Hur bidrar 3D-skanningstekniken med lasertriangulering till att förbättra tillverkningsprocesserna?

Vad är 3D-skanningsteknik med lasertriangulering?

Principen för lasertriangulering bygger på en kombination av en laser och en kamera. En laserstråle riktas mot objektets yta och kameran fångar upp det reflekterade ljuset. Genom att känna till vinklarna och avståndet mellan lasern och kameran beräknar systemet de exakta koordinaterna på objektets yta med hjälp av trigonometriska formler.

Avancerade 3D-skannrar som Kreon-skannrarna, som är konstruerade för mätningar med lasertriangulering, säkerställer en tillförlitlig datainsamling av komponenternas exakta form och egenskaper med enastående noggrannhet – allt med hjälp av en laserstråle.

Detta gör det möjligt för tillverkare att med säkerhet uppfylla sina mål inom kvalitetskontroll och produktutveckling inom ett brett spektrum av industriella tillämpningar.

Begreppet ”triangulering” inom 3D-skanning har sitt ursprung i två huvudsakliga aspekter:

1. Systemkonfiguration: Systemets komponenter, som består av laserkällan (1), kameran (2) och laserlinjen (3) på det objekt som digitaliseras, är placerade så att de bildar en triangel.

2. Matematisk princip: Metoden bygger på principer som utgår från likformiga trianglar. Detta innebär att man använder trianglarnas förhållanden och kvoter, i kombination med trigonometriska beräkningar, för att omvandla den tvådimensionella informationen i den digitala bilden till verkliga 3D-koordinater.

‍

En beskrivande funktion hos en 3D-skanningsteknik baserad på lasertriangulering

Vid 3D-skanning med lasertriangulering är de kända parametrarna längden på en sida av triangeln, avståndet mellan kameran och lasersändaren samt vinkeln mellan lasersändaren och kameran. Skannerns precision är beroende av noggrannheten i mätningen av avståndet och vinkeln mellan lasersändaren och kameran, samt hur konsekvent dessa parametrar upprätthålls över tid under skannerns drift. Dessutom beror skannerns precision på kamerasensorns upplösning.

Genom att observera laserpunktens position i kamerans synfält kan vinkeln från kamerans sida bestämmas. Dessa tre parametrar definierar triangelns form och mått och anger laserpunktens exakta position.

Bilden nedan visar hur kameran uppfattar laserlinjen. Linjen framstår som förvrängd beroende på objektets ytform. Y-koordinaten för en punkt på laserlinjen i bilden ökar i takt med höjden på motsvarande punkt på det faktiska objektet.

‍

Hur fungerar principen för lasertriangulering i en skanner?

Här följer en steg-för-steg-guide

1. En laserlinje projiceras vertikalt på det objekt som ska digitaliseras.

2. En kamera, som är vinklad i en vinkel (θ) i förhållande till laserplanet, filmar scenen för att fastställa objektets position.

3. Den digitaliserade linjen omvandlas till en serie 2D-punkter med en gemensam absciss.

4. När skannern flyttas registrerar kameran en ny laserlinje efter den första och så vidare, vilket bildar en rad laserlinjer som kan överlappa varandra och på så sätt återge objektets hela form i 3D.

‍

Det bästa sättet att samla in 3D-punktmolnsdata på ett korrekt sätt

Exakt placering av skannern inom ett 3D-arbetsutrymme

En korrekt placering av skannern är avgörande för att skanningslinjerna ska placeras på rätt sätt. Detta kräver en grundlig förståelse för skannerns placering i arbetsområdet.

Den främsta metoden för att uppnå detta är det externa positioneringssystemet, som omfattar externa enheter som mätarmar eller koordinatmätmaskiner ( , CMM) som kan användas för att göra systemet helt oberoende och möjliggöra högprecisionsmätningar.

En högre frekvens för de snabbaste rörelserna

Skannerns frekvens avgör hastigheten vid linjeavläsningen. Ju högre frekvens, desto tätare ligger linjerna, och desto snabbare kan operatören röra sig.

Flera skanningar och integrering av punktmoln

För att säkerställa fullständig täckning och noggrannhet kan flera skanningar utföras från olika vinklar eller positioner i förhållande till objektet. Data från de olika skanningarna justeras och slås samman till ett enda punktmoln, som visar de exakta rumsliga koordinaterna för punkterna på objektets yta.

Ytrekonstruktion och datautmatning

Punktmolnsdata bearbetas för att rekonstruera objektets ytgeometri i tre dimensioner, vilket kan resultera i en nätmodell. Det slutliga resultatet av skanningsprocessen är en digital modell av objektet, som kan användas för olika tillämpningar såsom inspektion, kvalitetskontroll, omvänd konstruktion eller digitalt bevarande av konstverk.

‍

Användningsområden för laserskanning med trianguleringsteknik inom olika branscher

Laserskanning erbjuder betydande fördelar inom en rad olika branscher. Inom tillverkningsindustrin garanterar den precision på mikronnivå för kvalitetskontroll, upptäckt av fel och verifiering av komplexa geometrier. Bilindustrin använder laserskannrar för validering av komponenter och kontroll av verktyg, vilket bidrar till utvecklingen av mer tillförlitliga och säkrare fordon. Flyg- och rymdingenjörer förlitar sig på laserskanning för icke-destruktiv och beröringsfri provning för att avbilda allt från intrikata detaljer till stora enheter utan att skada känsliga komponenter.

‍

Slutsats

Sammanfattningsvis är 3D-skanningstekniken med lasertriangulering otroligt precis och användbar för att mäta och avbilda industriella objekt in i minsta detalj. Den hjälper industrin att arbeta mer exakt och snabbare samt att analysera och tillämpa tillförlitliga data. Tekniken används på många olika sätt och blir ständigt bättre, vilket påskyndar industriella projekt och maximerar deras produktivitet.