スキャナは導入した。では、CADは誰が作るのか

スキャンデータはCADではありません。点群や三角形メッシュが記録するのは「現物の表面」であり、その表面を生んだ「設計意図」は記録されません。スキャンデータからフィーチャーツリーを持つパラメトリックCADを組み直す作業は、測定とは別の技術です。独自の手順と、独自の数値を持ちます。そしてどの数値が正しいかは、その部品を何に使うかで変わります。

測定のご依頼をいただき、検査報告書をお出しする。そのあとで、こう聞かれることがあります。

「ついでに、CADデータももらえませんか」

この一言は分岐点です。ここへどう答えるかで、隣の部屋にあるスキャナが一案件で一度稼ぐのか、二度稼ぐのかが決まります。

本稿では、二度目の答えに必要なものを書きます。「使えるCAD」が受け取る人ごとに何を意味するのか、再構築の二つの手法がそれぞれどの数値に収まるのか、なぜ専用ソフトを買っても解決しないのか、そして納品フォーマットがなぜ成果物の運命を決めるのか。社内で立ち上げる場合の費用と、リードタイム一日の価値という商売の側面は、別稿にまとめます。

スキャンデータは成果物ではありません

十五年前は、部品をスキャンすること自体が難所でした。今は日常業務です。最近の構造化光スキャナなら、中型の鋳物のメッシュが時間単位ではなく分単位で出てきます。設備の整った測定会社なら毎日やっていることです。

難所は移動しました。もうデータを取得するところにはありません。取得したデータを、その先の人が使える形に変えるところにあります。

メッシュからでも、無理をすれば加工はできます。メッシュから直接ツールパスを生成できるCAMもあります。ただしメッシュは変更できません。三角形メッシュの肉厚を変える人はいません。メッシュに幾何公差を指示する人もいません。メッシュは正確で忠実な、しかし固定された幾何記録です。摩耗も、反りも、型ずれも含めて現物の状態をそのまま記録します。その部品が本来どうあるべきだったかは、一言も含みません。

だからこの質問は、スキャナを持つ検査部門であれば、どの国でも必ず出てきます。「はい」と答えられれば、設備を一台も買い足さずに受注量が増えます。「いいえ」と答えれば、お客様は探しに出ます。そして次にお客様が見つける相手は、その部品の近くに立っている誰かです。

「使えるCAD」は、受け取る人によって三つの意味があります

「CAD」は一つの基準ではありません。誰がそのファイルを受け取るかによって、三つに分かれます。

金型メーカーが必要とするのは、閉じたソリッドです。隙間がなく、微小面がなく、抜き勾配が正しく、フィレットが「フィレット形状の自由曲面パッチ」ではなく本物のフィレットとして読めること。

CAMプログラマが必要とするのは、きれいで連続した面です。メッシュから自動変換したソリッドには、数千の微小面が入っていることがよくあります。ツールパス戦略と要求面粗さによって、それは「少し面倒」から「見積もりのやり直し」までの幅を持ちます。いずれにせよ、それに気づくのはプログラマで、しかも見積もりが済んだあとです。

エンドユーザーの設計者が必要とするのは、編集できるフィーチャーツリーです。その人はファイルを「見る」ために開くのではありません。穴をφ40からφ42にする、リブを移動する、肉厚を変える——そのために開きます。履歴のないソリッド、現場の言葉でいう「ダムソリッド」でも、ダイレクト編集で形状は変えられますし、最近のCADはこれをよくこなします。しかしダイレクト編集が変えるのは形状であって、意図ではありません。一度も寸法として定義されなかった面から、寸法を取り出せる人はいません。

自動のメッシュ→ソリッド変換は、一つ目なら満たせます。二つ目は満たすこともあれば満たさないこともあります。三つ目には、そもそも手が届きません。

注目すべきは、この三者が同じ「CAD」という語を使い、しかも誰も自分がどの定義で言っているかを明示しない点です。再構築の品質をめぐる議論は、公差の話に入る前に、ここで食い違っていることが少なくありません。

