Главная / Блог / Полезное / Принципы работы 3д сканера. Виды сканеров, технологии и методы сканирования

Принципы работы 3D-сканера. Виды сканеров, технологии и методы сканирования

Принципы работы 3д сканера. Виды сканеров, технологии и методы сканирования
Логотип сайта
16.04.2021

В настоящее время мало кто не знаком с таким понятием как 3д печать. Многие компании вовсю пользуются современными 3д принтерами, воссоздавая с их помощью макеты различных форм и размеров. Существуют и такие, которые воссоздают предметы целиком — не только маленькие (например, чехлы для телефонов, сувениры, кроссовки), но и большие (дома, запчасти для двигателей и т. п.). Вот только все это было бы невозможно без 3д сканеров. Именно они позволяют точно копировать практически все что угодно — от огромных зданий и сооружений до человека, животных, маленьких предметов и многого другого.

Что такое 3D-сканирование и для чего его используют

Трехмерное сканирование представляет собой технологию, появившуюся еще в 60-х годах 20-го века. Она создавалась с целью перенесения физических параметров объекта в цифровой формат в виде объемной модели. Необходимость в этом естественно возникла, когда люди во всем мире все больше стали использовать компьютеры как в повседневной жизни, так и на производстве.

Первые образцы 3D-сканеров были довольно просты и не обладали широким функционалом. Постепенно они усложнялись и совершенствовались, позволяя добиваться все более четкого изображения объекта. Особенно это стало актуальным с появлением лазеров.

principi_raboty_3dscanera-1.jpg

Трехмерные сканеры позволяют переносить данные об объектах в цифровой формат


3д сканирование позволило открыть новые возможности в различных областях человеческой деятельности — начиная от автомобилестроения и военной промышленности и заканчивая сферой дизайна, медицины и кино.

Как работает 3D-сканер

3д-сканер — это устройство, которое исследует какой-либо предмет, оцифровывая его с помощью датчиков, и использует полученную информацию для создания трехмерной модели. По сути, 3д сканер создает цифровую копию физического объекта любой конфигурации и степени сложности. Этим он принципиально отличается своих предшественников — обычных сканеров, способных лишь считывать информацию с документов и фото.

Сам процесс сканирования может происходить по-разному — в зависимости от вида 3д устройства и применяемой технологии, а также от того, какой объект требуется обработать с его помощью — движущийся или статичный.

Технологии 3D-сканирования

Существует 2 основных вида 3д сканеров — лазерные и оптические. Их принципиальное отличие состоит в том, как и с помощью чего происходит «снятие» данных. Рассмотрим подробнее обе.

Лазерное 3D-сканирование, как уже понятно из названия, происходит с использованием лазера и может осуществляться как на ближних, так и на дальних расстояниях от объекта.

Лазерный сканер

Лазерный сканер


В большинстве своем лазерные 3D-сканеры работают по принципу триангуляции, когда камера находит луч на поверхности предмета и измеряет расстояния до него, после чего создается облако точек, каждая из которых имеет свои координаты в пространстве, и строится 3д-модель. Их «плюсы» — доступная цена и простота в применении в совокупности с высокой точностью сканирования. Из «минусов» — есть ограничения по удаленности и размерам объекта.

Другая разновидность лазерных сканеров работает, измеряя время отклика луча от поверхности объекта — так называемый лазерный дальномер. Широко применяются там, где необходимо создавать 3д модели различных зданий и сооружений. Их нецелесообразно использовать на небольших расстояниях, так как в таких случаях время отклика очень мало и точность данных снижается. В остальном же этот вид сканеров отличается высокой скоростью сканирования и способностью считывать все детали.

Недостатком лазерных сканеров является невозможность их применения на движущихся объектах. Тогда на помощь приходят оптические 3D-сканеры, которые снимают одной или несколькими камерами с разных ракурсов подсвеченный специальным проектором предмет. На основе полученной картинки и строится трехмерное изображение.

Оптический сканер

Оптический сканер


«Противопоказанием» для применения этой технологии служат отражающие и пропускающие свет поверхности — блестящие, зеркальные или прозрачные. А вот при сканировании человека они просто незаменимы.

Методы 3D-сканирования

Оцифровывать любой объект можно как контактным, так и бесконтактным способом. В первом случае необходимо активное взаимодействие с предметом, во втором, соответственно, нет. Оба этих метода имеют свои преимущества и недостатки.

Контактные 3D-сканеры

Имеют механический щуп со специальным датчиком, который проводит замеры параметров и собранную информацию передает на устройство. Для этого исследуемый предмет помещают на специальную поверхность и закрепляют (если нужно). Такой плотный физический контакт дает возможность максимально точно определить и построить затем 3д-картинку, правда, есть небольшой риск повреждения прототипа.

