Триангуляционный лазерный сканер: Лазерный триангуляционный 2-D датчик LS2D от производителя

Содержание

2D лазерные триангуляционные датчики, разработка и производство 2D сканеров — ООО «РИФТЭК»

Быстродействие, точность, разрешение
Быстродействие (для полного рабочего диапазона) 484 профилей/с в стандартный режиме,
938 профилей/с в режиме DS
Максимальное быстродействие (режим ROI) 5096 профилей/с
6800 профилей/c в режиме DS
Линейность (погрешность), Z ось ±0,05% от диапазона (стандартный режим),
±0,1% от диапазона (режим DS)
Линейность (погрешность), Х ось ±0,2% от диапазона
Разрешение, Z ось 0,01% от диапазона (стандартный режим)
0. 02% от диапазона (режим DS)
Разрешение, Х ось 648 или 1296 точек (программируемое значение)
Лазер
660 нм или 405 нм или 808 нм
Class 2M по IEC/EN 60825-1:2014
Интерфейс
Основной Ethernet / 1000 Мбс
Входы синхронизации RS422, 3 канала
Вход аппаратного вкл/выкл лазера 1
Выходы RS422, 1 канал
Напряжение питания 9. ..30 В или 12...36 В для сканеров с синим лазером
Потребляемая мощность, не более 6 Вт (без нагревателя)
Устойчивость к внешним воздействиям
Класс защиты IP67
Уровень вибраций 20 г / 10…1000 Гц, 6 часов для каждой из XYZ осей
Ударные нагрузки 30 г / 6 мс
Окружающая рабочая температура, °С -20…+40 или
-40…+40 для сканеров со встроенным нагревателем или
-40…+120 для сканеров со встроенным нагревателем и системой охлаждения
Относительная влажность 5-95% (без конденсации)
Температура хранения, °С -20…+70
Материал корпуса / окон алюминий / стекло

программы для 3D-сканирования и их применение

Рассказываем о популярном и распространенном профессиональном программном обеспечении для 3D-сканирования, назначении, возможностях и особенностях программ.

Читайте статью, чтобы узнать больше.

 

Содержание

  

Источник: 3dsystems.com

Этот программный продукт позиционируется разработчиками как оптимальное решение для проведения поверхностной дефектоскопии и контроля линейных размеров различных деталей. Буквально для каждой плоскости можно задать размер и допустимое отклонение, а это значит при серийном производстве контроль качества будет занимать значительно меньше времени: достаточно один раз настроить алгоритм измерения. Для сборочных производств Geomagic Control X можно использовать для выявления дефектов в деталях, поступивших от поставщиков.

Источник: solicad.com

Возможности программы не ограничиваются только контролем. Geomagic Control X работает в связке с CAD и может быть использовано для расчета температурных деформаций, изменение размеров после литья и других.

Благодаря данному функционалу можно корректировать исходную модель, снижая издержки на возможный брак еще до того, как деталь отправится в производство.

И, наконец, данная программа для 3D-сканирования может быть использована для оценки износа и выявления дефектов в уже эксплуатируемых деталях. Алгоритмы Geomagic Control X оптимизированы для отслеживания изменений в геометрии детали, которые происходят с течением времени, что позволяет обнаруживать непредвиденные проблемы и своевременно принимать корректирующие меры. Проведение анализа тенденций и составление подробных отчетов в самой программе,позволяет предсказывать выход из строя исследуемой детали или инструмента.

Обзор некоторых возможностей программы в этом видео:

Источник: youtube.com

Программа Geomagic Design X разработана для реверс-инжиниринга. Это универсальное ПО, совместимое с любыми 3D-сканерами. После получения оцифрованного изображения пользователь может в Geomagic Design X добавить отсутствующие элементы сломанной детали, или разработать новый объект на основе старого. Преимуществом программы является удобная работа с объектами сложной формы. 

Пример обработки многолопастного ротора показан в видео:

Источник: 3dsystems.com

3D Systems Geomagic Wrap — это профессиональное приложение для оцифровки и обработки физических предметов практически любых габаритов. Разработчики озвучивают три основных сферы применения Geomagic Wrap. 

Первая — это создание трехмерных объектов для кинопроизводства и графического дизайна. 

Вторая — получение изображения скрытых от невооруженного взгляда древних артефактов в археологии.

Предполагается, что после получения скана археологи, при помощи 3D-принтера, создадут реконструкцию наскальной письменности. 

Третья — оцифровка предметов декоративно-прикладного искусства для проведения реставрационных работ.

Ключевые возможности программы показаны в видео:

  

Источник: cision.com

Компания Creaform предлагает целый комплекс, состоящий из нескольких программ для 3D-сканирования и работы с моделями, с разным функционалом и областью применения. Большинству пользователей будет наиболее интересен софт VXmodel, который предлагает массу возможностей для сканирования и переноса обработанных результатов в CAD-системы.

Источник: 3d-skenovani.cz

Само программное обеспечение обеспечивает устранение большинства дефектов сканирования и позволяет выравнивать и объединять грани модели, заполнять отверстия и снижать плотность сетки, удаляя ненужные точки.

Кроме того, VXmodel позволяет объединять несколько результатов сканирования в одну модель, что полезно при сканировании больших предметов.

Дополнительные возможности автоматического и ручного создания кривых и поверхностей, а также легкий перенос результатов работы в Solid Works и Autodesk Inventor делают этот софт практически незаменимым для тех, кому приходится много сканировать и параллельно вести “очистку” моделей от погрешностей.

Короткое видео, рассказывающее об основных возможностях программы для 3d сканирования:

  

Источник: streambend.net

FARO® — известный производитель 3D-сканеров, который предлагает собственные решения для обработки облаков точек, собранных с помощью данных устройств. Приложение совместимо как с устройствами под брендом компании, так и с большинством других.

Источник: youtube.com

Особенностью данной программы для 3D scanner-а является необычайно высокий уровень визуализации, а также возможность просмотра результатов в VR-среде. Кроме того, возможность автоматического наложения фотоизображения на полученную модель позволяет получать сканы содержащие информацию о цвете изделия.

В процессе сканирования пользователь получает информацию о уже собранных точках и прогрессе построения модели в режиме реального времени. Данное решение сэкономит вам немало времени: сканирование можно прервать, если что-то пошло не так, чтобы начать заново.

В этом видео показан принцип использования 3d сканера Faro и программы SCENE для составления 3d планов помещений и фасадов в архитектуре.

  

Источник: plm. automation.siemens.com

Solid Edge — это пакет приложений для работы с CAD-файлами. ПО предназначено, в частности, для обработки сканов. Solid Edge позволяет решать широкий спектр задач, которые возникают при реверс-инжиниринге или в ходе проектирования новых устройств.

Источник: solidedge.siemens.com

В пакет включена программа Solid Edge Wiring Design, которая облегчает проектирование электропроводки и электрических плат. Программа позволяет быстро переходить от одного элемента электроцепи к другому, то есть быстро разрабатывать весь проект.

Другая программа, Solid Edge Simulation, позволяет рассчитывать нагрузки на прототипы инженерных конструкций. Пользователь может анализировать трехмерные детали и системы, чтобы определить точность сопоставления отдельных объектов. В программе, в том числе, предусмотрены механизмы анализа динамики жидкости, теплового и переходного теплообмена между деталями или потоками жидкостей.

Примечательно, что пакет приложений рассчитан на коллективную работу, поэтому пользователям доступна облачная синхронизация проектов. Еще одна характерная особенность — приложение Solid Edge Augmented Reality, которое позволяет поместить цифровые прототипы в дополненную реальность.

Процесс разработки сложного механизма в приложении Solid Edge показан в этом видео:

  

Источник: rangevision.com

Приложение RangeVision ScanCenter предназначено для оцифровки объектов и совмещения отдельных изображений для получения скана большого объекта. Программа имеет современный минималистичный интерфейс, с инвертированной цветовой гаммой в области с пиктограммами и текстом. Главное окно программы содержит ссылки к последним сохраненным файлам, аналогично тому, как это реализовано в программах Adobe.

Это делает работу с программой более удобной.

Источник: rangevision.com

Основные нововведения в текущей версии ПО относятся к оптимизированной работе с пакетами изображений. Пользователь может деактивировать или полностью удалять из проекта отдельные изображения. В RangeVision ScanCenter реализована работа с поворотным столом, как и отсечение сегмента изображения.

Для удобства пользователей в программе имеются превентивные методы против появления ошибок по вине оператора, таких как сканирование без калибровки, сканирование без создания/открытия проекта, ошибочное усечение части изображения.

Возможности приложения продемонстрированы в видео на примерах работы с 3D-сканерами RangeVision PRO и Spectrum:

  

Заключение

Большинство программ, которые мы привели как примеры, хоть и относятся к профессиональному ПО для решения серьезных производственных задач, спроектированы таким образом, что освоить их может практически каждый.

Это программы известных производителей, ставшие практически стандартом для работы в этой области.

Если в число ваших профессиональных интересов входит работа с трехмерными цифровыми объектами или 3D-сканирование, скорее всего — наиболее функциональным решением будет работа именно с ними.


