[基礎知識特集]製品設計：リバースモデリングってどんなこと？

リバース モデリング ってどんなこと？ 基礎知識 製品設計 特集 ・３Dスキャンを使った省人化プロセス ・デジタルを使った製品のリバースモデリング ってどうやるの？ ・どんな製造業に欠かせない製品設計の工程 に３Dデジタル技術を取り入れ効率性アップ を目指しましょう！

【目次】 01. 【基本】リバースモデリングとは？ 基本概念/従来の図面化・設計との違い/なぜ今3Dスキャンが必要なのか 02. 【背景】デジタル手法を取り入れる理由とは？ 図面が存在しない部品/手測定では形状取得が困難/複雑曲面の再設計/老朽部品・既存設備の再設計 03-1. 【原理】リバースモデリングに必要なもの①：3Dスキャナとは？ ①非接触3D計測の仕組み　②レーザースキャン・構造光　③精度・解像度の考え方 03-2. 【原理】リバースモデリングに必要なもの②：ソフトウェアとは？ リバースモデリングソフトの主な機能 04.【応用】 製品のリバースモデリング手法とプロセスについて ①3つの手法：自動処理・手動操作・ハイブリッド　②プロセスの詳細説明 05. 【番外編】リバースモデリングで失敗する5つの注意ポイント 初心者が陥りやすいポイントを把握しましょう 06. 【総括】デジタルプロセス導入のステップと期待効果 一般的な導入スケジュールとROIの考え方 02

 01. 【基本】リバースモデリングとは？ 基本概念/従来の図面化・設計との違い/なぜ今3Dスキャンが必要なのか リバースモデリングの基本概念 リバースモデリングとは、既存の製品や部品の形状を計測し、そのデータをもとに3D CAD モデルを作成する技術です。通常の設計では、CADデータから製品を製造しますが、リバー スモデリングではその逆のプロセスをたどり、実物からデジタルデータを生成します。 3Dスキャナーを用いることで、対象物の形状を高精度に取得し、点群データやメッシュ データとしてデジタル化します。その後、これらのデータをもとにCADモデルを再構築する ことで、設計データとして再利用することが可能になります。この技術は、図面が存在しな い部品の再設計、既存製品の改良、複雑形状の解析など、さまざまな分野で活用されています。 スキャンデータ CADデータ 従来の図面化・設計との違い 従来の図面化では、ノギスや三次元測定機などを用いて寸法を個別に測定し、それらの情報 をもとにCADモデルを作成する方法が一般的でした。しかしこの方法では、複雑な曲面形状 や自由曲面を正確に再現することが難しく、多くの時間と作業工数が必要になります。 一方、3Dスキャンを活用したリバースモデリングでは、対象物全体の形状を一度に取得する ことができ、数百万～数億点の形状データとしてデジタル化することが可能です。これによ り、複雑な形状でも高精度に再現できるだけでなく、測定作業の効率化と品質の向上を同時 に実現できます。 なぜ今3Dスキャンが必要なのか 製造業では、長年使用されている設備や部品において図面が残っていないケースや、設計 データが古いフォーマットで再利用できないケースが増えています。また、製品開発では、 試作品や手加工された形状をデジタル化して設計に反映するニーズも高まっています。 こうした背景の中で、実物の形状を短時間でデジタル化できる3Dスキャン技術は、設計・ 製造プロセスを効率化する重要なツールとして注目されています。リバースモデリングを 活用することで、既存資産のデジタル化、設計データの再構築、製品改良の迅速化などを 実現し、ものづくりの高度化とスピード向上に貢献します。 03

