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2021년 7월 14일 (수) 14:16 판
3D 스캐닝(3D Scanning)은 하드웨어 장비를 이용하여 물체의 3D 형태를 측정하는 방법이다. 사람이나 사물을 3D 모델링 프로그램으로 모델링할 필요 없이 3D 스캐너를 이용하여 직접 데이터를 얻는 것이다.[1][2]
목차
개요
3D 스캐닝은 레이저를 발사하여 물체에 맞고 돌아오는 시간으로부터 거리를 측정한다. 특별히 고안된 패턴 광을 사용하여 물체까지의 거리를 측정하는 방법이 있다. 패턴 광을 사용하여 거리를 잴 때는, 미리 고안된 여러 가지 무늬의 빛을 물체에 가한 뒤, 빛이 물체에 맺힌 형태로부터 물체까지의 거리를 측정한다.[1]
3D 스캐닝 기술이란 3D 스캐너를 이용하여 레이저나 백색광을 대상물에 투사하여 대형물의 형상 정보를 취득하고 디지털 정보로 전환하는 모든 과정을 통칭하는 용어다. 3D 스캐닝 기술을 이용하면, 볼트와 너트를 비롯하여 초소형 대상물, 항공기, 선박 더불어 빌딩이나 다리 또는 지형과 같은 초대형 대상물의 형상 정보도 쉽게 얻을 수 있다.[3]
3D 스캐닝 특징
3D 스캐너로부터 얻어진 형상 정보는 다양한 산업군에 역설계(Reverse Engineering)나 품질 관리(Quality inspection) 분야에 적극적으로 활용되고 있다. 기존에는 특정 제품의 형상 정보를 얻기 위해선 대상 제품을 일일이 캘리퍼스와 같은 도구를 이용해, 수작업으로 대상물의 측정이 이루어졌다. 기존의 방식은 작업 시간도 많이 지체되고 정확한 작업을 실행하기 어렵다. 3D 스캐너는 단 몇 번의 샷을 통해서 단시간 내에 제품 전체의 형상 정보를 쉽고 정확하게 취득할 수 있게 해주는 혁신적인 툴이다. 3D 스키닝 기술은 대상물의 전체 형상을 한꺼번에 측정하며, 마이크로미터 단위로 매우 정밀하게 물체의 3D 데이터를 가질 수 있는 장점이 있다.[3] 그 결과 여러 산업 분야에서 생산성이 많이 증가하였다. 하지만 장비가 고가이고 장비의 이동이 어려워 보통 실내에서만 측정할 수 있다는 단점이 있다. 최근에는 노트북에 연결하여 사용할 수 있는 휴대용 스캐너가 소개되면서, 이동성은 많이 개선되었으나 물체에 그림자가 그리운다든지 물체 표면이 털로 덮여 있거나 빛나는 재질인 경우 데이터를 얻는 데 많은 어려움이 있다. 그에 따라서 3D 스캐닝은 현재 디지털 캐릭터 구성 과정에서 기하 모델링 작업에 참조하기 위한 기본 모델을 얻는 데 사용되고 배우의 얼굴 등과 같이 섬세함이 요구되는 캐릭터에는 3D 스캐닝을 활용하여 정밀한 모델을 얻는다. 콘텐츠 제작 용도 외에도 3D 스캐닝은 문화재 복원, 정밀 계측 등 다양한 산업 분야에 적용되고 있다.[1]
3D 스캐닝 기술
4차 산업혁명이 제조업의 새로운 트렌드로 주목받으면서, 다양한 기술들을 융합할 수 있는 소프트웨어 솔루션이 주목받고 있다.[4]
역설계
역설계(Reverse Engineering)는 디지털 설계 공정에 사용할 목적으로 실제 제품을 캡처하는 경우 반드시 거쳐야 하는 과정이다. 물리적 부품을 측정한 수치를 바탕으로 제품 설계 요소를 파악하는 과정은 제조혁신을 위한 토대가 된다.[4]
역설계 프로세스
최신 3D 스캐닝 기술과 소프트웨어를 사용하는 역설계 기술은 각 제품 생산 공정에서 반복적으로 발생하고 비즈니스 가치를 높이는 방안이다. 3D 스캐닝 기술 및 역설계 프로세스 활용은 오래된 부품 및 공구의 캐드 데이터를 재생성하고 기존 제품에 적합한 새로운 맞춤형 제품을 설계할 수 있다. 이 뿐만 아니라 프로토타입 혹은 제조를 위해서 변경 사항을 기록하고 분실된 부품 및 캐드(CAD) 데이터를 재설계하며, 신제품 설계를 위해 물리적 부품을 캐드로 변환한다.[4]
역설계 프로세스 사례
3D 시스템즈는 3D 스캐닝 기술을 활용한 역설계 프로세스에 초점을 맞췄다. 역설계 소프트웨어인 지오매직 디자인 엑스(Geomagic Design X)는 전 세계에서 가장 많이 사용되는 역설계 솔루션 중 하나이다. 지오매직은 기존 캐드 환경에 직접 연결되고 다른 모델과 같은 방식으로 사용할 수 있는 네이티브 파일을 생성한다. 무엇보다 기존 역설계 프로그램과 차별화되는 부분은 3배에서 최대 10배가 빠른 캐드 변환 속도이다. 이러한 장점은 비용 절감과 생산성 향상으로 이어져 해당 솔루션을 이용하는 기업에 이익으로 작용한다. 이외에도 메시 편집 및 포인트 클라우드 공정, 편차 분석 도구, 자동 솔리드 모델 추출을 활용한 실시간 결과 제공 등의 기능이 포함되어 있다.[4]
역설계 구현을 위한 팁
[4]1. 측정과 설계를 가로막는 장벽을 허문다. 이 의미는 제품 개발 부서 또는 엔지니어링 부서가 직접 스캐너를 조작하고 스캐너를 조작하는 검사, 품질 부서와 긴밀하게 협력하는 것이다. 설계자는 스캔 및 스캔 기반 캐드 모델링에 직접 참여를 한다.
