Лазерные 3D-сканеры: новые возможности в сфере промышленности и проектирования

Технология трехмерного сканирования появилась еще в середине прошлого века. Изначально лазерное оборудование для сканирования разрабатывалось для воспроизведения фактических параметров объектов в цифровом виде. Первые модели лазерных трехмерных сканеров обладали достаточно ограниченным функционалом и низкой мощностью, но постепенно количество функций расширялось, и условия для работы становились уже не такими строгими.

Как работает трехмерный лазерный сканер

Оборудование работает с пространством или реальным объектом, получая цифровые данные о его фактических параметрах. Сканер достаточно быстро и точно воспроизводит максимально реалистичную цифровую копию объекта или пространства. Именно такими функциями лазерный сканер отличается от стандартного офисного оборудования.   

В зависимости от типа устройства и выбранной технологии, процесс сканирования может происходить по-разному. Для работы с динамическим или статическим объектом одинаково хорошо подойдет метод лазерного трехмерного сканирования, который предусматривает прохождение мощного лазерного луча по поверхности рабочего объекта. Сканирование возможно на любом расстоянии от предмета или пространства. 

В каких новых сферах используется технология лазерного сканирования

Несмотря на сравнительно большой возраст существования технологии трехмерного лазерного сканирования, общественно доступным специализированное оборудование стало достаточно недавно. Давайте подробнее рассмотрим, в каких сферах современного производства и технологий активно применяется лазерное сканирование.

Передовое оборудование для 3D-сканирования предусматривает использование лазерного излучения для вычисления расстояния от исходной точки до рабочего объекта. В результате получается конкретное облако с точками, которые в дальнейшем будут применяться для воспроизведения объемной модели конкретного пространства или объекта. Максимальное распространение технология лазерного сканирования получила в следующих сферах:

1. Городское строительство, ремонтные работы и возведение сооружений разной сложности. Обязательным этапом любого строительства является организация инженерных и геодезических работ. Оптимизировать данную процедуру позволяет использование трехмерного сканера для воспроизведения параметров окружающего пространства, программирования характеристик зданий и изучения рельефа территорий. 
2. Строительство объектов транспортного сообщения. Оборудование для трехмерного сканирования замечательно справляется с задачей инженерного контроля над объектами транспортного строительства. Сканирование лазерным лучом помогает отслеживать состояние мостов, вокзалов, туннелей. Главная цель инженера – обновление актуальных сведений и восстановление инженерной документации с целью определения текущего состояния объекта.
3. Работа коммунальных предприятий и обслуживание технологического оборудования. Технология трехмерного лазерного сканирования позволяет быстро решить сложные инженерные задачи в процессе проведения реконструкции, модернизации и нового строительства промышленных объектов, отдельных цехов или небольших производств. Предварительное сканирование помогает добиться максимальной точности в тех условиях, где требуется правильное понимание пространственного расположения всех деталей оборудование и элементов обслуживающей инфраструктуры. Актуальная трехмерная схема с параметрами промышленного объекта помогает проводить оперативный контроль процесса строительства.
4. Промышленные мощности на производстве по нефтедобыче и обработке нефтепродуктов. Оборудование для добычи и обработки нефтепродуктов – это сложный механизм, который требует постоянного инженерного контроля. Любые поломки и сложности в эксплуатации могут привести к аварийным ситуациям, производственным потерям и даже техногенным катастрофам. Главная задача оборудования для трехмерного сканирования – контроль корректности геометрии платформы, анализ состояние техники. Сканер позволяет оперативно получать информацию о наличии механических повреждений, состоянии коммуникаций и наличии коррозии на отдельных деталях.
5. Проведение судебной экспертизы. Это достаточно новый, но эффективный способ организации работы государственных учреждений. Применение трехмерного лазерного сканера помогает работникам инстанций быстро и точно воспроизвести расположение объектов в ограниченном пространстве. 

Оборудование для трехмерного сканирования помогает воспроизводить модели старинных исторических зданий и построек с огромным количеством фигурных элементов, с которыми трудно работать классическими инструментами. Мощности передовой техники позволяет выполнять подобные задачи без дополнительных затрат труда и времени.

Результатом сканирования в любых сферах промышленности становится набор точек, которые в дальнейшем можно использовать для воссоздания планов поэтажного строительства, зарисовки вертикальных разрезов и планов фасада. В данную документацию можно вносить оконные конструкции, дверные проемы и декоративные детали. Такая информация очень часто используется в процессе реставрации построек либо же документирования информации о старинном архитектурном наследии.

На данный момент известны тысячи случаев успешного использования оборудования для трехмерного сканирования, что позволяет активно расширять сферу применения 3D-сканеров на производстве, в творчестве или в частной деятельности. Использование современного оборудования позволяет воссоздавать прототипы транспорта и механизмов, которые активно использовались в прошлых веках, проводить процедуру обратного инжиниринга сложных объектов или документировать артефакты культурного наследия.  

