Proces cyfrowego odwzorowania obiektów – od pomiaru 3D do modelu CAD

W tym artykule pokazujemy cały proces cyfrowego odwzorowania – od pomiaru 3D, przez przygotowanie danych i rekonstrukcję geometrii, aż po utworzenie parametrycznego modelu CAD wykorzystywanego w inżynierii odwrotnej, kontroli jakości i projektowaniu.

Czym jest skanowanie 3D?

---

Cyfrowe odwzorowanie obiektu to proces przeniesienia jego rzeczywistej geometrii do środowiska cyfrowego. Obejmuje pozyskanie informacji o kształcie, wymiarach i wzajemnym położeniu powierzchni, które mogą być następnie wykorzystane w projektowaniu, kontroli jakości, produkcji lub archiwizacji.

Podstawą procesu jest pomiar przestrzenny powierzchni obiektu. W zależności od charakterystyki obiektu i wymagań projektu wykorzystuje się w tym celu m.in. skanowanie laserowe, światło strukturalne czy fotogrametrię. Ich zadaniem jest pozyskanie danych opisujących rzeczywistą geometrię badanego elementu.

Dane pomiarowe mogą zostać opracowane w postaci chmury punktów lub siatki trójkątów, a jeżeli projekt wymaga dalszej pracy konstrukcyjnej – wykorzystane do rekonstrukcji modelu powierzchniowego, bryłowego B-Rep albo modelu parametrycznego.

Właściwy poziom opracowania zależy od przeznaczenia danych. Do wizualizacji, archiwizacji lub druku 3D może wystarczyć odpowiednio przygotowana siatka, natomiast projektowanie, przygotowanie dokumentacji i modyfikowanie konstrukcji zazwyczaj wymagają modelu CAD.

Co decyduje o wartości danych pomiarowych?

O wartości danych nie przesądza sama liczba zarejestrowanych punktów. Liczą się przede wszystkim dokładność, szczegółowość i kompletność odwzorowania, a także możliwość wykorzystania danych w kolejnych etapach projektu. Inne wymagania dotyczą materiału przeznaczonego do wizualizacji, a inne danych wykorzystywanych w kontroli jakości lub rekonstrukcji części.

Chmura punktów, siatka trójkątów czy edytowalny model CAD?

Poszczególne etapy opracowania danych różnią się zakresem informacji, jakie zawierają, oraz możliwościami ich wykorzystania.

Warto przy tym pamiętać, że chmura punktów, siatka trójkątów i model CAD nie są trzema obowiązkowymi etapami każdego projektu. W zależności od potrzeb proces może zakończyć się na dowolnym z nich.

Kiedy wystarczy siatka trójkątów, a kiedy potrzebny jest model CAD?

Wybór końcowego formatu danych powinien wynikać przede wszystkim z konkretnych potrzeb i kryteriów związanych z planowanym zastosowaniem.

Siatka trójkątów sprawdza się przede wszystkim wtedy, gdy najważniejsze jest odwzorowanie kształtu, natomiast model CAD jest potrzebny, gdy geometria ma podlegać dalszej edycji lub stanowić podstawę dokumentacji i prac konstrukcyjnych. Wybór nie powinien jednak wynikać z zasady „im bardziej rozbudowany model, tym lepiej”, lecz z rzeczywistego celu projektu.

Back to top

Jak działa skaner 3D?

---

Choć współczesne skanery 3D często przypominają niewielkie kamery, ich podstawowym zadaniem nie jest wykonywanie fotografii, lecz pomiar geometrii powierzchni obiektu i określenie położenia punktów w przestrzeni.

Ogólna zasada działania

Niezależnie od zastosowanej technologii skaner 3D musi w określony sposób pozyskać informację o kształcie powierzchni. W zależności od rozwiązania wykorzystuje do tego m.in. laser lub światło strukturalne.

W przypadku optycznych skanerów 3D emitowane światło pada na powierzchnię obiektu, a układ optyczny rejestruje jego położenie lub deformację. Na tej podstawie oprogramowanie oblicza współrzędne kolejnych punktów X, Y i Z.

