Лазерный контроль геометрических параметров

Лазерное 3D-сканирование и портативные КИМ для контроля геометрических параметров и обратного проектирования

Лазерное 3D-сканирование позволяет контролировать геометрические параметры крупногабаритных изделий сложной формы, линейные и угловые размеры, проводить полный анализ отклонений формы от эталонной модели, а также быстро и легко восстанавливать конструкторскую документацию на изделие в случае ее отсутствия или утраты.

3D-сканеры — это устройства для трёхмерных измерений, которые используются для получения данных о реальных объектах для их последующей обработки и анализа с использованием цифровых технологий РИС 1. 3D-сканерам не требуется контактировать со сканируемым объектом, они могут применяться для полного или частичного 3D-измерения любого материального объекта. Большинство данных устройств генерирует точки чрезвычайно высокой плотности по сравнению с традиционными контактными устройствами измерения, что дает значительно больше информации об измеряемом объекте. В статье мы рассмотрим оборудование для трехмерных измерений компании Creaform, а также области его применения и преимущества перед другими системами.

Одними из самых известных моделей метрологического оборудования компании Creaform являются MetraSCAN и HandyPROBE. MetraSCAN — это лазерный 3D-сканер, предназначенный для высокоскоростного сканирования и проведения прецизионных измерений крупногабаритных объектов сложной формы. HandyPROBE — портативная координатно-измерительная машина, заменяющая традиционные измерительные руки, она позволяет измерять объекты простой формы (плоскости, конусы, цилиндры и т.д.) и сохранять результаты измерений в виде САПР-данных РИС 2.

Принцип действия лазерного 3D-сканера

Принцип действия лазерного сканера построен на триангуляционном методе измерения расстояния до объекта. Суть этого метода в следующем: исходящий из источника луч лазера, отличающийся от обычного света высокой параллельностью пучка, падает на поверхность. Далее часть падающего пучка отражается от этой поверхности и попадает в приемник РИС 3.

На приемнике линза фокусирует отраженный луч на ПЗС-матрице, где положение яркого пятна на матрице показывает направление входящего луча, т. е. угол между лазерным лучом и возвращенным светом РИС 4.

Угол отражения лазера изменяется в зависимости от расстояния до объекта и, таким образом, изменяется положение точки лазера на приемнике. Учитывая, что источник лазерного луча и приемник фиксированы и расположены на определенном расстоянии, мы можем измерить угол отражения простым геометрическим построением РИС 5.

В итоге мы знаем три параметра: расстояние от приемника до источника (AB), угол между лучом, испущенным лазером, и линией приемник-лазер (∠CAB) и угол между отраженным лучом и линией приемник-лазер (∠CBA). По этим трем параметрам можно восстановить все стороны и углы треугольника и, в том числе, расстояние до объекта.

Принцип действия системы слежения (трекер

Для определения положения сканера MetraSCAN и беспроводного зонда HandyPROBE в пространстве применяется система слежения РИС 6. На самом сканере и измерительном зонде расположены специальные светоотражающие метки, положение которых и считывается системой. представляет собой две камеры слежения, расположенные на определенном расстоянии. Камеры в каждый момент времени должны считывать не менее трех меток для оптимального отслеживания сканера (измерительного зонда). Расстояние между метками на оборудовании заранее определено.

Cчитывание меток основано на методе триангуляции РИС 7.

Подтверждение точности измерений 3D-сканера и портативной КИМ

Одной из основных технических характеристик оборудования является «объемная точность». Так как мы имеем дело с данными сканирования (облаком точек), и все измерения проводятся в специальном программном обеспечении, часто возникает вопрос: что же такое объемная точность и что мы имеем в результате исследования. Исходя из классического определения точности — характеристика качества измерений, отражающая степень близости результатов измерений к истинному значению измеряемой величины — рассмотрим схему, изображенную на РИС 8.

Каждая полученная точка со сканера MetraSCAN или HandyPROBE лежит в пределах сферы, центром которой является «истинная» точка и диаметр которой равен точности измерительного прибора (в нашем случае 0,085 мм).

В подтверждение точности измерений оборудования компании Creaform было произведено измерение эта лонной меры, калиброванной при помощи КИМ и представляющей собой две сферы и два конуса, расположенные на определенном расстоянии РИС 9. Из Таблицы 1 видно, что погрешность результатов измерений не превышает заявленную точность оборудования 0,085 мм.

