さまざまな製品が登場している3Dスキャナ。産業現場をはじめとした幅広い業界で活躍しています。
3Dスキャナにはハンディタイプや据え置き型などさまざまなタイプがあり、導入することで時間の短縮やコスト面など多くの効果をもたらしますが、正しく計測をおこなうためにはスキャン対象によって適切な製品を選ぶことが大切です。
ここでは、3Dスキャナの概要や用途、導入のメリットなどについて解説します。
3Dスキャナとは？
3Dスキャナは、対象物の表面の凸凹を三次元データ化する装置で、スキャンをおこない得られた点群データをエクスポートするまでがその役割です。3Dスキャナの種類によって対象物に触れる・触れないなどの違いはありますが、物体をスキャンしてデータに変換する点は共通しています。
どんな種類がある？
3Dスキャナは大きく分けて、対象物に触れて座標データを取得する接触式と、対象物に触れることなくデータを取得する非接触式の2種類があります。
また非接触式にはレーザーで計測するもの、パターン光で計測するものの2種類があります。
それぞれについて解説します。
- 接触式プローブ
接触式3Dスキャナはその名のとおり、対象物にプローブ（深針）を接触させて表面の凸凹をスキャンし三次元データを得るものです。非接触式3Dスキャナが登場する以前から使われてきました。
複雑な形状の対象物には、プローブが入り込めず、正確な情報が得られない場合があります。また、測定可能な対象物の大きさにも限界があることや、測定に時間がかかるというデメリットもあります。非接触式の3Dスキャナが登場し進化をとげて以降も接触式でしか測定できないものや、大量点群を必要としない測定ニーズもあるため、接触式3Dプローブは現在も使われています。
- 非接触式3Dスキャナ
非接触式3Dスキャナは、対象物に触れることなくスキャンし三次元データを得るものです。レーザーなどの光線を発し、対象物がどのように反射するか、時間や角度を解析してデータにします。
- レーザー光線方式（非接触式3Dスキャナ）
レーザー光を利用した非接触3Dスキャナには、3つの計測方法があります。ラインレーザーを交差させた状態で対象物に照射し三角測量の原理を使って距離を計測する三角法方式、レーザーが返ってくる時間とスキャナ移動方向から角度を計算し三次元位置方向を求めるTOF（タイムオブフライト）方式、変調させたレーザー光を当て戻ってきた拡散反射成分の位相差から三次元位置情報を求める位相差方式です。
小さな対象物には三角法方式と位相差方式、建造物など大きな対象物にはTOF方式がもちいられます。
球体を利用したリフレクタ計測、ハンディタイプスキャナーによる非接触三次元形状計測、ワイヤレスプローブT-Probeによる三次元寸法計測が可能なレーザートラッカーと組み合わせて使用するスキャナをご紹介します。
- 格子パターン光投影方式（非接触式3Dスキャナ）
スキャナのプロジェクタから縞模様のようなパターン光を照射し、パターン光が対象物の凸凹で変化する様子から三次元データをスキャンします。比較的精度の高いデータが得られる点やLEDを使用しているため人体にも使用でき、カラーデータも取得できるなど、さまざまなメリットがあります。
持ち運びしやすくワイヤレス計測が可能でありながら高精度をほこるハンディタイプの非接触式3Dスキャナをご紹介します。小さな穴を見逃さない独自の穴抽出機能や、ターゲットマーカーレスでの計測が可能です。
3Dスキャナの使用用途はなに？
3Dスキャナは、三次元データ取得を目的に使用されます。すでに幅広い用途で使用されており、実在する物体や建造物、生物などのスキャンも可能です。
製品開発や品質管理など、さまざまな場面で活用されています。
形状変化や不具合の発見・解析
対象物をスキャンしたデータと以前のデータを比較し、形状変化や不具合がないかの発見や解析に使用されています。これまで計測機器を使って目視でおこなわれてきた形状変化や断面検査が、3Dスキャナで簡単・確実におこなえるようになりました。人の手による技術や認識の差がなくなるため、誰でも一定の品質管理ができます。
ソフトウェアでデータの情報処理をおこなうことで見逃しもなくなり、湾曲形状など目視での検査が難しかった物体の検査も可能になります。
リバースエンジニアリング
リバースエンジニアリングは実際の製品を分解や解析して、その仕様や仕組み、構造、設計などの情報を得るプロセスのことです。製品を分析して設計図をつくるだけでなく、深く動作原理や製造方法を知ることを目的にしています。これまで手作業でおこなわれていたリバースエンジニアリングに3Dスキャナを使用することで、コストや時間の大幅な削減が可能となり、製品開発の効率化につながります。
リバースエンジニアリングは、すでにある製品の外観や性能を改善して新しい製品の開発につなげることにも応用されています。設計図が存在していない古い製品の再生産や修理、競合他社の製品との比較・分析・解析などにも使われています。
