To be 3D or not to be…
Дмитрий Ошкин
К сожалению, хотя сегодня уже никто не отрицает, что 3D стало не просто очень распространенным, но и де-факто обрело статус стандарта проектирования, до настоящего времени множество продуктов создается в 2D.
Уверен, что вы не раз сталкивались с ситуацией, когда шеф бросает вам на стол новую деталь и требует срочно доработать текущий проект, сопряженный с ней. Причем это надо было сделать еще вчера! Или когда необходимо выпустить чертежи на деталь, изготовленную 10 лет назад. И это при том, что хотя бумажные чертежи и сохранились, никто не удосужился внести в них уточнения и обновления… И подобных ситуаций может быть великое множество.
Что же делать? Паниковать? Самый простой, но и самый бесполезный выход! А между тем решение существует! Это 3D-сканеры.
Применение
Для чего нужны 3D-сканеры? Ответ на этот вопрос зависит только от вас, вернее - от сферы ваших интересов. Итак, 3D-сканеры можно применять в следующих областях.
Контроль качества и инспекция
Под контролем качества и инспекцией подразумевается процесс проверки соответствия изготавливаемой (проектируемой) продукции установленным стандартам. Наиболее близка эта сфера использования 3D-сканеров инженерам. Так, если вы работаете в автомобильной или аэрокосмической промышленности, процесс создания нового изделия подразумевает несколько этапов: проектирование - изготовление макета - тестирование (например, продувка в аэродинамической трубе) - доводка макета - внесение уточнений и выпуск документации. Среди этих этапов одним из самых важных и трудоемких является выпуск документации с учетом внесенных в готовый макет изменений. И вот тут-то 3D-сканеры могут оказать неоценимую помощь. Эта область их применения перекрывает 2/3 потребностей рынка.
Инженерный анализ
Согласно моему любимому словарю Lingvo, инженерный анализ (reverse engineering) проводится для переконструирования (например, для воссоздания секретов технологии изготовления продукции компании-конкурента) или использования полученных данных в различных целях (например, на основе измерения и оцифровки поверхностей изделия можно разрабатывать управляющие программы и чертежи деталей). Это еще треть рынка 3D-сканирования.
Теперь кратко остановимся на наиболее ярких примерах использования 3D-сканеров в областях «обратного» проектирования:
- промышленный дизайн - оцифровка макета, изготовленного вручную, для создания на его основе серийного изделия. Так, например, уникальные орнаменты или скульптуры могут быть оцифрованы для последующего массового воспроизводства с использованием станков с ЧПУ;
- разработка упаковки - использование геометрии образца для последующего быстрого изготовления упаковки на его основе;
- рынок аксессуаров - изготовление запасных частей и аксессуаров для автомобилей и другой техники. Компании, работающие в этой области, используют отсканированные 3D-данные для проектирования изделий, поскольку изготовители техники, как правило, не желают представлять такую информацию в CAD-формате и тем самым делиться своими ноу-хау;
- цифровое архивирование - сканирование и сохранение оригиналов, которые по какой-либо причине не могут быть сохранены в оригинальном виде;
- развлечения и игры - создание цифровых моделей персонажей для компьютерных игр и кинофильмов по авторской модели автора;
- репродуцирование и изготовление на заказ - сканирование объектов, которые очень трудно смоделировать в CAD-системах из-за сложности геометрии;
- медицина и ортопедия - воспроизведение моделей человеческих органов в образовательных целях, а также проектирование ортопедических скоб, браслетов и т.п.
Технологии 3D-сканирования
В настоящее время существуют два основных типа 3D-сканеров: контактные и бесконтактные.
Контактные сканеры
Эти сканеры построены по принципу обвода модели специальным высокочувствительным щупом, посредством которого в компьютер передаются трехмерные координаты сканируемой модели.
Преимущества:
- простота сканирования призматических частей;
- независимость от освещения;
- прекрасное сканирование ребер;
- простота использования;
- малый объем получаемых файлов.
- Недостатки:
- большое время сканирования (за один замер или перемещение осуществляется оцифровка только одной точки);
- невозможность сканирования органических или криволинейных поверхностей;
- невозможность сканирования маленьких и сложных деталей;
- щуп должен касаться объекта сканирования.
Но, конечно, основным недостатком таких сканеров является человеческий фактор. Фактически модель сканирует оператор, от которого в конечном счете и зависит результат.