再構築の手法は二つ、出てくる数値も二つ

スキャンデータから部品を組み直す方法は二つあり、それぞれ違う偏差値が出ます。以下の数値はどちらもスキャンデータに対する平均偏差で、当社の実績値です。業界標準ではなく、当社内部の観測値としてお読みください。この二手法の偏差を規定した標準は存在しません。その理由は、この節の残りで説明します。

手法	スキャンデータに対する平均偏差	得られるもの
現物忠実型NURBS	約0.025 mm（きれいで精度の高いスキャンなら0.01 mmに達することもあります）	表面を忠実に写したモデル。フィーチャーツリーなし。パラメトリック編集はできません。
パラメトリック再構築	約0.1〜0.2 mm。入力スキャンの品質と現物の状態によります	フィーチャーツリーと公称寸法を持つモデル。編集できます。

この表を見て、多くの方は小さいほうの数値に手を伸ばします。これから製造に戻す部品については、それはたいてい逆です。

0.1〜0.2 mmという数値は大きいのですが、一般的な産業用部品では、大きいことに理由があります。

まず、なぜ一つの数値ではなく幅なのか。この幅はモデラーの自信のなさを表したものではありません。モデラーの手の外にある二つの要因を表しています。

• 入力スキャンの品質。穴あき、ノイズ、スキャナが届かなかった死角、治具形状の残り——どれもモデラーに「もう一段の推定」を強います。
• 現物そのものの状態。摩耗した部品、反った部品、型ずれした部品、現場で手直しされた部品は、誰かがスキャナを手に取る前から公称を外れています。

実際の産業用部品——使用済みの鋳物、摩耗した歯車、三度手直しされた金型の片側——は、欠陥を含んだ実表面を持っています。その表面を0.025 mmで写すということは、その欠陥を忠実に写し、そこから製造するということです。

問いを裏返してみます。

なぜ、ずれを高精度で再現し、そのずれ通りに作るのでしょうか。

パラメトリック再構築は別のことをします。変形した穴を見て「これはφ40 H7の穴だった」と提案します。わずかに反った面を見て「これは平面で、データムAに直角だった」と提案します。これは設計意図についての判断であり、外れることもあります。偏差の数値が大きいこと自体は、その判断が正しかった証明にはなりません。モデルがスキャンをなぞっていない、というだけです。判断が正しいかどうかを決めるのは、図面があればその図面、相手部品の機能、そしてお客様の確認であって、カラーマップではありません。

ですから当社は、見積書で見栄えがするほうの数値に寄せるのではなく、その部品が何に使われるのかを先に伺ってから、どちらで組むかを決めます。

現物忠実型NURBSが正解になる場合: 摩耗比較 ・ 熱処理や成形後の偏差解析と変形確認 ・ 自由曲面や手作業で造形された形など、そもそも回復すべき設計意図が存在しない形状 ・ 記録や法的証跡としての保存。

偏差の数値は、何を測ったかを言うまで使えません

ここは測定の専門家が真っ先に気にするところで、同時に数値がいちばん雑に語られるところでもあります。

上の二つの数値はいずれも、モデルとスキャンデータの間の偏差であって、モデルと現物の間の偏差ではありません。スキャン自体にも誤差があります。装置誤差、複数スキャンを合成した際の位置合わせ誤差、反射の悪い面でのノイズ、そもそも取得できなかった領域。スキャンをどれだけ忠実になぞったモデルでも、スキャンが現物から離れている分だけは離れたままです。この二つの誤差要因は合成されますが、合成のされ方は条件によって変わり、単純な足し算にはなりません。

そしてこの数値は、他社と比較する前に定義が要ります。

• 平均か、最大か、RMSか。同じモデルでも、この三つは大きく違います。
• どの範囲を測ったのか。全表面か、機能上重要な面だけか。データの乏しい領域やバリを含めるのか、除くのか。
• どう位置合わせしたのか。全体ベストフィットか、部品のデータム系に合わせたのか。同じ二つのデータでも結果が変わります。