Wynikiem pomiaru jest chmura punktów, czyli zbiór danych opisujących rzeczywistą geometrię obiektu.

Kontrolowane źródło światła

W wielu technologiach skanowania 3D geometria obiektu jest wyznaczana na podstawie kontrolowanego światła rzutowanego na jego powierzchnię. W zależności od zastosowanej technologii może to być pojedyncza wiązka, linia lub sekwencja wielu linii laserowych, a także wzór świetlny o określonej strukturze.

W przypadku skanowania laserowego kamery obserwują położenie wiązki lub linii na powierzchni obiektu. Jej zmiany wynikające z geometrii powierzchni pozwalają wyznaczyć współrzędne kolejnych punktów.

W technologii światła strukturalnego na powierzchnię rzutowany jest wzór świetlny – najczęściej w postaci pasów lub innych charakterystycznych struktur. Kamery rejestrują sposób, w jaki wzór zmienia się na powierzchni, a następnie na tej podstawie oprogramowanie odtwarza jej geometrię.

W obu przypadkach kluczowe znaczenie ma analiza światła rzutowanego na powierzchnię i jego obrazu rejestrowanego przez system kamer. To właśnie na podstawie tych informacji możliwe jest cyfrowe odwzorowanie kształtu obiektu.

W opisach skanerów 3D stosuje się przy tym określenia odnoszące się do różnych cech technologii. „Laser” wskazuje na rodzaj źródła promieniowania, „światło strukturalne” opisuje sposób jego wykorzystania do pomiaru, natomiast określenia takie jak „niebieskie”, „czerwone” czy „podczerwone” odnoszą się do zakresu długości fali. Pojęcia te mogą więc występować jednocześnie – przykładowo skaner może wykorzystywać niebieski laser albo światło strukturalne emitowane w zakresie podczerwieni.

Optyczne skanery 3D mogą wykorzystywać światło widzialne lub bliską podczerwień. Konkretny zakres promieniowania i sposób jego projekcji zależą od konstrukcji urządzenia oraz zastosowanej metody pomiarowej.

Jak powstaje chmura punktów?

Chmurę punktów tworzą punkty pomiarowe opisane współrzędnymi przestrzennymi, rozmieszczone na powierzchni badanego obiektu. Podczas skanowania urządzenie pozyskuje dane z kolejnych fragmentów powierzchni, które następnie są transformowane do wspólnego układu współrzędnych.

W przypadku skanerów ręcznych konieczne jest określenie wzajemnego położenia kolejnych fragmentów pomiaru. W zależności od zastosowanej technologii mogą być do tego wykorzystywane m.in. markery referencyjne, charakterystyczne elementy geometrii lub systemy śledzenia położenia skanera. Pozwala to na prawidłowe połączenie kolejnych skanów w jedną całość.

Po zakończeniu pomiaru zebrane dane mogą zostać poddane dalszej obróbce, m.in. oczyszczaniu, łączeniu i filtrowaniu. W zależności od celu projektu chmura punktów może następnie posłużyć do utworzenia siatki trójkątów lub dalszej rekonstrukcji geometrii.

Dlaczego skaner „widzi” tylko punkty na powierzchni?

Skaner 3D rejestruje przede wszystkim te fragmenty powierzchni, które są oświetlone przez źródło pomiarowe i jednocześnie widoczne dla układu optycznego. Nie mierzy wnętrza materiału ani fragmentów obiektu, które są zasłonięte lub niedostępne z danego kierunku obserwacji.

Z tego powodu podczas pomiaru istotne jest odpowiednie ustawienie skanera i obiektu oraz zaplanowanie strategii skanowania. W przypadku głębokich otworów, kieszeni czy podcięć konieczne może być wykonanie pomiarów z dodatkowych kierunków, aby uzyskać możliwie kompletne odwzorowanie geometrii.

Na możliwość zarejestrowania powierzchni wpływają również jej właściwości optyczne. Powierzchnie silnie odbijające, przezroczyste lub bardzo ciemne mogą utrudniać pomiar i wymagać odpowiedniego przygotowania.

Skanowanie 3D to nie fotografia – na czym polega różnica?

