Che cos’è la scansione 3D?

La scansione 3D è il processo di raccolta dei dati dalla superficie di un oggetto fisico che descrive accuratamente la forma in termini di spazio tridimensionale.

Una volta raccolti, questi dati consentono a tecnici, meccanici, ingegneri o hobbisti la possibilità di esaminare un oggetto digitalmente, il che migliora e massimizza la precisione e la velocità del loro lavoro. Riproducendo digitalmente l’oggetto, i dati di scansione possono essere utilizzati per replicare la parte (reverse engineering) o per l’analisi dimensionale (ispezione).

Come funziona uno scanner 3D?

Ottenere una comprensione approfondita dell'argomento "cos'è la scansione 3D" richiede di immergersi nel loro funzionamento:
Ci sono una varietà di approcci diversi alla scansione 3D che esploreremo di seguito. Le diverse tipologie funzionano in modo simile: laser, luce o sensori nello scanner rilevano la superficie dell'oggetto da scansionare e assegnano nuvole di punti dati alla posizione sulla superficie. Tali punti ricopiano la superficie dell’oggetto in modo tridimensionale e vengono raccolti per ricreare digitalmente l'oggetto in modo estremamente accurato.

Cos'è la tecnologia di scansione 3D?

La tecnologia utilizzata per la scansione 3D è disponibile in molte forme, dimensioni e metodi di scansione. Mentre la tecnologia varia da macchina a macchina, il risultato di ciascuno è lo stesso: ottenere una ricreazione altamente accurata dell'oggetto in un ambiente digitale.
Alcune macchine sono costruite per scansionare oggetti incredibilmente grandi fino a ogni curva e bordo frastagliato sulla sua superficie. Alcune macchine sono più compatte e funzionano bene quando raccolgono dati su oggetti più piccoli. Inoltre, a seconda del tipo di laser, luce o sensore utilizzato, il livello di dettaglio e l'efficienza della scansione possono differire.

Tecnologia di scansione 3D

Tecnologia di scansione 3D a luce strutturata

Anche i dispositivi di scansione 3D che utilizzano la luce strutturata si basano sulla triangolazione. Un proiettore è impostato con due telecamere ad angolo su entrambi i lati. Le telecamere di rilevamento analizzano i modelli di luce mentre vengono proiettati sull’oggetto da scansionare. Le coordinate X-Y-Z esatte vengono calcolate dai dati e utilizzate per la creazione di modelli digitali estremamente precisi dell’oggetto scansionato.

Il proiettore in un sensore di luce strutturato emette un motivo di luce “frangia” eterodina che appare visivamente simile alle strisce Zebra.  Queste strisce cambieranno in dimensioni e direzione durante il brevissimo tempo di raccolta dei dati. Le telecamere di rilevamento prestano attenzione al contrasto lungo il bordo delle strisce e valorizzano quei pixel con coordinate X,Y,Z.  I dati di scansione raccolti con un sistema strutturato di scansione della luce sono altamente organizzati, oltre ad essere lisci e continui, contenenti pochissimo rumore (texturing).

La scansione 3D a luce strutturata è un metodo popolare di scansione senza contatto in una varietà di settori tra cui prototipazione, ricerca e sviluppo, garanzia della qualità, ispezioni e reverse engineering. Poiché la scansione strutturata della luce elimina la necessità di un contatto fisico con l’oggetto, rende i flussi di lavoro più efficienti e produce risultati più accurati e rapidi rispetto agli scanner basati sul contatto come le macchine di misurazione delle coordinate (CMM).

Tuttavia, non tutta la tecnologia della luce strutturata è creata allo stesso modo. Il colore della luce utilizzata in un dispositivo di scansione 3D a luce strutturata intasa la qualità dei dati di scansione raccolti. Gli scanner a luce bianca e blu sono due dei tipi più popolari di scanner 3D a luce strutturata. Mentre gli scanner 3D a luce bianca offrono vantaggi rispetto alle CMM, gli scanner a luce blu offrono risultati di scansione di altissima qualità. La ragione di tutto questo? La luce blu ha una lunghezza d’onda più stretta, rendendola più resistente alla luce ambientale, con conseguente dati di scansione molto accurati e fluidi.

Tecnologia di scansione 3D fotogrammetria (fotografia)

La fotogrammetria è la pratica di estrarre informazioni dimensionali da fotografie ad alta risoluzione.  Invece della luce strutturata o dei laser, che vengono utilizzati in molte altre tecniche di scansione 3D, la fotogrammetria utilizza fotografie bidimensionali che sono raggruppate insieme al fine di sviluppare un set di dati tridimensionale.   La fotogrammetria è intrinsecamente una tecnica di misurazione molto accurata ed è più spesso utilizzata in combinazione con un sistema di scansione ottica 3D.

Piuttosto che una scansione itinerante della superficie dell’oggetto, una fotocamera scatta invece foto da numerose prospettive e quindi ha bisogno del software giusto per essere in grado di riconoscere le funzionalità comuni da immagine a immagine, al fine di raggruppare le immagini multiple insieme.

La fotogrammetria può essere eseguita utilizzando una fotocamera digitale manuale, di fascia alta e portatile o utilizzando una fotocamera integrata montata sull’estremità di un robot in una cella di scansione automatica.  Il processo di fotogrammetria produce un framework molto accurato di posizioni di destinazione che possono quindi essere utilizzate per collegare insieme le molteplici patch di dati raccolte utilizzando un sistema di scansione della luce strutturato.

Tecnologia di scansione 3D a triangolazione laser

Come si potrebbe immaginare dal nome, gli scanner laser utilizzano la triangolazione per identificare e valutare la posizione dei punti dati sulla superficie dell’oggetto da scansionare.  La maggior parte dei sensori di triangolazione laser coinvolge una singola sorgente laser che proietta una linea laser sulla superficie dell’oggetto da scansionare, e la forma di quella linea viene osservata da telecamere di rilevamento angolate.  L’angolo tra la sorgente laser e le telecamere di rilevamento è determinato attraverso un processo di calibrazione. Poiché l’angolo tra la sorgente laser e le telecamere di rilevamento è noto, è possibile calcolare il processo di triangolazione.  Ogni pixel lungo la lunghezza della linea laser viene triangolato e valutato man mano che la linea viene sagomata sulla superficie della parte. Nonostante la triangolazione laser è in grado di produrre scansioni accurate, questa tecnica fatica con superfici trasparenti e lucide.

Tecnologia di scansione 3D basata su impulsi laser

Un altro nome che potresti riconoscere per questa tecnologia è la scansione del tempo di volo. Questo metodo è un po ‘diverso in quanto non utilizza la tipica scansione di triangolazione. Invece, utilizza la velocità della luce e dei sensori per misurare la geometria della superficie.

Milioni di impulsi vengono inviati dal laser alla superficie dell’oggetto, che vengono poi riflessi al sensore. La tempistica degli impulsi dal laser al sensore consente la raccolta di dati di superficie in questo tipo di scansione. Uno specchio ruota l’hardware del laser e del sensore, che consente al software di raccogliere dati di 360 gradi