3D-сканирование

 

Сегодня 3D-сканирование, несмотря на высокую стоимость оборудования, прочно закрепилось во многих отраслях производства. Машино-, авиа- и ракетостроение, медицина, образование, архитектура и искусство — это далеко не полный перечень сфер деятельности человека, в которых оно применяется. 
 
Несмотря на то что сегодня основными потребителями 3D-сканеров являются дизайнерские и кинематографические студии, первыми заказчиками этих устройств стали автомобильные и конструкторские дизайн-бюро, потребность которых в оборудовании данного класса обусловила используемая ими технология работы.

На основе объемных виртуальных моделей делаются новые более точные чертежи, а по ним уже и создаются серийные образцы автомобилей, самолетов и прочих конструкций, для которых важна обтекаемость форм. Как несложно догадаться, этап оцифровки моделей - важнейший в процессе создания изделий, поскольку точность этого процесса и предопределяет гидродинамические характеристики конечного продукта. "Ручной" способ оцифровки малоприемлем, так как, во-первых, очень трудоемок, а во-вторых, неточности, сопутствующие ему, нивелируют все старания инженеров. Поэтому проблема точной автоматизированной системы создания трехмерных каркасов объемных тел встала перед разработчиками компьютерного оборудования достаточно давно.

Учитывая такую популярность, на любой вопрос о 3D-сканировании должен с легкостью отвечать каждый представитель производственной сферы. Поможем им в этом!
 

Что же такое 3D-сканер?

3D-сканер — отдельное устройство, анализирующее физический объект активным или пассивным способом и на основе полученных данных создающее его 3D-модель в виде трехмерного массива точек.

 

Виды 3D-сканеров и принципы их работы

3D-сканеры в основном используют организации, обладающие достаточными финансовыми средствами: группы промышленного дизайна крупных компаний, подразделения машиностроительных компаний, кинематографические и анимационные студии, а также крупные фирмы-разработчики игр. А все потому, что кроме 3D-сканера нужно иметь программное обеспечение и специалиста с необходимой квалификацией, да и смысла покупать сканер ради двух-трех измерений в месяц нерентабельно.

Для получения трехмерного образа объекта необходимо вычислить пространственные координаты каждой точки его поверхности. После этого, при помощи специальных программ эти точки объединяют в поверхности, и этот объект воспроизводится на компьютере. Затем производится различного рода проектирование, моделирование, визуализация, испытание свойств или трехмерная печать, 3D-сканирование при этом задает первоначальную «высокую планку» по точности для всех последующих операций. Так вот получение координат может производиться двумя способами:

 

1. Контактный

Сканеры этого типа имеют вид составной подвижной многоосевой "руки", закрепленной на подвижной (или фиксируемой) платформе, где каждое перемещение кончика фиксируется высокоточными датчиками. У этого типа сканеров собственная система координат. Работа на таком оборудовании напоминает обведение ручкой шаблона, вот только производится это все в пространстве, а не на плоскости. Обычно используются для контроля размеров изделий на производственных линиях, где нужно быстро сравнить много одинаковых деталей с 3D-моделью, предварительно созданной в компьютере. Контактный сканер может выявить разницу в 0,01 мм. 

Преимущества контактного 3D сканирования:
-простота процесса,
-независимость от условий освещения,
-высокоточное сканирование ребристых поверхностей и призматических деталей,

Недостатки:
- невозможность захвата текстуры сканируемого объекта и измерения мягких материалов,
- сложность или невозможность сканирования объектов больших размеров.

 

2. Бесконтактный

Бесконтактный метод 3D-сканирования весьма перспективен. Он позволяет оцифровывать 3D-объекты в труднодоступных местах, хрупкие 3D-модели и 3D-модели, представляющие историческую ценность. 

Такие устройства производят сбор пространственных характеристик объекта на расстоянии оптическим или лазерным способом. За одну секунду их работы производиться от 1 тыс. до 1 млн. измерений, а их точность при этом достигает 0,001 мм. Оцифрованные модели предоставляются в виде файлов формата STL и PLY, что очень удобно для 3D-печати.  Бесконтактный сканер может быть стационарным или usb-дополнением (передача данных осуществляется посредством кабельного USB соединения 3.0) к компьютеру.

Размер сканируемых стационарным сканером изделий не превышает 30 см, хотя именно у них вместе с поворотным столиком достигается наивысшая точность. Размер объекта, сканируемого usb-сканером, довольно большой: 3х3х3 метров - то есть можно отсканировать автомобиль или скульптуру. 

