3D計測の概要

3D計測・3D測定はモノ作りの助っ人

実物の形状をパソコン上に取り込みデジタル化にするために3D計測を行います。
現物の製品や金型のアナログ形状を3D計測・測定でデジタル形状に変換します。
国内に生産拠点を移すことで国内の研究開発機関と連動し、研究から開発、生
産までを1ヵ所でまとめて管理できるワンストップが進んでいます。
海外生産からの国内回帰にリバースエンジニアリング技術が利用されています。

＜ブローグ＞電動の原付二輪車は、電動モーターを搭載した電動の原付二輪車バッテリーに充電した電気を使い、モーターを動力として走るバイクを指します。2025年には、原付二輪車の新しい規制が施行される予定です。厳しい排ガス規制に対応できなくなった原付自転車は大きな変革が求められている。原付バイクの交通ルールが適用されるので、スピードも原則上限30km/hに規制されます。モバイルパワーパックe、モバイルバッテリーとして使用できる小型の外付けバッテリー搭載で
１回の充電で40km以上が走行可能で、最高速度は45km/hとされる電動バイクが発売予定されている。今後どんなモデルが登場するのかが期待されている。二輪車や原付バイクからの二酸化炭素排出量を削減するため、電動自転車を導入する企業や個人に対し政府が費用の一部を補助されます。

＜ブローグ＞洋上風力発電は、海上や湖上などの洋上に設置された風力発電機から発電される再生可能エネルギーを指します。海岸付近の海流を利用して発電する、海岸付近の海流は、風力を利用して発電するオフショア風力発電は、近年、環境保護や温室効果ガス削減などの環境問題への対策として注目を集めています。風力発電の種類としては、風によって回転するタービンを備えた塔状の装置の風車式発電、風力を利用して発電するための装置の風力タービン式発電などがあります。洋上風力発電機は問題もある、1. 建設費用が高い 2. 風力が不安定なため、発電量が不安定である 3. 海洋環境に影響を及ぼす可能性などがあります。

アナログ方式の物づくり
製品モデルの原型を倣い棒を押し付けながらマスターに添わせて加工方法。 複雑な曲面形状をもつ部品の加工に使用されていました。現在は、数値制御工作機械が使われるようになり、あまり使われなくなってきました。
デジタル方式の物づくり
製品モデルの原型を3D計測機で３Dスキャニングしてデジタルデータに変換。データをパソコンに取り込み専用のCADソフトウェアでCAD編集を行い、CAD/CAMに変換して数値制御工作機械や自動機等で加工できます。

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精度確認　　⑤モデリング

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。

①ATOSカメラ　②乱反射防止対策　③ターンテーブル　④LEDブルーライト　⑤3D計測・測定

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。

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。

①3ｄ計測　   ②点群データ採取　   ③ポリゴン編集　   ④精度確認　   ⑤CADモデリング


3ｄ計測・測定・事例　＜共通フォーマット提出  IGES   X_B   STEP   他＞

＜鋳物部品＞アナログ技術とデジタル技術の融合,伝統的な職人技能を導入し3D-CADシステム用デー提出。
 ・ ＜鍛造部品＞熟練者の技術の伝承と設計の3D化に３D計測データとリバースエンジニアリングを利用。
＜プレス金型＞トライアル修正およびチューニング後３次元ータからスプリングバックシミュレーション用
   ＜樹脂成型金型＞流動性、ウエルド位置、ヒケ、反り等の解析用、コンピュータ上仮想試作用データ。
＜プラスチック＞ウェルドライン、エアートラップ、ヒケ、不均一収縮等の射出成形用金型の最適化利用。
   ＜車両品＞シミュレーションモデルの普及を図るCADデータ、現物からモジュール型の開発用データ
＜スクリュ＞スクリューシャフト. 軸と羽根、一体型のスクリュー等のコンピュータ上仮想試作用データ。
   ＜タービン翼＞次世代構造部材創製・加工技術開発用データ、材料等の高付加価値技術開発用データ。
＜ガラス型＞ガラスの型物を制作する原型とする石膏製の型、職人技術とCADシステムのデジタル技術融合
   ＜携帯電話筐体＞3Dデータの一貫活用筐体設計と金型設計等に利用、精密金属プレス型の３Dデータ化。

 

