3d сканер формат файлов

Обновлено: 04.05.2024

Трехмерное сканирование – это новая технология, которая появилась в конце 20-го века. Прототипы были испробованы еще в 60-х годах. Они не имели широкий спектр возможностей, но хорошо справлялись с основной задачей. В 80-х годах модели усовершенствовали, благодаря лазерам. Улучшился захват объектов.

Также были разработаны контактные датчики, которые оцифровывали поверхность предметов с твердым и сложным строением. Оборудование разрабатывалось по технологиям военной промышленности с использованием навигаторов. 3D сканеры используются в дизайнерских студиях, автомобильных концернах и в киноиндустрии. Первыми моделями были: Head Scanner, 3D-сканер REPLICA и другие.

3D сканер: что это такое, и как он работает

3D сканер – это устройство, занимающееся исследованием физических объектов и воссозданием моделей в цифровом формате. Могут иметь стационарные или мобильные формы. Особая лампа или лазер используется для подсветки деталей, что увеличивает точность измерений.

Пример 3D сканера

Модели трехмерных сканеров имеют отличия:

сферу использования;
габариты;
формы технологии.

Применяются в промышленности и в быту. Промышленные аппараты полезны в:

медицинских учреждениях;
инженерии;
производстве;
дизайне;
компьютерных технологиях;
киноиндустрии.

Ультразвуковой 3D сканер незаменим в современной медицине. Агрегат снабжен энергетическими, цветными, тканевыми и импульсными доплерами. Характеризуется большой точностью, вплоть до 0,1 мм. Используется в маммологии, урологии, акушерстве, исследовании сосудов, в кардиографии и педиатрии.

Во время процесса сканирования аппаратом создается множество точек, огибающих объект. Далее они реконструируют предмет и переносят его на монитор. Тоже касается и цветов.

3D сканер имеет вид обычной камеры. То есть информация собирается только с тех поверхностей, на которые попадал световой луч. Различия между ними заключаются в том, что сканер тщательно исследует объект и выдает точное расстояние от точек к поверхности. Это позволяет видеть фигуру сразу в трех областях.

Полноценное моделирование несет в себе несколько сканирований. Это необходимо для подробного анализа. Все данные выкладываются в общую систему, а там уже происходит привязка плоскостей и конвейер (моделирование).

Справка! Правильное сканирование предмета заключается в плавных движениях и поворотах. Если повернуть сканер на 90 градусов по горизонтали, последует звуковой сигнал и траектория отслеживания прервется.

В этом видео рассказывается о том, как работает 3D принтер и 3D сканер:

Функциональные возможности 3Д сканера

От технологии сканирования зависит принцип работы трехмерного сканера. Подсветка и встроенные камеры измеряют расстояние до объекта. Картинки, получаемые в процессе, сопоставляются. Далее происходит тщательный анализ данных и отображение цифровой, трехмерной модели на экране. Работа лазерного 3D сканера основана на измерении расстояния до объекта в заданных точках. Полученные сведения выводятся в координаты.

Летом 2017 года в школы в рамках гос. поставок по проекту «Техносфера современной школы» поступили комплекты 3D-оборудования, в том числе 3D-принтеры Hephestos и 3D-сканеры Ciclop. Однако и 3D-принтеры, и 3D-сканеры поставлялись в виде «конструктора» – набора деталей, из которых требовалось самостоятельно собрать принтер и сканер, отладить и настроить их. Данное пособие поможет вам сделать эту работу.

Основная цель использования 3D сканеров – создание точных трехмерных объектов. В дальнейшим они используются для обработки на специализированном программном обеспечении, для последующей печати на трехмерных принтерах.

По принципу использования сканеры могут быть:

Ручные 3D сканеры. Подходят для домашнего пользования, просты в использовании, имеют малый вес и габариты.

Портативные3D сканеры. Модель для работы с выездом и стационарной установкой.

Настольные. Профессиональные модели, подойдут для использования в офисе, инженерных бюро и дизайнерских студиях.

Стационарные. Используются в промышленных целях.

Оптические. Работают на основе комбинации света и оптических камер.

Классификация лазерных 3D сканеров

Трехмерное сканирование подразделяется на 2 типа:

Контактное. Метод представляет собой контакт с предметом.
Бесконтактное. Перспективный метод сканирования, так как позволяет создавать скан моделей, находящихся в труднодоступных местах.

Бесконтактные подразделяются на 2 категории:

Контактные

Механический щуп соединен с контактами в сканере. Он снабжен датчиком, который измеряет высоту, глубину объекта. Координаты собраны в сетке, которые можно регулировать из программы. Механизмом могут допускаться угловые перемещения для впадин и отверстий. Процесс можно ускорить самостоятельно, изменяя шаги сетки: уменьшать сложные участки, повысив точность и сокращая время.

Данные устройства работают по следующему принципу: происходит зондирование предмета при помощи физического контакта, когда тот находится на прецизионной проверочной поверхности. Отличается от других видов сверхточной работой. Недостаток – может изменить или повредить объект. Такие сканеры проводят изучение объекта напрямую. Если объект лежит неправильно или двигается во время сканирования, его удерживают в неподвижном состоянии специальные тиски.

Пример контактного 3D сканера

В таком 3D сканере используется 3 вида механизма:

Каретка. Измерительная «рука», которая находится в неподвижном перпендикулярном положении. Исследование происходит в момент движения каретки, когда «рука» двигается вдоль объекта. Хороший метод сканирования плоских и выпуклых деталей.
Высокочастотный угловатый датчик. Сканирует внутреннее пространство объекта с углублениями и входными отверстиями. Производит сложнейшие математические вычисления.