Бесконтактные 3D-сканеры
Бесконтактные 3D-сканеры могут изготавливаться на основе трех основных технологий:
- фотограмметрическая;
- структурированный белый цвет;
- лазерная.
Рассмотрим вкратце основные преимущества и недостатки каждой из этих технологий.
Технология на основе фотограмметрии представляет собой фотографирование объекта сканирования с различных точек и воссоздание на основе полученных изображений трехмерной модели.
Преимущества:
- низкие затраты на аппаратную часть;
- бесконтактная технология.
Недостатки:
- сложность процедуры установки приемных камер и нанесения точек привязки;
- для базовой установки и калибровки требуется как минимум 4-6 фото;
- обработка осуществляется за счет программного обеспечения;
- большое количество фотографий, необходимых для получения точной модели;
- сложность процедуры сшивки изображений для получения целостной картины сканирования.
Сканирование на основе структурированного белого света заключается в проецировании на объект линий, образующих уникальный узор, каждое изменение которого сканируется приемной камерой.
Преимущества:
- большая скорость сканирования;
- получение порядка 100 тыс. точек сканирования за один проход;
- высокая точность и великолепная деталировка;
- возможность сканирования человеческих лиц благодаря отсутствию лазеров;
- бесконтактная технология.
Недостатки:
- стационарная установка, исключающая возможность мобильного сканирования;
- ограничение размера сканируемой области, не позволяющее сканировать внутренние области;
- сложность при сканировании объектов, находящихся вне помещений, ограничения по яркости;
- большая стоимость системы;
- необходимость проведения процедуры постпроцессинга для сшивки отсканированных частей.
Лазерная технология основана на проецировании лазерного луча на объект сканирования. Все искажения воспринимаются измерительной камерой, которая отслеживает физическое положение лазера. Данные передаются в компьютер, где буквально вычерчиваются лазером.
Преимущества:
- недорогие 3D-сканеры для промышленного применения;
- возможность сканирования вне помещений и при различной освещенности;
- возможность работы с объектами, недоступными для сканирования с использованием технологии структурированного белого света;
- бесконтактная технология.
Недостатки:
- невозможность сканирования прозрачных объектов или объектов с большой степенью светоотражения, вызывающая необходимость напыления;
- невозможность сканирования черно-белых объектов;
- необходимость в базовом основании, имеющем ограниченную зону досягаемости.
Несмотря на указанные недостатки, преимущества этой технологии настолько значительны, что именно на ней был основан уникальный сканер ZScanner 700, созданный входящей в холдинг Contex (www.contex.ru) компанией Z Corporation.
Почему уникальный, спросите вы? Да потому что это первый ручной самопозиционирующийся 3D-сканер, обеспечивающий работу в режиме реального времени. То есть результаты работы вы можете видеть на мониторе непосредственно в процессе сканирования.
Технические характеристики ZScanner 700
Чтобы избавиться от предрассудков, давайте расставим точки над «i».
Во-первых, все остальные системы 3D-сканирования нуждаются во внешней системе позиционирования/привязки. Сканер же ZScanner 700 «все свое носит с собой» или, выражаясь инженерным языком, использует систему автопозиционирования к объекту сканирования.
Как это работает?
Привязка к объекту осуществляется простым и наиэффективнейшим образом: на объект сканирования в произвольном порядке с расстоянием от 20 до 100 мм друг от друга наклеиваются самоклеящиеся светоотражающие круглые маркеры.
Это позволяет сканировать объект целиком, со всех сторон, как изнутри, так и снаружи, не прибегая к склейке сканов, что существенно экономит время. Более того, процесс сканирования можно прервать, уточнить и, детально рассмотрев уже отсканированное, продолжить, как будто мы и не останавливались.
Во-вторых, при сканировании осуществляется автоматическая генерация поверхности непосредственно в формате STL, а не в виде облака точек, подлежащих последующей обработке. Весь процесс отображается на мониторе в режиме реального времени.
Когда эта статья готовилась к публикации, компания Z Corporation объявила о выходе новой модели - ZScanner 800, характеристики которой (см. таблицу) значительно подняли планку в области ручных самопозиционирующихся 3D-сканеров.
Основное преимущество этой модели по сравнению с ZScanner 700 - в 5 раз большее разрешение и в 2-3 раза возросшая точность сканирования. Достижение таких характеристик стало возможным благодаря использованию третьей дополнительной камеры, расположенной по центру сканера. Со сканером ZScanner 800 будет поставляться программное обеспечение с новой функцией мультиразрешения для оптимизации триангулярной поверхности. Это позволит существенно уменьшить результирующий файл и повысить скорость работы. Технические характеристики ZScanner 800
|
Реализуется это следующим образом.
