Какво представляват триизмерните скенери

Shutterstock

Какво представляват триизмерните скенери

Александър Главчев
181 прочитания

Shutterstock


Безконтактното триизмерно сканиране се използва във все повече индустриални вертикали и се превръща във все по-търсен инструмент в процесите по управление на жизнения цикъл на продуктите (PLM). Това променя начина, по който бизнесите моделират, развиват и изобразяват настоящия свят в игровата индустрия. Технологичните подобрения при 3D скенерите опростиха и подобриха процесите по измерване и документиране в широк спектър от индустрии, от инженерство и производство до здравеопазване. Освен това, не на последно място, тези решения позволяват на настоящите професионалисти да подобрят ефективността си, добавяйки триизмерно сканиране в своята работа.

Статията е част от тематичния доклад "Digitalk Report | Системи за проектиране" на Digitalk от 06/2022 г. Цялото издание можете да намерите в дигиталната библиотека.

10.9 млрд. долара се очаква да достигне пазарът на 3D скенери до края на 2026 г., сочи доклад, публикуван от Fortune Business Insights. От там сравняват, че през 2018 г. сегментът е генерирал 5.02 млрд. долара оборот, т.е. очакваният ръст до края на 2026 г. е 10.2% годишно.

Видове скенери

3D скенерите могат да бъдат разделени по няколко категория в зависимост от техния дизайн, спецификации и областите на приложение. Те могат да са настолни, ръчни, както и индустриални метрологични решения.

Настолните скенери са най-удобни за сканиране за малки до средни по размер обекти и както подсказва името им, те се поставят на бюрото или на триножник, подобно на по-големите си събратя за сканиране на сгради или за геодезически заснемания. При тях обикновено обектът се поставя на специална въртяща се поставка. Налице са два основни типа:

  • Затворени скенери - при тях продуктът се поставя в специална камера, в която светлинната среда е контролирана. Удачни са за сканиране на бижута и дентални протези, където се изисква висока точност.
  • Отворени скенери - това са по-гъвкави решения, които обаче често изискват контролирана среда по отношение на осветлението в работното помещение. Често се състоят от светлинен проектор и една или повече камери. Монтират се на стативи.

Настолните 3D скенери обикновено използват технологии със структурирана светлина или лазерна триангулация. Като цяло те могат да се използват за медицински цели (стоматологични процедури, слухови апарати...), обратно инженерство, за създаване на прототипи и т.н.

Преносимите скенери са предназначени да бъдат пренасяни и държани от човек по време на работа. Той ги насочва към обекта от различни ъгли, за да получи 3D модел. Тук е редно да се отбележи, че преносими биха могли да бъдат и решения, поставяни в раница, използвани за картиране. В случая в тази категория се имат предвид именно ръчните решения.

Те са по-гъвкави от фиксираните 3D скенери, тъй като позволяват сканиране на по-сложни обекти - операторът може да ги насочи към области, които са твърде тесни или не могат да бъдат "видени" от фиксираните решения. Чрез тях могат да бъдат сканирани малки детайли, сложни машинни елементи, части от човешкото тяло, автомобили и дори по-големи обекти. Повечето ръчни 3D скенери, когато са оборудвани или работят заедно с фотограметрична технология, могат да улавят текстури и цветове за получаване на фотореалистични 3D сканирания.

Важно е да се знае, че макар да са преносими, повечето такива скенери не са безжични, тъй като трябва да бъдат свързани по всяко време към компютър чрез USB и към захранване. Следователно мобилността им може да е лимитирана. На пазара присъстват ограничен брой преносими решения, които са напълно безжични.

Съществуват и едри индустриални решения, които често биват наричани професионални. Последното може да е подвеждащо, тъй като много преносими продукти предлагат точност в рамките на десети от милиметъра, което е напълно достатъчно за професионални цели.

Индустриалните скенери са проектирани да отговарят на високи стандарти за прецизност и могат да се използват за проверка на машинни части, за продуктов дизайн и др. Системите за 3D сканиране от промишлен клас могат да използват много различни технологии, за да предложат възможно най-добрата производителност. Те обикновено не улавят цветовете и текстурите на обектите, тъй като са предназначени да обхващат форми и да генерират много детайлни модели.

Това са скъпи решения, които могат да бъдат съставени от няколко елемента (калибриращи модели, маркери, сензори за 3D сканиране, роботизирани манипулатори и т.н.).

Технологични подходи

По отношение на използваните принципи на работа най-масовите решения условно могат да бъдат разделени на лазерни, такива, използващи структурирана светлина, и базови оптични. Разделението е условно, тъй като на практика и в трите случая става дума за оптични системи.

