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3Dスキャナー基本のキ!3Dスキャナーの種類を知ろう

3Dデータを元に3次元の立体物を出力する3Dプリンターの目覚ましい普及によって、3Dモデリングの需要の底辺が拡大しています。それに呼応して、インプットサイドでの3Dスキャナーへの関心も高まっています。製造業はもとより、建設、医療、スポーツ、ゲーム制作など、さまざまなジャンルで注目されつつある3Dスキャナーは、今後の技術開発の進展に伴い、ますます需要の増加拡大が見込まれています。

3DCADは入出力を含めたトータルなシステムとして最適化していく必要があります。そのためには、3Dプリンターや3Dスキャナーに関しても、単に装置としてだけでなく、入出力システムとして捉えていくことがCADシステム全体の向上につながります。今回は3Dスキャナーの基本である種類についてご紹介します。

立体物の形状を3Dデータ化する3Dスキャナーには、種類が複数ある

既に馴染みの深い存在となった3Dプリンターが3Dデータを現実の立体物に変換する仕組みだとすれば、3Dスキャナーはその反対、つまり現実の立体物の形状を計測する装置で3Dデータに変換するための仕組みです。

一口に3Dスキャナーと言っても、立体物の形状の計測原理や方式には複数あります。大きく分けると、「接触式」と「非接触式」に分けられます。

センサーで実際に物に触れながら座標を取得する「接触式3Dスキャナー」

接触式とは、文字通りセンサーや探針(プローブ)で現物に接触して、その接触点の凹凸を測定し座標として取得する方式です。そのため、探針が入り込めないような入り組んだ形状については測定が困難です。また、測定できる対象物のサイズに制限があり、あまり大きな物には不向きと言えます。

古くからある方式ですが、非接触式では測れない物を測定できるため、いまだによく利用されています。測定精度は非接触式に比べて接触式の方が優れていますが、測定には時間を要します。

物体に触れずに3次元形状を取得する「非接触式3Dスキャナー」

最近注目されているのが、非接触式の3Dスキャナーです。「光(格子パターン)投影法」や「レーザー光切断方式」など、いくつかのスキャニングの方式がありますが、一般的な原理としては、光線を対象物に当てて反射する時間差や照射角度を解析して3次元形状を取得します。

方式特徴
光(格子パターン)投影法縞パターンを投影して計測する方式。高速・高性能なスキャンが可能で、スキャン面は滑らかなのが特徴だが、暗所での作業が必要となる。
レーザー光切断方式スリットレーザー光で対象物をスキャンしてその反射光をCCDで受光し、三角測距の原理で対象物との距離情報を得て3次元形状を取得する。古典的な方式だが、コストパフォーマンスが良く、ローエンド機からミドルクラス機に採用されている。スキャンが揺れる(表面がボコボコになる)傾向にあるが、明るい場所でスキャンできる。

据え置きタイプとハンディタイプを使い分けると効果的

非接触式には「据え置きタイプ」と「ハンディタイプ」があり、スキャンする対象物や部位によって使い分けることになります。

例えば、人物をスキャンする場合、全身は据え置きタイプのスキャン装置内に人物を置いてスキャンしますが、顎の下や腋の下などの取りきれない部位はハンディタイプで読み取って補完します。

このようにハンディタイプは、固定式ではなかなか読み取りが困難な部分に使われますが、手振れなど、据え置きタイプに比べると精度が甘くなってしまうという欠点もあります。

X線で透視した断面画像を3Dデータ化する「X線CTスキャナー」

接触式、非接触式に加え、特殊なX線CTスキャナーがあります。これは医療分野で利用されているCTスキャンと同じ原理の装置です。接触式や非接触式は現物の表面だけしかスキャンできないのに対して、X線CTスキャナーは内部形状を測定できるため、電極の内部や携帯電話の不良箇所の検査など、分解したり壊したりしなければ分からない場合、いわゆる「非破壊検査」などに活用されています。

ただ、この装置は非常に高価(1億円程度)のため、使用・導入は特定のユーザーが対象となります。

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