Лазер, расположенный в нижней части сканера, проецирует развертку перекрестий лучей на объект сканирования. Две приемные камеры принимают отраженный сигнал, на основе которого в режиме реального времени генерируется поверхность.
Однако использование лазерной технологии сканирования предполагает и наличие некоторых недостатков, не упомянуть о которых было бы несправедливо:
- не могут одновременно сканироваться объекты, содержащие белые и черные области;
- прозрачные объекты и объекты с высокой отражающей способностью нуждаются в предварительной обработке спреем или краской;
- возникают трудности при сканировании объектов с глубоким рельефом.
В определенных случаях недостатком можно считать также необходимость наклеивания светоотражающих маркеров на объект сканирования. Так, например:
- для отдельных музейных экспонатов это недопустимо;
- при сканировании крупных объектов такая процедура достаточно утомительна.
- И еще пара несущественных недостатков:
- при сканировании длинных объектов может возникнуть ошибка;
- сканер должен «видеть» четыре светоотражающих маркера, что в некоторых случаях бывает трудно сделать. Правда, никто не запрещает сканировать объект на специальной площадке с нанесенными маркерами.
Ну, хватит о грустном, давайте вернемся к преимуществам:
- скорость работы . Чтобы установить сканер, достаточно просто подключить его с помощью кабеля в разъем FireWire и откалибровать, с чем справится практически каждый. На все это уходит буквально 2-3 минуты;
- непревзойденная простота использования . Сканер позволяет сканировать предметы в любой области и под любым углом. Необходимо лишь выдерживать расстояние до объекта сканирования в пределах от 200 до 350 мм, что не требует абсолютно никакой тренировки, сноровка появляется буквально через секунды. Система координат, привязанная к объекту, позволяет перемещать его в процессе сканирования. Кроме того, в любой момент работу можно прервать, а затем без проблем продолжить;
- вес . Сканер весит всего 980 г, поэтому и с точки зрения физических нагрузок процесс сканирования прост и неутомителен.
Основные технические характеристики сканера ZScanner 700 приведены в таблице.
Возможность использовать ZScannеr 700 там, где другие 3D-сканеры зачастую бессильны, делают его вашим незаменимым мобильным инструментом.
Теперь несколько слов о программном обеспечении. Утверждать, что после сканирования получается идеальная модель, было бы не совсем корректно: во многих случаях требуется доводка. Естественно, сканируемые объекты бывают разными, впрочем, как и цели сканирования. Поэтому, если на основе полученных данных планируется создать твердотельную модель, без постпроцессинга не обойтись. На рынке представлено множество специализированных программных пакетов, таких как Geomagic Studio (разработка компании Geomagic, Inc.), PolyWorks (разработка InnovMetric Software Inc.), Rapid Form (разработка INUS Technology, Inc.). Впрочем, перечисление всех программных продуктов, обеспечивающих эффективную работу с отсканированными данными, заняло бы много места. Эти продукты позволяют:
Таким образом, уважаемые читатели, вы ознакомились с основными возможностями сканера ZScanner 700, разработанного компанией Z Corporation, и, надеюсь, ответили для себя на вынесенный в заголовок вопрос. Конечно же «to be»!
Следующие публикации будут посвящены принципам работы с отсканированными 3D-данными и получению на их основе полноценной оптимизированной CAD-модели. Так что следите за обзорами!
Сегодня мы расскажем о видах и типах 3D сканеров, а также об эффективном применении их в различных сферах.
3D сканирование находит широкое применение в промышленности, медицине и в быту. Более того, многие современные производственные процессы не могут обойтись без автоматизации и контроля. В этих случаях наряду с компьютерным зрением приходит технология 3D сканирования.
3D-сканеры можно разделить на два типа: Контактные и, соответственно, бесконтактные.
Контактные сканеры
К первому типу сканеров относятся CMM (coordinate measuring machine - координатно-измерительные машины).Эти устройства напоминают промышленные ЧПУ станки, на массивном основании, но вместо шпинделя крепится измерительная головка с рубиновым шариком на конце. Сканирование, или контроль геометрических размеров производится контактным способом. Щуп медленно подходит к измеряемому объекту, регистрируя малейшее касание.