02. 【背景】デジタル手法を取り入れる理由とは？ 図面が存在しない部品/手測定では形状取得が困難/複雑曲面の再設計/老朽部品・既存設備の再設計 ①図面が存在しない部品 ②手測定では形状取得が困難 長年使用されている設備や部品では、設計図面やCADデータが残っていないケースが少 ノギスやマイクロメータなどの手測定では、複雑な形状や大きな部品を正確に測定する なくありません。特に古い設備や海外製の装置では、図面の入手が困難な場合もありま ことが難しい場合があります。特に曲面が多い部品や入り組んだ構造を持つ製品では、 す。3Dスキャンを活用することで、現物の形状を高精度に取得し、そのデータをもとに 多数の測定ポイントが必要となり、作業時間が大幅に増加します。3Dスキャナーを使用 CADモデルを再構築することが可能になります。これにより、図面が存在しない部品で すれば、対象物全体の形状を短時間で取得でき、数百万点以上の形状データとしてデジ も設計データを復元し、部品製作や改良設計に活用することができます。 タル化することが可能です。これにより、手測定では困難な形状でも効率的かつ高精度 にデータ化することができます。 3Dスキャンで現物を計測。 現状を一括でデジタル取得。 CADモデルを再構築。 数百万点のデータで高精度再現。 ③複雑曲面の再設計 ④老朽部品・既存設備の再設計 製品デザインや機能部品では、自由曲面や滑らかな曲線形状が多く用いられています。 製造設備やプラントでは、長期間使用されている部品や構造物の更新が必要になること こうした形状を従来の測定方法で再現することは非常に難しく、設計者の経験や推測に があります。しかし、設備の一部だけを交換したり改造したりする場合、既存設備との 頼るケースも少なくありません。3Dスキャンによって取得した形状データをもとにサー 適合性を考慮した設計が必要になります。3Dスキャンによって現場の設備形状を正確に フェスモデルを生成することで、実物の曲面形状を忠実に再現したCADモデルを作成す 取得することで、既存環境を反映した設計データを作成することができます。これによ ることが可能になります。これにより、既存形状をベースとした改良設計や性能解析を り、干渉の確認や取り付け精度の検証を事前に行うことができ、設計ミスや施工トラブ スムーズに行うことができます。 ルのリスクを低減します。 歪曲形状を忠実にデータ化。 現場設備をそのままデジタル化。 CADサーフェスとして再構築。 干渉チェック・適合設計が可能。 04

03-1. 【原理】リバースモデリングに必要なもの①：3Dスキャナーとは？ ①非接触3D計測の仕組み 3Dスキャンとは、対象物に触れることなく形状を測定し、三次元のデジタルデータとして取得する計測技術です。スキャナーから照射されるレーザーや パターン光を対象物に当て、その反射をセンサーで検出することで、対象物の位置情報（X・Y・Z座標）を取得します。このようにして取得された 大量の座標データは「点群データ」と呼ばれ、対象物の表面形状を細かく表現します。さらに点群データを処理することで、メッシュデータやCAD モデルへと変換することが可能になります。非接触で測定できるため、柔らかい素材や複雑な形状、大型構造物など、従来の測定方法では難しい対象 物でも効率的に形状取得を行うことができます。 点群＝3次元（X,Y,Z）の座標データの集まり 【取得した座標値から3点で構成される面を作成】 ・メッシュ化 ・三角ポリゴンの集合、計測方向から表と裏の判別が可能 　→STLファイル等への出力 ・CADで使われる曲面（サーフェス）とは形式が異なる CADで利用するにはポリゴンを曲面に変換するソフトウェアが必要 点群データ ポリゴン（メッシュ） NURBS（サーフェス） 拡張子：asc.txt等 拡張子：stl,obj等 拡張子：iges,step等 点群データ メッシュデータ 05

03-1. 【原理】リバースモデリングに必要なもの①：3Dスキャナーとは？ ②レーザースキャン・構造光スキャン 3Dスキャナーにはいくつかの計測方式がありますが、製造業で多く使用されるのが「レーザースキャン」と「構造光スキャン」です。レーザースキャン は、レーザー光を対象物に照射し、その反射を測定することで形状を取得する方式です。比較的大きな対象物や屋外環境での計測に適しており、 広い範囲を効率的にスキャンすることができます。一方、構造光スキャンは、縞状などのパターン光を対象物に投影し、その変形をカメラで解析する ことで形状を取得する方式です。高い解像度と精度を持ち、小型部品や精密形状の計測に適しています。用途や対象物のサイズ、必要な精度に応じて、 適切なスキャン方式を選択することが重要です。　 ストライプパターン スパークルパターン レーザーパターン 構造光スキャン 02 高精度＋高精細 光速スキャン 高精度＋光速 固定式スキャンに使用 ハンドヘルド方式に使用 ハンドヘルド方式に使用 06

