測定アーム
OnyxAceの測定アームと3Dスキャナー
3Dレーザースキャナーを購入する際、スキャン速度はしばしば最初の選定基準となります。これは、量産部品の品質管理など、時間がかかる作業においてスキャン速度が不可欠だからです。特に、スキャンする面積が広く、複数回のスキャンパスが必要な部品の場合、この傾向は顕著です。したがって、多くの場合、作業時間と生産性はスキャン速度に直結しますが、そもそも「スキャン速度」とは具体的に何を指すのでしょうか？
多くのユーザーにとって、スキャン速度とは、対象領域で1秒間に捕捉されるポイント数である取得速度と同じものだと考えられています。 確かにその通りですが、必ずしもそうとは限りません。取得速度は、周波数（1秒間に記録されるレーザーラインの数）と各レーザーライン上のポイント数の2つの値を乗算して算出されます。したがって、1ラインあたり1000ポイントで周波数が150Hzのスキャナーの場合、取得速度は1秒あたり150,000ポイントとなります。
現在市販されている3Dスキャナーは、1秒あたり数万ポイントから数十万ポイントまで、さまざまなスキャン速度を備えています。取得速度が遅い場合、最大の点密度を得るためには、スキャンを何度も繰り返す必要があります。一方、取得速度が速い場合は、常に高い点密度が得られます。後者のソリューションでは、数百万もの点を含むデータセットを処理するのに適した、高性能なソフトウェアとハードウェアが必要となります。
レーザーラインの長さは、スキャナーとワークピースとの距離によって変化します。スキャナーが近ければ近いほど、レーザーラインは細くなります（スキャナー視野の上部）。逆に、スキャナーが遠ければ遠いほど、レーザーラインは太くなります（スキャナー視野の下部）。これは、スキャナー上の固定点から発射されたレーザー光が、空間内で三角形を描くように照射されるためです。 通常、メーカーが記載する値は、より大きな値、すなわちスキャナーの視野下端にある値となります。
レーザー線の長さと速度の関係を示す例を見てみましょう。 塗装する500mm×500mmの面を想像してみてください。大きなローラーを使えば、間違いなく作業が速く進むでしょう。この理屈は3Dスキャナーでも同じです。レーザーの幅が50mmの場合、全領域をスキャンするには10回のパスが必要ですが、100mmのレーザーライン幅であれば5回で済むため、理論上は後者の方が2倍速くなります。
購入プロセスではあまり考慮されない「周波数」ですが、3Dスキャナーの速度について語る際、最も重要な指標の一つです。前述の通り、周波数とは1秒間に記録されるレーザーラインの数を指します。取得速度は同じでも周波数が異なる2つのスキャナーを比較することで、スキャン速度における周波数の役割を理解するのに役立ちます。
例えば、周波数がそれぞれ200Hzと50HzのスキャナーAとBを、測定アーム上でテストした。スキャナーAは、手の動きが滑らかで、点群に隙間が生じることなく自然な速度で動作するため、容易に使用できる。 一方、スキャナーBでは、自然な速度でのスキャンは不可能であり、各レーザーライン間の隙間が点群上にすぐに目立つ。スキャナーAと同じ結果を得るためには、周波数が4分の1であるため、手の動きを4倍遅くしなければならない。
しかし、なぜスキャナーBの取得速度はスキャナーAと同じなのでしょうか？それは、スキャナーBの各レーザーライン上の測定点が4倍多いからです。スキャナーBの取得速度は一見十分に見えますが、実際にロボットやCMM、測定アームなどで使用してみると、非常に遅いのです。
結論として、スキャナーの速度は単一の数値ではなく、一連のパラメータによって決まります。速度が求められる場合、適切なパラメータを選択することが重要です。用途に応じて適切な速度パラメータを設定することで、スキャンプロセスを最適化できます。例えば、広い範囲をスキャンする場合、より精密な詳細情報を取得する場合、あるいはスキャナーの移動速度を上げる場合などが挙げられます。
スピードこそが、生産性と効率性の戦いに勝つための最大の味方です。