二社の見積もりを比べる立場なら、この三つは必ず聞いてください。即答が返ってくるなら、その数値には意味があります。方法の説明がつかない見栄えのいい数字だけなら、それは仕様ではなく広告です。

当社の場合をはっきり書いておきます。上の数値は平均偏差です。最大偏差は部品とスキャン次第なので、お見積もりの際に御社の部品について個別にお出しします。最大偏差を一つの代表値で言い切るのは、不誠実だと考えています。

同じ部品、三つの判定幅

同じ部品、同じスキャン、同じモデルを、三つの判定幅で見たものです。幅を広げれば面は一様に緑になり、絞れば外れ点が姿を現します。

判定幅	範囲内の点
±0.03 mm	99.9%
±0.02 mm	99.4%
±0.01 mm	98%超

これは判定幅を明示したうえでの網羅率です。手法は現物忠実型NURBS、測定範囲はスキャン全表面。代表値を一つ出していたら、この分布の形は隠れていました。これが分布です。

いちばん厳しい幅から外れた点は、無作為に散っているのではありません。いつもと同じ場所——稜線、隅、そしてスキャナが浅い角度でしか見られないポケットの底——に出ます。スキャナを扱ったことのある方なら、すでに予想がついていたはずです。

そしてこれは最良の例です。剛性のある部品ときれいなスキャンがあって初めて成立します。摩耗した鋳物ではどちらの数値にも届きません。手を抜いたからではなく、物理的な理由によります。

対比のためにパラメトリック再構築を二つ。金型ブロックを±0.1 mm、鋳物を±0.25 mmで判定したものです。稜線に沿った黄色と、深いポケットの青は、パラメトリックモデルが現物の表面ではなく公称形状をなぞっている証拠です。この種の部品で一様に緑のレポートが返ってきたら、それはモデルが設計を提案せずに現物の状態を複製したということです。

専用ソフトを買っても、それだけでは解決しません

よく聞く主張があります。汎用CADではリバースエンジニアリングに足りない、専用ソフトが要る、と。

前半は正しい。後半は、まだ足りていません。

専用ソフトは実在しますし、良いものです。Geomagic Design X（現Hexagon）、PolyWorks|Modeler（InnovMetric）、QUICKSURFACE（KVS, Cambridge）——この分野でいちばん名前を聞く三つです。

そして主要CADはどれも、今はスキャンデータを扱えます。ただしその扱い方は三通りあり、購入する側にはあまり区別して説明されません。

• 標準搭載: SolidWorksにはScanTo3Dがあり、メッシュ（STL, PLY, OBJ）と点群（XYZ, TXT, ASC）を直接読みます。
• 別売: CreoはReverse Engineering Extensionが要ります。CATIA V5はDigitized Shape EditorとQuick Surface Reconstructionのワークベンチを使います。InventorはMesh Enablerアドインを使います。
• 中核機能として、変換なし: NXとSolid Edgeはコンバージェントモデリングで、メッシュをサーフェスに変換せずファセットボディのまま扱います。

道具は障害ではありません。

問題は別のところにあります。これらのパッケージにはどれも自動コマンドが揃っています。自動領域分割、自動サーフェス化、自動フィーチャー認識。押して待てばソリッドが出てきます。偏差チェックは緑のマップを返します。完成したように見えます。

緑の偏差マップが意味するのは、モデルがスキャンをなぞっているということだけです。その部品の機能公差を満たしているという意味ではありません。そして下工程で問題になるものについては、何も語りません。

• 隣り合う二面がほぼ接線連続だが、正確には違う——ツールパスと要求面粗さによっては、加工痕として見えることがあります
• フィレットがフィレットフィーチャーではなく自由曲面パッチで作られている——現場で半径を変えられず、CAMもフィレットとして認識しません
• 穴が真円でない——ボアとして認識されず、スキャン上の変形した穴をなぞって作られたため
• データム系がない——どの面がAなのかを、誰も決めていないため

