3ｄスキャニングで形状データ採取

🔧 製造業の3Dスキャニングとモデリング

  • 3Dスキャニング：実物の形状をスキャンして、デジタルデータ（3Dデータ）として取得する技術。主に点群データ（Point Cloud）やメッシュデータとして出力されます。

  • 3Dモデリング：スキャンデータを元に、CADソフトなどで編集・修正・再設計して、最終的な3Dモデル（ソリッドデータなど）に仕上げる工程。

製造業の3Dスキャニングとモデリング

🧭 流れ（一般的な工程）

① スキャニング:

3Dスキャナーによる読み取りは、実物の製品や部品にレーザー光や構造化光を照射し、表面形状を非接触で三次元データとして取得する工程です。レーザー式では、照射したレーザーの反射位置や角度、距離などを解析して多数の3次元座標を取得します。構造光式では、縞模様や格子状の光を対象物に投影し、その変形を複数のカメラで撮影して形状を計算します。取得したデータは点群として記録され、複雑な自由曲面、穴、段差、フィレットなども細かくデジタル化できます。測定時には、光沢面・黒色面・透明部品による反射や吸収、死角、振動などに注意し、必要に応じてマットスプレーやターゲットを使用します。得られた点群は、メッシュ化やCAD化を経て、リバースエンジニアリング、品質検査、設計変更、製品開発などに活用されます。

スキャニング

② データ処理:

3Dスキャンで取得した点群やメッシュデータには、測定環境や対象物の表面状態などによって、不要な点やノイズ、欠損、重複データが含まれることがあります。そのため、取得後にデータを整理し、後工程で扱いやすい状態へ整えることが重要です。主な処理には、ノイズや外れ点の除去、複数方向から取得した点群の位置合わせ・統合、欠損部分の穴埋め、メッシュの平滑化やリメッシュ、不要部分の削除などがあります。ただし、過度な平滑化や穴埋めを行うと、本来のエッジや微細形状まで変化する可能性があるため注意が必要です。用途や必要精度に合わせて適切に処理することで、形状を忠実に保ちながらデータを軽量化・最適化し、その後のCAD化、寸法測定、偏差解析、リバースエンジニアリングへスムーズにつなげることができます。

データ処理

③ モデリング:

モデリングは、3Dスキャンで取得・整理した点群やメッシュデータをもとに、設計や製造で利用できる3Dモデルへ再構築する工程です。スキャンデータは現物形状を忠実に表現できますが、そのままでは寸法変更や設計修正が難しいため、平面、円筒、穴、軸、フィレット、自由曲面などの形状要素を解析し、CAD上でサーフェスやソリッドモデルとして作成します。特に複雑な曲面では、断面形状や曲率の流れを確認しながらNURBS曲面などを用いて滑らかに再構築します。また、摩耗や変形をそのまま再現するのか、本来の設計形状へ補正するのかを用途に応じて判断することも重要です。完成したモデルは、設計変更、図面化、部品再製作、解析、金型修正、リバースエンジニアリングなどに活用できます。

モデリング

④ 出力・活用:

出力・活用は、3Dスキャンから作成した点群、メッシュ、サーフェス、ソリッドなどの3Dデータを、目的に応じた形式で保存し、設計・製造・検査へ展開する工程です。STLやOBJは3Dプリントや形状確認、STEP・IGES・ParasolidはCADでの設計変更や部品製作などに利用されます。完成した3Dモデルを使えば、図面が残っていない部品の再製作、既存製品の改良、金型修正、試作品の設計改善、CAE解析などが可能です。また、スキャンデータとCADデータを重ね合わせて偏差を確認することで、寸法誤差、摩耗、変形、反りなどの品質評価にも活用できます。用途に適したデータ形式と精度を選択することで、現物から得た情報を設計から製造、保守まで幅広く活用し、開発期間の短縮や品質向上につなげることができます。