Покупайте профессиональные программы для работы с 3D-объектами в Top 3D Shop. Официальные каналы поставок, вся необходимая документация прилагается.

Узнайте больше о возможностях усовершенствовать ваше производство интеграцией нового оборудования:

Датчики Gocator – Промышленная геодезия

2ХХХ - Линейные датчики

1XXX - Точечные датчики

3ХХХ - Кадровые датчики (снэпшоты)

Преимущества :

  • Надежность
  • Долговечность
  • Малые габариты, масса и энергопотребление
  • Устойчивость к освещенности окружающей среды и световым колебаниям
  • Измерения в трехмерном пространстве позволяют получить данные, связанные с формой и положением, необходимые для управления роботом
  • Большая дальность срабатывания
  • Возможность измерять объекты с низкой контрастностью
  • Высокая повторяемость благодаря встроенной оптике, источникам излучения и предварительной калибровке
  • Простой интерфейс пользователя
  • Обработка данных в режиме реального времени или поточного производства

Датчики Gocator предназначены для высокоскоростных измерений на микронном уровне в режиме реального времени для решения широкого спектра задач.

Применение

  • Контроль размеров
  • Контроль толщины
  • Контроль деформаций
  • Контроль зазоров
  • Контроль профилей поверхностей
  • Сортировка и распознавание технологических объектов

Области промышленности

  • Металлообработка
  • Деревообработка
  • Кабельная промышленность
  • Целлюлозно-бумажная промышленность
  • Сфера строительства
  • Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП)

Принцип работы

Лазерные датчики работают по принципу триангуляции. В этом случае расстояние до объекта измеряется следующим образом: луч лазера падает на поверхность предмета, отражается от всех мелких шероховатостей и попадает обратно в приемник. Угол падения луча лазера изменяется в зависимости от расстояния до объекта, и, таким образом, изменяется положение точки лазера на приемнике, который представляет собой фотодиодную линию.

Данные с приемника считываются микроконтроллером, который рассчитывает угол распределения света на фотодиодной линии и по этим данным определяет расстояние до объекта. Применение микроконтроллера гарантирует высокую степень линейности и точности выполнения измерений. Комбинированное применение фотодиодной линии и микроконтроллера позволяет подавить интерферирующие отражения луча, и, таким образом, обеспечивает получение точных данных, даже при критических размерах поверхности измерения. Возможно измерять расстояния как до статических, так и до движущихся объектов.

Таким образом, лазерные датчики предназначены для бесконтактного высокоточного измерения и контроля размеров, толщины деформаций, положения, зазоров, профиля поверхностей, а также для сортировки и распознавания технологических объектов.

3D-сканирование, измерение и контроль сочетаются в одном устройстве – лазерном триангуляционном датчике Gocator. Все датчики заранее откалиброваны на заводе-изготовителе, поэтому пользователь может сразу подключить датчик через веб-браузер и настроить лишь время экспозиции, алгоритм пуска, инструменты пространственных измерений, способ передачи данных.

2D Лазерные сканеры

Серия сканеров O2DS Z представляет собой лазерные сканеры типа бегущий луч, разработанные для измерения 2D профиля для любого промышленного применения, для практический любой поверхности.

Данная серия  2D сканеров охватывает несколько различных измерительных диапазонов, углов сканирования и рабочих частот, позволяя выбрать именно ту модель, которая соответствует Вашим потребностям.

Малые углы сканирования и высокие частоты сканирования позволяют создавать очень высокие угловые разрешения.

Другим преимуществом принципа бегущего луча является использование одной точки в одном месте в один момент времени, а не линейной развертки лазерного луча, что позволяет добиться с помощью системы обратной связи оптимального уровня интенсивности лазерного излучения для данного участка объекта или для данной задачи.

Измерение производится с помощью отклонения лазерного луча в плоскости триангуляции на определенный угол. Максимальный угол отклонения может достигать 50°.
Точно сфокусированный лазерный пучок диффузно отражается от поверхности объекта, при этом ПЗС-камера записывает это, отраженное и прошедшее через объектив изображение.

Последующая обработка полученного изображения с помощью цифрового сигнального процессора позволяет точно определить радиальное расстояние от центра оси зеркала до поверхности объекта, а также отслеживать исходное угловое положение.

Сканеры серии O2DS Z охватывает 8 различных диапазонов измерений. Наименьший диапазон составляет 100 мм, измеряя от 200 до 300 мм, наибольший - 1300mm, измеряя от 700 до 2000 мм. Разрешение варьируется от 0,03 мм до 0,8 мм. Чем меньше диапазон измерений, тем лучше будет разрешение. Сканеры O2DS Z доступны с измерительными частотами 2 кГц или 6 кГц.

Сам сканер O2DS Z представляет собой компактный металлический блок, где собраны лазер, оптика, ПЗС-матрица и вся необходимая цифровая электроника. Все необходимые для проведения измерений составные части интегрированы в один корпус, при этом нет необходимости в отдельном внешнем блоке управления. На выходе имеется последовательный интерфейс RS232/422.

Для версии сканера O2DS Z с частотой сканирования в 2 кГц доступен интерфейс RS232. Фактически интерфейсом прикладного программного обеспечения является DLL библиотека для программ, работающих под управлением Windows.

Для использования сканеров в групповом режиме, когда выделяется «ведущий» сканер и один или несколько «ведомых» (количество «ведомых» сканеров практически неограниченно), используются специальные, синхронизированные версии сканеров. Синхронизация сканеров производится на заводе изготовителе. В качестве «ведущего» или «ведомых» сканеров можно использовать одни и те же блоки, т. е. можно менять местами «ведущего» или «ведомых».

Работа в групповом режиме или режиме синхронизации является довольно уникальной особенностью сканеров серии O2DS Z.

Программное обеспечение (ПО) поставляется со сканерами и входит в цену товара. В состав поставки сканера входит CD диск, на котором представлено ПО для тестирования и демонстрации отдельно взятого сканера, и ПО для синхронизированной работы двух и более сканеров.

Пользователь может выбрать показ отдельных измеренных точек XY или показ кривой профиля. Число измеренных точек или профилей также определяется пользователем.
Естественно, полученные данные можно записать на жесткий диск ПК.

В «большом» графическом окне, как показано ниже, возможно масштабировать и панорамировать  изображение.
В «маленьком» окошке будет показан общий размер изображения и выделена его увеличенная часть.

С помощью ПО также можно в режиме синхронизации назначить «ведущий» и «ведомый(е)» сканеры.
На статусной строке внизу окна показано состояние сканера, режимы его работы и подключения.

Вид пользовательского интерфейса программы

3D-сканер Solutionix Rexcan 480 – описание и технические характеристики, цена и наличие, области применения и отзывы

20 рабочих зон в одном 3d-сканере

Rexcan 480 имеет 20 настраиваемых рабочих зон для лучшей оцифровки. С помощью таблицы приведенной ниже, Вы с легкостью подберете для сканируемого объекта оптимальную зону.

Длина зоны сканирования (диагональ, мм) / интервал между точками (мм)
8,0 МПикс 75 мм 50 мм 35 мм 18 мм
А 100/0,025 150/0,038 200/0,050 425/0,115
B 160/0,041 250/0,063 340/0,085 680/0,182
C 220/0,056 350/0,088 480/0,122 960/0,252
D 330/0,082 550/0,136 750/0,188 1330/0,350

В комплект поставки входит один набор оптики на Ваш выбор, с помощью которого можно получить 4 различных объема измерения. Всего для этой модели доступно 4 набора оптики: 18, 35, 50 или 75mm.

2 угла триангуляции

3D-сканер Solutionix Rexcan 480 имеет два угла триангуляции: 10° и 25°. При соотношении глубины к диаметру >1,5 угол в 10° превосходно справляется с оцифровкой глубоких участков объектов.

Технология и высокая точность

8,0 мегапикселей - такое разрешение каждого сенсора стереофотокамеры системы Rexcan 480. На сенсоры поступает структурированный белый свет, отраженный от поверхности объекта оцифровки. Метод оптической триангуляции с фазовым смещением позволяет быстро получать точные данные о поверхности объекта при низком уровне шума.

Легкость использования и доступность

Калибровка системы происходит несколько минут и происходит автоматически после выбора рабочей зоны. Благодаря эргономике, зона сканирования этого 3d-сканера настраивается быстро и легко. Замена оптики так же не требует специальных навыков и условий, осуществляется просто и быстро. Для повышения эффективности сборки сканов Solutionix Rexcan 480 использует маркировку. Маркеры наносятся и удаляются не повреждая поверхности объекта. Для управления процессом сканирования используется программное обеспечение ezScan, которое обладает простым пользовательским интерфейсом и высокой скоростью обработки данных.

Лучшая цена за высокоточное качество

Подробнее о стоимости 3d сканера Rexcan 480 и условиях его поставки Вы легко узнаете у наших менеджеров по телефону (495) 646-15-33.

