三次元測定機とは｜接触式と非接触式の違い、精度の表し方と選び方

三次元測定機とは、測定物の表面にある点の3次元座標を取得し、その座標から寸法や形状を計算する機器の総称です。英語では Coordinate Measuring Machine といい、その頭文字をとって CMM とも呼ばれます。

分かりにくいのは、同じ言葉が、プローブで触れて測る機械と、レーザーやカメラで触れずに測る機械の両方を指すことです。どちらを選ぶかで、1回の測定で得られるデータも、測れる対象の条件も、精度の表し方も変わります。

この記事では、接触式と非接触式の違い、機種の系統、測りにくい形状、E0,MPE のような精度表記の読み方、3Dスキャナーとの使い分け、測る前に決めておくことを扱います。機種の比較表と価格の相場は扱いません。

執筆: bestat 編集部

三次元測定機とは

三次元測定機は、測定物の表面上の点の座標を取り、そこから寸法・角度・形状を計算します。ノギスやマイクロメータのように1方向の長さを読むのではなく、複数の点から円や平面といった幾何要素を求める点が違います。

宮城県産業技術総合センターは、三次元測定機による支援についてのページで次のように説明しています。

「三次元測定機」は，立体物の三次元座標（X・Y・Zの座標値）を取得し，三次元的に物体を測定することができる機器の総称です。

同ページは、直線や円・曲線の寸法だけでなく、平面度や平行度も同時に調べられると書いています。二次元的に寸法を調べる測定工具では計測が難しい複雑な形状を、すばやく測定することに向いているという位置づけです。

実際に測る対象は、たとえば次のようなものです。

• 機械加工した部品の穴の位置と直径が、図面の公差に収まっているか

• 樹脂成形品の外形が、金型から狙いどおりの形で出ているか

• 板金部品の面の傾きや平面度

• 歯車の歯形や、はめ合う2部品の合わせ面

日本産業規格でも「座標測定機（CMM）」の呼称が使われており、受入検査と定期検査の方法は JIS B 7440 シリーズが規定しています。カタログや検査成績書に書かれた数値の意味は、このシリーズを手がかりに読み解けます。

接触式と非接触式の違い

接触式はプローブを表面に当てて1点ずつ座標を取り、非接触式はレーザーやカメラで面をまとめて座標を取ります。1回の測定で得られる点の数と配置が変わるため、測れる対象の条件と向く用途も変わります。

宮城県産業技術総合センターは、両者の長所と短所を次のように整理しています。

この2つは別系統の機械ではなく、規格の上でも同じ枠組みで扱われます。JIS B 7440 シリーズは、接触プロービングを第2部と第5部で、画像プローブシステムを第7部、光学式距離センサを第8部で扱っています。

非接触の受入検査は、かつて JIS B 7441「非接触座標測定機の受入検査及び定期検査」という独立した規格でした。この規格は他規格への統合を理由に2015年6月22日で廃止され、移行先は JIS B 7440-8 と記載されています（日本規格協会の規格詳細で2026年9月3日に確認）。

接触か非接触かは、優劣ではなく、測りたい量と対象の条件から選ぶ項目です。

三次元測定機の種類

種類は、本体の構造（据置型か可搬型か）と、測定方式（接触プローブか光学系か）の2つで分かれます。測定物の大きさと求める精度が、どの系統に入るかを大きく左右します。

据置型の構造について、ミツトヨは三次元測定機の基礎知識で4つのタイプを挙げています。

測定室へ運べない対象には、可搬型の多関節アーム座標測定機があります。この形式の受入検査と定期検査は JIS B 7440-12:2019 が規定しており、対応する国際規格は ISO 10360-12:2016 です。

非接触側では、画像プローブシステム付き（JIS B 7440-7:2015）と、光学式距離センサ付き（JIS B 7440-8:2024）が別々の部に分かれています。X線CTのように内部形状を非破壊で観察できる装置もありますが、宮城県産業技術総合センターは、X線CTは機器の特性上、寸法精度を保証できないと注記しています。内部構造の観察向きであり、寸法計測には不向きという位置づけです。

