お知らせ

11.192019

3Dスキャナとは?仕組みから選び方まで徹底的に解説!

 

3Dスキャナは世界各国で活用されている!
3Dスキャナ基礎知識とは?

現代では、3Dスキャナは世界各国で開発や使用されており、多くの現場で有効活用されている便利ツールです。ここでは、3Dスキャナの基礎知識、導入する際のポイント、世界における生産成長の理由についてお届けします。

3Dスキャナについて
現代における3Dスキャナの需要とは?

3Dスキャナによる部品の3d形状を正確に計測する作業と言うのは、品質クオリティの確保には必要不可欠になります。特に、ここ最近では特定の寸法公差をはじめ、幾何公差による品質クオリティ保証も求められる事が増えています。また、手作業で形状修正したデザイン、モックアップ、金型、現物保管せずに3Dデータ保存が可能になる事で、その後の設計変更や3Dプリンターを活用した試作品等も容易に製作する事ができます。このような背景から、現代では、光学的にモノの表面形状を非接触で計測する、3Dスキャナのニーズが高まってきてきます。

3Dスキャナとは?

3Dスキャナとは、2Dスキャナのように1枚の画像をスキャニングしてデータにする仕組みと同様で、立体物をスキャニングする事によってそれが3Dデータ化します。3次元デジタイザとも言われています。3Dプリンターとの違いですが、3Dスキャナは特定物体にレーザーやセンサー等を照射する事で凹凸を感知して、それを元にデータを作成していく機器になります。簡単にいうと、3Dスキャナと3Dプリンターの関係は建築士と大工のような関係で、3Dスキャナである建築士は建物建設図を作成するのに対して、3Dプリンターである大工はその設計図を元に建物を組み立てていくようなイメージです。従って、3Dスキャナは3Dデータ設計図を作成し、3Dプリンターはそれを元に樹脂や金属等の素材を用いて立体物を製作して完成させていきます。
また、3Dスキャナは3DCGの現場以外では、義手や義足の為の人体スキャン、機械部品の試作等、色々なシーンにおいて活用可能で、医療分野や自動車メーカー業界でも取り入れられています。立体物であれば何でもスキャン応用が効くので、3Dスキャナの可能性はとても広く、使用される分野は現在急激に増加しています。

3Dスキャナのスキャン方法とは?

3Dスキャナは、対象となる立体物の凹凸を感知する事で、高さX・横幅Y・奥行きZの座標データを取得します。こうして取得したデータと言うのは、点群データと言って座標情報の集まりからできています。点群データは、ポリゴンと言う多角形の集合で形成されたメッシュデータとして変換が行われ3Dデータとなります。3Dスキャナ具体的なスキャンの流れは以下になります。
1.実物の対象物スキャン
スキャンの対象物に対して、精密なフリンジパターンを投影する事で、CCDカメラで変形するフリンジパターンを撮影・処理し、対象物の3D形状を容易でハイスピードでデジタル情報化してきます。
2.データ最適化
3Dスキャンしにくい部位に関して、例えば、データ抜けながらあった箇所は、高性能データ修正ソフトによって、しっかり修正や編集を行う事も可能です。その際には、不要箇所を除去したり、データを軽くしたり、面を綺麗にしたりする等、使いやすいデータに編集する事ができます。
3.3Dデータの完成
3Dスキャンで作成された3Dデータファイル形式は、大体STLデータになっていきます。しかし、3DCADで使用できるファイル形式に変換する事も可能です。

 

3Dスキャナの種類とは?

①接触式
接触式は、その名の通りセンサーやプローブで対象物に接触をして、その接触点の凹凸を測定して座標を取得する方式です。なので、プローブが入り込めない入り組んだ形状の場合では、測定する事が難しく困難と言えます。また、測定可能な対象物にはサイズ制限があるので、あまり大きなモノのスキャンには不向きです。接触型は昔からあるスキャン方式ですが、非接触式では測る事ができないモノの測定が可能なので、現在でもよく利用されています。測定の精度に関しては、非接触式と比較すると接触式の方が高精度で優れていますが、測定するさいには少し時間を要します。

②非接触式
非接触式は、最近注目されている3Dスキャナです。光投影法、レーザー切断方式、X線CTスキャナ等、スキャニングの方式に関しては幾つがあります。一般的な非接触式の原理とには、対象物に対して光線当てて反射の時間差や照射角度解析を行い、対象物の3D形状を取得します。
レーザー光線タイプでは、対象物をスリットレーザー光でスキャンし、その反射光をCCDで受光する事で、対象物との距離情報を三角測距の原理によって得る事で3D形状を取得します。古典的な方式になりますが、コスパが良く低性能な機器からミドルクラスの機器によく採用されています。スキャンが揺れるので少し表面がボコボコする傾向にありますが、明るい場所でのスキャンが可能です。
光投影タイプでは、縞模様やQR等のパターンを対象物に当てて、投影されたパターンの歪みや形状変化を元に形状認識が行われ、対象物の3D形状を取得します。光投影タイプは。ハイスピードで正確なスキャンを行う事が可能ですが、明るい場所での計測が不可なので、暗所での作業になります。

