3D-сканирование: что это такое, как оно работает и где его можно использовать (часть 1)

Время прочтения 5 мин

В современной производственной среде автоматизация, качество и количество получаемой информации о продукте являются важными факторами успеха. Для достижения этих целей многие отрасли промышленности используют 3D-сканеры для получения точной и подробной информации о своих продуктах на каждом этапе производства.

Но что такое 3D-сканеры, как они работают и как они могут улучшить производственные процессы? В этой статье мы рассмотрим эти вопросы на примерах 3D-сканеров от AM.TECH, российского производителя промышленных аддитивных и метрологических систем.

Что такое 3D-сканер?

3D-сканер, также известный как оптическая измерительная машина, представляет собой устройство, которое может фиксировать форму и геометрию реальных объектов и создавать их 3D-модели путем преобразования полученных данных в треугольную сетку STL. Затем эти цифровые 3D-модели можно использовать для различных целей, таких как контроль качества или разработка продукта.

Портативные инструменты 3D-сканирования имеют много преимуществ перед другими типами измерительных машин. Они быстрее, универсальнее, мобильнее, чем традиционные методы. Они могут измерять объекты, не прикасаясь к ним, что предотвращает повреждение и деформацию. Они также могут собирать большое количество данных за короткое время, что позволяет проводить детальный анализ формы и особенностей объекта. Благодаря своей портативности их можно легко транспортировать и использовать в различных местах и средах, даже в труднодоступных или подверженных вибрации.

Одним из примеров компактного и портативного промышленного 3D-сканера является SIMSCAN, который отличается компактными размерами и надежной производительностью. Он весит всего 0,5 кг и имеет размер 200 мм. Устройство помещается в небольшой корпус и подключается к ноутбуку, что облегчает его переноску и использование в любом месте. Оно также может выполнять точные 3D-измерения с точностью до 0,02 мм.

Компактный 3D-лазерный сканер AM.TECH - SIMSCAN

 Simscan (2).png Simscan сбоку.png 

Маленький и легкий 3D лазерный сканер – SIMSCAN

Портативный 3D-сканер состоит из проектора и камер, расположенных под фиксированным углом. Это важно для получения достоверных данных о сканируемом объекте. Система выполняет калибровку, наблюдая за специальной пластиной в разных положениях, что позволяет ей определять углы между камерами, которые могли измениться из-за перепадов температуры или ударов.

amtech simscan.png

Типы 3D-сканеров

Существует два основных типа инструментов 3D-сканирования, которые отличаются способом проецирования света на объект и получения результирующих изображений.

Структурированные–легкие 3D-сканеры

Сканирующие устройства со структурированным светом используют светодиодный проектор для проецирования рисунка линий на объект, в то время как две камеры фиксируют, как линии искажаются формой объекта. Некоторые из этих инструментов 3D-сканирования необходимо устанавливать на штатив или манипулятор робота, а измерение выполняется статичным способом, что означает, что ни портативный 3D-сканер, ни объект не могут перемещаться во время каждого сканирования. Это может ограничить мобильность и гибкость 3D-сканера, особенно при измерении больших или сложных объектов или в промышленных условиях, где возможны вибрации или помехи.

Эти 3D-сканеры имеют широкий спектр применения в непромышленных областях, поскольку они подходят для сканирования объектов среднего и крупного размера с богатыми характеристиками и цветами, таких как культурные реликвии, статуи и даже человеческие тела. Данные, которые они получают, имеют высокое разрешение и богаты деталями.

 ireal-m3.png iReal M3 (3).png 

iReal M3 от AM.TECH – это портативный 3D-сканер, который использует структурированный свет для получения высококачественных 3D-данных о различных объектах, от людей до объектов с текстурами и цветами. Это профессиональный инструмент для 3D-инженеров, дизайнеров и исследователей, которым необходимо создавать 3D-модели для промышленного, художественного, медицинского применения или для человеческого тела.

Лазерные 3D сканеры

Лазерные 3D-сканеры используют лазерные излучатели для проецирования лазеров на объект, в то время как две камеры регистрируют отражение лазеров для определения положения в пространстве. Большинство этих 3D-сканеров являются портативными, а измерение выполняется динамическим способом, что означает, что 3D-сканер и объект могут непрерывно перемещаться во время измерения. Это делает 3D-сканер более мобильным и адаптируемым, поскольку он может измерять объекты любого размера или формы в любом месте или среде. Будучи нечувствительными к помехам, лазерные 3D-сканеры могут адаптироваться к различным условиям измерения. Они подходят для 3D-сканирования промышленных деталей, таких как ветряные турбины, автомобильные кузова белого цвета, гидроэнергетическое оборудование.

Принципы работы 3D-сканера

Контрольные точки используются для создания стабильного и точного облака точек. Это маркеры, которые размещаются на объекте или вокруг него, например, на опорной раме или держателе, чтобы система знала, как ориентироваться в пространстве и как располагать данные измерений в системе координат. Некоторые системы, такие как система оптических 3D-измерений TrackScan-Sharp, используют внешнее устройство слежения, что делает возможным измерение без опорных точек и с высокой точностью. Другие системы используют геометрические или цветовые особенности объекта для объединения отдельных сканирований.

TrackScan-Sharp трекер.png

Обработка и анализ 3D

Процесс оцифровки, или 3D-сканирование, включает перемещение сканирующей головки вдоль всей геометрии объекта, чтобы система видела все поверхности, которые мы хотим проанализировать. Поскольку существует множество внешних факторов, которые могут повлиять на точность 3D-сканера, таких как перепады температуры, удары, внешние источники света, свойства материала и отражения, некоторая информация об одной и той же поверхности может быть записана по нескольким точкам. Это необработанные облака точек со всеми координатами, полученными системой, которые затем полигонизируются, что означает, что они автоматически оптимизируются и усредняются, в результате чего получается однородная и точная треугольная сетка STL, которую можно использовать для дальнейшего анализа, такого как контроль качества или разработка продукта.

3D-сканирование – это мощная технология, которая может улучшить производственные процессы за счет предоставления точных, быстрых и всесторонних данных о геометрии и особенностях объектов. Оно также может открыть новые возможности для творчества и инноваций, преобразуя физические объекты в цифровые модели, которыми можно манипулировать и модифицировать различными способами.

В следующей статье мы рассмотрим области применения 3D-сканеров и то, какие преимущества они могут принести дизайнерам, производителям и профессионалам. (Продолжение следует).