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12.22019

3Dスキャナ起源とは?3Dスキャナの有効活用法!

 

現代の様々なシーンで有効活用されている3Dスキャナの歴史とは?

昨今、3Dプリンター同様に突如急速に注目を浴びるようになった3Dスキャナは、様々シーンで有効活用されるツールにまで成長しています。ここでは、あまり知られていない3Dスキャナの起源から現代のトレンド、活用の展望等、色々な点から紐解いていきたいと思います。

3Dスキャナ起源とは?

3Dスキャナの期限は、昔の三角測量(さんかくそくりょう)と言われています。三角測量とは、三角法を用いた測量方法で、ある基線の両端にある既知点から測定したい点への角度を測定し、その点の位置決定をする事です。また、三角法と言うのは、製図で用いられる正投影図法の一つで、正面・平面・側面の三面図で構成されます。正投影図法とは立体を平面上に表す方法の一つで、正確に対象物を表す事ができるメリットを持っていました。

昔は三角法を用いた三面図作成が主流

昔は、三角法を用いた三面図作成が主流な時代でした。三面図作成では、最初に対象物の最も代表的な面を正面図に起こします。基本的に平面図の真上に配置し、側面図は右側面図を正面図の右側に配置、左側面図の場合は左側に配置します。このように、図の配置場所が決まっているので、特に、平面図が正面図に上に配置される点に関しては、誤った配置場所にしてしまうと、第一角法との取り違えが起きたり、正しい情報で作成できない事もあったような時代でもありました。現在、第一角法は主にヨーロッパで活用されており、三角法は主にアメリカで活用されています。日本では、日本工業規格の規定で製品製作における図面に関しては、基本的に三角法で表す事になっており、昔の測量方式は現代の測量現場においても長く伝わる技法となっています。
また、三角測量は三角網(さんかくもう)とも言われており、巨大な三角形群の測量を行う際に指す場合もあります。これは1615年~1617年にかけてオランダの数学者であるスネリウスが行った測量法に由来しています。スネリウスは規模の大きな三角形の測量誤差を最小化する事に成功し、正確に位置測定する方法を発見しました。こうした三角測量法は、1980年代に衛星測位システムが世に登場するまで、大規模な精密測量の際に用いられてきた技法だったのです。

3Dスキャナのこれまでの軌跡とは?

1970年代頃から接触式3Dスキャナーや原始的なステレオカメラでの3Dスキャナー技術は使用されるようになります。接触式3Dスキャナーに関しては、現在非接触式3Dスキャナーを用いても測定する事が難しい、高精度な測定を行う際に用いられています。また、ステレオカメラでの3Dスキャナーについても、後に世の中に登場するようになる光投影式3Dスキャナーの基礎になっています。そして、2000年代頃になってくると、レーザーを用いた光切断方式、タイムオブファイトの3Dスキャナーが誕生します。この時代に販売されていた3Dスキャナーは、対象物の形状を3Dデータ化するという基本的技術は実現できていました。しかし、対象物のカラーが複雑に混在しているモノだと3Dスキャンする事ができず、黒いワークは全てはスキャンが出来なかったり、取り込み精度に関して0.3mm程度だったり、ソフトウェア自体が見づらかったり等、まだまだ課題が多いものでした。

現在の3Dスキャナ

このような過程を経て、最近では3Dスキャン技術が進歩し、機器の精度がアップしたり、今まで取り込み不可であった黒色や鏡面の3Dスキャンを可能にしたり、性能に優れた3Dスキャナーが沢山登場するようになっています。さらに、3Dスキャナーの販売価格も昔と比べて3分の2程度と価格帯がリーズナブルで手が届き易くなり、またハードウェアやソフトウェア自体がとても扱い易くなっている等、技術の進歩が進んでいます。

現代における3Dスキャナのトレンドとは?
3Dスキャナのロボット化

ここ最近は、よく展示会等のイベントにおいてロボット化が目立っていますよね。ロボットアームに3Dスキャナーを固定する事で、自動計測可能な装置開発等が現在進んでいるのをご存知でしょうか?従来のハンディ型3Dスキャナーの場合、人が手に持って対象物の形状取得ができているか否かディスプレイ確認しながらのスキャン作業でしたが、3Dスキャナーがロボット化される事によって、3Dデータ取得状況に関する判断も含めて全自動で行ってくれるようになります。

3Dスキャナの複合化

3Dスキャナーの複合機化では、プロジェクションマッピング機能を搭載した高精度な3Dスキャナーが登場しています。実際に対象物をスキャンし、形状データと設計用の3D CADデータを比較し、その結果を対象物表面にカラーマップ出力する事を可能にしています。3D CADデータとのズレや歪み等を可視化する事ができる為、様々な活用が見込まれています。

3DとIoTの融合

3D CADが登場した事で、機構や外装が3D上で設計可能になりました。構造解析、熱伝導解析、流体解析、樹脂流動解析等も最適化検証が進んでいたり、最近はワイヤーハーネスや基盤設備等に関しても3Dが可能になったり、磁場解析が行われるようになったりと、活躍の場は広がりをみせています。こうした製品群の充実により登場したのが、IoT対応の製品設計です。今後の設計では、メカニカル部分において3D設計する事は元より、IoTを意識した設計が求められるようになると言われています。もちろん、特にインターネットで繋げる必要がない製品に対してはそこまで考える必要はありませんが、サービスを意識した場合、IoT対応の可能性があるものは多い時代になってきています。