Бесконтактные 3D-сканеры

К этой категории относятся все устройства, способные осуществлять сканирование на расстоянии. Особенно это актуально для объектов, расположенных в труднодоступных местах.

Бесконтактный 3д сканер

Бесконтактный 3д сканер


Поток излучения (это может быть ультразвук, свет, рентгеновские лучи или лазер) направляется на объект и отражаясь от него, распознается 3д сканером. Они схожи по принципу действия с видеокамерой и могут требовать использования дополнительных устройств для лучшего освещения.

Бесконтактные трехмерные сканеры бывают 2-х видов:

  • Активные — работают при помощи направленного на объект луча лазера или структурированного света, которые, отражаясь, дают информацию о местонахождении предмета в виде координат.

  • Пассивные — используют времяпролетные дальномеры, которые считывают время и расстояние, которое проходит лазерный луч до предмета, и так — по каждой точке в пространстве, что в итоге позволяет точно воссоздавать его трехмерное изображение.

Очень востребованными и распространенными являются настольные 3д сканеры, поскольку они в большинстве своем просты и безопасны в эксплуатации, не требуют каких-то специальных технических навыков и стоят довольно дешево. 3D сканер EinScan-SE — один из таких примеров. Его можно применять как дома, так и в офисе. Он имеет доступ к API многих популярных 3D принтеров, что дает возможность сразу отправлять на печать созданную трехмерную модель.

Добавить в сравнение
Товар добавлен в сравнение Перейти
Производитель Thor3D
429 000 ₽
Добавить в сравнение
Товар добавлен в сравнение Перейти
Производитель Shining 3D
450 000 ₽
Доступен в кредит. Для оформления положите товар в корзину и проследуйте инструкции
Добавить в сравнение
Товар добавлен в сравнение Перейти
Производитель Shining 3D
105 000 ₽
Добавить в сравнение
Товар добавлен в сравнение Перейти
Производитель RangeVision
330 000 ₽

Виды 3D-сканеров по принципу использования

Здесь также существует разнообразие видов. Выделим основные:

  • Ручные: удобные и простые модели, которыми легко пользоваться, так они довольны компактны и не требуют особых навыков. Правда, и их технические возможности могут быть несколько ограниченными..

  • Портативные: применяются в основном для работы на выезде, их удобно брать с собой.

  • Настольные: имеют расширенную функциональность и применяются для создания качественных 3д-моделей. Используются чаще всего в офисах.

  • Стационарные: задействованы, как правило, на производстве, различных предприятиях, так как могут сканировать сразу большое количество однотипных объектов. Устанавливаются на специальных поворотных столиках.

Ручной 3D-сканер

Ручной 3д сканер Calibry


Такой выбор изделий позволяет подбирать нужную модель под определенную задачу. В одних случаях сканеры самостоятельно производят замеры объектов, в других — при помощи человека, который последовательно перемещает устройство, пока не будет собрана вся необходимая информация.

Высоким спросом у покупателей пользуются такие варианты ручных 3д сканеров, как Calibry. Несмотря на кажущуюся простоту исполнения, он обладает высоким разрешением и точностью сканирования, благодаря чему способен оцифровывать объекты длиной от 0,2 до 10 метров. Не станут проблемой и предметы, имеющие нестандартную поверхность — темную или блестящую, с большим количеством углов и мелких деталей. Помимо всего прочего, его несомненный плюс — это маленький вес, всего 900 граммов. 

Преимущества и недостатки трехмерных сканеров

Наверняка многие из потенциальных покупателей задаются вопросом: а так ли нужен 3д сканер, чтобы вкладывать в него немалые деньги? Что может дать это приобретение и будет ли оправдано такое вложение средств?

principi_raboty_3dscanera-6.jpg

Трехмерное сканирование стало неотъемлемой частью любого современного производственного процесса


Для того, чтобы понять, насколько вам необходимо данное оборудование, мы перечислим его преимущества и недостатки.

Преимущества:

  • Дают возможность сканировать объекты, расположенные на удаленном расстоянии и в недоступных для присутствия местах.

  • Обладают способностью «считывать» не только цвета и изображения, но и передавать текстуру поверхности.

  • Существенно ускоряют процесс «снятия» данных с любого объекта, даже очень сложного по форме, с большим количеством плоскостей.

  • Разнообразие моделей позволяет подобрать наиболее удобный вариант сканера, в том числе ручной или портативный, который легко можно взять с собой.

Недостатки:

  • Некоторые сканеры не способны распознавать прозрачные или черно-белые предметы. В этом случае требуется их предварительная подготовка (обработка специальным составом).

  • Не всегда корректно отображаю сложные объекты, с большим количеством вставок и перегородок.

  • Для получения качественного результата требуют умений и навыков работы с определенными компьютерными программами по созданию 3д моделей.

  • При постоянном нарушении правил эксплуатации может возникнуть необходимость в дорогостоящем ремонте оборудования.