Fotografia rejestruje dwuwymiarowy obraz, natomiast skanowanie 3D służy do określenia przestrzennego położenia punktów na powierzchni obiektu. Dzięki temu wynikiem pomiaru są dane opisujące geometrię, a nie tylko obraz obiektu.

Dlatego skaner 3D należy traktować przede wszystkim jako optyczny system pomiarowy, którego zadaniem jest pozyskanie danych geometrycznych.

Najważniejsze wnioski

Skanowanie 3D jest procesem pomiarowym, którego celem jest określenie przestrzennego położenia punktów na powierzchni obiektu i utworzenie cyfrowego odwzorowania jego geometrii. W wielu przemysłowych systemach optycznych wykorzystywana jest w tym celu triangulacja.

Na jakość i kompletność uzyskanych danych wpływają nie tylko możliwości samego urządzenia, ale również właściwości obiektu, warunki pomiaru oraz sposób prowadzenia skanowania. Dlatego przed rozpoczęciem pomiaru istotne jest określenie, do czego pozyskane dane będą wykorzystywane. To właśnie cel projektu determinuje wymagania dotyczące dokładności, kompletności i dalszego opracowania skanu.

Back to top

Jakie technologie wykorzystuje się do skanowania 3D?

---

Nie istnieje jedna uniwersalna technologia odpowiednia dla każdego obiektu i każdego zastosowania. Dobór metody zależy przede wszystkim od wielkości i geometrii obiektu, właściwości jego powierzchni, wymaganej dokładności oraz celu pomiaru.

Jednym ze sposobów klasyfikacji metod pozyskiwania danych 3D jest ich podział na techniki pasywne i aktywne. Metody pasywne wykorzystują obrazy oraz informacje dostępne w obserwowanej scenie, natomiast systemy aktywne emitują kontrolowane promieniowanie, na przykład linie laserowe lub wzór świetlny, i analizują jego obraz na powierzchni obiektu.

W praktyce sposób klasyfikacji zależy od konfiguracji danego systemu, dlatego określenia „metoda pasywna” i „metoda aktywna” powinny odnosić się do konkretnego sposobu wykonywania pomiaru.

Fotogrametria – metoda pasywna

W klasycznej fotogrametrii obrazowej geometria obiektu jest odtwarzana na podstawie zdjęć wykonanych z różnych kierunków. Metoda nie wymaga projekcji kontrolowanego wzoru pomiarowego na powierzchnię, dlatego zazwyczaj zalicza się ją do metod pasywnych. Przestrzenne położenie punktów wyznaczane jest na podstawie odpowiadających sobie cech rozpoznanych na wielu obrazach.

Fotogrametria znajduje zastosowanie m.in. podczas pomiarów dużych obiektów, konstrukcji i pojazdów, a także w dokumentacji architektonicznej oraz digitalizacji. Jakość odwzorowania zależy m.in. od rozdzielczości i ostrości zdjęć, geometrii ich wykonania, warunków oświetleniowych oraz właściwości powierzchni. Powierzchnie jednolite, błyszczące lub przezroczyste mogą utrudniać prawidłowe rozpoznanie odpowiadających sobie punktów.

Aktywne techniki skanowania 3D

Metody aktywne wykorzystują kontrolowane źródło promieniowania elektromagnetycznego do pozyskiwania informacji o geometrii obiektu. W zależności od zastosowanej technologii może być wykorzystywane m.in. światło widzialne lub podczerwień, emitowane na przykład przez laser albo projektor.

W przemysłowym skanowaniu 3D szczególne znaczenie mają metody wykorzystujące triangulację. Należą do nich m.in. triangulacja laserowa oraz techniki wykorzystujące światło strukturalne. W obu przypadkach położenie punktów na powierzchni jest wyznaczane na podstawie zależności geometrycznych pomiędzy źródłem światła, powierzchnią obiektu i układem optycznym. Różnica polega przede wszystkim na sposobie dostarczania informacji pomiarowej – w triangulacji laserowej wykorzystywana jest wiązka lub linia laserowa, natomiast w technikach światła strukturalnego na powierzchnię rzutowany jest wzór świetlny.