Таблица 1 Результаты измерений эталонной меры, калиброванной при помощи КИМ

Источник

Лазерное 3D-сканирование и портативные КИМ для контроля геометрических параметров и обратного проектирования

Лазерное 3D-сканирование позволяет контролировать геометрические параметры крупногабаритных изделий сложной формы, линейные и угловые размеры, проводить полный анализ отклонений формы от эталонной модели, а также быстро и легко восстанавливать конструкторскую документацию на изделие в случае ее отсутствия или утраты.

3D-сканеры — это устройства для трёхмерных измерений, которые используются для получения данных о реальных объектах для их последующей обработки и анализа с использованием цифровых технологий РИС 1. 3D-сканерам не требуется контактировать со сканируемым объектом, они могут применяться для полного или частичного 3D-измерения любого материального объекта. Большинство данных устройств генерирует точки чрезвычайно высокой плотности по сравнению с традиционными контактными устройствами измерения, что дает значительно больше информации об измеряемом объекте. В статье мы рассмотрим оборудование для трехмерных измерений компании Creaform, а также области его применения и преимущества перед другими системами.

Одними из самых известных моделей метрологического оборудования компании Creaform являются MetraSCAN и HandyPROBE. MetraSCAN — это лазерный 3D-сканер, предназначенный для высокоскоростного сканирования и проведения прецизионных измерений крупногабаритных объектов сложной формы. HandyPROBE — портативная координатно-измерительная машина, заменяющая традиционные измерительные руки, она позволяет измерять объекты простой формы (плоскости, конусы, цилиндры и т.д.) и сохранять результаты измерений в виде САПР-данных РИС 2.

Принцип действия лазерного 3D-сканера

Принцип действия лазерного сканера построен на триангуляционном методе измерения расстояния до объекта. Суть этого метода в следующем: исходящий из источника луч лазера, отличающийся от обычного света высокой параллельностью пучка, падает на поверхность. Далее часть падающего пучка отражается от этой поверхности и попадает в приемник РИС 3.

На приемнике линза фокусирует отраженный луч на ПЗС-матрице, где положение яркого пятна на матрице показывает направление входящего луча, т. е. угол между лазерным лучом и возвращенным светом РИС 4.

Угол отражения лазера изменяется в зависимости от расстояния до объекта и, таким образом, изменяется положение точки лазера на приемнике. Учитывая, что источник лазерного луча и приемник фиксированы и расположены на определенном расстоянии, мы можем измерить угол отражения простым геометрическим построением РИС 5.

В итоге мы знаем три параметра: расстояние от приемника до источника (AB), угол между лучом, испущенным лазером, и линией приемник-лазер (∠CAB) и угол между отраженным лучом и линией приемник-лазер (∠CBA). По этим трем параметрам можно восстановить все стороны и углы треугольника и, в том числе, расстояние до объекта.

Принцип действия системы слежения (трекер

Для определения положения сканера MetraSCAN и беспроводного зонда HandyPROBE в пространстве применяется система слежения РИС 6. На самом сканере и измерительном зонде расположены специальные светоотражающие метки, положение которых и считывается системой. представляет собой две камеры слежения, расположенные на определенном расстоянии. Камеры в каждый момент времени должны считывать не менее трех меток для оптимального отслеживания сканера (измерительного зонда). Расстояние между метками на оборудовании заранее определено.

Cчитывание меток основано на методе триангуляции РИС 7.

Подтверждение точности измерений 3D-сканера и портативной КИМ

Одной из основных технических характеристик оборудования является «объемная точность». Так как мы имеем дело с данными сканирования (облаком точек), и все измерения проводятся в специальном программном обеспечении, часто возникает вопрос: что же такое объемная точность и что мы имеем в результате исследования. Исходя из классического определения точности — характеристика качества измерений, отражающая степень близости результатов измерений к истинному значению измеряемой величины — рассмотрим схему, изображенную на РИС 8.

Каждая полученная точка со сканера MetraSCAN или HandyPROBE лежит в пределах сферы, центром которой является «истинная» точка и диаметр которой равен точности измерительного прибора (в нашем случае 0,085 мм).

В подтверждение точности измерений оборудования компании Creaform было произведено измерение эта лонной меры, калиброванной при помощи КИМ и представляющей собой две сферы и два конуса, расположенные на определенном расстоянии РИС 9. Из Таблицы 1 видно, что погрешность результатов измерений не превышает заявленную точность оборудования 0,085 мм.

Таблица 1 Результаты измерений эталонной меры, калиброванной при помощи КИМ

Источник

Лазерные 3D-сканеры: области применения и обзор моделей

Лазерное 3D-сканирование — создание цифровой модели физического тела при помощи луча лазера. Технология бесконтактная, работает на близких и дальних расстояниях, исключает повреждения объектов во время сканирования. Принцип работы лазерных 3D-сканеров: направленный лазерный луч отражается от поверхности предмета, образуя облако точек. Каждая точка имеет свои координаты в пространстве. Программное обеспечение определяет их и создает готовую трехмерную цифровую модель на основе этих данных.

