Scansione 3D 101: come scegliere il miglior scanner 3D per l'applicazione e il settore di appartenenza

Nell'attuale panorama digitale, la tecnologia di scansione 3D è diventata uno strumento essenziale per settori che vanno dalla produzione alla sanità, dalla conservazione culturale alla realtà virtuale. Grazie alla capacità di acquisire dati geometrici dettagliati, la scansione 3D accelera i flussi di lavoro, migliora la precisione e rende più intelligenti le operazioni. Tuttavia, la scelta dello scanner 3D giusto può essere scoraggiante, date le numerose opzioni disponibili. Questa guida illustra gli aspetti principali della tecnologia di scansione 3D, le sue applicazioni e i fattori cruciali da considerare, aiutandovi a prendere una decisione informata e adatta alle vostre esigenze.

1. Introduzione alla scansione 3D: Tecnologia, strumenti e applicazioni

1.1 Che cos'è la scansione 3D?

La scansione 3D è una tecnologia senza contatto che acquisisce i dati geometrici di un oggetto per creare un modello digitale preciso . Utilizza lucestrutturata o raggi laser per scansionare la superficie dell'oggetto. Allo stesso tempo, i sensori ricevono i segnali riflessi e calcolano la posizione precisa di ogni punto sulla superficie. Questi dati vengono poi convertiti in un modello 3D, che può essere utilizzato per varie applicazioni come l'ispezione, la progettazione e la produzione.

Scansione 3D con lo scanner laser 3D FreeScan Combo

1.2 Tecnologie di scansione 3D comuni

Le diverse tecnologie di scansione 3D rispondono a diverse applicazioni. In base ai diversi principi di funzionamento, le tecnologie di scansione 3D possono essere classificate come segue:

1.2.1 Linee laser

La scansione laser delle linee si basa sulla triangolazione. I raggi laser vengono proiettati comelinee sulla superficie dell'oggetto e i sensori catturano il laser riflesso per misurare la deformazione. Utilizzando angoli e distanze noti, il dispositivo costruisce un modello 3D dettagliato. I laser line scanner sono ideali per le ispezioni industriali, in quanto gestiscono con facilità superfici scure o riflettenti. In genere offre una precisione di livello metrologicoper le applicazioni di controllo qualità.

Scansione laser 3D

1.2.2 Modello a frange

Un proiettore proietta sulla superficie dell'oggetto dei disegni a strisce predefiniti. Le telecamere catturano la deformazione di questi motivi e l'analisi di queste distorsioni rivela la forma 3D dell'oggetto. Questo tipo di scanner è adatto soprattutto per oggetti di piccole e medie dimensioni. È eccellente nell'acquisizione di oggetti con caratteristiche complesse e dettagliate. Tuttavia, in ambienti con una forte luce ambientale, i modelli di luce proiettati possono essere disturbati, compromettendo i risultati della scansione. Questi scanner sono particolarmente adatti per la progettazione e l'ispezione di componenti di precisione.

Schema a frange

1.2.3 SchemaSpeckle

Lo speckle è una tecnica di misurazione 3D basata su modelli speckle casuali. Un proiettore proietta un modello di punti casuale sulla superficie dell'oggetto. Successivamente, più telecamere catturano la deformazione del modello speckle. Le coordinate 3D vengono calcolate secondo i principi della stereovisione. La scansione speckle include la tecnologia speckle a infrarossi, è caratterizzata da una forte adattabilità alla luce ambientale, non richiede marcatori di target e può funzionare senza luce visibile, offrendo un'esperienza di scansione molto confortevole. Gli scanner che utilizzano queste tecnologie sono molto adatti per l'arte e il patrimonio culturale, l'istruzione e la ricerca e la VR/AR.

Schema di macchiolina

1.2.4 Fotogrammetria

La fotogrammetria utilizza più immagini 2D scattate da angolazioni diverse. Gli algoritmi informatici analizzano le differenze tra queste immagini per ricostruire un modello 3D dell'oggetto. La tecnologia della fotogrammetria si basa su immagini ad alta risoluzione e su potenti algoritmi software. Questa tecnologia è la migliore per lamodellazionedi oggetti su larga scala.