03-1. 【原理】リバースモデリングに必要なもの①：3Dスキャナーとは？ ③精度・解像度の考え方 3Dスキャンでは「精度」と「解像度」という2つの指標が重要になります。精度とは、取得したデータが実際の形状とどれだけ一致しているかを示す 指標であり、計測結果の信頼性を表します。一方、解像度とは、形状をどれだけ細かくデータ化できるかを示す指標で、細部の再現性に関係します。 一般的に、精度が高いほど寸法評価や品質検査に適したデータとなり、解像度が高いほど微細な形状や曲面の再現性が向上します。用途に応じてこれ らのバランスを考慮し、適切なスキャン条件や機材を選定することが重要です。 スキャン精度：0.1ｍｍ スキャン精度：１ｍｍ 07

03-2. 【原理】リバースモデリングに必要なもの②：ソフトウェアとは？ リバースモデリングソフトの主な機能 1. 点群データ処理 2. メッシュ 3. 形状解析 4. サーフェス生成 5. CADモデリング 6. 形状比較 生成編集 特徴抽出 精度検証 Point Cloud Processing MeshProcessing Feature Recognition Surface Modeling Parametric Modeling Inspection 3Dスキャナーから取得し 点群データをポリゴン スキャンデータから、 メッシュデータからCAD 最終的に、設計や製造に 作成したCADモデルとス た点群データを整理・編集 メッシュ（STLなど）に CADモデルに必要な形状 で利用可能なサーフェス 利用できるCADモデル キャンデータを比較し、 する機能です。スキャン 変換し、形状として扱え 要素を認識する機能です。 モデル（NURBS）を作成 （ソリッドモデル）を作成 形状精度を確認する機能 データにはノイズや不要な るようにします。この工 これにより、スキャン形 します。複雑な曲面を再 します。 です。 データが含まれるため、正 程では、スキャンデータ 状から設計意図に近い 現するための重要な工程 確なモデルを作成するため の形状を滑らかで扱いや CAD形状を生成できます。 です。 の前処理を行います。 すい状態に整えます。 主な機能 主な機能 主な機能 主な機能 主な機能 主な機能 ・点群データの読み込み ・点群 → メッシュ生成 ・平面認識 ・NURBSサーフェス生成 ・スケッチ生成 ・カラーマップ偏差表示 ・複数スキャンデータの ・穴埋め（ホールフィリング） ・円筒・円錐認識 ・曲面フィッティング ・押し出し、回転 ・断面比較 　位置合わせ（アライメント） ・メッシュの平滑化 ・穴形状認識 ・自由曲面モデリング ・フィレット作成 ・寸法測定 ・ノイズ除去 ・メッシュ簡略化 ・フィレット認識 ・パッチサーフェス生成 ・穴フィーチャー作成 ・不要データの削除 （データ軽量化） ・パラメトリック ・点群の統合（マージ） ・エッジや形状特徴の保持 ・エッジ抽出 　モデリング 08

04.【応用】 製品のリバースモデリング手法とプロセスについて ①３つの手法：自動処理・手動操作・ハイブリッド 3Dスキャンを用いた、製品のリバースモデリング手法は大きく分けて３パターンあります。それぞれのユースケースは以下の通りです。 手法パターン ①自動処理 ②手動操作 ③自動処理＋手動操作 ・曲面形状が多い形状から 　治具など作成したい場合。 ・時間を要する場合。 適している ・部分的にCADモデリング 場合 ・データのない市販品を自社 ・作業難易度が高いため、 　がしやすい形状の場合。 　製品に組み込み干渉を確認 　習熟度を必要とする場合。 　（押出で完結する箇所等を有する） 　したい場合。 自動処理のため簡単に CAD化ができるが、R値 自動と手動を使い分ける 作業の特徴 を変更したり、厚さを 履歴があるデータとなる ポイント 調整するなどの設計変更 ので設計変更をするなど、 事で、狙った製品形状の がしずらいデータとなり 柔軟な対応が可能です。 再現を追求することがで きます。 ます。 09

