3Dスキャンとモデリング

26/08/27

3Dスキャンで取得した点群やメッシュデータをもとに、形状を解析し、設計や製造で使えるCADモデルへ再構築する工程です。単に表面形状をなぞるだけでなく、基準面・穴位置・R形状・対称性・公差などの設計意図を整理し、修正や加工、解析に活用できる実用的なデータへ変換します。

1. 精密な現物データの再現

3Dスキャンでは、対象物に接触することなく、現物の形状や寸法を高精度なデジタルデータとして取得できます。表面全体から多数の測定点を短時間で収集し、XYZ座標を持つ点群データとして記録します。ノギスや接触式測定では把握しにくい複雑な自由曲面、細かな凹凸、鋳肌、フィレット、段差なども三次元形状として再現できます。取得した点群は、ノイズ除去や位置合わせなどの処理を行った後、メッシュデータへ変換し、さらに用途に応じてCADデータへ再構築します。設計CADとの比較による寸法偏差、反り、摩耗、変形の確認にも利用でき、図面のない部品の復元、金型の再製作、品質検査、設計変更、保守部品のデジタル保存など、幅広いものづくり分野で活用されています。

高精度なｽｷｬﾆﾝｸﾞﾃﾞｰﾀ取得	ｽｷｬﾝﾃﾞｰﾀ基づくﾓﾃﾞﾘﾝｸﾞ	微細な凹凸も正確にﾓﾃﾞﾘﾝｸﾞ

2. モデリング作業の効率化

3Dスキャンで取得した現物データをもとにCADモデルを作成することで、形状を一から測定・作図して構築する必要がなくなり、モデリング作業を大幅に効率化できます。特に、複雑な自由曲面、鋳造形状、フィレット、段差、取付部などを含む部品では、従来の手作業による採寸や図面作成に多くの時間を要します。スキャンデータを基準として、必要な断面線や特徴形状、基準面、穴、軸などを抽出しながらCAD化することで、現物形状を確認しながら効率よくモデルを構築できます。また、既存形状を活用しつつ、摩耗や変形を補正したり、寸法変更や設計変更を加えたりすることも可能です。これにより、設計工数の削減、納期短縮、再製作や改修作業の効率化につながります。

特に自由曲面など複雑な形状を持つオブジェクトの場合、手動で作成するよりもスキャンデータの活用でモデリング工程が大幅に効率化します。

ｽｷｬﾃﾞｰﾀ利用で作業時間短縮	ｽｷｬﾃﾞｰﾀ自由曲面,NURBS	幾何形状の自由曲面モデリング

3. リバースエンジニアリングに適用可能

製品や部品を3Dスキャンし、取得した形状データをもとにCADモデルを作成することで、既存物の再設計や改良を効率的に進めることができます。特に、図面やCADデータが残っていない古い部品、製造中止品、海外製部品、長年使用されてきた機械部品などでは、現物そのものが重要な設計情報になります。3Dスキャンによって外形、曲面、穴位置、取付部、段差などをデジタル化し、必要に応じて摩耗や変形を補正しながらCADデータへ再構築します。作成したモデルは、部品の再製作だけでなく、寸法変更、軽量化、補強、取付形状の変更、周辺部品との干渉確認などにも利用できます。現物を基準に設計検討を行えるため、改造や更新設計の効率化、保守部品の確保、設備の長寿命化にも役立ちます。

既存製品や部品を3Dｽｷｬﾝ	古い部品の再現,部品の再生	既存の物体の再設計,再活用

4. アーカイブおよび検証が容易

3Dスキャンで取得したデータは、現物の形状や寸法を高精度に記録したデジタルアーカイブとして長期保存できます。図面やCADデータが残っていない部品でも、スキャン時点の状態をデータとして保管できるため、将来の再製作、補修、設計変更、経年変化の確認などに活用できます。さらに、スキャンデータをCADモデルへ変換することで、寸法測定や断面確認、設計CADとの重ね合わせ、偏差解析などが容易になります。新品時と使用後、修理前と修理後のデータを比較すれば、摩耗、変形、収縮、補修量などを定量的に確認することも可能です。こうしたデジタルデータの蓄積と比較検証により、品質管理の精度向上、作業履歴の可視化、判断基準の明確化につながり、製造・保守プロセス全体の信頼性向上に役立ちます。