Fotogrammetria

Gli scanner 3D innovativi presenti sul mercato integrano più tecnologie, come le linee laser combinate con la fotogrammetria. Gli utenti possono scegliere la tecnologia più adatta ai loro scenari applicativi per acquisire i dati 3D degli oggetti.

2. Scegliere lo scanner 3D giusto per l'applicazione e il settore di appartenenza

Quando si sceglie uno scanner 3D,è essenzialeallinearlo alleesigenzedelproprio settore. Le sezioni seguenti evidenziano le considerazioni chiave per le diverse applicazioni.

2.1 Controlloqualità industriale

La scansione 3D è ampiamente utilizzata nei settori del controllo qualità industriale, come l'industria pesante, l'aviazione civile, l'industria automobilistica, il settore petrolifero e del gas, ecc. Questi settori richiedono misure di alta precisione e scanner 3D resistenti e adattabili a condizioni ambientali difficili.

• Industria pesante e aviazione civile: In questi settori è frequente la scansione 3D di strutture di grandi dimensioni per ispezionare la distribuzione delle sollecitazioni, la qualità delle saldature e l'usura superficiale. Gli scanner devono acquisire geometrie complesse e aree estese mantenendo un'elevata precisione.
  

Scansione 3D di una fresa

I dati scansionati (a sinistra) e le misure della tolleranza di lavorazione (a destra)

• Industria automobilistica: La scansione 3D nel settore automobilistico garantisce l'accuratezza dimensionale dei componenti del veicolo e la precisione dell'assemblaggio. Gli scanner per queste applicazioni devono soddisfare gli standard di produzione.

Scansione 3D del telaio di un'auto con FreeScan Trio

• Petrolio e gas: nel settore petrolifero e del gas, la scansione 3D viene utilizzata per l'ispezione senza contatto di tubazioni, recipienti a pressione e altre apparecchiature critiche. Per garantire prestazioni accurate, gli scanner devono essere robusti e in grado di operare in condizioni ambientali estreme.

Utilizzo di FreeScan UE per la scansione di una sezione di conduttura corrosa

Dati 3D sulla corrosione della condotta

Caratteristiche principali della scansione 3D per il controllo di qualità industriale:

• Precisione di livello metrologico (5 ~ 50 µm): L'accuratezza di livello metrologico è essenziale per l'ispezione della maggior parte dei componenti industriali, come parti lavorate, cordoni di saldatura e analisi dell'usura. Gli scanner 3D devono soddisfare gli standard di precisione più elevati, spesso con la certificazione dello standard VDI/VDE 2634, per garantire la tracciabilità delle misure.

*Per un approfondimento sugli standard di accuratezza e sulle tecniche di calibrazione per garantire l'accuratezza, si rimanda a Garantire la precisione nella scansione 3D: Tecniche di calibrazione e standard di accuratezza in SHINING 3D.

• Ampio campo di scansione: Per le strutture industriali di grandi dimensioni, come le pale delle turbine o i macchinariindustriali , gli scanner devono essere in grado di gestire aree ampie, offrendo un campo visivo completo e mantenendo un'elevata precisione.
• Forte adattabilità ambientale: Gli ambienti industriali presentano spesso condizioni ambientali difficili , con temperature estreme, vibrazioni o polvere. Gli scanner 3D devono essere sufficientemente robusti per operare con precisione in questi ambienti, per cui gli scanner 3D portatili e wireless sono comunemente utilizzati in questi contesti.
• Alta risoluzione: L'alta risoluzione è fondamentale per il controllo della qualità industriale, perché consente l'ispezione precisa di componenti intricati e il rilevamento di difetti minimi. Molte applicazioni industriali, come quelle aerospaziali o automobilistiche, prevedono parti con geometrie complesse o tolleranze rigorose, dove anche piccole imperfezioni possono influire sulle prestazioni o sulla sicurezza. La scansione 3D ad alta risoluzione garantisce che i dettagli della superficie, come piccole crepe e spigoli vivi, siano accuratamente catturati nel modello 3D. Fornendo rappresentazioni altamente dettagliate e accurate, gli scanner ad alta risoluzione consentono agli ingegneri di condurre analisi complete e di identificare tempestivamente i problemi.