1. 제품 스캐닝 (1) 스캐닝 방식_3D스캐닝 방식 결정

3D 프린터 운용 기능사 필기 1단원 제품 스캐닝 (1) 스캐닝 방식에서 3D스캐닝 방식 결정에 대해 알아보겠습니다. 

 

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1️⃣ 스캐닝 개념

3D 스캐닝은 물체나 공간의 물리적 형상을 디지털 3차원 모델로 변환하는 기술입니다. 3D 스캐닝을 사용하면 실제 대상의 정확한 크기, 형태, 색상 등의 정보를 컴퓨터에서 활용할 수 있습니다. 이 기술은 특히 3D 프린터 운용에서 필수적인 역할을 하며, 물체의 세밀한 구조를 정확하게 디지털화할 수 있게 합니다. 3D 스캐닝 기술은 설계와 제작 과정에서 매우 중요한 도구로, 특히 3D 프린팅 기술을 사용할 때 중요한 데이터를 제공합니다. 또한, 3D 스캐닝은 다양한 산업 분야에서 활용되며, 정확한 모델링을 가능하게 해 제품 제작에 큰 도움을 줍니다. 3D 스캐닝을 통해 얻은 3D 모델은 3D 프린터를 통해 실제 물체로 변환되거나, 가상 환경에서 분석 및 수정 작업에 사용됩니다.

 

2️⃣ 스캐닝 방식의 분류

 

2.1 접촉식 스캐닝 (Contact Scanning)

접촉식 스캐닝 (Contact Scanning)은 물리적인 프로브 (Probe)나 도구를 사용하여 대상 물체의 표면을 직접 접촉하며 측정하는 방식입니다. 이 방식에서는 좌표측정기(CMM)이나 탐침 프로브와 같은 장비가 사용됩니다. 접촉식 스캐닝은 높은 정밀도를 제공하며, 환경 조건에 크게 영향을 받지 않고 일관된 데이터를 얻을 수 있는 장점이 있습니다. 그러나 접촉식 스캐닝은 측정 속도가 상대적으로 느리고, 복잡한 형상이나 내부 구조를 측정하는 데 어려움이 있는 단점이 있습니다. 이러한 이유로, 접촉식 스캐닝은 주로 단순한 표면 측정에 적합하며, 복잡한 형태를 다루는 데는 다른 스캐닝 방식이 필요할 수 있습니다.
 

2.2 비접촉식 스캐닝 (Non-Contact Scanning)

비접촉식 스캐닝은 물체에 직접 접촉하지 않고 빛, 레이저, 구조광 등 비접촉적인 방법을 이용하여 3차원 정보를 수집하는 방식입니다. 주요 방식으로는 레이저 삼각 측량(Laser Triangulation), 구조광 스캐닝(Structured Light Scanning), TOF (Time-of-Flight) 등이 있습니다.
🔸 레이저 삼각 측량(Laser Triangulation)
레이저 삼각 측량 (Laser Triangulation)은 레이저 빛을 이용하여 물체의 표면 형상을 3차원으로 측정하는 기술입니다. 이 레이저 삼각 측량 방식은 빛의 반사 위치를 삼각형의 원리를 활용하여 계산함으로써, 대상 물체의 거리와 형태를 정확하게 파악할 수 있습니다. 레이저 삼각 측량의 가장 큰 장점은 높은 정밀도와 빠른 측정 속도, 비접촉 측정이 가능하다는 점입니다. 또한, 레이저 삼각 측량은 간단한 설정으로도 정확한 결과를 얻을 수 있어 매우 효율적입니다.
하지만 레이저 삼각 측량에는 몇 가지 단점이 존재합니다. 조명 조건에 민감하여 환경에 따라 측정 정확도가 달라질 수 있으며, 표면 특성의 영향을 받기 때문에 반사율이 낮거나 투명한 물체를 측정할 때는 어려움이 있을 수 있습니다. 또한, 레이저 삼각 측량의 거리 제한이 있어 먼 거리의 물체를 측정할 때 정확도가 떨어질 수 있습니다.
레이저 삼각 측량 기술은 다양한 산업 분야에서 활용되며, 특히 정밀 측정이 필요한 분야에서 큰 장점을 제공합니다.