リバースエンジニアリング一般的な工程

🧭 リバースCADモデリング方法例

1枚の羽根を基準に回転モデリングを行う場合は、3Dスキャンで取得したメッシュデータから羽根の輪郭や断面形状を読み取り、CAD上でスケッチ線として再構築します。作成した輪郭線を基準に押出しやサーフェス生成を行い、羽根の厚み、曲率、取付角度などを確認しながら滑らかな面を作成します。また、スキャンデータでは摩耗や変形、測定誤差によって、本来円形であるボスや外周部が歪んだ円として取得されることがあります。その場合は、取得形状をそのまま使用せず、中心位置や直径を解析して真円として作り直します。完成した1枚の羽根を中心軸まわりに規定角度で回転・複製することで、羽根間隔を均等にした設計意図に近い回転体モデルへ再構築できます。

回転機能 押出し・引き出し 真円
リバースCADモデリング回転機能利用 リバースCADモデリング押出し、引き出し機能利用 真円について

3Dスキャンで取得した点群では、角部やエッジ、リブ周辺などにノイズや欠損が生じ、本来の形状が乱れていることがあります。モデリングでは、この不規則な形状をそのまま再現するのではなく、設計意図を考慮して基準面や基準線を設定し、角部には半径寸法を指定した数値的なフィレットを作成します。リブについては厚み、高さ、位置、勾配などを整理し、周囲の形状との関係から規則的に再構築します。また、ボス部分は中心軸や直径を求め、取付面を平面として作り直し、基準面に対する平行・垂直・同軸などの幾何条件を設定します。点群の微細な乱れを除去しながら寸法と拘束条件を与えることで、編集や加工に適した精度の高いCADモデルへ仕上げることができます。

フィレット リブ 平面
フィレット リブ 平面

🧰 使用される機器やソフト

光学式 レーザー式 CT式
レーザー式スキャナー CT式スキャナー

📌 主な用途

  • 製品のリバースエンジニアリング

  • 文化財や遺跡のデジタル保存

  • 試作部品のデータ化

  • 医療分野（義手・義足のデザインなど）

柔らかい素材のスキャン手のフィット感重視設計各種鋳造部品

柔らかい素材 手のフィット感重視設計 各種鋳造部品
柔らかい素材 手のフィット感重視設計 各種鋳造部品

長年使用されたギア、ブラケット、ハウジング、シャフト、ポンプ部品などの現物形状を非接触で測定し、点群やポリゴンデータとして高精度に取得します。図面やCADデータが残っていない旧型設備でも、摩耗、変形、欠損箇所を含めて現状をデジタル化できます。取得したデータは、ノイズ除去や位置合わせを行った後、平面、穴、円筒、輪郭、自由曲面などを解析し、必要に応じて設計意図を反映したCADモデルへ再構築します。これにより、補修部品や交換部品の再製作、予備品の確保、寸法確認、摩耗比較、設計変更などに活用でき、設備の長寿命化や保守作業の効率化、突発的な設備停止リスクの低減に役立ちます。

補修部品の再製作 木型 旧金型
補修部品の再製作 木型 金型の保守

ユニバーサルデザイン、ロボットの外装カバー、文化財のデジタル保存

ユニバーサルデザイン ロボットの外装 文化財のデジタル化
ユニバーサルデザイン ロボットの外装 文化財のデジタル化

 

💴スキャンサービス利用料

＜参考料金＞

一点（小〜中サイズ）単位のスキャン

  • サイズ別価格体系があり

    • S（100×100×100mm未満）: ¥20,000

    • M（200×200×150mm未満）: ¥25,000

    • L（300×300×150mm未満）: ¥30,000

    • LL（600×600×600mm未満）: ¥35,000
      ※難易度に応じて変動あり

  • 金型や工業製品向けに

    • 基本スキャン：¥30,000～（3時間程度）

    • 点群や簡易IGES化：同額（6時間）

    • 追加加工（リバースCAD化）：¥6,000／時間～

 

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