Так же существуют системы с подвижными “суставами”, в которых установлены высокоточные энкодеры. При перемещении сканирующего органа оператором эти датчики фиксируют перемещение всей системы и на основе этих данных строит трехмерную модель изделия.
Пример таких сканеров: Faro Arm Edge 9 - компактный и точный промышленный сканер идеально подходящий для контроля пресс форм, или штампов.И ROMER Absolute Arm SE 7 - 7-ми осевая измерительная рука, крайне удобная в работе, оборудованная магнитным основанием, которые позволяют надежно закрепить сканер на любой ровной металлической поверхности.Данные сканеры широко применяются на высокоточных производствах для контроля геометрических размеров выпускаемой продукции. Так же при помощи данных устройств можно произвести “полное” сканирование и получить облако точек.
Но данная технология не идеальна, и имеет ряд ограничений, таких как:
- Низкая скорость сканирования
- Невозможно (чаще всего) сканировать поднутрения и малые отверстия
- Установки стационарны и массивны. Поэтому применение их в 3D съемке ландшафта и архитектурных объектов невозможно
Бесконтактные активные сканеры
Бесконтактные сканеры делятся на несколько типов по способу сканирования. Условно их можно разделить на лазерные и оптические.
Лазерные сканеры
Основная часть лазерных сканеров работает на принципе триангуляции. Суть триангуляционных 3D сканеров состоит в том, что высоко контрастная камера ищет лазерный луч на поверхности объекта и измеряет расстояние до него. При этом оптическая ось камеры и лазера разнесены, а расстояние между ними и угол заведомо известны. Таким образом, путем не хитрых геометрических измерений мы можем достаточно точно измерить расстояние до объекта, быстро получив облако точек. По сравнению со сканерами измеряющими время отклика луча этот класс устройств имеет ограничения по дальности сканирования, но при этом сканирует объекты с высокой точностью.
Ярким примером подобных лазеров являются:
- BQ Ciclop - 23 890 руб., Точность: 0.5-5мм от размеров детали, Область сканирования: 205 мм. Имеется вращающаяся платформа.
- David Laserscanner - 59 000 руб., Точность: 0.5% от размеров детали, Область сканирования: 10-600 мм.
- Digitizer (MakerBot) - 93 100 руб., Точность: 2мм, Область сканирования: 205 мм. Имеется вращающаяся платформа.
А так же данные сканеры уже используются в образовательных целях во многих Российских школах и вузах.К другому типу лазерных сканеров относятся сканеры, основанные на измерении времени отклика лазерного луча от поверхности объекта. Данные виды сканеров представляют собой, по сути, лазерный дальномер. Такие сканеры широко распространены в строительстве и ландшафтном дизайне, успешно используются для создания 3D моделей зданий и памятников культуры. Они позволяют быстро оцифровывать окружающее пространство. Подобные системы компьютерного зрения даже устанавливались на первые прототипы беспилотных автомобилей.
Главным недостатком этих систем является сложность подсчета времени отклика лазерного луча на малых расстояниях (менее метра). Поэтому данные сканеры применяются по большей части геодезистами, ландшафтными дизайнерами и архитекторами.
Так же стоит отметить точность и скорость сканирования. У сканера FARO Focus 3D , стоимостью 65 500 $, заявленная точность составляет +-2мм на расстоянии до 25 метров. Скорость сканирования - 976 000 точек/секСканеры Leica HDS8800 и Leica ScanStation P20 имеют точность от2 до 20мм на расстоянии 100 и 1000м. Скорость сканирования же составляет до 1 млн точек/сек.Эти сканирующие устройства идеально подходят для съемок местности и больших объектов и не предназначены для сканирования мелких деталей.
Области применения: Ландшафтный дизайн, Геодезические измерения, Построение карт местности, Сканирование памятников культуры.
Оптические сканеры
Переходя к оптическим сканерам, хочется отметить сканеры, основанные на методе сканировании структурированным светом. Эти устройства представляют собой одну или две видео камеры в связке с кинопроектором. При засветке сканируемого объекта “зеброй” или черно-белыми квадратами, которые расположены в шахматном порядке, камеры анализируют искривления полученной картинки и на основе этих данных строят 3D модель. Этот метод широко применяется для реверс-инжинеринга, сканирования ювелирных украшений, часто применяется в медицине (протезирование). Особо стоит отметить использование данных сканеров в протезирование, так как трехмерное сканирование и печать в данной сфере работает максимально эффективно. Данная технология позволяет максимально точно изготовить косметический, функциональный или стоматологический протезы.
