Все о 3D-сканировании: как выбрать подходящий 3D-сканер для вашего применения и отрасли

В современном цифровом мире технология 3D-сканирования стала незаменимым инструментом в самых разных отраслях – от производства и здравоохранения до сохранения культурного наследия и виртуальной реальности. Благодаря возможности получения детальных геометрических данных 3D-сканирование ускоряет рабочие процессы, повышает точность и делает операции более интеллектуальными. Однако выбор подходящего 3D-сканера может оказаться непростой задачей, учитывая множество доступных вариантов. Это руководство описывает ключевые аспекты 3D-сканирования, области ее применения и важнейшие факторы, которые необходимо учитывать, помогая вам принять обоснованное решение, соответствующее вашим потребностям.

3D-сканирование: Технология, инструменты и применения

1. Что такое 3D-сканирование?

3D-сканирование – это бесконтактная технология, которая позволяет получить геометрические данные объекта для создания точной 3D-модели. Для сканирования поверхности объекта используется структурированный свет или лазер. В то же время датчики принимают отраженные сигналы и вычисляют точное положение каждой точки на поверхности. Затем эти данные преобразуются в 3D-модель, которая может быть использована для различных целей, таких как контроль, проектирование и производство.

3D-сканирование с помощью лазерного 3D-сканера FreeScan Combo

1.2 Общие технология 3D-сканирования

Различные технологии 3D-сканирования предназначены для разных областей применения. Исходя из различных принципов работы, технологии 3D-сканирования можно разделить на следующие категории:

1.2.1 Лазерные линии

Лазерное 3D-сканирование основано на триангуляции. Лазерные лучи проецируются в виде линий на поверхность объекта, а датчики фиксируют отраженный лазер для измерения деформации. Используя известные углы и расстояния, устройство строит облако точек с мелкими деталей.

Лазерные 3D-сканеры идеально подходят для промышленного контроля, легко справляясь с темными или отражающими поверхностями. Как правило, они обеспечивают точность метрологического класса для контроля качества.

Лазерное 3D-сканирование

1.2.2 Картина интерференционных полос (Fringe Pattern)

Проектор проецирует на поверхность объекта заранее разработанная картина интерференционных полос. Камеры фиксируют деформацию этой картины и, анализируя эти искажения, определяют 3D-форму объекта. Этот тип сканера подходит в основном для объектов малого и среднего размера. Он отлично справляется с захватом объектов со сложными, детализированными характеристиками. Однако в условиях сильного внешнего освещения проецируемые световые картины могут быть нарушены, что негативно скажется на результатах сканирования. Эти сканеры особенно подходят для точного проектирования и контроля деталей.

Картина интерференционных полос (Fringe pattern)

1.2.3 Спекл-структура

Спекл – это метод 3D-измерений, основанный на случайных спекл-структурах. Проектор проецирует случайный точечный рисунок на поверхность объекта. Затем несколько камер фиксируют деформацию спекла. 3D-координаты рассчитываются с использованием принципов стереовидения. Спекл-сканирование включает в себя инфракрасную спекл-технологию, отличается высокой адаптивностью к внешнему освещению, не требует маркеров и может работать без видимого света, обеспечивая очень комфортные условия сканирования. Сканеры, использующие такие технологии, отлично подходят для искусства и культурного наследия, образования и исследований, а также дополненной реальности (AR) и виртуальной реальности (VR).

Спекл-структура

1.2.4 Фотограмметрия

Фотограмметрия использует несколько двухмерных изображений, полученных под разными углами. Компьютерные алгоритмы анализируют различия между этими изображениями, чтобы воссоздать 3D-модель объекта. Технология фотограмметрии основана на использовании изображений высокого разрешения и мощных программных алгоритмов. Эта технология лучше всего подходит для моделирования крупномасштабных объектов.

Фотограмметрия

Инновационные 3D-сканеры, представленные на рынке, объединяют несколько технологий, например, лазерные линии в сочетании с фотограмметрией. Пользователи могут выбрать технологию, наиболее подходящую для их сценариев применения, чтобы получить 3D-данные об объектах.

Выбрать правильный 3D-сканер для вашего применения и отрасли

При выборе 3D-сканера важно согласовать его с потребностями вашей отрасли. В следующих разделах рассматриваются ключевые моменты для различных областей применения.

2.1 Контроль качества в промышленности

3D-сканирование широко используется в таких отраслях промышленного контроля качества, как тяжелая промышленность, автомобильная промышленность, нефтегазовая промышленность, гражданская авиация и др. В этих областях требуются высокоточные измерения и 3D-сканеры, которые долговечны и адаптированы к суровым условиям окружающей среды.

• Тяжелая промышленность и гражданская авиация: В этих отраслях часто требует сканирования больших конструкций для проверки распределения напряжений, качества сварки и износа поверхности. Сканеры должны захватывать сложные геометрические формы и большие площади, сохраняя при этом высокую точность.
  

3D-сканирование торцевая фреза

3D-модель, созданная на основе массива точек (слева) и контроль соблюдения допусков после механической обработки (справа).

• Автомобильная промышленность: В автомобильной промышленности 3D-сканирование обеспечивает точность размеров деталей автомобиля и точность сборки. Сканеры для таких приложений должны соответствовать производственным стандартам.
  

3D-сканирование рамы автомобиля с помощью FreeScan Trio

• Нефть и газ: В нефтегазовой отрасли 3D-сканирование используется для бесконтактного контроля трубопроводов, сосудов под давлением и другого критически важного оборудования. Для обеспечения точной работы 3D-сканеры должны быть прочными и способными работать в экстремальных условиях окружающей среды.

Использование FreeScan UE для сканирования участка корродированного трубопровода

3D-данные о коррозии трубопровода

Основные функции 3D-сканера для промышленного контроля качества:

• Точность метрологического класса (5-50 µm): Точность метрологического класса необходима для контроля большинства промышленных деталей, таких как обработанные детали, сварные швы и анализ износа. 3D-cканеры должны соответствовать самым высоким стандартам точности, часто с сертификацией по стандарту VDI/VDE 2634, чтобы обеспечить прослеживаемость измерений.

*Для более детального изучения стандартов точности и методов калибровки для обеспечения точности, пожалуйста, обратитесь к разделу “Обеспечение точности 3D-сканирования: методы калибровки и стандарты точности в SHINING 3D“.

• Большой диапазон сканирования: Для крупных промышленных конструкций, таких как лопасти турбин или промышленные машины, 3D-сканеры должны охватывать большие площади, предлагая обширное поле зрения при сохранении высокой точности.
• Высокая адаптивность к окружающей среде: Промышленная среда часто представляет собой жесткие условия с экстремальными температурами, вибрациями или пылью. Сканеры должны быть достаточно прочными, чтобы точно работать в таких условиях, поэтому в таких условиях обычно используются портативные, беспроводные сканеры.
• Высокое разрешение: Высокое разрешение очень важно для контроля качества в промышленности, поскольку оно позволяет проводить точный осмотр сложных компонентов и обнаруживать мельчайшие дефекты. Многие промышленные приложения, такие как аэрокосмическая или автомобильная промышленность, включают в себя детали со сложной геометрией или строгими допусками, где даже незначительные дефекты могут повлиять на производительность или безопасность. Сканирование с высоким разрешением обеспечивает точное отображение в 3D-модели мелких деталей поверхности, таких как небольшие трещины и острые края. Сканеры высокого разрешения позволяют инженерам проводить всесторонний анализ и выявлять проблемы на ранних этапах, обеспечивая высокую детализацию и точность изображения.