3D計測の概要

3D計測・3D測定はモノ作りの原点

3D計測とは、立体的なモノからその形状を3Dデータ化します。
計測対象物に触れることなく表面形状をを精密に表現し、3Dデータ化します。
対象物の実物をアナログ形状を3D計測・測定でデジタル形状に変換します。
プレス品・鋳造品・鍛造品・射出成型品・金型等のリバースエンジニアリング

3D計測・3D測定の活用
製造業で必要とされている要素の、技術者領分、目的、方法、手段、製作、製造、製品の評価。
3D計測データをフィードバックする事で、開発・設計・製造の各情報を共有し活用できます。
品質管理・研究開発・試作品・製品の品質保証・ラピットプロットタイピング等に支援します。

①ポイントデータ ②ポリゴンデータ ③特長面検索 ④ポイントデータとの差確認 ⑤モデリング
a-point b-polygon c-model d-real-time e-surface

非接触3D計測・3D測定システム

非接触光学式3D計測とは
高解像度CCDカメラを2台使用した非接触光学カメラ方式の3D計測でデータを採集します。
CCDカメラとプロジェクションユニットから構成される方式の3D計測デジタイジングシステム、
マルチストラプパターンから異なる光のパターンの縞模様を3D計測の対象物に投影します。
その投影された異なる光のフリンジパターンを2台のCCDカメラで捉え、3D元計測します。
対象物によりレンズ交換をする事で、精度20μ~50μ位相光学式三角3D計測が行えます。
非接触光学式3Dデジタイザーの3D計測システムで実物形状の評価を幅広く提供します。

ATOSカメラ ⇒ 乱反射防止対策 ⇒ ターンテーブルLEDブルーライト3D計測・測定
atos-00 atos-02 atos-03 atos-04 atos-05

Rexcanカメラ プロジェクションからのフリンジパターンフェーズシフト法と空間コード法
カメラ-バック黒-B projector-B-青 パターン投影とモデル 3b-点群 6-ソリッド

非接触式3D計測を利用して3D-CAD化

柔らかい素材も3D計測可能です。
自動車部品、電気機器、電子機器、機械部品、産業機械、工作機械、鋳造品、鍛造品、工業用品、
日用・家庭用品、プラスチック等の樹脂製品など3D計測には材料を問いません。
また単純な形状から複雑な形状まで、小さい物から大きな物まで幅広く3D計測できます。

■ATOS光学式 ■Rexcanカメラ式 ■X線CT装置 ■表形状データ化 ■中形状データ化
02 01 03 04 05

金型の3d計測

既存の金型を3d計測し3dデータ化にすることにより、あらゆるメリットがあります。
手修正された金型は元のCADデータから形状が変わっております。完成した金型データを3d計測とリバースエンジニアリングモデリングで2番型等の再製作に利用できます。

倣い加工でした再現出来なかった金型モデルをリバースモデル化により3D-CADデータからCAMの加工データ作成が可能になり、最新のNC加工機で製作可能になります。

■3d計測 ■点群データ採取 ■ポリゴンメッシュ作成 ■カラーマップ確認 ■CADモデリング
    

 

X線CT3D計測・3D測定システム

X線CTによる3D計測

プラスチック成形品、ゴム成形品、アルミダイカスト、鋳鋼製品、セラミックス製品、マグネシュウム成形品など各製品に対応するX線CT-3D計測システムにて実物から3Dデータ化が可能になります。X線CTにより非破壊で製品内部の欠陷検査、空間構造確認、各種解析、3D計測などが行うことができま。

材料、サイズによりX線出力を選択
225kV出力 CT装置の性能・仕様 (物体の内部を可視化内部構造まで3D化)
3D計測エリア ・・・ プラスチック、ゴム、樹脂類  250㎜×250㎜
3D計測エリア ・・・ アルミニウム等軽金属    φ120㎜以下
3D計測エリア ・・・ 鋳造品、鋳鉄、スチール   φ10㎜~20㎜以下
3D計測精度 ・・・ 20μm (0.02) CADモデリング50μ(0.05)

