Руководство для начинающих по 3D сканированию и фотограмметрии

Исходные данные

Советский реактивный истребитель МиГ-19 — первый в мире серийный сверхзвуковой самолет. Его длина составляет 10 метров, а вес около 7500 кг. Левое крыло самолета находится в плохом состоянии и может иметь некоторую степень повреждения. Задача состоит в том, чтобы отсканировать левое крыло и реконструировать его, чтобы инженеры могли восстановить поврежденную часть.

В качестве оборудования используется промышленный 3D сканер KSCAN-Magic. Этот портативный 3D сканер для реверс-инжиниринга предлагает пять рабочих режимов: сканирование большой площади, быстрое сканирование, точное сканирование, сканирование глубоких отверстий и встроенная система фотограмметрии. Эти функции гарантируют, что KSCAN-Magic может решать различные задачи 3D сканирования с превосходным качеством. Он может легко фиксировать данные о сложных поверхностях с точностью до 0,020 мм.

Способы и методы работы

Подготовка 

Что нужно сделать перед сканированием?

Залог успешного 3D сканирования - точная настройка оборудования. Первым шагом является калибровка 3D сканера с помощью калибровочной панели, которая обязательно проводится после транспортировки оборудования на большие расстояния. Затем необходимо настроить сканер в соответствии с условиями окружающей среды, поверхностью и формой сканируемого объекта.

Что следует учитывать при сканировании вне помещения

Окружающий свет может повлиять на точность сканирования и время сканирования. Когда дело доходит до сканирования вне помещения, традиционные сканеры, чувствительные к условиям освещения, могут дать результат с высокой степенью погрешности. Выбранный оптический ручной лазерный 3D сканер KSCAN-Magic не чувствителен к условиям освещения благодаря синим лазерам и мощным алгоритмам сканирования. Благодаря короткой длине волны синий лазер более устойчив к помехам при сканировании. Этот портативный 3D сканер также может сканировать большие поверхности за короткое время, что помогает захватывать 3D данные на открытом воздухе.

Фотограмметрия

При сканировании крупномасштабного объекта погрешность сканирования накапливается за счет большого объема сканирования. Благодаря большой области сканирования и позиционированию под разными углами фотограмметрия может уменьшить ошибки выравнивания и повысить точность сканирования.

Что такое фотограмметрия ?

Фотограмметрия — это метод измерения, который основан на фотографии объекта с разных точек зрения для извлечения трехмерных координат и геометрии. Когда дело доходит до сканирования крупного объекта длиной более 1 метра, это может повысить точность позиционирования маркеров и повысить точность получаемых данных.

KSCAN-Magic уникален тем, что сочетает в себе технологию лазерного сканирования с фотограмметрией в одной системе, что дает большую стабильность и точность даже при работе с деталями больших размеров. Поскольку в данном случае мы не сканировали весь самолет, не было необходимости использовать фотограмметрию перед сканированием.

Маркеры

Почему мы должны использовать маркеры перед сканированием?

Маркеры, также известные как опорные точки, помогают в позиционировании 3D сканера и получении 3D координат объекта. Поэтому перед сканированием необходимо поставить маркеры на объект.

Как расставить маркеры?

Рекомендуется размещать маркеры случайным образом, чтобы программа сканирования могла правильно определить их местоположение. В этом случае в большинстве мест маркеры были размещены на расстоянии 250–350 мм друг от друга.

Однако на узких участках и кромках (например, кромке крыла) целесообразно размещать их немного ближе, поскольку кромка имеет ограниченную площадь поверхности. Минимальное количество маркеров в поле сканирования на таких участках должно быть четыре.

Оптимальное расстояние сканирования

Какое оптимальное расстояние сканирования?

У каждого сканера есть оптимальное расстояние, которое должно быть между сканером и сканируемой деталью (обычно указано в руководстве к каждому сканеру). Для чёткого захвата высококачественных 3D данных важно убедиться, что вы находитесь на оптимальном расстоянии для сканера.

При движении сканера важно следить за расстоянием до объекта. Сканер перемещается таким образом, чтобы даже при сканировании под разными углами расстояние было примерно одинаковым.

Настройка разрешения

Что такое разрешение?

Разрешение - это минимальное расстояние между захваченными точками на заданном расстоянии сканирования. Чем выше разрешение, тем плотнее облако точек сканирования. Когда важны мелкие детали 3D модели, то стоит выбрать оборудование с высоким разрешением. Если нет, то для работы подходят сканеры низкого разрешения.

Разрешение, которое было установлено для сканирования этих деталей, составило 1,5 мм и было достаточным для захвата всех необходимых деталей при сохранении высокой скорости сканирования. Для получения более полных и качественных результатов рекомендуется часто менять углы сканирования и положения сканера, чтобы захватывать данные с разных направлений.

Постобработка

Что делает сканирование хорошим?

Скан, который соответствует задачам проекта, можно назвать хорошим. Уровень точности, необходимый для проектов, варьируется в зависимости от их целей, например, 3D печать, цифровое архивирование, контроль качества или создание прототипов. При разработке продукта хорошее сканирование может сэкономить время, необходимое для создания 3D модели с нуля.

Отсканированные данные импортируются в программное обеспечение для проектирования, а затем очищаются от шумов и редактируются. Поэтому для дизайнеров не будет проблемой немного отсутствующей геометрии. Для инспекции и контроля качества необходима высокая точность.

Поскольку в данном случае инженеры стремятся реконструировать левое крыло, требуется высококачественное сканирование с небольшой доработкой после сканирования.

Как очистить 3D облако точек?

После завершения 3D сканирования, некоторые части скана могут не понадобиться. Программное обеспечение ScanViewer, поставляемое вместе с KSCAN, позволяет легко редактировать 3D данные. Шумы из облака точек были удалены шумы всего несколькими щелчками мыши.

Какое программное обеспечение можно использовать?

Данные сканирования можно объединить в 3D модель и экспортировать в распространенные форматы STL, PLY или в виде файлов облаков точек в формате ASC, IGS и TXT.

Итог

Это всего лишь несколько полезных фактов и советов по 3D сканированию. Если у вас есть какие-либо вопросы о 3D сканерах, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к специалистам LIDER-3D. Мы проводим обучение работе с 3D сканерами и программным обеспечением для обработки данных. Наши специалисты всегда готовы оказать помощь и оптимизировать рабочие процессы вашего бизнеса с помощью аддитивной техники.