Met de uitgave van de Artec Eva professionele scanner, is dit een geweldige kans om enkele van de opwindende aspecten van gestructureerde licht 3D-scantechnologie en de voordelen ervan te bespreken.
3D scanttechnologie
3D-modellen worden een van de meest veelzijdige en nuttige soorten gegevens in onze digitale wereld. Ze kunnen worden gebruikt voor modelleren, visualisatie, analyse, productie, documentatie en vele andere taken. Een 3D-scanner stelt u in staat om een virtuele kopie van een echt object te maken – zijn “digitale tweeling”.
Typisch bestaat het 3D-scanningsproces uit de volgende stappen:
- De scanner verzamelt gegevens in de vorm van punten, die bestaan uit XYZ-coördinaten en, als deze optie beschikbaar is, kleurinformatie.
- De scannersoftware zet de gegevens om in een puntenwolk.
- Het programma verbindt punten en creëert een polygonaal mesh.
Er zijn vier hoofdrichtingen van dataverzameling:
- Fotogrammetrie. De software combineert veel foto’s van een object vanuit verschillende hoeken en bepaalt de coördinaten met behulp van triangulatie.
- Laser. De scanner zendt een laserstraal uit. De straal wordt gereflecteerd vanaf het object en teruggekaatst naar de sensor, die de afstand tot het oppervlak bepaalt. Laserscanners zijn krachtige hulpmiddelen, maar ze zijn vaak vrij duur.
- KIM. Coördinaatmeetmachines gebruiken een sonde die het oppervlak van het element raakt om nauwkeurige metingen te verkrijgen.
- Gestructureerde licht 3D-scanning. De projector zendt lichtpatronen (patronen) uit die vervormd worden wanneer ze van een object worden gereflecteerd. Vervolgens herkennen een of meer camera’s de 3D-geometrie met behulp van triangulatie-algoritmen.
Laten we nu de voordelen van een scanner met gestructureerde verlichting bespreken.
Gestructureerde Licht 3D-Scannen en het Belang van Digitale Metrologie
Met de digitalisering van productie- en metrologische processen worden 3D-scanners gebaseerd op gestructureerde verlichting steeds gebruikelijker. De projectiestraat-technologie die zij gebruiken is ideaal voor nauwkeurige scanning op korte afstanden en het herkennen van kleine details.
Het brede projectiegebied stelt dergelijke scanners in staat om meer dan 2 miljoen metingen per seconde vast te leggen met een nauwkeurigheid van enkele microns, en de hoge uitvoerresolutie van het driedimensionale raster stelt hen in staat de geometrie van het object volledig te reproduceren. De mogelijkheden van gestructureerde licht 3D-scanning hangen grotendeels af van de volgende aspecten:
- lichtbron (wit of blauw licht; DLP, LCD of laser);
- patroonsoort (strepen, rasters, enz.);
- kenmerken en configuratie van camera’s;
- software.
Verschillende combinaties van deze factoren bieden een breed scala aan mogelijkheden voor het oplossen van verschillende problemen.
Waarom zijn scanners met gestructureerde verlichting zo gewild? Het antwoord ligt in de metrologie. Metrologische processen die samenhangen met kwaliteitscontrole en reverse engineering in productie zijn een belangrijk aspect geworden van technische normen. Decennia lang zijn analoge precisie-instrumenten zoals schuifmaten, micrometers, kalibers, vergrootglazen, enzovoorts gebruikt voor deze processen. Maar alleen ervaren specialisten kunnen dergelijke instrumenten gebruiken, het werken ermee is traag en ze kunnen worden toegepast op objecten met verre van elke geometrie.
Echter, elk apparaat voor gestructureerde licht 3D-scanning combineert de functies van al deze gereedschappen en creëert complexe digitale geometrie in een oogwenk, zonder zelfs het onderdeel aan te raken. Bovendien robotiseren veel industrieën het scanproces binnen gesloten productieclyci.
3D scan van een klein onderdeel
Gebieden waar 3D-scanners van deze categorie het meest gevraagd zijn:
- de luchtvaartindustrie;
- de militair-industriële complex;
- de auto-industrie;
- de geneeskunde;
- entertainment;
- archeologische documentatie en onderzoek.
Laten we nu de focus leggen op twee hoofdtoepassingen van metrologie: kwaliteitscontrole en reverse engineering.
