Что такое лазерное 3D-сканирование?

Лазерное 3D-сканирование – это технология, использующая лазеры для измерения и захвата трехмерной геометрии физических объектов или среды для создания высокодетализированных и точных цифровых представлений. Эти данные могут быть использованы в различных областях, таких как метрологический контроль качества, обратное проектирование и цифровой архив.

Лазерное 3D-сканирование может выполняться с помощью различных приборов, включая портативные устройства и стационарные платформы, а полученные данные могут быть обработаны в различных форматах, включая облака точек, 3D-сетки и модели CAD.

Что такое технология лазерного 3D-сканирования?

Промышленное производство и смежные отрасли все чаще используют услуги лазерного 3D-сканирования в качестве стандарта в своих процессах. Услуги 3D-сканирования играют решающую роль в процессе проектирования, контроля и распространения продукции.

Важно ознакомиться с основами процесса лазерного 3D-сканирования, включая его преимущества для компании, различные области применения и современные тенденции в отрасли.

Для чего используется лазерное 3D-сканирование?

Лазерное 3D-сканирование используется для различных целей, в том числе:

• Инженерное проектирование: Сбор данных для проектирования, создания прототипов и тестирования продукции в таких отраслях, как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность и производство потребительских товаров.
• Контроль качества и инспекция: Сканирование продукции для проверки ее размеров и допусков, а также для выявления дефектов.
• Криминалистика и расследование мест преступлений: Сбор данных для расследования мест преступлений, реконструкции аварий и судебно-медицинской экспертизы.
• Медицинские: Создание точных цифровых моделей для ортопедических имплантатов, зубных протезов и других медицинских приложений.
• Виртуальная реальность и игры: Создание виртуальных сред для игр, моделирования и обучения.

3D-моделирование, дизайн и печать

После завершения лазерного 3D-сканирования данные могут быть использованы различными способами. Одним из распространенных способов является преобразование результатов сканирования в цифровую модель, часто в формате 3D CAD с помощью программного обеспечения. Это позволяет компаниям просматривать и изменять модель, что делает ее полезной для проектирования и оптимизации продукции.

3D-данные, полученные в результате сканирования продуктов или объектов, также могут быть использованы для проектирования аналогичных продуктов или объектов. Кроме того, лазерное 3D сканирование открыло новые возможности в 3D печати, где отсканированные объекты или модели зданий могут быть напечатаны в различных размерах.

Цилиндр, отсканированный FreeScan UE

Обратное проектирование

Лазерное 3D-сканирование может обеспечить наиболее точные измерения для объектов с неизвестными размерами. Данные сканирования могут быть использованы для создания 3D-модели объекта или пространства в различных форматах. Эта возможность обратного проектирования позволяет компаниям воссоздавать объекты даже без исходных проектных спецификаций.

Планирование

Возможность улучшить будущее планирование и создание прототипов – одна из наиболее полезных областей применения лазерного 3D-сканирования в различных отраслях промышленности. Например, если предприятию необходимо добавить новый станок или участок, лазерное 3D-сканирование может быть использовано для сканирования текущего объекта и определения наилучшего места для нового дополнения в рамках существующей структуры. Та же концепция может быть применена к продуктам, которые должны быть совместимы с другими продуктами компании.

Читайте также: Частичное электростатическое окрашивание автомобильных деталей с помощью 3D-сканера EinScan HX

Образовательные применения

В сфере образования 3D-модели могут служить в качестве учебного инструмента для демонстрации правильного строительства или производства различных предметов. 

3D-сканирование стало возможным благодаря передовой технологии, которая постоянно совершенствуется с течением времени. Лазерный 3D-сканер – это неинвазивный, неразрушающий цифровой инструмент, который фиксирует форму физических объектов с помощью линии лазерного излучения. Он создает облако точек, набор точек данных в системе координат, который представляет точный размер и форму 3D-объекта.

3D-сканеры точно фиксируют мелкие детали объекта, включая произвольные формы и контурные поверхности, создавая точные облака точек для объектов со сложной геометрией. Это позволяет быстро получать точные данные и быстро доставлять продукцию.

3D-сканеры от SHINING 3D помогают немецким студентам в постройке планера-бесхвостки

Каковы преимущества лазерного 3D-сканирования?

Лазерное 3D-сканирование – это быстрый и точный способ получения данных и измерения объектов. Благодаря возможности получать до миллиона точек 3D-данных в секунду, оно обеспечивает детальное и точное представление проекта. Это особенно полезно, поскольку ручные измерения и рулетки могут быть подвержены ошибкам.

Включение лазерного сканирования в процесс проектирования позволяет избежать дорогостоящей аренды оборудования, ручных измерений, задержек проекта и заказов на внесение изменений, что в конечном итоге снижает стоимость проекта.

Кроме того, 3D-сканирование помогает минимизировать время простоя и обеспечить удобство в работе, поскольку оно позволяет получить результаты измерений в труднодоступных или опасных местах без необходимости физического доступа. Это также гарантирует, что на любые непредвиденные вопросы можно получить ответы без необходимости возвращаться на проектную площадку.

