계측을 위한 3D 스캐닝

당연해 보일 수 있지만, 계측 3D 스캐너를 채택하기 전에 가장 먼저 고려해야 할 세 가지 사항은 다음과 같습니다. “스캔하려는 물체의 크기는 어느 정도인가? 스캐너의 기능은 얼마나 복잡한가? 얼마나 정확하게 캡처해야 하는가?

데스크톱 3D 스캐너

작고 복잡한 물체를 효율적으로 디지털화하고자 하십니까? 데스크톱 계측 시스템이 이상적일 수 있습니다. 높은 정확도로 극소형 모델을 생성할 수 있도록 설계된 이 강력하면서도 콤팩트한 기계는 아주 작은 표면의 디테일까지 포착할 수 있습니다.

그러나 이러한 구성 요소는 주먹보다 작은 것이 이상적입니다. 훨씬 큰 것은 데스크톱 시스템의 용량을 초과할 가능성이 높기 때문입니다. 이런 점에서 소형 계측 3D 스캐너는 당연히 작고 복잡한 부품을 캡처하는 데 이상적이며, 반사 표면이 있는 부품도 측정할 수 있습니다. 이러한 기계는 플라스틱 사출 성형된 것이든 3D 프린팅된 것이든 관계없이 베어링, 임펠러, 밸브 등 복잡한 산업용 부품을 리버스 엔지니어링하거나 품질을 검사하는 데 자주 사용됩니다.

데스크톱 3D 스캐너는 작은 보석이나 치과용 부품의 디지털화와 같은 다른 분야에서도 계속 응용 분야를 넓혀가고 있으므로 용도가 산업 분야에만 국한되는 것은 아닙니다.

휴대용 3D 스캐너

이동이 매우 자유롭고 제약 없이 배치할 수 있는 휴대용 계측 3D 스캐닝 솔루션을 찾고 계십니까? 그렇다면 휴대용 3D 계측 장치가 적합할 수 있습니다. 이를 통해 사용자는 중대형 물체를 빠르게 스캔할 수 있는 유연성을 갖출 수 있습니다. 3D 스캐너가 무선인 경우 기동성이 향상되어 까다로운 표면과 복잡한 형상을 가진 물체를 더 쉽게 스캔할 수 있기 때문에 이러한 이점이 더욱 커집니다.

접근성은 휴대용 3D 스캐닝이 부피가 크고 값비싼 CMM의 매력적인 대안이 될 수 있는 또 다른 매력적인 요소입니다. 대부분의 경우 3D 스캐너는 채택 비용이 저렴하고 사용하기 쉽습니다. Artec Leo를 사용하면 내장된 컬러 카메라와 3D 카메라를 병용하여 디스플레이를 통해 스캔 진행 상황을 실시간으로 추적할 수도 있습니다. 따라서 이제 휴대용 백색광 3D 스캐닝을 채택하면 케이블의 제약에서 벗어나 전례 없이 자유롭게 물체를 캡처할 수 있습니다.

산업 제조 분야에서 종사하는 사람들은 휴대용 3D 스캐닝을 사용하여 부품 검사 응용 분야를 처리하는 프로세스를 자동화할 수도 있습니다. 이러한 장치는 일반적으로 로봇 팔에 탑재할 수 있으며, 로봇 팔은 이상적인 스캐닝 경로를 사용하여 부품 배치를 측정할 수 있도록 AI로 제어할 수 있으므로 캡처 속도와 정확도에서 이점을 얻을 수 있습니다. 또한 사람의 개입이 최소화되면 실수할 가능성도 최소화됩니다. 결과적으로 3D 스캐닝을 자동화하면 더욱 일관된 제품 품질을 구현할 수 있습니다.

로보트에 탑재된 3D 스캐너

이제 로봇 팔에 탑재된 스캐닝 솔루션으로 넘어갑니다. 이러한 설정은 3D 레이저 스캐너 자체의 고유한 유형은 아니지만, 기술을 적용하는 방식을 자동화하는 흥미로운 방법입니다. 로봇 팔에 탑재된 스캐닝의 주요 장점 중 하나는 3D 계측에서 필요한 사람의 개입이 줄어들어 제품이 잘못 측정될 가능성이 줄어든다는 점입니다. 이러한 방식의 스캐닝 솔루션은 생산 라인에 배치될 경우 특히 빠른 속도로 멀티태스킹을 수행하여 데이터를 캡처하는 동시에 부품 품질을 분석하는 데 능숙합니다.

따라서 3D 스캐너가 부착된 로봇 팔은 기존 CMM으로 높은 처리량의 품질 보증 중에 발생할 수 있는 병목 현상에 대한 잠재적인 솔루션을 제공합니다. 그러나 3D 계측 솔루션을 고정된 베이스에 부착하면 자연히 미리 정해진 영역에서만 작동하도록 제한됩니다. 따라서 이러한 설정은 사전에 폭넓은 계획이 필요하며 유연성이 전제 조건인 사용 사례를 처리하는 데는 적절치 않습니다.