Использование этих двух механизмов помогает собирать информацию с крупных предметов, имеющих поперечные перегородки и несколько внутренних отсеков.

Координатно-измерительная машина. Именно этот механизм сверхточно читает предмет и способен повредить или деформировать его. Такие минусы машины учитываются при сканировании исторических и хрупких объектов.

Бесконтактные

В основе сканирования таким аппаратом лежит метод изучения предметов при помощи ультразвука и рентгеновских лучей. Процесс происходит путем отражения светового потока. Это может быть обычный свет или определенное излучение. Только после этого объект подвергается цифровому исследованию.

Зачастую сканируемые объекты находятся в освещенных местах. В таком случае используют отражение света в видимом диапазоне. Из этого следует, что бесконтактные 3D сканеры сравнимы с версией видеокамеры. Но такой освещенности недостаточно для подробного анализа, так как свет может распространяться неравномерно. В качестве дополнений используются специальные осветители, при этом увеличивается стоимость, и теряется компактность и мобильность.

Бесконтактный 3D сканер

Пассивные

Такие трехмерные сканеры анализируют отраженное излучение через свет. В качестве святилища используется лазерный луч, в основе которого имеется времяпролетный дальномер. Он рассчитывает расстояние и время движения луча туда и обратно. Используется как световой всплеск, а время его отражения фиксируется при помощи детектора. Как известно, скорость света неизменная величина, и, зная время полета луча в обе стороны, можно подсчитать расстояние от сканера до объекта. За 1 секунду времяпролетные 3D сканеры могут измерить до 100 000 точек.

Активные

Сканирование объектов происходит путем направления волн, представленных в виде лазерного луча или структурированного света. Далее наступает обнаружение и анализ отражения. Сканер отправляет луч на предмет, а камера записывает данные о расположении в координатах. Движение лазера сопровождается фиксацией в поле зрения камеры в разных местах. Такие трехмерные сканеры прозвали триангуляционными, так как луч, камера и конечная точка образуют треугольник.

Технологии сканирования

Существует несколько технологий в трехмерном сканировании:

Лазерная. Основывается на работе лазерных дальномеров. Трехмерная модель считывается с максимальной точностью. Применение таких моделей невозможно для человека из-за того, что объект должен быть неподвижен во время процедуры.
Оптическая. В таком методе используется лазер второго класса безопасности. Преимущество – высокая скорость сканирования. Возможны считывания даже при движении объекта. Не подходит для сканирования зеркальных, блестящих и прозрачных поверхностей. Отличный вариант для сканирования человека.

Справка! Сканирование человеческого лица нужно проводить как можно быстрее, но не прерывистыми и плавными движениями. Проблемы могут возникнуть при снятии волосяного покрова и бороды, моргании глаз и др. Человек должен смотреть выше камеры в неподвижном состоянии. Также следует пользоваться дополнительными настройками, чтобы облегчить ситуацию.

Трехмерное сканирование является незаменимым в некоторых индустриях. К примеру, в стоматологии. Зубы невозможно измерить с большой точностью. Для зубника это долгий и трудоемкий процесс. Трехмерный сканер справится с этим за несколько секунд. Вручную этот процесс происходит с ошибками и множеством переделок и подгонок.

Для точного чертежа зачастую требуется немало замеров. 3D сканирование позволяет воссоздавать объекты, если обвести их по контуру, при этом вращая на столе. Аппарат быстро превратит физический объект в цифровую модель на компьютере. Более того она станет доступна для печати на 3D принтере или станках ЧПУ.

Трехмерные сканеры пользуются большой популярностью в машиностроении, архитектуре, медицине, производстве обуви, стоматологии. Их использование ускоряет производство и уменьшает брак.

В этом видео дается мастер класс по технологии 3D-сканирования:

Преимущества и недостатки 3D сканеров

Как и любое оборудование, трехмерные сканеры обладают рядом достоинств и недостатков.

Преимущества:

Из-за высокой скорости сканирования приборы быстро окупают вложенные в прибор деньги.
Можно проводить анализ объектов, находящихся на улице или за пределами помещений.
Инновационные технологии позволяют определять и передавать все цвета без ограничений.
Нет необходимости прислонять предмет к аппарату, так как сканирование происходит на расстоянии.
Удобный размер позволяет носить прибор с собой в обычной сумке.

Недостатки:

Нет возможности обрабатывать черно-белые объекты, так как принтер не считывает их и выдает неправильную информацию.
Трудно считывает предметы с глубоким рельефом и перегородками.
Прозрачные объекты могут быть отсканированы, если их обработать раствором. В противном случае результат будет в виде бликов и вспышек на снимке.

Цена на 3D сканирование

Вот, что нужно знать, при заказе 3D сканирования:

Каждый заказ рассчитывается индивидуально в зависимости от размера объекта, его геометрии и детализации;
Минимальная ставка при трехмерном сканировании составляет – 3000 руб.;
При выезде специалиста с оборудованием придется доплатить;
Заранее оговаривается, какой моделью осуществляется сканирование.

Что входит в услугу:

Ответ на любой вопрос, касающийся трехмерного сканирования;
3D сканирование;
Создание единой 3D модели;
Корректировка и наложение текстур;
Модель сохраняется в нужном формате: OBJ, PLY, WRL, STL, AOP, ASCII, PTX, E57, XYZRGB, CSV, DXF, XML;
Подготовка модели к 3D печати путем оптимизации.

За дополнительную стоимость:

После проведения анализа предмета его делают пригодным для редактирования в CAD,SolidWorks, Компас и других программах. На выходе получается твердотельная модель.
Обработка сканов, склейка, удаление шумов, сглаживание, оптимизация, регистрация сканов и другие дополнительные функции.