これらはすべて偏差の判定幅に収まります。すべて緑のマップを返します。そしてすべて、あとから表に出ます——金型工場で、機械の上で、あるいは半年後にエンドユーザーの設計者の机の上で。

これは当社の再構築の一つから取ったフィーチャーツリーです。スケッチ（メッシュ参照） → サーフェス押し出し → ミラー → トリム → フィレット（一定半径）が四回。フィレットはそれぞれフィレットフィーチャーで、誰かが値を変えられます。ミラーが入っているのは、部品が対称であり、対称のままであるべきだと誰かが判断したからです。このツリーを自動コマンドが作ることはありません。ここに入っている判断は、どれもメッシュの中にないからです。

経験のある設計者は複数のパッケージを横断して、最初から描き起こしたかのようなデータを作れます。自動コマンドに頼る経験の浅い設計者は、その中に問題を埋め込んでしまう確率がはるかに高くなります。

差はソフトではありません。それを持つ人に機械設計の素地があるかどうかです——その部品がどう作られたかを見抜き、どこで型から抜けたかを読み、どの面が合わせ面で、どの寸法が公称で、どの寸法が工程ばらつきにすぎないかを見分けられるかどうかです。

ネイティブか、中間フォーマットか

正しく組み直したモデルでも、最後の一歩で無価値になることがあります。届いたフォーマットが違ったという理由で。

STEPとParasolidは中間フォーマットです。どこでも開ける、それが利点です。旅を生き延びるのは形状です。生き延びないのは作成履歴——フィーチャーツリー、拘束、各面の意味です。

一点、誤解されやすいので正しく書いておきます。STEP AP242はPMI（製品製造情報）と幾何公差——公差、注記、製品注記——を運ぶ現行の規格です。これは注記データであって、編集可能なフィーチャーツリーではありません。規格のパラメトリック部分は、CADベンダー側でほぼ実装されていません。AP242が扱うのは意図を伝えることであって、モデルを編集することではありません。

ネイティブフォーマット——受け取る人が実際に動かしているCADのファイル形式——は、履歴を一緒に運びます。

これが検査会社にとって他の誰よりも重い理由は、エンドユーザーが動かしているCADは一つであって、七つではないからです。STEPを渡せば、測ることも加工することもできます。ただし変更はすべて形状からの出発になります。正しいネイティブファイルをフィーチャーツリー付きで渡せば、開いたその日から作業に入れます。

この二つの差は、「この検査会社はCADも出せる」と「この検査会社は使えるCADを出す」の差です。二度目の発注がかかるのは、二番目のほうです。

もう一層あります。モデルに添える2D図面です。JIS、ISO 1101、ASME Y14.5の図面は、記号が違うだけではありません。二つの対立する原則の上に立っています。

• ISO 8015——独立の原則。寸法公差と幾何公差は、図面に関係が明記されない限り、互いに独立に満たされます。日本ではJIS B 0021（幾何公差表示方式）とJIS B 0024（基本原則）がこの体系に対応します。
• ASME Y14.5——Rule #1、包絡の条件。寸法公差が同時に形状も規制します。

同じ図面を二つの規格で読むと、検査結果が変わりうるのです。製図習慣の違いではなく、その部品が合格するかどうかの違いです。

現行版はASME Y14.5-2018 (R2024)とISO 1101:2017、ドイツではDIN EN ISO 1101:2017-09として採用されています。

どちらの体系が適用されるかは図面と契約が決めるもので、地域が決めるものではありません。ただし地域は「図面に何が書いてあるか」と「図面が黙っていたとき現場が何を前提にするか」をよく予測します。ですから原則はこうです——どちらの体系によるかを先に確認し、モデルを作った側の体系ではなく、その部品が検査される側の体系に合わせる。国内向けにJISで描いた部品が、そのまま米国の検査部門に渡ると、ここが食い違います。