2. 3D 스캐닝과 역설계가 가능한 여러 응용 분야를 탐색한다. 해당 부서 및 담당자는 기업 내에서 역설계 전문지식을 활용하고 이해 관계자의 지원을 구축하여 투자 수익(ROI)과 비즈니스 효과를 극대화한 다.
3. 적합한 3D 스캐너를 선택한다. 대부분의 측정 요건을 만족하는 3D 스캐너를 선택하고 나머지는 신뢰하는 외부 서비스 업체와 협력하는 것이 좋다.
4. 측정 소프트웨어를 설계하는 용도로 사용하지 않는다. 번들로 제공되는 스캐너 소프트웨어는 대부분 스캔 효과를 높이는 것에 집중되어 있기 때문에 기본적인 부품 의도를 파악하는 작업엔 적합하지 않다.
5. 설계 소프트웨어를 측정에 사용하지 않는다. 기존 캐드 소프트웨어를 사용하여 3D 스캔에서 캐드 모델을 제작하고 싶어도 이는 번거롭고 정기적으로 역설계에 사용하기에는 비효율적이다.
제품마다 변하는 역설계 적용 방식
역설계 프로세스 종류는 세 가지로 정리된다.
메시 모델링 프로세스 : 정리가 덜 된 스캔 데이터에서 완전한 스캔 데이터로 변환하고 정제하는 방식이다.
서피스 모델링 프로세스 : 복잡한 형상을 구현할 때, 형상에 대한 표면 정보만 그대로 가져와 간단한 솔리드 형태로 변환하는 과정이다.
파라메트릭 모델링 프로세스 : 일반적인 설계 개념을 적용하여, 스캔 데이터를 기반으로 3D 또는 2D 스케치로부터 만든 방식이다.
사용자가 어떠한 형식의 최종 데이터를 원하는가에 따라서 다르겠지만 일반적으로는 파라메트릭 모델링 프로세스를 주로 활용한다. 사례로, 서피스 모델링 프로세스는 대부분 형상의 표면만 필요할 때 사용된다. 그림 1은 주조 형상 모델로서 공기 역학적 흐름과 표면 곡률, 전반적인 형태가 중요한 제품이다.
오토 서피스 기능은 이 형상의 전체적인 영역을 구분한다. 패치 네트워크가 만들어지게 되면 서피스를 채워 솔리드 데이터로 출력한다. 이것은 스캔 데이터를 기반으로 소프트웨어가 자동을 계산한 값이다. 얼마나 정확하게 맞아떨어지는지 편차를 체크하는 기능을 통해 공차 범위 내에 들어오는지 아닌지 실시간으로 모델링을 만들며 지원할 수 있다. 오토 세그먼트 기능은 연산을 통해 특정한 기하 형상을 찾은 뒤에, 캐드 데이터처럼 영역을 구분할 수 있다. 사용자는 특정한 R 값을 가진 서피스를 삽입하여, 면의 조도 등 품질 검사 또한 할 수 있다.[4]
역설계의 주요 분야
2020년 기준 가장 많이 사용하는 분야는 자동차다. 역설계 소프트웨어는 자동차 내장재, 외장재 제작에 활용되고 이외에도 항공 우주, 의료, 장난감 등의 산업에도 사용된다. 그림 2를 보면, 곳곳에 빈 스캔 데이터가 있다. 형태가 추측 가능한 부분만 있어도 지오매직 디자인 엑스는 완벽한 차량의 모델링 데이터를 만든다. 더불어 항공기 경량화에 대한 관심이 높아지면서 위상 최적 설계를 적용하는 사례가 늘었다. 하지만 실제 제품으로 적용하고 싶어도 기존의 가공 프로세스로 진행하기에 어려움이 있다. 3D 시스템즈는 3D 프린팅 활용으로 완성된 데이터에 추가 가공을 통해 실제 항공기에 3D 프린팅 기술을 적용한 사례도 있다.[4]
3D 스캐너
각주
참고자료
- 〈3D 스캐닝이란〉, 《3D 시스템즈》
- 〈3D 스캐닝〉, 《네이버 지식백과(훤히 보이는 디지털 시네마)》
- 〈3D 프린팅을 위한 3D Scanner〉, 《스마트베리》
- 서재창 기자, 〈(Webinar Review) 3D 스캐닝 기술을 활용한 역설계 프로세스 알아보기〉, 《헬로티》, 2020-10-26
- 한국기술, 〈3D스캐너 활용사례 및 교육〉, 《네이버 블로그》, 2019-05-08
- 이리아찌, 〈역설계란?〉, 《네이버 블로그》, 2012-07-18
같이 보기
