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未来をスマートに:インダストリー4.0における画像処理

新しいズボンを買う場合、店舗に行くか、オンラインで決まったサイズの中からズボンを購入するかと思います。一般的なサイズはSからXLまでの4種類と決まっており、大量生産を通じて単価を低く抑えています。

一方で、インダストリー4.0における衣料品の製造では、十分なデータを処理することにより、

一方で、インダストリー4.0における衣料品の製造では、十分なデータを処理することにより、一人ひとりに合ったサイズの製品を提供できるようになっており、顧客が買いたい商品を決定した後、画像処理(マシンビジョン)システムを通じて正確な寸法を測ります。

例えば、四方の壁にカメラが付いた小さな試着室で身体を各方向から撮影するような形が考えられます。測定とその後の型紙の作成はソフトウェアが行います。そして、残りの製造から出荷に至るまでの作業も自動的に行われます。

未来のアパレルメーカーは、膨大な商品を棚に並べてサービスを提供するのではなく、バーチャルな商品群の中から希望する商品を選んでもらい、迅速かつ信頼性の高い生産を行うようになるでしょう。

産業用カメラが未来の生産工程を実現する仕組み

産業用カメラを搭載した画像処理システムは、自動化生産においてすでに重要な構成機器となっており、原材料の検査から生産状況のモニタリング(欠陥の検出など)、最終検査、品質保証までの全生産工程において、高い効率性と厳しい品質レベルを実現するために必要不可欠なものとなっています

新しい形態の生産工程を導入しているインダストリー4.0では、主にネットワークを通じて大量のデータをやり取りしており、全体的なデータ収集と効果的な情報交換を行うことで、自立可能で詳細にカスタマイズされた高効率な生産を目指しています。

産業用カメラが未来の生産工程を実現する仕組み

画像処理は、求められる情報を特定するという点で重要な役割を果たすことができます。カメラの小型化や低価格化、性能の改善が進んでいることから、複雑な用途においても、現在のコンパクトで効率的なシステムがあれば、今まで以上の結果を生み出すことができるようになりました。

このような技術的な進歩と拡大を続けるネットワーク接続が組み合わさることで、インダストリー4.0において新たな可能性が見えてきています。

小ロット生産に広がる新たな可能性

インダストリー4.0の大きなメリットとして、工程管理の自動化により、大量の製品を低コストかつ小ロットで生産することが可能であるという点が挙げられます。これは「バッチサイズ1」と呼ばれています。

上記の衣料品の生産もその一例で、他にも顧客の仕様に応じて個別に設計された金属部品や郵便受け、柵などの生産があります。

では、産業用カメラシステムは、これらの動きに対して具体的にどのような形で貢献ができるのでしょうか。

新しく生産する金属部品の塗装を例に挙げて見てみましょう。この場合、事前にスプレー動作をプログラムした自動スプレーノズルを使用することが一般的です。しかし、個別の作業に合わせてこのような動作を事前にプログラムすることは困難で、デザインの仕様から大体の模様を予測することは可能でも、最終的にスプレーで描く模様を設定する作業は非常に複雑で高い精度が必要となります。一方、産業用カメラを使用すれば、その場で部品を正確に測定し、それぞれの形状や位置に応じてスプレーアームに指示を出すことができるほか、レンズを通じて塗装の色合いや複雑な反射特性を把握することで、塗装の仕上がりを調整することも可能です。また、このような調整データは、リアルタイムに調整ユニットに送られ、自動塗装システムに自己学習させることができます。新たに同じような部品を処理する時には以前の経験が生かされるため、作業がより効率的に行われます。

小ロット生産に広がる新たな可能性
休むことなく工程監視を行うカメラ

休むことなく工程監視を行うカメラ

機械が普段とは違う動きをした場合や不具合を起こした場合でも、センサーがあればこれらを早期に発見し、自動的に対処することができます(工程の設定変更や原材料の交換指示、修理依頼など)。製造に使用する機器のほか、製品自体も監視対象にできます。どんなに大きな部品や製品でもその色や構造、形状が正確であるか、基準値から逸脱していないかを休むことなく監視する産業用カメラは、製造工程において重要な役割を果たしており、注油、摩耗、さびなど、製品そのもの以外の要素についても考慮に入れ、企業のERPシステムにデータを送ることができます。

ロボットと人間が手を取り合って作業を行う生産現場における画像処理

産業用カメラは、生産スタッフにとっても大きなメリットをもたらします。オートメーションが進歩したとはいえ、「人間」ならではの感覚や柔軟性、コストの安さなどの理由から、工業生産の現場には人間が常駐しています。

とはいえ、インダストリー4.0の一環として、未来の作業工程は変わり続けていくと考えられます。例えば、ヘルメットや作業服、工具にインテリジェントなマシンビジョンシステムを搭載することで、人間による作業の効率性を向上させるということも、カメラの小型化と軽量化が進んでいる現代においては、技術的に決して不可能なことではありません。その証拠に、レンズやハウジングを含めても重さがわずか30gという切手サイズの高精度産業用カメラが実際に存在しています。これらのビジョンシステムは、作業状況を画像として記録して製品を検査するとともに、最適と考えられる作業工程や関連情報を拡張現実対応のスマートメガネなどを通じて人間に伝えます。こうすることで作業に関する情報が随時提供され、生産性をさらに向上させることにつながります。

 ロボットと人間が手を取り合って作業を行う生産現場における画像処理

まとめ

「インダストリー4.0」の現在の定義がどのようなものであれ、画像処理は未来の生産やビジネスの場で以下のような重要な役割を担うようになると見られます。

  • 画像処理システムの活用による効率性の高い新たなビジネスモデルの誕生
  • 大量のデータ収集と画像情報による自立可能な自動化生産の実現
  • 作業工程においてビジョンシステムを広範囲のネットワークに接続することによる生産性の向上
 まとめ