Lézertechnológia, felületháló, háromszögelés – magyarázatok a 3D szkenner működéséhez

A 3D szkenneres adatgyűjtés egyre nagyobb teret hódít a gyártástechnológia és a méréstechnika területén. Az okok között egyértelműen felsorolható a gyors, pontos, egyszerű adatgyűjtés, amely a korábbiaknál hatékonyabb és olcsóbb mérési folyamatokat tesz lehetővé.

A különleges helyzetekben is magabiztosan használható 3D szkenner olyan mérési technikákat engedélyez a felhasználó számára, amelyekre korábban esély sem volt. Nem kell mozgatni és nem kell hozzáérni a mérendő tárgyhoz, elég, ha a szkenner „látja” a tárgyat és máris tud dolgozni. De mitől működik és mi dolgozik vajon a 3D szkennerben?

Mi az a 3D szkenner?

Ha definiálni kéne a 3D szkennert, akkor minden bizonnyal a következőkkel találkoznánk a releváns lexikonokban:

A 3D szkenner olyan mérőeszköz, amely anélkül végzi el a céltárgy mérését, hogy a mérőeszköz fizikailag hozzáérne a tárgyhoz. Lézerrel, vagy strukturált fénnyel működik és a testek, vagy tárgyak fizikai geometriáját rögzíti.

A 3D szkenner lelke, ami a mérőszerszáma és motorja is egyben, egy 0,1 mm átmérőjű lézernyaláb, ami a legkisebb résekbe ugyanolyan jól befér, mint ahogy a nagyobb testeket is gond nélkül átfogja. Az optikai szkennereknek is nevezett mérőeszközök lézerrel, vagy speciális fehér fénnyel dolgoznak, a mérést, valamint a képalkotást a klasszikusnak mondható háromszögelési elvvel oldja meg.

A háromszögelés elvén alapuló mérésekkel leginkább a geodéziai műveletek során találkozhatunk. A háromszögelés olyan trigonometriai, vagy geometriai művelet, amely során egy háromszög harmadik csúcsának koordinátáit határozzák meg, a két másik csúcsa koordinátái segítségével.

A berendezés tehát az általa kibocsátott fehér fénnyel, vagy lézerrel dolgozik, méghozzá oly módon, hogy a kibocsátott fény visszaverődését felhasználva alkot képet. Megméri az ominózus visszavert fény erősségét, illetve vizsgálja a kontrasztok eltérését, ennek a folyamatnak a természetes része a már említett háromszögelési elv.

A szkennelési eljárás elengedhetetlen állomása a képrögzítés, és ennélfogva a szkenner fő alkotóelemei közé tartozik a videokamera és a projektor. A projektor feladata, hogy egy folyamatosan keskenyedő sávokból álló, úgynevezett „fény-sötét” hálót vetítsen a tárgyra. Ez a kontrasztrács, ami a fényerősség határterületeinek változásával összehasonlítási adatokat hoz létre.

A rendszernek meg kell határoznia a mérés során a tárgy alakját és kiterjedését, ezt a beesési, valamint a visszaverődési szög különbségéből számítja ki. Az átlagolási elv segítségül hívásával a különbségek alapján megadhatóak torzítás nélküli mérési adatok, ez a tökéletes mérési eredmények eléréséhez elengedhetetlen.

A tárgy „behálózása”

A kamera a visszaverődő fény „megszelídítésére” szolgál, a digitális kamera látószögén múlik a mérés precizitása is, ugyanis a kamera egyszerre csak egy adott méretű részletét képes befogni a tárgynak.

A kamera lencséinek a cseréjével ugyan növelhető az egy időben befogható terület nagysága, de a munkaterület növelése sajnos a pontosság rovására megy, ezért a szakemberek azt szokták ajánlani, hogy inkább kisebb egységenként, szisztematikusan haladjon a feltérképezés.

A 3D szkenner agya pedig nem más, mint a szoftver, ami az összes mért adatot rendszerezi, összegyűjti és olyan formában tárja a felhasználók elé, amilyenre éppen szükségük van. A szoftveres háttértámogatás jellemzően egy asztali számítógépen, vagy laptopon található, a szkennerrel való összeköttetésről pedig WiFi, vagy Bluetooth kapcsolat gondoskodik a modern 3D szkennerek esetében.

Így attól sem kell tartanunk, hogy a vezetékekkel, kábelekkel történő bajlódás miatt a munka hatékonysága romlana.