К недостаткам данной технологии можно было бы отнести ограничение по возможности сканирования крупных объектов, но данная задача эффективно решается путем нанесения на объект специальных маркеров, которые позволяют сканировать большие объекты по частям с последующей “склейкой” модели.
Данный метод сканирования популярен, и дает прекрасные результат, поэтому на рынке представлено достаточно много таких сканеров, вот некоторые из них:
- RangeVision Smart - 175 000 руб. Область сканирования от 150х112х112 мм, до 500х375х375 мм, Точность: 0,2 мм - 0,1 мм.
- David SLS-3 - 299 000 руб. Область сканирования от 10 до 600 мм, Точность - 0.05%
- Volume Technologies VT Mini - 340 000 руб. Область сканирования - от 50 до 500 мм, Точность - 0.1%
- RangeVision Standard Plus - 585 000 руб. Область сканирования от 66*50*50 мм до 850*530*530 мм, Точность: 0,015 - 0,16 мм
- RangeVision Advanced - 710 000 руб. Область сканирования 66*50*50 мм до 850*530*530 мм, Точность: 0,03 мм - 0,16 мм. Разрешение камер: 2Мп
- RangeVision Premium - 1 220 000 руб. Область сканирования от 66*50*50 мм до 850*530*530 мм. Точность: 0,015 мм - 0,16 мм. Разрешение камер: 5мп
Области применения:
Ручные сканеры
Стоит отметить что существуют и портативные ручные версии сканеров, работающие как по лазерной так и по оптической технологии, обычно это профессиональные устройства, обладающей большой точностью и скоростью сканирования. Например:
Области применения: Реверс-инжиниринг, Образование, Хобби, Компьютерные игры, Протезирование, Сканирование людей, Архитектура, Музейное дело
Контроль измерений
Одним из наиболее востребованных направлений применения 3D сканеров является контроли измерений. В этом направлении используются высокоточные сканеры, оборудованные очень точными камерами, проекторами и имеющими специализированное ПО для анализа отсканированных изделий и сравнения их с CAD моделями. Например:
- AICON stereoSCAN 3D – Точность сканирования - 0,025 мм, область сканирования – 400х400 мм.
- GOM ATOS Compact Scan 2M – Точность сканирования - 0,021 - 0,615 мм, область сканирования: 35 x 30 - 1000 x 750 мм².
- Gom ATOS Core 200 – Точность сканирования - 0,03 мм, область сканирования: 200 x 150 мм.
Бесконтактные пассивные сканеры И последний метод сканирования, о котором мы расскажем - бесконтактные пассивные способы сканирования. Они существуют трех видов: Стереоскопический, Фотометрический и метод силуэта.
В сканерах, которые основаны на стереоскопическом методе сканирования, имеются две камеры, повернутые под не большим углом относительно друг друга. Анализируя разницу между двумя изображениями, строится трехмерная модель. Точность таких сканеров не высока, но зато позволяет получить цветную трехмерную модель.
Так же при проектировании дизайна автомобилей до сих пор изготавливают вручную масштабный макет из специальной глины, а после чего успешно сканируют подобными сканерами.
Области применения: Не детализированный реверс-инжиниринг
Существуют и более продвинутые решения в данном направлении, это фотограмметрическая съемка, используя тот же принцип что и фотометрия дополнительно используется специальная система меток, позволяющая программе с большой точностью определить с какого ракурса и какая часть объекта была сфотографирована и как следствие - сделать более точную модель. Наиболее качественное такое решение сейчас имеет сканер AICON DPA от компании AICON.Области применения: Сканирование больших объектов, дополнительная примочка для повышения точности сканирования
Метод сканирования по силуэту распространен слабо и имеет ряд недостатков. Для получения изображения требуется поместить сканируемый объект на контрастный фон, и произвести серию снимков. Так же этот метод не позволяет сканировать вогнутые поверхности.
Так же существуют другие технологии сканирования, например компьютерная томограмма (КТ) и МРТ, использующий рентгеновское излучение, а так же коноскопическая голография. Все эти методы сканирования довольно узкоспециализированные, и не относятся теме нашей статьи, поэтому мы не станем заострять внимание на них в нашем обзоре.
Если у вас появились дополнения или вопросы - мы с радостью их обсудим! Пишите в комментарии или на почту [email protected]
Хотите больше интересных новостей из мира 3D-технологий?