3Dとビッグデータ活用

ビッグデータとは、従来のデータベース管理システム等で、記録、保管、解析が難しい巨大なデータ群の事を指します。多くの場合、単に情報量が多いと言う事だけでは無く、様々な種類や形式等が含まれ、非構造化データや非定型的データ群を記録したり保管されています。即座に3Dデータを解析する事ができるので、有用な知見を得る事に繋がったり、新たな仕組みやシステムを生み出す可能性が高まったり、システムとして期待されています。

3Dスキャナのトレンドと今後

近年、ハンディ型3Dスキャナーの需要の伸びには著しいものがありますが、これからはロボット化が進歩していくものと考えられています。また、モノの形状スキャン機能の他に、新たに他の機能が付加した複合機化の進化も予測されています。その他、IoTやビッグデータ活用が進む時代になり、増々3Dスキャナーは進歩していく傾向です。

 

 

3Dスキャナの進化は今後増々上昇傾向?
3Dスキャナ市場の動向

3Dスキャナーの活用分野を見てみると、主に工業用途・医療用途・土木建築用途において導入が進んでいる事が挙げられます。医療用途に関しては、主な対象物が人になる為1m以下の範囲を測定可能な短距離3Dスキャナー導入が伸びています。また、少し前から3Dスキャナーが活用されていた工業用途に関しては、短距離型3Dスキャナーをはじめ50m以下や800m以下の範囲を測定可能な中長距離3Dスキャナーも導入されています。更に、建築物全体や施設全体のように対象物が広範に及ぶ土木建築用途に関しては、2km以下等の長距離型3Dスキャナーが広く活用されています。

現代における3Dスキャナの出荷台数

3Dスキャナーの出荷台数は、2010年度の出荷台数実績では1000万円以上の3Dスキャナーの出荷が860台でしたが、2014年度以降では300万円台の3Dスキャナー機種が登場する等、3Dスキャナー全体の低価格化が進んでいるのが現代の特徴になっています。その影響を受けて、2015年度の3Dスキャナー出荷台数は2100台にまで販売が伸びており、市場規模が拡大している事が伺えます。分野別では工業用途での伸び率が高くなっていたり、また今まで使用される事が無かった医療用途でも大きな伸びを見せていたり、3Dスキャナーの存在感が増しています。

3Dスキャナの試用が期待されている分野とは?

3Dスキャナーの中で主力となってくるのが短距離型3Dスキャナーと言われています。主要分野としては工業用途が挙げられ、設備投資が堅調に推移しているので、リプレイスや増設ニーズも現在は増えています。また、3Dスキャナーの低価格が進んでいる現代では、中小企業での3Dスキャナー導入も増えています。データ精度に関しても、低価格3Dスキャナーでもハイエンド機種と比較しても特に精度面で劣る事はありません。また先程も申し上げましたが、3Dスキャナーの市場規模をさらに拡大しているのが医療用途です。特に整形外科、形成外科、歯科等、美容分野での用途で積極的な導入が現在は進んでいます。その他、現在の3Dプリンターのトレンドと連動して需要が伸びてきている3Dボディスキャン等、コンシューマ向けサービスビューロー、エンターティンメント業界、アパレル業界等、色々なシーンでの活用事例が増えてきています。

3Dスキャナの将来性とは?

3Dスキャナーは、今後も技術進歩していき機器の改良が行われ、私達の生活により浸透してくる事が予想されます。技術的進歩としては、3Dスキャナーに時間軸を加えた4Dスキャンが登場してきたり、多視点撮影された映像から3Dデータを作成するフォトグラメトリ業界、アパレル業界等、色々なシーンでの活用事例が増えてくると考えられます。

 

3Dスキャナは最も期待されるリバース業界について、紹介させていただきます。

EinScan リバースエンジニアリングパックのご紹介:

プロ仕様の低価格3Dスキャナーと、リバースエンジニアリングソフトを提供いたいします。

 

EinScanでは、リバースエンジニアリング用のオールインワンソリューション「リバースエンジニアリングパック」をお客様にご提供します。

手価格のプロ仕様3Dスキャナー「EinScan Pro 2x」及び「EinScan Pro 2x」でスキャンして、高品質の3Dデータを取得し、3D Systems社のリバース用ソフトウェア「Geomgaic Essentials(ジオマジック・エッセンシャルズ)」で、簡単にCADデータに変換できます。

変換したCADデータは、お手持ちの3DCADやCGソフト、ハンドルされているSiemens社のミドルレンジ3DCAD「Solid Edge(ソリッドエッジ)」を使用して、リバースエンジニアリングすることが可能です。

Einscanリバースエンジニアリング・パック

 

Geomagic(ジオマジック)のデータ変換の流れ

「Geomgaic Essentials」は、3D Systems社の強力なリバース用ソフトウェアです。3DCADのワークフローと互換性のある方法でスキャンデータを処理し、3DCADデータを生成します。

生成されるデータは3DCADで扱えるNurbsサーフェスとなります。これにより、3DCADによるリバースエンジニアリングが可能です。また、画が四角のデータに変換されるので、CGソフトでの修正も容易になります。

正確な寸法で CAD変換

自由曲面を サーフェイス化

複雑な形状を 編集可能に

 

パック①:EinScan Pro 2x&Industrial Pack+Geomgaic Essentials+Solid Edge SHINING Edition

パック②:EinScan Pro 2x Plus&Industrial Pack+Geomgaic Essentials+Solid Edge SHINING Edition

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