3D skenování

Tags: Reverse engineering | Skenování | SolidVision

Princip 3D skenování

3D laserové skenování je technologie, při níž je fyzický tvar objektu převeden na digitální pomocí triangulace. Obecně existují dva základní typy laserových skenerů: ruční skenery a skenery používající referenci.

Laserová triangulace je stereoskopická technika, kde je vzdálenost objektu vypočtena pomocí rozkmitávaného laserového paprsku a kamer. Laserový paprsek je promítán na povrch snímaného tělesa, kde jej snímají kamery. Kamery jsou umístěny ve známé poloze vůči skeneru a lze pomocí trigonometrie vypočítat 3D prostorové (XYZ) souřadnice bodů povrchu. Kamery zaznamenávají průměty laseru na povrch a digitalizují všechny body z laserové čáry.

Ruční laserový 3D skener HandyScan promítá na objekt laserový kříž, který neustále sleduje dvou- nebo tříkamerovým vestavěným systémem. Díky zachycenému laserovému kříži skener dokáže určit tvar reálného modelu a předat jej dále do počítače. Skener se během snímání pohybuje, pro určení jeho polohy v prostoru se používají reflexní poziční značky.

Skener MetraSCAN používá statickou referenci T-scan pro zjištění polohy skeneru. Celá sestava se skládá z reference T-Scan a laserové hlavy MetraSCAN a dotykové sondy HandyPROBE. Využívá tak přesnost statických systémů a fexibilnost pohybu ručních skenerů. C-Track 780 obsahuje dvoukamerový senzor s vysoce kvalitní optikou, což mu umožňuje bezdotykově snímat všechny reflexní body v jeho pracovním prostoru. Kromě toho zajišťuje přesnou lokalizaci skenovací hlavy MetraSCAN nebo dotykové sondy HandyPROBE, s nimiž pracuje lidská obsluha. Skenovací hlava je pevné karbonové těleso, jehož povrch je pokryt speciálními reflexními body, které stojící reference vyhodnocuje a určuje tak polohu hlavy v prostoru. Laserová hlava snímá pomocí dvou kamer laserový kříž z povrchu modelu. Celý proces řídí kontrolní jednotka, která kombinuje údaje ze stojící reference C-Track a laserové hlavy MetraSCAN a dotykové sondy HandyPROBE. Kontrolní jednotka zaznamenává změny teploty a vibrace a zpřesňuje výsledky měření. Díky možné kombinaci laserového skenování a dotykového měření ve vysoké přesnosti 85µm v pracovním prostoru 8 m3 je skener MetraSCAN předurčen hlavně pro kontrolu, ale lze jej použít i v ostatních oblastech.

Aplikace 3D skenování

Díky mobilnímu provedení těchto 3D skenerů je možné převádět díly do počítačové podoby téměř kdekoliv bez ohledu na prašnost, teplotu, vlhkost, stabilitu a další podmínky pracovního místa.

Kontrola

Kontrola kvality je jednou z nejdůležitějších oblastí ve výrobním procesu. Rychlá a přesná kontrola vyžaduje nejúčinnější techniky pro porovnání a kontrolu vyrobených částí k CAD návrhu. Naskenovaná data a naměřené rozměry se porovnávají s CAD modelem nebo dalším skenem, výsledkem je report odchylek, porovnání rozměrů.

Reverzní inženýrství

Proces reverzního inženýrství (reverse engineering) je o získání 3D tvaru jakéhokoliv fyzického objektu a použití 3D CAD modelu pro design, výrobu nového modelu, pro analýzu a kontrolu výroby. Tato data mohou být dodávána ve formě XYZ souřadnic bodů, také běžně nazývaných jako mraky bodů nebo polygonové sítě (STL). Nasnímaná data mohou být dále upravena na CAD plošné nebo objemové modely, které lze číst v libovolném CAD systému.

Příklady použití 3D skenování v praxi

Tvorba forem pro střešní tašky

Firma Wienerberger eurostroj řešila problém s opotřebováním forem na výrobu střešní krytiny. Nové formy bylo nutné objednávat z Německa s velkou časovou a finanční náročností.

V současné době při výrobě nových forem využíváme reverzní inženýrství pomocí 3D skenování, kdy po naskenování opotřebených forem v CAD systému zrekonstruujeme podobu originálních forem a sami si obrobíme tyto formy v dílně.

Návrh moderního sportovního vybavení

Obstát ve vrcholovém sportu není jednoduché a záleží i na každém detailu na vybavení sportovců. Spolupracujeme s výrobcem kajaků a kanoí pro reprezentanty SK a ČR firmou RC company. Při závodech záleží na každém drobném tvaru lodi. Díky 3D skenování jsme schopni loď upravovanou podle požadavků závodníka znovu zdokumentovat a kombinovat jednotlivé tvarové úpravy pro získání lepších plavebních podmínek.

Stejným způsobem prošel i vývoj závodní plachetnice pro děti pro firmu SRB Rating Boats. Na začátku byla existující loď, která zobrazovala řadu let zkušeností a znalostí a plachtění a mezinárodní předpisy, které bylo nezbytné dodržet.

Vývoj se týká také letadel, podíleli jsme se na úpravách letadla Shark pro firmu Shark Aero. Shark je vysoce výkonný kompozitový dolnoplošník s tandemovým umístěním sedadel navrhnutý pro rychlé cross-country lety. Skenovali jsme kokpit letadla a sedačky při změně designu v průběhu vývoje letadla.

Strojní výroba a měření

Častým důvodem skenování je kontrola výroby. Jedním z měření, které jsme prováděli, bylo skenování kokil na výrobu pístů. Skenování probíhalo přímo při výrobě v extrémních teplotních podmínkách. Naskenovaná kokila s jádry se porovnávala s CAD modelem a také se porovnávala roztažnost této sestavy vždy po 10 litích v cyklu 6 hodin.