Демонстрация оборудования, его возможностей и обучение

Специально для Вас мы проведем демонстрацию работы этого оборудования и его возможностей, а так же подробно проконсультируем по особенностям его работы.

Изготовление и тестирование лазерного ротационного триангуляционного 3D-сканера Cyclop Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 004.89

ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ТЕСТИРОВАНИЕ ЛАЗЕРНОГО РОТАЦИОННОГО ТРИАНГУЛЯЦИОННОГО Эй-СКАНЕРА CYCLOP

Иван Александрович Кноль

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант, тел. (903)903-54-99, e-mail: [email protected]

Руслан Владимирович Гришин

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, обучающийся, тел. (913)956-52-09, e-mail: [email protected]

В статье представлен процесс изготовления, тестирования лазерного 3D-сканера Cyclop. Приведена схема сборки 3D-сканера в целом. Определены основные детали, необходимые для функционирования 3D-сканера: плата Arduino UNO, лазеры, веб-камера, двигатель и корпус. Собран прототип 3D-сканера. Приведен пример цикла работы 3D-сканера для получения пространственных координат объекта.

Ключевые слова: пространственно-временное состояние объекта, лазер, облако точек, 3D модель, пространственные координаты, 3D визуализация.

MANUFACTURE AND TESTING OF CYCLOP LASER ROTARY TRIANGULAR 3D-SCANNER

Ivan A. Knol

Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Ph. D. Student, phone: (903)903-54-99, e-mail: [email protected]

Ruslan V. Grishin

Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Student, phone: (913)956-52-09, e-mail: [email protected]

The article presents the process of manufacturing and testing of 3D laser scanner Cyclop. Assembly diagram of the 3D scanner as a whole. The main parts necessary for 3D scanner operation are determined: Arduino UNO, lasers, web-camera, engine, and body. Assembled a prototype 3D scanner. An example of the cycle 3D scanner to obtain the spatial coordinates of the object is shown.

Key words: space-time state of the object, laser, point cloud, 3D model, spatial coordinates, 3D visualization.

В нашу жизнь постоянно проникают 3D технологии, которым присущи свои проблемы. Из-за развития 3D печати и других технологий, использующих 3D модели, возникает острая потребность в достаточно скоростном и быстром режиме их создания.

Для удовлетворения таких потребностей были придуманы 3D сканеры, которые имеют свои методики и технологии сканирования предмета моделирования.

На сегодняшний день выделяют два основных метода:

1. Контактный. Устройство зондирует предмет посредством физического контакта, пока объект находится на прецизионной поверочной плите. Контактный ЭБ-сканер отличается сверхточной работой.

2.Бесконтактный. Применяется излучение или особый свет (ультразвук, рентгеновские лучи). В данном случае предмет сканируется через отражение светового потока.

Существующие технологии трехмерного сканирования:

1. Лазерная. Функционирование устройств основывается на принципе работы лазерных дальномеров. Лазерные ЭБ-сканеры характеризуются точностью получаемой трехмерной модели.

2. Оптическая. В данном случае применяется специальный лазер второго класса безопасности. Оптический ЭБ-сканер отличается большей скоростью сканирования.

Основной целью работы является анализ процесса изготовления лазерного ротационного триангуляционного ЭБ-сканера Cyclop, а так же его тестирование и калибровка для получения первых пространственных координат объекта, которые послужат объектом дальнейших исследований для получения облака точек, обработка которого поможет получить 3D модель объекта. Под объектами в рамках данной работы понимаются предметы являющиеся прототипами для создания 3D моделей (здания, детали, робототехнические комплексы и т.д.). Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи: рассмотреть структуру ЭБ-сканера и принцип функционирования лазерного сканера при сканировании объекта; создать ЭБ модель корпуса сканера; собрать кор -пус; подключить электронику; настроить ПО; произвести калибровку сканера.

ЭБ сканирование - это бесконтактный процесс перевода физической формы реального объекта в цифровую форму. Итогом процесса является трехмерная модель объекта в виде файла, в котором описана информация о полигонах объекта. Файл имеет формат STL, который возможно конвертировать в такие форматы как OBJ, WRML,AOP и др. Лазерные сканеры используются в геодезии для получения облака точек.

За основу был взят Cyclop - Б1У сканер от Испанской компании bq, использующий метод лазерной триангуляции, а также оснащенный вращающимся поворотным столом. Детали корпуса могут быть как распечатаны на любом ЭБ принтере, так и вырезаны при помощи лазерного станка.

Доработав детали корпуса в программном продукте T-flex САБ, чтобы электронные компоненты подходили под пазы корпуса, мы приступили к самому долгому процессу в сборке, а именно печати корпуса на ЭБ принтере.

Завершив процесс распечатки корпуса и приготовив электронику, был дан старт новому этапу в изготовлении этого сканера. Для начала была произведена примерка, позволяющая определить все ли детали подходят друг к другу или что-то необходимо доработать. После того как примерка была произведена и установлено, что детали не имеют дефектов можно переходить непосредственно к сборке конечного устройства.

В состав созданного сканера входит поворотный стол, который вращается с помощью шагового двигателя, подключенного к драйверу шагового двигателя, уходя своим подключением к плате Arduino UNO. Стол соединен и закреплен с корпусом сканера с помощью шпилек М8. В корпусе расположена плата Arduino UNO, которая подключается к питанию и web-камера Logitech C270. От корпуса с помощью шпилек М8 закреплены мини-корпуса для лазеров, которые также подключаются к плате Arduino UNO.

Когда завершен процесс сборки необходимо подготовить сканер к работе. Для начала требуется загрузить HEX-прошивку на плату, которая позволит кор -ректно работать с программой, установленной на компьютере. Далее следует установить программное обеспечение HORUS, так же разработанное компанией bq, после установки ПО для правильной работы камеры нужно установить драйвера с официального сайта производителя. Когда все действия произведены сканер готов к работе.

Принцип работы данного ЭБ-сканера заключается в следующем: два лазера закреплены под углом 30° от web-камеры. Лучи лазеров сканера пересекаются в центре поворотного стола. Объект устанавливается в точку пересечения лучей лазеров, на объекте видны линии лазеров. Web-камера делает снимок объекта и получает пространственные координаты. После получения координат, двигатель поворачивает стол на определенный градус и действия повторяются пока весь объект не будет отснят. В результате этих действий получается облако точек объекта, обработав которое можно получить его 3D модель.

Перед использованием первым и очень важным параметром является калибровка значений, позволяющая нам получать более точные пространственные координаты объекта. При проведении калибровки на стол устанавливается шахматный паттерн, измеряется расстояние от основания паттерна до конца его первой клетки, в программе перейдя в режим калибровки нужно ввести значение получившиеся при измерении, далее калибровку сканер произведет автоматически после нажатия на старт и будет готов к сканированию объектов.

Следующим шагом является изучение результатов сканирования для дальнейшей модернизации сканера или же полной его переработке, а также решения таких проблем как написание собственного программного обеспечения под новый сканер.

Применяются ЭБ-сканеры в очень различных областях нашей жизни таких как: архитектура, индустрия развлечений, строительная промышленность, робототехника и тд.

ЭБ-сканер незаменимый друг приходящий к вам на помощь в самых сложных ситуациях, которые возникают в процессе моделирования объекта так как структура объекта может быть достаточно сложной и не всегда возможно воссоздать точную модель вручную.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Большаков В.Р., Бочков А. Л., Сергеев А. А. 3Б-моделирование в AutoCAD, КОМПАСА, SolidWorks, Inventor, T-Flex: Учебный курс (+DVD). -СПб.: Питер, 2011.-336 с.: ил.

2. Соммер У. Программирование микроконтроллерных плат Агёшпо/Ргееёшпо. -СПб.: БХВ-Петербург, 2012. - 256 с. ил - (Электроника)

3. Ревич Ю. В. Занимательная электроника. - 3-е изд., перераб. И доп. - СПб.: БХВ-Петербург, 2015. - 576 с.: ил.

4. Середович В. А., Комисаров А. В. Наземное лазерное сканирование. - Новосибирск СГГА, 2009. - 261 с.

© Р. В. Гришин, И. А. Кноль, 2018

Наземный Лазерный Сканер

НАЗЕМНЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ СКАНЕР

Наземный Лазерный Сканер (НЛС) — это съёмочная система, измеряющая с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до точек объекта и регистрирующая соответствующие направления (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формирование трёхмерного изображения (скана) в виде облака точек.

Сущность наземного лазерного сканирования и его преимущества

Система наземного лазерного сканирования состоит из НЛС и полевого персонального компьютера со специализированным программным обеспечением. НЛС состоит из лазерного дальномера, адаптированного для работы с высокой частотой, и блока развертки лазерного луча. В качестве блока развёртки в НЛС выступают сервопривод и полигональное зеркало или призма. Сервопривод отклоняет луч на заданную величину в горизонтальной плоскости, при этом поворачивается вся верхняя часть сканера, которая называется головкой. Развёртка в вертикальной плоскости осуществляется за счёт вращения или качания зеркала.

