Видове технологии за 3D сканиране и 3D скенери
3D лазерното сканиране е начин за улавяне на точния размер и форма на физически обект в компютърния свят като цифрово триизмерно изображение. Тази техника улавя информация като сложна геометрия, интригуваща форма, цветна текстура и други детайли на 3D обекта, който се сканира.
3D скенерът събира информация за обекта, който се сканира, както и за заобикалящата го средата (напр. стая), в която се намира обектът. Ако човек седи до обекта, той също може да бъде 3D сканиран.
3D скенерите по същество създават цифрово копие на обект от реалния свят. След това цифрово копие или 3D файлът може да бъде редактиран и 3D принтиран според изискванията на потребителя. Също така, 3D файлът може да се използва за допълнителни процеси на 3D моделиране. Като цяло в този 21-ви век инженерите използват тази технология за процеси на обратно инженерство /реверсивен инжнеринг/. Файловете от 3D сканирането обикновено са съвместими с CAD софтуер и софтуер за 3D принтиране.
Едно сканиране не е достатъчно, за да се пресъздаде на пълен модел на обекта, който се сканира. Обикновено са необходими стотици сканирания, за да се улови цялата информация от различни страни и ъгли. Всички тези сканирания трябва да бъдат интегрирани чрез обща референтна система, известна като подравняване/регистриране. Накрая отделните сканирания се обединяват, за да се пресъздаде крайният модел. Целият този процес на обединяване на отделните сканирания и обединяването им е известен като процес за 3D сканиране.
Технологията за 3D лазерно сканиране в голяма степен се класифицира в следните методи: “Време на полет”, триангулация, фазово изместване, структурирана светлина.
Различните видове методи за 3D сканиране и принципите, на които се основават, са както следва:
1. ЛАЗЕРНА триангулационна 3D сканираща технология.
2. Технология за 3D сканиране със структурирана светлина.
3. Технология за 3D сканиране, базирана на ЛАЗЕРНИ импулси.
4. Фотограметрия.
5. Технология за 3D сканиране, базирана на контакт.
1. Лазерни 3D скенери
Лазерно базираните 3D скенери използват процес, наречен тригонометрична триангулация, за точно улавяне на 3D форма като милиони точки. Лазерните скенери работят, като проектират лазерна линия или множество линии върху обект и след това улавят отражението му с един сензор или множество сензори.
ЛАЗЕРНА триангулационна 3D сканираща технология
Сензорите са разположени на известно разстояние от източника на лазера. След това могат да се направят точни точкови измервания чрез изчисляване на ъгъла на отражение на лазерната светлина. Лазерните скенери са много популярни и се предлагат в много модификации.
Те включват ръчни преносими устройства, устройства базирани на роботизирана ръка или CMM /Координатна измерваща машина/, дългообхватни и едноточкови тракери за дълги разстояния.
Предимства на 3D лазерните скенери:
1. Сканират лъскави или тъмни покрития, които са трудни за сканиране
2. По-малко чувствителни: към променящите се условия на светлина и околната светлина
3. Преносими
4. Опростен дизайн, лесни за използване на ниска цена
2. 3D скенери с прожектирана или структурирана светлинна
Исторически известни като 3D скенери с „бяла светлина“, 3D скенерите със структурирана светлина днес използват синя или бяла LED прожектирана светлина.
Тези 3D скенери проектират светлинен модел, състоящ се от снопове, блокове или други форми върху обект.
3D скенерът има един или повече сензори, които гледат ръба на тези модели или структурни форми, за да определят 3D формата на обекта.
Използвайки същия метод на тригонометрична триангулация като лазерните скенери, разстоянието от сензорите до източника на светлина е известно. Скенерите със структурирана светлина могат да бъдат ръчни или монтирани на статив.
Предимства на 3D скенерите със структурирана светлина:
Технология за 3D сканиране със структурирана светлина
1. Много кратко време на сканиране – до 2 секунди на сканиране
2. Голяма площ за сканиране – до 48 инча при едно сканиране
3. Висока разделителна способност – до 16 милиона точки единично сканиране и 16 микрона (.00062”) разстояние между точките
4. Много висока точност – до 10 микрона (.00039”)
5. Гъвкавост – множество лещи за сканиране от малки до големи части в една система
6. Преносими – ръчните системи са лесно преносими
7. Безопасен за очите, подходящи за 3D сканиране на хора и животни
8. Различни ценови варианти, зависимост от резолюцията и точността, от бюджетни до високи цени
3. 3D скенери със среден и голям обсег
3D скенерите с голям обсег се предлагат в два основни формата – импулсен и с фазово изместване – и двата са много подходящи за големи обекти като сгради, конструкции, самолети и военни превозни средства. 3D скенерите с фазово изместване също работят добре за нужди от сканиране със среден обхват, като автомобили, големи помпи и индустриално оборудване. Тези скенери улавят милиони точки, като се въртят на 360 градуса, докато въртят огледало, което пренасочва лазера навън към обекта или зоните за 3D сканиране.
