Mittausvarret
OnyxAcein mittausvarret ja 3D-skannerit
Lasertriangulaatioperusteinen 3D-skannaus perustuu pohjimmiltaan yksinkertaiseen mutta nerokkaaseen periaatteeseen, jossa mittausskanneri suorittaa minkä tahansa kohteen kolmiulotteisia mittauksia skannaamalla sitä laservalolla.
Lasertriangulaatioperiaate perustuu laserin ja kameran yhteistoimintaan. Lasersäde suunnataan kohteen pinnalle, ja kamera tallentaa siitä heijastuvan valon. Kun laserin ja kameran väliset kulmat ja etäisyys ovat tiedossa, järjestelmä laskee kohteen pinnan tarkat koordinaatit trigonometristen suhteiden avulla.
Edistykselliset 3D-skannerit, kuten lasertriangulaatiomittauksiin suunnitellut Kreon-skannerit, mahdollistavat komponenttien tarkan muodon ja ominaisuuksien luotettavan tallennuksen erittäin tarkasti pelkän laser säteen avulla.
Tämän ansiosta valmistajat voivat luottavaisin mielin saavuttaa laadunvalvonta- ja tuotekehitystavoitteensa monenlaisissa teollisissa sovelluksissa.
Termi ”triangulaatio” 3D-skannauksen yhteydessä juontuu kahdesta pääasiallisesta näkökohdasta:
1. Järjestelmän kokoonpano: Järjestelmän komponentit, joihin kuuluvat laserlähde (1), kamera (2) ja digitoitavan kohteen pinnalla oleva laserlinja (3), on sijoitettu siten, että ne muodostavat kolmion kolme kulmapistettä.
2. Matemaattinen periaate: Menetelmä perustuu samankaltaisten kolmioiden periaatteisiin. Siinä hyödynnetään kolmioiden välisiä suhteita ja suhdelukuja sekä trigonometrisia laskelmia, jotta digitaalisessa kuvassa tallennetut 2D-tiedot voidaan muuntaa todellisten 3D-koordinaateiksi.
Lasertriangulaatioperusteisessa 3D-skannauksessa tunnetut parametrit ovat kolmion yhden sivun pituus, kameran ja lasersäteilijän välinen etäisyys sekä lasersäteilijän ja kameran välille muodostuva kulma. Skannerin tarkkuus riippuu laserlähettimen ja kameran välisen etäisyyden ja kulman mittaustarkkuudesta sekä siitä, kuinka tasaisesti nämä parametrit pysyvät vakaina skannerin käytön aikana. Lisäksi skannerin tarkkuus riippuu kameran kennon resoluutiosta.
Tarkkailemalla laserpisteen sijaintia kameran näkökentässä voidaan määrittää kulma kameran sivulta mitattuna. Nämä kolme parametria määrittävät kolmion muodon ja mitat sekä paikantavat laserpisteen sijainnin.
Alla olevassa kuvassa näkyy, miten kamera havaitsee laserlinjan. Linja näyttää vääristyneeltä kohteen pinnan muodon vuoksi. Laserlinjalla olevan pisteen Y-koordinaatti kuvassa kasvaa sitä mukaa, mitä korkeammalla vastaava piste todellisessa kohteessa sijaitsee.
Tässä on vaiheittainen ohje
1. Laservalo projisoidaan pystysuoraan digitoitavalle kohteelle.
2. Kamera, joka on kallistettu kulmaan (θ) laseritasoon nähden, kuvaa kohteen sijaintia.
3. Digitoitu viiva muunnetaan sarjaksi 2D-pisteitä, joilla on yhteinen x-koordinaatti.
4. Kun skanneria liikutetaan, kamera tallentaa ensimmäisen laserlinjan jälkeen uuden laserlinjan ja niin edelleen, jolloin muodostuu peräkkäisiä laserlinjoja, jotka voivat limittyä toisiinsa ja muodostaa kohteen koko muodon kolmiulotteisena.
Skannerin tarkka sijoittaminen on ratkaisevan tärkeää skannausviivojen tehokkaalle sijoittamiselle. Tämä edellyttää skannerin sijainnin perusteellista ymmärtämistä työtilassa.
Tämän tavoitteen saavuttamiseksi käytetään pääasiassa ulkoista paikannusjärjestelmää, johon kuuluu ulkoisia laitteita, kuten mittausvarsi tai koordinaattimittauskone ( , CMM). Näiden laitteiden avulla järjestelmä on täysin itsenäinen ja mahdollistaa erittäin tarkat mittaukset.
Skannerin taajuus määrää viivojen tallennusnopeuden. Mitä suurempi taajuus on, sitä tiheämmin viivat sijoittuvat ja sitä nopeammin käyttäjä voi liikkua.
Kattavuuden ja tarkkuuden varmistamiseksi voidaan suorittaa useita skannauksia eri kulmista tai kohteeseen nähden eri asennoista. Useista skannauksista saadut tiedot kohdistetaan ja yhdistetään yhdeksi pistepilveksi, joka kuvaa kohteen pinnalla olevien pisteiden tarkat paikkakoordinaatit.
Pistepilvidataa käsitellään kohteen pinnan geometrian rekonstruoimiseksi kolmiulotteisesti, jolloin tuloksena voi olla verkkomalli. Skannausprosessin lopputuloksena syntyy kohteen digitaalinen malli, jota voidaan käyttää moniin eri tarkoituksiin, kuten tarkastukseen, laadunvalvontaan, käänteissuunnitteluun tai taideteosten digitaaliseen säilyttämiseen.
Laserskannaus tarjoaa merkittäviä etuja monilla eri toimialoilla. Teollisuudessa se takaa mikronitason tarkkuuden laadunvalvonnassa, vikojen havaitsemisessa ja monimutkaisten geometrioiden tarkistamisessa. Autoteollisuudessa laserskannereita käytetään osien validointiin ja työkalujen tarkastukseen, mikä tukee entistä luotettavampien ja turvallisempien ajoneuvojen kehittämistä. Ilmailu- ja avaruusteollisuuden insinöörit hyödyntävät laserskannausta rikkomattomissa ja kosketuksettomissa testeissä, joiden avulla voidaan tallentaa tietoja monimutkaisista yksityiskohdista suuriin kokoonpanoihin vahingoittamatta herkkiä komponentteja.
Yhteenvetona voidaan todeta, että lasertriangulaatiota hyödyntävä 3D-skannaustekniikka on uskomattoman tarkka ja hyödyllinen teollisten kohteiden mittaamisessa ja tallentamisessa pienimpiäkin yksityiskohtia myöten. Se auttaa teollisuutta toimimaan tarkasti, nopeuttamaan työntekoa sekä analysoimaan ja hyödyntämään luotettavaa dataa. Tätä tekniikkaa käytetään monin eri tavoin, ja se kehittyy jatkuvasti, mikä nopeuttaa teollisia hankkeita ja maksimoi niiden tuottavuuden.