В процессе сканирования фиксируется направление распространения лазерного луча и расстояние до точек объекта. Результатом работы НЛС является растровое изображение - скан, значения пикселей которого представляют собой элементы вектора со следующими компонентами: измеренным расстоянием, интенсивностью отражённого сигнала и RGB-составляющей, характеризующей реальный цвет точки. Для большинства моделей НЛС характеристики реального цвета для каждой точки получается с помощью неметрической цифровой камеры.

Другой формой представления результатов наземного лазерного сканирования является массив точек лазерных отражений от объектов, находящихся в поле зрения сканера, с пятью характеристиками, а именно пространственными координатами (x,y,z), интенсивностью и реальным цветом.

В основу работы лазерных дальномеров, используемых в НЛС, положены импульсный и фазовый безотражательные методы измерения расстояний, а также метод прямой угловой развёртки (триангуляционный метод). 

Основными характеристиками современных наземных лазерных сканеров являются:

  • точность измерения расстояния, горизонтального и вертикального углов
  • максимальное разрешение сканирования
  • скорость сканирования
  • дальность действия лазерного сканера
  • расходимость лазерного луча
  • поле зрения сканера
  • используемые средства получения информации о реальном цвете
  • класс безопасности используемого лазера
  • портативность и особенности интерфейса

 

Лазерный сканер

против сканера структурированного света: что выбрать?

В рабочем процессе 3D-печати 3D-сканеры очень часто являются важным шагом для облегчения моделирования объекта. Они позволяют собирать данные о форме, а иногда, в зависимости от 3D-сканера, о внешнем виде (например, о цветах). Таким образом, 3D-сканирование улучшает процесс проектирования, ускоряет и уменьшает количество ошибок при сборе данных, а также экономит время и деньги.

3D-сканирование может быть основано на различных технологиях, каждая из которых имеет свои преимущества и ограничения.В этой статье мы исследуем две основные технологии, используемые для 3D-сканирования для 3D-печати, другими словами, лазерную триангуляцию и структурированный свет. Итак, чем же отличаются лазерные сканеры от сканеров структурированного света? И самое главное, какой из них выбрать для своего проекта?

Лазерные сканеры: технология, преимущества и ограничения

Лазерные сканеры основаны на тригонометрической триангуляции для точного захвата трехмерной формы в виде миллионов точек. Точнее, они работают, проецируя лазерную точку или линию на объект и затем фиксируя его отражение с помощью датчиков. Поскольку датчики расположены на известном расстоянии от источника лазера, точные точечные измерения могут быть выполнены путем расчета угла отражения лазерного света. Зная расстояние сканера от объекта, сканирующее оборудование может нанести на карту поверхность объекта и тем самым записать 3D-сканирование.

Этот метод называется триангуляцией, потому что лазерная точка (или линия), датчик и лазерный излучатель образуют треугольник, как показано на рисунке ниже. На рынке существует множество различных типов лазерных сканеров, вы можете выбирать между портативными, настольными или профессиональными / промышленными устройствами.Дело в том, что они работают в ближнем бою.

Преимуществами технологии лазерной триангуляции являются ее разрешение и точность. Если говорить о точности, то она составляет порядка десятков микрометров. Кроме того, можно купить лазерный 3D-сканер по очень разумной цене, поскольку его конструкция может быть довольно простой.

Однако следует учитывать, что свойства поверхности для сканирования влияют на процесс сканирования. Поэтому очень блестящие или прозрачные поверхности могут быть довольно проблематичными для этой технологии.

Например, Matter & Form V2 (слева) - это настольный лазерный 3D-сканер, который стоит 749 долларов. Go! SCAN SPARK (справа) от Creaform - это профессиональный портативный лазерный 3D-сканер со стартовой ценой около 30 000 долларов.

Сканеры структурированного света: технология, преимущества и ограничения

Сегодня во многих портативных 3D-сканерах для 3D-печати используется технология структурированного света. Эта технология также использует тригонометрическую триангуляцию, но работает, проецируя узор света на объект для сканирования, а не лазерную линию (или точку).Рисунок проецируется на объект с помощью ЖК-проектора или другого источника стабильного света. Один или несколько датчиков (или камер), немного смещенных от проектора, смотрят на форму светового пятна и вычисляют расстояние до каждой точки в поле зрения. Структурированный свет, используемый в процессе сканирования, может быть белым или синим, а световой узор обычно состоит из серии полос, но может также состоять из матрицы точек или других форм.

Этот тип устройства так же, как и лазерный сканер, работает на малых расстояниях и может переноситься вручную или устанавливаться на штатив.

Преимущество технологии структурированного света заключается в скорости сканирования. Сканирование может быть выполнено примерно за 2 секунды, и область сканирования также довольно большая. Как и лазерные сканеры, сканеры структурированного света чрезвычайно точны и предлагают высокое разрешение.

Одним из недостатков сканеров этого типа является их чувствительность к условиям освещения в данной среде. В меньшей степени это относится к лазерным сканерам. Например, работать на улице было бы чрезвычайно сложно.

Например, Structured Light Pro S3 (слева) от HP - это устройство, устанавливаемое на штатив, которое стоит около 4390 долларов (3930 евро). EinScan Pro 2X (вверху) от Shining3D - это профессиональное портативное устройство со структурированным освещением, которое стоит около 6899 долларов, а Scanner 2. 0 (внизу) от XYZprinting также является портативным устройством для начинающих, которое стоит 256 долларов (226 евро).

Другие технологии

В случае двух описанных выше технологий они предназначены для 3D-сканирования на короткие расстояния.Когда вам нужно сканировать объект на расстоянии, вы обнаружите, что ограничены. Мы упомянем еще две технологии, предназначенные для работы с 3D-сканированием на средние и большие расстояния.

3D-сканирование с использованием технологии структурированного света

Времяпролетные 3D-сканеры используют технологию лазерных импульсов. Как и в лазерных сканерах, они используют лазеры для точного сканирования 3D-объекта, однако технология работает совершенно иначе. Он работает, зная скорость лазерного света в точности, а затем система измеряет время, необходимое лазеру, чтобы достичь объекта и отразиться обратно на его датчик.

Другой тип времяпролетного 3D-сканера использует системы фазового сдвига. Этот метод работает так же, как и технология лазерных импульсов, но также модулирует мощность лазерного луча. Сканер сравнивает фазу лазера, отправленного и возвращенного датчику. Это позволяет ему быть более точным, чем лазерный импульсный 3D-сканер, но не таким гибким для сканирования на большие расстояния.

Времяпролетные 3D-сканеры

определенно не так точны, как лазерные сканеры или сканеры структурированного света, однако, если вы хотите сканировать большой объект, скажем, здание, вы, скорее всего, будете использовать такую ​​технологию.

3D сканирование с использованием технологии лазерной триангуляции

Было ли это полезным при выборе технологии? Дайте нам знать в комментариях ниже или на наших страницах в Facebook и Twitter! Подпишитесь на нашу бесплатную еженедельную рассылку новостей, все последние новости в области 3D-печати прямо на ваш почтовый ящик!

Полное руководство по 3D-сканерам, использующим лазерную триангуляцию

В соответствии с нашими файлами о процессах 3D-печати, сегодня мы начнем с новой серии, посвященной различным методам 3D-оцифровки. Хотя происхождение первых 3D-сканеров восходит к 1960-м годам, эта первая часть будет сосредоточена на одной из простейших технологий сканирования: лазерной триангуляции.

Рождение 3D-сканеров восходит к работе Национального исследовательского совета Канады, одной из первых лабораторий, которая в 1978 году разработала метод 3D-оцифровки на основе лазерной триангуляции.

По определению, 3D-сканер используется для получения «цифрового изображения» физического объекта. Чтобы получить эту цифровую копию, существуют различные методы записи объекта, который затем анализируется и повторно обрабатывается на компьютере, чтобы определить его общую форму.

Лазерная триангуляция основана на тригонометрических вычислениях

В случае лазерной триангуляции используемые сканеры состоят из трех основных элементов (которые образуют три вершины треугольника): лазерный передатчик, камеру и сканируемый объект. Вращающаяся пластина также используется для укладки объекта и получения его различных граней.

Лазерные триангуляционные 3D-сканеры обычно используют полупроводниковые лазеры, в частности, из-за их низкой стоимости и небольшого размера.Для них характерен луч красного цвета.

При использовании этого метода оцифровка начинается с излучения прямолинейного лазерного луча, который деформируется при контакте с объектом. С помощью камеры 3D-сканер анализирует деформацию линии, излучаемой лазером на рельефах объекта, чтобы с помощью тригонометрических расчетов определить его положение в пространстве.

Угол, образованный между камерой и лучом лазера, расстояние от камеры до объекта и расстояние от лазерного источника до объекта (известное из расчета времени, затрачиваемого лазером на обход), все это параметры, позволяющие определить пространственные координаты объекта.

Преимущества и недостатки

Основным преимуществом лазерной триангуляции является ее низкая цена: первые модели DIY доступны всего за несколько сотен евро. Скорость съемки (в среднем менее 10 минут для объекта) и уровень точности (порядка 0,01 мм) также делают эту технологию популярной.