450kV出力 CT装置の性能・仕様 (物体の内部を可視化内部構造まで3D化)
3D計測エリア ・・・ プラスチック、ゴム、樹脂類  450㎜×800㎜
3D計測エリア ・・・ アルミニウム等軽金属   φ200㎜以下
3D計測エリア ・・・ 鋳造品、鋳鉄、スチール   φ40㎜~50㎜以下
3D計測精度 ・・・ 20μm (0.02) CADモデリング50μ(0.05)

600kV出力 CT装置の性能・仕様 (物体の内部を可視化内部構造まで3D化)
3D計測エリア ・・・ プラスチック、ゴム、樹脂類  300㎜×300㎜
3D計測エリア ・・・ アルミニウム等軽金属   φ200㎜以下
3D計測エリア ・・・ 鋳造品、鋳鉄、スチール   φ200以下
3D計測精度 ・・・ 20μm (0.02) CADモデリング50μ(0.05)

コンピュータ断層撮影(Computed Tomography:略称CT)による3D計測は、
対象物にX線を全方位から照射し、線源と反対側のX線検出装置に到達後、各方向でどの
程度X線が吸収されたかをコンピュータ処理する事で対象物の内部構成を3D計測できます。

Carl Zeissドイツ製  コーンビーム方式   繊細な形状や内部形状の3D計測データ採取が可能
カールツァイス カールツァイス-11 座標イメージ-B 点群 アナログからデジタルへ

X線CTスキャンを利用した3D-CAD

3D計測する毎に対象物を分解・切断せず、測定中に対象物を壊さず内部の形状を採集できます。
対象物の外側からは見ることができない内部構造の分析、欠陥対策、断面調査、形状の確認可能。
アルミダイキャスト、ゴム、樹脂、セラミックス等の素材にもX線CTの3D計測ができます。

 

ナーブス面<自由曲面のCADモデル作成>

サーフエスの面データ・3D計測から面データ作成

表面のみ定義された三次元構造のCADデータで、面の集合体により形状を成す。
中身という概念がないため体積、重量を求めることは難しいが、計算量は比較的少ない。
厚みがない面データはソリッドモデルに比べ自由度が高いため複雑な形状の表現が可能で、
3D計測からNC工作機械用データ作成向きのCADデータが作成できます。

ナーブスのモデリング・3D計測からCADモデリング

工業デザインのような三次元CGに近い、滑らかな立体といえるデータ作成に使用される。
自動車のボディ等の複雑自由曲面の作成や、電子部品や機械部品等の分析に利用。
拡大しても滑らかな立体を表現できるナーブス面処理を分析に利用できます。
モデリング機能で3D計測データを基に面を作成・トリム・面延長等の処理ができます。

3D-CADで広く使われているサーフェスモデリングの利点は、
細かい部分の表現・再現がやり易いことです。
幾つかのナーブス曲線を描きながら、それらのネットワークで自由曲面をも形成します。
細かい形状で成り立っている機構品向きです。

3D計測した点群からラインを抽出し、ラインを利用してサーフェス面作成、面の中は空洞です。点群からライン-四角枠-青 サーフェス作成-04 サーフェス-空-色面サーフェス-黒 垂直修正 

 

3D-CADデータ<リバースCADモデル作成>

ソリッドデータ・3D計測からソリッド作成

表面のみだけではなく中間部分も含まれた物体により表現されるCADモデル。
陰線消去表示、シェーディング表示、体積や重さなどを求める事が可能です。
形の幾何情報の頂点座標値、稜線形状、面の形状情報も判定でき、
和・差・積・集合演算を行う事や、形どうしの干渉の判定も行なえる。

ソリッドのモデリング・3D計測からブーリアン演算モデリング

製品形状をソリッドデータにし重量・重心・体積の計算、解析等に利用が可能。
ブーリアン演算等で実際の材料を加工するような感覚でモデリングできる。
特定部位を切ったり貼ったりでき、大きな変形操作も容易でデータも安定している。
物体の占める空間領域表現、曲面張り合わせで閉じられた領域も表現。
使用ソフトウェアによりリバースモデルのソリッド化、サーフェス化を選択可能。

このソリッドモデルのデータ表現方法は2通りあります。
基本立体:立方体や円筒といった基本的な立体を組み合わせることにより1つの複雑な立体を構成。
集合演算:立体を境界面の集合として表す方法。

