Что такое 3D-сканеры и какие они бывают
3D-сканирование открывает множество возможностей. Просто представьте, для всего того, что можно найти в реальном мире, можно получить цифровую модель всего за несколько минут.
Каждый день, тысячи компаний используют 3D-сканирование, программное обеспечение для:
- Создания, обратного проектирования CAD моделей реальных изделий с утерянными чертежами, а также для моделирования нового дизайна.
- Контроля качества изделий путем сравнения их геометрии с эталонной CAD моделью
- Производства кастомизированных деталей и продуктов для медицины, стоматологии и индустрии рекламы и моды
- Сканирования зданий, промышленных помещений для создания актуальных моделей строений
Это не научная фантастика. 3D-сканеры и сопутствующее программное обеспечение теперь доступны многим. Сканеры быстры, недороги и очень точны в измерениях. Программное обеспечение для обработки более автоматизировано, дает лучшие результаты и работает быстрее, чем когда-либо прежде
Что такое 3D-сканеры?
Существует много разных устройств, которые можно назвать 3D-сканерами. Любое устройство, которое измеряет детали в реальном мире с помощью лазеров, источников света или рентгеновских лучей и генерирует облака точек или полигональные сетки, можно считать 3D-сканером. Они носят разные названия, в том числе 3D-дигитайзеры, лазерные сканеры, сканеры белого света, промышленная КТ (Компьютерная томография), LIDAR и другие. Общим объединяющим фактором всех этих устройств является то, что они фиксируют геометрию физических объектов с сотнями тысяч или миллионами измерений. Их так же можно называть оптическими измерительными машинами.
Зачем нужно программное обеспечение?
Поскольку сканеры собирают огромные объемы данных, необходимо специальное программное обеспечение для обратного проектирования, такое как Geomagic, чтобы преобразовать данные в нечто пригодное для использования другим программным обеспечением. В зависимости от того, для чего будут использоваться данные сканирования, Geomagic может делать с ними много разных вещей. Наиболее распространенными приложениями являются обратное проектирование, контроль геометрии, цифровое архивирование или 3D-печать. Специализированное программное обеспечение, такое как Geomagic, является самым быстрым и простым способом раскрыть весь потенциал.
Как работают 3D-сканеры?
Существует много разных подходов, основанных на разных принципах визуализации. Некоторые технологии идеально подходят для сканирования деталей небольших размеров, а другие лучше для сканирования средних и больших габаритов.
Лазерные триангуляционные 3D сканеры
Лазерные триангуляционные сканеры используют одну или несколько лазерных линий для сканирования по объекту. Датчик улавливает излучение, отраженное от объекта, и, используя тригонометрическую триангуляцию, система рассчитывает расстояние от объекта до сканера.
Расстояние между источником и датчиком, а также угол между лазером и датчиком - известны очень точно. Когда лазерный свет отражается от сканируемого объекта, система может определить, под каким углом он возвращается к датчику, и, следовательно, расстояние от источника до поверхности объекта.
3D-сканеры со структурированным светом (белый или синий свет)
Сканеры структурированного света также используют тригонометрическую триангуляцию, но вместо того, чтобы смотреть на лазерный свет, эти системы проецируют серию линейных структур на объект. Затем, изучая края каждой линии в шаблоне, они вычисляют расстояние от сканера до поверхности объекта. По сути, вместо того, чтобы камера видела лазерную линию, она видит край проецируемого рисунка и рассчитывает расстояние аналогичным образом.
Тип лазерного сканера | Лазерная триангуляция | Структурированный свет |
---|---|---|
Преимущества |
Много применений Более портативные Более эффективны при сканировании неподготовленных деталей Менее чувствительны к окружающей среде |
Обычно более точные Обычно могут работать с меньшим (лучшим) разрешением Меньше шума при сканировании |
Недостатки |
Менее точные в сравнении со структурированным светом Работа с большим (худшим) разрешением Получение информации с большим уровнем шума |
Ограниченная область сканирования Обычно не портативные и требуют специальных условий для работы Более чувствительны к качеству поверхности (требуют подготовки детали к сканированию) Требуется специализированное освещение |
Лазерные 3D-сканеры на основе импульсов
Сканеры на основе лазерных импульсов, также известные как сканеры времени пролета, основаны на очень простой концепции: скорость света измерена очень точно, поэтому, если мы знаем, сколько времени требуется лазеру, чтобы достичь объекта и отразиться обратно в датчик, мы знаем, как далеко находится этот объект. Эти системы используют схемы с точностью до пикосекунд, чтобы измерить время, которое требуется миллионам импульсов лазера для возврата к датчику, и рассчитать расстояние. Вращая лазер и датчик (обычно через зеркало), сканер может сканировать до 360 градусов вокруг себя.
Лазерные 3D-сканеры с фазовым сдвигом
Системы с фазовым сдвигом представляют собой еще один тип технологии 3D-сканеров, основанных на времени пролета. Они концептуально работают аналогично системам на основе импульсов. В дополнение к пульсации лазера, эти системы также модулируют мощность луча, и сканер сравнивает фазу лазера, посылаемого и затем возвращаемого в датчик. Измерение фазового сдвига является более точным, что позволяет получить более точный результат.
Тип лазерного сканера | Преимущества | Недостатки |
---|---|---|
На основе импульсов | Работают на очень больших дистанциях до 1000 м |
Менее точный Более медленный сбор данных Информация собирается с шумами |
С фазовым сдвигом |
Более точные Процесс сканирования быстрее Меньше шума |
Средняя дальность (до 200м) |