Проецируемый или структурированный свет: что выбрать для 3D-сканирования

 Все технологические разработки обязательно проходят стадию инжиниринга, способного обеспечить высокую производительность процессов и безупречный контроль качества готовой продукции. Первым этапом цифрового инжиниринга является трехмерное сканирование. Современные сканеры работают с последними технологиями и ПО, благодаря чему создают инструментарий, который помогает получить ошеломляющие результаты.

Как работают трехмерные сканеры

Сканер 3D действует путем охвата данных на поверхности исследуемого объекта для описания формы в цифровом формате. В отличие от сведений, полученных в процессе использования координатно-измерительных машин, результаты трехмерного санирования могут использоваться в дальнейшем не только для контроля и анализа фактических размеров предмета.

Все цифровые сведения, полученные в результате бесконтактного измерения, помогают быстро и легко выполнять анализ и расчеты с помощью углубленного метода обработки информации. Сканеры с технологией 3D считывания активно применяются для воспроизведения деталей на разных производственных этапах:

• Обратное инженерное проектирование деталей конкретных механизмов;
• Проверка качества посадки полученного механизма;
• Контроль моделей готовых печатных деталей;
• Разработка формы и функциональных способностей компонентов в труднодоступных местах;
• Воспроизведение реальных физических параметров любого объекта или пространства.

Фактически трехмерное сканирование представляет собой процедуру сбора актуальной информации о характеристиках и характере поверхности объекта в цифровом формате. Целью 3D сканирования является определение реальной формы объекта для дальнейшего воспроизведения детали методом обратного проектирования или проверки в процессе анализа полученных размеров.

В процессе работы с технологиями трехмерного сканирования специалисты используют специальные сканеры, которые определяют характер поверхности с применением одного из импульсов – лазерного луча, светового потока или дополнительных датчиков. В результате измерения все полученные точки воспроизводят параметры объекта. Уровень детализации и эффективность обработки объекта будут зависеть от характеристик используемого индикатора и мощности лазера.

Чем отличаются сканеры с проецируемым или структурированным светом

Большинство современных трехмерных сканеров со структурированным световым потоком традиционно применяют синий или белый свет с проекцией. Оборудование направляет на сканируемый объект проецируемый световой поток, который состоит из полосок, блоков разного размера и геометрических фигур. Каждый трехмерный сканер оснащен одним или несколькими датчиками, направленными на структурные формы или зоны узоров, что помогает четко определить форму будущего 3D предмета.

Применение технологии триангуляции позволяет точно определить расстояние от индикаторов до источника света. Современные сканеры со структурированным светом могут фиксироваться на штативе или удерживаться в руке оператора. В отличие от устаревших устройств с проецируемым светом, модели со структурированным световым потоком обладают рядом дополнительных преимуществ:

1. Минимальное время завершения полного цикла сканирования. На всю процедуру может потребоваться около двух секунд.
2. Универсальность применения. В каждой модели используется несколько объективов для определения мелких или объемных деталей в единой системе.
3. Портативность и мобильность. Компактные ручные сканеры достаточно удобны за счет небольших размеров.
4. Полная безопасность для здоровья людей и животных.
5. Инновационная система, которая позволяет создавать цветные сканы.

Трехмерные сканеры со структурированным световым потоком стали наиболее популярными за счет технологии проекционных полос. Данная система работы с пространствами и объектами идеально подходит для высокоточного сканирования на небольших расстояниях и определения характеристик мелких деталей.

Огромный диапазон сфер использования сканеров со структурированным светом позволяет оборудованию максимально быстро реагировать с точностью до микрон. Наличие высокого выходного разрешения 3D сетки помогает полностью воссоздавать точную геометрию исследуемого объекта. Функциональные возможности и эффективность технологии трехмерного сканирования со структурированным световым потоком будут зависеть от ряда параметров:

• Тип светового потока;
• Источник света;
• Технические параметры видеокамеры;
• Особенности программного обеспечения.

Различные сочетания указанных параметров позволяют обеспечить разнообразный спектр технологических возможностей для решения задач любой сложности. Секрет эффективности оборудования со структурированным световым потоком заключается в сложных метрологических процессах. Еще задолго до изобретения трехмерного сканера операторы использовали классические инструменты – калибры, лупы, циркули, линейки и др. Использовать подобный инструментарий очень сложно, а в случае с объектами со сложными параметрами практически невозможно.

Современное трехмерное оборудование со структурированным лучом света совмещает в себе функциональные возможности всех указанных инструментов и позволяет работать со сложной цифровой геометрией. Оператору даже не нужно касаться объекта, чтобы быстро получить точные сведения. Трехмерный сканер со световым лучом позволяет роботизировать и автоматизировать производственные процессы в рамках единого цеха. Подобное оборудование активно приобретает популярность в самых передовых сферах промышленности и производства: в области авиастроения, космических технологий, производства медицинского оборудования и препаратов, документирования археологических артефактов и результатов научных исследований.