引き出し面 ⇒ フィレット(面取り) ⇒ 穴あけ ⇒ 追加 ⇒ 分割
solid-m fillet-c solid-g-kuro solid-f solid-l

 

3D計測と3D-CAD

リバースモデルの可能性

試作モデル・デザインモデル・木型(モックアップ)などの模型・金型の形状から3D計測のデジタルデータを作成して3D-CADで活用できます。

金型、製品等の製品形状を検証する事で、対象物の構造を3Dデジタルファイルとして生成します。
さらに3Dモデルの適合性評価や有限要素解析(構成部位別)・各パーツ及び、治具工具の設計などに
構造分析の技術が3D計測から活用されています。

元データがない場合現物を3D計測・計測データから3D-CAD作成・製作・解析等に利用
3D図ー空 スキャン ポリゴン-B 1、インペラ-製品 5、インペラ-リアルタイム

 

プロダクトデザイン

プロダクトデザインとは、製品を設計する場合に多く用いられるもので、
実際には(粘土)クレイモデル・(木型)モックアップモデルとしてまず型になります。
このデザインは質感を表現しながらアイディアスケッチとして作成されます。

このクレイ(モックアップ)モデルを3D計測で、X・Y・Zの座標値の点群としてデータ生成し、
ソフトウェアで解析して面データうを定義することができます。
アナログ的な製造法で作られたモデルを3D計測によりデジタルデータとして生成できるので、CADで読み込みコンピュータで操作することができます。

製品デザインモデル・ボトルの石膏型・クレイモデル・鋳型モデル・木型モデル等を3D計測でデジタル化
ハンドルレバーグレー ボトル-グレー 花A-グレー バルブ-黒 木型-バックグレー

 

アナログからデジタルへ

アナログの物は、連続した量を他の連続した量で表示しています。数値化(量子化)されていないものは情報量が豊富で再現性も高い、直感的に捕らえやすいくローテクです。現物を3D計測して形状を数値化(量子)することによりデジタル化ができます。デジタル化により、データに関してはメディアを選ばないため保存が容易になります。CD/DVD/HDDなど形状を保存できます。

アナログデータをデジタルデータに変換するデジタイズ。デジタイズの方法として、文章等の人間が入力装置を利用してキーボード操作等ででテキストファイルを作成することが出来ますが、物体をデジタル化するには、3D計測でデジタイジングする方法が多く取り入れられています。呼び方も様々です。3D計測・3D測定・3Dスキャン・3Dデジタイジングなど呼び方がありますが、どれも目的と手段は同じです。

当初は接触式が中心で、メーカも数社ありましたが、3D計測に時間が掛かる難点がありました。その後、レーザー方式、カメラ方式、X線CT方式等の3D計測が次から次へと開発されて、モノづくり現場に取り入れられてきました。精度を考えると、接触式3D計測が有利でしたが、非接触式3D計測の改良が進み、非接触式でも接触式と同じレベル迄向上しました。現在では、カメラ式の3D計測及び3Dスキャンが主流になり、接触式は姿を消しつつあります。弊社で使用していた英国製の接触式3D計測機は数年前に製造中止してしましました。メーカ責任の部品供給も終了しました。弊社は早めに切り替えましたが、乗換へが遅れている業者さんは苦悩しています。

カメラ方式の3D計測機は、メーカの売り込み競争盛んで主な所は導入されてきましたが、十分使いこなしていないといわれています。問題は、3D計測は装置があれば誰でも簡単にできますが、3D計測したデータを3D-CADにする段階でつまづいています。自動で面張りはできますが、普通のCADソフトウェアーで修正や変更ができません。CADで編集できるデータにするには、オート面ではなく、従来のCADで作成しているモデリング方式のデータが必要になります。モデリング方式はオペーレタの知識と経験が必要になります。

弊社はウインドーズが出るまえから、リバースエンジニアリング関係の仕事を行っています。長い間の経験とノウハウは自信があります。ほとんどの案件はリピータのお客様が中心です。

①アナログ型 ②3D計測の見積り ③非接触式3D計測 ④デジタル化 ⑤データ出力
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