W jaki sposób technologia skanowania 3D z wykorzystaniem triangulacji laserowej usprawnia procesy produkcyjne?

Czym jest technologia skanowania 3D oparta na triangulacji laserowej?

Zasada triangulacji laserowej opiera się na połączeniu działania lasera i kamery. Wiązka lasera jest kierowana na powierzchnię obiektu, a kamera rejestruje odbite światło. Znając kąty i odległość między laserem a kamerą, system oblicza dokładne współrzędne na powierzchni obiektu, wykorzystując zależności trygonometryczne.

Zaawansowane skanery 3D, takie jak skanery Kreon, zaprojektowane z myślą o pomiarach metodą triangulacji laserowej, zapewniają niezawodne rejestrowanie danych dotyczących dokładnego kształtu i cech elementów z niezwykłą precyzją – a wszystko to dzięki wykorzystaniu wiązki laserowej.

Dzięki temu producenci mogą z pewnością realizować swoje cele w zakresie kontroli jakości i rozwoju produktów w szerokim spektrum zastosowań przemysłowych.

Termin „triangulacja” w kontekście skanowania 3D wywodzi się z dwóch głównych aspektów:

1. Konfiguracja systemu: Elementy systemu, w skład których wchodzą źródło lasera (1), kamera (2) oraz linia lasera (3) padająca na digitalizowany obiekt, są rozmieszczone w taki sposób, że tworzą trzy wierzchołki trójkąta.

2. Zasada matematyczna: Metoda ta opiera się na zasadach dotyczących trójkątów podobnych. Polega to na wykorzystaniu zależności i stosunków występujących w trójkątach, w połączeniu z obliczeniami trygonometrycznymi, w celu przekształcenia informacji dwuwymiarowych zawartych w obrazie cyfrowym na rzeczywiste współrzędne trójwymiarowe.

‍

Funkcjonowanie reprezentacyjne technologii skanowania 3D z wykorzystaniem triangulacji laserowej

W skanowaniu 3D z wykorzystaniem triangulacji laserowej znanymi parametrami są długość jednego boku trójkąta, odległość między kamerą a nadajnikiem laserowym oraz kąt utworzony między nadajnikiem laserowym a kamerą. Precyzja skanera jest powiązana z dokładnością pomiaru odległości i kąta między nadajnikiem laserowym a kamerą oraz tym, jak stabilnie parametry te są utrzymywane w czasie podczas pracy skanera. Dodatkowo precyzja skanera zależy od rozdzielczości czujnika kamery.

Obserwując położenie punktu laserowego w polu widzenia kamery, można określić kąt widzenia z perspektywy kamery. Te trzy parametry określają kształt i wymiary trójkąta oraz precyzyjnie wskazują położenie punktu laserowego.

Poniższy rysunek pokazuje, jak kamera postrzega linię lasera. Linia wydaje się zniekształcona w zależności od kształtu powierzchni obiektu. Współrzędna Y punktu na linii lasera na rysunku rośnie wraz z wysokością odpowiadającego mu punktu na rzeczywistym obiekcie.

‍

Jak działa zasada triangulacji laserowej w skanerze?

Oto szczegółowy opis poszczególnych kroków

1. Promień lasera jest kierowany pionowo na obiekt, który ma zostać zdigitalizowany.

2. Kamera ustawiona pod kątem (θ) względem płaszczyzny lasera rejestruje obraz w celu określenia położenia obiektu.

3. Zdigitalizowana linia jest przekształcana w ciąg punktów 2D o wspólnej odciętej.

4. Podczas przesuwania skanera kamera rejestruje kolejną linię laserową po pierwszej i tak dalej, tworząc ciąg linii laserowych, które mogą się nakładać, odtwarzając w ten sposób trójwymiarowy kształt obiektu.

‍

Najlepsza metoda dokładnego pozyskiwania danych chmury punktów 3D

Precyzyjne ustawienie skanera w przestrzeni roboczej 3D

Precyzyjne ustawienie skanera ma kluczowe znaczenie dla skutecznego rozmieszczenia linii skanowania. Wymaga to dokładnego zrozumienia położenia skanera w obszarze roboczym.

Głównym sposobem osiągnięcia tego celu jest zewnętrzny system pozycjonowania, który obejmuje urządzenia zewnętrzne typu „ ”, takie jak ramię pomiarowe lub maszyna do pomiaru współrzędnych (CMM), co pozwala na całkowitą niezależność i wykonywanie pomiarów o wysokiej precyzji.

Większa częstotliwość dla najszybszych ruchów

Częstotliwość skanera decyduje o szybkości rejestrowania linii. Im wyższa częstotliwość, tym linie są bliżej siebie, a tym samym operator może poruszać się szybciej.

Wielokrotne skanowanie i integracja chmur punktów

Aby zapewnić pełny zasięg i dokładność, można wykonać wiele skanów z różnych kątów lub pozycji względem obiektu. Dane z poszczególnych skanów są dopasowywane i łączone w jedną chmurę punktów, która przedstawia dokładne współrzędne przestrzenne punktów na powierzchni obiektu.

Rekonstrukcja powierzchni i generowanie danych

Dane chmury punktów są przetwarzane w celu odtworzenia trójwymiarowej geometrii powierzchni obiektu, co może skutkować utworzeniem siatki powierzchniowej. Efektem końcowym procesu skanowania jest cyfrowy model obiektu, który można wykorzystać do różnych zastosowań, takich jak kontrola, kontrola jakości, inżynieria odwrotna czy cyfrowa konserwacja dzieł sztuki.

‍

Zastosowania skanowania triangulacyjnego laserowego w różnych branżach

Skanowanie laserowe zapewnia znaczące korzyści w wielu branżach. W przemyśle wytwórczym gwarantuje precyzję rzędu mikronów w zakresie kontroli jakości, wykrywania wad i weryfikacji złożonych geometrii. Przemysł motoryzacyjny wykorzystuje skanery laserowe do walidacji części i kontroli oprzyrządowania, co przyczynia się do opracowywania bardziej niezawodnych i bezpieczniejszych pojazdów. Inżynierowie lotniczy i kosmiczni stosują skanowanie laserowe do badań nieniszczących i bezkontaktowych, aby rejestrować zarówno skomplikowane detale, jak i duże zespoły, bez uszkadzania wrażliwych elementów.

‍

Wnioski

Podsumowując, technologia skanowania 3D oparta na triangulacji laserowej jest niezwykle precyzyjna i przydatna do pomiaru oraz rejestrowania obiektów przemysłowych z zachowaniem najdrobniejszych szczegółów. Pomaga ona przedsiębiorstwom przemysłowym osiągać większą dokładność, pracować szybciej oraz analizować i wykorzystywać wiarygodne dane. Technologia ta znajduje wiele różnych zastosowań i jest stale udoskonalana, co przyspiesza realizację projektów przemysłowych i pozwala zmaksymalizować ich wydajność.