東京大学 工学系研究科 人工物工学研究センター

大竹氏が会津大学院博士課程のときから現在まで携わっているのが3Dスキャンのデータ処理。東京大学に赴任してからX線CT装置に出会い、今は「ZEISS METROTOM 1500 225kV G1」(以降METROTOM 1500）を活用して、機械部品を計測する研究に従事している。「もともとコンピューターグラフィックスに興味があって、学生時代は主に綺麗な3Dモデルをつくる研究をしていました。それから3Dスキャンのデータ処理に面白さを感じて、今では『測ること』を仕事にしています」（大竹氏）。
大竹氏が行っている活動は主に3つある。1つは自動車やバイク、航空機の分野の名立たる企業から依頼を受け、製品を構成する機械部品の精度を解析すること。「企業から3D-CADの設計をもとに試作した機械部品を受け取り、METROTOM 1500で3Dデータ化を行って、許容範囲の精度で製造できているかを解析。精度に問題があれば、その部分をフィードバックします」（大竹氏）。
自動車や航空機は安全の確保が大前提で、当然ながら機械部品への精度要求は高い。機械部品の精度解析は製品の完成度にも大きく関わるだけに、大竹氏は重責を背負う。言い換えれば、それだけ企業は「大竹氏の解析精度に高い信頼を寄せている」と言える。
2つ目は自身の基礎研究だ。付き合いのある企業から製品を構成する一部の部品を購入し、その部品の精度解析データを収集していく。さまざまな部品のデータを数多く収集することで、解析精度の向上を目指している。
3つ目は工学部や農学部など、学内の各所から依頼される精度解析。依頼内容は「表1 学内の撮像依頼の例」の通り、多岐に渡るだけに、それに対応するMETROTOM 1500の性能も窺い知ることができる。

そうしたなか、2015年には工学系研究科の鈴木教授が主体となって新たなX線CT装置を導入することが決まった。もちろん、大竹氏の意見も選定基準に加えられている。このとき、導入されたのがMETROTOM 1500。選定基準となった以下の2つを満たしていたのがMETROTOM 1500だった。

＜精度保証＞
設計段階における機械部品の精度を解析するうえで、X線CT装置自体の精度が高くなければ、そもそもスタートラインに立てない。その点、METROTOM 1500は、ドイツでX線CTの寸法計測における保証精度の規格が制定された2007年に、いち早くその規格を満たして市場に投入されたモデル。デモ機としてMETROTOM 800 130kVを借用した際、高い精度と再現性は確認しており、METROTOM 1500 225kV導入にあたって精度への不安はなかった。
補足をすると、X線CT装置では三次元測定機と同様、基準器が存在する。この基準器先端はルビー球となっている。ドイツ技術審査認定機関（DAkkS） に認証されたカールツァイス（ドイツ）計測部門が、基準器のルビー球位置を精度保証された三次元測定機にて測定し、その際の各球間距離の測定値がマスタ値となる。METROTOMによって基準器をスキャニングし、カールツァイスの汎用測定ソフトウェアCALYPSOを用いてスキャンデータを測定すれば、マスタ値に対し精度保証値以内に収まっているかどうか確認することができる。
今回、大竹氏のご好意でMETROTOM 1500を使用し、考えられうるすべての球間距離を測定した結果が図1。三次元測定機を用いた計測結果からの誤差はプラスマイナス2 μmの幅に収まっていた。
また、大竹氏自ら測定を実施した形状の寸法精度結果についてもご紹介する。図2はアルミ製の5段ステップシリンダをMETROTOM 1500でスキャンしたデータをもとに、三次元測定機を用いた計測結果からの偏差をプロットしたものである。
結果としては「X線が十分に透過できるワークであれば、表面位置の誤差は10 μm以内」（大竹氏）とのことで、計測機として活用するには十分なレベルであることが分かった。

＜管電圧225kV＞
METROTOM 1500は大きな対象物の解析が可能なモデル（直径305×高さ260 mmまでが測定範囲。最新機種のMETROTOM 1500 G3であれば直径330×高さ870 mmまたは直径615×高さ800 mmが測定範囲）だが、大竹氏が注目したのは管電圧225kVの部分。「機械部品は細かいものが多いため、小さな対象物の精度も重要です。確かに450kVのような高電圧のX線CT装置はより厚みがある機械部品のデータを取得できますが、細かい部分はぼやけることがあります。225kVのMETROTOM 1500ならぼやける心配がなく、しかも測定できる対象物の最大サイズも我々の要求を満たしていました」（大竹氏）。最終的には入札となり、価格面でアドバンテージがあったMETROTOM 1500 G1を選定。「予算がありますから、やはり価格は大事。カールツァイスには頑張っていただきました。大変感謝しています」（大竹氏）。

※ 本稿における測定精度については、東京大学様におけるご研究結果が含まれております。メーカー保証値につきましてはカールツァイスまでお問い合わせください。