Технологии сканирования

Лазерные 3D-сканеры (Laser  based  3D Scanners) используют процесс, называемый тригонометрической триангуляцией, для точного отображения трёхмерной формы в виде миллионов точек.   Лазерные сканеры работают путём проецирования лазерной линии или нескольких линий на объект, а затем фиксируют его отражение с помощью одного или нескольких датчиков.   Датчики располагаются на известном расстоянии от источника лазерного излучения.   Точные точечные измерения могут быть выполнены путём вычисления угла отражения лазерного света. Лазерные сканеры очень популярны и имеют множество конструкций.  Они включают ручные портативные устройства, устройства на базе манипулятора, устройства на базе КИМ, устройства дальнего действия и одноточечные устройства дальнего действия.    Преимущества лазерных 3D-сканеров.  Возможность сканирования сложных поверхностей, например, блестящих или темных.  Менее чувствительны к изменению условий освещённости и окружающему свету.  Часто более портативны.  Более простая конструкция - проще в использовании и дешевле.

3D-сканеры с проецируемым или структурированным светом (Projected  or  Structured  Light  3D Scanners). Исторически известные как 3D-сканеры "белого света", большинство 3D-сканеров со структурированным светом сегодня используют синий или белый светодиодный проецируемый свет.   Эти 3D-сканеры проецируют на объект световой рисунок, состоящий из полос, блоков или других фигур.    3D-сканер имеет один или несколько датчиков, которые смотрят на края этих узоров или структурных фигур, чтобы определить 3D-форму объекта.  Используя тот же метод тригонометрической триангуляции, что и в лазерных сканерах, расстояние от датчиков до источника света известно.   Сканеры структурированного света могут быть установлены на штативе или держаться в руках.  

3D-сканеры на основе лазерных импульсов (Laser pulse-based 3D scanners). Сканеры на основе лазерных импульсов, также известные как времяпролетные сканеры, основаны на очень простой концепции: скорость света известна очень точно. Таким образом, если известно время, которое требуется лазеру, чтобы достичь объекта и отразиться от датчика, то известно и расстояние от датчика до объекта. В этих системах используются схемы с точностью до пикосекунд для измерения времени, которое требуется миллионам импульсов лазера, чтобы вернуться к датчику, и вычисления расстояния. Поворачивая лазер и датчик (обычно с помощью зеркала), сканер может сканировать вокруг себя на 360 градусов.

Лазерные фазосдвиговые 3D-сканеры (Laser Phase-shift 3D Scanners). Лазерные фазосдвиговые системы - это ещё один тип технологии времяпролетных 3D-сканеров, и концептуально они работают аналогично импульсным системам. В дополнение к импульсному лазеру эти системы также модулируют мощность лазерного луча, и сканер сравнивает фазу лазерного излучения, посылаемого и возвращаемого на датчик. Измерения фазового сдвига обычно более точные и тихие, но не такие гибкие для сканирования на большие расстояния, как импульсные 3D-сканеры. Лазерные импульсные 3D-сканеры могут сканировать объекты на расстоянии до 1000 м, в то время как сканеры с фазовым сдвигом лучше подходят для сканирования объектов на расстоянии до 300 м или менее.

Координатно-измерительная машина (КИМ) (Coordinate Measuring  Machine  (CMM)). Используются в основном для контроля деталей.   Машина может управляться вручную или автономно с помощью программного обеспечения и компьютеров.   Измерения определяются путём присоединения датчика к машине.   Датчик обычно имеет небольшой шарик на конце вала известного диаметра.   Затем КИМ программируется на контакт с деталью.   Когда машина чувствует контакт с наконечником датчика, измеряется значение в пространстве XYZ. Наиболее распространённым типом КИМ является мостовой тип, который имеет 3 оси X, Y и Z. Система датчиков, которая крепится многократно, может вращаться, обеспечивая дополнительные 3 оси, в общей сложности 6 степеней свободы (DOF).    Для очень точного измерения деталей с точностью до нескольких микрон КИМ обычно устанавливаются в контрольной комнате с усиленным полом, контролируемой влажностью и температурой, изоляцией от вибрации и других сил, которые могут повлиять на точность.   Кроме того, большинство КИМ имеют большой гранитный стол с идеально ровной поверхностью.   Детали закрепляются на гранитном столе таким образом, чтобы исключить их перемещение в процессе измерения.

