コンピュータ断層撮影における精度と不確実性の探求
2021年2月15日 | ダーク・シュタイナー
3Dスキャンシステムを評価する際には、CTシステムの精度と不確実性に関するさまざまな用語を理解しておく必要があります。このブログ記事では、精度、正確性、許容誤差、測定の不確実性などの用語について説明します。
図1:精度と正確さ
精度と正確性:
正確さと精度の違いを理解するために、図1に示すようなダーツボード上のターゲットを考えてみましょう。
左上のショットは散在しており、右下と比較すると精度と正確性の両方が低い。右上は、いわゆる「良好なグルーピング」を示しており、すべてのショットが互いに非常に近いが、照準点である中心からはあまり離れており、正確性は低いが精度が高い。左下では、すべてのショットが中心付近にあり、一部は第2リング内に散在している。これは、正確性は高いが精度が低いと考えられる。
許容範囲:
公差とは、寸法の上限(最大)値と下限(最小)値の差を指します。言い換えれば、公差とは寸法における許容される最大変動幅のことです。
測定の不確かさ:
ほとんどの場合、人々が精度について尋ねるとき、実際には測定の不確かさを意味しています。ややぎこちない表現ではありますが、「測定の不確かさ」は、CTスキャンに適用される多くの規格で使用されている表現です。
図2:不確実性と許容範囲
図2を見ると、測定値はV1でした。測定の不確かさとは、ある信頼水準において、実際の値がどの程度の誤差範囲にあるかを示す値です。
解決:
CTデータセットを評価する際に知っておくべき重要なパラメータは、データセットに含まれる最小の情報単位であるボクセルサイズです。これは、視野の長さ(または直径)を、一方向に作成されたボクセルの数で割った値として単純に定義されます。
図3:CTシステムの構成要素と視野
ボクセルサイズは、目に見える最小の詳細については何も示していません。1ボクセルサイズの穴があったとしても、それだけでは確実に検出するには情報が不十分です。経験則として、単一の特徴を視認するには少なくとも2×2×2ボクセルが必要です。計測の目的においては、それでは対象物の周囲に正確な表面を作成するには不十分です。「解像度」という用語は、特定の用途に合わせて定義されます。
エラー:
誤差とは、CTシステムの性能を表すもので、特定の条件下での既知の測定値からの偏差です。システムは最大許容誤差(MPE)を満たすように規定されており、1つのシステムに対して複数の異なる仕様が存在する場合があります。誤差は測定の不確かさとは異なります。これは、受入手順の一部として、または使用中のシステムを監視するためにチェックできる値です。誤差は、メーカーが定義する理想的な条件下で測定され、多くの場合、MPE XE = V μm * (L / D mm) で表されます。
適合性:
そのプロセスは特定の測定作業に適しているか?答えは白黒はっきりしている。イエスかノーかだ。
適合性は通常、上記のような状況における問題も対象としています。測定値 V1 は、最悪の不確かさ U を考慮しても許容範囲内です。V2 は、最良の不確かさを想定しても許容範囲外です。しかし、値 V2 が許容範囲内であっても、不確かさによって部品が不良になる可能性がある場合はどうでしょうか。1 つのアプローチは、許容範囲を厳しくすることですが、多くの良品が不良になる可能性があります。一般的に使用されている規格では、適合性調査を実施することでこの問題に対処しています。ゲージ R&R、MSA、VDA5、VDI/VDE 2630 など、複数のアプローチが利用可能です。調査は通常、オペレーターと測定対象を含むプロセス全体を対象とします。
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コンピュータ断層撮影の精度(PDF)