Do pomiarów wielkogabarytowych, wymagających określania położenia punktów z dużych odległości, stosuje się również trackery laserowe. W odróżnieniu od typowych skanerów triangulacyjnych umożliwiają one pomiary z większych odległości i są wykorzystywane m.in. do pomiarów dużych konstrukcji oraz kontroli ich geometrii.

Skanowanie 3D a CMM

Skanowanie optyczne warto porównać ze współrzędnościowymi maszynami pomiarowymi (Coordinate Measuring Machine, CMM). Obie metody służą do pozyskiwania informacji o geometrii obiektu, ale różnią się sposobem pomiaru, zakresem zbieranych danych oraz typowymi zastosowaniami.

Klasyczne pomiary na CMM są często wykonywane za pomocą głowicy stykowej, która rejestruje współrzędne wybranych punktów przez bezpośredni kontakt z powierzchnią elementu. Maszyny współrzędnościowe mogą być jednak wyposażone również w czujniki bezstykowe, dlatego nie należy utożsamiać całej technologii CMM wyłącznie z pomiarem dotykowym.

CMM dobrze sprawdzają się w precyzyjnej kontroli określonych cech geometrycznych, takich jak średnice, otwory, odległości, płaszczyzny czy wzajemne położenie elementów. Skanowanie 3D umożliwia natomiast pozyskanie dużej liczby punktów z rozległej powierzchni, dzięki czemu jest szczególnie przydatne podczas pomiaru złożonych kształtów, analizy odchyłek powierzchni oraz inżynierii odwrotnej.

Nie oznacza to, że jedna metoda zastępuje drugą. CMM i skanowanie optyczne dostarczają danych o innym charakterze i w wielu projektach mogą się wzajemnie uzupełniać. Wybór właściwej metody zależy m.in. od rodzaju kontrolowanych cech, wymaganej dokładności, geometrii obiektu, liczby potrzebnych punktów oraz celu pomiaru.

Jak dobrać technologię skanowania 3D?

Wybór technologii powinien wynikać przede wszystkim z celu pomiaru i wymagań konkretnego projektu.

Dobór technologii jest jednym z pierwszych etapów procesu pomiarowego i wpływa na rodzaj oraz jakość pozyskanych danych.

Na wybór konkretnego rozwiązania składa się nie tylko sama metoda pomiarowa, ale również sposób jej realizacji i zastosowane źródło promieniowania. Jego właściwości mogą mieć znaczenie m.in. w przypadku powierzchni o różnym połysku, kolorze czy stopniu przepuszczalności, a także przy określonych wymaganiach dotyczących dokładności i szczegółowości odwzorowania.

Dlatego w praktyce istotne może być również rozróżnienie między systemami wykorzystującymi niebieski laser a podczerwone źródło VCSEL. Różne źródła światła i tryby pracy mogą być dobierane odpowiednio do charakterystyki mierzonego obiektu oraz wymagań konkretnego pomiaru.

Back to top

Od czego zależy jakość cyfrowego odwzorowania?

---

Jakość cyfrowego odwzorowania zależy od całego procesu pomiarowego, a nie wyłącznie od parametrów skanera. Na końcowy rezultat wpływają m.in. możliwości systemu pomiarowego, właściwości powierzchni, warunki pomiaru, sposób prowadzenia skanowania oraz jakość późniejszej obróbki danych.

Dokładność pomiaru

Dokładność określa zgodność wyniku pomiaru z rzeczywistą geometrią. Jest jednym z najważniejszych parametrów systemu pomiarowego, ale nie należy utożsamiać jej z dokładnością całego cyfrowego odwzorowania.

Na końcowy wynik wpływają również sposób rejestracji i łączenia kolejnych skanów, stabilność pomiaru, prawidłowa kalibracja oraz późniejsze przetwarzanie danych.

Rozdzielczość a dokładność

Rozdzielczość i dokładność to dwa różne parametry. Dokładność określa zgodność wyniku pomiaru z rzeczywistą geometrią, natomiast rozdzielczość odnosi się do zdolności systemu do rejestrowania drobnych szczegółów powierzchni.

