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3Dスキャナ（三次元測定機）入門
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- 3. 3Dスキャナの主な用途 ＣＡＴ • 検査 測定データと設計データを比較 RE • リバースエンジニアリング 測定データを3DCAD面データ化 3 ComputerAided Testing Reverse Engineering 3DdoFactory
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- 5. 3Dスキャナの活用事例 • 現物からスペアパーツを製作 • 良品の金型をデジタルデータ化して保管 •金型の摩耗具合を検査 • 組み付けた状態のアセンブリ製品を評価検査 • 3Dプリンタでコピー品、ミニチュアの作成 • 文化財のデータ保存と3Dプリンタで模型作成 5 3DdoFactory
- 6. 必要な機器とソフトウェア • 3Ｄスキャナ機器 • 点群・STL編集ソフトウェア •検査用ソフトウェア • リバースエンジニアリング用ソフトウェア • その他、ハイスペックPC、補助記憶装置など 6 3DdoFactory
- 7. 3Ｄスキャナの種類 • 接触式 or非接触式 • パターン光 or レーザー光 • 設置タイプ or ハンディタイプ • 色あり or 色なし • マーカーが必要 or 必要なし • パウダーが必要 or 必要なし 7 3DdoFactory
- 8. 接触式 or 非接触式 接触式 •センサーやプローブを接触 させて座標を取得する 非接触式 • 物体に触れずに3次元形状 を取得する 8 3DdoFactory
- 9. 非接触式3次元測定機 COMET5 4M 9 ①② ③ ⑤ 測定原理 「空間コード化法」と「三角測量」を組み合わせた方法 3次元データは複数の角 度から撮影し、 取得した画像を合成し ていくことで作成されます CCDカメラ プロジェクタ(光源) ④ 3DdoFactory
- 10. パターン光 or レーザー光 パターン光 •縞模様のパターンのライン を識別することでスキャン レーザー光 • 対象物にレーザー光線をあ ててスキャン 10 3DdoFactory ※画像：システムクリエイトの資料より ※画像：システムクリエイトの資料より
- 11. 設置タイプ or ハンディタイプ 設置タイプ •高精度に測定できる ハンディタイプ • 持ち運びしやすい 11 3DdoFactory
- 12. 色あり or 色なし 色あり色なし 12 3DdoFactory
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- 15. 代表的な3Dスキャナのメーカー • カールツァイス • 東京貿易テクノシステム •丸紅情報システムズ • ミツトヨ • Nikon • FARO • HEXAGON • Breuckmann • 東京精密 • キーエンス 15 3DdoFactory
- 16. 3Dスキャナの落とし穴 • 透明や黒色、光沢のある素材はスキャンできません。 • 全ての形状を完璧にスキャンできません。 •カタログスペックだけでは、性能が分かりません。 • 操作する人のテクニックが必要です。 • スキャン=3DCADデータではありません。 16 3DdoFactory
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- 19. カタログスペックだけでは、性能が分かりません。 19 ●▲◆スキャナ 重量 950g 寸法 150x171x251 解像度0.5mm 精度 最大0.1mm 速度 550,000頂点/秒 範囲 380x380mm 対象物サイズ 300～3,000mm 実際の 形状 解像度 精度 点群 【精度】 点群が実際の形状どのくらい合っているか 【解像度】 点群がどのくらいの間隔でスキャンされているか エッジや細かな形状の再現性の目安になります カタログの精度は、1ショットの性能を評価する記載がほとんどです。 データを重ね合わせて結合する「合成誤差」が生じます。 精度として、単純な精度と点群のバラつき精度、繰り返し測定の精度などがあります。 各社ごとに独自の環境のもとでテストを行っているためカタログのみでの比較の際 には注意が必要です。 機種の選定の際には、実際に3Dスキャンして比較することをオススメします。 3DdoFactory
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- 21. スキャン=3DCADデータではありません。 • 3Dスキャンデータは、点群でポリゴンデータ（STL）に変換され ますが、そのまま3DCADで編集利用することはできません。 • スキャンできなかった箇所の穴埋め、ノイズ処理、修正、ス ムーズ処理などの操作が必要です。 •その後に面貼りやソリッド化作業などを行い3DCAD化します。 21 http://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1204/27/news008_3.html 3DdoFactory
- 22. 点群・STL編集ソフトウェア • 代表的なソフトウェア • Meshmixer※無償 • MeshLab ※無償 （英語） • GOM Inspect ※無償 or 有償 • Geomagic Wrap • Geomagic DesignX • Geomagic Freeform • spScan • Magics • PolyWorks • netfabb 22 3DdoFactory
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- 25. 検査ソフトウェア • スキャンデータと3DCADデータとを比較 • 代表的なソフトウェア •GOM Inspect ※無償 or 有償 • spGauge • PolyWorks Inspector • Geomagic Contorol • Power Inspect 25 3DdoFactory
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- 28. リバースエンジニアリング ソフトウェア • 現物のスキャンデータから3DCADデータを作成 •代表的なソフトウェア • spScan • Geomagic DesignX • Geomagic Wrap • PolyWorks Modeler • TSV-ReverseZ • MIRAGE SHAPE 28 3DdoFactory
