Лазерное 3D-сканирование — одна из самых точных технологий для создания цифровых слепков реальных объектов, — 3D-моделей. Эта методика позволяет создавать высокоточные детализированные компьютерные модели объектов с помощью лазерных 3D-сканеров.
Читайте до конца и узнайте больше о применении лазерного 3D-сканирования, используемом оборудовании, преимуществах и ограничениях этой технологии.
Где используется лазерное 3D-сканирование
- Обратное проектирование, реверс-инжиниринг
- Контроль качества
- Строительство
- Архитектурное проектирование
- Сохранение культурного наследия
- Расследования и судебная экспертиза
- Техническое обслуживание и модернизация промышленных объектов
Основные преимущества лазерного 3D-сканирования
- Высокая точность
- Высокая скорость
- Широкая область применения
- Удобство в работе
- Низкая требовательность к освещению
Основные недостатки лазерного 3D-сканирования
- Высокая стоимость оборудования
- Необходимость квалификации персонала для работы с ПО
- Требовательность к характеристикам ПК из-за больших объемов данных
Суть технологии лазерного 3D-сканирования
Лазерное 3D-сканирование — это процесс захвата точной 3D-информации объекта с использованием лазера в качестве источника света. Лазерное сканирование — популярный инженерный, строительный и архитектурный инструмент, обычно используемый для документирования и оценки состояния различных конструкций.
Лазерные 3D-сканеры используют концепцию LiDAR — лазерного дальномера, которая также применяется, например, в системах автопилота роботизированных авто и других схожих областях. Создавая файл облака точек, лазерные 3D-сканеры и их ПО предоставляют пользователю цифровые данные, применимые в огромном количестве областей, от обратного проектирования и контроля качества до сохранения культурных ценностей и уголовных расследований.
Принцип работы лазерного сканера сводится к излучению световых полос и паттернов и улавливанию их отраженного света от объекта сканирования, а также последующей обработки полученных данных.
Рабочий процесс сканера с технологией LiDAR состоит из нескольких шагов:
- Лазерное излучение
Сканер проецирует лазерные лучи на объект.
- Отражение света
Отраженный от объекта свет лазера улавливается камерой сканера, характеристики поверхности объекта, такие как его цвет, текстура и отражательная способность влияют на изменение отраженного света относительно излученного.
Времяпролетные сканеры для сканирования больших объектов также измеряют интервал между излучением и получением отраженного сигнала, рассчитывая по нему данные о расстоянии.
- Создание облака точек
На основе отраженного света сканер создает цифровое отображение точек для цифровой модели, поверхность которой состоит из этих точек. Это облако точек, с их уникальными относительно друг друга координатами, и становится основой трехмерной компьютерной модели.
- Обработка данных
Облако точек преобразуется в подробную 3D-модель, которая отображает в цифровом виде сканированный объект. Полученные таким способом данные можно хранить, передавать, редактировать, использовать для создания физических объектов методами 3D-печати или производства на станках с ЧПУ.
Типы лазерных 3D-сканеров
Лазерные 3D-сканеры предлагаются производителями в ассортименте, вполне способном удовлетворить существующие запросы любой отрасли. Это ручные и штативные модели, стационарные и мобильные, со всеми возможными технологиями сканирования, их номенклатура широка и покрывает все потребности, от любительских до промышленных. Далее мы представим вам разные типы лазерных сканеров и в каких областях они применяются.
Времяпролетные
Системы измерения времени пролета, или системы измерения импульсов, работают, испуская импульсы лазерного света и определяя расстояние до конечной точки путем измерения времени, необходимого для отражения света обратно на датчик сканера.
Фазовые
Лазеры, чья технология основана на измерении сдвига фаз, также используют лазерный свет, но интенсивность света модулируется синусоидой. При отражении пики и провалы синусоиды смещаются, в зависимости от расстояния. Измерение смещения между отправленным лазерным сигналом и полученным обеспечивает точный расчет расстояния.
Триангуляционные
Лазерные сканеры с технологией на основе триангуляции работают, испуская лазерный свет на объект и захватывая отраженный свет с помощью бортового датчика камеры. Система вычисляет расстояние до объекта с помощью тригонометрической триангуляции, образуя треугольник между источником лазера, объектом и принимающим датчиком. Они применяются для сканирования близко расположенных и небольших по размеру объектов, от сантиметра до 2-3 метров.