Как работает процесс лазерного сканирования

Эволюция технологии лазерного 3D-сканирования привела к более точному и эффективному сканированию с улучшенными результатами. Возможность контролировать направление лазерных лучей и измерять расстояния позволяет осуществлять процесс сканирования. В машине используется внутренний поворотный энкодер для регулировки нескольких сканирующих зеркал, которые направляют лазерные лучи. Процесс сканирования происходит в несколько этапов:

Сканирование

Начальным этапом процесса лазерного 3D-сканирования является выбор объекта, который вы хотите отсканировать. Для небольших объектов вы можете поместить их на платформу для оцифровки, чтобы начать сканирование. Для более крупных объектов, таких как сооружения, необходимо использовать портативные лазерные 3D-сканеры, которые можно доставить на место.

Типы сканирования

Чтобы правильно сканировать объект, необходимо знать два основных типа 3D-сканирования, представленных сегодня на рынке: времяпролетное и триангуляционное.

Триангуляция

Процесс лазерного 3D-сканирования начинается с выбора объекта или пространства для сканирования. Для небольших объектов они помещаются на станину оцифровщика и сканируются. Более крупные объекты, такие как здания, требуют использования портативных лазерных 3D сканеров. Для получения наиболее точных измерений используется процесс триангуляции. В этом методе используются сканер и камера, причем камера располагается в верхней вершине, а лазерный сканер – во второй. Объект находится в третьей вершине.

Сканер вычисляет расстояние до объекта, определяя расстояние и угол между лазером и камерой. Затем он производит измерения, испуская лазерную линию и сканируя поперечное сечение объекта. Лазер движется вдоль поверхности объекта до тех пор, пока не будут зафиксированы все его размеры. Полученные данные затем обрабатываются на компьютере для различных приложений, как правило, для приложений малого радиуса действия с небольшими объектами.

Время пролетные

По сравнению с триангуляцией, времяпролетное сканирование может выполняться на большем расстоянии и часто используется для больших проектов сканирования, таких как здание или транспортное средство. Эти сканеры используют технологию LiDAR для определения расстояния до объектов или поверхностей, которые они сканируют, по сути, работая как лазерные дальномеры.

Технология LiDAR работает путем излучения лазерного света и измерения времени, которое требуется для того, чтобы свет достиг поверхности и отразился от нее к датчикам. Постоянная скорость света позволяет сканеру рассчитать расстояние между собой и поверхностью.

Затем сканер начинает сканирование, измеряя расстояние по одной точке за раз, быстро перемещая лазер к каждой точке в поле зрения. Времяпролетные сканеры способны измерять тысячи точек данных в секунду, что делает этот метод идеальным для проектов сканирования на средних и больших расстояниях, таких как экологическое и геодезическое сканирование.

Получение данных об объекте

Результат процесса лазерного сканирования называется облаком точек, которое представляет собой миллионы точек на экране компьютера, отображающих полную форму сканируемого объекта. В современных моделях, таких как лазерный сканер FreeScan UE Pro, процесс может собирать до 1,850,000 точек/с с точностью до 0.02 мм. Большие файлы данных облака точек затем регистрируются и объединяются в трехмерное представление объекта, после чего выполняется постобработка с помощью различных программных приложений в зависимости от желаемого использования.

Использование данных

После того как в процессе трехмерного лазерного сканирования получены данные, отсканированное изображение может быть полностью визуализировано с помощью программного обеспечения для сканирования. После этого пользователи могут выбрать тип модели, которую они хотят создать, будь то цифровая модель или печатная версия для осязаемой визуализации.

Для целей контроля отсканированные данные можно сравнить с номинальными данными САПР дизайнера и создать отчет об отклонениях, в котором будут выделены любые различия. В отчете может использоваться цветовая карта для обозначения расхождений.

Кроме того, данные сканирования можно использовать для обратного проектирования, подключая данные облака точек к программному обеспечению CAD-модели для создания 3D-модели геометрии объекта. Этот процесс позволяет компаниям воссоздать точную копию отсканированного объекта, а также выявить и исправить любые недостатки предыдущих моделей.

Особенности лазерного 3D-сканера FreeScan UE Pro

FreeScan UE Pro – это портативный лазерный 3D-сканер высокой точности, который предназначен для сканирования объектов небольшого и среднего размера. Этот сканер подходит для различных применений, включая реинжиниринг, контроль качества и 3D-печать, благодаря интегрированному фотограмметрическому модулю. С его помощью можно сканировать объекты до 1,5 м в диаметре и экспортировать данные в различные форматы файлов, такие как STL, OBJ, PLY, ASC, XYZ. Кроме того, сканер оснащен встроенным сенсорным экраном для удобства управления и работы с данными.

Читайте подробный обзор лазерного 3D-сканера FreeScan UE Pro.

Программное обеспечение Geomagic Control X

Geomagic Control X представляет собой мощное программное решение, которое позволяет контролировать качество и проводить инспекцию в обрабатывающей и машиностроительной промышленности. Это инновационное решение способно решать проблемы, которые не могут быть решены традиционными методами измерений, такими как координатно-измерительные машины и штангенциркули. Например, эти методы не могут обеспечить полную информацию при проверке деталей, которые подвержены деформации или изгибу. Geomagic Control X позволяет компаниям быстро и легко контролировать точность своих изделий и гарантировать соответствие отраслевым стандартам.

Читайте также: Оптимизация контроля качества с помощью Geomagic Control X