1. 3D 스캐닝(3D Scanning)

 

1.1 3D 스캐너의 개념

 

(1)  3D 스캐너는 대상 물체의 형상 정보를 수집하여 3차원으로 디지털화하는 활성 장치이다.

ⓐ 물체로부터 3차원 모델링 파일을 직접 확보, 용도별 분석, 가공할 수 있다.

ⓑ 실제 물체를 디지털 형태의 데이터로 추출할 수 있다.

ⓒ 3D 스캐너로 사물을 스캔하면 축(X, Y, Z)을 기반으로 표면 데이터를 정보가 수집

서로 연결, MESH로 표현한다.

ⓓ 사물의 표면 데이터만 수집할 수 있다.

ⓔ 3D 스캐너는 물체의 형태, 크기, 깊이, 색상 정보까지 획득해 준다.

 

(2) 3D 스캐너는 맞춤형장비를 위한 기존제품의 측정, 경쟁업체의 제품분석에

많이 사용된다.

 

(3) 3D스캐너는 광원, 광수 신부, 통신장치, 디스플레이 등으로 구성된다.

- 광원 : 레이저, 백색 램프, LED 등이 사용

- 대상 물체 표면에서 반사 → 스캐너의 광수 신부에 도달 → 정보들의 양을 point clouds

형식 데이터로 표현 한다.

(4) 접촉식, 비접촉식으로 구분

① 접촉식 : 직접 측정방식(캘리퍼스 calipers), 좌표 측정장비(CMM)

② 비접촉식 측정기:

* 능동형(active)→산업계에서 주로 사용 / 수동형(passive) 

** 능동형 : 반사(reflective) 방식, 투과(transmissive) 방식

* 비접촉식 스캐너 : 레이저, 백색광을 대상물에 투사하여 형상정보를 취득하고 디지털

정보를 전환하는 것

* 휴대성과 사용 편리성이 좋다.

* 측정 대상 물체에 대한 제한요소가 적다.

* 보통 능동형 스캐너를 3D 스캐너라고 한다.

 

** 수동형

* 사람이 인지하고 판단하는 기능을 하드웨어, 소프트웨어 시스템이 대신 처리하는 

머신 비전(madhine vision)

* 외부환경을 인식하고 스스로 상황을 판단하여 자율적으로 동작

* 인간과 상호작용할 수 있도록 시각 장치를 갖춘 로봇 비전(robot vision)의 한 분야로

인식되고 있다.

 

(5) 3D 스캐너는?

- 고밀도 점군 데이터를 생성할 수 있다

- 빠른 측정 속도와 이동성 및 휴대성이 좋다

- 사용자의 편의성 우수하다.

- 다양한 분야에서 활용되고 있다.

- 가장 큰 장점 : 측정 대상물의 크기 제한이 없다.

 

 

1.2 3D 스캐너의 방식

① 비행시간 측정(Time of flight, TOF) 방식 스캐너-비접촉식 스캐터

- 스캐너의 레이저가 펄스 신호를 방출하여 측정 범위 내의 대상 물체 표면으로부터

반사되는 반사 펄스 신호가 수신기에 도착하는 시간을 측정, 3차원 거리 정보를

파악하는 능동형 방식이다.

출처 : www.prototech.co.kr:40007/product/3d_scanners/scanning_method1.asp

② 광삼 각법(Triangulation) 스캐너

- 1978년 캐나다 국립 연구재단이 처음으로 개발하였다.

- 레이저 빔을 사용하여 빛을 집속 시키는 방식이다

- 거리, 변위 측정장치나 형상 측정 장치에 이용되는 기술이다.

- 정밀도 높고, 빠른 측정 속도, 실시간 스캔 가능하다.

- 제조업 분야, 패션, 문화재, 의료, 영상 분야 등에 가장 일반적으로 사용된다.

 

출처 : www.prototech.co.kr:40007/product/3d_scanners/scanning_method1.asp

③ 휴대용 레이저  스캐너(Hand-Held laser scanner)

- 점, 선 타입의 레이저를 이용해 물체를 투영, 레이저 발광부에서 투사되어 물체에 반사된

빛을 수광부에서 입력받는 방식이다.

- 휴대가 간편하다.

- 자유로운 이동이 가능한 실시간 측정 방식이다.

 

출처 : www.prototech.co.kr:40007/product/3d_scanners/scanning_method1.asp

 

④ 백색광(White -Light) 방식 스캐너

- 특정한 간섭 패턴을 물체에 투영하고 변형된 패턴의 형태를 파악해 측정 범위 내의 물체 

표면에 대한 정보를 얻는 방식이다.

- 백색광 스캐너는 간섭패턴 기술, 삼각 측량 기술을 함께 사용한다.

출처 : www.prototech.co.kr:40007/product/3d_scanners/scanning_method1.asp

 

 

⑤ 변조광(Structured Light) 방식의 3D 스캐너

- 특정 주파수를 가지고 물체 표면에 연속적으로 변조되는 레이저 빔을 방출하고

측정 범위 내에 있는 물체로부터 반사되어 되돌아오는 신호의 위상 변화량을

수광부에서 측정하여 주파수의 차이를 검출해 시간과 거리 값을 구하는 방식이다.

- 구성요소 : 카메라, 프로젝터, 검사할 대상물

- 주로 중거리 영역인 10~30m 영역 스캔에 사용된다.

출처 : www.prototech.co.kr:40007/product/3d_scanners/scanning_method1.asp

1.3 활용 분야

다품종 소량생산과 제품 주기가 짧아짐에 따라 설계 변경이 잦은 산업체 등에서

목형 제작이나 금형, 복제 등 제품 개발 프로세스에 적용하고 있다.

 

- 제품검사

- 리버스 엔지니어링(역설계)

- 3차원 콘텐츠 작업

출처 : www.prototech.co.kr:40007/product/3d_scanners/scanning_method1.asp

** 위의 내용은 prototech.co.kr에 있는 3차원 스캐너의 종류와 측정방식에서

발췌하여 요약정리한 내용입니다.