デジタルアーカイブ
3Dスキャナは、文化的・歴史的に貴重とされる遺産や美術品、建造物などをスキャンしデータとして保管するデジタルアーカイブにも活用されています。貴重な資料を次世代につなげることや、研究・教育の現場にも活用されており、遺跡や古代遺物の修復に必要な前処理としての役割も担っています。
カメラ式非接触3Dスキャナとは？
カメラ式非接触3Dスキャナは、測定対象物の表面形状をカメラで撮影し、非接触で測定データを取得する測定機です。
東京貿易テクノシステムで取り扱うカメラ式3Dスキャナは、縞模様を照射するプロジェクタと測定対象物に投影された縞模様を撮影する高精度カメラの2つで構成されています。使い方は次のとおりです。
- 測定対象物を専用回転テーブルに乗せ、テーブル一周を何分割で撮影するか設定してからスキャンをスタートします。
- スキャナはまず、プロジェクタから青い縞模様のライトを測定対象物に照射します。
- 2つのカメラがその縞模様が当たっている対象物を撮影し、点群を取得します。
カメラ式3Dスキャナを使うと微細形状の再現性が高いデータが得られます。
TTSのカメラ式3Dスキャナのよいところ
東京貿易テクノシステムが提供しているカメラ式3Dスキャナの特徴をご紹介します。
形状再現性の高さ
東京貿易テクノシステムのカメラ式3Dスキャナには、2つの高性能カメラが搭載されています。カメラの画素一つひとつに測定点があり、2つのカメラがそれぞれ異なる角度から撮影することで、瞬時に数百万点の測定がおこなえます。
取得できる点群は細かく均一で、ノイズが少ないことが特徴です。そのため複雑な形状も忠実に再現でき、局部的な変形や凸凹も見逃すことはありません。
複雑な形状も再現できることから、鋳造品や樹脂成型部品など、細部が重要な測定対象物にも多く使われています。また、最近ではリバースエンジニアリングにも活用されるようになってきました。図面が存在しない金型や部品の忠実な再現にも役立っています。
テクスチャーマッピングも可能で、フルカラーで計測対象物の色情報をポリゴンデータと一緒に管理できます。光学式では死角となる奥深いエリアの測定も、プローブツールの使用も可能です。
今後さらなる活用の拡大が見込まれる3Dスキャナ×3Dプリンターの組み合わせにおいては、いかに精度や再現性の高いデータが得られるかが重要となります。その点、東京貿易テクノシステムのカメラ式3Dスキャナの精度の高さは大きな強みになります。
ターゲットシール不要！
3Dスキャンをする際、ターゲットシールと呼ばれる、測定データ同士を合成して1つの座標系にアライメントする際にドーナツのようなシールが必要な場合があります。
東京貿易テクノシステムは、ターゲットシールが不要でソフト上で位置合わせのポイントとなる箇所をクリックするだけでデータをつなぎ合わせる「カメラ式3Dスキャナ」を提供しています。そのため、ターゲットシールの費用がかからず、シールを貼ったり剝がしたりする手間も不要です。粘着物質が残る心配もありません。コストや時間だけでなく、対象物に触れることなくスキャンできるメリットがあります。
ターゲットシールをあえて貼ってスキャンする方法もなかにはあります。その機能については、以下のページでご紹介しています。
可搬性よし！
東京貿易テクノシステムのカメラ式3Dスキャナは、持ち運びしやすいのも特徴のひとつです。金型などの重量物を測定場所まで運んで持ってくる必要がありません。必要であれば、カメラ式3Dスキャナを持ってお客様のもとへ出向いて検査することも可能です。
可搬性のよさは、スキャンプロセスの効率や安全性の向上につながります。
手軽にスキャンできる！ハンディタイプ3Dスキャナとは？
ハンディタイプの3Dスキャナは、その名のとおりスキャナ本体を手に持ってスキャン操作ができます。カメラ式は据え置いた状態でスキャンするため、計測範囲が限定されます。製品によっては、専用のテーブルに乗らないものは測定できません。
一方ハンディタイプは、ワンショットの計測範囲は決まっていますが、ショット数を重ねれば計測範囲は無限に広がります。手に持てるほどコンパクトな本体なので、収納ケースも小さく、可搬性に優れています。重量は1〜1.2㎏ほどで、誰でも扱いやすい重さとサイズ感です。動かせない対象物のスキャンにも適しており、操作スペースが限られる環境での操作も可能です。
また、据え置き型スキャナでは部分的にしかできなかった大きなもののスキャンにも使えます。ターゲットマーカーの準備に時間を費やすことなく、高精度な測定がおこなえます。
さらに、パソコンとスキャナ間の通信ケーブルや電源ケーブルをなくし、ケーブルレスでのスキャンも可能です。対象物周辺を移動しながらスキャンできるなど、作業性向上に役立ちます。
動画でも測定原理や特徴をご紹介しておりますので、よろしければご視聴ください。
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