После ознакомления с технологией трехмерного сканирования прочитавший может сделать для себя вывод о том, для чего нужен 3D сканер. Цифровые технологии достигли своего пика и перешли в доступный режим. Приемлемая цена и легкость в использовании не заставят покупателя беспокоиться о переходе в цифровой мир.

Технология 3D сканирования считается одной из сложнейших. С каждым годом трехмерный тип анализа объектов развивается по следующим причинам:

Действительно необходимое оборудование для промышленных предприятий.
Незаменим в маркетинговой технологии. Хороший способ создать качественную рекламу и каталоги.
Реалистичные копии пользуются популярность в медицине, кино.

Производством 3D сканеров занимаются как крупные компании, так и небольшие фирмы. А связано это с тем, что цифровое сканирование вышло на новый уровень и может повлиять на развитие многих сфер в индустрии.

Здравствуйте! В статье мы знакомим вас с программными решениями для 3D-сканирования и дальнейшей обработки моделей: с возможностями, назначением и отличительными чертами программ разных издателей.

3D Systems Geomagic Control X / Design X / Wrap

Программный комплекс разработан для линейных измерений и выявления дефектов поверхностей объектов. Рассмотрим ситуации, когда использование Geomagic Control X оптимизирует производственные процессы.

1. ПО используют для входного контроля качества деталей, поступающих на производственные предприятия от поставщиков. Для инспекции большого количества объектов необходимо создать алгоритм и запустить его для проверки всей серии продукции. Программа позволяет измерить отклонения и задать параметры для различных поверхностей, что снижает временные затраты, по сравнению с другими способами контроля качества.

2. Файлы Geomagic Control X поддерживаются СAD, комплексное использование программ позволяет вычислить изменение размеров деталей под воздействием температур. Благодаря этой возможности, инженеры могут вносить корректировки в 3D-модель до запуска серийного производства, уменьшая затраты на брак.

3. При помощи программы определяют степень износа и выявляют отклонения от нормы в эксплуатируемых объектах, предотвращая поломки оборудования и определяя необходимость профилактики и ремонта. В рамках ПО пользователь может составить отчет, проанализировать тенденции и сделать вывод о сроках появления дефектов оборудования или инструментов.

Подробнее о функционале смотрите в видео:

Для задач обратного проектирования разработчики предложили версию Geomagic Design X подходящую для всех моделей 3D-сканеров. Программа позволяет создать новую деталь из оцифрованной модели, а также восстановить форму и конструкцию испорченного объекта.

В видео представлен пример работы в программе:

Программа 3D Systems Geomagic Wrap создана для сканирования и обработки данных объектов широкого размерного диапазона. Три ведущие области применения приложения:

создание 3D-фильмов и графический дизайн;
использование в археологии для восстановления древних артефактов;
реставрация и сохранение культурных ценностей.

Creaform VXmodel

Программные решения Creaform — это комплект программ для оцифровки объектов и обработки готовых моделей. Самое распространенное приложение — VXmod создано для сканирования и работы с моделями, в том числе в системах автоматического проектирования.

Источник изображения: 3d-skenovani.cz

Софт позволяет сшивать несколько сканов в единый объект. Функция востребована при работе с крупногабаритными предметами.

В программе можно корректировать огрехи сканирования: заполнять пустоты, соединять грани, уменьшать плотность сетки и дорабатывать прочие нюансы.

Среди дополнительного функционала — создание поверхностей и кривых, транспортировка информации в Autodesk Inventor и другие программы.

Предлагаем небольшое ознакомительное видео для демонстрации работы в ПО:

Faro Scene

FARO — производитель 3D-сканеров с мировым именем, он разрабатывает эксклюзивные программные решения, совместимые с собственными цифровыми устройствами и сканерами многих других торговых марок.

Отличительная черта Faro Scene — высокая четкость и точность изображения, возможность просмотра модели в среде виртуальной реальности (VR).
Во время оцифровки изображение формируется на экране ноутбука или компьютера. При неудовлетворительном результате процесс можно остановить, не дожидаясь завершения, и запустить заново.

Еще одна особенность программы — наложение фотографии на готовую модель с целью переноса данных о цвете объекта.

Видео демонстрирует работу 3d сканера и программы SCENE в сфере архитектуры.

Siemens Solid Edge

Solid Edge — комплекс программных решений, созданных для обработки моделей, полученных путем сканирования объектов. ПО используют как в реверс-инжиниринге, так и в проектировании новых изделий.

Одна из программ пакета — Solid Edge Wiring Design, которую используют для оптимизации проектирования электрической проводки и плат. Преимущество софта — в сокращении времени проектирования за счет возможности быстрого перехода от одного блока электрической цепи к другому.

ПО Solid Edge Simulation помогает определить нагрузки на прототипы изделий. Пользователь имеет возможность изучить параметры элементов в системе, чтобы проверить точность соотношения ряда деталей. Программа также анализирует тепловое взаимодействие между деталями или жидкостями.

Solid Edge Augmented Reality переносит трехмерные модели в АR системы.

Результаты обработки данных хранятся “в облаке”, что обеспечивает доступ удаленным пользователям, для совместной работы над проектами.

Видео демонстрирует рабочий процесс в Solid Edge:

RangeVision ScanCenter

Программа RangeVision ScanCenter разработана для сканирования объектов и создания моделей крупногабаритных предметов из отдельных полученных изображений, то есть фотограмметрии.

ПО отличается понятным и комфортным интерфейсом. Из основного окна программы можно вернуться к нескольким последним сохраненным проектам по аналогии с ПО Adobe.