物理的なｵｵﾌﾞｼﾞｪｸﾄ,実物形状	ﾃﾞｼﾞﾀﾙｱｰｶｲﾌﾞ,形状保存	寸法測定や比較分析が容易

5. デジタルプロトタイピングが可能

3Dスキャンデータから作成したCADモデルは、実物を製作する前にコンピュータ上で形状や性能を確認するデジタルプロトタイピングに活用できます。現物形状を反映したモデルを使用することで、部品同士の組付け状態、干渉、クリアランス、可動範囲などを事前に検証できます。また、CAEなどの解析ソフトと連携することで、強度解析、応力解析、変形解析、流体解析などを行い、使用条件に対する性能評価も可能です。解析結果をもとに形状変更、補強、軽量化、肉厚調整などの設計改良を行い、再度シミュレーションすることで設計精度を高められます。実際の試作品を何度も製作する回数を減らせるため、開発コストや試作期間を抑えながら、問題点の早期発見と製品性能の向上を図れることが大きなメリットです。

デジタルプロトタイピング	部品同士の組付け状態	CAE解析

３DスキャンからのCADモデリング

3Dスキャンモデリングとは、実際の物体の表面形状を3Dスキャナーで測定し、その情報をデジタルデータとして取り込み、三次元モデルへ再構築するプロセスです。スキャンによって取得した多数のXYZ座標は点群データとして記録され、ノイズ除去や位置合わせを行った後、メッシュデータやCADデータへ変換します。複雑な自由曲面や細かな凹凸など、従来の手作業では形状把握が難しい対象物も効率よくデジタル化できることが特長です。工業分野ではリバースエンジニアリング、寸法検査、金型・部品の再製作、製品設計などに利用されます。また、医療分野での人体形状の記録、ゲームや映像制作における3Dモデル作成、彫刻や美術工芸品など文化遺産のデジタル保存にも活用されており、現物とデジタル技術を結び付ける重要な技術となっています。

主な3Dスキャン方法

構造化光スキャン: プロジェクターから縞模様や格子状などの決められた光パターンを対象物の表面へ投影し、その模様の変形をカメラで撮影して三次元形状を測定する方式です。平らな面では規則的に見える投影パターンが、凹凸や曲面では形状に沿って変形します。この変形量を複数のカメラ画像から解析し、三角測量の原理によって各点のXYZ座標を算出します。短時間で表面全体から大量の測定点を取得できるため、複雑な自由曲面や細かな凹凸形状のデジタル化に適しています。取得したデータは点群やメッシュとして処理され、CADモデリング、寸法検査、偏差解析、リバースエンジニアリング、品質管理などに活用されます。非接触測定のため、精密部品や傷を付けたくない対象物にも有効です。

レーザースキャン:レーザー光を対象物の表面へ照射し、その反射光をカメラやセンサーで検出することで、表面の位置や形状を三次元データとして取得する方式です。レーザーの照射位置と受光位置の関係から三角測量などの原理を用いてXYZ座標を算出し、多数の測定点を連続的に取得します。細かな凹凸や複雑な自由曲面を高精度に測定できるほか、ハンディ型では大型金型、自動車部品、機械設備、鋳造品など、測定機へ載せにくい大型対象物にも対応しやすい点が特長です。取得したデータは点群やメッシュへ変換され、CADモデリング、寸法検査、偏差解析、摩耗確認、リバースエンジニアリングなどに活用されます。非接触で短時間に広範囲を測定できるため、製造業の現物デジタル化に広く利用されています。

CTスキャン:X線を対象物へ照射し、さまざまな方向から透過画像を取得して内部構造を三次元データとして再構築する測定技術です。対象物を回転させながら多数のX線画像を撮影し、コンピュータで断層画像を計算することで、外形だけでなく内部の穴、空洞、肉厚、組立状態なども非破壊で確認できます。外部から見えない鋳巣、亀裂、気泡、異物、内部欠陥の検出にも有効で、鋳造品、樹脂成形品、電子部品、精密機器などの検査に利用されています。取得したCTデータから3Dモデルやメッシュを作成し、CADデータとの比較、寸法測定、肉厚解析、内部形状のCAD化、リバースエンジニアリングにも活用できます。分解せずに内部までデジタル化できることが大きな特長です。