Что касается недостатков, следует отметить, что оцифровка прозрачных или отражающих поверхностей может оказаться сложной задачей, и эту проблему можно решить, используя белый порошок.Его ограниченный диапазон (всего несколько метров) также уменьшает количество возможных приложений.

Самыми известными трехмерными лазерными триангуляционными сканерами являются MakerBot Digitizer, BQ Ciclop, Matter Form от одноименного производителя или профессиональные 3D-сканеры Focus3D от Faro.

Здесь вы найдете все наши тесты 3D-принтеров

Разработка недорогого активного 3D-триангуляционного лазерного сканера для внутренней навигации миниатюрных мобильных роботов

Guoqiang Fu получил степень магистра в области распознавания образов и интеллектуальных систем Китайской академии наук, Китай, в 2003 году и докторскую степень. Степень доктора наук в области биороботики, полученная в Институте биоробототехники, Скуола Супериоре Сант'Анна, Пиза, Италия, в 2010 году.

В настоящее время он является научным сотрудником Шэньчжэньского института передовых технологий Китайской академии наук, Шэньчжэнь, Китай. Его исследования включают автономные стыковочные системы и миниатюрные навигационные системы для самосборных модульных роботов, а его основные исследовательские интересы лежат в области био-робототехники для медицины и наблюдения.

Арианна Менсиасси получила степень Лауреа (с отличием) по физике в Пизанском университете, Италия, в 1995 году и докторскую степень.Докторская степень в Высшей школе Сант'Анны (SSSA), Пиза, 1999 г.

В настоящее время она является доцентом кафедры биомедицинской робототехники в SSSA. В настоящее время ее исследовательские интересы включают биомедицинскую микро- и нанороботику для разработки инновационных устройств для хирургии, терапии и диагностики. Она работает над несколькими европейскими и международными проектами по разработке микро- и нано-робототехнических систем для медицинских приложений.

Паоло Дарио получил степень Лауреа в области машиностроения в Пизанском университете, Пиза, Италия, в 1977 году.

В настоящее время он является профессором биомедицинской робототехники в Высшей школе Сант'Анна в Пизе, где он руководит командой из примерно 150 молодых исследователей. Его текущие исследовательские интересы включают биороботику, в том числе мехатронные и роботизированные системы для реабилитации, протезирования, хирургии и микроэндоскопии. Он является координатором многих национальных и европейских проектов, редактором двух книг по робототехнике и автором более 200 журнальных статей.

Он был президентом Общества робототехники и автоматизации IEEE в 2002–2003 гг. И сопредседателем Технического комитета по медицинской робототехнике того же общества.Он получил премию Джозефа Энгельбергера как пионер биомедицинской робототехники.

Copyright © 2012 Elsevier B.V. Все права защищены.

Триангуляционные лазерные датчики 2D, лазерные сканеры 2D - ООО «РИФТЕК»

RF627 серии

19 моделей:

  • компактные, высокоточные, высокоскоростные сканеры
  • доступны с длинами волн красного, синего и инфракрасного диодов

RF627 Сварка

7 моделей сканеров для сварочных роботов с:

  • системы воздушного (водяного) охлаждения
  • windows воздушный нож
  • сменные окна
  • приспособление для быстрой установки
  • брызговик

Лазерный сканер 2D RF627.

Спецификация
Диапазон MR, мм SMR, мм ЭМИ, мм Хсмр, мм Xemr, мм Лазер Размер, мм Масса, кг
25 / 10-8 / 11 10 25 35 год 8 11

660 нм или 405 нм или 808 нм Класс 2M

72 × 71 × 44 Инжир.1 0,37
65 / 25-20 / 22 25 65 90 20 22 93 × 63 × 44 Рис. 2 0,6
75 / 50-30 / 41 50 75 125 30 41 год
70 / 100-48 / 82 100 70 170 48 82
70 / 150-58 / 122 150 70 220 58 122
95 / 150-53 / 106 150 95 245 53 106
82 / 200-60 / 150 200 82 282 60 150
90 / 250-65 / 180 250 90 340 65 180
180 / 250-170 / 278 250 180 430 170 278 L = 326 Инжир. 3 2
190 / 300–160 / 300 300 190 490 160 300 L = 283 1.9
220 / 300-203 / 330 300 220 520 203 330 L = 374 2.1
260 / 400-210 / 400 400 260 660 210 400 L = 350 2.2
325 / 500–268 / 500 500 325 825 268 500 L = 415 2.3
400 / 600-320 / 600 600 400 1000 320 600 L = 490 2,4
475 / 700–374 / 700 700 475 1175 374 700 L = 558 2. 5
545 / 800-425 / 800 800 545 1345 425 800 L = 627 2,6
615 / 900-480 / 900 900 615 1515 480 900 L = 696 2.7
690 / 1000-535 / 1000 1000 690 1690 535 1000 L = 765 2,8
620 / 1165-430 / 1010 1165 620 1785 430 1010 L = 554 2.5
Частота дискретизации и точность
Номинальная частота дискретизации
(полный рабочий диапазон)
484 профиля / с (стандартный режим),
938 профилей / с (режим DS)
Максимальная частота дискретизации
(Режим ROI)
5096 профилей / с,
6800 профилей / с (режим DS)
Линейность (погрешность измерения), ось Z ± 0. 05% диапазона (стандартный режим),
± 0,1% диапазона (режим DS)
Линейность (погрешность измерения), ось X ± 0,2% от диапазона
Разрешение, ось Z 0,01% диапазона (стандартный режим),
0,02% диапазона (режим DS)
Разрешение, ось X 648 или 1296 точек (программируемое значение)
Лазер
660 нм или 405 нм или 450 нм или 808 нм
Класс 2M согласно IEC / EN 60825-1: 2014
Интерфейс
Базовый Ethernet / 1000 Мбит / с
Входы синхронизации RS422, 3 канала
Аппаратный вход включения / выключения лазера 1
Выходы RS422, 1 канал
Источник питания 9. ..30 В
Потребляемая мощность, не более 6 Вт (без встроенного нагревателя)
Экологичность
Рейтинг корпуса IP67
Вибрация 20 г / 10 ... 1000 Гц, 6 часов для каждой оси XYZ
Шок 30 г / 6 мс
Температура окружающей среды при эксплуатации, ° С -20... + 40, или
-40 ... + 40 для сканеров со встроенным нагревателем, или
-40 ... + 120 для сканеров со встроенным подогревателем и системой охлаждения
Относительная влажность 5-95% (без конденсации)
Температура хранения, ° С -20 ... + 70
Материал корпуса / окон алюминий / стекло

Работа сканеров основана на принципе оптической триангуляции.

Излучение полупроводникового лазера формируется линзой в линию и проецируется на объект. Излучение, рассеянное объектом, собирается линзой и направляется на двухмерный датчик изображения CMOS. Сформированное таким образом изображение контура объекта анализируется процессором сигналов, который вычисляет расстояние до объекта (координата Z) для каждой точки набора вдоль лазерной линии на объекте (координата X). Сканеры характеризуются базовым расстоянием (начало диапазона), SMR для координаты Z, диапазоном измерения (MR) для координаты Z, диапазоном измерения для координаты X в начале Z (Xsmr) и диапазоном измерения для X- координата в конце Z (Xemr).

Высокоточные бесконтактные измерения:

Пример синхронной работы лазерных сканеров RF627 с тремя разными длинами волн. 3D лазерное сканирование каната, контроль формы и дефектов.


Пример асинхронной работы лазерных сканеров. Измерение наружного диаметра и овальности труб по РФ627-82 / 200-60 / 150.


Демонстрационный стенд лазерных сканеров РФ625.

Информация для заказа лазерного сканера 2D RF627, серия
RF627.(ВОЛНА) -SMR / MR-Xsmr / Xemr-M (R) -H-C

Символ Описание
(ВОЛНА) Длина волны лазера. 660 нм - без символа, 405 нм - СИНИЙ, 808 нм - ИК
SMR Начало диапазона измерения Z, мм
Руководство по ремонту Диапазон измерения по Z, мм
Xsmr Диапазон измерения координаты X в начале диапазона измерения координаты Z, мм
Xemr Диапазон измерения координаты X в конце диапазона измерения координаты Z, мм
М Длина кабеля, м
R Опция, робот-кабель
H Встраиваемый обогреватель
С Встроенная система охлаждения

Пример. RF627BLUE-70 / 50-30 / 42-5 - Сканер с синим лазером, SMR - 70 мм, MR - 50 мм, Xsmr - 30 мм, Xemr - 42 мм, длина кабеля - 5 м.


Геометрическая модель системы лазерной триангуляции на основе синхронизированных сканеров

В традиционной системе синхронного сканирования траектория точки трехмерного сканирования моделируется как круг, когда толщина повернутого зеркала принимается равной нулю. В этой статье предлагается новый метод моделирования геометрического измерения синхронизированной триангуляции сканирования в развернутом световом пути.В отличие от большинства существующих последних работ, трехмерная координата цели основывается на геометрической модели, которая включает все 14 параметров системы. Кроме того, можно проанализировать характеристики точности системы и подтвердить важность толщины повернутого зеркала. В эксперименте разработана система синхронизированного сканирования. Результат эксперимента показывает, что значение погрешности измерения на расстоянии 0,5 м составляет 0,75 мм, а на расстоянии 5 м - 6,68 мм. Стандартные отклонения от точки измерения до плоскости фитинга на расстоянии 0.5 м и 5 м составляют 1,10 мм и 19,73 мм соответственно.

