東京大学 精密工学専攻

レーザースキャナは複雑な形状が効率的に計測できる一方で、基本的に光が当たるところしか測れず、対象物の位置を変えて何度もスキャンし直す必要がある。接触式でのスキャニングも同様に、外部に露出した部分しか測ることができないため、内部に複雑な形状や空洞があるような製品には不向きだ。また、点で測るため精度が高い一方で、測定には時間がかかる。
「例えば、対象物の素材内部に閉じ込められた空洞になると、いずれの方法でもまったく測ることができませんでした。こうした空洞は鋳造や射出成形の際に発生することがあり、製品の強度に影響します。そのためにも内部の空洞の存在を、その場所や大きさともに見つけることは重要ですが、対象物を輪切りにしても、見つかるのはその一部でしかないうえに、輪切りにしてしまえば当然ながら製品として使い物にならなくなります」（鈴木氏）
対象物の内部を映し出す方法としては、医療の現場で使われるX線CT装置もある。人間の体の中をレントゲン撮影するのと同じ方法で、機械や部品を透視することは可能だが、医療用の装置では、画像から正しい寸法を得ることは難しい。内部に空洞があっても場所や大きさを正確に知ることはできず、製品の強度への影響を分析しようとしても、そもそも画像の精度の保証がないために分析の信頼性が不十分になるからだ。
しかし対象物を切断したり分解したりしなくても、内部を見ることができるX線CTは、確かに有効な方法であることは間違いない。X線CTでシミュレーションに使えるようなモデルを再現することはできないか。その手法を探していた鈴木氏が着目したのが、カールツァイスの計測用X線CT装置「ZEISS METROTOM」だ。

鈴木氏の研究は、ZEISS METROTOM 1500でモデリングの新たな手法を手に入れたことでさらに加速した。具体的な研究の1つが、アセンブリ状態のものを分解することなくまるごと測定し、画像の中で部品ごとに分割するセグメンテーション手法の確立だ。
通常、複数の部品で組み立てられた製品をX線CTで透視しても、部品はすべて1つの塊になって表示されてしまう。鈴木氏の研究では、X線の透過レベルで素材の密度の違いを認識し、部品と部品の境界線を検出する。それにより、一体で撮影した画像から部品ごとに自動的に分割して可視化することを目指した。撮影対象の機械などを分解することなく内部の一つひとつの部品をモデリングすることで部品ごとの接触状態を明らかにしたり、モデリングした部品を仮想環境で動かして干渉チェックを行ったりすることが可能になる。この開発に対して、2017年度精密工学会技術賞を受賞している。
またX線の性質上、撮影した画像の上にムラが出る線質硬化現象を補正する技術の開発や、画像のデータ量を抑えるための手法の確立にも取り組んでいる。データ量を抑えるには情報を部分的に間引く必要があるが、測定時に精度が保証されているため、影響が出ないような間引き方が可能と考えられているのである。
「X線CTはアイデア次第で新たな活用方法が広がります」と鈴木氏は語る。その新たな活用方法の1つが、鈴木氏が取り組んでいるシミュレーション可能なモデリングというわけだ。鈴木氏は「エンジニアリングの仕方を根本的に変えるポテンシャルがあると考えています」と、ものづくりの課題解決を進めるソリューションとして、ZEISS METROTOMの可能性を高く評価する。研究室では大竹豊准教授と共に、様々な研究が進められている。