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3Dスキャナーとは？
3Dデータの活用が急速に普及している現在では、3Dプリンター同様に3Dスキャナーへの関心が非常に高まっております。
3Dスキャナーがあれば、製品の計測や検査、また数年前より注目を集めているリバースエンジニアリングも可能となり、さらに3Dプリンターとの組み合わせにより、ラピッドプロトタイピングも実現できます。
最近ではAIを搭載したスキャナーも登場し、様々な場面で活用ができる3Dスキャナーは今後さらに用途が広がり、デジタルプロセスにおける必須のツールとなることが予想されます。
こちらの記事では、そんな3Dスキャナーの基本情報や活用方法、導入事例などを詳しくご紹介いたします。
既に導入済みの方や、興味はあるけどどんなものか分からないといった方まで、是非ご覧ください。
3Dスキャナーとは
3Dスキャナとは特定の物体にレーザーやセンサー等を様々な方法で照射して凹凸を感知し、それを元にデータを作成していく機器になります。
また、3Dスキャナの活用用途は非常に広く、義手や義足の為の人体スキャンや機械部品の試作、医療分野や自動車メーカー業界等でも導入されています。スキャンできる対象物の大きさもどんどん範囲が広がってきており、3Dスキャナの可能性はとても広く、使用される分野も現在急激に拡大しています。
3Dスキャナーの種類
① 接触式
接触式3Dスキャナーでは、センサーや探針（プローブ）を対象物に接触させ、接触した位置の座標を取得するため、センサー等が入り込めない複雑な形状や細かい部分はスキャンすることができません。
また、全体をスキャンするのに時間が掛かりますが、非接触式3Dスキャナーよりも精度が高く、製品の測定や検査に利用されるのが一般的です。
② 非接触式
非接触式3Dスキャナーは最も一般的な3Dスキャナーとされています。
その名の通り、対象物に接触せずにスキャンできる3Dスキャナーで、接触式3Dスキャナーではスキャンできない複雑な形状や細かい部分もスキャンすることができます。
また、非接触式にはハンディタイプと据え置きタイプがあり、対象物によって使い分けることで効果的に3Dデータ化する事が可能です。例えば、人物をスキャンする場合は、全身は据え置きタイプでスキャンを行い、脇の下など複雑な部位でありデータとして取り切れない箇所に関しては、ハンディタイプでスキャンする等、上手く使い分けすることをお薦めします。
- 価格帯、スペック共に数多くの機種があり選択肢が豊富
- 測定環境を選ばず、どこでもスキャン可能
- 取り回しがしやすく、様々な形状に対応
- 接触プローブと3Dスキャナの両立が行える方式
- 構造物やプラント、橋梁など大型の対象物向けの方式
3Dスキャナーを使用する流れ
3Dスキャナーは、対象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。取得したデータは、点群データといって座標情報の集まりから構成されています。そこからさらに、＂座標の点を直線で結んで作った三角形の面＂で覆われた「ポリゴンデータ（メッシュデータ）」へ変換することで、3Dデータとなります。3Dスキャナーの具体的な使用の流れは下記の通りです。
1. 実物の対象物をスキャン
ハンディタイプの場合は、手で角度を変えながら、手動で何パターンとスキャンをしていきます。
通常はデータが多いほど精度が高りますが、ハンディタイプの場合、スキャンをする方の技術次第で誤差が大きくなってしまう傾向があるため、一回一回正確にスキャンしていくのがポイントです。
据置タイプの場合は、対象物を置き換えたり、ターンテーブルで回転させたりすることで、できる限り穴のないデータを作成していきます。製品純正のターンテーブルを使用することで、ある程度自動でスキャンするタイプも増えてきています。
2. データ最適化
スキャンをした後はソフトウェアによる後処理が必要となります。
スキャンしたデータは、選択した位置合わせ方式により、自動で「点群データ」に組み合わされるのが一般的です。
「点群データ」をポリゴンデータに変換したら、後処理を行なっていきます。
面のノイズ（不要な凹凸）をきれいにしたり、穴ができてしまっているところを埋めたり、エッジが取れてしまっているところを修復したりしていきます。
大きくて複雑な立体物ほどスキャン時間が長くなり、データが重くなるため、必要に応じてデータの軽量化を行うことも重要です。
3. 3Dデータの完成
穴のないポリゴンデータとなったら3Dデータは完成です。
完成した3Dデータは「STL形式（.stl）」なのが一般的とされています。
このデータを活用し、3DCADデータと比較したり、3Dプリンターで造形したりすることでさらに用途は広がっていきます。
3Dスキャナーの使用用途
リバースエンジニアリング
スキャンした実物大のF1レースカーの縮尺モデルを作成。コックピット、ハンドル、ウィッシュボーン式サスペンション、リヤ・スポイラ、ウイング・ミラーなどスキャンしにくい細かい箇所をスキャン。製品によってはキャリブレーションも不要なため作業時間の短縮も実現できます。
検査
古い水道管の老朽化テストに3Dスキャナーを使用。
本管を切断しなくて済む非破壊検査技術で多額の費用を削減するとともに、 正確に腐食部分をマッピングできます。
医療
3Dスキャナーを使用すれば短時間のスキャンで済むため、長時間座っていることが難しい患者たちも快適に義肢装具を作ることが可能となります。100%安全なストラクチャー・ライトを使用しているので製品もあるため、 患者だけでなく技術者にとっても 医学の分野において最適です。
文化財の保全
解体することができない全長8mを超すステゴザウルスの全身化石標本などのようなものでもスキャンできます。個々の骨と化石の部位も細部まで3Dスキャンができるため、その後の位置合わせや3Dメッシュファイルヘの変換もスムーズになります。 博物館が希望した通りのディティールを提供可能です。
LINE UP
データ・デザインにて取り扱いをしている3Dスキャナーメーカーをご紹介いたします。
「現実」と「仮想」をつなぐハンディ/モバイル型スマート3Dスキャナー | Artec 3D
「Artec3D Scanners｜アーテック3Dスキャナー」は、最新のセンサー技術/エッジ処理技術を搭載した、ハンディ・モバイル型のスマート3Dスキャナーです。目の前に存在するあらゆる形状を簡単に3Dモデル化し、デジタル主体のプロセス革新を強力に支援します。
導入事例
Artec社製3Dスキャナーを活用し、コスト削減や開発期間短縮に成功した事例をご紹介いたします。
