3D-skannere: Metoder og teknologier for 3D-skanning

Mange digitale ingeniørstrategier for fremtidens produktdesign, produksjon, kvalitetskontroll og lansering starter med 3D-skanning. 3D-skannere fungerer sammen med avansert teknologi og spesialisert programvare for å skape et verktøy som gir revolusjonerende resultater. For dem som fortsatt arbeider med mekaniske verktøy og tradisjonell koordinatmålerteknologi (CMM), er 3D-skannere en enkel inngangsport til avanserte produksjons- og konstruksjonsstrategier.

Nedenfor kan du lese mer om hvordan 3D-skannere fungerer og hva denne teknologien kan gjøre, slik at du kan begynne å dra nytte av fordelene allerede nå.

Hva er 3D-skannere?

En 3D-skanner registrerer data fra overflaten av et fysisk objekt for å beskrive formen i et nøyaktig digitalt 3D-format. I motsetning til CMM-måledata brukes 3D-skanningsdata av høy kvalitet ikke bare til dimensjonal inspeksjon og analyse. Dataene fra berøringsfri måling muliggjør raskere og mer tilgjengelig digital analyse og inspeksjon med en visuell, dyptgående inspeksjonsmetode.
3D-skannere brukes også til å kopiere deler i omvendt konstruksjon, verifisere passform, form og funksjon av komponenter på eksterne steder og validere CAD-modeller av 3D-printede deler. 3D-printere kan bruke 3D-skannede data til å lage fysiske objekter.

Hva er 3D-skanning?

3D-skanning er prosessen med å samle inn overflatedata fra et objekt digitalt for å bestemme formen, slik at brukerne enten kan reprodusere delen ved omvendt konstruksjon eller verifisere den ved å analysere dimensjonene.

For å gjøre dette bruker operatørene skannere som ved hjelp av laser, lys eller sensorer registrerer overflaten på objektet som skannes, og tilordner datapunkter til denne overflaten. Disse datapunktene rekonstruerer til slutt objektet . Avhengig av hvilken type laser, lys eller sensor som brukes, kan detaljnivået og skanneeffektiviteten variere.

Teknologier for 3D-skanning

Fotogrammetri

Fotogrammetri, som har sitt utspring i fotografering, er en utrolig nyttig teknologi på en rekke områder. Denne teknologien gjør det mulig å ta flere bilder fra ulike posisjoner og triangulere punkter på disse bildene for å bestemme hvor de befinner seg i det tredimensjonale rommet.

Kartografer bruker for eksempel denne teknologien når de lager kart. Når det gjelder vanskelig tilgjengelige steder, for eksempel fjell, kan landmålere bruke fotogrammetri til å foreta målinger.

Mange moderne teknologier bruker fotogrammetri, og kvaliteten på bildene er den viktigste faktoren for nøyaktigheten. Hvis bildene er av dårlig kvalitet, blir det hull i rutenettet. Jo flere bilder du kan ta, desto mer nøyaktig blir skanningen.

Shining 3D tilbyr en løsning – DigiMetric fotogrammetrisystem.

Les ogsåDigiMetric-brukstilfellet “Skanning med Digimetric fotogrammetrisystem og FreeScan håndholdt 3D-laserskanner”.

Strukturert lys

Denne teknologien skapes ved å tegne geometriske mønstre på et objekt og samtidig ta et bilde med et kamera. Kameraet registrerer avviket i bildet.

Basert på denne malforskyvningen kan plasseringen av alle eksisterende punkter bestemmes. Mange skanninger fra ulike posisjoner må tas og deretter kombineres til rutenettet er 100 % komplett. Dataprogrammer kombinerer automatisk alle skanninger til et komplett rutenett.

Metode for 3D-laserskanning

Datainnsamling ved hjelp av tredimensjonal laserskanning

Prosess for 3D-laserskanning

Objektet som skal laserskannes, plasseres på skannerplattformen. Spesialisert programvare styrer lasersonden over objektets overflate. Lasersonden projiserer en linje med laserlys på overflaten, og to sensorkameraer registrerer kontinuerlig laserlinjens skiftende avstand og form i tre dimensjoner (XYZ) mens den beveger seg langs objektet.

Innhentede data

Objektets form vises som millioner av punkter, kalt en “punktsky”, på en dataskjerm etter hvert som laseren beveger seg rundt og fanger opp hele formen på objektets overflate. Prosessen er svært rask, og laserskanning er mer nøyaktig enn infrarød skanning.

Punktskydata for inspeksjon

Hvis dataene skal brukes til inspeksjon, kan det skannede objektet sammenlignes med designerens nominelle CAD-data. Resultatet av sammenligningen leveres som en “avviksrapport for fargekart” i PDF-format, som tydelig beskriver forskjellene mellom skannedataene og CAD-dataene.

CAD-modell for omvendt konstruksjon

Laserskanning er den raskeste, mest nøyaktige og automatiserte måten å samle inn digitale 3D-data for reverse engineering. Ved hjelp av spesialisert programvare brukes punktskydataene til å lage en 3D-modell av delens CAD-geometri.

