測定アーム
OnyxAceの測定アームと3Dスキャナー
レーザー三角測量による3Dスキャンは、その本質において、レーザー光を用いてスキャンすることであらゆる物体の3次元測定を行う計測用スキャナーを用いた、シンプルでありながら独創的な原理に基づいています。
レーザー三角測量方式は、レーザーとカメラを組み合わせて機能します。レーザー光線を対象物の表面に照射し、カメラでその反射光を捉えます。レーザーとカメラの間の角度と距離を把握することで、システムは三角関数の関係を用いて、対象物表面上の正確な座標を算出します。
レーザー三角測量用に設計されたKreonスキャナーのような高度な3Dスキャナーは、レーザー光線を活用することで、部品の正確な形状や特徴を極めて高い精度で確実に計測します。
これにより、メーカーは幅広い産業用途において、品質管理や製品開発の目標を確実に達成することができます。
3Dスキャンにおける「トライアンギュレーション」という用語は、主に以下の2つの側面から派生したものです：
1. システム構成：レーザー光源（1）、カメラ（2）、およびデジタル化対象物上のレーザーライン（3）からなるシステムの各構成要素は、三角形の3つの頂点を形成するように配置されている。
2. 数学的原理：この手法は、相似な三角形に基づく原理を利用しています。具体的には、三角形の関係や比を三角関数の計算と組み合わせて用い、デジタル画像に記録された2次元情報を、実世界の3次元座標に変換します。
レーザー三角測量による3Dスキャンにおいて、既知のパラメータは、三角形の1辺の長さ、カメラとレーザー発信器間の距離、およびレーザー発信器とカメラの間に形成される角度です。 スキャナーの精度は、レーザー発射器とカメラ間の距離および角度の測定精度、ならびにスキャナーの動作中にこれらのパラメータが時間経過とともにどの程度安定して維持されるかに左右されます。さらに、スキャナーの精度はカメラセンサーの解像度にも依存します。
カメラの視野内におけるレーザー光点の位置を観察することで、カメラからの角度を特定することができます。これら3つのパラメータによって三角形の形状と寸法が定義され、レーザー光点の位置が特定されます。
下の画像は、カメラがレーザーラインをどのように捉えているかを示しています。ラインは、物体の表面形状に応じて歪んで見えます。画像内のレーザーライン上の点のY座標は、実際の物体上の対応する点の高さとともに増加します。
手順を順を追って説明します
1. デジタル化対象物にレーザーラインが垂直に投影されます。
2. レーザー面に対して角度（θ）を成す位置にあるカメラが、対象物の位置を撮影する。
3. デジタル化された線は、共通の横軸を持つ一連の2次元点に変換される。
4. スキャナーを動かすと、カメラは最初のレーザーラインの後に新しいレーザーラインを記録し、これを繰り返すことで一連のレーザーラインが形成されます。これらのレーザーラインは重なり合うことで、対象物の3D形状全体を再現します。
スキャンラインを効果的に配置するには、スキャナーの位置を正確に把握することが不可欠です。そのためには、作業領域内におけるスキャナーの位置を十分に理解しておく必要があります。
これを実現するための主な手法は、外部位置決めシステムです。これには 、測定アームや三次元測定機（CMM）などの 製外部デバイスが含まれており、これらを活用することで、完全に独立したシステムとして高精度な測定を行うことが可能です。
スキャナーの周波数によって、ラインの取得速度が決まります。周波数が高いほど、ラインの間隔が狭くなり、オペレーターの動きを速くすることができます。
網羅性と正確性を確保するため、対象物に対して異なる角度や位置から複数回のスキャンを行う場合があります。複数のスキャンから得られたデータは位置合わせされ、単一の点群データに統合されます。この点群データは、対象物表面上の各点の正確な空間座標を表しています。
点群データは処理され、対象物の表面形状を3次元で再構築し、場合によってはメッシュ表面が生成されます。スキャン処理の最終出力は対象物のデジタルモデルであり、これは検査、品質管理、リバースエンジニアリング、あるいは美術品のデジタル保存など、さまざまな用途に活用できます。
レーザースキャンは、さまざまな業界で大きなメリットをもたらします。製造業では、品質管理、欠陥の検出、複雑な形状の検証において、ミクロン単位の精度を確保します。自動車業界では、部品の検証や金型の検査にレーザースキャナーが活用され、より信頼性が高く安全な車両の開発を支えています。航空宇宙エンジニアは、非破壊かつ非接触の検査手法としてレーザースキャンを活用し、繊細な部品を損傷させることなく、細部から大規模なアセンブリまでを詳細に捉えています。
結論として、レーザー三角測量による3Dスキャン技術は極めて高精度であり、工業製品の細部に至るまで測定・記録するのに非常に役立ちます。この技術は、産業分野における精度の向上、作業の迅速化、そして信頼性の高いデータの分析と活用を可能にします。この技術は多岐にわたる用途で活用されており、その性能は向上し続けており、産業プロジェクトを加速させ、生産性を最大化しています。