Если вам нужны высокоточные и качественные трехмерные копии объектов, то тут без 3д сканера не обойтись. Он дает возможность работать практически в любых условиях — в помещении и на выезде, и с любыми предметами по виду и размеру. Неудивительно, что сейчас эти устройства очень востребованы, что порождает ежегодный выпуск большого количества моделей, из которых вы всегда сможете подобрать подходящую вам по качеству и цене.

Что следует учитывать при выборе 3D-сканера

Рынок компьютерного оборудования предлагает огромное количество всевозможной техники, в том числе и аппаратов для трехмерного сканирования. Сориентироваться в том разнообразии бывает порой совсем не просто: одних покупателей волнует исключительно стоимость, других интересует количество опций (иногда абсолютно бесполезных), ну а самые дальновидные смотрят на соотношение первого и второго.


principi_raboty_3dscanera-7.jpg

Выбор подходящего 3д сканера — дело ответственное


Учесть все технические моменты, которые могут значительно повлиять на то, какой результат будет в итоге достигнут, не всегда просто. Мы подскажем вам, на что следует обратить внимание, если вы задумались о покупке 3д сканера.

Ориентируйтесь на следующие параметры:

  • Насколько высока точность 3д сканера. Это — одна из самых важных характеристик. На нее надо ориентироваться в первую очередь.

  • Разрешающая способность также играет не последнюю роль. Вытекает из первого, так как именно от разрешения зависит точность измерений и качество копирования.

  • В каком диапазоне работает устройство, насколько близко/далеко может находиться от объекта сканирования.

  • Поле сканирования — параметры того предмета, вещи, которую способен обработать за 1 сеанс.

  • Захватывает ли сканер различные нетипичные виды поверхностей со сложным рельефом — каналами, перегородками, отверстиями и т.д.).

  • Портативность, мобильность устройства — то, насколько легко его можно перемещать при желании, брать с собой, его размеры.

  • Время, которое требуется на подготовку к работе, а также длительность самого процесса оцифровки.

  • Диапазон возможностей в плане копирования: есть ли какие-либо ограничения по формам, текстурам, материалу, а также условиям эксплуатации — температуре, освещенности и т. д.

Конечно, чем лучше качество работы 3д сканера — тем он дороже. Тем не менее, вы должны ориентироваться прежде всего на те задачи, которые перед вами стоят, а уже потом принимать во внимание все остальное.

Области применения

Трехмерные сканеры востребованы во многих сферах человеческой жизни. Они незаменимы как в промышленности, так и для бытовых нужд. Спектр их применения настолько широк, что можно перечислять очень долго. Проще сказать, где они не нужны.

Самые распространенные области использования — это, конечно, медицина, промышленность, архитектура, строительство, киноиндустрия и дизайн.

Например, в стоматологии эти устройства позволяют создавать сверхточные трехмерные модели зубных протезов. Один из видов такого сканера — это AutoScan DS-EX PRO от Shining 3D, который прекрасно справляется со множеством задач и при этом вполне доступен по цене и надежен. 

principi_raboty_3dscanera-8.jpg

3д сканер, используемый в медицинских целях


В инженерном деле также не обойтись без подобных технологий. Цифровые прототипы зданий сейчас получить гораздо проще и быстрее, чем раньше, когда для этого требовались множественные замеры вручную с последующим занесением их в базу данных. Любой физический объект сейчас можно воссоздать в трехмерном форме, причем, в кратчайшие сроки и с минимальной погрешностью.

В кинотеатрах мы можем наблюдать воочию «оживших» фантастических персонажей, при создании которых применялась технология захвата движений, что позволило их сделать максимально реалистичными и впечатляющими. Это было бы невозможно без 3д сканеров.

Еще несколько десятилетий назад трудно даже было представить себе все то, чем мы сегодня пользуемся постоянно. И во многом это стало достижимым благодаря трехмерной оцифровке. Такой подход дает огромные преимущества в работе (особенно техническим специалистам — инженерам, проектировщикам, дизайнерам), однако, чтобы использовать их по максимуму, необходимо также разбираться и в компьютерных программах для 3д сканирования. 

Подробнее на эту тему мы поговорим в одной из наших следующих статей. И если вы хотите узнать об этом больше — следите за обновлениями.



#Полезное
Эксперт в области аддитивных и субтрактивных технологий, 3D-оборудования и ЧПУ станков с опытом работы более 10 лет.
Все материалы

Остались вопросы?

Наши специалисты помогут с выбором 3D-оборудования или аксессуаров, проконсультируют по любым вопросам.

Нашли дешевле?

Нашли дешевле?

Ваш запрос успешно отправлен.

Как только он будет обработан, менеджеры нашей компании свяжутся с вами.

Купить в один клик

Запросить КП

Форма программы Trade-in

Добавить отзыв

Заполните форму