Базирани на лазерен импулс 3D скенери
Базираните на лазерни импулси скенери, известни още като скенери „време на полет“, / времето, за което лазерът изминава разстоянието от източника до обекта/, се основават на много проста концепция: скоростта на светлината се знае много точно. По този начин, ако е известна продължителността на времето, необходимо на лазера да достигне до обект и да отрази обратно към сензора, разстоянието от сензора до обекта е известно. Тези системи използват вериги с точност до пикосекунди, за да измерят времето, необходимо на милиони импулси на лазера да се върнат към сензора и да изчислят разстоянието. Чрез завъртане на лазера и сензора (обикновено чрез огледало), скенерът може да сканира до цели 360 градуса около себе си.
Лазерни 3D скенери с фазово изместване
Лазерните системи за изместване на фазата са друг тип технология за 3D скенер „време на полет“ и концептуално работят подобно на системите, базирани на импулси. В допълнение към пулсирането на лазера, тези системи също модулират мощността на лазерния лъч и скенерът сравнява фазата на лазера, изпратен и върнат към сензора. Измерванията на фазовото отместване обикновено са по-точни и по-тихи, но не са толкова гъвкави за сканиране на дълги разстояния, както базираните на импулси 3D скенери. Базираните на лазерни импулси 3D скенери могат да сканират обекти на разстояние до 1000 м, докато скенерите с фазово изместване са по-подходящи за сканиране на обекти до 300 м или по-малко.
Предимства на 3D скенери с голям обхват
1. 3D сканиране на милиони точки в едно сканиране – до 1 милион точки в секунда
2. Голяма площ за сканиране повече от 1000 кв. метра
3. Добра точност и разделителна способност въз основа на размера на обекта
4. Безконтактно за безопасно сканиране на всички видове обекти
5. Преносим
4. Фотограметрия
Фотограметрия
Тази технология е доста проста. Това включва съединяване на снимки на обект, направени от различни ъгли. Снимките се правят с камера или дори с вашия смартфон със специфични настройки на камерата, докато съединяването на тези снимки се извършва от специален софтуер. Софтуерът идентифицира пиксели, които съответстват на една и съща физическа точка и обединява съответно снимките.
Параметри като фокусното разстояние на обектива и неговото изкривяване трябва да бъдат въведени в софтуера от потребителя, за да се създаде точен модел. Фотограметрията е толкова проста, че можете да вземете телефона си веднага и да започнете да правите снимки.
Голямото предимство на използването на фотограметрия е нейното ниво на точност и скоростта, с която се получават данните за даден обект. Недостатъкът на тази техника е времето, необходимо за преминаване на данните за изображението през софтуера и чувствителността на крайния резултат към разделителната способност на снимките. Трябва да имате добра камера с висока резолюция и DPI, за да получите добър краен резултат.
Можем да симулираме тези снимки с много софтуер като Reality capture, Blender, Mushroom, 3DF Zephyr, Agisoft Metashape и др.
5. Сканиране с допир
Този метод на сканиране включва физически контакт на сондата с повърхността на обекта, който се сканира. Първо, обектът се държи здраво на място, така че да не се движи. След това докосващата сонда се премества по целия обект, за да се съберат детайлите на обекта и цялата 3D информация, която е необходима за създаване на цифров файл.
Трябва да се вземат проби от достатъчно точки на повърхността, за да се създаде точен модел. Понякога се използва шарнирно рамо за управление на докосващата сонда и улавяне на множество ъгли/конфигурации с високо ниво на прецизност.
Тъй като контактното сканиране включва действителен физически контакт с повърхността на обекта, който се сканира, дори прозрачни и отразяващи повърхности могат да бъдат точно сканирани с този метод. Това е основното предимство на тази техника пред други технологии за сканиране, които, както беше посочено по-горе, не са в състояние да сканират такива повърхности.
Недостатъкът на контактното 3D сканиране е ниската му скорост. Прокарването на докосващата сонда през всички секции на обект, за да се събере цялата 3D информация, отнема време.
Контактното 3D сканиране се използва по интересен начин за извършване на контрол на качеството в индустриалното производство. Частите, които са били произведени наскоро, могат да бъдат проверени за всякакви деформации или повреди чрез контактно сканиране.
РЕШЕНИЯ ЗА СКАНИРАНЕ ОТ СПЕЙСКАД ООД