1.4 Техническое проектирование

Сейчас сканирование технических объектов один из наиболее развивающихся направлений применения лазерного сканера в России. Работы по получению данных о технических объектах с помощью сканирования несут название реинжинеринговых (или работ по обратному проектированию).

По полученным данным сканирования в первую очередь производится анализ качества модели. Причем в отличие от художественных объектов технические требуют наибольшей точности воспроизведения и получения математической модели(CAD модели). Сложность так же заключается и в том, сам процесс сканирования зачастую не позволяет получить информацию о скрытых частях объекта. По-большому счету эта проблема решается путем достраивания («додумывания») модели в программном пакете (чаще всего это удается сделать с большой точностью).

Сырой материал, получаемый на выходе сканера, - это облако точек. Естественно, что для работы в конструкторских программах необходима дополнительная обработка модели и до недавнего времени существовала проблема перевода облака точек в «твердое тело» (mesh to solid). Сейчас созданы программные продукты (например, RepidFormXO компании INUS Technology), позволяющие с одной стороны повторить поверхность объекта, с другой стороны получить модель, доступную конструкторским программам.

Точность лазерного сканера составляет несколько долей миллиметра, поэтому CAD модель, в конечном счете, будет передавать все дефекты исходного объекта. Т.е. в результате реинженеринговых работ мы получим точную копию объекта, по которой возможен анализ расхождения с теорией (контроль качества). Понятно, что это имеет огромное значение на производстве, где комплекс работ по обратному проектированию позволяет выявить те места в производственном цикле, которые и дают дефекты на моделях.

1.5 Возможные применения

Классификация областей применения 3D-сканеров носит условный характер и не ограничивается перечисленными выше пунктами. Рынок данной технологии в России только развивается. Мы существуем в объемном мире, а метод 3D-сканирования позволяет зафиксировать объемное тело. Технология сканирования ни в коем случае не является альтернативой мастерству дизайнера, так же как компьютер не стал альтернативой образно и логически мыслящему человеку. Устройство только расширило список доступных для реализации задач, а также открыло новые перспективы перед дизайнерским искусством и инженерным гением. Область применения системы 3D-сканер + компьютер с прикладным программным обеспечением + оператор неуклонно расширяется: от кинематографии и военной сферы до самолетовождения и космонавтики. Область применения системы ограничена исключительно нашей фантазией.

Используемый сканер

В данной работе использовался лазерный 3D-сканер VI-910 производства "Konica Minolta" (фото 1) .

Вот его некоторые характеристики.

Операция сканирования одного элемента в зависимости от заданного режима занимает от 0,3 до 2,5 сек, при этом сохраняется высокая точность воспроизведения геометрической формы макета - до ¦ 0,1 мм. Кроме того, сканер компактен и легко т ранспортируется. Его габариты: 213 мм ¦ 413 мм ¦ 271 мм при весе 11 кг. Массогабаритные характеристики сканера позволяют обойтись без перемещения самого объекта съёмки, а возможность управления сканером и обработки изображений с использованием ноутбука лишний раз подчеркивает мобильность системы в целом (фото 2).

Цветопередача 24-битная в цветовой системе RGB. 3 D-сканер имеет три сменных объектива с различными фокусными расстояниями (фото 3):

• теле/фотообъектив (фокусное расстояние f=25 мм) с минимальным полем зрения, обеспечивает повышенную точность;

• средний (f=14 мм);

• широкоугольный (f=8 мм), позволяющий получать 3D-модели с большим охватом, но с большой потерей качества отображения поверхности.

Оптимальной дистанцией, на которой следует располагать аппарат относительно объекта, является диапазон 0,6-1,2 м, максимальная дистанция - 2,5 м. Минимальная площадь, охватываемая в нормальном к оси сечении, при указанных дистанциях составляет 111 мм ¦ 83 мм, максимальная - 1196 мм ¦ 897 мм.

VI-910 применяется для сканирования объектов примерно от 10 см до 2 метров с учетом специфики рельефа. Метод измерения основан на триангуляции

П ринцип работы 3D-сканера заключается в следующем: пучок, излучаемый лазером, направляется поворотным зеркалом на объект, отражаясь от которого непосредственно через объектив, попадает снова в аппарат, где и регистрируется встроенной цифровой камерой. Согласование включения лазера с электромеханическим приводом зеркала осуществляется в автоматическом режиме. Освещённость, обеспечиваемая самим же лазерным пучком, достигает 500 лк. Это очень удобно, т. к. не требуется мер для создания дополнительного освещения. Управлять процессом сканирования можно как с помощью компьютера, так и вручную, с использованием жидкокристаллического LCD-дисплея (фото 4), расположенного на задней панели сканера.

Выше находятся изображения внешнего вида устройства и схема хода луча.

Первичная фокусировка на объект происходит с помощью оптической системы, далее гальванометрическим зеркалом, находящимся в лазерной системе выставляется угол, под которым будет выходить луч лазера. Таким образом, мы имеем заранее известное расстояние между оптической и лазерной системой, фокусное расстояние и угол, далее по теореме синусов вычисляется пространственное расположение точек на объекте по координатам x,y,z.

Все нижеследующие примеры были получены с использованием данного сканера и являются конечными моделями.