04.【応用】 製品のリバースモデリング手法とプロセスについて ②-1.プロセスの詳細説明　「自動処理」をメインとするケース① ここでは、「自動処理をメインとする」手法を紹介します。製品形状によって、適した手法は異なります。 ①データの読み込み ②自動サーフェスの実行 1.データを読み込み、自動サーフェスを実施します。 1.面の貼り方を選択します。 2.自動サーフェスが完了します。 　・機械的 - (CADで設計された部品に最適) 　　高い曲率部の精度を重視します。 　・有機的 - (手で彫刻されたものや自然物に最適) 　　 全体の形状の精度を重視します。 　今回は有機的を選択します。 ※画像は一例（Design X）ですが、一般的な検査ソフトでも同様の考え方が適用されます。 10

04.【応用】 製品のリバースモデリング手法とプロセスについて ②-1.プロセスの詳細説明　「自動処理」をメインとするケース② 自動サーフェスしたデータと治具を引き算すればピッタリフィットする形状が作成できます。 ③ソリッドデータの用意 ④位置調整 ⑤ブーリアンの実行 1.治具の土台となるソリッドデータを用意します。 1.自動サーフェスのデータに対して治具はめり込む様にデータ 1.ブーリアンを実行するとサーフェスデータとの重複部分が 　を作成しておきます。 　くり抜かれた形になります。 ※画像は一例（Design X）ですが、一般的な検査ソフトでも同様の考え方が適用されます。 11

04.【応用】 製品のリバースモデリング手法とプロセスについて ②-2.プロセスの詳細説明　「手動操作」をメインとするケース① ここでは、「手動でのフィーチャーモデリング」手法を紹介します。製品形状によって、適した手法は異なります。 ①平面作成 ②断面ライン抽出 ③断面ラインを投影 1. スキャンした点群を範囲で選択 して平面を作成する事ができま す。 2. 平面を作成する際には類似部分を 1.スキャンしたデータから断面ラインを抽出し 1.抽出した断面ラインをなぞるようにスケッチ 選択後平面コマンドを実行します。 　ます。断面を切る場所は自由に調整ができま 　を作成します。「自動スケッチ」機能があり、 類似部分を選択する際には曲率の 　す。 　ある程度自動で投影をしてくれます。 感度を自動認識して平面であろう 部分を簡単に選択する事ができま す。 3. 選択部分に接する平面を簡単に作 成ができます。 2.ここでは外形ラインが必要になるので綺麗な 2.投影完了後、寸法記入する事ができます。 　断面ラインを抽出できるようにしています。 ※画像は一例（Design X）ですが、一般的な検査ソフトでも同様の考え方が適用されます。 12

04.【応用】 製品のリバースモデリング手法とプロセスについて ②-2.プロセスの詳細説明　「手動操作」をメインとするケース② ④押し出し ⑤フィレット作成 ⑥幾何形状作成 1.「メッシュから半径を推測」​機能がある場合、これはスキャン 　したデータからR部分の数値が、ある程度か把握できるので、 　その数値を参考にしつつR値を決めていきます。 1.投影したラインを押し出しします。 2.作成したＣＡＤデータがどのぐらいスキャンデータにフィット 1.円柱、円錐などの形状は範囲を指定することで、ある程度自 　しているかカラーマップで確認ができるのでＲ部分の微調整も 　動で作成してくれます。これを繰り返す事でノギスで現物を 　簡単に可能です。 　測定しながら作成するよりも簡単に作成ができます。 ※画像は一例（Design X）ですが、一般的な検査ソフトでも同様の考え方が適用されます。 13

04.【応用】 製品のリバースモデリング手法とプロセスについて ②-3.プロセスの詳細説明　「自動処理＋手動操作」のハイブリッドケース① 全て自動サーフェスの場合は、細かな編集はできません。 ハイブリット方法であれば曲面形状は自動で作成しつつ変更したいポイントだけ手動で作成し、いつでも設計変更ができるようにすることが可能です。 ※画像は一例（Design X）ですが、一般的な検査ソフトでも同様の考え方が適用されます。 14

04.【応用】 製品のリバースモデリング手法とプロセスについて ②-3.プロセスの詳細説明　「自動処理＋手動操作」のハイブリッドケース② 1.スキャンデータ 2.スキャンデータを複製後穴埋めして穴のない自動サーフェスのデータを用意します。 3.領域を分割します。 4.円柱の側面を触ると円柱が簡単に作成できます。 ※画像は一例（Design X）ですが、一般的な検査ソフトでも同様の考え方が適用されます。 15

04.【応用】 製品のリバースモデリング手法とプロセスについて ②-3.プロセスの詳細説明　「自動処理＋手動操作」のハイブリッドケース③ 5.自動サーフェスで作成したデータに円柱が埋まった状態となります。 6.ブーリアン機能でカットします。 7.円柱で作成できない場所がある場合があります。 8.スキャンしたデータから断面を取得します。 9.円、直線などを利用してトレースします。 ※画像は一例（Design X）ですが、一般的な検査ソフトでも同様の考え方が適用されます。 16

04.【応用】 製品のリバースモデリング手法とプロセスについて ②-3.プロセスの詳細説明　「自動処理＋手動操作」のハイブリッドケース④ 9.作成したスケッチを押し出しカットします。 10.完成しました。 11.手動で作成した部分は寸法で制御できるので簡単に数値を調整できます。 ※画像は一例（Design X）ですが、一般的な検査ソフトでも同様の考え方が適用されます。 17

05．【番外編】リバースモデリングで失敗する5つの注意ポイント 初心者が陥りやすいポイントを把握しましょう リバースモデリングで失敗する5つの理由 3Dスキャンを用いたリバースモデリングは、既存製品を高精度にデジタル化できる有効な技術です。しかし、適切なプロセスや理解がないまま進めてしまうと、期待した成果が得られない場合 があります。ここでは、リバースモデリングでよく見られる失敗例と、その対策を紹介します。 ① スキャンデータをそのまま ② スキャン計画を立てずに ③ 適切なスキャナーを選定 ④データを処理を軽視 ⑤ CAD化してしまう 計測してしまう していない してしまう 設計視点が欠けている 3Dスキャンデータには、摩耗や変 3Dスキャンでは、センサーか 対象物のサイズや要求精度に合わ ないスキャナーを使用すると、必 3Dスキャンデータは、そのまま リバースモデリングでは、単に形 形、加工誤差なども含まれていま ら見えない部分（死角）が発生 要 な精度や解像度が得られない場合 ではノイズや不要データを含ん 状を再現するだけでなく、設計意 す。これらをそのままCADモデル します。事前に計測計画を立て が あります。例え でいます。適切な点群処理や 図を理解したモデリングが重要で として再現してしまうと、設計意 ずにス キャンすると、形状欠 ば ・大型設備 → ハンディスキャナー　 メッシュ編集を行わないと、 す。例えば基準面（データム）、 図とは異なる形状が再構築されて 損やデータ不足が発生すること 　では精度不足 CADモデリングの品質が低下す 機能形状、寸法関係などを考慮し しまう可能性があります。 があります。 ・小型精密部品 → レーザースキャナー る可能性があります。 たCAD構築が必要になります。 　では解像度不足 回避ポイント 回避ポイント 回避ポイント 回避ポイント 回避ポイント ・基準面や基準軸を定義する ・スキャン対象の構造を ・対象物サイズと精度要求を整理 ・ノイズ除去 ・設計者と計測担当者の連携 ・設計意図に基づいた 　事前に確認 ・計測方式の特性を理解する ・メッシュ最適化 ・機能要件を考慮したモデリング 　形状再構築を行う ・複数方向からのスキャン ・用途に適した機材を選定 ・必要領域の抽出 ・GD&Tを意識した設計 ・フィーチャーベースモデリング ・必要に応じて治具や 　を活用する 　ターンテーブルを使用 リバースモデリングを成功させるためには、単に3Dスキャンを行うだけでなく、 適切な計測計画 データ処理 設計意図の理解 これらを組み合わせたプロセスが重要になります。これらを適切に実施することで、 実物形状を正確に再構築し、設計・製造プロセスに有効活用することができます。 18

