3D스캐너 대상물 스캔

스캐닝 준비 단계

스캐닝을 준비하는 과정에서 스캐닝의 방식, 측정 대상물의 크기 및 표면, 적용 분야(고정밀 산업용 혹은 일반용)등이 고려되어야 합니다.

 

대상물의 표면 상태별 스캐너

측정 대상물 표면 코팅

일반적인 라인 레이저 방식에서는 레이저가 측정 대상물의 표면에 잘 주사가 되어야 하는데, 이를 위해서 레이저 스팟이 잘 생성되는 피측정물을 준비합니다. 측 CCD, CMOS방식 카메라에서 측정 대상물의 표면에 맺힌 레이저 스팟이 잘 읽여야 합니다.

레이저가 잘 주사되지 않는 표면을 가진 대상물의 경우 3D스캔 시 스캔이 잘 이루어지지 않는 단점이 있는데 측정 대상물의 표면이 투명할 경우에는 레이저 빔 투과로 표면에 레이저 스팟이 생기지 않으며 측정 대상물에 전반사가 일어날 경우에는 정확한 레이저 스팟 측정이 어렵습니다. 또한, 가시광레이저의 경우 레이저 스팟이 측정 대상물에 흡수되어 선명하게 보여야 측정 카메라에서 인식할 수 있습니다.

레이저가 잘 주사되지 않는 표면을 가진 대상물을 선택할 시에는 투명, 난반사, 전반사가 일어날 경우에는 측정 방식을 바꿔야 하며 측정 방식 변경 방법 외에도 측정 대상물의 표면 처리를 통해 원활한 측정이 가능합니다. 이러한 단점들을 보완하기 위해 표면 처리 코팅재를 사용하면 원활한 스캔이 가능하게 되는데 코팅재는 매우 미세한 백색 파우더가 포함된 액체 재료가 있습니다. 주로 스프레이 방식으로 재료를 피측정물에 도포할 수 있으며 파우더의 입자가 클 경우에는 측정 오차가 생길 수 있으므로 요구되는 측정 정밀도를 바탕으로 코팅재를 선별하여야 합니다. 

코팅 시 유의 해야할 사항이 있는데 모든 면에 균일하게 코팅을 해야하며 측정이 끝난 후 쉽게 제거되어야 피측정물의 본래 표면을 유지할 수 있습니다. 또한, 전반사 및 투명 표면이 아닌 난반사가 일어나는 경우에는 레이저 빔, 카메라 사양에 따라 측정 환경의 주변 밝기를 조절하고 카메라 노출 정도를 조절하여 난측정을 해결할 수 있습니다.

 

대상물의 크기별 스캐너

마커 사용 예

대상물이 측정 범위를 벗어날 경우에는 측정 방식을 바꾸거나 혹은 여러 부분으로 측정해서 데이터의 정합 및 병합 과정을 거쳐야 합니다. 이때 여러 번의 측정으로 데이터를 생성 시 원활한 정합 및 병합이 이루어질 수 있도록 어느 정도의 중첩된 표면이 측정되어야하며 보통 정합용 마커나 정합용 볼을 포함하는 측정 고정구를 사용합니다.

정합용 마커는 주로 산업용 고정밀 라인 레이저 측정에서 많이 사용하며 치수 정밀도가 매우 우수한 볼 형태입니다. 측정 대상물에 미리 고정시고 고정된 볼이 측정 대상물과 같이 스캔이 됩니다. 측정이 끝난 후 각 데이터에서 동일한 볼의 중심을 일치시켜 각 축정 데이터는 회전 및 병진을 통해 정합 작업을 완료하게 됩니다.

특히 측정 대상물이 큰 경우 여러 개의 볼을 사용하여 서로 정합 될 측정 데이터 사이에 중첩되는 볼이 최소 3개 이상 존재해야 합니다. 정합용 볼을 포함한 측정 고정구를 사용하는 방법도 있고 고정구에 측정 대상물을 고정하고 위 과정과 동일하게 측정하는 방법도 있습니다.

