Метод структурированного подсвета и новые возможности сканирования небольших объектов
С выпуском профессионального ручного 3D-сканера — версии peel 2 CAD, оптимизированной для небольших объектов, — представилась отличная возможность рассказать о некоторых интересных аспектах технологии 3D-сканирования структурированным светом и ее преимуществах. Вначале мы коснемся общих вопросов технологии, а затем рассмотрим особенности новых сканеров линейки peel 3d. В конце статьи вас ждет подробная по работе со сканером — от анбоксинга до импорта в ПО САПР. 3D-модели становятся одним из самых универсальных и полезных видов данных в нашем цифровом мире. Их можно использовать для моделирования, визуализации, анализа, производства, документирования и множества других задач. позволяет создавать виртуальную копию реального объекта — его «цифрового двойника». Обычно процесс 3D-сканирования состоит из следующих этапов: Сканер собирает данные в виде точек, которые состоят из координат XYZ и, если есть такая опция, информацию о цвете. ПО сканера преобразует данные в облако точек. Программа соединяет точки, создавая полигональную сетку. Существует четыре основных метода сбора данных. . ПО объединяет множество фотографий объекта, сделанных с различных ракурсов, и определяет координаты с помощью триангуляции. . Сканер излучает лазерный луч. Луч отражается от объекта и возвращается в датчик, который определяет расстояние до поверхности. Лазерные сканеры — мощный инструмент, но они, как правило, достаточно дороги. . Координатно-измерительные машины используют зонд, который контактирует с поверхностью элемента, получая точные измерения. . Проектор излучает световые узоры (паттерны), которые деформируются при отражении от объекта. Затем одна или несколько камер распознают 3D-геометрию с помощью алгоритмов триангуляции. Теперь поговорим о преимуществах сканера на основе структурированного подсвета. По мере цифровизации производственных и метрологических процессов получают все большее распространение. Технология проекционных полос, которую они используют, идеальна для высокоточного сканирования на малых расстояниях и распознавания мелких элементов. Широкая область проецирования позволяет таким сканерам регистрировать более 2 млн измерений в секунду с точностью до нескольких микрон, а высокое выходное разрешение трёхмерной сетки — полностью воспроизвести геометрию объекта. Возможности 3D-сканирования структурированным светом во многом зависят от следующих аспектов: источник света (белый или синий свет; DLP, LCD или лазер); тип паттерна (полосы, сетки и др.); характеристики и конфигурация камер; . Разные комбинации этих факторов обеспечивают широкий спектр возможностей для решения . Итак, почему 3D-сканеры, использующие метод структурированного подсвета, так востребованы? Ответ кроется в метрологии. Метрологические процессы, связанные с , стали важнейшим аспектом технических стандартов. Десятилетиями для этих процессов использовались аналоговые прецизионные инструменты — штангенциркули, микрометры, калибры, увеличительные стекла и т.д. Но использовать такие инструменты могут только опытные специалисты, работа с ними медленна, а применить их можно к объектам далеко не любой геометрии. При этом любое устройство, предназначенное для 3D-сканирования структурированным светом, объединяет в себе функции всех этих инструментов и создаёт сложную цифровую геометрию в одно мгновение, даже не касаясь детали. К тому же многие отрасли промышленности процесс сканирования в рамках замкнутых производственных циклов. Сферы, где 3D-сканеры этой категории наиболее востребованы: ; оборонно-промышленный комплекс; ; ; развлечения; археологическое документирование и исследования. А сейчас сосредоточимся на двух основных сферах применения метрологии: контроле качества и реверс-инжиниринге. Согласно ISO 9000, — это «часть комплекса мер по обеспечению качества, направленная на выполнение требований к качеству». Само понятие ведёт свою историю с 1920-х годов. Тогда ужесточение законодательства, повышение требований к точности и конкуренция заставили производителей искать способы оптимизации процессов проверки и обеспечения повторяемости. Но сегодня ситуация ещё сложнее — разработка, внедрение и поддержание современных процессов контроля качества требуют значительных временных и финансовых затрат. Существуют даже специализированные аутсорсинговые центры с современным оборудованием, которые занимаются только этой задачей. К счастью для нас, измерительные технологии развиваются невероятно быстро. Важное место в этом процессе занимают 3D-сканеры на основе , которые выполняют быстрые измерения с исключительной точностью. Но, возможно, самое большое преимущество подобных устройств в том, что компания легко может интегрировать их в цифровые рабочие процессы собственными силами. Специализированные позволяют анализировать и сравнивать геометрию с использованием цветовых карт. Процесс сравнения включает в себя совмещение отсканированной геометрии с номинальной CAD-моделью, а также создание числовых и