고정 위치 3D 스캐너

이제 특정 3D 레이저 스캐너를 사용하면 해상 풍력 터빈에서부터 전체 건물과 드넓은 야외 환경에 이르기까지 매우 광범위한 규모로 물체를 스캔할 수 있습니다.

이렇게 할 때 많은 사람들이 라이다(LiDAR) 3D 계측 장치를 사용하는데, 그럴 만한 이유가 있습니다. 고정된 위치에 배치할 수 있도록 설계된 이러한 3D 스캐너는 사람의 개입을 최소화하면서 장착하여 자체적으로 스캔하도록 놔둘 수 있습니다.

이 기술이 약한 분야는 소규모 응용 분야로, 휴대용 옵션이 더 적합한 경우가 많은 영역입니다. 또한, 특히 실제로 데이터를 사용하는 경우에는 진입 장벽이 상당히 높습니다. 따라서 채택 전에 전문 지식을 쌓는 것이 좋습니다.

망원경 삼각대에 부착할 수 있도록 설계된 구조화 광 및 적외선 스캐닝 솔루션도 있습니다. 그러나 이들은 다양한 높이와 거리에서 데이터를 수집하도록 설정할 수 있지만, 정적 특성으로 인해 애초에 휴대용 장치를 매력적인 캡처 도구가 되게 할 수 있는 기동성이 많이 떨어집니다.

위에서 설명한 모든 3D 스캐닝 솔루션에 대한 '와일드카드' 대안을 찾고 있다면 사진 측량을 고려해 볼 수 있습니다. Artec 계측 키트(Metrology Kit)와 같은 시스템을 사용하면 최대 2미크론의 놀라운 정확도로 측정하고 오류를 최소화하면서 품질 검사 및 변형 분석 작업을 완료할 수 있습니다. 이는 실제로 차량 부품이나 저장 탱크와 같은 구성 요소의 형상 변화를 높은 정확도로 측정하고 하중에 따른 재료 변형을 분석하는 데 사용할 수 있음을 의미합니다.

이 키트는 단독으로 배치할 수도 있지만 광범위한 산업 작업 흐름에 통합하거나 원거리에서 훨씬 더 높은 3D 스캐닝 정확도를 구현하기 위한 참조 도구로 사용할 수도 있습니다. Artec Studio에는 사용자가 전체 사진 측량 및 3D 스캐닝 프로세스를 한 곳에서 수행할 수 있는 계측 키트 플러그인 기능도 있습니다

아시다시피 다양한 계측 3D 스캐너가 시중에 나와 있습니다. 그럼 어떤 것을 선택해야 할까요? 사진 측량, 구조화 광 또는 레이저 스캐닝 솔루션에는 모든 것을 충족하는 단일 솔루션이 없으므로 기술을 구매하기 전에 고려해야 할 몇 가지 측면이 있습니다.

정확도

위의 2023년 최고의 계측 3D 스캐너 분석에서는 주로 정확도가 매우 높은 솔루션에 중점을 두었습니다. 그렇게 한 데에는 그럴 만한 이유가 있습니다. 물체의 모든 주요 특징에 걸쳐 데이터 포인트를 수집하는 것은 물체를 효과적으로 측정하는 데 필수적입니다.

그렇다면 스캐너 선택 과정에 이 점을 어떻게 고려할 수 있을까요? 대부분의 장치는 일정 밀리미터 이내로 정확도가 높다면서 판매하고 있습니다. 실제로 이 수치는 스캐너가 물체의 실제 치수에 얼마나 근접하게 측정할 수 있는지 알려 줍니다. 물론 정확도 수준은 모델에 따라 다르지만 일반적으로 물체의 디지털 트윈을 효과적으로 측정하거나 생성하려면 단일 스캔 정확도(체적 정확도와 반대)가  0.1mm 이하 이어야 한다고 알려져 있습니다.

3D 계측의 경우 오차 범위가 클수록 장치의 효율성이 떨어질 가능성이 높습니다. 예를 들어, 부품 검사와 같은 응용 분야에서는 초기 제품 설계에 따라 제조되었는지 확인하기 위해 데이터 무결성이 필수적입니다.

해상도

3D 계측 스캐너 구매를 고려하고 있다면 캡처하고자 하는 물체의 세밀도가 얼마나 복잡한지도 고려해야 합니다. 어둡거나 반사되는 표면, 관통된 구멍, 깊게 파인 표면으로 덮인 복잡한 구성 요소를 스캔하는 것은 독특하고 밀도가 높은 물체를 스캔하는 것보다 항상 더 까다롭습니다. 하지만 구매하는 스캐너가 특정 사양을 충족하는지 확인하면 더 편하게 사용할 수 있습니다.

그중 가장 중요한 것 중 하나는 3D 해상도입니다. 이 용어는 스캔 이미지 자체의 해상도가 아니라 생성된 3D 메시의 두 점 사이의 최소 간격을 나타냅니다. 풀 컬러 텍스처를 캡처하려는 사용자는 장치의 '픽셀당 비트 수'도 살펴봐야 합니다. BPP가 높을수록 색상 캡처 기능이 향상됩니다.

