Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ 3D СКАНИРОВАНИЯ

Лысыч М.Н. 1 Шабанов М.Л. 1 Романов В.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
Приведена история возникновения объемных измерительных систем и основные области их применения в современном обществе. Дана классификация объемных измерительных систем. В соответствии с используемой классификацией, приведены примеры оборудования с техническими характеристиками и областями применимости. на основе приведенных данных представлен сравнительный анализ различных систем объемного сканирования по их точности.
3D сканирование
оборудование
3D сканеры
координатно-измерительные машины
точность
1. 3D-сканирование в интересах 3D-моделирования [Электронный ресурс] / URL: http://www.comprice.ru/articles/detail.php?ID=40134 – Загл. с экрана. (дата обращения: 17.06.2014)
2. Обзор производителей оптических измерительных систем и их продукции: часть I [Электронный ресурс]. – URL: http://mastermodel.ru/articles/obzor-proizvoditeley-opticheskih-izmeritelnyh-sistem-i-ih-produkcii-chast-i. – Загл. с экрана. (дата обращения: 17.06.2014).
3. Мобильные координатно-измерительные машины серии FARO Edge Arm [Электронный ресурс] / URL: http://www.tesis.com.ru/equip/kimfaro/edge.php – Загл. с экрана. (дата обращения: 17.06.2014).
4. TESA MICRO-HITE 3D [Электронный ресурс]. – URL: http://www.soyuzcom.ru/index.php?page= catalog&tid=100035 – Загл. с экрана. (дата обращения: 17.06.2014).
5. КИМ 750 ООО «Лапик» [Электронный ресурс] / URL: http://www.lapic.ru/prod/models/?m1=2 – Загл. с экрана. (дата обращения: 17.06.2014).

Изобретателем пространственных измерительных систем принято считать Леонардо да Винчи, на эскизах которого, хранящихся в Лувре, можно видеть раздвижные мачты «мерила», установленные на телеге, в которую запряжена четверка лошадей. Двое рабов вращают ворот механизма наведения, рядом с повозкой стоит счетовод, вычисляющий координаты крайней точки верхней мачты. Разумеется, ни о каком практическом использовании этого устройства в то время не могло быть и речи: более простые средства измерения обеспечивали на порядки большую точность.

Второе рождение объемных измерительных систем произошло в конце 20 века, когда уровень технологий позволил начать производство достаточно точных координатных машин с достаточно низкой себестоимостью.

Можно выделить два основных метода используемых в системах объемного сканирования – контактный и бесконтактный.

На данный момент наиболее широко применяются измерительные системы с бесконтактными лазерными датчиками, заменившими контактные сенсоры, и цифровая фототехника, позволяющая более точно сканировать объекты и получать текстурную модель.

Лазерные трехмерные сканеры работают как с мелкими, так и с очень крупными объектами, что также расширяет область их применения в самых различных отраслях.

Широкое применение объемные измерительные системы нашли прежде всего в инженерии. Вопросы проектирования, контроля и инспектирования объектов – это их основные области деятельности. Они применяются на этапах изготовления объемных макетов, испытания и доводки с последующим выпуском соответствующей документации.

Технологии 3D сканирования также применяются в строительстве, архитектуре, медицине, киноиндустрии, музейном деле, промышленном дизайне и в индустрии развлечений, например, при создании компьютерных игр.

С помощью трехмерного сканирования можно оцифровывать культурное наследие, археологические объекты, предметы искусства. Широкое применение трехмерное сканирование нашло в медицинском протезировании и цифровом архивировании [1].

Приведем классификацию объемных измерительных систем на рис. 1.

Ручной 3D сканер ZScanner 700 (рис. 2, а) позволяет с легкостью сканировать различные предметы, обходя и снимая их со всех сторон. 3D сканер работает как обычная видеокамера, снимая при этом трехмерные поверхности со скоростью до 15 поверхностей в секунду. Поэтому процесс сканирования объектов становится исключительно простым – необходимо обойти и отснять объект с различных ракурсов. В дальнейшем все эти поверхности объединяются в единую модель с помощью специального программного обеспечения [2].

lis1.tif

Рис. 1. Классификация оборудования для 3D сканирования

а б

lis2.tif

Рис. 2. 3D сканеры: а – ручной сканер ZScanner 700; б – оптическая система оцифровки и измерений ATOS II

Оптическая система оцифровки и измерений ATOS II (рис. 2, б) позволяет за короткое время с высокой точностью оцифровать объект с поверхностью любой сложности и получить его компьютерную модель. Системы применяется в автомобилестроении, турбостроении, авиастроении и аэрокосмической промышленности (оцифровка наружной поверхности, интерьера и отдельных компонентов), а также в разработках для производства бытовой техники и в медицине [2].

Мобильная координатно-измерительная машина FARO EDGE (рис. 3, а) сочетает высокую мобильность, точность и универсальность при сравнительно невысокой цене и малом весе. Улучшенная конструкция балансира и правильное распределение веса элементов «руки» позволяют оператору работать эффективнее.

Помимо температурных датчиков, которые вносят корректировки в результат измерения, имеются датчики сдвига. Они позволяют правильно установить КИМ для измерений.

Встроенный сенсорный компьютер, с интегрированным интуитивно простым программным обеспечением, позволяет проводить несложные геометрические измерения без использования ноутбука или стационарного компьютера [3].

Компактные координатно-измерительные машины TESA MICRO-HITE (рис. 3,б) имеют ряд уникальных особенностей. Занимая среднее положение между ручным инструментом и традиционными КИМ они позволяют обеспечить высокую точность и универсальность значительно сэкономив на сложном роботизированном приводе [4]. 

lis3.tif

Рис. 3. Координатно-измерительные машины с ручным приводом: а – мобильная координатно-измерительная машина FARO EDGE; б – компактная координатно-измерительная машина TESA MICRO-HITE

КИМ-750 производства ООО «Лапик» (рис. 4) обладает самой высокой точностью среди аналогов. Она занесена в список НАТО как потенциально опасная технология двойного назначения.

Конструкция КИМ обеспечивает шесть степеней свободы рабочего органа, шесть одновременно и согласовано управляемых осей перемещения. Жесткость конструкции превосходит аналоги в 5 раз. Измерительная система отделена от силовой, что обеспечивает долговременную стабильность характеристик в повышении точности измерений [5].

На рис. 5 представлен сравнительный анализ точности различных систем сканирования и универсального цифрового измерительного инструмента.

lis4.tif

Рис. 4. Координатно-измерительная машина КИМ-750 производства ООО «Лапик»

lis5.tif

Рис. 5. Сравнительный анализ точности различных систем сканирования и универсального цифрового измерительного инструмента

Системы объемного сканирования могут решать измерительные задачи любой сложности в машиностроении, архитектуре, медицине и множестве других областей.

Уникальные возможности обеспечивают измерение объектов очень больших размеров и сложной формы, позволяют создавать математические модели объектов, с возможностью их хранения, анализа и измерения.


Библиографическая ссылка

Лысыч М.Н., Шабанов М.Л., Романов В.В. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ 3D СКАНИРОВАНИЯ // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 12-2. – С. 170-174;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=34955 (дата обращения: 03.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074