シリーズ全体を並べると、規格が測定方式ごとに分かれていることが分かります。日本規格協会の規格詳細ページで2026年9月3日に確認した現行の構成は次のとおりです。

第4部（スキャニング測定）は切替規格として廃止され、第5部へ移行しています。カタログの精度欄に規格番号が併記されているのは、その数値がどの測定方式の、どの検査項目に対する値かを示すためです。

測れる形と苦手な形

プローブが届く範囲であれば、深穴や死角は接触式で測れます。自由曲面や薄く柔らかい物は非接触式が向きます。黒い光沢面や透明な素材は、光を使う方式が苦手とする代表例です。

苦手な形の中身は、方式によって理由が違います。大阪産業技術研究所は、縞状のパターン光を投影してカメラで読み取る方式の3Dスキャナについて、測定が難しいケースを具体的に公開しています。

• 深穴・溝: 測定光が届きにくく、カメラでも撮影しにくい。目安として、穴は直径と同等の深さまで、溝は幅と同等の深さまでが測定可能

• 鋭利なエッジや頂点: 曲面の測定には適するが角部が苦手で、急激な形状変化を取りこぼして角が潰れる。薄いバリ、細かい刻印、ねじ山はディテールが失われる

• 雌ねじ: 深穴とエッジが複合した要素であり、うまく測定が行えない

• 光沢面・透明な素材: 塗装面やプラスチック、機械加工された金属表面ではノイズが出る。艶ありの黒色（ピアノブラック）は測定が困難で、ガラスやアクリル樹脂も苦手

同研究所は、こうした場合に反射防止の粉末スプレーを吹き付けると測定性が改善すると書いています。あわせて、塗膜には0.01〜0.05mmの厚みがあり、測定寸法に影響を及ぼすと注記しています。スプレーは形を取れるようにする手段であり、塗った状態の寸法をそのまま使えるという意味ではありません。

宮城県産業技術総合センターも、非接触式では方式ごとに苦手な形状・材質・色があり、反射したり透明な素材には測定用スプレー（白い粉体）の塗布が必要だとしています。一方、接触式は変形するものと届かない範囲が測れず、計測する場所すべてに接触するため時間がかかります。測定物の側から見ると、次のように切り分けられます。

精度はどのように表されるか

三次元測定機の精度は「◯µm」という単一の数値ではなく、規格で決められた検査項目ごとに、条件を付けた最大許容誤差として示されます。代表が JIS B 7440-2:2013 の最大許容長さ測定誤差 E0,MPE です。

ミツトヨの解説によれば、E0,MPE の検査では寸法標準器を使い、7方向それぞれ5つの試験長さの測定を3回繰り返します。得られた105個の測定結果が、不確かさを含めてすべて製造業者の示した規格値より小さければ、その測定機の性能が検証されたことになります。合否判定は不確かさを考慮して行うと規定されています。

規格値そのものは、定数の項と測定長さに比例する項の和で書かれます。ミツトヨのCNC測定ヘッドのカタログには、同じ機種の同じプローブに対して、環境温度の範囲ごとに別々の値が並んでいます。

• 19〜21℃: E0,MPE = 2.4＋5.7L/1000 µm

• 15〜25℃: E0,MPE = 2.7＋6.4L/1000 µm

• 10〜30℃: E0,MPE = 3.1＋7.2L/1000 µm

• 10〜35℃: E0,MPE = 3.4＋7.9L/1000 µm

L は測定長さ（mm）です。温度範囲が広がるほど許容誤差の値は大きくなります。同じ機械でも、置く場所の温度が管理されているかどうかで、保証される数値が変わります。温度条件を外して数値だけを並べると、比較の前提がそろいません。

長さ測定以外にも、規格ごとに評価項目が定められています。カタログや検査成績書で見かける代表的な記号は次のとおりです。

測定の不確かさとは

測定の不確かさは、測定結果に付随するばらつきを数値化したものです。ミツトヨは「三次元座標測定機」に関する新JISについてで、従来の「測定の誤差」が測定値から真値を引いた量を指すと整理しています。そのうえで、真値は現実には知り得ないため、厳密には誤差の値も得られないと説明しています。同ページは不確かさを、平たく言えば測定値の真値が存在する範囲だと言い換えています。

