Интерес к новым технологиям, которые позволяют оптимизировать производство и меняют существующие бизнес-модели, неизменно растет. У технических специалистов, желающих разобраться во всех тонкостях инновационных методов, естественно, возникает масса вопросов. Мы собираем и анализируем все вопросы о 3D-технологиях, которые нам задают инженеры, технологи, проектировщики, научные сотрудники, студенты и руководители компаний, и сегодня открываем новую рубрику блога в формате Frequently Asked Questions.
В первой и второй частях материала, посвященного 3D-сканированию, своими знаниями и опытом делится технический эксперт, кандидат технических наук Григорий Аватинян.
Если вы не нашли ответов на интересующие вас вопросы, свяжитесь с нами! Эксперты iQB Technologies проконсультируют вас и подберут наилучшее решение. Также мы предлагаем опробовать 3D-сканер бесплатно:
Закажите бесплатное тестовое 3D-сканирование
Сколько стоят 3D-сканеры и услуги 3D-сканирования?
Стоимость оборудования зависит от размеров объектов, которые предполагается сканировать, решаемых задач, требуемых параметров точности, разрешения и производительности, а также от наличия метрологических сертификатов.
Цены на профессиональные устройства, предлагаемые компанией iQB Technologies, варьируются в диапазоне от 700 тысяч до 13,5 млн рублей. Высокая стоимость 3D-сканеров обусловлена тем, что это сложные и высокотехнологичные измерительные приборы, имеющие метрологические сертификаты и обеспечивающие существенные преимущества перед традиционными средствами измерений. Подробно о типах и возможностях 3D-сканеров вы можете прочесть в статье нашего блога «Как выбрать 3D-сканер». Также рекомендую ознакомиться с материалом, в котором объясняется разница между устройствами метрологического класса и их дешевыми копиями.
Иногда выгоднее выполнять 3D-сканирование на заказ. Ассортимент услуг и цены и вы можете узнать у нашего партнера – компании TWIZE, которая имеет уникальный опыт реализации проектов в области 3D-технологий.
Какой точности можно добиться при 3D-сканировании?
Здесь нужно иметь в виду габариты объекта сканирования, цели сканирования (контроль геометрии, реверс-инжиниринг), особенности геометрии и структуры поверхности. Исходя из этих факторов подбирается технология и соответствующее оборудование и ПО.
Портативные 3D-сканеры Creaform предлагают наилучшие показатели точности в своей категории – до 25 микрон (объемная точность – до 78 микрон на 16 кубических метров). Кстати, новая модель MetraSCAN BLACK|Elite еще и самая быстрая в классе ручных лазерных сканеров – до 1 млн 800 тыс. измерений в секунду.
Если нужна еще более высокая точность, понадобится стационарный 3D-сканер. Устройства Solutionix на минимальной зоне сканирования могут по факту получать отклонение на эталонах в пределах 2-3 микрон. Но стационарное (настольное) оборудование предназначено для сканирования изделий несколько меньших габаритных размеров. Например, Solutionix C500 подходит для деталей размером от единиц миллиметров до полуметра. У ручного же сканера таких ограничений нет, здесь диапазон габаритов – от десятков миллиметров до нескольких метров.
Дальномерные лазерные сканеры (такие как FARO серии Focus), применяемые для измерения зданий, ландшафтов и других крупных объектов размерами до 350 метров, обеспечивают точность до 200 микрон (в зависимости от размеров объекта).
При какой температуре и при каком освещении можно проводить 3D-сканирование?
3D-сканеры приспособлены для работы не только в метрологической лаборатории, но и непосредственно на месте – в цеху, на производственном участке, на открытом объекте и т.д. Ручные 3D-сканеры обладают повышенной портативностью и специально заточены под мобильное применение.
Требования к чистоте и температуре воздуха – такие же, как для любого офиса или рабочего помещения. Естественно, нежелательно сильное загрязнение, масляная пыль в воздухе, запыление, поскольку это вредно для оптики. Некоторые сканеры, к примеру, Solutionix, оснащены вентилятором охлаждения и пылевым фильтром, предотвращающим загрязнение оптики внутри устройства.
Лазерные дальномерные сканеры типа FARO специально рассчитаны на работу в сложных условиях и обеспечивают защиту от пыли, мусора и водяных брызг (класс защиты IP 54).