규모

당연한 말처럼 들릴지 모르지만 3D 스캐닝을 채택하려는 예비 사용자는 먼저 디지털화하거나 측정하려는 물체의 크기를 고려해야 합니다. 예를 들어 휴대용 장치를 사용하면 가장 다양한 중대형 물체를 캡처할 수 있습니다. Artec 3D에서는 이러한 유연성으로 인해 무선으로 완벽하게 기동할 수 있는 Artec Leo가 계속 인기를 얻고 있습니다. 그러나 미세한 크기로 스캔하거나 항공기와 같은 초대형 물체 또는 건물과 같은 구조물을 캡처하려는 경우 다른 장치가 더 적합할 수 있습니다.

그렇다면 3D 스캐너의 용량을 어떻게 알 수 있을까요? 장치의 작동 거리를 확인하면 특정 물체를 캡처하려면 얼마나 가까이 있어야 하는지 알 수 있습니다. 이 수치가 높아야 하는지 낮아야 하는지는 (적어도 어느 정도는) 대상 응용 분야에 따라 달라집니다. 먼 거리에서 풍경이나 인프라를 캡처할 계획인 경우 장거리 라이다 레이저 스캐닝이 최선의 선택일 수 있습니다. 반면에 협소한 공간에서 작업해야 하는 경우에는 작업 거리가 짧은 휴대용 스캐너가 더 이상적입니다.

속도

응용 분야에 따라 소형 부품을 대량으로 3D 스캔할 수도 있고, 적은 수의 대형 구조물을 소량으로 3D 스캔할 수도 있습니다. 이제 생산 라인과 같이 처리량이 많은 영역에서 품질 보증을 위한 3D 스캐닝을 목표로 할 때 고려해야 할 요소에 대해 알아보겠습니다.

고려해야 할 몇 가지 지표 중 하나는 장치의 데이터 수집 속도입니다. 보통 초당 포인트로 측정되며, 이 수치가 높을수록 물체 표면을 따라 데이터 포인트를 더 빠르게 수집할 수 있습니다.

3D 스캐너의 시야 또는 주어진 거리에서 캡처할 수 있는 최대 영역도 스캔 속도에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 정밀도에 최적화된 Space Spider는 180 × 140 mm 영역 내에서 스캔하는 데 능숙한 반면 Artec Leo는 스캐닝 범위가 838 × 488mm로 더 넓습니다. 즉, 둘 다 전체 크기가 같은 물체를 캡처할 수 있지만 Spider가 Leo보다 캡처하는 데 시간이 더 오래 걸립니다.

3D 스캐너에 익숙해지는 데 시간이 오래 걸릴수록 사용자의 생산성이 떨어질 가능성이 높다는 점을 고려하면 사용 편의성과 같은 요소도 처리량에 영향을 미칠 수 있습니다. 유연한 휴대용 장치를 사용하면 사용자와 측정하려는 물체 사이에 있는 장애물을 피해서 작업하기가 더 쉬워집니다.

이동성

마지막으로, 장착형 3D 스캐너와 휴대용 3D 스캐너 중 어떤 것이 필요할까요? 전자는 대량 3D 스캐닝이나 대형 물체(대형 항공기 부품 및 공장 등)를 캡처하는 데 더 적합할 수 있지만, 후자는 나름 용도가 다양합니다.

이론적으로 저렴한 휴대용 장치라도 사용자가 자유롭게 움직이며 모든 각도에서 대상 물체를 캡처할 수 있습니다. 하지만 케이블이 연결되는 경우가 많아 실제로 이를 달성하는 데 한계가 있습니다. 따라서 이러한 3D 스캐너 사용자는 캡처하려는 물체의 위치뿐만 아니라 전원 소켓의 근접성도 고려해야 합니다.

예를 들어 자동차 산업에 종사하는 사용자가 조립 공장에서 차량 내부를 스캔하려고 할 때 케이블이 시트나 기타 내부 장애물을 감을 수 있을까요?

Leo와 같은 3D 계측 솔루션은 케이블이 전혀 필요 없기 때문에 이러한 문제를 극복할 수 있으며, 사용자는 작업 진행 상황을 확인하기 위해 모니터를 계속 전환할 필요 없이 Leo에 내장된 화면을 통해 모든 올바른 데이터 포인트를 수집하는 데 집중할 수 있습니다.

전반적으로 계측 3D 스캐닝 응용 분야의 범위는 상당히 광범위할 수 있지만, 이 기술이 제품 품질 개선에 특히 효과적이라는 것은 분명합니다. 이 기술은 주로 정확한 3D 측정값 수집을 용이하게 하여 제조업체가 최종 부품의 성능과 그 이유를 더 잘 파악할 수 있도록 합니다.

실제로 이 정보를 통해 3D 스캐닝 사용자는 제품을 더 빨리 출시할 수 있을 뿐만 아니라 여전히 사용하는 단종된 부품을 리버스 엔지니어링할 수 있는 수단을 확보할 수 있습니다.

3D 스캐닝 프로세스는 속도, 규모, 유연성을 통해 특히 검사 또는 리버스 엔지니어링 응용 분야에서 좌표 측정 기계의 사용과 같은 기존 측정 방법에 대한 매력적인 대안이 될 수 있습니다.