3Dスキャン入門：用途や業界に最適な3Dスキャナーの選び方

3Dスキャナーは今、製造業・医療・文化財デジタルアーカイブなど幅広い分野で革命を起こしています。高精度な3Dデータ取得が可能なこの技術は、業務効率化・品質管理・先進的なデジタルソリューションの核として急速に普及中です。

しかし、「どの3Dスキャナーを選べば良いかわからない」という声も多く聞かれます。レーザー式？LED光式？精度基準とは？

本ガイドでは：
✓ 3Dスキャンの基礎
✓ 機種選びの重要ポイント
✓ 主要業界別の活用事例
✓ おすすめ機種

をわかりやすく解説します。初めての方でも最適な3Dスキャナー選びができるよう、完全ガイドします！

1. 3Dスキャンの基礎：技術・ツール・活用事例

1.1 3Dスキャンとは？

3Dスキャンは、物体の形状データを非接触で取得し、正確なデジタルモデルを作成する技術です。構造化光またはレーザービームを用いて物体の表面をスキャンします。同時に、センサーが反射信号を受信し、表面上の各点の正確な位置を計算します。これらのデータは3Dモデルに変換され、検査、設計、製造など、様々な用途に活用できます。

3DレーザースキャナーFreeScan Comboによる3Dスキャン

1.2 主要な3Dスキャン技術

3Dスキャン技術には様々な方式があり、用途によって適した技術が変わります。主な技術は動作原理に基づいて次のように分類できます。

1.2.1 レーザーライン

レーザーラインスキャンは三角測量原理に基づく技術です。レーザービームは物体の表面に線状に投影され、センサーが反射レーザーを捉えて変形を測定します。既知の角度と距離を用いて、デバイスは詳細な3Dモデルを構築します。

レーザーラインを使用する3Dスキャナーは工業検査に最適で、暗い表面や反射面も容易に処理できます。計測グレードの精度を実現し、品質管理などの応用で広く活用されています。

3Dレーザースキャン

1.2.2 フリンジパターン

プロジェクターは、あらかじめ設計された縞模様（フリンジパターン）を物体の表面に投影し、カメラはこれらのパターンの変形を捉え、その歪みを解析することで物体の3D形状を明らかにします。

このタイプの3Dスキャナーは、主に小型から中型の物体に適し、複雑で精細な特徴を持つ物体のキャプチャに優れています。ただし、周囲光が強い環境では、投影された光パターンが乱れ、スキャン結果に影響を与える可能性があります。この技術を使用する3Dスキャナーは、特に精密部品の設計と検査に適しています。

フリンジパターン

1.2.3 スペックルパターン

スペックルスキャンは、ランダムなスペックルパターンに基づく3D計測技術です。プロジェクターが物体の表面にランダムなドットパターンを投影し、複数のカメラがスペックルパターンの変形を捉え、立体視の原理を用いて3D座標を計算します。赤外線スペックル技術を含むこの方式は、環境光への適応性が高く、ターゲットマーカーが不要、可視光なしでも動作可能なため、非常に快適なスキャン体験を提供します。

この技術を活用したスキャナーは、芸術・文化遺産、教育・研究、VR/ARなどに最適です。

スペックルパターン

1.2.4 フォトグラメトリー

フォトグラメトリー（写真測量）は、異なる角度から撮影された複数の2D画像を利用します。コンピュータアルゴリズムがこれらの画像間の差異を分析し、物体の3Dモデルを再構築します。

フォトグラメトリー技術は、高解像度の画像と強力なソフトウェアアルゴリズムに依存し、大規模な物体の3Dモデリングに最適です。

フォトグラメトリー

市場にある革新的な3Dスキャナーは、レーザーラインとフォトグラメトリーを組み合わせたものなど、複数の技術を統合しています。ユーザーは、アプリケーションのシナリオに最適な技術を選択し、対象物の3Dデータをキャプチャすることができます。

2. 用途と業界に最適な3Dスキャナーの選び方

3Dスキャナーを選ぶ際には、業界のニーズに合わせることが重要です。以下のセクションでは、さまざまな用途における主な検討事項を紹介します。

2.1 製造業における品質管理

3Dスキャンは、 重工業、民間航空、自動車、石油・ガスなどの産業品質管理業界で広く使用されています 。これらの分野では、高精度の測定と、耐久性に優れ、過酷な環境条件にも適応できる3Dスキャナーが求められます。

• 重工業と民間航空：これらの分野では、応力分布、溶接品質、表面摩耗を検査するために、大型構造物を3Dスキャンすることが一般的です。対応できる3Dスキャナーは、高い精度を維持しながら、複雑な形状や広いエリアをキャプチャする必要があります。
  

エンドミルの3Dスキャン

スキャンデータ（左）と加工代測定値（右）

• 自動車産業自動車分野での3Dスキャンは、車両部品の寸法精度と組立精度を確保するために不可欠です。このような用途の3Dスキャナーは、製造基準を満たす必要があります。

FreeScan Trioによる自動車フレームの3Dスキャン

• 石油・ガス：石油・ガス業界では、パイプライン、圧力容器、その他の重要な機器の非接触検査に3Dスキャンが使用されています。高精度の性能を確保するため、スキャナーは過酷な環境条件でも動作する堅牢性が求められます。

FreeScan UEを使用して腐食したパイプラインの断面をスキャン

パイプラインの腐食に関する3Dデータ

製造業の品質管理における3Dスキャンの主な特徴：

• 計測学グレードの精度（5～50 µm）： 機械加工部品、溶接継ぎ目、摩耗分析など、ほとんどの工業部品の検査には計測グレードの精度が不可欠です。3Dスキャナーは、測定のトレーサビリティを確保するために、多くの場合 VDI/VDE 2634認証など、最高の精度基準を満たす必要があります。

*精度基準と精度を保証するための校正手法の詳細については、SHINING 3D の「3Dスキャンの精度の保証: 校正手法と精度基準」を参照してください。

• 広いスキャン範囲：タービンブレードや産業機械などの大型産業構造の場合、3Dスキャナーは高精度を維持しながら広い視野を提供する必要があります。
  

• 高い環境適応性：産業環境では、 極端な温度、振動、粉塵など、過酷な環境に置かれることがよくあります。 3Dスキャナーには、このような環境でも正確に動作する堅牢性が求められます。そのため、このような環境ではポータブルのワイヤレス3Dスキャナーがよく使用されます。

• 高解像度：高解像度は、複雑な部品の精密検査と微細な欠陥の検出を可能にするため、産業品質管理において極めて重要です。航空宇宙や自動車など、多くの産業用途では、複雑な形状や厳しい公差を持つ部品が使用され、わずかな欠陥でさえ性能や安全性に影響を与える可能性があります。高解像度の3Dスキャンは、小さな亀裂や鋭利なエッジといった表面の微細なディテールを3Dモデルに正確にキャプチャします。高解像度スキャナーは、非常に詳細かつ正確な表現を提供することで、エンジニアが包括的な分析を実施し、問題を早期に特定することを可能にします。