Применение лазерного 3D-сканирования
Реверс-инжиниринг, обратное проектирование
Лазерное 3D-сканирование играет ключевую роль в обратном проектировании, захватывая геометрию объектов для получения объемных цифровых моделей, которые затем могут быть воссозданы в материале в неизменном виде или послужить основой для создания новых деталей.
Проверка качества на производстве и нарушений в конструкциях
Широко применяется лазерное сканирование в процессах контроля качества на производстве и инспекции целостности конструкций в широчайшей области, от зданий и мостов до дамб и других объектов.
Получение сканером облака точек с высоким разрешением позволяет оценить целостность поверхности, наличие или отсутствие выбоин, провалов, вздутий. Такая информация дает возможность выявлять дефекты заблаговременно и принимать меры к их устранению.
Мониторинг строящихся объектов
Технология 3D-сканирования играет важную роль в регистрации состояния объекта на момент строительства и документировании его изменений с течением времени. С её помощью фиксируют состояние конструкций, особенно — критически важных для целостности их элементов, а также качество прокладки коммуникаций.
При реконструкции строений сканирование может предоставить точные данные о текущем состоянии всей структуры здания. Такая информация помогает в подготовке и реализации капитального ремонта строений и добавления новых коммуникаций — электрических, водоснабжающих, канализационных. Такой подход предоставляет возможность вносить изменения без опасности нарушить целостность несущей конструкции здания и без конфликтов между разными типами коммуникаций, например — не располагать в одних и тех же полостях и каналах электропроводку и трубы.
Архитектурное проектирование
Лазерное 3D-сканирование помогает контролировать точное соблюдение архитектурного проекта во время стройки и проверять качество проведенных работ в процессе и по завершении строительства, а также их соответствие проекту.
Музейное и архивное дело
3D-сканирование ценится специалистами как удобный и точный метод сохранения информации о 3D-объектах в цифровом виде. Оно помогает в сохранении информации о внешнем виде всевозможных артефактов и других объектов сохранения, от миниатюрных статуэток до целых зданий. Сканирование запечатлевает для специалистов и потомков мельчайшие детали каждого объекта, создавая цифровые слепки для возможной реставрации или воссоздания с нуля, а также для применения в цифровой экспозиции.
Модернизация предприятий
При модернизации промышленных предприятий, где критически важно иметь точную документацию существующей инфраструктуры, такой как котлы, турбины и трубопроводы, лазерное 3D-сканирование имеет решающее значение. Например, при обновлении стареющей электростанции для соответствия новым экологическим стандартам по этой технологии создают комплексную 3D-модель станции со всей её структурой, а в дальнейшем эта модель помогает инженерам планировать и внедрять обновления, гарантируя, что новое оборудование не будет конфликтовать со старым и найдет себе максимально подходящее место с соблюдением всех технических требований, в том числе доступности для персонала и подведения всех необходимых коммуникаций.
Модернизация производств
Лазерное 3D-сканирование способно предоставить инженерам точную информацию об оборудовании, конструкциях, имеющемся свободном месте и доступных поблизости системных коммуникациях предприятия для оценки возможности и целесообразности установки нового оборудования в определенных местах. Данные 3D-сканирования можно использовать для планирования и установки, а также последующей плавной интеграции в техпроцесс новых компонентов, и это может помочь избежать весьма дорогостоящих и отнимающих время ошибок.
Криминалистика
В полицейских, судебных, страховых расследованиях лазерное 3D-сканирование способно принести очень много пользы, предоставляя следователям точную и актуальную, ничем не измененную и, что отдельно важно, наглядную информацию о местах совершения преступлений и других происшествий. Полученная таким образом информация может помочь воссоздать произошедшее вплоть до малейших деталей.
Итог
Лазерное 3D-сканирование становится, а во многом и уже стало неотъемлемой частью огромного количества областей деятельности человека, давая ему новый способ взаимодействия с материальными объектами и локациями, что добавляет эффективности и удобства работе во многих областях, количество которых постоянно увеличивается.
Чтоб не отстать в конкурентной борьбе, хозяевам предприятий необходимо позаботиться об обеспечении своих техпроцессов самыми новыми технологиями, воплощенными в современном высокоточном и производительном оборудовании.
Сейчас, наверное, нет такой области производства, где нельзя было бы применить лазерный 3D-сканер или где он не мог бы принести пользы и выгоды. Что тут важно — подобрать оборудование, которое будет соответствовать именно вашим потребностям, целям и возможностям. Выбрать наиболее подходящее оборудование для лазерного 3D-сканирования, получить исчерпывающую консультацию и оформить заказ на лазерный 3D-сканер вы можете здесь.