В последней версии усовершенствованы алгоритмы работы с пакетами изображений: появилась возможность отключить или удалить выбранные фотоснимки, вырезать фрагмент изображения. ПО предусматривает ряд мер для защиты от ошибок пользователя, вроде оцифровки без предварительной калибровки прибора, возможность восстановить случайно удаленные фрагменты изображения и целые файлы. Все обновления программного обеспечения бесплатны для пользователей RangeVision.

Для наглядного ознакомления с возможностями RangeVision ScanCenter смотрите видео. Рабочий процесс показан с применением 3D-сканеров RangeVision PRO и Spectrum:

Итого

Рассмотренные программы, созданные в качестве профессионального ПО для 3D-сканирования, несмотря на их широкий функционал и возможности, вполне доступны для изучения и работы пользователям без специального образования.

Мы подобрали разработки компаний с большим опытом работы в сфере цифровых технологий. Производители 3D-сканеров постоянно совершенствуют приложения, чтобы они соответствовали потребностям быстро развивающегося рынка.

Рекомендуем обратить внимание на рассмотренные программные решения, если ваши производственные задачи связаны с современными 3D-технологиями или вы только планируете интегрировать их в работу предприятия.

Купите программное обеспечение для профессиональной обработки данных сканирования в Top 3D Shop — у официального представителя производителей, — только официальные версии ПО с последующими обновлениями и техподдержкой.

В первой части статьи, основанной на вопросах пользователей, мы разобрали такие общие темы, как точность 3D-сканирования, условия выполнения работ, стоимость оборудования и услуг, особенности оцифровки различных поверхностей, возможности автоматизации контроля качества и другие. Сегодня мы коснемся некоторых технических деталей, рассмотрим практические примеры сканирования и процесс обработки сканов в ПО.

В чем разница между цветом сканирующего лазера – красного и синего?

Разница заключается в длине волны, и каждый из видов подсветки имеет свои особенности работы. У красного цвета длина волны 650 нм, а у синего – 445 нм, и меньшая длина волны, соответственно, позволяет лучше подсвечивать бликующие поверхности за счет более интенсивного рассеивания света на микродефектах поверхности, пусть даже и очень гладкой. Рассеивание же на поверхности объекта сканирования требуется для того, чтобы изображение линий подсветки было видно камерам сканера, то есть чтобы в них вернулась часть излучения от лазерного устройства подсветки, а не отразилась в сторону под углом, равным углу падения.

У вопроса о выборе типа устройства подсветки 3D-сканера (проектор или лазерное), есть несколько технических нюансов. Проектор обеспечивает бо́льшую выборку данных сканирования, поскольку он может формировать различную сетку, различный рисунок линий подсветки на большей площади объекта сканирования. Лазерное же устройство подсветки формирует поворачивающимися с большой угловой скоростью лучами только несколько пересекающихся линий, но много раз в секунду.

Кроме того, в движущемся по линии лазерном пятне плотность мощности больше, чем в проекторе где один источник света подсвечивает через маску всю площадь зоны сканирования, а лазерный луч практически всю энергию доставляет в маленькое световое пятно. То есть получается очень четкая тонкая яркая линия, которая хорошо видна даже на бликующих поверхностях. Впрочем, успешное сканирование таких поверхностей обеспечивается в том числе и программными средствами обработки сигнала. Также тонкая линия лазерного устройства подсветки способствует быстрому и точному захвату геометрии поверхности объекта сканирования с большой частотой кадров, что сводит к минимуму влияние вибраций и покачивания ручного сканера на точность собираемых данных.

Каков минимальный размер сканируемого отверстия?

Он определяется тем, c каким пространственным шагом сетки выполняется сканирование. У ручного 3D-сканера Creaform HandySCAN BLACK|Elite минимальный шаг сетки составляет 100 микрон, или 0,1 мм (это толщина офисного листа бумаги). Если отверстие близко к шагу сетки или меньше, то, естественно, захватить его контуры будет крайне трудно. Поэтому тонкие отверстия целесообразно сканировать с минимальным шагом сетки.

Преимущество сканеров Creaform в том, что, оцифровав деталь с крупным шагом сетки, он уже соберет максимальный объем информации через оптическую систему. И если вам нужно уточнить положение отверстий, которые выглядят грубыми при сканировании с большим шагом, можно просто указать меньшее значение шага сетки, и программное обеспечение произведет перерасчет сетки без повторного сканирования. Кромки отверстия станут более четкими, более детализированными. Это позволит гораздо более точно определить положение центра границы отверстия, даже если оно тонкое.

Эксперт iQB Technologies Григорий Аватинян с портативным сканером peel 3d от Creaform

Как будет происходить сканирование резьбы на примере гайки? И всю ли резьбу получится отсканировать?

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. Если резьба внешняя и ее шаг выше 100 микрон, она может быть отсканирована – сканер способен записать геометрию витков резьбы. Тогда можно будет контролировать форму профиля витков резьбы, шаг, диаметры. Как было сказано выше, для этого подойдет ручной 3D-сканер Creaform HandySCAN BLACK|Elite или стационарный 3D-сканер.

Гайка имеет небольшую высоту, и если диаметр ее резьбового отверстия будет 10-20 мм, то резьба (по крайней мере, шаг резьбы) будет довольно точно отображен в 3D-модели. Полностью все витки захватить не получится, но для обратного проектирования это и не требуется. Для экономии времени при реверс-инжиниринге различных деталей можно захватывать с большой выборкой (с максимальным покрытием) только те поверхности, которые нам нужны: плоскость, сферу, конусы и прочие, ограничивающие тело объекта. И если захвачена, скажем, половина сферы, это уже может быть достаточно для построения этой сферы в CAD-модели.

Что вы посоветуете для сканирования криволинейной поверхности – например, днища, с ориентировочными размерами 4,2 на 1,5 метра?