この考え方は合否判定の形を変えます。JIS B 0641-1 では、拡張不確かさを含む測定値がすべて仕様を満たしていれば適合、すべて満たしていなければ不適合とされます。測定値は仕様の中にあっても不確かさの一部だけが仕様から外れる場合は、適合でも不適合でもない状態になります。同ページは、この状態について規格が「その測定装置が自動的に受入れ、もしくは拒絶されることはない」と記していると紹介しています。

さらにミツトヨは、三次元測定機で工業製品を測るときの不確かさ推定について、一般的な方法を示すことは現実的ではないとしています。理由として挙げているのは、測定点の配置やデータムの定義といった測定戦略を自由に設定できるため、要因の伝搬過程が変わることです。円の測定で点を1つ増やすだけでも計算はやり直しになる、という例を添えています。

ここから読み取れるのは、カタログの E0,MPE は規格化された条件で機械の性能を確かめた値であり、実際の製品を測ったときの測定結果の不確かさとは別物だということです。「この機械は何µmまで測れるか」という問いは、測る対象と測定手順を決めない限り答えが定まりません。

3Dスキャナーとの使い分け

決められた寸法が公差に収まっているかを判定するなら接触式の座標測定、形の全体を残して設計データと見比べるなら非接触の3Dスキャンが向きます。同じ部品でも、必要としている量が違えば選ぶものが変わります。

宮城県産業技術総合センターは、用途ごとに向く方式を次のように整理しています。

検査記録として使うなら、判定の根拠になるのは公差が付いた個別の寸法です。この用途では、測る箇所と点数を決めて接触式で取るほうが、記録と図面の対応が付きます。一方、図面が残っていない部品の形を復元したい、施工前に現況の形を関係者と共有したい、といった目的なら、面をまとめて取る非接触式が向きます。実物から形状と図面を復元する流れはリバースエンジニアリングで図面を作る手順にまとめています。

非接触で取ったデータは点群やメッシュの形になり、点の座標のほかに色や反射強度を持ちます。ただし、部材の名前や材質の情報は持ちません。何が記録されていて何が記録されていないかは点群データとは何かを整理した記事で扱っています。

面で取ったデータは容量が大きく、専用ソフトと高性能PCがないと開けないことがあります。bestat の 3D.Core for Point Cloud は、大容量点群データを軽量な3Dモデル（メッシュ）へ変換し、最短当日中に確認・計測できる形で提供します（PR TIMES 2026年1月7日）。専用ソフトのインストールや高性能PCは不要で、手元のPC・スマートフォン・タブレットから確認と計測ができます。→ 3D.Core for Point Cloud

測る前に決めておくこと

自社で測る場合も外部へ依頼する場合も、先に決めるのは「何を、どの公差で、どの条件で測り、誰が合否を判定するか」です。この4つが決まっていないと、方式も機種も選べません。

宮城県産業技術総合センターは、三次元測定機の相談時に伝えてほしい内容を挙げています。依頼しない場合でも、この項目はそのまま測定条件の一覧として使えます。

• 利用予定の装置と、測定の目的

• 何を測定したいか

• 測定物のおおよその大きさ

• 希望する精度

• 素材や表面状態（光沢、シボ加工、透明など）

• 全体の形状が分かるように複数の角度から撮影した測定物の写真

• 測定希望の時期

判定の扱いも先に決めておくと迷いません。測定値が公差の内側にあっても、不確かさを含めた範囲が公差の境界にまたがれば、適合とも不適合とも言えない状態になります。この場合に誰がどう判断するかを、測定を始める前に合意しておくと、結果が出てから解釈が割れずに済みます。

測定機が手元にない場合でも、測ること自体は可能です。公設試験研究機関は機器利用と依頼試験の窓口を持っています。宮城県産業技術総合センターは、接触式の三次元座標測定機に加え、ワンショット測定顕微鏡やポータブル3Dデジタイザ、X線CT装置などを公開しています。大阪産業技術研究所も、3Dスキャナの利用について事前の打ち合わせを前提に相談を受け付けています。民間の測定受託サービスを使う選択肢もあります。

機器の導入を検討している場合は、購入前に外部で数点測っておくと、必要な精度と方式を確かめやすくなります。試した結果は、そのまま機種を選ぶときの条件として使えます。