Ma to znaczenie szczególnie przy małych elementach, ostrych krawędziach, niewielkich promieniach czy drobnych cechach geometrycznych. W przypadku dużych konstrukcji najwyższa możliwa rozdzielczość nie zawsze jest potrzebna i może jedynie zwiększać liczbę danych oraz czas ich przetwarzania.

Gęstość danych

Gęstość danych jest powiązana z rozdzielczością pomiaru, ale nie należy utożsamiać tych dwóch parametrów. Określa ona liczbę punktów przypadających na określony obszar powierzchni lub odległość między kolejnymi punktami pomiarowymi. Zwiększenie gęstości danych nie musi jednak prowadzić do zwiększenia rzeczywistej rozdzielczości odwzorowania.

Chmura punktów może zawierać miliony punktów opisujących powierzchnię obiektu. Większa liczba punktów nie zawsze oznacza jednak lepszą jakość odwzorowania. Zbyt duża gęstość danych może zwiększać rozmiar plików i wydłużać czas ich przetwarzania, nie przynosząc przy tym istotnej poprawy jakości. Kluczowe jest więc dobranie gęstości danych do możliwości systemu pomiarowego, charakteru geometrii i wymagań projektu.

Jakość powierzchni i warunki pomiaru

Na wynik skanowania wpływają również właściwości materiału. Powierzchnie błyszczące, chromowane, bardzo ciemne lub przezroczyste mogą, w zależności od zastosowanej technologii, utrudniać rejestrację danych. Problemem może być m.in. niepożądane odbicie światła, jego rozpraszanie, transmisja przez materiał lub niewystarczający kontrast. Może to prowadzić do lokalnych braków danych albo zwiększenia poziomu szumów.

Znaczenie mają także warunki stanowiska. Drgania, niekontrolowany ruch obiektu lub urządzenia oraz niestabilność stanowiska mogą wpływać na wynik pomiaru, szczególnie w projektach wymagających wysokiej dokładności.

Dlatego odpowiednie przygotowanie obiektu i zapewnienie stabilnych warunków pomiarowych są równie ważne jak właściwy dobór parametrów systemu pomiarowego.

Kalibracja i stabilność pomiaru

Prawidłowa kalibracja i weryfikacja stanu systemu pomiarowego są istotne dla zachowania wymaganej dokładności. Równie ważna jest stabilność całego stanowiska – ruch obiektu lub urządzenia podczas rejestracji może prowadzić do błędów widocznych później w danych.

Kompletność odwzorowania

Dokładny pomiar nie będzie wartościowy, jeśli zabraknie części geometrii. Głębokie kieszenie, otwory, podcięcia czy wnętrza korpusów mogą być trudne do odwzorowania ze względu na ograniczony dostęp optyczny.

Dlatego istotna jest nie tylko dokładność pojedynczego pomiaru, ale również kompletność całego odwzorowania. Trudno dostępne fragmenty mogą wymagać zastosowania dodatkowych strategii pomiarowych i wykonania skanów z różnych kierunków. W niektórych przypadkach konieczne jest zastosowanie dodatkowej metody pomiarowej, aby uzupełnić fragmenty geometrii, do których bezpośredni dostęp optyczny jest ograniczony.

Dobór takiej strategii jest częścią procesu pomiarowego i często wymaga doświadczenia oraz indywidualnego podejścia do konkretnego elementu.

Jakość obróbki danych

Na końcową jakość odwzorowania wpływa również sposób opracowania danych. Filtrowanie szumów, usuwanie zbędnych punktów, łączenie skanów i tworzenie siatki powinny być wykonywane w sposób dostosowany do charakteru danych oraz celu, jakiemu mają służyć.

Oprogramowanie pozwala uporządkować dane, ograniczyć zakłócenia i przygotować je do dalszego wykorzystania, ale nie jest w stanie odzyskać informacji, których system pomiarowy nie zarejestrował. Dlatego jakość końcowego odwzorowania jest w dużej mierze ograniczona jakością danych pomiarowych.