레이저 삼각 측량

 
🔸 구조광 스캐닝(Structured Light Scanning)
구조광 스캐닝 (Structured Light Scanning)은 패턴화된 빛(예: 스트라이프, 격자 등)을 대상 물체에 투사하고, 변형된 패턴을 카메라로 촬영하여 3D 정보를 생성하는 기술입니다. 이 구조광 스캐닝 방식은 패턴의 왜곡을 분석하여 물체의 표면 형상을 재구성하는 원리로 작동합니다. 구조광 스캐닝은 비접촉 방식으로 빠르고 정밀한 3D 데이터를 얻을 수 있어 다양한 산업에서 활용됩니다.
구조광 스캐닝의 주요 장점은 높은 해상도와 빠른 스캔 속도, 그리고 비접촉 측정이 가능하다는 것입니다. 이러한 장점 덕분에 구조광 스캐닝은 정밀한 표면 분석이 필요한 분야에서 매우 유용하게 사용됩니다. 하지만 구조광 스캐닝은 몇 가지 단점이 존재합니다. 먼저, 조명 조건에 민감하여 측정 환경에 따라 정확도가 달라질 수 있습니다. 또한, 물체의 표면 반사율에 영향을 받기 때문에 반사율이 낮거나 투명한 물체를 측정하는 데 어려움이 있을 수 있습니다. 마지막으로, 구조광 스캐닝은 복잡한 데이터 처리 과정이 필요해 더 많은 시간이 소요될 수 있습니다.
구조광 스캐닝은 높은 정밀도와 빠른 측정 속도를 제공하기 때문에, 주로 정밀 측정과 3D 형상 분석이 필요한 다양한 분야에서 중요한 역할을 합니다.

구조광 스캐닝

🔸 TOF (Time-of-Flight)
TOF (Time-of-Flight) 방식은 레이저 또는 LED에서 발사된 빛이 물체에 반사되어 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정하여 거리를 계산하는 기술입니다. 이 TOF 방식은 빛의 반사 시간을 통해 물체와의 거리를 실시간으로 파악할 수 있게 해줍니다. TOF 기술은 특히 대형 구조물이나 원거리 측정에 유리하며, 정확하고 신속한 거리를 측정할 수 있습니다.
TOF 방식의 가장 큰 장점은 실시간 측정이 가능하고, 긴 거리 측정이 용이하다는 점입니다. 또한, TOF 방식은 광범위 응용이 가능하여 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있습니다. 하지만 TOF 방식은 낮은 해상도와 높은 비용이라는 단점이 있습니다. 따라서, TOF 기술을 사용할 때는 측정 정확도와 비용을 잘 고려해야 합니다.
TOF 방식은 실시간 측정과 긴 거리 측정이 중요한 경우에 적합하며, 대형 구조물의 측정이나 원거리 측정이 필요한 상황에서 매우 유용합니다.

 
 

3️⃣ 데이터 유형

🔸 점군(Point Cloud) 
3차원 공간 내의 수많은 점들로 구성된 데이터 집합으로, 각 점은 위치 정보(x, y, z)를 포함하며, 경우에 따라 색상(RGB) 정보도 포함할 수 있습니다. 점군 데이터는 3D 스캐닝 기술을 통해 수집되며, 물체나 공간의 형태를 디지털화하는 데 사용됩니다. 이 데이터는 고정밀의 복잡한 구조와 세부적인 표면 정보를 표현할 수 있어 건축, 자율주행차, 문화유산 보존, 제조 및 품질 관리 등의 분야에서 활용됩니다. 점군은 데이터의 밀도에 따라 세밀함과 정확도가 결정되며, 대규모 프로젝트에서 매우 유용합니다. 그러나 점군 데이터는 대용량의 파일 크기를 가지며, 노이즈 제거와 후속 처리가 복잡할 수 있다는 단점이 있습니다.

🔸 폴리라인(Polyline)
폴리라인은 일련의 연결된 선분으로 구성된 2차원 또는 3차원 선형 데이터로, 각 선분은 두 개의 연속된 점으로 정의됩니다. 폴리라인은 도로, 경계선, 설계 경로 등 단순화된 형태를 표현하는 데 적합하며, CAD 설계, 지도 제작, 게임 및 애니메이션, 건축 및 토목 등의 분야에서 자주 사용됩니다. 데이터 구조가 단순하고 효율적이며, 점군 데이터에 비해 파일 크기가 작아 처리 속도가 빠릅니다. 그러나 세밀한 디테일이나 복잡한 형상을 표현하기 어렵고, 2D 폴리라인의 경우 3D 구조를 완벽히 재현하기 어렵다는 한계가 있습니다.
🔸 메쉬(Mesh)
메쉬(Mesh) 는 3D 공간에서 물체의 표면을 표현하기 위해 사용되는 데이터 구조로, 점(Point), 선(Line), 면(Face)으로 구성됩니다. 주로 삼각형 또는 사각형으로 이루어진 다각형 네트워크를 사용하며, 복잡한 3D 모델을 디지털화하거나 시각적으로 표현할 때 사용됩니다. 메쉬는 점군(Point Cloud) 데이터를 기반으로 생성되며, 3D 모델링, 애니메이션, 게임 개발, 제조 및 역설계 등 다양한 분야에서 활용됩니다.
 

 

 

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