まとめ

三次元測定機は、測定物の表面上の点の3次元座標を取り、そこから寸法や形状を計算する機器の総称です。プローブで触れる接触式と、光を使う非接触式の両方を含みます。

接触式は1点ずつ確実に取るため精度と繰り返し精度に優れ、届く範囲なら深穴や死角も測れます。非接触式は面をまとめて速く取れるため、自由曲面や変形しやすい素材に向きます。一方で、光を使う方式は深穴、鋭利なエッジ、雌ねじ、黒い光沢面、透明材を苦手とします。

精度は単一の数値ではなく、E0,MPE のように規格の検査項目ごとに、環境温度などの条件を付けて示されます。カタログの数値は規格化された条件での機械の性能であり、実際の製品を測ったときの不確かさとは別に考える必要があります。

測る前に決めるのは、測定の目的、対象と公差、大きさ、希望する精度、素材と表面状態、そして誰が合否を判定するかです。機械が手元になくても、公設試験研究機関の機器利用や依頼試験、測定受託サービスから始められます。

よくある質問

プローブとスタイラスは何が違いますか

ミツトヨは三次元測定機用スタイラスの基礎知識で、スタイラスを「測定物に接触する測定子」とし、一般的に軸とボールで構成されると説明しています。スタイラスを測定物と接触させることでプローブが機能し、そのとき生じる信号から測定値を取得します。つまりプローブは接触を検出する装置側、スタイラスはそこに取り付けて実際に対象へ触れる部品です。

同ページは、スタイラスの曲がりやたわみが大きいほど精度が悪くなるため、長さはできるだけ短く、結合するパーツは最小限にすることを勧めています。スタイラスの構成は測定誤差に影響します。JIS B 7440-2:2013 は、Z軸方向に150mmオフセットした状態での長さ測定誤差 E150,MPE を別の項目として規定しています。

三次元測定機で取ったデータは3D CADでそのまま使えますか

非接触式でスキャンしたデータは、STL形式などの汎用的なポリゴンデータとして保存できます。宮城県産業技術総合センターは、このデータを3D-CADや3Dプリンター用のソフトウェアへ読み込めると説明しています。ただしポリゴンは三角形の面の集まりであり、寸法を入力し直して編集できるCADの形状ではありません。編集できる形にするにはリバースエンジニアリングの工程が必要です。接触式で得られるのは測定点の座標と、そこから計算した円や平面の値であって、形状全体のモデルにはなりません。

長時間動かし続けても精度は保たれますか

判断の基準になるのは稼働時間そのものではなく、温度条件と検査の結果です。カタログの最大許容長さ測定誤差は環境温度の範囲ごとに示されており、その範囲を外れた状態での測定は、示された数値の前提から外れます。JIS B 7440 シリーズは受入検査と定期検査の両方を規定しているため、性能が保たれているかは定期検査と日常点検の結果で確認します。連続運転の可否そのものは、使用している機種の取扱説明書と保守契約の条件で決まります。

3D.Core のサービス紹介資料をダウンロードできます。→ 資料ダウンロード

bestat 編集部について

bestat株式会社は、東京大学 松尾研究室発の産業用3Dデータに特化したAIスタートアップです。製造業・インフラ・土木の現場で、画像・動画・点群・360度動画などから3Dデータを生成・処理・活用する「3D.Core」シリーズを開発・提供しています。https://bestat-data.com/3dcore

参考文献

• 宮城県産業技術総合センター「三次元測定機による支援について」（更新日 2026年5月8日）

• 大阪産業技術研究所「3Dスキャナ測定が難しいケース」

• ミツトヨ「三次元測定機の基礎知識」

• ミツトヨ「「三次元座標測定機」に関する新JISについて」

• ミツトヨ「三次元測定機用スタイラスの基礎知識」

• ミツトヨ「座標測定機 Catalog No.16010」（PDF）

• 日本規格協会 JSA Group Webdesk「JIS B 7440-2:2013」「JIS B 7440-5:2022」「JIS B 7440-12:2019」「JIS B 7441:2009」（規格番号・名称・状態は2026年9月3日に確認）