A szoftver felelős azért, hogy a szkennelt képek összeillesztve egy olyan modellt adjanak ki, amely alkalmas a tervezésre és a további munkálatokra. A felületek közös pontjai alapján megtörténik az összeillesztés, az X-Y-Z koordinátájú pontok 3 dimenzióba helyezése után a program elkészíti a 3D-s modellt, a pontokra feszített felületháló alkalmazásával.

A modell kis háromszögekből áll össze, az így kapott modell pedig már remekül jellemzi a beszkennelt tárgy eredeti alakját.

Mégis, mire jó a 3D mérési technológia?

A 3D szkenneres berendezésekkel végzett mérések a minőség-ellenőrzés, a gyártástechnológia és a tervezési feladatok terén sokrétűen felhasználhatók, a létrehozott szoftveres modellel elvégezhetőek különböző fizikai mérések is. Nem ritka, hogy a 3 dimenziós modellt kiindulási alapként használják a tervezési folyamatok során, vagy éppenséggel szimulációs modellként állja meg a helyét a felülethálóval bevont modell.

A koordináták összekötése, valamint a felülethálós összekötés után a rendelkezésünkre álló 3 dimenziós modell ugyan megfelelő mása a beszkennelt tárgynak, de ahhoz, hogy ipari felhasználásra is lehetővé tegyük még nem elegendő. Ahhoz, hogy ne csak összehasonlító elemzések elvégzésére legyen jó egy ilyen eszköz és a szkennerrel elvégzett művelet, még az editálási feladatokat is el kell végezni a programmal.

Nem kell megijedni, gyakorlatilag csak ráncfelvarrásról van szó, ebben a munkafázisban javítjuk ki azokat az apró hibákat, amelyeket a szkenner például nem tudott felmérni a céltárgy alaki sajátosságai miatt (nem „látott” be egy egészen furcsa helyen lévő résbe például).

Ezután már minden további nélkül felhasználhatjuk például a reverse engineering területén, amikor egy-egy alkatrész újratervezése kerül előtérbe. A 3D szkenneres eredményekkel, valamint modellezési technológiával pontos és hibátlan tervek készíthetők.

A sérült, vagy hibás alkatrészeket így a korábbiakhoz képest sokkal rövidebb idő alatt lehet korrigálni.

Viszonylag elterjedt felhasználási területe a 3D szkennernek a méretellenőrzés, ami gyorsan és mindenek előtt tökéletes pontosságú adatokkal veti össze a CAD terveket.

Az esetleges eltéréseket egy színkódos térképen prezentálja a rendszer, természetesen a pozitív és negatív eltéréseket jól körülhatárolhatóan és felismerhetően jelzi.

A 3D szkennelés technológiája összetett és rendkívül bonyolult, de a szkenner használata már korántsem ennyire nehéz.

A könnyű kezelhetőség mellé végtelenül pontos eredmények és szinte azonnal látható modellképek, diagramok társulnak, egyáltalán nem meglepő tehát, ha már napjainkban is egyre több helyen és egyre szélesebb felhasználási területen találkozhatunk ezzel az eszközzel.

Általában elmondható, hogy a 3D szkenneres mérőműszerek használata gyors csupán a berendezés felállítási, összeszerelési idejét (amennyiben hordozható műszerrel végzett, helyszíni kiszállással egybekötött szolgáltatásról van szó), valamint a műszer előzetes kalibrálását igényli.

A 3D szkenneres rendszerben működő mérőműszer ezután már bevetésre kész, segítségével rendkívül pontos lenyomatát kaphatjuk meg egy adott alkatrésznek.

A 3D szkennerek ma már egyre több vállalat eszköztárában megtalálhatók, és bár egyelőre még nem annyira alapvető kellék, mint a számológép, nem lepődnénk meg, ha hamarosan azzá válna.

Ehhez persze az is kell, hogy a jelenleg elérhető áraknál valamivel kedvezményesebben lehessen hozzájutni, nincs ugyanis mindenkinek szüksége saját 3D szkennerre.

Minden vezető tudja, hogy a cége által végzett feladatok során milyen gyakran van szükségük 3D szkennerre, amennyiben ritkábban, úgy tényleg nem érdemes rögtön megvásárolni a berendezést.

Szerencsére ma már ezeknek a cégeknek is lehetőségük van a legpontosabb mérési eredmények elérésére, hiszen a kölcsönzés, vagy a komplett mérési szolgáltatás is megrendelhető.