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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, i dati consentono a tecnici, meccanici, ingegneri e / o hobbisti la possibilità di esaminare un oggetto digitalmente, ottenendo un risultato più preciso e più veloce. Riproducendo digitalmente l’oggetto, i dati di scansione possono essere utilizzati per replicare il componente (reverse engineering) o per l’analisi dimensionale dello stesso (ispezione).

Come funziona uno scanner 3D?

Ci sono diversi tipi di scanner 3D, ma il funzionamento alla base è pressoché lo stesso. Laser, luce o sensori nello scanner rilevano la superficie dell'oggetto da scansionare e assegnano nuvole di punti, che, ricopiando la texture tridimensionale del componente, consentono di ricrearlo digitalmente in modo estremamente accurato.

Cos'è la tecnologia di scansione 3D?

La tecnologia utilizzata per la scansione 3D è disponibile in molte forme e dimensioni. Mentre la tecnologia varia da macchina a macchina, il risultato di ciascun intervento è lo stesso: ottenere una ricreazione altamente fedele dell'oggetto in un ambiente digitale.
Alcune macchine sono costruite per scansionare oggetti incredibilmente grandi, mentre altre sono più compatte e funzionano bene 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

Gli strumenti di scansione 3D che utilizzano la luce strutturata si basano sulla triangolazione.

Le telecamere di rilevamento ad angolo di un proiettore analizzano i modelli di luce mentre registrano l’oggetto da scansionare. Le coordinate X-Y-Z esatte vengono calcolate tramite i dati e utilizzate per la creazione di modelli digitali estremamente fedeli all’oggetto scansionato.

In un sensore di luce strutturato, il proiettore emette un motivo di luce a “frangia” eterodina, che visivamente ricorda le strisce Zebra. Queste strisce cambieranno in dimensioni e direzione durante il brevissimo arco di raccolta dei dati. Le telecamere di rilevamento assegnano i valori di coordinate X-Y-Z lungo i bordi delle strisce individuate.
I dati di scansione raccolti con un sistema strutturato di scansione della luce sono altamente organizzati, oltre ad essere lisci e continui, e contengono pochissimo rumore (texturing).

La scansione 3D a luce strutturata è un metodo comune di scansione senza contatto. Dato che la scansione strutturata della luce elimina la necessità di un contatto fisico con l’oggetto, essa rende i flussi di lavoro più efficienti e assicura risultati più accurati e veloci 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 uno strumento di scansione 3D a luce strutturata intasa la qualità dei dati di scansione raccolti.
Gli scanner a luce bianca e blu sono due degli scanner più comuni tra gli scanner 3D a luce strutturata. Mentre gli scanner 3D a luce bianca offrono vantaggi rispetto alle CMM, gli scanner a luce blu garantiscono risultati di scansione di altissima qualità.

La ragione di tutto ciò? 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

La fotogrammetria è la tecnica 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 angolazioni e necessita quindi del software giusto per riconoscere corretamente le funzionalità comuni da immagine a immagine, al fine di raggruppare le immagini multiple.
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 le molteplici patch di dati raccolte tramite scansione della luce strutturata.

Tecnologia di scansione 3D a triangolazione laser

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 sul componente da scansionare, e la forma della linea viene osservata da telecamere di rilevamento angolare.
L’angolo tra la sorgente laser e le telecamere di rilevamento viene 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 sia in grado di produrre scansioni accurate, questa tecnica funziona a fatica con superfici trasparenti e lucide.

Tecnologia di scansione 3D basata su impulsi laser

La scansione del tempo di volo 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 rimandati come riflessi nella direzione del sensore.
Uno specchio ruota l’hardware del laser e del sensore, consentendo al software di raccogliere dati a 360 gradi.