お知らせ

12.182019

3Dスキャナは建設業や製造業で役立つツール!現場で得られる貢献は?

3Dスキャナーの導入は、建設業や製造の分野において様々な貢献をもたらしています。では、実際にどのような事に貢献できているのか、それぞれの分野ごとに詳しく見ていきたいと思います。

そもそも3Dスキャナではどんなモノがスキャン可能なのか?

3Dスキャナは、対象物の表面形状を座標に基づきデータ化し、対象物を3Dモデルに変換する事ができますよね。現在は3Dプリンタの発展に伴い、3D形状取得、検査、測定の分野で広く認知される技術にまで成長しています。しかし、ひとえに3Dスキャナと言っても何でもスキャンできる訳ではありません。透明、黒色、光沢素材等は、3Dスキャンの際に光やレーザーを透過したり、反射や吸収してしまったりする為、上手くデータ化する事ができません。また、動きを止める事のできない対象物の3Dスキャンはできません。3Dスキャナがよく活躍している分野は、建設業や製造業の分野が代表的で、これらの分野では積極的に3Dスキャナはお役立ちツールとして重宝されています。

3Dスキャナーは、対象物の表面形状を座標に基づきデータ化し、対象物を3Dモデルに変換する事ができます。現在は3Dプリンターの発展に伴い、3D形状取得、検査、測定の分野で広く認知される技術にまで成長しています。しかし、たとえに3Dスキャナーと言っても何でもスキャンできる訳ではありません。また、動きを止める事のできない対象物の3Dスキャンはできません。3Dスキャナがよく活躍している分野は、建設業や製造業の分野が代表的で、これらの分野では積極的に3Dスキャナーはお役立ちツールとして重宝されています。

建設業における3Dスキャナの貢献とは?
新築・改修工事の生産性の向上

3Dスキャナーの活用では、既存躯体の解体やコンクリート打設の削減にもなります。5m3削減できるだけでも大きく変わりますね。なので、最近の新築ビルに関しては、前に建設されていた旧ビルを新築ビルに建設する場合、地下室外周布を山留としてその上から新しいコンクリートを打設し、新築ビルを躯体構築する工法が採用されています。
例えば、3Dスキャナーで旧ビルの地下室を計測すると、躯体位置が既存図面と200mm以上の誤差がある部分が判明する等、今までの工程では気付く事の出来なかった欠陥に気付く事ができます。実際の躯体形状に合わせて設計図を調整して解体範囲の合理化が可能なので、解体やコンクリート打設の不要工程を大幅削減する事ができます。
他にも、スケルトンインフィルによる建築改修工事でも、3Dスキャナーは有効活用できます。既存構造図の作成を、内装部分を解体した躯体を点群計測する事で可能にしています。既存構造図の作成を、内装部分を解体した躯体を点群計測する事で可能にしています。既存構造図を基に新設の工夫、構造、設備設計図作成する際に、小さな見落とし等は絶対にあってはなりません。現場計測する際、従来であれば3~4人係で大体一か月はかかっていた作業も、3Dスキャナーの導入によって現地計測作業を2人で約2週間程度の期間で終える事もできます。
このように、現場計測作業に要した人工削減に繋がり、労働生産性も向上したと言えます。また、竣工後は見る事ができない隠蔽部も、現状状況を3Dスキャナで点群データを記録しているので、いつでも情報確認する事ができます。さらに、手計測の場合に必要な現地再計測や追加計測の手間を抑えて高所作業も不要になります。

点群データで現場確認しながら設計

建設を行う際に気をつけたい事は、現場状況を知らずに設計する事です。そこで、詳細な現場状況を設計室でも確認する事を可能にしたのが3Dスキャナーです。3Dスキャナでスキャンする事で、現場周辺を丸ごと点群データ化し、会社でも情報確認する事ができるようになりました。
設計者は、現場を見るのが基本ですが、遠隔地現場では何度も現場に出向く事は難しいものです。それに、今まではカメラやビデオ等で撮影した現場画像から、対象物の寸法を割り出す方法が通常であったので、全面と実際の現状に誤差がある事もよく起こっていました。しかし、現地調査で3Dスキャナーを活用する事で、現場周辺の点群データ化が可能になったので、手戻りのない現状に的確な図面作成を行う事ができます。この事によって点群やマーカー位置の変更作業削減にもかなり効率のよい作業にも繋がっています。また対象物の角度によっては見落とされてしまう障害物等も、3Dスキャンしておけば確実に把握できたり、動画シミュレーションができたり、より明確で分かりやすい設計をする事ができます。

BIMでの用途拡大

建築、エンジニアリング、建設業者ではCAD導入以来、3Dスキャンとビルディング・インフォメーション・モデリング(BIM)の技術展開が現在大きく進んでおり、科学的かつ技術的革命の進歩が著しく伸びています。その素晴らしい活用方法の一つとして、プロジェクト段階で3Dスキャナーを使用し3Dデータ化して、色々と複雑な構造環境を計測スキャンする事を可能にしています。建設現場においてBIMと3Dスキャナを統合する事は、3Dスキャン技術検査の質とプロジェクト承認レベル、大きくアップする事に繋がります。工場図面の情報欠落や現場環境の複雑な状況への対応等、プロジェクト実施中の問題対処に役立つ技術になります。また、この技術はデータ収集や土量計算を行う際にも、便利ツールとして活用する事ができます。3Dスキャナーはコストパフォーマンスが良い事はもちろん、機器の使い易さやデータ収集高精度さ等のメリットも挙げられます。
このように、高精度な3Dスキャナーによって既設構造物、建設現場や、工場、施設、機器の内部配管等、非常に正確なデータ情報を集める事ができる点群データ取得が可能になっています。