PSH Designの位置

ここまでの内容は、当社とお取引があるかどうかに関係なく成り立ちます。この節が短いのは、詳細がリバースエンジニアリング受託のページにあるためです。

PSH Designはハノイの設計事務所で、2009年から活動しています。スキャンデータ、CMMデータ、図面をパラメトリックCADに組み直す仕事を、ドイツ、日本、英国、米国のメーカー向けに行っています。2009年以来年間およそ300点、約3,000時間、不良ゼロ。部品の大きさは数ミリから80メートルまでの実績があります。

納品は御社の名義で行います。スキャンは御社に残ります。お客様との関係も御社に残ります。エンドユーザーに届く一式に当社の名前は出ませんし、当社からエンドユーザーへ連絡することもなく、その後にエンドユーザーから直接受注することもありません。当社のお客様は検査会社であって、検査会社のお客様ではありません。

納品はSolidWorks、Creo、CATIA、NX、Inventor、Solid Edge、AutoCADのネイティブ形式で、STEPとParasolidを併せてお出しします。2D図面はJIS、DIN、ASME Y14.5のいずれの体系でも作成します。

機械部品の標準リードタイムは2営業日です。これを見込みではなく仕様として扱っています。一点の部品のデータが一人の空きを待つことは、まずありません。

時差は2時間です。ハノイはUTC+7、日本はUTC+9——つまり御社の営業時間とほぼ重なります。欧米の外注先でよく言われる「夜のうちに進む」という利点は、日本のお客様には当てはまりません。当てはまるのはその逆で、午前中に出た質問に午前中のうちに答えられるということです。判断待ちで一日を落とさずに済みます。リバースエンジニアリングで日程が崩れるのは、作業時間よりも「確認の往復」が翌営業日に持ち越されるときです。日本語でのご連絡と書類のやり取りも承ります。

2009年以来、年間およそ300点、不良ゼロ。ここでいう不良ゼロとは、使いものにならないとして返却されたモデルが一点もなく、お客様の費用で一から作り直した案件も一件もない、という意味です。すべてのモデルに期限のない保証を付けています。五年後に不具合が見つかっても、無償で修正します。

機密保持について。御社のお客様のデータは、御社のお客様のものです。すべての案件がNDA前提です。ご請求をいただいてからではなく、初めから、追加の手続きなしで適用されます。お客様の形状を当社の資料に許可なく転用することはありません。

入出力の全リスト、部品種別ごとの所要時間、取引条件は受託ページに記載しています。

お引き受けしないもの

お引き受けしないもの: 機械設計の素地を必要としない、純粋なモデリング作業——見下しているのではなく、当社が価値を足せる領域ではなく、もっと安く頼める先があるためです ・ 消費財、玩具、装飾品の自動スキャン→3Dプリント変換 ・ 長期の前提を置かない、一案件ごとのフリーランス的な受け方。

お引き受けするもの: 長期のB2Bパートナーシップ ・ 全モデルに期限のない保証——五年後に不具合が見つかっても無償で修正します ・ NET 30、正規の請求書発行。

まず一点、お送りください

ある外注先が仕事をできるかどうかを確かめる方法は、実際にやらせて見ることしかありません。

一点お送りください。スキャンでも、CMMレポートでも、図面でも構いません。生のままで結構です——穴あき、ノイズ、治具形状が付いたままでも問題ありません。エンドユーザーがどのCADを使っているか、その部品が何に使われるのかをお教えください。古くて薄い図面でも、あるならご同送ください。

こちらから質問を一つ二つお返しし、そのあとモデルをお出しします。ご指定のCADのネイティブ形式、STEP、そして本稿に掲載したような偏差レポートを添えます。費用は当社負担です。御社のCADで開き、測り、編集し、信頼している加工先に見せてください。商談に入る前に、御社の基準で判断していただくためのものです。

基準に届かなければ、失われるのはファイルを送る手間だけです。

一点お送りください →

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