光切断センサとは
光切断センサは、光切断法に基づき、対象物体の三次元形状を測定する装置のことを指しています。また、光切断センサを包括するアプリケーションのことを総称している場合もあります。
光切断センサにアプリケーションが含まれている場合は、装置本体にLANケーブルなどを接続することにより、ブラウザ上において、装置の設定や画像処理などのプログラムを操作することが可能です。
元来の光切断法では、両眼立体視法やレーザ法などに比べて、簡易的な演算処理を用いることにより、高い距離精度を取得することができました。
しかし、高解像度かつ実時間による撮像を可能にするためには、投射した光の走査と解像度に伴った撮像が必要になります。
昨今では、三次元形状による物体の計測と検査への期待が高まっていることから光切断センサの研究が活発に行われています。
光切断センサの使用用途
光切断センサは、自動車産業や造船業、製造業などのさまざまな産業で活用されています。
例えば自動車産業では、自動車の検査や試作の工程において、部品や型の形状の計測に活用されています。形状測定には、完成した部品が設計通りに製造されているかを検査する形状検査と試作品の形状をデータで測定する方法があります。
造船業では、船舶用のプロペラなどにおいて活用されており、船舶用のプロペラを製造する鋳造や切削などの各工程で代表的な部品が計測されています。このような工程内検査では、製品の最終検査が欠かせないため、対象物の全体形状の測定が行われています。
また、製造業では、はんだ付けの工程などで活用されています。はんだ付けの工程では、はんだ不足やブローホール、はんだの過剰付けなどにおける欠陥を外観形状で検査しています。
光切断センサの原理
光切断センサは、一般的に光切断法を用いており、まず対象物にレーザー光を照射し、拡散および反射させます。
そして、反射光を「CMOS：Complementary Metal Oxide Semiconductor(映像素子)」で受光して結像することにより、測定する対象物の高さや形状、位置などの情報を取得します。
上述したように従来の光切断センサによる測定方法では、レーザー光源からスリット光を照射し、カメラ(CMOS)などで反射光を受光していました。
しかし、これらの装置は、ひとつにまとめられておらず、個々の装置として稼働しており、撮影画像がモノクロとして表示されていました。
現在は、対象物の測定において、要求される精度が高次元化しています。
したがって、光切断センサが活用されている環境なども複雑化しているため、光切断センサなどをひとつの装置に組み込み一体型とすることで、安定的な検査を可能にしています。
また、これまでは撮影した画像がモノクロ表示のみでしたが、技術の発展も相まって、昨今では、カラーによるデータの確認も行えるようになっています。
さらに、現在の光切断センサを含めたアプリケーションは、多様な条件に対応するために装置の設定などを柔軟に切り替えられるよう設計されており、昨今の生産工程における省人化と検査品質の向上に貢献しています。
光切断法の歴史
このトピックでは、光切断法の代表的な歴史を取り上げ、3次元画像計測の分類を紹介します。
光切断法は、1970年代初めに日本の電子技術総合研究所とアメリカのスタンフォード大学で試みられており、日本においては、その後のパターン認識研究やビジョンロボットの研究につながっています。
また、光切断法の一種であるスリット光投影を初めて実用的に活用したのは、カナダのGeneral Motors社とされています。この方法は、鋳物の組み立て工場で利用され、ベルトコンベアを流れる対象物をスリット光とラインセンサーで検出していました。
1970年代の後半には、電波のかわりに光が画像計測へ用いられるようになりましたが、当時は、電波や光の速度が速く適用の難しい方法として認識されていました。
光切断法の分類
光切断法は、大分類として3次元画像計測に分類され、中分類として受動法と能動法に分けられます。そして、受動法は、ステレオ画像法に分類され、能動法は、光レーザー法や光切断法、照度差ステレオ法、焦点調節法、等高線計測法に分けられます。
能動法の小分類には、多くの種類があるため、光切断法のみ取り上げます。
光切断法では、スポット光投影やスリット光投影、パターン光投影による方法があり、前者のスポット光投影は、非ビデオ方式に分類されます。一方で、後者であるパターン光投影は、ビデオ方式に分類されます。そして、スリット光投影は、このどちらにも属す方式です。
光切断センサの市場動向
光切断センサは、3次元画像処理システムのなかに光切断方式として区分されるが、株式会社富士経済が調査した3次元画像処理システムの世界市場では、2020年の市場規模を2,370億円と発表しました。
2020年は、新型コロナウイルス感染症の流行も相まって、経済が停滞していたため、その規模も縮小したと考えられます。しかし、2021年には、回復の兆しをみせ、2025年には、3,914億円まで拡大していくと予測しています。
また、2020年における業種別の市場動向は、電気が1,419億円とされ、自動車が390億円、物流が54億円と発表しています。
そのほかにもカメラ技術にレーザーを付加した3Dラインプロファイルカメラの市場では、2021年の見込みが140億円とされ、2024年には、166億円まで拡大すると予測しています。