Дневное или офисное освещение не влияет на качество сканирования – могу это утверждать, основываясь на своем опыте работы с Creaform и Solutionix. Сканер подсвечивает объект светодиодами и лазерами, используя специально спроектированную высококачественную оптику. Скорее всего, в оборудовании есть поляризационные фильтры и фильтры на длину волны лазера, благодаря чему сканер отфильтровывает шумы и «видит» объект сканирования так, как нужно ему. А вы, используя свое обычное освещение, видите деталь так, как нужно вам.
Возможно ли получить качественный скан в условиях вибрации?
Ручные 3D-сканеры с лазерной подсветкой компании Creaform позволяют выполнять сканирование в условиях вибраций и даже тряски. Достигается это тем, что подсветка сеткой и запись геометрии объекта сканирования выполняется с высокой частотой (около 60 раз в секунду), что позволяет сканеру двигаться относительно объекта при сканировании. Ручные сканеры Creaform HandySCAN позволяют сканировать объекты на борту легкомоторного самолета во время его полета с сопутствующей таким воздушным судам качкой и тряской, при катании на сноуборде и даже при езде в спортивной машине по гоночному треку!
Как производится сканирование моделей с различной оптической плотностью? Реально ли оцифровать объект с блестящей или черной поверхностью?
Если поверхность модели матовая (то есть обеспечивает рассеивание попадающего на нее света), то 3D-сканер захватит ее без проблем. Полированная же поверхность, ввиду отсутствия шероховатости, отражает почти весь свет, излучаемый устройством подсветки сканера в сторону от его камер. Из-за этого отраженный сигнал, возвращающийся в камеры, имеет низкую интенсивность. По этой причине полированную или глянцевую поверхность необходимо матировать специальным спреем, который не вносит существенных искажений, поскольку у него субмикронный размер частиц, что позволяет добиться рассеивания на поверхности и получения обратного сигнала в камерах.
Что касается изделий черного цвета, его поглощающие свойства возможно нивелировать временем экспозиции, которая настраивается в процессе сканирования. Проблема с бликующей гладкой поверхностью характерна для стационарных устройств, в которых подсветка выполняется проектором. В случае, если черная деталь бликует, потребуется легкое матирование.
Необходимо отметить, что портативные 3D-сканеры Creaform, такие как вышеупомянутый HandySCAN BLACK|Elite, благодаря технологическим усовершенствованиям, лазерной подсветке, различным программным и аппаратным методам позволяют сканировать полированные, бликующие и черные поверхности без матирования.
Обязательно ли использовать позиционные метки для ручных 3D-сканеров?
Зависит от модели сканера. Например, для флагманских лазерных сканеров HandySCAN BLACK|Elite компании Creaform они необходимы, поскольку являются самой точной мерой для определения относительного положения сканера и деталей. Позиционные метки могут быть многоразовые магнитные и требуются в не очень большом количестве – они наклеиваются с шагом порядка 100 мм. Метки необязательно размещать на самой детали, можно просто разложить их на столе вокруг детали и сканировать ее с одной, затем с другой стороны, получая два промежуточных скана. Затем эти два скана детали с двух сторон сшиваются по особенностям геометрии ее поверхности, которые используются программным обеспечением наподобие ориентиров.
Некоторые 3D-сканеры способны выполнять запись геометрии детали без меток, ориентируясь на особенности геометрии изделия, отверстия, рифления на поверхности, а также на текстуру. Такая функция есть, например, у сканеров ZG MarvelScan и Creafrom Go!SCAN SPARK.
Можно ли отсканировать не всю деталь, а только ее часть?
Да. Необязательно сканировать всю деталь – как при обратном проектировании, так и при контроле геометрии.
Для реверс-инжиниринга вам нужно только отсканировать геометрию поверхностей-примитивов детали, представляющих интерес, – цилиндров, сфер, плоскостей и т.д., а затем вы уже сможете смоделировать их в параметрическом виде по отсканированным данным в программном обеспечении Geomagic Design X и получить параметрическую модель. Захват сканером только интересующих вас поверхностей позволяет значительно сэкономить время.
То же самое при контроле геометрии: вы можете, например, проконтролировать диаметр цилиндра или отсканировать выступающую часть и посчитать ее объем, отрезав ее от детали. Сканером можно захватить только критические места, так, чтобы потом совместить CAD-модель с этими отсканированными участками и получить цветовую карту отклонений в нужных местах.
А как насчет возможности повторного сканирования?
