Badanie morfologii kwarcu z wykorzystaniem technik 3D.

Wydział Geologii Uniwersytetu Warszawskiego
Badanie morfologii kryształów z wykorzystaniem skanera 3D SMARTTECH
Badania wykonywane na Uniwersytecie Warszawskim Wydziału Geologii mają na celu zaawansowaną
analizę morfologii kryształów kwarcu. Wykorzystanie innowacyjnej metody skanowania 3D jest w
stanie dostarczyć niezwykle dokładne wyniki w bardzo krótkim czasie.
Kwarc tworzy się w ziemi przez miliony lat
według pewnego schematu. Jednakże jest on
poddawany
wielu
zmiennym
czynnikom
zewnętrznym, które wpływają na kształt,
wielkość i kolor. Zwykle powstaje w obszarach
aktywnych wulkanów i trzęsień ziemi, wokół
ziaren krystalicznych. Ziarno pojawia się, gdy pod
wpływem wysokiej temperatury i ciśnienia atom
krzemu łączy się z dwoma atomami tlenu
pochodzącymi z gorącej wody. Połączone tworzą
jeden dwutlenek krzemu krystalicznej komórki.
Środowisko, w którym powstaje kwarc musi
zawierać odpowiednie proporcje krzemu i wody
Fot. 1 Kryształy kwarcu
lub pary wodnej pod ciśnieniem. Gdy ciekłe
materiały przepływają wokół pierwszej komórki dwutlenku krzemu, zaczyna się powielać dodając
kolejne warstwy atomów, tworząc złożoną strukturę krystaliczną, zwaną siecią krystaliczną o
doskonałej regularności geometrycznej.
Budowa zewnętrzna kryształu jest ściśle
powiązana z jego strukturą wewnętrzną.
Dzięki badaniu morfologii minerału
możliwe staje się określenie warunków w
jakich powstał. Na podstawie właściwości
fizycznych stwierdza się między innymi w
jakim otoczeniu się wykształcał. Jedną z
cech charakterystycznych jest kąt pomiędzy
poszczególnymi ścianami kryształu. W
przypadku kwarcu powinien on wynosić
120 stopni. Do tej pory dostępną metodą
było prowadzenie pomiarów przy pomocy
goniometru optycznego. Jest to proste
urządzenie obejmujące analizę odbitego
Fot. 2 Pomiar pojedynczego kryształu kwarcu skanerem 3D
SMARTTECH MINI
przez kryształ światła. Doświadczenie
podatne jest jednak na ludzkie błędy, a
ustawienie obiektu w odpowiedniej pozycji jest długotrwałe.
Dzięki wykorzystaniu skanera 3D proces ten jest w znacznym stopniu przyśpieszony. Sam kryształ
potrzebny jest jedynie podczas samego procesu skanowania, który trwa zaledwie kilka minut.
Wszelkie niezbędne analizy mogą być przeprowadzane poza laboratorium dzięki specjalistycznemu
oprogramowaniu Geomagic Control. Wyniki mogą być przekazane w łatwy sposób wielu naukowcom
równocześnie, tak więc badania mogą się odbywać równocześnie nawet w różnych częściach świata.
Metoda pomiaru skanerem 3D SMARTTECH
mini wykorzystywana podczas prac jest
całkowicie nieinwazyjna, dzięki wykorzystaniu
światła strukturalnego. Wynikiem jest chmura
punktów określająca geometrię obiektu z
dokładnością 10 mikronów. Rozdzielczość
zapewniająca ponad 1400 punktów na
milimetr kwadratowy niezwykle dokładnie
odwzorowuje nawet najmniejsze detale.