CAD-modellen gjør det mulig å reprodusere det skannede objektet nøyaktig, eller objektet kan modifiseres i CAD-modellen for å korrigere feil.

Typer 3D-skannere

Aktive skannere sender ut stråling eller lys. Skanneren registrerer refleksjonen for å samle inn informasjon om objektet. La oss se på de aktive typene 3D-skannere nedenfor.

3D-laserskannere

3D-laserskannere bruker en prosess som kalles trigonometrisk triangulering for å representere 3D-former nøyaktig som millioner av punkter. Laserskannere fungerer ved å projisere en laserlinje eller flere linjer på et objekt og deretter fange opp refleksjonen ved hjelp av en eller flere sensorer.

Sensorene plasseres i en kjent avstand fra laserkilden. Nøyaktige punktmålinger kan gjøres ved å beregne refleksjonsvinkelen til laserlyset.

Laserskannere er svært populære og finnes i mange utførelser. De omfatter håndholdte, arm-baserte, CMM-baserte, langdistansetrackere og enkeltpunkts langdistansetrackere.

Fordeler med 3D-laserskannere:

• Evne til å skanne komplekse overflater, for eksempel blanke eller mørke overflater.
• Mindre følsom for endringer i lysforhold og omgivelseslys.
• De resulterende dataene er mer nøyaktige og tilgjengelige for inspeksjon.

Finn ut mer om FreeScan UE 3D-laserskannerens egenskaper, spesifikasjoner, funksjoner og modellfordeler.

For å se et eksempel på bruk av FreeScan UE og fotogrammetri, se bloggsiden vår – 3D-inspeksjon av store deler.

I tillegg til artikkelen ” Reviving icons of historic motorsport“.

3D-skannere med projisert eller strukturert lys

De fleste 3D-skannere med strukturert lys bruker i dag blått eller hvitt LED-projeksjonslys, også kjent som “hvitt lys”-3D-skannere. Disse 3D-skannerne projiserer et lysmønster bestående av striper, blokker eller andre former på et objekt. 3D-skanneren har en eller flere sensorer som ser på kantene av disse mønstrene eller strukturformene for å bestemme objektets 3D-form.

Bruker samme trigonometriske trianguleringsmetode som laserskannere, slik at avstanden fra sensorene til lyskilden er kjent. Strukturerte lysskannere kan monteres på stativ eller holdes i hånden.

Fordeler med 3D-skannere med strukturert lys:

• Svært rask skanningstid – bare 2 sekunder per skanning.
• Allsidighet – flere objektiver for skanning av små og store deler i ett og samme system.
• Bærbarhet – håndholdte systemer er svært mobile.
• Trygt for øynene ved 3D-skanning av mennesker og dyr.
• Mulighet for å ta 3D-fargeskanninger.
• Ulike priskategorier fra billig til dyrt, avhengig av oppløsning og nøyaktighet.

En god løsning for 3D-skannere med strukturert lys er modeller:

• Einscan HX
• EinScan H håndholdt 3D-skanner.

Koordinatmålemaskin (CMM)

En koordinatmålemaskin (CMM) brukes hovedsakelig til inspeksjon av deler. Maskinen kan betjenes manuelt eller styres autonomt ved hjelp av programvare og datamaskiner. Målingene utføres ved å feste en probe til maskinen. Sonden har vanligvis en liten kule i enden av en aksel med kjent diameter. CMM-maskinen programmeres deretter til å komme i kontakt med emnet. Når maskinen registrerer kontakt med probespissen, måles en verdi i XYZ-rom. Den vanligste typen koordinatmåler er brotypen, som har tre akser X, Y og Z. Det påmonterte probesystemet kan rotere for å gi ytterligere 3 XYZ-akser, noe som gir totalt 6 frihetsgrader (DOF).
For svært nøyaktig måling av deler med en nøyaktighet på noen få mikrometer installeres koordinatmetermaskiner vanligvis i et kontrollert rom.
Rommet har et forsterket gulv, kontrollert luftfuktighet og temperatur og er isolert fra vibrasjoner og andre krefter som kan påvirke nøyaktigheten.
I tillegg har de fleste koordinatmetermaskiner en stor granittbordflate som er helt plan. Delene er festet til granittbordet på en slik måte at de ikke beveger seg under måleprosessen.
Fordeler med koordinatmålemaskiner:

• En av de mest nøyaktige måtene å måle et objekt på
• Både små og store deler kan måles med den aktuelle maskinen.
• Det finnes bransjestandarder og sertifiseringer for målinger og programvare.

Shining 3Ds løsning er det bærbare, trådløse CMM-skanningssystemet FreeScan Trak.

Eksempel på bruk – Mobil presisjonstesting for de høyeste krav.

Praktisk bruk av 3D-skanning er allerede en realitet i dag. Prinsippet for bruk av 3D-skannere er basert på nøyaktig måling av avstander til karakteristiske punkter på objektet som studeres, noe som gjør det mulig å bestemme koordinatene i rommet og bygge en digital volumetrisk modell. Den kan deretter vises på en dataskjerm eller formes på en 3D-skriver.