Из обзора вы узнаете, где применяют лазерное сканирование и какое оборудование используют для решения связанных с ним задач.

Назначение лазерных сканеров

В сравнении с традиционными способами измерения, лазерные сканеры имеют важное преимущество — они могут оцифровывать объекты со сложными поверхностями и работать в труднодоступных для человека местах. Основные сферы применения приборов — входной и выходной контроль качества на производстве, инспекция работающих приборов с целью профилактики и устранения дефектов, реверс-инжиниринг и другие области.

Строительство, реконструкция и ремонт объектов

В ходе подготовки проекта здания необходимо оценить особенности участка и стоимость предстоящих работ. С помощью лазерных 3D-сканеров создают модель ландшафта, на базе которой ведутся дальнейшие работы. В процессе строительства требуется промежуточный контроль геометрии будущих зданий: стен, углов, проемов и т.п. Лазерное сканирование справляется с этой задачей точнее и быстрее привычных измерительных технологий.

Основой для внешней или внутренней реконструкции часто является точная цифровая модель, на базе которой планируют изменения и дополнения в текущем интерьере или экстерьере. В этой сфере также незаменимы лазерные сканеры.

Дорожные сети и транспорт

Лазерное сканирование становится неотъемлемой частью планирования и создания городских и загородных дорожно-транспортных сетей, тоннелей, пешеходных участков, железных дорог, портов. Технологию используют для оценки текущего состояния покрытий, планирования и оценки стоимости ремонтных работ, для получения моделей многолетних конструкций, например, мостов. Оборудование задействовано в проектировании, изготовлении, ремонте и тюнинге автомобилей, воздушного транспорта и судов.

Объекты коммунального хозяйства

При помощи лазерных 3D-сканеров стала возможным быстрая оцифровка и документирование инженерных коммуникаций. Сканирование значительно экономит время при техническом обслуживании и реконструкции. Устройства работают дистанционно, минимизируют риски людей при работе в неблагоприятных условиях и на труднодоступных участках.

Нефтедобывающие установки

Нефтедобывающие комплексы, расположенные в воде, нуждаются в постоянном контроле рабочих процессов. Объекты регулярно подвергаются неблагоприятным и переменчивым воздействиям окружающей среды: ветров разной силы и направлений, течений, перепадов температур и т.п. Лазерное 3D-сканирование становится неотъемлемой частью инспекции нефтедобывающих установок. Оборудование позволяет быстро определять и фиксировать деформации и другие повреждения, контролировать износ, рассчитывать сроки планового технического обслуживания, предотвращать аварии.

Судебная экспертиза

На смену фотографиям и ручным измерениям в следственных процессах и судмедэкспертизе приходит лазерное 3D-сканирование. Приборы создают трехмерные модели мест происшествия с точной фиксацией расположения объектов и расстояний между ними. Данные используют в процессе досудебных и судебных разбирательств.

Другие области применения

Лазерные 3D-сканеры облегчают и оптимизирует рабочие процессы в следующих областях:

Обзор моделей и производителей

FARO Focus

FARO входит в пул популярных производителей лазерных сканирующих устройств. Новые приборы серии S модельного ряда Focus3D выделяются на фоне других сканеров легкостью и компактными размерами, а также возможностью работать в условиях яркого солнечного освещения и поддерживать связь с участком расположения при помощи GPS.

Сканер FOCUS 3D S 150 работает на расстоянии до ста пятидесяти метров, с точностью на максимальной дистанции до ±2000 мкм. Прибор используют в дизайне, архитектуре и строительстве, для оцифровки оборудования и других объектов.

Узнать больше об этой модели вы можете на сайте.

Focus3D S 350 сканирует с такой же точностью, как и предыдущий прибор, однако расстояние до объекта измерений увеличено до 0,35 км. Устройство разработано для работы вне помещений.

SHINING 3D

FreeScan — линейка известного китайского производителя цифрового оборудования SHINING 3D. Это универсальные лазерные ручные 3D-сканеры FreeScan X5 (X5+), FreeScan X7 (X7+) весом до 1 кг, с отличными набором профессиональных характеристик.

Основные параметры:
Технические характеристики

Creaform

Отличительные особенности модельного ряда SCAN 3D компании Creaform — высокое качество сканирования в сочетании с простотой использования. Портативные лазерные сканеры HandySCAN 3D, MetraSCAN 3D обладают понятным интерфейсом, не требуют специальных навыков и сложного обучения пользователя.