В различных областях деятельности человека завоевывает свое место не только технологии 3D печати, но и такие интересные приборы, как 3D-сканеры. С помощью такого устройства можно выполнять сканирование различных физических предметов, получая их трехмерные цифровые модели, характеризующиеся высокой точностью. Полученные модели с электронными данными о форме конкретного предмета могут быть задействованы в строительной сфере, медицине и игровой индустрии. На то, что ранее требовалось часы или даже дни, в настоящий момент посредством 3D-сканера необходимы лишь считанные секунды.
Принцип работы и преимущества
3D-сканер исследует физический предмет и воссоздает его точную цифровую модель. Современные 3D-сканеры могут выглядеть как ручной прибор небольшого размера, либо быть стационарным устройством, использующим в качестве подсветки лазер или специальную лампу, чтобы увеличить точность измерений. Принцип работы определяется используемой технологией, однако в любом случае данное устройство имеет дело с определением расстояния до сканируемого предмета.
Сканер исследует расстояние до объекта, задействуя две встроенные камеры и подсветку. С помощью этих «глаз» прибор измеряет расстояние до объекта в разных точках, а затем сопоставляет полученные от камер картинки. Все измеренияз аписываются, после чего проводится анализ и на экран уже выводится готовая цифровая модель. Сканирование может осуществляться и лазерным лучом, который перемещается над поверхностью предмета и измеряет расстояние в конкретной точке. Таким способом записываются координаты всех измеряемых точек, что открывает возможность для создания трехмерной компьютерной модели.
Пользователь может оперировать самим процессом сканирования, устанавливая разрешение и соответствующие области, где требуется более высокая детализация. Современные 3D-сканеры уже научились обеспечивать точность получаемых трехмерных моделей вплоть до нескольких десятков или даже сотен микрометров. Причем имеется возможность сканировать объект с передачей не только его формы, но и цвета. В результате, существенно упрощается процесс создания трехмерных макетов – они создаются не только в короткие сроки, но и с очень высокой детализацией. Кроме того, полученное трехмерное изображение всегда можно открыть в редакторе и осуществить дополнительное редактирование по своему усмотрению.
Разные модели сканеров характеризуются различными параметрами и возможностями, но все они находят применение в тех случаях, когда нужно максимально быстро и точно зарегистрировать форму предмета. Преимущество подобных приборов на практике обеспечивается не только существенным упрощением процесса получения 3Dмакетов и, как следствие, экономией времени, но и возможностью работы со сложными деталями и элементами.
Классификация
Все приборы подобного рода делятся на две большие группы:
— Контактные сканеры
Такие приборы используют, как ни трудно догадаться, контактный способ сканирования, то есть они исследуют сканируемый предмет буквально на ощупь, записывая соответствующие координаты. Для этого в их конструкции предусмотрено наличие специального высокочувствительного щупа. Контактные сканеры обладают такими несомненными плюсами, как высокая детализация, независимость от световых условий, возможность сканирования призматической части объекта. В то же время они довольно медленные в работе и во время сканирования возникает риск повреждения каких-либо хрупких предметов.
— Бесконтактные сканеры
3D сканер Sense
Здесь применяется бесконтактный способ сканирования. Такие приборы бывают активными и пассивными. Активные устройства сами излучают специальные волны, после чего обнаруживают их отражение и анализируют для получения компьютерной модели. В качестве такого излучения может использоваться рентген, ультразвук или световые потоки. Например, рентгеновские лучи и ультразвук используются в сканерах, используемых в медицинских целях. Пассивные приборы не формируют никакого излучения, а лишь обнаруживают отраженное от объекта окружающее излучение. Например, свет. В целом, бесконтактные сканеры отличаются экономичностью, привлекательной технологией сканирования и возможностью использования вне помещений с различной степенью освещенности.
Технологии сканирования
К текущему моменту наибольшее распространение получили две технологии 3D-сканирования:
— Лазерная
Лазерный сканер REVscan из серии ручных самопозиционирующихся сканеров Handyscan 3D
В данном случае устройства основаны на действии лазера. При использовании таких приборов на сканируемый объект, в определенных его точках наносятся особые светоотражающие маркеры, что позволяет обеспечить более высокую точность сканирования. Преимущество лазерных устройств состоит как раз в очень высокой точности создаваемых моделей. Однако лазерные приборы используются для сканирования исключительно статичных объектов и фактическине могут быть задействованы для получения моделей подвижных предметов (в этом случае процесс сканирования отнимает очень много времени). Благодаря тому, что лазерные сканеры дают возможность воссоздать невероятно точную модель, они применяются в разнообразных промышленных сферах, в частности, в машиностроении.