Бесконтактные 3D-сканеры делятся еще на две подкатегории:

2.1. Пассивные 3D-сканеры
Пассивные 3D-сканеры не излучают ничего на объект, а вместо этого полагаются на обнаружение отраженного окружающего излучения. Большинство сканеров такого типа обнаруживает видимый свет — легкодоступное окружающее излучение. По сути этот метод сканирования представляет собой либо съемку объекта обычными видеокамерами при разной освещенности и восстановление их в объеме, либо съемка силуэта объекта на высококонтрастном фоне при помощи стереоскопических или “силуэтных” видеокамер. Для пассивных 3D-сканеров применяют матирующий лак, который позволяет добиться хорошей отражаемости.  

2.2. Активные 3D-сканеры
Активные 3D-сканеры излучают на объект некоторые направленные волны (чаще всего луч лазера) и обнаруживают его отражение для анализа. Возможные типы используемого излучения включают свет, ультразвук или рентгеновские лучи.

Преимущества активного метода 3d сканирования:
 
- низкая стоимость сканирования,
- возможность применения вне помещения,
- использование при различной освещенности,
- не требуется наносить лак на объект,
- сканирование производится по бесконтактной технологии,
- есть возможность сканировать объекты недоступные для других методов сканирования.

Недостатки:
- сложность или невозможность сканирования прозрачных и зеркальных поверхностей,
- сканирование мелкоразмерных изделий требует использование более точной оптики, а соответсвенно более дорогих 3d сканеров.

 

После набора достаточного материала для дальнейшей работы проводится операция "сшивание". Соединить полученные элементы в законченную трёхмерную модель и обработать её ("сгладить" контур, удалить попавшие в "кадр" "посторонние" предметы, доработать участки, недоступные для сканирования) позволяет программа GEOMAGIC.

Программное обеспечение позволяет произвести контрольные замеры объекта прямо на электронной модели, т. е. обозначить его некоторые линейные размеры и допуска. Программа работает как с объектами в точках ("облако точек"), так и с объектами в поверхностях. В зависимости от необходимости, полученную модель можно экспортировать в наиболее распространённые форматы *.igs, *.stl и др, Полученные методом сканирования 3D-модели в дальнейшем могут быть обработаны средствами САПР и, в дальнейшем, могут использоваться для разработки технологии изготовления и инженерных расчётов.

Однако, вместо лазерных датчиков пространства могут применяться и более сложные системы. Например, в последнее время начали появляться системы 3D-сканирования на базе ультразвуковых установок, преимуществом которых перед конкурентами является режим сканирования тел с внутренней структурой или тел, погруженных в однородную среду.
Активно ведутся разработки магнитных сканеров, использующих для определения пространственных координат объекта изменение его пространственного магнитного поля. Следует отметить, что ультразвуковые и магнитные сканеры крайне чувствительны к различного рода шумам. Так, первые могут реагировать на погодные явления, звуковые волны, создаваемые другим оборудованием, кондиционерами или светодиодными лампами, а источником помех для вторых могут быть металлические объекты в помещении, не говоря об электропроводке и wi-fi.

Для получения результатов с заявленной точностью трехмерное сканирование должно производиться специально обученными людьми. Именно поэтому наша компания не только поставляет оборудование от всемирно известных производителей(таких как Creaform, Faro и другие) но и проводит первоначальное обучение, консультирует клиентов, а также практикует свои знания, выполняя сложные проекты заказчиков.

Сферы применения

Используется в таких отраслях деятельности:

- Медицина: подготовка к операциям, протезирование, сканирование зубов для создания зубных протезов, ортопедия, пластическая хирургия, косметология.

- Машиностроение: контроль целостности и качества изготовления, реверс-инжиниринг, оцифровка, создание 3D-моделей имеющихся штампов, пресс-форм и других изделий сложной формы, например, уникальных, в случае необходимости их изменения, ремонта или повторного воспроизведения.

- Образование: в этой сфере в основном применяется для создания различных макетов.

- Архитектура: реконструкция памятников и исторических объектов, сохранение в 3D-моделях зданий, подлежащих демонтажу, обмеры зданий и сооружений, контроль отклонений от проекта. В ходе реставрации, путем создания банка электронных копий (виртуального архива) и последующего изготовления или восстановления (промышленного воспроизведения) оригиналов скульптур и других рельефных изделий (сувениров, украшений, барельефов, горельефов и т. д.), а так же создание виртуальных архитектурных музеев. 

- Хобби и бизнес: создание фигурок людей, игрушек, художественных объектов а также ювелирных изделий.

Если Вы ищите специалистов по выполнению исполнительной съемки объекта, либо надо сделать любые проектные работы, то наша компания всегда готова помочь Вам в решении поставленных задач. Обращайтесь по телефону или пишите в форму обратной связи, и мы с радостью ответим на любые вопросы!