1. Введение

Технология лазерной триангуляции - это метод бесконтактного измерения, преодолевающий ограничения традиционной измерительной технологии, который обладает такими качествами, как высокая скорость сканирования, высокая точность в реальном времени, высокая точность и интеллект. Он широко используется в производстве [1–3], биомедицинских [4, 5] и культурных реликвиях [6, 7].

Активный источник технологии лазерной триангуляции [8, 9] - один из наиболее распространенных методов трехмерных измерений, который обычно включает точечный лазер [10] и линейный лазер [11, 12].Есть два метода получения облака точек, такие как движение зонда и качание лазера. Метод перемещения зонда заключается в фиксации лазерного триангуляционного зонда [13–15] в движущихся частях и сканировании объекта по пространственному движению движущихся частей. Метод лазерного поворота реализует двумерное сканирование с помощью движения лазера [16, 17], вращения вибрирующего зеркала [18] и других методов. Однако при измерении крупномасштабной сцены датчику необходимо фиксировать большие движущиеся части; таким образом, точность движущихся частей влияет на точность окончательного измерения; и если используется метод лазерной генерации, области горизонтального и вертикального сканирования взаимно ограничиваются, что сильно влияет на диапазон сканирования.

Чтобы решить проблему ограничения сканирования по горизонтали и вертикали традиционной триангуляции, M. Rioux et al. [19, 20] предлагают метод измерения синхронизированного сканирования; принимающий свет и излучающий свет синхронизируются благодаря установке сканера на обоих оптических путях. Когда сканер поворачивается на угол, принимающий свет и пропускающий свет имеют одинаковое изменение угла. Благодаря этому механизму глубина резкости и диапазон измерения значительно расширяются.Следуя этой методике, в литературе [21, 22] были дополнительно изучены характеристики системы триангуляции лазерного синхронизированного сканирования и теоретически получен общий смысл уравнения окружности траектории, а также параметры системы максимальной и минимальной дальности, разрешения по расстоянию и других параметров. параметры системы. C. Samson et al. В [23] исследована точность системы триангуляции синхронизированного сканирования и получены ошибки, вызванные отклонением параметров системы, таких как угол зеркала.Английский Chad et al. [24] разработали систему лазерной триангуляции на основе синхронизированных сканеров с лидаром, которая полностью использует преимущества триангуляционных и ладарных технологий. Триангуляция может быть очень точной на близком расстоянии, в то время как технология импульсной лестницы позволяет проводить измерения на очень большом расстоянии. Haibo Zhang et al. [25] предложил новый метод с использованием оптической структуры на основе призмы для исправления нелинейной проблемы измерения лазерного триангуляционного смещения, и результаты показали, что нелинейная проблема была значительно улучшена.Более того, Xiong Shengjun et al. [26] разработали систему измерения трехмерной формы линейной структуры и света на основе лазерной триангуляции с использованием автосинхронных сканеров, которые уменьшают вес и размер системы. Вышеупомянутое исследование устанавливает траекторную круговую модель трехмерного сканирования, которая имеет большое значение для описания измерительного механизма синхронизированной триангуляции сканирования.

В этой статье мы предложили модель синхронизированного сканирования с тригонометрическими геометрическими параметрами, основанную на развернутом световом пути.Положение и поза различных частей точно описываются 14 параметрами системы, а затем выражается взаимосвязь между точками трехмерного пространства и параметрами системы. При моделировании погрешность системы может достигать 400 мм, когда толщина двустороннего отражателя составляет 2 мм. Результаты этого анализа подтверждают важность толщины повернутого зеркала. Затем параметры ранжируются с точки зрения их влияния на точность измерения, что полезно при проектировании системы.Наконец, результаты эксперимента показывают, что система может сканировать объект и отображать его облако точек.

2. Модель триангуляции синхронного сканирования
2.
1. Теорема системы лазерной триангуляции на основе синхронизированных сканеров

Как показано на рисунке 1, коллимированный лазерный луч, излучаемый лазером, проходит через верхний отражатель двустороннего отражателя M3, отражателя M1 и отражателя M4, достигая и рассеивая отражение. Часть рассеянного света проходит через рефлектор M4, рефлектор M2, нижний рефлектор двустороннего рефлектора M3, линзу и выход на камеру.Согласно принципу триангуляции, координаты определяются положением точки сходящегося изображения на камере. M3 и M4 приводятся в движение двигателем для осуществления плоского сканирования. Когда M3 колеблется вокруг оси, световое пятно сканирует поверхность измеряемого объекта по оси X; аналогично, световое пятно сканирует в направлении оси Y, при этом M4 колеблется вокруг оси. Поверхность измеряемого объекта можно сканировать, когда эти два двигателя работают синхронно.


2.2. Развернутый оптический тракт триангуляции синхронного сканирования

Параметры системы триангуляции синхронного сканирования показаны на рисунке 2. На развернутом световом тракте системы (см. Рисунок 3) пунктирная линия указывает исходное положение. А после поворота зеркала M3 на определенный угол световой путь представлен сплошной линией. Для любой точки в пространстве соответствующей точкой, отображаемой на ПЗС-матрице, является точка p, а расстояние между относительной точкой и положением пикселя основной точки ПЗС составляет.- вектор, положительный в том же направлении, что и угол поворота ПЗС, и наоборот.



(a) Плоскость X-Y
(b) Плоскость Y-Z
(a) Плоскость X-Y
(b) Плоскость Y-Z
2.2.1. Исходное положение системы

Поскольку угол между M3 и осью X равен, направление падающего лазера и направление оптической оси равно. Координаты следующие:

Согласно формуле (1) положения и не зависят от вращения M3.Затем установите расстояние от начала координат до верхнего отражателя M3. Координаты и могут быть выражены следующим образом:

Из-за толщины M3 происходит небольшое изменение оптического пути. Ход центра линзы до точки следующий:

А координата, соответствующая оптической центральной точке c, следующая:

2.2.2. Направление и положение ПЗС

Как показано на рисунке 4, точки на линии DG идеально отображаются на ПЗС, когда соблюдается принцип Шаймпфлюга [27].- точка пересечения c′D и DG, а направление c′D -. Координата точки D может быть выражена:


В треугольнике мы знаем и. Согласно геометрии треугольника, расстояние и составляет:

Согласно теореме синусов дается следующее:

Подставляя и в (8), угол можно выразить следующим образом:

Так как это прямоугольный треугольник и , выражение и имеет следующий вид:

2.2.3. Направление света изображения

In (см. Рисунок 5), мы знаем,,.Выражение направления света изображения выглядит следующим образом:


2.2.4. Пространственные координаты точек

На развернутой плоскости X-Y пространственная точка соответствует точке. Мы знаем, что точка находится как в направлении лазерного излучения, так и на луче изображения, что можно выразить следующим образом:

Согласно выражению (12), координаты точки на плоскости разворачивания XY следующие:

Координата из можно получить:

3.Анализ моделирования
3.1. Влияние M3 на точность измерения

В этом разделе мы сосредоточимся на анализе влияния параметра толщины M3 и. Как показано на Рисунке 6, приемный и передающий тракты будут вызывать отклонение из-за толщины M3, что эквивалентно горизонтальному смещению M1 и M2, а именно, ошибкам на и. Существует значительная корреляция между точностью измерения и толщиной M3. Параметры системы в этой модели согласуются с традиционной моделью, как показано в таблице 1, и мы принимаем во внимание толщину M3.

9014 9014 9014 9014 9014 9014

Параметр Значение Параметр 100177


50 0,5
50 45
105 6540
11440
45 45, Диапазон сканирования (37. 5 52,5)
-800 5840
30 45, Диапазон сканирования (37,5 52,5)


С целью облегчения анализа влияния параметра толщины на погрешность измерения используются следующие показатели: максимальная погрешность измерения на всей площади; максимальная погрешность измерения на расстоянии 10м; максимальная погрешность измерения при 0.6м. Вычислите погрешность траектории выброса, если она равна 0, 0,5, 1, 1,5 и 2 мм, и погрешность траектории излучения, если она равна 0, 0,5, 1, 1,5 и 2 мм. Из результатов моделирования (рис. 7) видно, что на расстоянии 10 м при толщине M3 2 мм имеется около 400 мм. Поэтому при расчете трехмерных координат пространственных точек необходимо уделять достаточно внимания толщине M3.


(а) Световой путь запуска
(б) Световой путь приема
(а) Световой путь запуска
(б) Световой путь приема
3.2. Влияние M3 на точность измерения

Имитационные эксперименты проводятся в соответствии с параметрами, приведенными в таблице 1. Точность измерения любой точки коррелирует с параметрами. Различайте эти параметры:

В соответствии с фактическими характеристиками обработки мы берем ошибку положения, ошибку угла ± 0,02 и ошибку толщины. Влияние каждого источника ошибок на точность измерения показано в таблице 2 (длина: мм, угол: градус).

