3D 스캐너

3D 스캐너(3D Scanner)는 사물이나 특정 제품 등을 3D 컴퓨터 그래픽으로 모델링하는 것이 아니라 스캐너를 활용하여 물체의 외곽선의 좌표값을 추출하여, 넙스 또는 폴리곤, 패치 형식으로 데이터를 얻을 때 사용하는 스캐너를 말한다. 컴퓨터에 3D모형을 재현하는 외곽선들을 만드는 물리적 모형의 표면을 따라 스캔하는 회전 플랫폼에 붙는 레이저 빔으로 쓰는 디지타이징 장비다. 카메라, 레이저 등의 소스를 사용해서 한 번 측정할 때 보이는 곳의 데이터를 한꺼번에 얻을 수 있는 것이 특징이다.

역사

최초의 3D 스캐닝 기술은 1960년 대에 만들어졌다. 초기의 3D 스캐너는 이 작업을 수행하기 위하여 조명, 카메라 및 프로젝터를 사용했다. 초기 기술의 한계로 물체를 정확하게 스캔하는 데 많은 시간과 노력이 소요되었다. 1985년 이후 그 장비들은 백색광과, 레이저 및 그림자를 사용하여 물체의 표면을 포착할 수 있는 스캐너로 교체되었다.

3D 스캐너 역사

구분	스케일	구동방식	정확도	컴퓨터	프로브	기타
1세대	다이얼게이지(Dial Gauge)	수동	0.1mm	무	기계식	레이아웃 머신개조
2세대	인덕토신(Inductosyn)	조이스틱	0.01mm	무	접촉 신호식	스케일 발달 정확도 향상
3세대	모아레무늬(Moire Fringe)	CNC	0.01mm	유	스캐닝	소프트웨어 발달
4세대	레이저간섭계(Laser Interferometer)	CNC	0.0001mm	유	비접촉식	프로브 교호나 오차정보 CAD데이터

원리

다양한 이미징 원리에 따라 3D 스캐닝에는 여러 가지 접근 방식이 있다. 일부 기술은 협대역 스캔에 이상적인 반면, 다른 기술은 중대역 또는 광대역 스캔에 더 적합하다. 만들어지는 순서는 다음과 같다.

• 물체의 스캐닝 이미지
• 정렬 및 정합 : 스캐닝된 이미지들은 각각 특정 부분의 데이터이기 때문에 하나의 좌표계로 합치는 작업이다.
• 머징(Merging) : 정렬된 여러 데이터 모음을 하나의 데이터로 합치는 작업이다.
• 3D 모델링 데이터 완성

종류

접촉식 3D 스캐너

탐촉자라 불리는 프루브(Probe)를 물체에 직접 닿게 해서 측정하는 방식이다.

CMM 구조

좌표 측정 기계

일반적으로 'CMM(Coordinate-measuring machine)'이라 불리며, 대표적인 접촉식 3D 스캐너다. 1960 년대에 개발 된 고효율 3D 치수 정밀 계측기의 새로운 유형으로 고정밀 유연하고 우수한 디지털 기능을 갖추고 현대 디자인, 개발, 제조, 가공 및 제조 및 품질 보증의 중요한 수단이된다. 정반에 좌표를 맞춰 올려 놓은 제품을 한 번의 터치당 1개의 포인트의 x, y, z 좌표를 얻어낼 수 있다. 이 때 제품의 위치는 고정되어야 하고 3축이상의 축을 가진 머신 끝의 프로브가 움직여서 제품을 터치하게 된다.

구성요소

• 본체 : 서로 수직 방향으로 운동하는 세 축을 가진 기계다.
• 컨트롤러 : 장비의 속도, 가속도, 위치 제어 등을 전자적으로 제어한다.
• 프로빙 시스템 : 공작물의 좌표를 검출하는 센서다.
• 컴퓨터 : 각종 연산 처리 및 데이터 처리를 한다.
• 기타 : 조이스틱, 프린터 등이 있다.

구조에 따른 종류

• 움직일 수 있는 교량 구조 : 구조의 가장 널리 이용되는 모양의 한개는, 그것의 구조가 간단하고, 단단하고, 더 넓은 공간이 있다. 공작물은 고정 된 작업대에 장착되므로 공작물의 무게는 측정 기계의 전반적인 동적 성능에 크게 영향을 미치지 않으며 상대적인 지지력이 더 강하다. 그러나 브릿지 측면에 있는 이런 구조의 X축은 편향이 더 큰 아베 오류를 발생시키므로 고정 브릿지와 비교할 때 정확도가 약간 낮아진다.

• 고정 브릿지 구조 : 고정 브릿지 좌표 측정 기계와 이동식 좌표 측정 기계의 가장 중요한 차이점은 고정 브릿지이며, 아래 테비을에 설치된 x축 스케일 및 중앙 구동 메카니즘베이스의 바닥과 직접 연결되어 있으며, 작업대는 가이드 레일의 베이스, 주요 구성품은 움직임의 안정성이 좋고 움직임의 오차가 적으므로 고정밀 계측에 적합하지만 테이블의 부하 용량이 적으며 구조가 열리지 않아 고정밀 중소 모델이 주로 사용된다.

• 갠트리 구조 : 움직이는 부품은 단지 빔, 전체 구조 강성, 좌표 측정 기계 측정 범위는 큰 모델에 적합

• 캔틸레버 구조

• 가로암

장단점

• 장점 : 오래전부터 대부분의 제조업에서 사용한 방식으로 측정 포인트 1개에 대한 정확도가 뛰어나다. 이러한 이유로 장비나 지그(jig)의 치수를 잴 때에는 하이엔드 급 좌표 측정 기계를 사용한다.

• 단점 : 제품 표면에 접촉해야 하므로 물체에 변형이나 손상을 줄 수 있고 다른 스캐닝 방식에 비해 속도가 느리다.제품을 한번 설치한 위치에서 이동이 불가능하고 측정해야 할 포인트를 미리 지정해야 하기 때문에 선 작업이 까다롭다. 같은 제품을 여러 번 측정 할 경우에도 다시 위치에 고정시켜야 하기 때문에 어려움이 있다. 또한, 사용법이 까다로워 전문가만 사용 가능하다.

같이 보기

• 3D

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