이러한 마커를 사용하는 방법 외에도 자동 정합 기능이 있는데 여러 측정 데이터에서 중복되는 특징 형상을 추출하고 이 부분을 매칭시켜 데이터를 합치는 기능으로 높은 정밀도를 요하지 않는 경우, 광 패턴 방식이나 라인 레이저 방식의 이동식 스캐너는 소프트웨어에 자동 정합 기능이 포함되어 있습니다. 하지만 볼 마커보다는 정밀도가 떨어진다는 단점이 있습니다. 그래서 저가용 스캐너에서 많이 사용합니다.

 

스캐닝 설정

스캐닝 설정에는 스캐너 보정, 노출 설정, 측정 범위, 측정 위치 선정, 스캐닝 간격 및 속도 등이 포함됩니다.

 

스캐너 보정

스캐닝 이전에 스캐너 보정을 수정해야 하는데 주변 조도에 따라 카메라 보정, 이송 장치의 원점 등을 설정해야 합니다. 대개 자동 보정 기능을 포함하지만, 스캐닝 방식마다 차이는 있습니다.

 

조도

측정 방식에 따라 주변 밝기인 조도를 조절해야하며 레이저 방식, 광 패턴 방식 모두 빛이 너무 밝은 경우, 표면에 투사된 레이저가 카메라에 잘 측정되지 않을 경우 직사광선을 피해야 합니다. 또한 빛이 너무 어두울 경우, 카메라에 들어오는 빛의 양이 감소하여 측정이 잘 되지 않을 경우에는 주변 밝기 조절로 스캐너에서 요구하는 조도를 맞추고 카메라 설정을 통해 노출 정도를 제어해야 합니다.

 

측정 범위 설정

측정 대상물의 클 경우 측정 영역을 미리 설정할 필요가 있는데 이는 측정 시간을 단축하기 위함입니다. 측정 대상물에 큰 단차가 있을 경우 카메라의 초점이 심도 밖에 위치하는데 이럴 때에는 측정 방향을 시작과 끝점, 레이저 광 진행 방향으로 초점 심도를 고려해야합니다. 저가형 스캐너의 경우 턴테이블을 사용하여 자동으로 전면 측정이 이루어 지는데 턴테이블의 회전축 방향으로 여러 영역을 구분시켜 각 영역에서 360도 방향으로 측정 후 최종적으로 정합 및 병합을 수행합니다. 이동식 3D스캐너의 경우 별다른 측정 영역이 필요 없어 원하는 영역을 이동 속도를 고려하여 측정하면 됩니다.

 

스캐닝 간격 및 속도

라인 레이저의 경우 연속된 2개의 레이저 빔 라인에 대한 간격 설정이 가능하고 직선으로 이송하는 경우에는 이송 방향으로 스캔 간격을 미리 설정이 가능합니다. 간단한 형상의 면은 스캐닝 간격을 넓게 설정하고 턴테이블 이용방식의 경우 회전량 조절로 측정 간격 조절을 합니다. 특히, 복잡한 면일 수록 스캐닝 간격을 좁게 설정하여 많은 점 데이터를 확보해 원래 형상을 제대로 복원할 수 있어야 합니다.

 

3D프린터에서 3D스캐너에 대해 자세히 다루는 이유는 누구나 모델러가 아니기 때문입니다. 모델러의 경우 스캐너가 크게 필요치 않습니다. 하지만 길가다 100명을 잡고 물어봤을 때 과연 3D모델링을 하는 사람이 몇명이나 될까하는 생각도 해보았습니다. 3D프린터는 다루고 싶은데 모델링을 하기에는 시간이 여의치 않는 분들을 위해 포스팅을 하게 되었습니다. 3D스캐너를 활용해 3D프린터를 사용하다보면 3D모델링에 욕심이 생기지 않을까 하는 마음입니다.

이번 포스팅은 이쯤에서 마무리 하고 다음 포스팅부터는 본격적으로 3D프린터 출력에 대해 다뤄보겠습니다.

 

하루하루 행복하세요.^^