6,0142 , параметры системы ранжируются по значимости.

(a) Углы зеркала M1 и M2 очень важны и оказывают наибольшее влияние на точность измерения трехмерной точки, достигая уровня нескольких метров, и им необходимо уделять внимание A-level.

(b) Толщина зеркала M3 влияет на точность в трехмерных точках до сотен миллиметров в лазерной проекции и приемной цепи, которым следует уделять достаточно внимания и которые относятся к B-уровню.

(c) Ошибка поворота зеркала M3, ошибка поворота зеркала M4, ошибка угла ПЗС и ошибка обнаружения изображения ПЗС имеют эффект точности до десятков миллиметров, что дает C-уровень.

(d) Ошибка положения зеркала M1, ошибка положения зеркала M2, ошибка положения линзы и ошибка положения ПЗС мало влияют на точность измерения, уделяя должное внимание уровню D.

(e) Погрешность положения зеркала M3 по оси x и ошибка положения зеркала M4 оказывают наименьшее влияние на точность измерения трехмерной точки измерения, уделяя основное внимание и относятся к E- уровень.

4. Эксперименты и обсуждения
4.1. Эксперименты

Прототип системы триангуляции с синхронизированным сканированием разработан и изготовлен (показан на рисунке 8 (а)). Сначала мы провели функциональный эксперимент.Двигатель начинает сканирование, а камера начинает сбор данных после получения импульсной команды от верхней компьютерной программы. Эта система синхронного трехмерного сканирования может сканировать объект и отображать его облако точек. Система выполняет проверку возможности сканирования на коротком и большом расстоянии соответственно. Как показано на рисунке 8, можно не только правильно отобразить облако точек, но и четко отобразить характеристики поверхности объекта.

Далее проводится эксперимент по измерению неопределенности.Мы разделим плоскость на три линейных положения разной высоты, как показано на рисунке 9, и координаты P1, P2 и P3 можно вычислить тригонометрическим методом. По стандартному отклонению каждой координаты можно оценить значение неопределенности измерения. Результаты представлены в таблице 3. Из приведенного выше экспериментального анализа видно, что значение погрешности измерения системы на расстоянии 0,5 м составляет 0,75 мм, а на расстоянии 5 м - 6,68 мм.


Заказ Источник ошибки Значение ошибки Макс. Ошибка во всем диапазоне142 Макс. Ошибка Макс.

Погрешность положения при x M1 0,0005 0,145 0,128 0,009
Ошибка положения 9014 при x 9014 M1. 0005 0,149 0,132 0,008
Погрешность положения в точке x M3 0,0005 0,065 0,057 0,005 0,005 M 0,001 0,001 0,001
Угловая погрешность M1 0,02 2097.335 1380.223 6,691
.02 2097.341 1875.158 7.173
Погрешность угла поворота M3 0,02 26,711 23,664 1,680 0,02 1,680
14,087 0,838
Ошибка положения линзы по оси x 0,0005 0,175 0,150 0.011
Погрешность положения в точке x ПЗС 0,0005 0,174 0,149 0,010
Угловая погрешность ПЗС 0,02 9017 0,02 9017 9017 9017 Ошибка обнаружения изображения ПЗС 0,0007 24,267 18,429 0,075
Ошибка положения верхней поверхности M3 1 409. 086 356.012 24.300
Погрешность положения нижней поверхности M3 1 419.260 364.652 19.223 364.652 19.223
0,067

Параметр Точность в 0.5 м Точность на 5 м

p1 x 0,035 0,133 0,069 1,001 0,727 0,727 0,727 1,600 1,162 2,074
z 0,125 0,481 0,250 3,377 2,452 4. 378
p2 x 0,123 0,094 0,093 1,906 1,382 1,517
y
0,256 0,256
z 0,379 0,290 0,287 6,676 4,839 5,314
p3 x 0.086 0,210 0,046 1,057 0,773 0,969
y 0,301 0,734 0,161 1,021 0,7462 1,021 0,7462 0,746 0,059 3,810 2,785 3,494


На рисунках 10 и 11 показана плоскостность системы на расстоянии 0. 5м и 5м. Импортируйте отсканированное облако точек в геомагическую плоскость подгонки, а затем рассчитайте расстояние от точки измерения до плоскости подгонки. Результат показывает, что стандартные отклонения на расстоянии 0,5 м и 5 м составляют 1,10 мм и 19,73 мм соответственно.


(a) Облако точек плоскости
(b) Результат подгонки плоскости
(a) Облако точек плоскости
(b) Результат подгонки плоскости
(a) Облако точек плоскости
(b) Результат подгонки плоскости
(a) Облако точек плоскости
(b) Результат подгонки плоскости
4.2. Обсуждения

В этой оптической измерительной системе точность измерения напрямую связана с механической конструкцией и точностью обработки оптической системы. Поэтому при оптимизации механической конструкции в будущем мы должны обращать внимание на возможность регулировки оптической системы, чтобы компенсировать недостатки, вызванные механической обработкой. Кроме того, основной прототип не откалиброван, и система должна быть откалибрована для повышения точности измерения.

Что касается фотодетектора, то в этой системе триангуляции с синхронным сканированием в качестве фотодетектора используется ПЗС-матрица, в которой существуют некоторые недостатки.При измерении точки требуется много периодов выборки для сбора данных и обработки собранных данных. Во-вторых, схема управления ПЗС более сложна. Схема управления представляет собой одну из ключевых проблем в практическом применении, а управляющие сигналы ПЗС разных производителей и разных моделей не идентичны, что будет создавать неудобства для конструкции системы. Из-за этих недостатков PSD будет рассматриваться как фотодетектор в будущем.

5.Выводы

Описана система триангуляции с синхронным сканированием, основанная на разворачивающемся световом пути. Это исследование фокусируется на точной модели расчета системы синхронного сканирования триангуляционной визуализации в развернутом оптическом тракте и анализирует влияние толщины M3 на систему в соответствии с параметрами традиционной модели. Затем влияние каждого источника ошибок на точность измерения определяется в соответствии с фактическими характеристиками обработки. Реализуемость системы проверена теоретически.Экспериментальные результаты этого исследования показывают, что система может сканировать объект в трех измерениях и получать информацию о контуре поверхности объекта.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликты интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов

Вклад авторов

Давэй Ту и Сюй Чжан отвечали за методологию и программное обеспечение; Давэй Ту и Сюй Чжан провели формальный анализ; Пан Джин написал первоначальный черновой вариант; Давэй Ту, Сюй Чжан и Пань Цзинь написали, отредактировали и отредактировали рукопись.

Благодарности

Это исследование было частично поддержано Национальным фондом естественных наук Китая (гранты № 61673252 и 51575332) и ключевым исследовательским проектом Министерства науки и технологий (грант № 2016YFC0302401).

Типы 3D-сканеров и технологии 3D-сканирования

Существует множество типов 3D-сканеров и технологий 3D-сканирования. Некоторые из них идеально подходят для сканирования на короткие расстояния, а другие лучше подходят для сканирования на средних или больших расстояниях.3D-сканер и технология, необходимые для 3D-сканирования очень маленького объекта, сильно отличаются от лучшего 3D-сканера для 3D-сканирования большого самолета.

EMS использует широкий спектр 3D-сканеров и технологий 3D-сканирования, что позволяет нам выбирать лучшую технологию 3D-сканирования или комбинацию технологий для каждого проекта.

Вот краткое описание технологий 3D-сканирования и типов 3D-сканеров.

3D-сканеры ближнего действия

В 3D-сканерах ближнего действия обычно используется технология лазерной триангуляции или структурированного света.

Лазерные 3D-сканеры

Лазерные 3D-сканеры используют процесс, называемый тригонометрической триангуляцией, для точного захвата 3D-формы в виде миллионов точек. Лазерные сканеры работают, проецируя лазерную линию или несколько линий на объект, а затем улавливая его отражение с помощью одного или нескольких датчиков. Датчики расположены на известном расстоянии от источника лазера. Затем можно выполнить точные точечные измерения, рассчитав угол отражения лазерного света.

Лазерные сканеры очень популярны и бывают самых разных конструкций.К ним относятся портативные портативные устройства, ручные, КИМ, дальнобойные и одноточечные дальномеры.