Все зависит от того, какая вам нужна точность сканирования. Для объектов сложной геометрии с такими габаритами можно использовать флагманские ручные 3D-сканеры Creaform – Go!SCAN SPARK, HandySCAN BLACK|Elite или MetraSCAN BLACK|Elite. Эти устройства обеспечивают точность измерений до 0,25 – 0,05 мм. Если нужны более высокие показатели, то вам, возможно, потребуется еще система фотограмметрии Creaform MaxSHOT 3D. Она позволяет, используя информацию с внешнего поста наблюдения – фотограмметрической ручной цифровой фотокамеры (то есть фотоснимки масштабных линеек и кодированных меток наряду с метками 3D-сканера), уточнять данные 3D-сканирования габаритных объектов.

Среди портативных устройств Creaform модели линейки MetraSCAN имеют то преимущество, что они работают в паре с оптическим трекером C-Track, который отслеживает движения MetraSCAN в пространстве, и вам не потребуется наклеивать позиционные метки на поверхность детали. Если же деталь не попадет в измерительный объем трекера, то нужно будет переставлять трекер с места на место, и в этом случае небольшое количество меток все-таки понадобится.

Обратитесь к нам и расскажите, какую деталь вы хотите отсканировать, а мы предложим решение и подскажем, какое оборудование вам лучше всего подойдет.

Как сшиваются части модели при использовании стационарного 3D-сканера?

При одной установке на поворотном столе стационарного сканера участки захваченной в разных ракурсах геометрии сшиваются автоматически, поскольку деталь не сдвигается относительно стола при его повороте и захвате ракурсов-участков геометрии детали. А после переустановки модели производится сшивание уже промежуточных сканов по характерным особенностям геометрии, которые могут быть выделены на двух полученных сканах с разных установок.

После того, как были выделены характерные точки сканов с двух установок, программа по очень большой выборке два этих участка геометрии сшивает с высокой точностью, при этом показывая ошибку совмещения, которая при этом неизбежно возникнет. Но для этого нужно указать некие характерные особенности геометрии, присутствующие на обоих сшиваемых в пару сканах: царапину, которую захватил сканер, или заусенец, или несимметрично расположенные отверстия. Если деталь идеально осесимметричная, скажем, вал, но его нужно сканировать с двух установок – такое бывает, – то вам, может быть, нужно просто наклеить позиционную метку или закрепить кусок пластилина на модели, и потом использовать его как ориентир. А отверстие, которое вы получите после вырезания со скана этого куска пластилина или метки, можно даже не закрывать, поскольку при обратном проектировании все равно останется большая выборка данных с 3D-сканера, описывающих эту цилиндрическую поверхность.

Если вам нужно сразу печатать модель, сделав ее герметичной, программа Geomagic Design X и даже ПО ezScan, идущее в комплекте с 3D-сканерами Solutionix, позволяет закрывать отверстие. Если это делается программно в полигональной модели без построения параметрической, отверстие может быть очень точно закрыто по образующей, например, цилиндра, и этот кусок пластилина не будет представлять проблем. Такой прием используется для сканирования, сшивания деталей без особенностей геометрии. При наличии особенностей геометрии программа будет по очень большой выборке сшивать два скана, подгоняя их взаимное расположение, поскольку вы должны сканировать так, что площадь перекрытия двух сканов с двух установок будет очень большая, что обеспечивает большую выборку данных для совмещения.

Описанные здесь принципы сшивания сканов, приемы сканирования симметричных объектов, например, вырезание со скана ориентира в виде куска пластилина или позиционной метки, актуально и для процесса сканирования ручными 3D-сканерами, кроме тех, что связаны с автоматическим поворотным столом.

Как производится сравнение 3D-модели, полученной в результате сканирования, с CAD-моделью?

Когда вам нужно выполнить контроль геометрии детали, у вас должен быть либо чертеж на нее, либо твердотельная CAD-модель. Чертеж дает, естественно, только линейные размеры, радиусы, угловые размеры и допустимые отклонения. Таким образом, вы можете либо использовать сравнение с имеющейся CAD-моделью, либо снимать размеры прямо со сканируемой модели.

Оцифровав деталь, вы получаете облако точек, то есть полигональную модель. Если у вас есть CAD-модель, то с помощью специализированного программного обеспечения, совместно используемого со сканером (оптимальный вариант – Geomagic Control X), вы совмещаете отсканированную модель с CAD-моделью, получаете цветовую карту отклонений и расположение поверхностей.

Если CAD-модели нет, а есть только информация о необходимых размерах – скажем, с чертежа, – вы можете в том же ПО снимать размеры прямо с полигональной модели, совмещая геометрические примитивы (плоскости, математические цилиндры и т.д.) с этой отсканированной моделью. Таким образом, вы получите размеры модели так, как будто вы ощупываете ее координаты на измерительной машине или обмеряете штангенциркулем. Причем в дальнейшем вы сможете это делать без доступа к реальной детали, если она, к примеру, была разрушена или утрачена на испытании. Кроме того, у вас появляется возможность сохранить модель в цифровом архиве – это еще одно важное преимущество 3D-сканирования.

Интересует процесс и способы построения твердотельной модели.

Получив в результате сканирования полигональную модель, вы импортируете ее в программное обеспечение, например, в Geomagic Design X .

Далее вы, определив, где у вас геометрические примитивы в виде цилиндров, сфер, конусов, торов, плоскостей и т.д. (они распознаются в автоматическом режиме программой Design X), простраиваете их в программном обеспечении методами, хорошо известными из CAD-систем: вытягивание-вращение, вытягивание-вырезание, вытягивание по траектории, обрезание поверхности. Таким образом вы получаете параметрическую твердотельную CAD-модель.

