Czym jest skanowanie 3D?

Skanowanie 3D to metoda przenoszenia rzeczywistego kształtu trójwymiarowego modelu do postaci cyfrowej.

Pierwsza koncepcja projektu często nie powstaje w postaci cyfrowej z wykorzystaniem programów graficznych zaś jest to model wykonany w modelarni przy użyciu pianki modelarskiej bądź gliny. Dopiero na podstawie tak stworzonego prototypu budowany jest model komputerowy. Niektóre kształty, których uzyskanie doświadczonemu modelarzowi zajmuje zaledwie kilka godzin są niezmiernie trudne do odtworzenia za pomocą narzędzi cyfrowych. W tym momencie z pomocą przychodzą nam nowoczesne metody takie jak skanowanie 3D.

Skanowanie 3D w znaczący sposób przyspiesza proces projektowania i znalazło zastosowanie głównie w Inżynierii Odwrotnej (Revers Engineering) ale także w grafice komputerowej, archeologii, muzealnictwie czy też medycynie.

Wśród metod skanowania 3D można wyróżnić dwie główne grupy:

• Metody bezstykowe
• Metody stykowe

W metodach stykowych wykorzystywane są takie narzędzia jak:

• współrzędnościowe maszyny pomiarowe wyposażone w głowice skanujące
• ramiona pomiarowe
• obrabiarki CNC wyposażone w odpowiednie oprogramowanie i głowice skanujące

Taki sposób pomiarowy wymaga bezpośredniego kontaktu głowicy pomiarowej z mierzonym modelem oraz jest dość trudny i czasochłonny a dodatkowo istnieje możliwość uszkodzenia czy zmiany geometrii powierzchni przedmiotu skanowanego (w przypadku materiałów w przypadku których istnieje zwiększone ryzyko uszkodzenia jest możliwość wykorzystania głowicy rezonansowej).

Wady takie nie istnieją w przypadku metod bezstykowych, w których wykorzystywane są najczęściej pomiary optoelektroniczne:

• skanery laserowe
• skanery wykorzystujące różnego rodzaju metody wizyjne (przede wszystkim światło strukturalne).

Dodatkowo do grupy tej możemy zaliczyć:

• specjalizowane skanery ultradźwiękowe i radarowe oraz
• urządzenia wykorzystywane w medycynie takie jak tomograf komputerowy CT czy rezonans magnetyczny

Działanie skanera laserowego

Wykorzystując skaner laserowy mamy możliwość w sposób automatyczny zarejestrować kształt oraz barwę skanowanego przedmiotu.

Układ pomiarowy skanera składa się z:

• Laser małej mocy emitujący światło pomarańczowoczerwone lub podczerwone
• Obrotowe lustro umożliwiające sterowanie kierunkiem wiązki lasera – dzięki temu uzyskujemy większą precyzję w kierowaniu laserem
• Przetwornik CCD wysokiej rozdzielczości.

W czasie skanowania miejsce podświetlone przez wiązkę lasera rejestrowane przez kamerę wyposażoną w filtr przepuszczający wyłącznie światło lasera. Dane o geometrii skanowanego obiektu otrzymywane poprzez obliczanie najintensywniej oświetlonych na matrycy CCD punktów i połączeniu ich z informacją o odchyleniu lustra. Aby umożliwić zeskanowanie obiektu z każdej strony umieszcza się go na sterowanym komputerowo stole obrotowym. Doskonałym przykładem tak działającego urządzenia jest skaner NextEngine HD.

Skaner NextEngine HD

Coraz większe zapotrzebowanie na nowoczesne techniki projektowania takie jak Inżynieria Odwrotna- Revers Engineering jak i Rapid Prototyping oraz większe wymagania potencjalnych klientów wymusza na firmach ciągły wzrost jakości ich usług i produktów. NextEngine aby sprostać tym potrzebom rynkowym umożliwia skanowanie obiektów w technologii HD.

Co daje skanowanie HD?

Dzięki wykorzystaniu technologii HD obiekt jest skanowany z dużo większą dokładnością. Mamy możliwość zebrania znacznie większej ilości punktów w czasie pomiaru dzięki czemu uzyskujemy większą dokładność powierzchni co nie było możliwe do osiągnięcia w tak krótkim czasie.

Porównanie wyników skanowania: Standardowo (po lewej) oraz HD (po prawej).

Firma NextEngine udostępnia również oprogramowanie służące do późniejszej obróbki wyników skanowania. W ofercie znajduje się:}

• ScanStudio HD – aplikacja dołączana do każdego skanera HD, w której otrzymujemy pełny model siatkowy wraz z teksturą powierzchni w pełnej kolorystyce modelu

Istnieje możliwość eksportu wyników pracy do formatów STL, VRML, OBJ oraz U3D.

• ScanStudio CAD Tools – aplikacja pomagająca w stworzeniu z wyników skanowania modelu CAD wykorzystując w tym celu automatyczne budowanie powierzchni bazując na krzywych typu Utworzony w ten sposób model możemy zapisać w formatach IGS lub STEP.
• RapidWorks – aplikacja bazująca na technologii RapidForm XOR co umożliwia transformację skanu 3D do pełni parametrycznego modelu SOLIDWORKS wraz z drzewem

Działanie skanera wykorzystującego światło strukturalne

Zasada działania skanera wykorzystującego światło strukturalne jest podobna do skanera laserowego. Różnica polega na wykorzystaniu do podświetlenia badanego przedmiotu światła o zadanej strukturze a nie lasera jak we wcześniej opisanej metodzie. Zazwyczaj wykorzystywane są tu linie białego światła (rastr o znanych parametrach – zestaw linii o zadanej gęstości), które są projektowane na skanowany model. W dalszej kolejności zbierana jest informacja o zniekształceniu linii rzutowanej na mierzoną powierzchnię, które jest adekwatne do kształtu modelu. Obraz zarejestrowany przez kamerę jest następnie poddany analizie komputerowej.