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- 30. 測定データを参照してモデリングを行うため、3DCADデータと同様に扱う事ができる。 ○ 測定データが欠落していても、ある程度の要素があればCADデータを作成可能。 3DCADと同品質のデータを作成できる為、3DCADで編集が容易に行える。 ✖ 幾何形状で作成していくので複雑な形状のRE精度が低い。 境界線・面構成を手動で作成し、測定データに沿った曲面を作成できる。 ○後工程で扱いやすい高品質な曲面を、CADに近い面構成で作成できる。 曲率が複雑な曲面も作成できる。 ✖ 手動での作業が多いためデータ作成に時間がかかる 最も一般的なリバースエンジニアリング手法。 点群データから曲率で境界線を作成し、パッチネットワークで面を構成する。 ○ 高精度な曲面も短時間で作成できる。複雑な形状でもREが可能。 ✖ 面構成がCADデータと大きく異なる。 データサイズが大きい。後工程での編集が困難。 リバースエンジニアリング(RE)の手法によるデータの違い リバースエンジニアリングによって作成されるデータには、大きく分けて３種類存在します。 RE後の利用用途に合わせ、最適な3DCADデータを作成します。 例) フィレット追加・オフセット処理、CAM/CAEへの利用など。 GeomagicWrap(旧GeomagicStudio) GeomagicDesignX(旧RapidFormXOR) spScan 自動面貼りタイプ 手動面貼りタイプ ソリッドモデリングタイプ 30 3DdoFactory
- 31. まとめ • 3Dスキャナは万能の機械ではありません。 • 3Dスキャンデータは、点群・ポリゴンデータです。 •検査やリバースエンジニアリングを行いたい場合には、ソフト ウェアが必要になります。 • 3Dスキャナを活用するには、テクニックや工夫といったノウハ ウが必要になります。 • 機器・ソフトウェアの選定をする場合には、カタログのスペック だけではなく、実際に測定してみることをオススメします。 31 3DdoFactory
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- 33. 主な3次元測定器の種類 接触 接触＆非接触 非接触非接触 使用用途(CAT・RE・RP)・測定物のサイズ・精度など目的に応じて利用します。 単純な形状 大きさは均一 対象物が多用 (複雑な形状) 大型部品や 人体、自然物等 対象物が多用 (複雑な曲面形状) CMM式 プローブ式 レーザータイプ -多関節アーム- ハンドヘルド式 (光学/レーザー) 光学式 3次元測定機の種類 測定精度高 低 ※一般的な目安です。測定機の性能・測定対象物によって測定精度は異なります。 取得点数 数百~数千万点 数百万点~数点~数百点 数十万~数百万点 精度が高い 数点の座標値 奥行き方向に強い 3D測定データ (表面性状が荒い) 手軽に取得可能な 3D測定データ (テクスチャ付き) 後工程で使い易い 高品質な3D測定データ (奥行方向に弱い) 33 3DdoFactory
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- 35. 35 いわてデジタルエンジニア育成センター 保有機器について COMET5 4MEinscan Pro レンズ C100/200/400 測定範囲 (XxYxZ) 80x80x60mm （エリア100） 190x190x140mm （エリア200） 380x380x250mm （エリア400） 平均 点間距離 0.040mm （エリア100） 0.095mm （エリア200） 0.190mm （エリア400） 焦点距離(Z) 450mm （エリア100） 850mm （エリア200/400） 単ショット精度 ※注意 ±0.008mm （エリア100） ±0.012mm （エリア200） ±0.025mm （エリア400） 測定点数 2048x2048 (400万点) 計測時間 5秒 スキャンモード ハンドヘルド（手持ち） HDスキャン 高速スキャン スキャン精度 0.1mm 0.3mm スキャンスピード 15フレーム/秒 10フレーム/秒 ポイント距離 0.2mm～2mm 0.5mm～2mm シングルスキャン幅 210mm×150mm 光源 白色光LED スキャンサイズ 3cm～4m 15cm～4m 位置合わせ方法 マークポイント 形状合わせ テクスチャスキャン （カラースキャン） 不可 可（オプションのカラーモ ジュールが必要） 3DdoFactory
- 36. spGauge 様々な位置合わせの方法があり、細かなニーズに対応することが可能です。 GOM Inspect 有償版と無償版があり、無償版でも様々な機能を使用できます。 Geoｍagic Warp(旧 Geomagic Studio) ・・・短時間で精密にCADデータを作成したい！ 自動面貼り機能が優れており、取得した点群データから短時間で高精度のリバースが行えます。 spScan ・・・時間をかけても現物を正確にCADデータを作成したい！ 測定した形状の曲率から境界を作成し、高品質なNUBUS面を作成できます。 面の構成は自分で考えて作成出来るので、CADに近い面の構成でリバースが可能です。 Geomagic Design X (旧 RapidForm XOR) ・・・3DCADと同品質のデータが欲しい。3DCAD上でパラメトリックに変形させたい！ CADと同様のアプローチで形状をリバースできます。また、Parasolidカーネルを使用している為、 各種3DCADとの連携がスムーズに行えます。出力先のCADが対応していれば、フィーチャーツリーごと出力も可能です。 リバース用ソフトウェア 検査用ソフトウェア いわてデジタルエンジニア育成センター 保有ソフトウェアについて Geomagic FreeForm ・・・ペン型3D触感デバイス 画面内の仮想粘土(ボクセルと呼ばれる球の集合体)に対し、削る・やすりをかける・ 引っ張るなどのアナログ的なアプローチで、CADでは表現しきれない複雑形状のモデリング出来ます。 ボクセルモデラー 36 3DdoFactory
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