— Оптическая
Лазерные сканеры оказываются практически бесполезными, когда требуется отсканировать объекты, находящиеся в движении. Например, осуществить сканирование человеческого тела для медицинских задач. И тут на помощь приходят оптические приборы. Они осуществляют процесс сканирования предмета путем проецирования на него линий, формирующих своеобразный узор. Данные о поверхности предмета содержатся в искажениях формы проецируемой трехмерной картинки.
Оптические устройства могут похвастаться высокой скоростью работы. Это автоматически устраняет проблему искажения компьютерной модели в случае движения сканируемого объекта. Кроме того, здесь не требуется наносить на предмет специальные метки. То есть оптические сканеры могут с успехом применяться для сканирования подвижных предметов или человеческого тела. Несмотря на то, что оптические приборы уступают по точности создания 3D моделей лазерным аналогам, они характеризуются большей универсальностью. В то же время и у них есть свои минусы. В частности, оптические устройства не способны осуществлять сканирование предметов с зеркальными или блестящими поверхностями.
Области применения
Получение 3D моделей отдельных объектов или предметов является очень важной задачей для многих сфер деятельности человека. Можно перечислить лишь несколько ключевых областей, где 3D-сканеры находят широкое применение:
— Дизайн: создание трехмерного макета, на основе которого можно будет получить серийное изделие, изготовление дизайнерской упаковки, а также возможность получения и исследования формы объекта с ее последующей доработкой.
— Медицина: возможность создания трехмерных моделей суставов, строений кости и отдельных органов человеческого тела, планирование операционных манипуляций, проектирование разнообразной анатомической обуви и ортопедических конструкций.
— Реверс-инжиниринг: получение точной компьютерной модели предметов, которых требуется воссоздать.
— Архитектура: 3D-сканеры могут применяться для сканирования на заказ различных архитектурных деталей и элементов, например, колонн, статуй и декораций.
— Индустрия развлечений: получение анимационных моделей для игр и фильмов, возможность создания цифрового мультимедиа контента, основанного непосредственно из концептуальной модели разработчика. Это актуально, прежде всего, для видеоигр и разработки игровых персонажей, навеянных творческой фантазией.
— Строительная промышленность: получение чертежей мостов и сооружений в трехмерном исполнении, реконструкция автомобильных трасс и магистралей.
— Контроль качества продукции: проверка соответствия создаваемой продукции установленным требованиям и техническим нормам.
— Музейное дело и сохранение культурного наследия: точное восстановление формы устаревших скульптур или памятников для их последующей реконструкции, возможность организации виртуальных музейных экскурсий, сканирование старинных, антикварных предметов.
— Архивирование: создание цифрового архива прототипов изделий.
— Киноиндустрия: получение цветной трехмерной модели человека.
Итак, использование столь технологичного прибора, как 3D-сканер, может облегчить деятельность человека во многих сферах. Это динамично развивающаяся технология, которая предоставляет уникальные возможности – от планирования медицинских операций и создания объемного дизайн-макета до контроля качества создаваемых изделий. 3D-сканеры требуются во всех случаях, когда нужно определить форму предмета с большой точностью и в минимально короткие сроки.
Какие характеристики детали и как влияют на трудоемкость сканирования:
1. Размер
3. Материал детали
Черная, блестящая, прозрачная поверхность требует предварительного нанесения матирующего спрея. Таким образом, матированию подлежат все изделия из металла, стекла, черного или серебристого пластика. Спрей высыхает, образуя на поверхности тонкий меловой слой, который затем легко удаляется тряпочкой или щеткой, не портя изделие. В том числе с матированием сканируются мобильные телефоны и другая техника, без нарушения их работоспособности.
Идеальной для сканирования считается белая матовая поверхность.
Пример: матирование блестящего отражателя лампы.
4. Чистота и ровность поверхности
Если поверхность детали грязная, ржавая, масляная - для качественного сканирования ее придется предварительно зачищать. Поэтому мы просим заказчиков готовить детали для сканирования заранее.
Поверхность пористая или неровная, много мусора при изготовлении (сварные швы, артефакты и неровности, полученные при литье) - дополнительное время на обработку сканированной модели.