非接触式のポイント

非接触式ではスキャンのタイプを使い分けるのが効果的でお勧めです。非接触式には、据え置きタイプとハンディタイプがあるので、スキャンの対象物や部位で使い分けると、効果的に3Dデータ化する事ができます。例えば、人物を3Dスキャナでスキャンする場合には、全身は据え置きタイプでスキャンを行い、顎下や腋下と言うようなデータとして取り切れない部位に関しては、ハンディタイプで読み取って補完する等、上手く使い分けてスキャンに役立てる事ができます。

③X線CTスキャン
3Dスキャナには、接触式、非接触式の他にも、特殊なX線CTスキャナもあります。X線CTスキャナは、医療分野で活躍されているCTスキャンと同様の原理になる機器です。接触式や非接触式と言うには、対象物に関して表面のスキャンしか行う事ができませんが、X線CTスキャナは内部形状の測定が可能となっています。例えば、電極内部や携帯電話の不良箇所等の検査と言うように、対象物を分解したり壊したりしないと分からない非破壊検査等に活用されています。使用・導入については、機器が高額な事もあり特定ユーザーが対象となります。

3Dスキャナを選ぶポイントとは?

使用目的に最適な測定機器の選択
3Dスキャナを会社や企業等で導入する場合、使用目的が決まっていると言うのが普通です。そうであれば、その使用目的に適した測定法、規模、スペック、特徴等の要素を踏まえて3Dスキャナを選ぶ事が大切です。例えば、従来の主流であった据え置き型と、現在注目されている手軽な計測が可能となったハンディ型がありますが、各機器のメリット・デメリットを理解した上で、用途に合った方を選択する事が重要です。

導入前後の充実したサポート体制
3Dスキャナ導入では、充実したサポート提供有無も大切です。導入後の故障対応、バージョンアップ、トレーニングサービス等は必須です。また、導入前に実際に測定デモを見せてくれるかの有無も確認がお勧めです。

世界の3Dスキャナの生産について
世界における3Dスキャナの生産成長の理由とは?

アメリカの市場調査では、全世界の3Dスキャナ市場が2023年には約6500億ドルの規模へ成長する事が予想されると発表されています。また、3Dスキャナの全世界市場予測でも、3Dスキャナ市場は2017年の約4136億ドルの規模から、年率平均で約8%の成長率で市場が拡大しており、2023円には約6500億ドル規模に到達すると発表されており、世界各国で3Dスキャナの需要や生産が急成長しています。
この大きな成長理由としては、製造業等の現場において製品製造の標準的な基準において3Dが多用化されるようになった事、医療分野での3D利用が広がっている事を挙げています。また、リバースエンジニアリングが広まった事も、3Dスキャナ普及の後押しになっています。

リバースエンジニアリングがとは?
リバースエンジニアリングは、ソフトウェアまたは、ハードウェア製品の構造分析を行わい、製造方法、構成部品、動作、ソースコードと言われる技術情報を調査して明らかにする事です。技術情報の解明は、製品のバグ修正や脆弱性の発見など、セキュリティ対策に有効活用する事ができます。例えば、ソフトウェアを対象にした場合、実行ファイルを逆アセンブル・逆コンパイルする事によって、ソースコードまで遡り解析が可能となります。なので、仕様書では明らかにされない詳細技術情報を得る事ができます。
このように、リバースエンジニアリングは様々な用途で行われています。技術のノウハウを獲得したり、自社製品との互換性を確保したりする目的で、他社製品を解析する事もあります。また、バグ修正、脆弱性パッチ開発、マルウェア解析での脅威分析等、セキュリティ対策の用途として活用される場合も多くあります。

Einscanリバースエンジニアリング・パック

 

世界で3Dスキャナの普及が進む業界とは?

世界的な規模で3Dスキャナの普及が進む業界としては、主に自動車、航空宇宙、防衛産業、製造業等が代表で挙げられます。また、特に3Dスキャナの普及が急速に発展していく業界には、建設業界が大きくクローズアップされています。建設業界では現在、建設用CADソフトと3Dスキャナを連動させた機器の開発や導入に注目が高まっています。中でも、ビルディング・インフォメーション・モデリングの領域において、3Dスキャナの利用拡大が広まってきています。

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