Преимущества лазерных 3D-сканеров
  • Может сканировать твердые поверхности, например блестящие или темные поверхности
  • Менее чувствительны к изменению условий освещения и окружающего освещения
  • Часто более портативный
  • Более простой дизайн - проще в использовании и дешевле

3D-сканеры с проецируемым или структурированным светом

Исторически известные как 3D-сканеры «белого света», в большинстве 3D-сканеров структурированного света сегодня используется синий или белый светодиодный проецируемый свет. Эти 3D-сканеры проецируют на объект световой узор, состоящий из полос, блоков или других форм. В 3D-сканере есть один или несколько датчиков, которые смотрят на края этих узоров или структур, чтобы определить трехмерную форму объекта. Используя тот же метод тригонометрической триангуляции, что и в лазерных сканерах, известно расстояние от датчиков до источника света. Сканеры со структурированным светом можно устанавливать на штатив или переносить в ручном режиме.
Преимущества 3D-сканеров структурированного света
  • Очень быстрое сканирование - всего 2 секунды на сканирование
  • Большая область сканирования - до 48 дюймов за одно сканирование
  • Высокое разрешение - до 16 миллионов точек на сканирование и 16 микрон (.00062 ”) расстояние между точками
  • Очень высокая точность - до 10 микрон (0,00039 дюйма)
  • Универсальность - несколько линз для сканирования мелких и крупных деталей в одной системе
  • Portable - портативные системы очень портативны
  • Безопасно для глаз для 3D-сканирования людей и животных
  • Различные ценовые категории от низкой до дорогой в зависимости от разрешения и точности

3D-сканеры среднего и большого радиуса действия

3D-сканеры большого радиуса действия бывают двух основных форматов - импульсного и фазового - оба хорошо подходят для больших объектов, таких как здания, сооружения, самолеты и военные машины. 3D-сканеры с фазовым сдвигом также хорошо подходят для сканирования средней дальности, например, автомобилей, больших насосов и промышленного оборудования. Эти сканеры захватывают миллионы точек, поворачиваясь на 360 градусов при вращении зеркала, которое перенаправляет лазер наружу к объекту или областям для 3D-сканирования.
Лазерные импульсные 3D-сканеры
Лазерные импульсные сканеры, также известные как времяпролетные сканеры, основаны на очень простой концепции: скорость света известна очень точно. Таким образом, если известно время, необходимое лазеру, чтобы достичь объекта и отразиться обратно на датчик, известно расстояние от датчика до объекта.Эти системы используют схему с точностью до пикосекунд, чтобы измерить время, необходимое для возвращения миллионов импульсов лазера к датчику, и вычислить расстояние. Вращая лазер и датчик (обычно через зеркало), сканер может сканировать на 360 градусов вокруг себя.
Лазерные 3D-сканеры с фазовым сдвигом
Лазерные системы с фазовым сдвигом - это еще один тип технологии времяпролетного 3D-сканера, который концептуально работает аналогично импульсным системам. В дополнение к импульсу лазера, эти системы также модулируют мощность лазерного луча, а сканер сравнивает фазу лазера, отправленного и возвращенного датчику.Измерение фазового сдвига, как правило, более точное и тихое, но не такое гибкое для сканирования на большие расстояния, как импульсные 3D-сканеры. 3D-сканеры на основе лазерных импульсов могут сканировать объекты на расстоянии до 1000 м, в то время как сканеры с фазовым сдвигом лучше подходят для сканирования объектов на расстоянии до 300 м или меньше.
Преимущества 3D-сканеров большой дальности
  • 3D-сканирование миллионов точек за одно сканирование - до 1 миллиона точек в секунду
  • Большая область сканирования до 1000 метров
  • Хорошая точность и разрешение в зависимости от размера объекта
  • Бесконтактное сканирование для безопасного сканирования всех типов объектов
  • Портативный

Координатно-измерительная машина (КИМ)

Координатно-измерительная машина (КИМ) используется в основном для проверки деталей. Машиной можно управлять вручную или в автономном режиме с помощью программного обеспечения и компьютеров. Измерения определяются путем присоединения датчика к машине. Зонд обычно имеет небольшой шарик на конце стержня известного диаметра. Затем КИМ программируется на контакт с деталью. Когда машина обнаруживает контакт наконечника зонда, измеренное значение снимается в пространстве XYZ. Наиболее распространенный тип КИМ - это мостовой тип, который имеет 3 оси X, Y и Z. Многократная измерительная система может вращаться, обеспечивая дополнительные 3 оси, что в сумме дает 6 степеней свободы (DOF).Для очень точного измерения деталей с точностью до нескольких микрон КИМ обычно устанавливают в контролируемой комнате для осмотра, которая включает в себя усиленный пол, контролируемую влажность и температуру, а также изоляцию от вибрации и других сил, которые могут повлиять на точность. Кроме того, у большинства КИМ есть большая гранитная поверхность стола, которая идеально ровная. Детали крепятся к гранитному столу, поэтому во время измерения нет движения.
Преимущества КИМ
  • Один из самых точных способов измерения объекта
  • Детали от мелких до крупных можно измерить с помощью подходящего станка
  • Существуют отраслевые стандарты и сертификаты для измерений и программного обеспечения
  • Машины многих стилей и размеров выпускаются многими производителями

3D-сканеры и зонды на базе руки

Вооруженная система трехмерного сканирования или измерения похожа на координатно-измерительную машину (КИМ) тем, что она может использовать контактный датчик для измерения детали.Помимо зонда, многие системы на основе рук также имеют присоединяемый лазерный 3D-сканер для сбора большого количества точек. Программное обеспечение отслеживает совместные движения руки, чтобы всегда знать, где она находится в трехмерном пространстве. Системы на основе рук работают за счет прикрепления шарнирно-сочлененной руки к столу или прочному основанию. Затем руку держат за ручку на конце и перемещают для зондирования или сканирования. Основное преимущество этих систем заключается в том, что они намного более портативны, чем КИМ, и могут использоваться в производственных условиях.
Преимущества 3D-сканеров и зондов на базе руки
  • Переносная система
  • Хорошая точность при обработке деталей малого и среднего размера
  • Возможность исследования и сканирования отдельной детали

3D-сканеры и зонды с оптическим слежением

Системы 3D-сканирования и зондирования с оптическим отслеживанием используют набор камер для отслеживания местоположения 3D-сканирующей головки или датчика в 3D-пространстве. Эти системы обладают преимуществами по сравнению с системами на основе рук, включая свободу передвижения, лучшую точность на расстоянии и возможность включать «динамическую привязку».Системы динамической привязки работают, прикрепляя цели или светодиодные фонари к объекту, который вы сканируете или исследуете. Это позволяет системе камеры отслеживать деталь и сканировать или проверять головку отдельно друг от друга. В результате деталь может двигаться даже во время сканирования, при этом не происходит потери точности или качества данных. Кроме того, камеру можно перемещать, что позволяет сканировать большие детали за одну установку.
Преимущества систем 3D-сканирования и зондирования с оптическим слежением
  • 3D-сканирование и зондирование в одной системе
  • Свобода передвижения
  • Большой объем 3D-сканирования
  • Возможность измерения и сканирования даже во время движения детали без потери точности
  • Очень портативный

3D-сканеры | 3D Системы

3D-сканирование открывает мир возможностей.Представьте, что вы можете запечатлеть что-либо в физическом мире и получить его цифровую модель за считанные минуты.

Не нужно воображать. Ежедневно компании используют 3D-сканеры и программное обеспечение для:

  • Создавайте и реконструируйте CAD-модели реальных деталей, чтобы фиксировать утраченные проекты, обновлять существующие продукты и создавать новые.
  • Проверьте качество продукции, сравнивая изготовленные детали с проектами САПР.
  • Создавайте массовые товары для здравоохранения, стоматологии и моды.
  • Сканируйте целые здания, чтобы создавать точные 3D-модели.
  • И многое другое.

3D-сканеры и сопутствующее программное обеспечение теперь доступны многим. Сканеры быстрее, дешевле и точнее. Программное обеспечение для обработки 3D-сканирования более автоматизировано, дает лучшие результаты и работает быстрее, чем когда-либо прежде.

Что такое 3D-сканеры?

Есть много разных устройств, которые называются 3D-сканерами. Любое устройство, которое измеряет физический мир с помощью лазеров, источников света или рентгеновских лучей и генерирует плотные облака точек или полигональные сетки, можно рассматривать как 3D-сканер.Они известны под разными именами, включая 3D-дигитайзеры, лазерные сканеры, сканеры белого света, промышленную компьютерную томографию, LIDAR и другие. Общим, объединяющим фактором всех этих устройств является то, что они фиксируют геометрию физических объектов с помощью сотен тысяч или миллионов измерений.

Зачем вам нужно программное обеспечение для 3D-сканирования?

Поскольку сканеры собирают огромные объемы данных, вам потребуется специальное программное обеспечение для обратного проектирования, такое как Geomagic ® Design X ™, Geomagic для SOLIDWORKS ® и Geomagic Wrap ® , чтобы преобразовать выходные данные во что-то удобное для использования, с которым может справиться другое программное обеспечение. .В зависимости от того, для чего вы будете использовать данные сканирования, программа обратного проектирования может выполнять с данными много разных действий. Наиболее распространенными приложениями для 3D-сканирования являются обратный инжиниринг, проверка, цифровое архивирование или 3D-печать. Специальное программное обеспечение, такое как программное обеспечение обратного проектирования Geomagic и программное обеспечение для контроля и метрологии Geomagic Control X ™, является самым быстрым и простым способом раскрыть весь потенциал 3D-сканера.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *