体積精度の理解

多くの3Dスキャンエラーは即座に明らかになるものではありません。これらは、より大きなエリアをスキャンする際に徐々に蓄積される傾向があります。最初の小さなミスアライメントが、スキャン終了時には顕著な歪みとなって現れることがあります。

精度は通常、3Dスキャナーを選択する際に人々が最初に注目する仕様の一つです。しかし、この用語はしばしば誤解され、特に適切な文脈がない場合、分解能や精密度と混同されやすいものです。産業や技術応用においては、単一フレームの精度だけが重要ではありません。スキャンされた全体積にわたってスキャンがどの程度正確であるかを反映する体積精度は、しばしばより関連性があり、意味のある指標となります。

そこで、体積精度とは何か、どのように測定されるか、そして実世界の3Dスキャンアプリケーションにおいてなぜ重要なのかを見てみましょう。

体積精度とは何か？

体積精度とは、3Dスキャナーが所定の空間体積内で物体の寸法をどの程度正確に再現できるかを指します。単一フレームの正確性とは異なり、単一フレームの正確性を測定するのに対し、体積精度はスキャンされた全エリアまたは体積にわたる累積誤差を考慮に入れます。

より簡単に言うと、正確に1メートルの長さの物体をスキャンする場合、体積精度はスキャンの全長が実際の長さとどの程度近似しているかを教えてくれます。

体積精度の悪いスキャナーは、物体を1.005メートルの長さとして表示したり、モデル全体に微細な歪みを導入したりする可能性があります。

体積精度の重要性

「一般的に、体積精度は以下の状況において重要です：」

大型物体のキャプチャ

大型物体は距離にわたって小さな誤差を蓄積し、体積精度が悪い場合、全体的な測定値に重大な偏差をもたらします。

厳しい精度要件

品質管理や部品検証などのアプリケーションでは高い精度が要求され、わずかな不正確さでも設計許容差との非適合につながる可能性があります。

複数のスキャンの縫い合わせ

複数のスキャンを包括的なモデルに結合する際、体積精度の悪さは最終データセット全体でミスアライメント、歪み、または不整合を引き起こす可能性があります。

測定またはリバースエンジニアリングアプリケーション

正確な測定は信頼性のあるCADモデルの作成や部品の再現に不可欠です；体積誤差は適合性、機能性、製造可能性を損ないます。

例えば、品質管理において、500mm部品における0.2mmの偏差は、組み立て、嵌合、または許容差検証において問題を引き起こす可能性があります。これは小さく見えるかもしれませんが、航空宇宙、医療機器、または自動車製造などの高精度産業では、部品の不良や生産ロットの拒否につながる可能性があります。

分解能および精密度との違い

3Dスキャンの初心者にとって、体積精度はしばしば分解能や精密度と混同され、時にはニーズを満たすために間違ったスキャナーを選択する結果となることがあります。そこで、これらの用語が実際に何を意味するかを明確にしましょう。

分解能とは、スキャナーが検出できる最小の詳細を指します。高分解能は必ずしも高精度を意味するものではありません。

精密度は、同じ条件下で同じ結果を生成するスキャナーの能力で、スキャンを重ねても同じ結果を得ることです。

体積精度は、定義された体積にわたる測定の正確性を指します。スキャナーは精密であっても、体積精度が悪い場合、一貫して間違った結果を出し続ける可能性があります。

体積精度はどのように測定されるか？

「体積精度は通常、球体、棒、またはキャリブレーションパネルなど、正確に既知の寸法を持つ参照アーティファクトを使用してテストされます。これらがスキャンされ、測定された距離や特徴間の関係がそれらの実際の値と比較されます。偏差が計算され、±0.02 + 0.04 mm × Lなどの形式で表現されます。」

これは、スキャナーの誤差が0.02mmに加えて、スキャンされる追加のメートルごとに0.04mm × Lであることを意味します。この式は、誤差が通常スキャン体積とともに増加することを反映しています。

体積精度に影響する要因は何か？

所定の体積にわたる3Dスキャナーの精度に影響を与える可能性のある要因がいくつかあります。

キャリブレーション

工場キャリブレーションは、内部光学系とセンサーが整列していることを確保します。一部のスキャナーは、環境変化に対応するためのユーザーキャリブレーションも提供しています。

環境条件

温度変動、周囲光、振動は歪みを導入する可能性があります。一部のスキャナーには温度センサーやファンなどの補償機能が含まれていますが、一般的には安定したスキャン条件が好まれます。

スキャナー技術

構造化光、レーザー三角測量、および飛行時間システムは、それぞれ誤差蓄積を異なって処理します。例えば、ブルーレーザースキャナーは、より短い波長のため産業環境でより高い安定性を提供することが多く、照明変化に対してより敏感ではありません。

アライメントアルゴリズム

複数のスキャンを縫い合わせる際、ソフトウェアアライメント方法は累積精度に影響を与える可能性があります。良好な体積精度は、ハードウェアだけでなく、データがどのように処理されるかにも依存します。

リファレンスマーカー

マーカーを使用することで、スキャン全体にアライメント誤差を均等に分散させることができます。これらは、ソフトウェアが進行中に再アライメントと再キャリブレーションを可能にする固定点のネットワークを提供することでこれを達成し、累積ドリフトを最小限に抑えます。これらがなければ、特に大きな無特徴表面において誤差が蓄積する可能性があります。

実世界の例

2メートル長の機械加工部品をリバースエンジニアリングのためにスキャンしているとしましょう。体積精度が±0.03 + 0.05 mm × Lのスキャナーは、最大0.13mmの潜在的誤差を導入する可能性があります。これは一般的な製品設計には受け入れられるかもしれませんが、高公差機械加工には不十分です。一方、±0.02 + 0.2 mm × Lと評価されたスキャナーは、偏差を0.06mm以下に抑える可能性が高く、厳しい許容差のアプリケーションに適しています。

適切な体積精度の選択

すべてのプロジェクトが最高の精度を必要とするわけではありません。スキャナーを選択する前に、以下を考慮してください。

あなたの寸法許容差要件は何ですか？

スキャンする物体のサイズはどれくらいですか？

複数のスキャンをアライメントするのか、それとも単一パスから作業するのですか？

スキャンは視覚的用途なのか、測定グレードのアプリケーションなのですか？

製品の可視化やアニメーションで作業している場合、サブミリメートル精度で十分かもしれません。検査レポートを作成したり、スキャンデータから機械加工を行ったりする場合は、より高いグレードの精度が必要になります。

製品比較表

製品	INSPIRE 2	MetroX	Trackit	MetroYシリーズ
体積精度	0.05 mm + 0.1 mm × L (m)	0.025 mm + 0.05 mm × L(m)	0.02 mm + 0.04 mm × L (m)	0.02 mm + 0.04 mm × L (m)
最小スキャン体積	20 x 20 x 20 mm	10 x 10 x 10 mm	10 x 10 x 10 mm	10 x 10 x 10 mm
最大スキャン体積	2 x 2 x 2 m	1 x 1 x 1 m	N/A	1 x 1 x 1m
技術	赤外線レーザー&構造化光	ブルーレーザー&構造化光	光学トラッキングブルーレーザー	ブルーレーザー&構造化光（Proのみ）
単一フレーム精密度	最大0.03 mm	最大0.01 mm	N/A	最大0.01 mm
融合点距離	最大0.05 mm	最大0.05 mm	最大0.05 mm	最大0.05 mm