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、サイズにより装置を選択＜２２５kV出力＞＜４５０kV出力＞＜６MV出力 ＞
◆プラスチック、ゴム、樹脂類等の最大可能サイズ４５０㎜×８００㎜以下　◆アルミニウム等軽金属等の最大可能サイズΦ２００㎜以下　◆鋳造品、鋳鉄、スチール等の最大可能サイズΦ２００㎜以下　◆精度は、ＣＴ計測２０μｍ(0.02) ⇒CADモデリング５０μ(0.05)～100μ(0.1)になります。

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。

①X線CTスキャン　②コーンビーム方式　　③点群　　④繊細な形状　　⑤内外の形状

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。


＜事例＞内部構造や欠陥形状などの確認が非破壊で可能になります。任意箇所での断面像を構築可能。異物の有無調査、内部形状評価透過像、欠陥調査等。リバースエンジニアリングでの利用では精密で複雑な形状がCADデータ通り製作されているか確認のインスペクション利用されています。鋳造製品、ケーシング、シリッコファンの羽根、精密プラスチック部品、鋳物製品内部確認など。

＜ケーシング＞内部の羽根車を収容し整流する流体通路の形成状態などを解析ソフトウェア上で再現するため内外の形状を測定して３次元CADデータ作成。
 ・ ＜樹脂部品＞樹脂成型品の内部形状状態の確認し樹脂成型の条件の検討にCTスキャンを利用。内部の状態や入り込んだ精密部分のデータ収集に最適です。
＜シロッコファン＞羽根が重なった状態でカメラ式での測定は不可能のためCTスキャンを利用、データ採取から解析用のリバースエンジニアリングデータ作成。


   ＜インペラ＞カメラ式のではすべての羽根の測定は不可能のためCTで全形状のデータを採取。ターボファンのＣT測定から３次元CADモデリング。
＜医療機器部品＞医療現場から必要となる製品ニーズの設計開発においての機能・性能を追及した試作品の複雑な形状の現物をCT測定し３次元CADデータ作成。

   ＜鋳物＞シX線CTで鋳物の内部を透過し品内部にある 鋳巣検出や空洞を検出。内部状態を3D画像化することができます。内部の連続画像の提出が可能です。
＜精密部品＞機械要素で構成された精密機械装置部品。複雑精妙な形状のデータ採取,X線CTで内部構造、変形解析,ひずみ解析のシミュレーション解析用利用。

   ＜機器部品＞空圧機械部品や医療機器部品の内部機構精密成形品,微細形状、自動車用電装部品など精密部品のリバースエンジニアリングのデータ作成。
   

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。
①表面全体　　②サーフェスは中身は空洞　　③ソリッドは中身が詰まっています

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。

サーフェスモデル作成
①ライン抽出　　　②面作成　　　③サーフェス　　　④モデリング　　　⑤面の中は空洞
　　


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。

①引き出し面　　②フィレット　　③穴あけ　　④追加　　⑤分割


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
　　　　

 

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・木型モデル等のデジタル化
　　　　

 

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いました。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。

リバースエンジニアリング関係は、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

３Dプリンターと３Dスキャン
３Dプリンターは製造現場広く普及しつつあり、同時に３Dスキャン装置の導入も進んでいます。その中でよくある問題で複雑ワークはスキャンデータそのままの利用できない場合があります。取り切れていないデータの欠落、奥行形状の欠損、ノイズ、などが発生するからです。スキャニング後に補完する必要があります。ポリゴンデータの修正は難しいです。穴埋め、メッシュの延長、フレット部分の修正、側面・平面・円弧などの修正にはCADモデリングが必要になります。よくある案件として、CADモデリングはノウハウが必要なため、データサービスの専門業者に依頼し、修正されたデータをポリゴンデータで受取り3Dモデルを構築する方法が多く取り入れられています。

①平面の凸凹修正　　②フレット、R出し修正　　③円、円弧、自由曲面などの修正　

④回転面でバランス修正　　⑤引き出し面で抜け勾配の修正　　⑥角出しなどの修正


３D計測・３D測定・３Dスキャン、言葉の意味
３D計測は、装置で測つた形状データの測定結果をもとにCADモデリングする意味もあります。

三次元測定と３Dスキャニングは、測ったデータやスキャンで採取したデータを数値化しすることに用いられます。３Dスキャンリバースエンジニアリングのデータ作成には測定・計測・スキャニングは同一の言い換えや別の言い方でワーク形状を測るという点ではみな同じになります。

３D測定、３Dスキャンで数値化
 ３D計測、測定結果をもとにCADモデリング