Fot. 3 Model kryształu kwarcu w oprogramowaniu Geomagic
Control
Poprzez stworzenie cyfrowego modelu
badanego kryształu kwarcu możliwe stało się określenie jego morfologii i rozpoznanie środowiska
oraz genezy jego powstawania. Dzięki
nadawaniu
wirtualnemu
modelowi
odpowiedniej barwy i opcjom operowania
światłem określone zostały między innymi tzw.
granice kompromisowe, powstałe w skutek
sąsiedztwa kryształu rosnącego
obok,
niezwykle trudne do zaobserwowania
tradycyjnymi metodami. Wykonano także
wirtualne przekroje poprzeczne, prostopadłe
do krawędzi oraz dokładne zmierzono kąty
Fot. 4 Uwidocznione krawędzie wszystkich ścian kryształu
kwarcu
pomiędzy poszczególnymi ścianami.
Badania wykonane przez Panią Adriannę
Augustyniak w ramach pracy inżynierskiej pt.
„Wykorzystanie skanowania 3D do precyzyjnej
dokumentacji kryształów i analizy ich morfologii”
miały na celu określenie przydatności tej metody
oraz możliwości zastąpienia tradycyjnych
urządzeń pomiarowych nowymi technologiami.
Praca ta wykonana była pod kierunkiem dr hab.
Prof. UW Macieja Bąbla oraz mgr Damiana
Ługowskiego, we współpracy ze specjalistami
SMARTTECH.
Digitalizacja 3D z wykorzystaniem skanera
Fot. 5 Wykonane przekroje wraz z wymiarami kątowymi
SMARTTECH mini pozwoliła na analizę etapów
wzrostu kryształu kwarcu, a także na
identyfikację nieodkrytych wcześniej struktur powierzchniowych. Wykorzystanie skanera 3D do
badania kwarcu to tylko jedna z wielu możliwości jakie otwiera ta technologia przed naukowcami i
studentami z Wydziału Geologii Uniwersytetu Warszawskiego który jest jedną z najlepszych uczelni
w Polsce szkolących przyszłych geologów. Dzięki zastosowaniu najnowszej aparatury i metod
badawczych naukowcy tej jednostki są w stanie w niezwykle szybki i precyzyjny sposób opracować
dane i przedstawić wyniki, zmieniając postrzeganie nauk geologicznych.
Informacje o uczestnikach projektu:
Uniwersytet Warszawski:
Inż. Adriana Augustyniak – autorka pracy inżynierskiej na kierunku Geologia Stosowana pt.
„Wykorzystanie skanowania 3D do precyzyjnej dokumentacji kryształów i analizy ich morfologii”
Dr hab., prof. UW Maciej Bąbel – prowadzący pracę inżynierską ze strony merytorycznej
Mgr Damian Ługowski – prowadzący pracę inżynierską ze strony technicznej
SMARTTECH:
Mgr inż. Marcin Lewandowski – Specjalista ds. pomiarów 3D, Kierownik Działu Pomiarów i
Wsparcia Technicznego – doradztwo techniczne podczas wykonywania pomiarów 3D
Wydział Geologii Uniwersytetu Warszawskiego – prowadzi studia pierwszego stopnia na
kierunkach geologia i geologia stosowana oraz studia drugiego i trzeciego stopnia na kierunku
geologia. Absolwenci studiów pierwszego stopnia uzyskują tytuł zawodowy licencjata geologii (na
kierunku geologia) lub inżyniera geologii stosowanej (na kierunku geologia stosowana).
Absolwenci studiów drugiego stopnia otrzymują tytuł zawodowy magistra geologii. Studia
doktoranckie uprawniają do otrzymania stopnia naukowego doktora nauk o Ziemi.
Więcej na: www.geo.uw.edu.pl
SMARTTECH - Od 16 lat zajmuje się produkcją i sprzedażą wyspecjalizowanych skanerów 3D.
SMARTTECH ciągle rozwija swoje produkty dostosowując je do różnych branż takich jak przemysł,
medycyna czy archeologia. Posiadając licznych dystrybutorów zagranicznych, firma prowadzi
globalną sprzedaż na wszystkich kontynentach od obu Ameryk poprzez Europę kończąc na dalekiej
Azji.
Więcej na www.skaner3D.pl