Skanowanie 3D od podszewki

000
MECHANIK NR 8-9/2014
Skanowanie 3D od podszewki
Rynek skanerów 3D rozwija się bardzo szybko. Ale tylko nieliczni wiedzą, w jaki sposób działają te urządzenia. W artykule
wyjaśniamy podstawowe pojęcia, przedstawiamy efekty, jakie można uzyskać w wyniku procesu skanowania 3D, oraz
zwracamy uwagę na najczęściej popełniane błędy.
Przed rozpoczęciem pracy skanerem 3D należy ustawić
parametry urządzenia i procesu zgodnie z zaleceniami producenta. Wszystkie następne operacje bazują na tym, jak
starannie wykonamy czynności początkowe, trzeba więc
zwrócić na to szczególną uwagę. Błąd na tym etapie potęguje się z każdym kolejnym krokiem. Jedną z częstych
nieprawidłowości jest umiejscowienie przedmiotu poza
obszarem roboczym skanera, przez co drastycznie spada
dokładność pomiaru. Warto również pamiętać, że każdy
ruch urządzenia względem obiektu powoduje zmniejszenie
dokładności skanu, zatem niepożądane są np. wszelkiego
rodzaju drgania.
Wynik pojedynczego pomiaru wykonanego skanerem
3D jest taki sam, jak w przypadku zastosowania maszyny
współrzędnościowej – otrzymujemy współrzędne punktów
w pewnej przestrzeni. Zasada pomiaru i jego cechy różnią
się jednak w wielu kwestiach. Skanery wykorzystują bezstykową metodę pomiaru, a szybkość pozyskiwania punktów
jest wielokrotnie większa. Z drugiej strony maszyny CMM
są dokładniejsze niż skanery.
Pewne ograniczenia wynikają z samej metody pomiaru.
Skanery to urządzenia fotooptyczne, mają źródło światła
oraz najczęściej jeden lub dwa sensory rejestrujące obraz.
Warunkiem otrzymania punktów w danym miejscu skanowanego obiektu jest jego oświetlenie, a następnie zarejestrowanie przez sensory. Jeżeli dana część obiektu nie zostanie
oświetlona, a sensor ją zarejestruje, lub odwrotnie – zostanie oświetlona, a sensor jej nie zarejestruje, to nie zostaną
dla niej wygenerowane punkty. Z tego powodu zdarza się,
że podczas skanowania punkty są tworzone również w miejscach, gdzie nie chcemy, aby się tworzyły, np. na powierzchni, na której leży obiekt. Należy tego unikać, ewentualnie
oczyścić pojedynczy skan ze zbędnych elementów.
Ważnym etapem skanowania jest obróbka chmury punktów. Pierwszym krokiem jest połączenie skanów. Przypomina to obróbkę zdjęcia panoramicznego, kiedy kilka ujęć
łączymy w jedną całość. Podczas skanowania 3D uzyskujemy osobne chmury punktów dla każdej pozycji, z której wykonano skany. Podobnie jak podczas łączenia zdjęć w panoramę, skany należy dopasować między sobą. Łączenie
może się odbywać w programie obsługującym skaner lub
programie firm trzecich. Rys. 1 prezentuje, co można wykonać, dysponując połączoną chmurą punktów skanowanego
obiektu.
Rys. 1. Możliwości wykorzystania chmury punktów
Przedmiot
Proces skanowania
Chmura punktów
Inspekcja
Pomiar metrologiczny
(GD & T)
Wykonanie mapy odchyłek
Diagnostyka maszyn
Modelowanie
Odbudowa uszkodzonego modelu
Replikacja istniejących rzeczy
Tworzenie nowych obiektów
na podstawie skanów
Budowa modeli MES
Edycja kształtu rzeczywistych modeli
Archiwizacja
Trójwymiarowe bazy danych przedmiotów
Tworzenie dokumentacji płaskiej przedmiotu
Wizualizacja wyrobów
000
MECHANIK NR 8-9/2014
a)
b)
Rys. 2. Proces skanowania 3D: a) chmura punktów, b) siatka trójkątów
Warto pamiętać, by podczas inspekcji, po połączeniu
wszystkich ujęć, nie modyfikować dalej chmury z zamiarem
uniknięcia przekłamań. Aby modelować lub archiwizować
obiekty, należy poddać chmurę punktów obróbce polegającej na:
● stworzeniu siatki trójkątów (tzw. Mesh),
● załataniu dziur,
● wygładzaniu miejscowemu lub całościowemu,
● innych zabiegach pomagających w kolejnych etapach pracy.
Na rys. 2 przedstawiono różnicę między chmurą punktów
a siatką trójkątów.
Warto wspomnieć również o dokładności modelowania.
Modele uzyskane podczas skanowania mają kształt rzeczywisty, natomiast gdy tworzymy modele matematyczne
(CAD), często je idealizujemy. Konsekwencją tego założenia jest potrzeba ich uśredniania. Dokładając do tego
niepewność pomiaru i możliwy błąd urządzenia, łatwo spostrzec, że modelowanie nie jest rzeczą łatwą. Model ze
skanowania stanowi punkt wyjścia do odbudowy modelu
CAD. Jego dobre wykonanie wymaga znajomości intencji
projektowych danego przedmiotu, jak również doświadczenia.
| skanowanie 3D | DRUkowanie 3D |
Evatronix SA • ul. W. Przybyły 2 • Bielsko-Biała • [email protected] • tel. +48 33 499 59 19 • www.evatronix.com