Последните от изброените се срещат под формата на приложения за мобилни устройства и използват техните камери. В случая тяхната производителност зависи от камерата и светлинните условия. Най-масовите решения използват структурирана светлина и лазерна триангулация.

Лазерните скенери работят, като проектират лазерна точка или линия върху обекта и след това улавят отражението му чрез сензори. Тъй като сензорите са разположени на известно разстояние от източника на лазера, точните измервания могат да бъдат направени чрез изчисляване на ъгъла на отражение на светлината. Знаейки разстоянието на скенера от обекта, системата може чрез триангулация да картографира повърхността на обекта и по този начин да създаде нейно триизмерно изображение.

Сред предимствата на лазерната технология са нейните разделителна способност и точност. Става дума за стойности от порядъка на десетки микрометри. Решенията на пазара могат да да са относително достъпни, тъй като дизайнът им може да бъде доста прост.

Трябва да се отбележи, че свойствата на повърхността на сканиране влияят значително върху качеството и точността. Лъскави или прозрачни повърхности биха могли да бъдат проблематични за тази технология.

Скенерите със структурирана светлина също използват тригонометрична триангулация, но работят чрез прожектиране на светлинна шарка върху сканирания обект. Един или повече сензори (камери), леко изместени от прожектора, заснемат формата на шарката, която се променя в зависимост от формата на обекта, и специална програма изчислява разстоянието на всяка точка в зрителното поле. Структурираната светлина може да бъде бяла или синя, а светлинният модел обикновено се състои от серия от ивици, но може да се състои и от матрица от точки или от други форми.

Счита се, че тази технология леко отстъпва на лазерната по отношение на точността, но са налице специфични предимства. На първо място, наведнъж се сканира значително по-голяма площ (макар да има и скенери, работещи с множество светодиодни лазери). Това означава, че сканирането може да става по-бързо, което е важен фактор при ръчните устройства.

Сред недостатъците често се посочва по-високата чувствителност към условията на осветление. Тук нещата отново не са съвсем едностранчиви, но все пак се счита, че лазерните решения са по-подходящи за работа на открито.

Тенденции и примери

Ръстът на пазара на 3D сканирането е с висок темп и това не е изненадващо. Нуждата от виртуални решения, автоматизация и споделяне на информация нараства, тъй като все повече хора по цял свят работят онлайн. Този пазарен сегмент е сред онези, които получиха ускорение от COVID-19 епидемията, която изигра значителна роля за възприемането на виртуални решения от страна на бизнеси, правителствата и цели индустрии.

AR и VR технологиите навлизат в различни сфери, включително в уебсайтове и приложения за електронна търговия. Услугите за 3D сканиране могат да помагат за пренасянето на реалните обекти и сцени във виртуалния свят, който може да ги направи достъпни навсякъде от разстояние, включително увеличавайки работната ефективност.

В корпоративния свят компаниите използват 3D сканиране, за да се справят с инженерни и продуктови предизвикателства. Автоматизацията, като например използването на роботи, продължава да нараства, като много компании търсят начини за оптимизиране на своите услуги за доставки. Следвайки настоящите тенденции занапред, може да се очаква повишено търсене на технологии за триизмерно сканиране, тъй като необходимостта от дигитализация става все по-очевидна.

Използвайки такива технологии, търговците на дребно ще могат например да предложат много по-качествени онлайн услуги за виртуално пробване на дрехи и аксесоари.

"Любителското" сканиране на тялото у дома ще си проправи път за облеклата, изработвани по поръчка. Огледалата, проектирани с функции за 3D сканиране, също ще революционизират секторите за търговия на дребно и уелнес. Налице е и нарастващо търсене на фитнес оборудване, което може точно да проследява и анализира промените и ефекта върху тялото по време и след тренировки и процедури.

Безконтактното триизмерно сканиране се използва във все повече индустриални вертикали и се превръща във все по-търсен инструмент в процесите по управление на жизнения цикъл на продуктите (PLM). Това променя начина, по който бизнесите моделират, развиват и изобразяват настоящия свят в игровата индустрия. Технологичните подобрения при 3D скенерите опростиха и подобриха процесите по измерване и документиране в широк спектър от индустрии, от инженерство и производство до здравеопазване. Освен това, не на последно място, тези решения позволяват на настоящите професионалисти да подобрят ефективността си, добавяйки триизмерно сканиране в своята работа.

Статията е част от тематичния доклад "Digitalk Report | Системи за проектиране" на Digitalk от 06/2022 г. Цялото издание можете да намерите в дигиталната библиотека.
С използването на сайта вие приемате, че използваме „бисквитки" за подобряване на преживяването, персонализиране на съдържанието и рекламите, и анализиране на трафика. Вижте нашата политика за бисквитките и декларацията за поверителност. ОК