点群データから品質判断へつなぐエンジンシリンダーヘッドの3D検査の使い方

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メタディスクリプション：エンジンシリンダーヘッドの複雑な形状検査の課題を解決する、INSVISIONのAlphaScanハンドヘルド3Dスキャナーを活用した工業計測の現場事例や、導入のポイントを紹介します。

自動車や産業用機械のエンジン製造現場では、シリンダーヘッドの寸法精度が燃焼効率や製品寿命を大きく左右する。同部品には複雑な吸排気流路や数十個の加工穴、ヘッドガスケットとの合わせ面など、多数の検査項目が存在し、従来はノギスやマイクロメーター、固定型三次元測定機を用いた検査が主流だった。だが、複雑な形状の隅々まで測定するには長時間の段取りや熟練作業者のスキルが必要で、多品種少量生産のラインでは検査工程がボトルネックになるケースが少なくない。本稿では、実際の製造現場の課題をもとに、INSVISIONのAlphaScanハンドヘルド3Dスキャナーを活用したシリンダーヘッドの3D検査の取り組みを紹介する。

シリンダーヘッド検査の現場課題

エンジンの製造工程では、鋳造後の粗材、切削加工後、組み立て前の各段階でシリンダーヘッドの検査が実施される。特にアルミ合金製のシリンダーヘッドは鋳造時のひずみや加工時の変形が生じやすく、吸排気ポートの形状、バルブシートの同軸度、合わせ面の平面度など、100分の1ミリ単位の誤差がエンジン性能に影響するため、全数検査または抜き取り検査で厳しく管理されている。

実務フロー

シリンダーヘッド検査の現場課題 — エンジンの製造工程では、鋳造後の粗材、切削加工後、組み立て前の各段階でシリンダーヘッドの検査が実施される。
3Dスキャンを活用した検査方案の設計 — こうした課題に対し、非接触式で短時間に全体の形状データを取得できるポータブル3Dスキャナーを用いた検査プロセスの導入が検討された。
AlphaScanハンドヘルド3Dスキャナーの現場適合性 — 選定されたAlphaScanハンドヘルド3Dスキャナーは、工業計測向けの高精度測定に対応したポータブルシステムで、シリンダーヘッドの検査用途に適した特性を持つ。
同様の課題を持つ現場での活用ヒント — 今回のシリンダーヘッドの3D検査の取り組みは、エンジン関連部品に限らず、複雑な形状の鋳造部品や機械加工部品の品質検査、リバースエンジニアリングの用途にも応用できる。

従来の固定型三次元測定機では、測定対象を定盤に固定し、品種ごとに専用の治具を用意する必要があり、多品種のシリンダーヘッドを切り替えて検査する際には段取りに長時間を要する。また、複雑な内部流路の奥まで接触式のプローブが届きにくく、一部の測定箇所を省略せざるを得ないケースや、測定結果のばらつきが生じるケースも存在していた。

3Dスキャンを活用した検査方案の設計

こうした課題に対し、非接触式で短時間に全体の形状データを取得できるポータブル3Dスキャナーを用いた検査プロセスの導入が検討された。方案の設計にあたっては、生産ラインの脇でその場で検査が完了すること、複雑な内部形状も漏れなくデータ化できること、加工工程の合間に短時間で測定が終わることの3点を優先条件とした。

加えて、取得したデータを既存の3D CADデータと簡単に比較し、合否判定のレポートを自動で出力できる機能も必須とされた。機器選定の際には、工業計測分野での実績や国際的な認証の有無、サポート体制などが評価項目に挙げられ、最終的にINSVISIONの製品が選定された。INSVISIONはAI駆動の高精度三次元スキャンとスマート検査技術を専門とするメーカーで、CE、FCC、CNASなどの複数の国際認証を取得し、20カ国以上で製品が導入されている実績が評価された。

AlphaScanハンドヘルド3Dスキャナーの現場適合性

選定されたAlphaScanハンドヘルド3Dスキャナーは、工業計測向けの高精度測定に対応したポータブルシステムで、シリンダーヘッドの検査用途に適した特性を持つ。同製品は小型で持ち運びが容易なため、測定対象を生産ラインから測定室まで移動させる必要がなく、ライン脇に持ち込んですぐにスキャンを開始できる。

シリンダーヘッドのように複雑な凹凸や細かい加工穴、金属光沢のある面でも、事前にスプレーなどの前処理を最小限に抑えた状態で、高密度な点群データを取得できる。取得したデータは専用のソフトウェアでCADデータとの誤差を色分け表示し、各測定箇所の寸法値を自動で算出するため、熟練作業者でなくても一定の精度で検査結果を得られる。検査レポートの出力も自動化できるため、作業者の事務工数も削減できる。

同様の課題を持つ現場での活用ヒント

今回のシリンダーヘッドの3D検査の取り組みは、エンジン関連部品に限らず、複雑な形状の鋳造部品や機械加工部品の品質検査、リバースエンジニアリングの用途にも応用できる。特に、多品種少量生産を実施している工場や、固定型三次元測定機の稼働率が飽和している現場、複雑な内部形状の測定に課題を抱えている部署では、ポータブル3Dスキャナーの導入によるメリットが得やすい。

導入を検討する際には、まず自社の検査工程の中で最も工数のかかっている箇所を抽出し、実際のワークでトライアルスキャンを実施して、測定精度と作業時間を確認することを推奨する。また、既存の品質管理システムとのデータ連携の可否や、アフターサポートの体制も事前に確認しておくと、導入後の運用がスムーズになる。

シリンダーヘッドのような複雑な形状の部品の検査は、従来の測定方法では工数や精度の面で課題が生じやすい分野だ。ポータブル3Dスキャナーを活用することで、検査工程のボトルネックを解消し、品質管理の水準を高めることができる。自社の検査工程の課題に合わせて適切な機器を選定することで、生産性の向上につなげられる。