Trudności podczas skanowania 3D
Każda optyczna metoda digitalizacji obiektów rzeczywistych posiada wady i zalety. Nie istnieje jedno idealne rozwiązanie, pasujące w 100% do każdego skanowanego przedmiotu. Pierwszy etap, w którym do konkretnego modelu należy dobrać odpowiednią technikę skanowania 3D jest najważniejszy, to od niego zależy każda kolejna faza, jakość finalnego produktu, a co za tym idzie zadowolenie klienta.
Proces opisu powierzchni obiektów trójwymiarowych z wykorzystaniem optycznych metod pomiarowych cechuje:
Metoda Skanowania
Decyzja odnośnie metody skanowania 3D podejmowana jest indywidualnie, w odniesieniu do przedmiotu. Każdy obiekt ze względu na swoja teksturę, wielkość, skomplikowany kształt, środowisko w jakim ma zostać skanowany (m.in. oświetlenie, warunki temperaturowe, sterylność), wymaga wykorzystania innej metody skaningowej. Obecnie ograniczenia nie wykluczają jednoznacznie metody skanowania przestrzennego z jakiej korzysta wykonawca, można je zminimalizować. Przeszkody mogą się odnosić nie tylko do przedmiotu i jego cech, ale również bezpośrednio do wykorzystywanej metody skaningowej.
Pomiary
Pomiary stykowe dokonywane są za pomocą głowicy pomiarowej umieszczonej na ramieniu pomiarowym. Jak wskazuje nazwa, obiekt odwzorowywany jest na podstawie zebranych punktów styku głowicy z jego powierzchnią. Im więcej zebranych punktów, tym pomiar jest dokładniejszy, należy szczególnie pamiętać o miejscach charakterystycznych. Metoda ta może być męcząca podczas przeprowadzania pomiaru skomplikowanego kształtu
i nie dawać oczekiwanych efektów.
Ramiona pomiarowe mają określony zasięg, co wprowadza ograniczenia gabarytowe obiektu poddawanego pomiarowi. Barierę gabarytowa można jednak pokonać stosując na przykład siatkę ze stożków OSADZONYCH na podłożu betonowym lub stalowym, skaner ustawiany jest w nowej pozycji, która ustalana jest poprzez zetknięcie końcówki z trzema dowolnymi stożkami. Istnieje sposób, dzięki któremu można ominąć konieczność definiowania punktów referencyjnych – system w którym współpracują ramię pomiarowe oraz laser tracker. Blokadą dla pomiarów stykowych jest odkształcalność materiału z jakiego wykonany jest obiekt, eliminuje to ten rodzaj akwizycji danych, gdyż zbierane punkty będą autentyczne.
Odkształcalność materiału nie wpływa na pomiary bezstykowe. Wyróżnić można pomiary wykonywane za pomocą wiązki laserowej oraz światła stukturalnego. Wielkość mierzonego przedmiotu nie ma tu szczególnego znaczenia. Rozwiązaniem problemu gabarytowego są ręczne skanery laserowe, dodatkowym ich atutem jest możliwość pomiarów w różnych warunkach środowiskowych na przykład na otwartej przestrzeni lub na halach produkcyjnych. Skanery, w których wykorzystywany jest laser mają przewagę w stosunku do tych wykorzystujących technologie światła strukturalnego. Skanery laserowe lepiej radzą sobie z powierzchniami o skomplikowanej strukturze czy refleksyjnymi. Dużym atutem pomiarów skanerów laserowych jest niewrażliwość na zakłócenia takie jak drgania oraz mniejsze wymagania odnośnie oświetlenia i temperatury otoczenia.
Podczas pomiaru rejestrowane są współrzędne punktów oraz wartości odpowiadające sile sygnału powracającego do skanera. Siła uzależniona jest od rodzaju, koloru oraz chropowatości skanowanego obiektu, od którego odbijana jest wiązka. Stosując typy skanerów wykorzystujących światło strukturalne należy zwrócić uwagę na rodzaj skanowanego materiału. Czarne oraz połyskliwe powierzchnie należy pokryć warstwą odpowiedniego środka (biały proszek w sprayu). Dzięki temu redukowany, a nawet eliminowany jest efekt pojawiających się refleksów, który jest szkodliwy, wpływa niekorzystnie na proces skanowania. Wadą stosowania takiego środka jest brudzenie jego powierzchni i konieczność czyszczenia jej po wykonaniu pomiaru. Środki matujące należy również stosować skanując powierzchnie o dużej transparentności, nie ma tutaj znaczenia czy wykorzystujemy światło strukturalne czy wiązkę laserową. Obiekty z materiałów błyszczących mogą być skanowane bez konieczności stosowania sprayu matującego, jeżeli skanowane są z wykorzystaniem skanerów laserowych. Ilość refleksów oraz szumów
w cyfrowym odwzorowaniu modelu będzie większa niż obiektu z materiału o innej strukturze, jednak można je usunąć na drodze filtracji.
Dokładność odwzorowania
Dokładność odwzorowania jaka uzyskiwana jest podczas skanowania 3D uzależniona jest głównie od objętości skanowania oraz rozdzielczości detektora skanera. Objętość skanowania można wyobrazić sobie jako pudło, w którym zmieściłby się dany obiekt, jeżeli skanowana byłaby rzeźba jako prostopadłościan, w którym została wykonana. To pudło/bryła to zakres w jakim zbierane są punkty pomiarowe, jeżeli jakaś część obiektu znajdować będzie się poza tym obszarem, skaner nie obejmie jej swoim zasięgiem bo jego objętość skanowania będzie mniejsza niż objętość obiektu. Kiedy skanowany przedmiot nie mieści się w granicach objętości skanowania można zastosować markery, są to znaczniki naklejane na mierzony obiekt. Markery rozpoznawane są przez program i umożliwiają automatyczne dopasowanie do siebie odrębnych skanów. Podczas skanowania obiektów o skomplikowanej strukturze szczególnie ważna jest rozdzielczość. Określa ona zagęszczenie punktów na danym obszarze. Wraz ze wzrostem rozdzielczości zwiększa się ilość pobranych danych podczas skanowania.
Obecnie dostępne są skanery światła białego, niebieskiego oraz zielonego. Wykorzystując białe światło led można pobrać informacje na temat tekstury przedmiotu oraz jego koloru, światło niebieskie umożliwia skanowanie w świetle jarzeniowym, a zielone pozwala na skanowanie w naturalnym świetle jest również o 30% dokładniejsze od białego czy niebieskiego.
autorem tekstu jest Monika Reszka
PROFISCAN - inżynieria odwrotna, skanowanie 3D, doradztwo