３Dプリンター使えることができるとっても便利なアイテム

３次元測定って何か皆さんご存知でしょうか？

普段生活していないとなかなか知ったり使ったりする機会は少ないかと思いますが３Dプリンターを使っていく中ではかなり便利なアイテムになります。

３次元測定といっても個人で購入できるようなものや業務用の高額なものまで幅広く存在します。

今回は簡単に３次元測定について紹介したいと思います。

３次元測定とは？

３次元測定は、対象物体の三次元的な形状や寸法を精密に計測するための手法です。

この技術は製造業や品質管理などさまざまな産業分野で利用されており、高精度かつ効率的な測定を可能にします。

３次元測定の基本的な原理は、光学、機械、またはレーザーを用いて物体表面のポイントを計測し、それに基づいて対象物の形状や寸法を算出することです。

一般的な測定装置には、光学式測定機、コンタクトプローブ、レーザースキャナ、CT（コンピュータトモグラフィ）などがあります。

それぞれ特徴があり向いているものや向いていないものがあったりします。

そのため適切な測定器選びが必要になってきます。

光学式測定機

光学式測定器は、顕微鏡やカメラなどの光学センサーを使用して対象物の表面を撮影し、その画像から３次元座標を計算します。

高精度なレンズやセンサーの配置により、微細な特徴や形状の詳細な計測が可能です。

2次元的に撮影を行いあとから画像処理でくっつけて三次元形状として認識するものや２次元的に撮影した画像を解析を行い高低差などを認識して仮想的に３次元化するような仕組みもあったりします。

カメラで３Dデータを取得していく手法になるため比較的測定時間が短いことが特徴になります。

しかし、カメラを用いた手法のため、ほかの測定機に比べて周囲の明るさなどの影響を大きく受けてしまうため、測定環境がとても重要になります。

レーザースキャナ

レーザースキャナは、名前の通りにレーザー光を物体表面に照射し、対象物から反射された光のパターンから表面の形状を計測します。

高速で非接触の測定が可能であり、複雑な形状や大きな物体にも適しています。

レーザー光の色によって対象の得意不得意があり現在は青色レーザーでの測定が、主流になっています。

レーザーの波長を取得することによって３Dデータを取得していく手法になるので周りの明るさに影響されないため、使用難易度が比較的低いのが特徴になります。

三脚などを用いた、アーム式の測定器やハンディタイプの測定器があり比較的持ち運びもしやすいため、現地で対応することなどが可能となり、出張対応などを行うこともできます。

プローブ

プローブ式の測定器は門型と呼ばれる大型の測定器や、レーザースキャナで紹介したような三脚を用いた測定器に取り付けられて、物体の表面に直接触れて寸法を計測する手法です。

直接接触して測定を行うため、非常に高い精度が得られますが、複雑な形状や柔らかい材料には適していません。

また、直接接触して測定を行うため、測定対象への損傷の可能性があるため、注意が必要です。

ピンポイントの箇所に対しての測定は高精度で行うことができますが、立体形状を作り上げていくような測定を行いたい場合は大量のポイントを取得する必要があるため、そのような測定には向きません。

指定された箇所や形状をピンポイントで測定したい際にとても有効な測定方法になります。

CT（コンピュータトモグラフィ）

CTは、X線を用いて物体内部の構造を非破壊で撮影する手法です。

３次元の断層画像を取得し、これによって物体の内部構造や密度分布を詳細に分析することができます。

身近なもので言えば体の内部を検査するときに使用するCT検査になります。

人以外にも使うことが可能なので様々なものを測定することができます。

立体的に測定ができるため、ビジュアル的に表現することが可能です。

測定対象の内部を測定することができる測定器の種類はとても少ないため、用途によって使い分ける必要があります。

どのように使う？

基本的には測定したいサンプルを３次元測定器で測定してデータとして保存を行います。

形状を忠実に再現することによりリバースエンジニアリングというアイテムからデータに変換するという作業を行うことができます。

３Dプリンターを使っている人はどうしてもこの形状のモデルが欲しいということが出てきたことはないでしょうか？

そんな時に三次元測定機があれば形状を再現することができます。

測定機器によって保存の仕方が変わってくるのですがスキャナを用いた測定器では点群データとして保存を行います。

プローブで計測を行うタイプの測定機器になりますとポイントのX,Y,Z軸の座標値を値として保存することになります。

カメラタイプの測定器だったりすると画像も保存できるタイプもあったりします。

点群という文字からもあります通り点の群れになります。

３次元測定器は形状自体を測定しているのではなくあるポイントの座標を取得しているものになります。

そのため点が密集していないと下記の図のように形状を正しく表示されない仕組みになっています。

細かく形状を再現したい場合にはより点数を増やしていかないといけないため、データ量が大きくなることがあります。

リソースのコストを天秤にかけて取得する点数を決めていけばよいかと思います。

まとめ

三次元測定機は大きく分けて4種類の測定方法があります。

それぞれに特徴があり、簡易的なものから高精度なものまでありますが、プローブ式やCTのタイプは非常に高価なため、個人的に使用する場合は光学式もしくはレーザースキャナ式になることが多いです。

今では比較的安価に入手できるモデルもあります。高精度なモデルになると価格が高価になる傾向があるため、測定したい対象と必要になる測定精度を天秤にかけて、測定器を選ぶ必要があります。

むやみやたらに高精度を求めることがよいことではないので、必要になる精度から選定することをおすすめします。

３Dプリンターについても紹介していますのでよかったら参考にしてもらえると嬉しいです！