Вопросы и ответы – Профессиональные 3D сканеры

3D-сканер - это устройство, которое анализирует реальный объект для сбора данных о его форме. Собранные данные могут быть использованы для создания 3D-моделей в специализированном программном обеспечении для работы с 3D-моделями. 3D-сканеры используют различные технологии, каждая со своими преимуществами и ограничениями.

Основные задачи, которые позволяет решить технология 3D сканирования:

• Обратное проектирование (или реверс инжиниринг) - создание трехмерной модели физически существующего изделия или элемента. Может использоваться для полного воспроизводства существующих изделий, модернизации и изменения конфигурации элементов различного оборудования и т.д.
• Контроль - получение трехмерного изображения существующего объекта для дальнейшего сопоставления его с имеющимся 3D эталоном. Наиболее часто используется в строительстве.

Технология 3D сканирования широко применяется в различных областях промышленности (машиностроение, аэрокосмическая, судостроительная и др.), архитектуре и строительстве, автомобильном и не только дизайне и других отраслях.

Основное отличие профессиональных решений для 3D сканирования от недорогих вариантов состоит, как ни банально, в качестве получаемых трехмерных объектов.

Если для решения вашей задачи важно максимальное соответствие геометрии получаемой модели и исходной детали, скорость получения модели (у производителя Creaform есть решения для контроля качества до 660 деталей в день) и другие параметры - следует направить взор в сторону профессиональных 3D сканеров.

Если же вы хотите просто познакомиться с технологией, нужно сканировать редко и объекты имеют достаточно простую геометрию, а также вам не сильно критично полное соответствие получаемой модели и эталона - можно рассмотреть более бюджетные, бытовые модели 3D сканеров.

3D сканеры - технически сложное оборудование, при выборе которого нужно максимально подробно изучить задачу и учесть все особенности сканируемых объектов. В первую очередь при выборе сканера следует обратить внимание на следующие характеристики:

• Точность сканирования - определяется отклонением результата сканирования от фактических размеров объекта, зависит от характеристик используемого сканера и от качества настройки.
• Разрешение (детализация) - определяет уровень детализации данных сканирования и измеряется в мм. Условно можно сравнить с разрешением экрана, которое определяется количеством пикселей. При более высоком разрешении количество треугольников в сетке увеличивается.
• Исполнение - мобильный или стационарный. При оцифровке деталей и объектов небольших и средних параметров обычно используют ручные сканеры. Сканирование крупных объектов (сооружений, коммуникаций) выполняется с помощью стационарных лазерных устройств (дальномеров).
• Скорость сканирования
  
• Цветность

Это важные характеристики 3D сканеров, но список далеко не исчерпывающий. При выборе модели следует также учитывать условия сканирования, поверхность сканируемых объектов и многие другие факторы - лучше всего для выбора оборудования обратиться к профильным специалистам.

Как и любое профессиональное оборудование, нацеленное на качественное решение имеющихся задач, 3D сканер следует подбирать с учетом всей специфики предстоящего использования - от размеров сканируемых объектов, до скорости работы, точности получаемой модели и т.д. и т.п.

Цены на профессиональные 3D сканеры ведущих мировых производителей в этом сегменте в зависимости от конкретной модели могут стоить от 0,7-1 млн. до 10+ млн. ₽. Высокая стоимость 3D-сканеров обусловлена тем, что это сложные и высокотехнологичные измерительные приборы, имеющие метрологические сертификаты и обеспечивающие существенные преимущества перед традиционными средствами измерений.

Более простые решения, в частности китайского производства, могут стоить от 450-500 тыс. ₽ - такие решения не могут быть отнесены к оборудованию метрологического класса (а соответственно не будут укомплектованы соответствующими сертификатами), плюс скорее всего будут обладать ограниченным функционалом и менее развитым сервисом на территории РФ.

Для сканирования деталей разных размеров применяется различное оборудование для 3D сканирования.

Условно сканируемые объекты можно разбить на 3 основные группы:

• Мелкие: от нескольких мм до 500 мм. Обычно используются стационарные сканеры, часто с поворотным столом или на штативе.
• Средние: от 0,5 м до 10 м. Чаще всего используются ручные сканеры.
• Крупные: от 10 до 350 м. Используются дальномерные лазерные сканеры, применяемые для измерения зданий, ландшафтов и других крупных объектов размерами до 350 метров, обеспечивают точность до 200 микрон (в зависимости от размеров объекта).

Свет проектора не должен поглощаться поверхностью. Сильно отражающие, полупрозрачные или очень темные поверхности должны быть перед сканированием обработаны специальным матовым составом (в виде спрея).

3D-сканер представляет собой устройство сбора данных со своей аппаратной частью и прошивкой, но не предполагает установки непосредственно на него какого-то полноценного ПО для обработки 3D моделей. Плюс, сканер в большей степени является датчиком и обработка моделей на нём сделала бы его слишком громоздким и неудобным для ключевой операции - сканирования.

Обработка моделей осуществляется на компьютере, желательно достаточно мощном, в специализированном ПО с целью контроля геометрии, реверс-инжиниринга, оптимизации данных, цифрового архивирования. Позволяет создать виртуальную трехмерную модель физически существующей детали для ее последующего использования в системах CAD, CAM и CAE.

Программные пакеты для компьютера позволяют устранить ошибки в отсканированной модели, создать полноценные параметрические твердотельные модели, проанализировать возможные изменения и погрешности, а также контроль размеров и качества поверхности физического объекта.

В зависимости от объекта, его можно просто отсканировать 3D сканером без применения дополнительных устройств, отсканировать с использованием маркеров (контрастные метки, помогающие определить положение объекта в пространстве, чтобы повысить точность и стабильность 3D-сканирования), а также с помощью поворотного стола.

• Стационарные оптические: для малых и средних объектов (от 15 до 500 мм). Обеспечивают повышенную точность данных 3D-сканирования.
• Стационарные лазерные 3D сканеры (дальномеры): для крупных объектов и внутренних помещений с повышенным радиусом охвата территории сканирования.
• Портативные оптические: для средних и крупных объектов. Отличаются низкой точностью и доступной ценой.
• Портативные лазерные 3D сканеры: для средних и крупных объектов. Удобны в работе, обеспечивают высокую точность.

Выбирая ту или иную технологию 3D сканирования и конкретную модель оборудования в нужной комплектации в 90-95% случаев удаётся полностью решить поставленную задачу.

В то же время есть элементы/объекты, при сканировании которых бывают сложности:

• Отверстия, зазоры, мелкая резьба и подобные элементы - для создания 3D-модели сканеру необходимо получить изображения поверхности с двух камер одновременно, поэтому отсканировать глубокие отверстия затруднительно.
  Сканирование внутренних отверстий, в том числе с резьбой, возможно, но на глубину не более 1 - 1,5 диаметров – зависит от диаметра отверстия. Чем тоньше отверстие, тем на меньшую глубину оно будет захвачено по геометрии.