Программное обеспечение 3D-сканеров (VXelements у Creaform, ezScan у Solutionix и пр.), как правило, имеет функцию оптимизации сетки. Однако более широкие возможности предоставляет ПО Geomagic или программные продукты компании Materialise для подготовки моделей к 3D-печати.

Приведем пример построения твердотельной модели крыльчатки в Geomagic Design X. Поверхность крыльчатки ограничена некой параметрической поверхностью. Ее можно получить, во-первых, автоматическим подгоном по сетке параметрической поверхности – такая функция есть в Design X.

Во-вторых, мы можем построить по сетке как по 3D-ориентиру несколько сечений лопатки и через них провести также параметрическую поверхность, которую мы будем использовать для построения твердого тела между сечениями лопатки. Это можно сделать как в полуавтоматическом, так и в ручном режиме. В последнем случае поверхность между сечениями создается автоматически, но сечение лопатки, которое мы хотим создать, выбирается вручную.

В Geomagic Design X есть и полностью автоматическая функция – автоповерхность, когда весь 3D-скан покрывается участками параметрических поверхностей, но при этом у вас почти не будет геометрических примитивов, поскольку программа использует автоматическую подгонку. Применение этой функции не всегда эффективно, оптимальное решение – это человеческое участие. Все зависит от конкретной задачи. Обратитесь к нам в iQB Technologies, и мы разберемся, как лучше решить вашу задачу.

Итак, созданная в результате 3D-сканирования полигональная модель импортируется в программное обеспечение Geomagic Design X, затем полученные примитивы можно импортировать в SolidWorks. Другая возможность – уже построенное в Geomagic твердое тело можно напрямую импортировать в SolidWorks в редактируемом параметрически виде, с деревом построения. Также есть плагин Geomagic for SolidWorks, позволяющий строить CAD-модель по облаку точек прямо в SolidWorks, расширяя тем самым его функционал по работе с облаками точек. Такие подходы к решению задач обратного проектирования позволяют выбрать оптимальное решение для каждой задачи.

Можно ли выполнить реверс-инжиниринг детали при отсутствии полноценной полигональной модели?

Выше был приведен пример того, что для обратного проектирования не нужна полная, стопроцентно отсканированная полигональная модель. К примеру, вы захватили достаточно информации, чтобы знать, где у вас цилиндрическая поверхность, где плоскость, где, например, коническая фаска, и при этом у вас в сетке могут быть пробелы, на сканирование и закрытие которых не хватило времени, либо они находятся в труднодоступных местах. И если отсканированных данных достаточно для дальнейшего построения примитивов, то можно обойтись без полной модели. Грубо говоря, вам необходимо точно определить, где в параметрической модели по скану располагаются плоскости, цилиндры и прочие геометрические примитивы, которые потом будут объединяться в цельную параметрическую модель. Это позволяет экономить время на сканировании.

Другими словами, скан используется не как шаблон, а как высокоточный трехмерный ориентир для построения примитивов, по которым будет получена параметрическая, идеальная с математической точки зрения, CAD-модель.

Возможен ли импорт отсканированной модели напрямую в 3D-принтер?

Важно определиться с понятием импорта отсканированной модели напрямую в 3D-принтер. 3D-сканер является лишь высокоточным сенсором сбора данных о геометрии детали. Роль рекордера и обработчика данных выполняет ПК. После сканирования сразу с ПК можно отправлять отсканированную деталь на печать при условии ее пригодности к печати, конечно. Об этом ниже.

Если вы не смогли отсканировать какие-то элементы – предположим, глубоко расположенные поверхности в отверстии, – вы можете закрыть отверстия в 3D-модели, опять же, с помощью программного обеспечения для аддитивного производства Magics и избежать ошибок при печати. Такой пример я уже приводил выше.

Сохранить/выгрузить модель для 3D-печати можно прямо с 3D-сканера через его ПО. 3D-принтеры, как правило, требуют полигональную модель для слайсинга и послойного воспроизведения.

Благодарим вас за интерес к 3D-сканированию и готовы ответить на ваши вопросы! Пишите нам и следите за публикациями в блоге.

Объемное сканирование изобретено более 20 лет назад и в настоящее время активно используется в различных отраслях. Оно уже сейчас позволяет решать задачи, которые казались фантастикой. Вопросы о том, что такое 3D-сканеры, как они устроены и на каком принципе работают, какие выпускаются типы и модели, заслуживают особого внимания любого современного человека. Нижеследующая информация поможет на них ответить.

Что такое 3D-сканеры?

3D-cканеры – это устройства, с помощью которых создаются точные цифровые копии определенного объекта. Прежние конструкции предназначались для копирования документов, фотографий и печатной продукции. 3D-сканеры позволяют получить трехмерные модели, в точности повторяющие образец для копирования. Они значительно облегчают труд проектировщиков и дизайнеров.

Устройства с 3D-технологией обеспечивают копирование объектов практически любой сложности и с большим количеством деталей. Такие сканеры применяются в самых разных областях человеческой деятельности: инженерно-конструкторские разработки, медицина, дизайн, киноиндустрия, промышленное производство, реставрация памятников культуры. Высокая разрешающая способность позволяет применять их при медицинских исследованиях сосудов и тканей, проведении ЭКГ, в неонатологии и педиатрии.

Что такое 3D-сканирование?

Трехмерное или 3D-сканирование – это копирование объемных объектов. Для этого обеспечивается точное измерение всех геометрических параметров, а их обработка позволяет построить цифровую модель (полигональная модель или облако точек). Далее она может выводиться на экран компьютера (гаджета) или на 3D-принтер для материального воспроизводства. При этом полностью повторяются не только размеры, но и структура материала.