3D-сканеры и измерительные системы на базе манипулятора (Arm based  3D  Scanners  and  Probe  systems). Система 3D-сканирования или зондирования на базе манипулятора похожа на координатно-измерительную машину (КИМ) тем, что для измерения детали может использоваться контактный датчик.   В дополнение к датчику многие системы на базе манипулятора также оснащены прикрепляемым лазерным 3D-сканером для сбора большого количества точек.   Программное обеспечение отслеживает движения суставов руки, чтобы знать, где она находится в трёхмерном пространстве в любой момент времени. Системы на базе манипуляторов работают путём крепления шарнирного манипулятора к столу или прочному основанию.   Затем рука держится за рукоятку на конце и перемещается для зондирования или сканирования.  Основное преимущество этих систем заключается в том, что они гораздо более портативны, чем КИМ, и могут использоваться в цеховых условиях.   

Системы 3D-сканирования и зондирования с оптическим слежением (Optically  tracked  3D  Scanners  and  Probe  Systems). Системы 3D-сканирования и зондирования с оптическим слежением используют набор камер для отслеживания местоположения головки 3D-сканера или зонда в трёхмерном пространстве.   Эти системы имеют преимущества перед системами на базе манипулятора, включая свободу перемещения, лучшую точность на расстоянии и возможность включения "динамической привязки". Системы динамической привязки работают путём прикрепления мишеней или светодиодных индикаторов к объекту сканирования или зондирования. Это позволяет системе камер отслеживать деталь и сканирующую или измерительную головку отдельно друг от друга.    В результате деталь может двигаться даже во время сканирования, и при этом не происходит потери точности или качества данных.   Кроме того, систему камер можно перемещать, что позволяет сканировать большие детали за одну установку.   

Машины координатно-измерительные портативные (ARM Based) (называемые также «манипуляторы» или «руки») являются мобильными метрологическими измерительными системами с 6-ю и 7-ю степенями свободы (осями). Они идеально подходят для быстрых и точных измерений объектов, геометрических размеров, отклонений формы и взаимного расположения поверхностей деталей в любом удобном для Вас месте благодаря мобильности и лёгкости в установке системы. Измерительная рука представляет собой шарнирно-соединённые между собой сегменты (плечо и предплечье), изготовленные из углеродного волокна (для лёгкости и термостабильности), а также встроенный противовес, блок управления и источник питания. Определение положения каждого звена манипулятора осуществляется с помощью встроенных высокоточных угловых датчиков (энкодеров) в каждой оси. Измерительные манипуляторы могут работать как с контактными (тактильными) датчиками, так и с бесконтактными лазерными сканерами. При использовании контактных датчиков определяется координата центра шарика щупа при касании измеряемой поверхности. При применении лазерного сканера определяются координаты множества точек измеряемой поверхности в пределах поля зрения сканера. Полученные координаты точек обрабатываются специализированным программным обеспечением, рассчитываются геометрические размеры, параметры отклонения формы и взаимного расположения поверхностей и элементов деталей. Доступное к использованию программное обеспечение: PolyWorks, Verisurf, Metrolog, Geomagic и др. Для проведения контроля геометрии изделий и их элементов, измерительные руки устанавливаются либо на штативы, либо на ровную жёсткую поверхность через специальные основания (магнитные, вакуумные, фиксирующиеся болтами). Данные системы не являются автоматизированными, сбор данных выполняется оператором вручную.

Фотограмметрия (Photogrammetry) — научно-техническая дисциплина, занимающаяся определением формы, размеров, положения и иных характеристик объектов по их фотоизображениям. Существует два основных направления в фотограмметрии: создание карт и планов Земли (и других космических объектов) по снимкам (фототопография), и решение прикладных задач в архитектуре, строительстве, медицине, криминалистике и т. д. (наземная, прикладная фотограмметрия).
Если вкратце, то это процесс создания 3D-моделей из нескольких изображений одного объекта, сфотографированного с разных углов. Эта техника совсем не нова, она намного старее современного процесса, и она широко использовалась в картографии и геодезии. Она стала более популярной благодаря доступности из-за увеличения мощности компьютеров, что позволило ей распространиться в другие области, такие как разработка игр, видеоэффекты и построение моделей под разные задачи.

Промышленная компьютерная томография (Tomography) сканирование - любой компьютер - вспомогательный томографический процесс, обычно рентгеновская компьютерная томография , который использует облучение для создания трёхмерных внутренних и внешних представлений отсканированного объекта. Промышленное компьютерное сканирование используется во многих отраслях промышленности для внутреннего контроля компонентов. Некоторые из основных применений промышленного КТ-сканирования - это обнаружение дефектов, анализ отказов, метрология, анализ сборки и обратное проектирование . Как и в медицинской визуализации , промышленная визуализация включает в себя как нетомографическую рентгенографию (промышленную рентгенографию ), так и компьютерную томографическую радиографию (компьютерную томографию).