5. Конфигурация детали и рельеф поверхности
Простым считается одностороннее сканирование плоской детали. При обработке сканированной поверхности задается толщина.
Объемная деталь требует сканирования со всех сторон с переворачиванием. При этом для качественного автоматического сшивания важно, чтобы при каждом новом скане сканер «видел» часть меток с предыдущего скана. Поэтому дополнительную сложность представляют детали с тонкими острыми гранями.
Труднодоступные места представляют собой отдельную сложность для сканирования. Глубокие отверстия с разными внутренними диаметрами и резьбами, раковины, загибающиеся детали могут не попасть в зону видения сканера и не будут отражены в сканированной модели. Такие элементы образмериваются и дорабатываются вручную.
Ручные замеры и контроль погрешностей также требуются в случае:
- наличия ответственных элементов в детали (посадочные места или места сопряжений и т.д., где необходимо указание конкретных допусков и посадок),
- нанесения матирующего спрея (который имеет свою толщину);
- погрешностях в методах обработки сканированной детали (например, выравнивание поверхности по средним точкам).
Пример : вал с кулачками (криволинейные поверхности с ответственными размерами, повышенная сложность).
Сложный рельеф поверхности (большое количество криволинейных поверхностей, элементов детали) не повлияет на трудоемкость сканирования, но сильно повлияет на трудоемкость обработки, особенно при построении твердотельной модели.
Кроме того, чертеж такой детали также потребует больше времени, чем чертеж простой плоской детали.
Пример : колесо ротора - труднодоступные для сканера места, криволинейные поверхности, особая сложность - при построении твердотельной модели.
Встречаются также плоские, небольшие и вроде бы несложные детали, но из-за большого количества размеров (вырезы, отверстия, радиусы) выполнение чертежа становится трудоемкой задачей. В такой, на первый взгляд, несложной детали, как например лопасть, необходимо строить большое количество видов и сечений на чертеже.
Пример : плоская рамка с большим количеством отверстий.
6. Необходимость доработки 3d модели
Задача восстановления износа детали или пожелания заказчика по изменению обязательно потребуют построения твердотельной CAD-модели c конструкторской доработкой.
Для оценки стоимости сканирования детали, пришлите фото и краткое описание задачи!
Виртуальных объектов, которые можно распечатать с помощью трехмерного принта, в Интернете - великое множество. Так, без особого труда можно найти изображения великолепных украшений, которые сделают честь любой моднице, трехмерные чертежи деталей к замысловатым механизмам и сувениров со смыслом. При желании, несложно будет отыскать даже объемные модели обуви и одежды.
Не найдя желаемого в открытом доступе, вовсе не стоит отчаиваться и отказываться от желания обладать лучшим. Если под рукой оказался хороший 3д принтер, способный печатать не только фигурки слоников и кирпичи, а предметы более сложной формы, желаемое можно сделать действительным.
Для этого понадобится специальный сканер, способный считывать трехмерную информацию и заводить ее в память принтера. 3d сканирование - задача, с которой может справиться даже обычный школьник. Нужно просто выбрать объект, который хочется скопировать, например, макет вертолета, и начать считывание…
Конечно же, подобная техника стоит немало, зато избавляет от необходимости приобретать дорогую программу для виртуального построения модели и осваивать ее.
Наша компания предоставляет услуги по 3d сканированию, цены которых отличаются доступностью. Почти полная идентичность оригинала и копии, приемлемая цена и минимальные временные затраты - это способно удивить!
Услуги 3D сканирования: мы гарантируем качество
По мере роста спроса на трехмерную печать увеличилось и количество предложений выполнения подобных заказов. Но для того, чтобы облечь в форму предмет, изображенный в трехмерном формате, необходимо иметь достаточно функциональный агрегат и расходный материал хорошего качества.
При наличии принтера «вырастить» несложную или цельную модель можно даже самостоятельно - без чьей-либо помощи. Другое дело, если необходимо скопировать объект, 3д-программной модели которого не существует, например, дефицитную деталь автомобиля или сустав человеческой ноги. В подобной ситуации помочь сможет наша компания, предоставив услуги 3д сканирования.
С помощью портативного устройства, сканирующего объекты в трехмерном формате, можно создавать их виртуальные модели, а потом изготавливать способом литья или любым другим. Цена на услуги 3d сканирования зависит от размера объекта, а также особенностей его поверхности. Чем больше на ней мелких деталей, тем стоимость подобной работы будет выше, но все же останется вполне доступной.