製造業における3Dスキャナの貢献とは?
初回製品検査

製造業においてどのような製造過程開発であっても、必ず最初に製造された部品検査は必須ですよね。プロトタイプを少量生産し設計図やCADファイルと比較しながら検査を行う事で、正しい精度で部品製造されているか、重大欠陥の原因を正しく特定する事が必要です。自由形状部品については、従来の測定方法では効率よく正確な測定が難しいので、最も検査が難しいため、3Dスキャナーを使用する必要があります。製造で行われる初回製品検査では、部品の形状や複雑さが様々なので寸法取得を要します。取得作業の際には様々な環境で行われますが、3Dスキャナーにはハンディ型で携帯できるものもあるので、顧客サイト、製造作業現場、サプライヤーサイト等であっても寸法取得の実行が可能です。
品質検査者や計測者は、3Dモデルを使用して物理部品の評価を望んでいるケースが多く、取得は正確さが重要になってきます。なので、完全に検査で必要な全情報を把握できる事が求められています。3Dスキャナーは完全で正確なメッシュモデルを提供する事ができ、従来の測定方法と比較しても大幅な時間短縮に繋げる事ができます。検査プロセスに必要な寸法取得を短時間で測定可能なので、検査担当者も直ぐ作業へ取りかかる事ができます。

未加工の鋳造・鍛造の検査

基本的に鋳造では、未加工部品は重要な幾つかの工程を経て機械加工され最終部品として完成します。未加工鋳造を機械加工する為に十分な材料保持ができるように、寸法検査を実行する事が可能です。3Dスキャンでは、未加工部品を機械上に配置して方向付けを行い、作業に十分な材料を供給されるようにする事ができます。こうした検査では、機械加工を行う部品の中間検査結果も知る事ができるので、未加工鋳造や鍛造物の機械加工を回避できる時間とコスト削減を実現しています。3Dスキャンは、完全な寸法検査を実行する目的として、迅速で正確で効率的なツールとなっています。
鋳造や鍛造検査では、部品の形状や複雑さが様々なので寸法取得を要します。上述しましたが、3DDスキャナーにはハンディ型で携帯できるものもあるので、顧客サイト、製造作業現場、サプライヤーサイトであっても寸法取得の実行が可能です。また通常であれば、品質検査者やオペレーターは、物理部品にたいして対応可能な3Dモデルを活用して評価します。その為、取得データは正確で3Dモデルは完全な検査に必要な情報を含んでいる必要があります。3Dスキャナーは、従来の測定方法と比較して時間を大幅に節約でき、また視覚検査や手動検査治具の高精度検査データよりも簡単に、文書化或いは複製可能な高精度検査データを取得する事ができます。

鋳型や金型の設計・修正

製造業でプレス加工、鋳造、プラスチック射出と言った金型や鋳型製造方法を採用している場合、CADの形状に合わせにくい収縮や物理的現象への対応が必要になります。3Dスキャンで部品と工具の測定では、こちらの物理的現象が部品にどの程度影響を与えるか評価する際に役立ちます。3Dスキャナーで取得した測定結果は、工具の反復設計プロセスの際に参考にする事ができ、鋳型や金型形状と対応している製造済みの部品を正確に監視する事で、設計変更回数削減やCADデータと一致する部品製造が可能になります。
また、元の工具のリバースエンジニアリングにも3Dスキャナーは有効活用する事ができます。工具設計では、様々形状や複雑さを持った部品の寸法取得を要する場合があります。しかし、このような計測では様々な環境で行う事ができる事が求められるケースがよくあります。3Dスキャナーは、設計現場で直接計測する事はもちろん、サプライヤー、お客様の施設、作業場でも計測が可能となっています。金型設計者は、最終鋳造した部品とCADデータが一致するよう、製造過程で収縮とスプリングバックについて考慮する事が大切なので、正確な取得データで工具設計や修正に必要な情報の保持が必要です。
3Dスキャナの中には高精度なメッシュモデルを提供している機器もあります。なので、従来の測定方法と比べて大幅に時間削減する事ができ、寸法取得を短時間測定が可能で、検査担当者も直ぐ作業へ取り掛かる事ができます。

まとめ

近年、モノづくりの産業においては、開発効率化によって製品サイクルの短縮のニーズが高くなっています。現在、作業従事者の高齢化で技能継承難や、それに対応する新しいシステム作りも求められるようになっています。そうしたコスト低減、属人化排除、業務標準化、正確で詳細な測定、リードタイム短縮等、これらの課題の解決策の一つに、3D技術である3Dスキャナーの活用が積極的に進められています。建設業や製造業では、3Dモデルを活用して対象物を成形する3D技術の導入は年々増加傾向を辿っており、今後ますます導入が増加していく事が予測されています。

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