Принцип действия и устройство сканера

Принцип действия 3D-сканера основан на использовании технологии трехмерного сканирования. Прежде всего, обеспечивается «стереозрение», т. е. определение координат всех точек объекта. Такая возможность создается с помощью 2 камер и специальной подсветки. Камеры, отлавливая отраженные лучи, измеряют расстояние до определенной точки и передают информацию на компьютер. Съемка производится с разных ракурсов для получения всесторонней информации. По полученным координатам строится цифровая модель объекта в пространстве.

Устройство сканеров зависит от их типа. Основными узлами являются: камеры для фиксации отраженных лучей, источник подсветки (лучей), механизм для съемки с разных ракурсов и электронный блок для сбора и анализа данных.

Механизм сканера может выполняться в нескольких вариантах:

Каретка с измерительной рукой, размещенной перпендикулярно. Этот механизм подходит для плоских и выпуклых деталей несложной формы.
Манипулятор с угловыми датчиками и шарнирным вращением запястья измерительной руки. Механизм необходим для объектов сложной формы.
Комбинированный механизм, объединяющий оба указанных типа. Он применяется для объектов больших размеров и с перекрывающимися поверхностями.

Основными преимуществами рассматриваемых сканеров являются высокая точность, быстрота получения результата, отсутствие риска повреждения объекта, мобильность. Весь процесс сканирования занимает несколько минут, а порой не более 1 мин. При этом производится несколько миллионов измерений координат разных точек.

Технологии сканирования

Для получения нужной информации об объекте на камерах необходим отраженный луч. По его формированию различаются 2 основные технологии сканирования:

Оптическая . Все измерения производятся с помощью лучей с частотой оптического (светового) диапазона. Они формируются при вспышке специальной лампы или использовании специальных лазеров. Эта технология обеспечивает сканирование с большой скоростью и может проводить измерения на движущихся объектах. Кроме того, с ее помощью можно исследовать человека, т. к. такие лучи безвредны для его организма. Основное ограничение применения – зеркальные и блестящие поверхности, а также прозрачные объекты, где возможны значительные погрешности.
Лазерная . Подсветка обеспечивается источником лазерного излучения. Главное достоинство – высокая точность измерений. Однако сканирование затруднено при движении объекта и исключено для исследования человеческого тела. При использовании лазерной технологии требуется нанесение специальных светоотражающих меток.

Каждая из представленных технологий имеет свои плюсы и минусы. Выбор производится с учетом конкретных условий применения.

Методы сканирования

Можно выделить 2 метода сканирования:

Контактный метод . В этом случае объект помещается на прецизионной поверочной плите, а сканер копирует его путем непосредственного физического контакта. Этот вариант отличается высокой точностью измерений, но процесс занимает больше времени. Кроме того, имеется риск повреждения поверхности объекта, выполненного из особо нежного материала.
Бесконтактный метод . Это устройство проводит все измерения на расстоянии за счет отраженного луча. При этом возможны погрешности, и сам прибор сложнее по конструкции. В то же время появляется возможность копирования труднодоступных деталей. Исключается риск повреждения объекта. В медицине можно использовать только этот метод.

Второй вариант считается более универсальным, а потому имеет и большее распространение.

Виды сканеров

Трехмерные сканеры с бесконтактным методом сканирования подразделяются на 2 основных типа:

Активные устройства . В таких сканерах имеется источник излучения, отправляющий луч, отражение которого воспринимается камерами. В перспективных приборах установлен источник лазерного излучения. Достаточно широко используются и устройства с излучением структурированного света.
Пассивные устройства . В сканерах этого типа нет излучателей. Принцип их действия основан на анализе отраженных лучей сторонних источников, чаще всего, солнечных лучей или видимого света ламп.

Важно! В активных сканерах могут использоваться разные излучатели. Они обеспечивают разную разрешающую способность и точность измерений. Могут использоваться лазерные и рентгеновские лучи, инфракрасное излучение, ультразвук, видимый свет.

Характеристики 3D-сканеров

Выбор 3D-сканера производится по следующим основным параметрам:

Точность копирования. Она определяет степень соответствия параметров копии и оригинала. Эта характеристика учитывает погрешности измерения и диапазон возможных исследований.
Разрешение или разрешающая способность. Она определяет минимально возможное расстояние между измеряемыми точками на объекте. Чем больше таких точек, тем точнее копирование. Принято считать, что минимальное разрешение должно быть не более половины размера самой маленькой детали объекта и его конфигурации. Если на исследуемом элементе будет меньше 2 точек, то размеры его могут быть искажены. Следует учитывать, что разрешение обеспечивает увеличение точности, но прямой зависимости этих параметров нет.
Диапазон сканирования. Он устанавливает минимальное и максимальное расстояние сканера от объекта при исследовании. Кроме того, важно знать поле сканирования, определяющее максимальные размеры объекта (в длину и ширину). Если он не захватывается сканером за один сеанс, то придется совершить несколько операций, что затрудняет последующий анализ.
Покрытие. Оно определяет возможность измерений труднодоступных мест (отверстия, различные каналы и пазы). У портативных сканеров покрытие шире, чем у стационарных устройств.

Вышеуказанные параметры определяют технические возможности сканеров.