06. 【総括】デジタルプロセス導入のステップと期待効果 一般的な導入スケジュール 3Dスキャンを用いたリバースモデリング技術の導入期間 3Dスキャンを活用したリバースモデリングは、比較的短期間で導入できるデジタル技術のひとつです。機材の導入から実際の運用開始までの期間は、一般的に数週間〜数か月程度が目 安となります。導入プロセスは、主に以下のステップで進められます。 STEP①　要件整理・対象業務の選定 STEP②　機材導入・環境構築 STEP③　操作トレーニング・試験運用 STEP③　本格運用開始 まず、リバースモデリングを導入する 次に、3Dスキャナーやリバースモデリ 機材導入後は、実際の対象物を用いたス 目的や対象業務を整理します。 ングソフトを導入し、作業環境を整備し キャンやデータ処理のトレーニングを行 試験運用でプロセスが確立されれ ます。 います。 ば、リバースモデリング技術を日常 図面のない部品のCAD化 3Dスキャナーの導入 スキャン 業務に組み込むことができます。 方法の習得 設備部品の再設計 ソフトウェアのインストール 点群・メッシュ処理 試作品のデジタル化 ワークステーション環境構築 CADモデル作成 CAD連携設定 精度確認 この段階では、対象物のサイズ・必要 精度・使用するCAD環境などを確認 最近の3Dスキャナーは操作性が高 し、適切なスキャナーやソフトウェア く、特別な設備工事などを必要としな などを実施し、実業務に適用できるプ を選定します。 い場合が多いため、比較的短期間で導 ロセスを確立します。 入が可能です。 導入検討 約1〜2週間 検証・試験運用 約2〜4週間 本格運用 約2〜4週間 合計：およそ1〜3か月程度 まとめ 3Dスキャンを用いたリバースモデリングは、比較的短期間で導入できるデジタル技術であり、適切な機材選定と運用プロセスの整備により、短期間 で業務への活用が可能になります。導入後は、実物形状のデジタル化を通じて、設計効率の向上や既存設備のデジタル資産化など、製造プロセスの 高度化に貢献します。 設計効率の向上 デジタル資産化 製造プロセスの高度化 19

デジタルによる「製品設計」に最適なツールのご紹介 「初心者にも、経験者にも効率的なデジタルプロセス」 高精度3Dスキャナー リバースモデリングソフト Shining3Dスキャナー/Freescan シリーズ Geomagic DesignⅩ 高精度な測定や検査、リバースモデリングに最適なFreeScanシリーズ リバースエンジニアリングに特化した高機能ソフトウェア。3Dスキャ は製造や品質管理に携わる技術者をターゲットにし、従来固定式でし ナーで取得した点群データ（またはSTLデータ）をもとに、CADモデ かできなかった測定作業を、誰にでも扱えるようにしました。 ルへと変換するプロセスを支援します。 ほぼあらゆるものから正確なパラメトリック CAD モデルを構築しま Freescan Combo Freescan UEpro す。 Geomagic Design Xは、業界で最も包括的なリバースエンジニア リングソフトウェアです。 ●対象サイズ：10cm～2、3ｍ ●対象サイズ：30cm～5、6ｍ 20