xToolスマートフォン スナップショットプレビューの紹介

レーザー加工の分野では、わずか1ミリの誤差でも作品を台無しにする可能性があります。従来の内蔵カメラ付きモデルは視覚的な位置合わせが可能ですが、解像度の低さや固定取り付けによる画像の歪みにより、実際の加工誤差は2〜6ミリに達することがあります。現在、スマートフォンによるスナップショットプレビュー技術を活用することで、この誤差を0.2ミリにまで抑え、位置精度に飛躍的な進化を実現しました。

内蔵単眼カメラの精度限界について

加工対象物の理想的な上面図を再構成することで、カメラは目に見えない形で全ての寸法情報を取得できます。

このため、上面画像に基づいて、ユーザーは加工対象と実際の対象物とのサイズや位置の差をホストコンピュータのソフトウェア上で直接確認でき、事前に仕上がりをプレビューできるという直感的な体験を提供します。

しかし、対象物の凹凸があると、カメラ画像に歪みが生じます。カメラの視野は二次元であり、レーザー加工面に配置された三次元の物体との間にズレが生じる可能性があります。特に曲面領域は歪みの影響を受けやすくなります。

さらに、「想定高さ」以外のピクセルに対しては（カメラは特定の高さに基づいて画像を復元するため）、その位置を誤認識することで大きな誤差を引き起こします。

カメラが装置の特定位置に固定されている場合、次のような問題が発生します：

• 強制的な遠近歪み：物体表面の凹凸により画像が歪み、誤差が生じます。例えば、45度の角度から撮影された画像では台形歪みが発生し、端部の誤差は最大1.5ミリになります。
• 高さに対する感度：カメラと検出面の高さ関係を誤認することでモデル誤差が生じます。たとえば、カメラが加工面より30センチ高い位置にある場合、1センチの高さの変化で0.3ミリの誤差が発生します。
• 反射材による干渉：金属などの反射性素材は、キーポイント認識のずれを引き起こします。
• 画質の低さ：照明条件や画像解像度の影響で視覚的な位置合わせ精度が低下する可能性があります。

したがって、内蔵単眼カメラを搭載したレーザー機器は、高精度を要求される加工環境には適していません。

 内蔵単眼カメラによる台形歪み

スマートフォン スナップショットプレビューの中核技術

スナップショットプレビューとは、スマートフォンやタブレットなどの高解像度カメラを使って背景を撮影・処理し、視覚的に加工エリアを確認できる機能です。作業領域の画像をスマートフォンから取得し、歪み補正や遠近変換によって、歪みのない高解像度画像を生成します。これにより、画像上のピクセル座標が実際のレーザー座標と一対一で対応することが保証されます。

操作手順

ステップ1：xToolデバイスをスマートフォンまたはタブレットに接続します。

ステップ2：「スナップショットプレビュー」機能をタップします。

ステップ3：ベースプレートを合わせて、指示に従い写真を撮影します。

ステップ4：プレビューして加工します。

スマートフォン／タブレット上でプレビューと加工が可能です。

PCで加工を行う場合は、まずPC上のQRコードをスキャンします（初回のみ必要、以降は自動同期）、その後PCでプレビューと加工を行います。

原理

1. カメラの歪みを補正します。

2. 「ステッカー」の中心座標を特定します。

3. 画像の遠近を平坦化し、作業エリアを編集します。

4. ソフトウェアに画像を表示します。

ダブルキャリブレーション

原理

最初にカメラキャリブレーションを行い、カメラのパラメーターおよび歪み係数を取得します。その後、画像を補正し、ステッカーの座標をフィッティングします。

手順

※注意：レーザーヘッド本体のキャリブレーションが先に必要です。

ステップ1：ドットグリッドによるパターンを彫刻します。

ステップ2：複数の角度から20秒間のビデオを撮影します（焦点距離は固定）。

ステップ3：キャリブレーション完了。

M1 Ultra テスト

テスト方法

2台のM1 Ultraデバイスに対して、2つのレーザーヘッドと5台のスマートフォンを使用してダブルキャリブレーション精度テストを実施します。キャリブレーション後に距離を測定し、ドットマトリックスを彫刻した後、写真を撮影して位置合わせを確認します。補正後の画像上でドットが加工要素と正確に一致しているかを確認し、ずれがあればxTool Creative Spaceの定規機能を用いて誤差を測定し、結果を記録します。

テスト結果

合計100件のデータセットをテストした結果、90件はフルフレーム誤差が0.2ミリ未満であり、10件は0.2ミリを超える誤差がありましたが、それらはすべて画像の端や角に集中していました。したがって、この一連の検証により、本機能は画像領域の90％で誤差0.2ミリ以下、フルフレームで誤差0.5ミリ以下の精度を実現できることが証明されました。

データ出典：xToolラボ 2024年11月 テストレポート（試験装置：xTool M1 Ultra）

ダブルキャリブレーション効果とカメラのアライメント機能による撮影角度が良好であれば、薄い材料を対象としたスナップショットのフルフレーム誤差は±0.2ミリ以内に収まります。ただし、カメラキャリブレーション機能には限界があり、画像の端部では補正精度が理想的とはいえません。そのため、キャリブレーション画像およびアライメント画像におけるステッカーの配置、ならびに撮影角度には厳密な条件が求められます。ステッカーは画像の四隅に近すぎないように配置し、撮影角度はできるだけ平行にする必要があります。

具体的な要件は以下の通りです：

• 水平方向では、ステッカーの中心位置と画像端の距離は画像の幅の11〜14％であること。
• 画像の縦横比が16:9の場合、垂直方向ではステッカー中心と端との距離は画像高さの16〜21％であり、縦横比が4:3の場合は12〜16％であること。
• 撮影角度およびベースプレート角度は±10度以内であること。

スマートフォン スナップショットプレビューの利点

精度における飛躍的向上

高解像度カメラの活用

従来の内蔵カメラ（例：500万画素）と比較して、1600万画素のスマートフォンカメラは約3倍の解像度の画像を提供できます。

精度が10倍向上

スマートフォンの歪み誤差はダブルキャリブレーションによって解消され、加工精度は0.2ミリに達します。これは、1〜2ミリの誤差を持つ内蔵単眼カメラと比較して、精度が10倍向上していることを意味します。

デバイス間のシームレスな連携

スナップショットプレビューは、QRコードのスキャンとデバイスメモリ機能を統合し、スマートフォンで撮影した背景画像を自動でPCキャンバスに挿入できます。従来のプロセスと比較して3つのステップを省略でき、準備時間を40％短縮します。