ScanTech

Модельный ряд Handheld

Источник: cmmxyz.com

Серия устройств HandHeld Prince работает на базе синих и красных лазерных лучей, что позволяет сканировать с высокой точностью крупные и мелкие объекты. Сканеры могут работать в условиях яркого солнечного света и при недостаточном освещении. Благодаря компактному размеру, высокой скорости и детализации, оборудование широко используют в обратном проектировании, инспекции качества, оцифровке музейный, археологических и других объектов.

Серия Composite

Кроме режима двойного сканирования KSCAN20 оснащен системой фотограмметрии, благодаря которой рабочая область прибора составляет 2,5м*3м с точностью до 35 мкм/м.

Синий и красный лазеры обеспечивают высокоскоростное сканирование до 650 тыс измерений в секунду с разрешением 0,01 мм.

Области применение лазерных 3D-сканеров

Уменьшение финансовых и временных затрат в строительстве с помощью FARO Focus

Построение цифровой модели воздуховодов и других систем позволили избежать ошибок при монтаже физических объектов, который мог занимать несколько недель. Использование FARO Focus при сборке водопроводных, электрических и механических установок помогло оптимизировать затраты на всех этапах работы

Кейс “Модернизация корпуса Университета Майами”

На момент начала работ в распоряжении архитекторов были чертежи, сделанные 85 лет назад, и чуть больше 4,5 тысяч квадратных метров старой постройки. Используя лазерный 3D-сканер, специалисты Gilbane оцифровали учебные площади за один рабочий день. Модернизация несущих конструкций, а также основных коммунальных систем: водопровода, электрики и вентиляции, базировалась на данных, полученных при сканировании.

Инспекция качества с помощью ScanTech

Преимущество технологии штамповки металла, перед ковкой и литьем, заключается в меньшем весе и толщине получаемых деталей. Использование пресс-форм дает высокую точность и максимальное соответствие полученных деталей заданным характеристикам, однако полностью не исключает отклонений и деформаций. Что, в свою очередь, может привести к трудностям при сборке готовых изделий и снижению качества продукции. Поэтому постоянная инспекция качества является необходимой составляющей производства.

Разобравшись в задачах производителя, специалисты ScanTech предложили проверять качество штампованных деталей при помощи лазерного сканера PRINCE. Возможность переключения режимов синего и красного лазера позволили устройству объединить функционал традиционных портативных и метрологических 3D-сканеров. Режим работы с активным лучом красного лазера обеспечивает быструю оцифровку предметов. В случае повышенных требований к точности и детализации, включают режим синего лазерного луча.

На фото представлены этапы работы:

1. Установка маркеров — занимает около двух минут.

2. Оцифровка детали — занимает около трех минут.

3. Выявление отклонений — длится 3 минуты.

Цифровая модель демонстрирует параметры и отклонения, позволяет исправлять ошибки на этапе проектирования. Кейс наглядно показывает, что процесс потребовал минимум времени и усилий.

Использование 3D-сканеров FARO в мировом турне Джастина Тимберлейка

Декорациями к программе Тимберлейка под названием «Man of the Woods» стали “ожившие” на сцене природные пейзажи. Сначала команда ScanLAB оцифровала ряд уголков леса в Американском штате Орегон. Затем лазерные проекторы направляли изображения над зрительным залом и сценой, рисуя удивительные картины Портлендского ландшафта на подвешенных в воздухе полупрозрачных полотнах.

Для подготовки визуальных эффектов использовали два лазерных сканера Faro Focus X 330, программное обеспечение Faro Scene 6.2. Всего потребовалось 40 цифровых копий и 1 рабочий день в концертном зале.

Учитывая ограниченное время для подготовки, большие площади поверхностей для демонстрации изображения и, соответственно, потребность в высоком разрешении картинки, создание визуальных эффектов в короткие сроки без использования выбранной технологии было невозможно.

Рекомендации по подбору лазерных 3D-сканеров

В обзоре мы познакомили вас с оборудованием лидеров рынка с отличной репутацией. Все описанные приборы имеют высокие рабочие показатели, поэтому мы рекомендуем обратить внимание на эти устройства для использования в различных сферах:

Итоги

Рассмотренные примеры наглядно доказывают, что применение лазерного 3D-сканирования оптимизирует рабочие процессы во множестве сфер. Круг задач, решаемых при помощи лазерных 3D-сканеров, постоянно расширяется.

Купите профессиональный лазерный 3D-сканер в Top 3D Shop — опытные специалисты помогут подобрать наиболее подходящее для вашего бизнеса оборудование, ПО, предложат проект модернизации производства.

Источник