Как выбрать 3D-сканер

15 августа 2024

Инженеры-конструкторы, проектировщики, контроллеры качества, промышленные и продуктовые дизайнеры используют 3D-сканеры как быстрый инструмент для создания цифровых моделей физических объектов.  Сегодня с помощью 3D-сканирования снимают геометрические параметры для обратного проектирования, оцифровывают предметы искусства или точно копируют формы человеческого тела.

Трехмерное сканирование поможет проконтролировать качество изготовленного продукта, проверить точность напечатанной на 3D-принтере детали. Сканирование использованной детали может показать, где она сильнее изнашивается, а сканирование деформированной детали –  в каком месте нужно усилить конструкцию. Совсем неудивительно, что потребность в данной процедуре быстро растет. 

Что же определяет выбор 3D-сканера, как не ошибиться? 

Типы технологий 3D-сканирования

Сегодня среди профессионалов распространены четыре технологии:

1. Лазерные триангуляционные сканеры проецируют лучи лазера на исследуемый объект. Отраженный свет попадает на датчик прибора и помогает зафиксировать геометрию объекта. Такой способ позволяет измерять сотни тысяч или даже миллионы точек поверхности в секунду. Лазерные сканеры очень точные, они отлично подходят для непрозрачных высокодетализированных объектов. Однако эти приборы не всегда корректно работают с прозрачными или блестящими поверхностями без специальных покрытий или маркеров.

2. Оптические 3D-сканеры со структурированным подсветом. В них используется проектор белого или синего света с двумя камерами, расположенными под углом с каждой стороны. На сканируемый объект проецируется световая картина, камеры фиксируют, как он деформирует световую картину, а затем отдельные снимки объединяются в единое 3D-изображение. Сканеры со структурированным подсветом часто используются в медицине, поскольку их излучение безопаснее для людей. Однако они сканируют медленнее, чем лазерные триангуляционные.

3. Оптические 3D-сканеры с датчиком глубины проецируют поле точек в инфракрасном (ИК) диапазоне для получения изображения 3D-сцены. Эти приборы просты в использовании и недорогие. Однако их точность и разрешение невысоки, из-за чего мелкие детали на сканах иногда теряются. С помощью оптических сканеров с датчиком глубины можно снимать большие объекты, но точность снижается при увеличении расстояния и больших углах наклона камеры.

4. Фотограмметрические камеры и системы. С их помощью получают набор перекрывающихся фотографий объекта, который затем преобразуется в 3D-модель с помощью компьютерных алгоритмов. Это наименее дорогая, но и наименее точная технология трехмерного сканирования.

Что нужно учитывать при выборе 3D-сканера

 1. Точность в сравнении с ценой

За высокую точность приходится платить больше. Чтобы понять, какая точность 3D-сканера нужна, советуем ориентироваться на требуемые допуски конечной детали. Приборы с лазерной триангуляцией или структурированным подсветом дают точность 0,1 мм или даже выше. Они отлично подходят для профессионалов и работы с 3D-принтерами высокого разрешения.

Помимо точности определения положения 3D-точек, сканеры могут отличаться по 3D-разрешению или детализации – расстоянию между захваченными точками. Если детали сканируемого объекта меньше разрешения сканера, то они не будут захвачены. Например, при невысоком разрешении прибор способен определить общую форму ювелирного кольца, но не сможет четко отобразить его отдельные мелкие детали.

Иными словами, точность – это погрешность измерений между деталью и цифровым значением, а разрешение относится к плотности измерений. В зависимости от требований конкретного проекта, приоритет может отдаваться первому или второму. 

Характеристика «точность» трактуется производителями по-разному, а также в зависимости от технологии 3D-сканирования. Для ручных сканеров она зависит от расстояния до объекта, а также качества ПО для восстановления скана. Стационарные сканеры отличаются постоянной точностью в пределах заданной зоны сканирования.

В целом, оптическая технология со структурированным подсветом лучше по разрешению и точности в сравнении с лазерной технологией.

Для художественного применения часто требуется высокая детализация, в то время как общая точность не так важна. Если не требуется, чтобы деталь точно подходила к другим в сборке, обратите внимание на недорогие фотограмметрические камеры.

Камеры с датчиком глубины – хорошее решение для снятия геометрических параметров с крупных объектов с целью создания масштабных трехмерных моделей. Например, они достаточно точно передают форму человеческого тела.

2. Размер зоны сканирования

Зона, которую способен охватить 3Д-сканер, у разных типов приборов существенно различается. Лучше подбирать модель, которая сможет сканировать участки нужного размера, даст достаточные разрешение и точность, но при этом не окажется чрезмерно дорогой. Чем больше зона сканирования, тем больше денег придется отдать за прибор.

3. Ручные и стационарные модели

Ручными сканерами удобно работать в ограниченном пространстве или с разных сторон объекта.  Большинство из них подходят для объектов размером от футбольного мяча до целого автомобиля. Обычно они также способны снимать геометрию практически мгновенно, поэтому подходят для измерения людей (когда они не совсем неподвижные). Например, при моделировании одежды, протезировании, разработке эргономичных предметов.

Ручной прибор хорош, когда требуется работать на выезде. Например, в мобильной измерительной лаборатории инжиниринговой компании «Комплекс КАД» инженеры используют ручной лазерный 3D-сканер Scanform L5. Он способен сканировать объекты в сложных условиях.

Стационарные 3Д-сканеры требуют неподвижности при съемке. Обычно их устанавливают на штатив и используют в связке с автоматическим поворотным столом. Они снижают нагрузку на оператора и удобны, если нужно быстро отсканировать множество объектов примерно одинакового размера. Например, в инжиниринговой компании «Комплекс КАД» используют стационарный метрологический 3Д-сканер RangeVision PRO. С его помощью можно проводить измерения с точностью до 18 мкм, в том числе контроль качества геометрических параметров продукции.

4. Наличие и конструкция поворотного стола

Многие сканеры способны работать с автоматическими поворотными столами, которые помогают увеличить область видимости. Функциональность поворотного стола влияет на легкость и полноту сканирования.  Некоторые столы способны перемещать объект по нескольким осям, получая изображение объекта с многих углов. Эта функция важна при обратном проектировании деталей с глубокими углублениями или ребрами, которые нельзя охватить под одним углом.

Если сканер не видит какую-то область объекта, это приведет к появлению пробелов в трехмерной модели. Многие программы для сканирования автоматически исправляют небольшие недостающие места, однако восстановленные участки редко соответствуют оригиналу на 100%. Для деталей, требующих близкой к идеальной точности, автоматического исправления недостаточно.

Сравним возможности сканирования при использовании одноосевого поворотного стола и многоосевой поворотной платформы. На первом изображении красным цветом отмечены участки, которые скрыты из видимости сканера. При работе с одноосевым поворотным столом их сложно захватить полностью, в результате чего они не отобразятся на скане. В то время, как использование многосевой поворотной платформы существенно расширяет захват участков со сложным рельефом.

5. Цена

При выборе 3D-сканера учитывайте свой бюджет, частоту использования и требуемый результат. Более дорогие приборы способны захватывать мелкие детали, создавать высокоточные, детализированные снимки. В этом случае делать много доработок в CAD-программах не потребуется. Также нередко приходится платить за портативность, поэтому высокоточные ручные модели довольно дорогие.

Выбор лучшего 3D-сканера для ваших целей

Эта схема поможет понять, какой прибор нужен именно вам.

Подробнее познакомиться с характеристиками и выбрать подходящий 3D-сканер можно в нашем магазине.  Обращайтесь к нам за консультацией! 

Получить консультацию