Эксплуатационные характеристики

Не менее важны для потребителя и параметры, обеспечивающие удобство использования:

Мобильность. Наибольшей популярностью пользуются устройства, которые можно использовать в любом месте, они легко переносятся вручную. С этим параметром непосредственно связаны такие характеристики, как портативность (размеры), вес и возможность разборки/сборки. Для общего пользования обычно применяются портативные устройства, но для крупных объектов необходимы сканеры, которые имеют значительные габариты. В них важно наличие транспортировочных элементов. Выпускаются также большие, стационарные 3D-сканеры.
Временные параметры. Для пользователя важно знание времени, необходимого для подготовки устройства к работе (размещение, монтаж, калибровка, действия с программным обеспечением); объекта – к измерению; длительности самого сканирования.
Универсальность. Она определяется по возможности копирования объектов разной сложности, формы и размеров. Могут существовать ограничения по материалу объекта, а также по условиям эксплуатации. Например, для некоторых приборов нужна определенная освещенность или температура воздуха.
Простота управления. Для бытовых условий необходимы наиболее простые устройства, не требующие особых навыков. Обслуживание профессиональных приборов может осуществлять специально обученный оператор.

При выборе оборудования следует учитывать все указанные критерии. Однако надо помнить и о том, что повышение их ведет к удорожанию устройств. С учетом этого надо к выбору подходить оптимально, т. е. с учетом конкретных требований, назначения и условий эксплуатации.

Программное обеспечение

В зависимости от того, какое программное обеспечение используется в сканере, можно определить его возможности. В настоящее время устанавливаются такие программы для измерений и обработки результатов:

David-3D. Программа обеспечивает сканирование объектов и подготовку результатов исследования для последующего построения моделей в 3D-редакторах.
Artec Studio 10. Она считается профессиональным инструментом для получения трехмерных моделей объектов разной сложности.
Autodesk 123D Catch. Программа обеспечивает объемное сканирование для мобильных телефонов на Android.
Photomodeler Scanner. Позволяет создавать stl-модели, используя фото, сделанные камерой смартфона или планшета.
3DAround. Программа способна превратить плоское фото (2D) в объемную модель.

Установка нужной программы осуществляется специалистом.

Лучшие модели

Гарантии надежности и качества дают только проверенные производители. На основании отзывов потребителей и заключений экспертов составляются рейтинги лучших моделей 3D-сканеров. Можно отметить некоторые из них.

RangeVision Spectrum

Эта модель представляет собой профессиональный 3D-сканер от компании RangeVision. Устройство оснащено цветными камерами с разрешением 3,1 Mpx и обладает тремя областями сканирования. С помощью данного устройства можно оцифровать объекты от 1 до 3 см.

3D разрешение 1: 0.26 мм, 2: 0.17 мм, 3: 0.072 мм
Время экспонирования 12 сек
Зона сканирования 520 x 390 x 390
Интерфейсы USB 2.0, HDMI
Источник света white-light DLP
Разрешение камеры 3.1 Мп
Расстояние до объекта 300-1000 мм
Точность, мкм 40

Shining 3D EinScan-SE

Это бренд от компании Shining3D. Устройство имеет высокую скорость сканирования, простой интерфейс и универсальность. Помимо данной профессиональной модели компания выпускает портативные сканеры Shining 3D Einscan Pro 2x и Einscan Pro 2x plus. Калибровка устройства производится в автоматическом режиме.

Захват текстур да
Зона сканирования 70 х 70 х 70 см
Интерфейс USB 3.0
Источник света белый свет
Количество камер 2
Размер одного снимка 200х150 мм
Разрешение камеры 1.3 МП
Расстояние до объекта 290-480 мм
Расстояние до точки 0.17-0.2 мм
Скорость сканирования фиксированное <8 c, авто <2 мин
Точность, мкм 100
Цветное сканирование да

Thor3D Drake

Это продукция российской компании Thor3D . Используется технология структурированной подсветки. Устройство может сканировать объекты с разным разрешением в зависимости от размеров (мини, миди и макси). Имеется дисплей. Компания также предлагает 3D-сканер Calibry . Этот портативный прибор может сканировать сложные структуры (волос, мех и т. п.).

Размеры, мм 165x85x273
Страна производитель Россия

3D точность на расстоянии 0.025% на 1 м
Дисплей сенсорный, встроенный
Зона сканирования 500 - 1000 мм
Интерфейс USB 3.0
Источник света LED;белый свет
Калибровка Откалиброван
Поле зрения ≤ (850х1100)
Программное обеспечение Thor3D Suite
Рабочее расстояние ≥ 45 cм - ≤100 cм
Разрешение камеры 2,3 Мп
Расстояние до объекта 65 см
Рекомендуемый размер объекта сканирования От 30 см до 800 см
Скорость сканирования 30 fps, 3 000 000 точек/с
Точность, мкм 100
Формат вывода данных STL
Цветное сканирование Да

Важно! На российском рынке уже сейчас представлены разные модели, что позволяет сделать правильный выбор.

Области применения

Опыт использования 3D-сканеров показывает, что высокая их эффективность достигается в следующих областях:

Медицина: для проведения диагностики, планирования хирургических воздействий, изготовления протезов и анатомической обуви.
Ортопедия: изготовление объектов малого размера точно по потребности.
Дизайн: создание объемной модели объекта для оценки дизайнерского решения.
Для создания оснастки и упаковки точно по размерам объекта и оценки их износа.
Точное восстановление и реставрация музейных экспонатов, архитектурных памятников, скульптур.
Киноиндустрия: создание цветной модели людей и декораций.

Знание возможностей таких сканеров позволяет использовать их с максимальным эффектом.

Практическое использование трехмерного сканирования – это уже реальность сегодняшнего дня. Принцип действия 3D-сканеров основывается на точном измерении расстояний до характерных точек исследуемого объекта, что позволяет определить их координаты в пространстве и построить цифровую объемную модель. В дальнейшем ее можно вывести на экран компьютера или сформировать на 3D-принтере. Существует несколько технологий сканирования и типов устройств, что позволяет учитывать реальные требования. Выбор сканера происходит по основным техническим и эксплуатационным параметрам. Следует также учитывать производителя и рейтинг моделей, составляемый по отзывам потребителей.

Читайте также: