Co warto wiedzieć przed zakupem skanera 3D – praktyczna klasyfikacja skanerów 3D

Niebieskie światło LED

Światło podczerwone VCSEL 1,3 V

VCSEL (laser z pionową wnęką i emisją powierzchniową) to nowszy rodzaj źródła światła, który staje się coraz bardziej powszechny w elektronice użytkowej.

Jeśli korzystałeś z funkcji rozpoznawania twarzy w smartfonie lub próbowałeś skanowania 3D za pomocą telefonu komórkowego, prawdopodobnie miałeś już do czynienia z systemem opartym na technologii VCSEL.

W porównaniu z tradycyjnymi przemysłowymi systemami laserowymi moduły VCSEL są znacznie mniejsze, zużywają mniej energii i można je produkować po niższych kosztach. Te zalety sprawiają, że idealnie nadają się do kompaktowych urządzeń, takich jak smartfony, tablety, zestawy słuchawkowe AR/VR oraz lekkie skanery ręczne.

Chociaż technologia VCSEL zapewnia doskonałą przenośność, jest ona zazwyczaj zoptymalizowana pod kątem wygody, a nie maksymalnej dokładności pomiaru.

Typowe cechy to:

• Niskie zużycie energii

• Szybki pomiar głębokości w czasie rzeczywistym

• Mały zasięg działania

W związku z tym diody VCSEL są powszechnie stosowane w takich zastosowaniach, jak AR/VR, orientacja przestrzenna oraz skanowanie i drukowanie 3D na poziomie konsumenckim, gdzie łatwość obsługi i wydajność w czasie rzeczywistym są często ważniejsze niż precyzja na poziomie inżynieryjnym.

Niewidzialne światło podczerwone

2. Klasyfikacja według trybu pracy

Oprócz źródła światła innym ważnym kryterium klasyfikacji skanerów 3D jest sposób ich wykorzystania podczas skanowania.

Niektóre skanery są zaprojektowane tak, aby użytkownik mógł nimi swobodnie poruszać, podczas gdy inne wymagają, aby obiekt pozostawał w stałej pozycji. Istnieją również systemy wykorzystujące zewnętrzne urządzenia śledzące do monitorowania ruchu skanera z niezwykle wysoką precyzją.

Tryb pracy ma wpływ nie tylko na sam proces skanowania. Wpływa on na przenośność, przebieg pracy, rozmiar obiektu, osiągalną dokładność oraz rodzaje projektów, do których skaner najlepiej się nadaje.

Trzy najpopularniejsze tryby pracy to skanery ręczne, stacjonarne/stałe oraz systemy oparte na śledzeniu.

2.1 Skanery ręcznefirmy

Skanery ręczne to obecnie najbardziej wszechstronny rodzaj skanerów 3D. Jak sama nazwa wskazuje, operator po prostu trzyma skaner i przesuwa go wokół obiektu, rejestrując dane pod różnymi kątami, aż do zeskanowania całej powierzchni.

Ręczny skaner 3D FreeScan Combo

Ta swoboda ruchu sprawia, że skanery ręczne są doskonałym wyborem w przypadku obiektów, które są zbyt duże, zbyt ciężkie lub po prostu niemożliwe do umieszczenia na stole skanującym, a także zapewniają łatwą obsługę w warsztatach, fabrykach lub w warunkach zewnętrznych.

Minusem jest to, że jakość skanowania w większym stopniu zależy od operatora. Zbyt szybkie przesuwanie skanera, utrata obiektu z pola widzenia lub pominięcie niektórych obszarów może prowadzić do niekompletnych danych lub konieczności ponownego skanowania. Nowoczesne skanery znacznie poprawiły się pod względem automatycznego śledzenia pozycji, jednak płynny i równomierny ruch podczas skanowania nadal zapewnia najlepsze wyniki.

Obecnie skanery ręczne są powszechnie stosowane do skanowania obiektów średnich i dużych rozmiarów w terenie , gdzie kluczowa jest przenośność.

2.2 Skanery stacjonarne

W odróżnieniu od systemów ręcznych skanery stacjonarne wykonują skanowanie, gdy zarówno skaner, jak i obiekt pozostają w stałych pozycjach.

W przypadku skanerów biurkowych obiekt umieszcza się zazwyczaj na talerzu obrotowym, który automatycznie obraca się podczas skanowania. Dzięki temu skaner może rejestrować obiekt pod różnymi kątami bez konieczności przemieszczania urządzenia przez użytkownika.

Stacjonarny skaner 3D OptimScan Q12 HD

Dzięki starannemu kontrolowaniu warunków skanowania skanery stacjonarne są w stanie zapewnić bardzo spójne wyniki przy minimalnej interwencji użytkownika. Do ich głównych zalet należą:

• Doskonała powtarzalność wyników skanowania

• Stabilne warunki skanowania, które ograniczają ryzyko błędów użytkownika

• Wysokiej jakości modele z precyzyjnymi szczegółami powierzchni

Wadą jest to, że obiekt musi zmieścić się w przestrzeni roboczej skanera. Duże produkty, zainstalowane urządzenia lub obiekty, których nie można przenieść, zazwyczaj nie nadają się do tego typu skanerów.

Skanery stacjonarne/stałe są zatem najczęściej wykorzystywane do skanowania małych i średnich obiektów, takich jak części mechaniczne i modele, biżuteria oraz produktyelektroniczne.

2.3 Skanery oparte na technologii śledzenia

Skanery oparte na systemie śledzenia łączą w sobie skaner ręczny z zewnętrznym systemem śledzenia, który na bieżąco monitoruje położenie skanera podczas pracy. Pomaga to zachować dokładność nawet podczas skanowania bardzo dużych obiektów.

System dynamicznego śledzenia i skanowania FreeScan Trak Nova

Systemy śledzenia oferują kilka istotnych zalet:

• Ograniczają kumulację błędów pozycjonowania podczas długich skanowań

• Poprawiają dokładność przy skanowaniu dużych objętości

• Eliminują lub ograniczają konieczność stosowania fizycznych markerów na obiekcie

Te zalety sprawiają, że systemy oparte na śledzeniu są szczególnie atrakcyjne w przypadku kontroli przemysłowej i pomiarów na dużą skalę.

3. Klasyfikacja metod według dokładności

Dokładność jest jedną z pierwszych specyfikacji, na które zwracają uwagę użytkownicy, porównując skanery 3D. Ogólnie rzecz biorąc, wymagany poziom dokładności zależy od zastosowania.

Jeśli skanujesz osobę w celu stworzenia cyfrowego awatara, błąd rzędu 1 milimetra prawdopodobnie nie będzie zauważalny. Jednak w przypadku kontroli precyzyjnie obrobionego elementu nawet błąd rzędu 0,01 mm może być nie do przyjęcia.

Zamiast postrzegać dokładność jako coś, co „im wyższa, tym lepsza”, bardziej przydatne jest myślenie o niej jako o wyborze odpowiedniego poziomu precyzji do danego zadania.

Dostępne na rynku skanery 3D można podzielić na trzy poziomy dokładności.

3.1 Dokładność klasy metrologicznej (w ofercie produktów SHINING 3D: 0,004–0,025 mm)

Skanery klasy metrologicznej reprezentują najwyższy poziom precyzji dostępny w komercyjnym skanowaniu 3D. Skanery metrologiczne są zaprojektowane do wykonywania dokładnych pomiarów, które mogą wspierać produkcję i kontrolę jakości. W tych zastosowaniach skan jest często wykorzystywany do weryfikacji, czy wyprodukowana część jest zgodna z oryginalnym modelem CAD w ramach określonej tolerancji.

Typowe zastosowania obejmują:

• Precyzyjna kontrola jakości

• Produkcja dla przemysłu lotniczego i kosmicznego

• Produkcja samochodowa

• Weryfikacja form i narzędzi

• Zaawansowane pomiary przemysłowe

Warto zauważyć, żedokładność na poziomie metrologicznym jest często poparta certyfikatem zgodności z normami. Wielu producentów weryfikuje swoje systemy zgodnie z normami takimi jak VDI/VDE 2634 lub ISO 10360, a testy są przeprowadzane w laboratoriachokontrolowanej dokładności. Daje to użytkownikom większą pewność, że podana dokładność jest zarówno powtarzalna, jak i niezależnie zweryfikowana.

Produkty metrologiczne SHINING 3D

3.2 Standardowa dokładność(w ofercie produktów SHINING 3D: 0,04 ~ 0,1 mm)

Skanery o standardowej dokładności są przeznaczone do zadań inżynieryjnych, w których pomiary zaczynają mieć znaczenie.

Na tym poziomie skaner jest w stanie uchwycić znacznie drobniejsze szczegóły geometryczne, dzięki czemu uzyskane modele nadają się do rekonstrukcji CAD, inżynierii odwrotnej oraz rozwoju produktów.

Dla wielu firm ta kategoria zapewnia najlepszy kompromis między dokładnością a kosztami, co sprawia, że jest to najczęściej wybierane rozwiązanie w profesjonalnych procesach roboczych.

Seria SHINING 3D EinScan o standardowej dokładności

3.3 Inne (w ofercie produktów SHINING 3D: ≥ 0,1 mm lub bez podania dokładności)

Skanery tego typu są zazwyczaj przeznaczone do zastosowań, w których ogólny kształt obiektu ma większe znaczenie niż jego dokładne wymiary.

Systemy te zazwyczaj umożliwiają rejestrowanie obiektów z wystarczającą szczegółowością do celów wizualizacji, archiwizacji cyfrowej, podstawowego drukowania 3D oraz wielu zastosowań kreatywnych. Na przykład podczas skanowania posągu, mebla lub osoby niewielki błąd wymiarowy jest zazwyczaj trudny do zauważenia w gotowym modelu.

Seria SHINING 3D EINSTAR

Typowe zastosowania obejmują:

• Wizualizacja 3D

• Tworzenie treści cyfrowych

• Edukacja

• Drukowanie 3D dla hobbystów

• Podstawowa digitalizacja obiektów

Największymi zaletami tej kategorii są przystępna cena oraz precyzja wystarczająca do wykonywania codziennych zadań związanych ze skanowaniem.

Wnioski

Chociaż współczesne skanery 3D występują w wielu różnych formach, większość z nich można zrozumieć, zadając trzy proste pytania:

• Jakiego źródła światła używa skaner?

• W jaki sposób obsługuje się skaner?

• Jakiego poziomu dokładności wymaga dana aplikacja?

Warto również pamiętać, że klasyfikacje te nie są od siebie niezależne. Skaner jest zazwyczaj definiowany przez połączenie wszystkich trzech cech. Na przykład skaner ręczny może wykorzystywać projekcję LED do skanowania o wysokim poziomie szczegółowości, podczas gdy system oparty na śledzeniu może łączyć technologię laserową z dokładnością na poziomie metrologicznym do celów kontroli przemysłowej.

W miarę rozwoju technologii skanowania 3D nowe produkty będą oferować większą szybkość, lepszą przenośność i bardziej zaawansowane oprogramowanie. Jednak te trzy podstawowe klasyfikacje pozostają użytecznym punktem odniesienia dla zrozumienia technologii stojącej za każdym skanerem 3D — niezależnie od tego, czy dopiero zaczynasz przygodę z tą dziedziną, czy też porównujesz najnowsze produkty dostępne na rynku.

Zrozumienie klasyfikacji skanerów 3D to pierwszy krok do wyboru odpowiedniego rozwiązania. Gdy już zapoznasz się z różnicami w zakresie źródła światła, trybu pracy i poziomu dokładności, pojawia się kolejne pytanie: który skaner najlepiej sprawdzi się w Twoim zastosowaniu?

Zapoznaj się z naszym przewodnikiem „Jak wybrać najlepszy skaner 3D do danego zastosowania i branży”, aby dowiedzieć się, jak te technologie przekładają się na rzeczywiste przypadki użycia.