概要

KiCadの部品の3Dデータをスキャンから作成する方法を記録。

諸元

• スキャナ: revopoint POP 4
• CAD: FreeCad 1.1
• KiCad: KiCad 10.0
• 部品はDCジャック

スキャン

スプレー

黒、金属主体なので、そのままだと満足にスキャンできず。

左がスプレーしたもの。あらかじめアルコールを浸した綿で油分を取っておく。少し離しながら軽くスプレー。スプレー直後は透明で少しすると白くなるので、それを見ながら足りないところに追いスプレーする。

スキャン

レーザーでのスキャンを使用。ターンテーブルに乗せてサンプル数2000を超えるくらい。露出とかは自動で大丈夫だった(むしろ、ここをいじると結果が悪化)。 1つスキャンしたら、ひっくり返してもう1回スキャン。

Fusionを0.1mmで実行してから、Merge Alignmentで2つのスキャンを結合。 結合したら、メッシュ化。破綻しない程度にSimplifyボタンを何度か押す。 ここまでできたら.stlファイルとして保管する。

で、この状態だと、複雑すぎてKiCadで表示できなかったので、間引きをする。

加工

.stlファイルをFreeCadで開き、Meshに切り替えて、

左端の「選択オブジェクトのリスト」でモデルをクリックして選択状態にする(この例では"dcbarrel"と書かれているところ)

メニューのメッシュ=>間引きを何度かやる

ここの「面」のところが数千くらいまで減れば大丈夫みたいだ。

あと、スキャンしていると角度が適当でKiCad上での位置合わせに苦労するので、上記のPlacementの右端にある...をクリックする。

「前」がこのように表示されるようにしてから、回転のところを「オイラー角」にして、ヨー、ピッチ、ロールをマウスホイールころころしてパーツが正対するように調整して、下の方にあるOKをクリックする。OKボタンはかなり下にあるので注意。

この向きが角度0になるようにするため、表示=>パネル=>Pythonコンソールで以下を実行する。

import FreeCAD as App

doc = App.ActiveDocument
src = Gui.Selection.getSelection()[0]

pl = src.Placement
shape = src.Shape.copy()

# Placementを形状へ焼き込む
shape.Placement = App.Placement()
shape = shape.transformGeometry(pl.toMatrix())

# 新しい固定済みシェイプを作成
obj = doc.addObject("PartDesign::Feature", src.Label + "_zero")
obj.Shape = shape
obj.Placement = App.Placement()

doc.recompute()

メッシュのままだと、最終的にkicadのPCBから3Dをエクスポートできないので、ここでメッシュからシェイプに変換しておく。まずメニューをpartにし、

パートメニューで「メッシュからシェイプへ」を選ぶ。縫い合わせはチェックせずに実行。こんな風に2つ「選択オブジェクトのリスト」に表示されるので下の立方体アイコンが付いている方を選択する。

3Dスキャンしていると、原点とはかけ離れた場所に存在することが多く、kicad上での位置合わせが大変なので重心を原点に移動する。freecadのPythonコンソールで以下を実行。

exec("""
import FreeCAD as App
import FreeCADGui as Gui

doc = App.ActiveDocument
sel = Gui.Selection.getSelection()

if not sel:
    raise RuntimeError("元のオブジェクトを1つ選択してください")

src = sel[0]
shape = src.Shape.copy()

if shape.Solids:
    elements = shape.Solids
    weights = [x.Volume for x in elements]
    centers = [x.CenterOfMass for x in elements]
    center_type = "体積重心"
elif shape.Faces:
    elements = shape.Faces
    weights = [x.Area for x in elements]
    centers = [x.CenterOfMass for x in elements]
    center_type = "面積重心"
elif shape.Edges:
    elements = shape.Edges
    weights = [x.Length for x in elements]
    centers = [x.CenterOfMass for x in elements]
    center_type = "線重心"
else:
    raise RuntimeError("重心を計算できる要素がありません")

total = sum(weights)
if total <= 0:
    raise RuntimeError("重心計算に使える要素がありません")

center = App.Vector(0, 0, 0)
for point, weight in zip(centers, weights):
    center += point * weight
center /= total

container = doc.addObject("App::Part", src.Name + "_CenteredPart")
container.Label = src.Label + "_CenteredPart"

result = doc.addObject("Part::Feature", src.Name + "_CenteredShape")
result.Label = src.Label + "_CenteredShape"
result.Shape = shape
container.addObject(result)

# 重心を原点へ移動
result.Placement = App.Placement(
    App.Vector(-center.x, -center.y, -center.z),
    App.Rotation()
)

src.Visibility = False
doc.recompute()

Gui.Selection.clearSelection()
Gui.Selection.addSelection(result)

print("重心の種類:", center_type)
print("移動前の重心:", center)
print("移動量:", result.Placement.Base)
print("新しいオブジェクト:", result.Name)
""")

一番下のbodyを選んでCtrl+Eでエクスポートを選び、形式にSTEPを選んで保管する。

KiCadへの設定

フットプリントエディターで、図面の何も無いところをクリックしてからEを押す

3Dモデルのタブを選び、上でエクスポートしたSTEPファイルを選ぶ。フットプリントの穴に合うようにオフセットを調整してやればOK。