3次元データ化で「ものづくり」が加速する

近年、様々な業界で３Dスキャン技術を活用して商品開発や業務が行われるようになりました。地形、建造物、工業製品や設備・文化財・医療、部品や小物など、あらゆる規模で業種や分野に適した３Dスキャン技術が使われています。

例えば、工業分野では３DCADを使用した設計が主流となり、より複雑で高度な製品の開発が可能となりました。しかしその反面、従来の接触式の計測方法では複雑すぎて図ることができない状況が多く生まれています。
そんな時に活躍するのが３Dスキャン技術です。

大きなものから小さなものまで3Dデータ化！

航空写真測量

写真合成技術を使い複数の航空写真から地形や建物の3次元データを作成する技術です。

エリアスキャナ、レーザースキャナ

地形や建物の測量で使用されるスキャナで、地上に三脚等で設置して百メートル先まで３Dデータ化する装置です。

製造業で頻繁に使用される装置です。

多関節アームの先端にレーザースキャナを取り付けて３D形状を計測できる装置です。比較的小型で可搬性に優れているので、作業現場に持ち込み計測を行う事も可能です。アーム関節のエンコーダにより先端スキャナの座標を把握して計測を行うのでポイントシール貼付が不要です。アーム長さを超える測定物はアーム設置位置を変える為、スキャンクオリティが低下するおそれがあります。レーザー光源の為、光沢物に強くパウダーレスで計測が可能です。

縞模様やレーザーを測定対象物に投影し、内蔵カメラで撮影して形状を計測する装置です。光源・ワーク・カメラの3点で三角測量を行い深さZ方向、CCDカメラよりXY方向を算出し物体表面の広い範囲を一度に形状取得できる装置です。プロジェクタとカメラのレンズを変更する事で狭い範囲を高密度で３Dスキャンする事も可能な装置のため、形状再現性が高いです。しかし対象物の表面が高光沢の場合は３Dスキャンする事が出来ない為、パウダー塗布が必要となります。影になる部分は測定が出来ない為、カメラアングルやワーク位置を変更して計測します。ワーク上にポイントシールを張り付ける事で座標系をワークに持たせ複数のスキャンデータの合成が行えます。三脚やスタンドが必要な為設置場所に制約がかかる事があります。シングルカメラタイプとステレオカメラタイプがあります。

装置の中に測定ワークを設置し360度回転させ、X線を物体内部に透過、減衰エネルギー値を計算することでワーク形状を計測する装置です。見えない内部の構造をスキャンする唯一の方法になります。質量の大きく異なる素材（鉄とプラスチック）の組み合わせ部品は比重の高い物体形状のみ３Dデータ化が可能です。また、厚みのある金属はX線を透過出来ない為３Dデータ化する事ができません。コネクタ内部の組み付け状況やアルミ鋳造製品の鋳巣検査、容器キャップ部分のシール検査等に効果を発揮します。

手に持って自由に動かしながら３Dスキャンする事ができる装置です。
小型で軽量なので、可搬性の高さを生かして狭い空間に持ち込んで、様々な角度からスキャンができます。
比較的小さな範囲の計測に向いている装置です。

３Dスキャナで計測した３Dデータは使用するソフトによっても変わりますが、概ね点群もしくはポリゴンデータとなります。
３Dスキャナはワーク形状を細かな点座標情報で精細に測定する装置であり、３DCADのような円柱や平面等のプリミティブやNurbs曲面として初めから取得することはできません。

計測方式によっては金属加工面の様な光沢面、黒色、繊維状の表面、ガラス等の透明な製品の計測が出来ない機種や不得意な機種があります。
対象ワークの色味が激しく違う物（白と黒などの対比色でカラーリングされている物）の場合、どちらか一方が計測できない機種もありますので実機によるサンプル計測を行って見極めが大切です。

パウダーを表面にスプレーすることで計測できるようになりますので、スプレーが可能な対象物の場合はあまり気にすることはありません。

形状重視か、色調重視か

ハンディ型スキャナは高精度に対象ワークの表面形状の取得に重点を置いて開発された機種と、形状取得はまあまあに物体表面のカラーテクスチャーを取得に重点を置いて開発された機種と存在します。
文化財等のデジタルアーカイブやエンターテイメント向けの計測はカラーテクスチャー機能が高い機種が向いています。

スキャンスピード

機種選定の際の重要な要素の一つがスキャンスピードです。そのまま作業効率に直結します。
計測方式の違いにより時間当たりの計測できる面積が変わってきます。
一般的にランダムパターン投影方式の方が全体をスキャンするスピードは速い傾向があります。

出力データ形式

スキャンデータを処理するソフトの種類によってはSTLではなく点群のみというソフトがあります。
後工程を考えるとSTL形式でデータを出力できるソフトを使用しているスキャナがよいでしょう。

電源方式

スキャナを稼働させるための電源がAC電源のみの機種、内蔵or外部バッテリー併用式の機種がありますので、実際の使用環境や測定状況に合わせて選定する事をお勧めします。
バッテリー式のメリットは、ノートパソコン内蔵バッテリーと併用して電源の無い環境でも計測するできることです。
予備のバッテリーを準備すればより長い時間計測も可能になるので、屋外や遺跡内部で計測に効果を発揮します。

ATOS（ステレオカメラ）

• 色
  黒色、赤色系、透明、光沢面はパウダー塗布が必要
• 装置
  スタンドへ固定して計測を行う。
  精度の高い計測を行うにはマーカー貼り付けが必須。
  表面形状の再現性が高いので細かいディテールや、完全な立体形状の取得に効力を発揮。
  被写界深度を生かし入り組んだ形状も奥まで形状取得が可能。

Leica+T-Scan（レーザー方式）

• 色
  すべての色、表面状態に対応可能（透明を除く）
• 装置
  ハンディスキャナを持ち運べるので、レーザーで追尾できる範囲は移動可能。マーカーレス。
  機動力を生かし、大きな製品や座標情報取得等に効力を発揮。
  被写界深度が浅いので極端に入り組んだ形状は不得意。