Зоны, которые вызвали проблему, можно сканировать повторно. Просто надо понимать, что если вы выполнили переустановку детали, то она уже неизбежно располагается в немного другом положении относительно предыдущих сканов. Если вы хотите использовать и предыдущие сканы, нужно будет выполнить сшивание программными методами. Но при относительно большой площади перекрытия – хотя бы процентов 30-40, – точность будет высокая, потому что сетка, получаемая со сканера, очень мелкая, высокодетализированная, и объем данных о геометрии в зонах перекрытия промежуточных сканов будет очень большой. Соответственно, большим будет и объем данных у программного обеспечения для уточнения взаимного расположения двух частей модели (промежуточных сканов).
Можно ли с помощью 3D-сканера контролировать качество деталей поточно?
Да, у компании Creaform есть решения для автоматизации процесса контроля. Они предназначены для проверки деталей на конвейере, а также для автоматизированного контроля в отдельной зоне. Эти решения отличаются очень широкими возможностями, особенностями и нюансами работы. Применение оборудования для поточного контроля деталей на производстве предполагает интеграцию в технологические циклы и маршруты предприятия, серьезнейшую проработку задач заказчика и анализ требований к процессу контроля (точности, скорости, видам изделий и т.д.), так как стоимость таких решений, конечно, выше.
Вот краткая характеристика таких решений компании Creaform. Во-первых, это MetraSCAN 3D-R – сканер, который устанавливается на роботизированную руку. Во-вторых, это CUBE-R – система 3D-сканирования с рукой-роботом и поворотным столом, располагаемая в огороженной зоне автоматизированного контроля с числовым программным управлением. Она позволяет проверять до 660 деталей в день. Первое решение предназначено для проверки продукции на конвейере, а CUBE-R – для автоматизированного контроля уже за пределами конвейера.
Каковы системные требования при работе с данными сканирования?
Потребуется мощный процессор, желательно четырехъядерный, восьмипоточный, как можно больше оперативной памяти (рекомендуется 32 ГБ) и современная видеокарта 4-8 ГБ. Также крайне желательно для сокращения времени выполнения обращений к диску иметь на компьютере в качестве операционного носителя SSD-накопитель на 512 ГБ или 1 ТБ с малым временем отклика.
Способен ли сканер определять допуски без компьютера?
3D-сканер представляет собой устройство сбора данных со своей аппаратной частью и прошивкой и не предполагает установки какого-то дополнительного ПО. Для работы такого софта потребуются дополнительные вычислительные мощности, которые сильно повлияли бы на процесс сканирования, вес прибора, его надежность и многие другие нюансы.
Даже если подобное решение реализуемо, оно не будет технически эффективным и экономически успешным. Наилучший вариант на сегодня – использование 3D-сканера как высокоточного поверенного метрологического сенсора совместно с персональным компьютером, на котором уже установлено программное обеспечение. Самые качественные и универсальные программы предлагает компания 3D Systems: это, в первую очередь, Geomagic Control X для контроля геометрии и Geomagic Design X – для обратного проектирования.
Внесено ли оборудование для 3D-сканирования в Госреестр?
Многие модели 3D-сканеров внесены или вносятся в настоящее время в Государственный реестр средств измерений, это не является проблемой для 3D-сканеров лидирующих мировых производителей (Creaform, Solutionix). Они проходят как поверку по методикам Российской Федерации, так и сертификацию по международным методикам.
Например, в июле 2020 года в Госреестре СИ появились HandySCAN BLACK и Go!SCAN SPARK от Creaform, в мае 2022 – модельный ряд MetraSCAN 3D. Теперь они могут проходить ежегодную поверку с выдачей свидетельства государственного образца.
Где можно пройти обучение по работе с 3D-сканерами и программным обеспечением?
Наша компания проводит пусконаладочные работы и демонстрации. Мы показываем, как работать с оборудованием, добиваемся того, чтобы клиент понимал принцип работы сканера и умел использовать его с максимальной выгодой для своего бизнеса.
Кроме того, у нас есть учебный центр, где вы можете пройти курсы по различным аспектам 3D-сканирования, 3D-моделирования и аддитивным технологиям, в том числе дистанционно. Помогут в знакомстве с технологией и вебинары, регулярно проводимые экспертами iQB Technologies.
Во второй части материала мы продолжаем отвечать на ваши вопросы. Следите за новыми публикациями в блоге!
Статья опубликована 03.08.2020 , обновлена 11.06.2024
