット画像を撮影することで測定されます。この画像は最大8000万点の測定値に変換され、CADファイルと自動的に比較されます。
このシステムは非接触式で、治具や治具を必要としません。そのため、柔軟な材料の測定が容易になります。また、 2Dシステムは、厚み、エッジ形状、隆起部（テーブルとの隙間）が異なる部品にも対応可能です。
このシステムは、平坦でない部品やパンチ穴のある部品にも対応しています。これらは、図5と図6に示すSurfScanオプションを使用して測定できます。システムは周囲温度と写真測量スキャナーを内部エッジに対して垂直に設置することで、自動的に補正します。スキャナーはエッジに対して斜めに設置することが最適で、カメラが取得する反射光の量を大幅に減らすことができます。これは図4に示されています。
レーザースキャンのこの限界はよく知られた問題です。この限界に対処するため、多くの3D検査ソフトウェアパッケージは、測定値の有無ではなく、測定値の有無に基づいて穴の直径と位置を推定しようとします。しかし、これは明らかに理想的とは言えず、ある特徴の測定値がない状態からその特徴の位置とサイズを推定すると、実際にその特徴を直接測定するよりもはるかに劣った結果が得られます。
テンプレート、ジグ、ロフト/マイラーなどの他の完全に手動のシステムは、遅く、柔軟性に欠け、保守が難しく、正確ではありません。
Planar2Dを使用した現場に優しい自動検査
このシステムには可動部品がないため、メンテナンスや再調整が必要な摩耗部品はありません。さらに、システムは外傷を自動的に検出し、再調整が必要であることをユーザーに警告します。
テーブルは振動やガラス表面の傷やひび割れの影響を受けず、周囲温度の変化も自動的に補正します。バーコードスキャナーを使用して、CADファイルの場所、部品の公差、材質と厚さ、レポートの出力場所、アライメントタイプなど、様々なオプションを指定することも可能です。
機械は自動的にプログラムを作成します。CADファイルに含まれる寸法情報を使用して、公差を含む検査レポートを作成できます。寸法情報がない場合でも、検査レポートは自動的に生成されます。システム全体が、GO/NO-GO情報を含むレポートを自動的に出力・保存します。Planarシステムは、CADファイル内の寸法と公差を自動的にレポートに変換します。これにより、セットアップ時間が完全に削減され、新しい部品設計をワンクリック、あるいはゼロクリックで検査できるようになります。
これらの機能を組み合わせることで、柔軟で強力なシングルクリック（またはゼロクリック）検査システムが実現します。このシステムは、2D部品のリバースエンジニアリングを数秒で実行でき、完全な3Dスキャンオプションを後から追加することも可能です。
2Dで測定すべき理由
部品を3Dのみで検査するよりも、2Dと3Dの両方で検査する方が実際には迅速です。2Dシステムは高度に自動化されており、プログラミングやコンピューターの操作を一切必要とせず、約15秒で部品のプロファイルを完全に検査できます。
結果の解釈は非常に容易で、これらの検査特徴のほとんどは、部品が3D形状に曲げられても変化しません（図1参照）。そのため、部品を2Dで検査することで、3D検査の作業量は（通常）60～80%削減されます。
図1は、部品を平らな状態と折り畳んだ状態の両方で示しています。折り線にまたがらない寸法は、部品を曲げた後も変化しません。この例では、3Dの寸法をすべて2D段階で確認できることがわかります。
さらに、3D検査は、セットアップと解釈の両面において、2D検査よりも常に複雑なタスクとなります。そのため、3D自動化の実現と維持はより困難です。例えば、3Dで新しい検査プログラムを作成するためのセットアップには数分かかる場合がありますが、2Dでは完全に自動化でき、オペレーターからの入力なしで1～2秒で完了します。
最初に 2D で検査するもう 1 つの利点は、もちろん、製造プロセスの早い段階で問題を検出できることです。
平面2D検査レポート
板金部品の例の偏差マップ、検査レポート、検査レポート図の例については、図 8、9、10 を参照してください。
Planar 2D測定システムは、幅広いサイズと精度に対応しています。InspecVisionシステムがどのようにお役に立てるか、詳しくはsales@inspecvision.comまでお問い合わせください。