Scanners met Gestructureerde Verlichting in Kwaliteitscontrole
Volgens ISO 9000 is kwaliteitscontrole “het deel van het kwaliteitsborgingspakket dat gericht is op het voldoen aan kwaliteitsvereisten”. Het concept zelf dateert uit de jaren 1920. Toen dwong strengere wetgeving, toenemende nauwkeurigheidseisen en concurrentie fabrikanten om manieren te zoeken om hun verificatieprocessen te optimaliseren en herhaalbaarheid te waarborgen. Tegenwoordig is de situatie nog complexer – het ontwikkelen, implementeren en onderhouden van moderne kwaliteitscontroleprocessen vereist aanzienlijke tijd en financiële middelen. Er zijn zelfs gespecialiseerde outsourcing-centra met moderne apparatuur die zich uitsluitend met deze taak bezighouden.
Gelukkig ontwikkelt meettechnologie zich ongelooflijk snel. Belangrijk voor dit proces zijn scanners met gestructureerde verlichting, die snelle metingen met uitzonderlijke nauwkeurigheid uitvoeren. Maar wellicht is het grootste voordeel van deze apparaten dat een bedrijf ze gemakkelijk in digitale workflows in huis kan integreren.
Gespecialiseerde softwareproducten stellen u in staat om geometrie te analyseren en te vergelijken met behulp van kleurkaarten. Het vergelijkingsproces omvat het afstemmen van de gescande geometrie op het nominale CAD-model en het creëren van numerieke en visuele representaties van lokale afwijkingen over de gehele geometrie van het onderdeel. Met data management en visualisatie-softwaretools kunnen ingenieurs snel en efficiënt beslissingen nemen over geometrische afmetingen en toleranties, en de resulterende gegevens eenvoudig communiceren.
Scanners die deze technologie gebruiken zijn ideaal, niet alleen voor kwaliteitscontrole, maar ook voor reverse engineering. In wezen is het proces van reverse engineering het verkrijgen van ontwerpkenmerken en parameters van het eindproduct – met andere woorden, we moeten de invoergegevens krijgen vanuit de uitvoer.
Waar is reverse engineering voor? Het digitaliseren van verouderde onderdelen, het onderzoeken van bestaande ontwerpen om de gegevens in hun eigen ontwerpen te integreren, het bestuderen van de effectiviteit van onderdelen en de oorzaken van hun falen – dit alles biedt grote voordelen voor ingenieurs.
Vergelijking met andere technologieën
Om beter te begrijpen welke 3D-scanningtaken een scanner gebaseerd op gestructureerde verlichting kan oplossen, maken we een paar vergelijkingen.
Terrestrische 3D-laserscanners zijn ideaal voor het meten van grote objecten en landschappen (geodesische werken, bouw, enz.). In tegenstelling tot gestructureerde verlichtingssystemen kunnen laserscanners, vooral time-of-flight scanners, kilometerafstanden buiten vastleggen, zelfs bij weinig licht. De eerstgenoemden werken op veel kortere afstanden, maar zijn sneller en nauwkeuriger, betaalbaarder en geschikter voor kleine tot middelgrote plaatsen met complexe kenmerken.
Fotogrammetrie kan uitzonderlijk nauwkeurige resultaten bieden, zowel binnen als buiten, ongeacht de afstand. Echter, de resultaten hangen af van een aantal factoren, zoals de resolutie van de camera, de rekenkracht voor nabewerking, verlichting of oppervlakte textuur. Maar belangrijker nog, voor de juiste toepassing van de technologie zijn ervaren en hooggekwalificeerde specialisten nodig. Als u snel en efficiënt realtime datalogging nodig heeft en niet veel tijd wilt besteden aan het leren van de technologie, dan is een 3D-scanner met gestructureerd licht duidelijk de juiste keuze.
Tot slot zijn er contactmetingen. Het valt niet te ontkennen dat coördinaatmeetmachines een grote impact hebben gehad op de moderne kwaliteitscontroletechnologie. Deze machines zijn ongelooflijk nauwkeurig en sterk geautomatiseerd. Echter, contactmetingen zijn niet geschikt voor zachte, elastische, of zeer kleine objecten. Het gebruik van de CMM is sterk afhankelijk van de positionering van het onderdeel. Er bestaat ook altijd een risico op schade aan de sonde of het scanobject. Gestructureerde lichtscanners daarentegen raken het onderdeel niet eens aan.
CMM’s meten objecten punt voor punt, dus ze werken lang door. Gestructureerd licht kan een heel gebied in een seconde scannen. Als gevolg daarvan is de dichtheid van puntenwolken die met CMM worden verkregen veel lager. Glanzende, gladde, transparante en donker matte oppervlakken zijn over het algemeen problematisch voor contactloze scanners. Misschien ligt daar het meest serieuze voordeel van contactscanners ten opzichte van contactloze scanners. Gelukkig kan dit probleem worden opgelost door positietekens aan te brengen of een matterende spray te gebruiken. Nieuwe generatie draagbare laserapparaten werken echter zelfs zonder markeringen met de moeilijkste oppervlakken.