визуальных представлений локальных отклонений по всей геометрии детали. Благодаря программным средствам управления данными и визуализации инженеры могут принимать быстрые и эффективные решения относительно геометрических размеров и допусков, а также легко передавать полученные данные. Сканеры, использующие эту технологию, идеально подходят не только для контроля качества, но и для . В сущности, процесс реверс-инжиниринга заключается в получении конструктивных особенностей и параметров готового продукта — другими словами, нам нужно получить входные данные из выходных. Для чего нужно обратное проектирование? Оцифровка устаревших деталей, исследование существующих конструкций для внедрения полученных данных в собственные проекты, изучение эффективности деталей и причин их неисправности — все это приносит огромную пользу инженерам. Чтобы лучше понять, какую часть задач 3D-сканирования может решить сканер на основе структурированного подсвета, проведём несколько сравнений. идеально подходят для измерения крупных объектов и ландшафтов (геодезические работы, строительство и прочее). В отличие от систем структурированного подсвета, лазерные сканеры, особенно времяпролетные, могут регистрировать километровые расстояния вне помещений даже при слабом освещении. Первые работают на гораздо меньших расстояниях, однако они быстрее и точнее, доступнее по цене и больше подходят для объектов малого и среднего масштаба со сложными элементами. Фотограмметрия может обеспечить исключительно точные результаты как в помещении, так и на улице вне зависимости от расстояния. Однако её результаты зависят от ряда факторов, таких как разрешение камеры, вычислительные ресурсы для постобработки, освещение или текстура поверхности. Но что ещё важнее — для правильного применения технологии нужны опытные и высококвалифицированные специалисты. Если вам нужна быстрая и эффективная регистрация данных в реальном времени и вы не хотите тратить много времени на , то, очевидно, вам подойдёт 3D-сканер структурированного света. Наконец, контактные измерения. Невозможно отрицать, что координатно-измерительные машины оказали огромное влияние на современные технологии контроля качества. Эти машины невероятно точны и в высшей степени автоматизированы. Тем не менее, контактные измерения не подходят для мягких, эластичных или очень мелких элементов. Работа КИМ сильно зависит от установки детали. Также всегда присутствует риск повреждения зонда или объекта сканирования. Сканеры структурированного света, напротив, даже не касаются детали. КИМ замеряют объекты точечно, поэтому работают долго. Структурированный свет за секунду может отсканировать целую область. В результате плотность облаков точек, полученных с помощью КИМ, намного меньше. Блестящие, гладкие, прозрачные и тёмные матовые поверхности в целом проблематичны для бесконтактных сканеров. Возможно, именно здесь заключается самое серьёзное преимущество контактных сканеров перед бесконтактными. К счастью, эту проблему можно решить наклеиванием позиционных меток или нанесением матирующего спрея. Впрочем, портативные лазерные устройства нового поколения, такие как , работают с самыми сложными поверхностями даже без меток. , дочерняя компания Creaform, специализируется на разработке доступных портативных 3D-сканеров для реверс-инжиниринга. Это один из немногих игроков на рынке, кто делает профессиональные сканеры доступнее. Первым детищем компании стала модель , затем появились более мощная и ее модификация с расширенными возможностями работы с ПО. И вот недавно была выпущена линейка / , специально предназначенная для небольших объектов с мелкими деталями. Посмотрим, чем различаются эти сканеры. Ниже приводится сравнение их ключевых параметров. Как видно из таблицы, различия кроются главным образом в габаритах объектов. peel 2 CAD может работать с изделиями размером до 3 метров, а peel 2 CAD-S способен сканировать детали от 5 см. Они очень хорошо дополняют друг друга, и есть смысл иметь в своём арсенале два сканера. С помощью инструментов визуализации в реальном времени создают модели со скоростью 550 тысяч измерений в секунду. Специализированные инструменты редактирования peel 3D помогают быстро и эффективно выполнить реверс-инжиниринг после создания модели. После редактирования модель можно экспортировать в форматы STL, OBJ, DAE, TXT, FBX и, более того, в IGES, STEP и DXF. Использование файлов твердотельных моделей IGES и STEP или файлов чертежей DXF позволяет эффективно работать в САПР, таких как SolidWorks. Чтобы понять, как работает peel 2 CAD-S, посмотрите это видео — в нем показаны все этапы работы на примере сканирования и постобработки нескольких объектов.
Технология 3D-сканирования
3D-сканирование структурированным светом и значение цифровой метрологии
3D-сканеры со структурированным подсветом в контроле качества
Системы структурированного подсвета в реверс-инжиниринге
Сравнение с другими технологиями
peel 2 CAD-S: сканирование мельчайших элементов
Основные отличия peel 2 CAD и peel 2 CAD-S
Программное обеспечение и совместимость