Doświadczenie operatora

Współczesne skanery automatyzują wiele etapów pomiaru, jednak doświadczenie operatora nadal ma istotne znaczenie. To on ocenia charakterystykę obiektu, dobiera odpowiednią strategię, kontroluje kompletność danych i decyduje, gdzie konieczne są dodatkowe pomiary.

Dobrze zaplanowany proces pozwala ograniczyć liczbę braków, uniknąć niepotrzebnego gromadzenia danych i przygotować materiał odpowiedni do dalszej obróbki.

Co decyduje o jakości końcowego odwzorowania?

Jakość cyfrowego odwzorowania jest wynikiem współdziałania wielu czynników. Nawet zaawansowany system pomiarowy nie zagwarantuje poprawnego rezultatu, jeśli pomiar zostanie wykonany bez odpowiedniego przygotowania, właściwej strategii lub kontroli danych.

W praktyce uzyskanie wymaganej jakości wymaga więc połączenia odpowiednio dobranej technologii, właściwego przygotowania obiektu, prawidłowego wykonania pomiaru i starannej obróbki danych.

Back to top

Jak przebiega profesjonalny proces skanowania 3D?

---

Z perspektywy klienta usługa skanowania 3D może wyglądać prosto: operator wykonuje pomiary, a po kilku dniach przekazuje gotowe pliki. W rzeczywistości samo skanowanie jest tylko jednym z etapów całego procesu cyfrowego odwzorowania.

W CADISCAN każdy projekt realizujemy według sprawdzonego procesu, którego poszczególne etapy dobieramy do wymagań konkretnego zadania.

Określenie celu i analiza obiektu

Proces rozpoczyna się od określenia celu projektu i oczekiwanego efektu końcowego. Od tego zależą wymagania dotyczące dokładności, wybór technologii, sposób przygotowania obiektu oraz format danych.

Inaczej przebiega projekt przeznaczony do wykonania modelu CAD, inaczej kontrola jakości detalu, a jeszcze inaczej digitalizacja zabytku czy przygotowanie modelu do druku 3D.

Już na tym etapie określane są również wymagane tolerancje, zakres odwzorowania oraz oczekiwane formaty plików.

Następnie analizowany jest sam obiekt. Oceniane są m.in.:

• gabaryty i materiał,
• kolor oraz połysk powierzchni,
• dostęp do wnęk, otworów i innych trudno dostępnych powierzchni,
• możliwość stabilnego zamocowania,
• potencjalne problemy podczas pomiaru.

Pozwala to wcześniej przewidzieć trudności związane np. z głębokimi kieszeniami, cienkimi żebrami, powierzchniami chromowanymi czy elementami przezroczystymi i odpowiednio zaplanować pomiar.

Dobór technologii i przygotowanie pomiaru

Na podstawie analizy obiektu dobierany jest sposób pomiaru najlepiej odpowiadający wymaganiom projektu. W przypadku wykorzystywanego przez nas skanera dostępne są różne tryby pracy, wykorzystujące niebieski laser oraz podczerwone źródło VCSEL. Pozwala to dostosować sposób skanowania do wielkości obiektu, charakteru jego powierzchni oraz wymaganej szczegółowości odwzorowania.

Dobór odpowiedniego trybu skanowania wpływa zarówno na jakość uzyskanych danych, jak i czas realizacji pomiaru. Z tego względu sposób prowadzenia pomiaru jest każdorazowo dostosowywany do charakterystyki mierzonego obiektu oraz celu, jaki mają spełniać pozyskane dane.

Kolejnym etapem jest przygotowanie obiektu i stanowiska pomiarowego. W zależności od jego właściwości może być konieczne oczyszczenie powierzchni, usunięcie smarów i zabrudzeń, zastosowanie sprayu matującego, rozmieszczenie markerów lub stabilne zamocowanie elementu.

Równie ważne jest przygotowanie stanowiska. Ograniczenie drgań, odpowiednie oświetlenie oraz zapewnienie dostępu do wymaganych powierzchni pomagają uzyskać kompletne i wiarygodne dane pomiarowe.

Kalibracja i strategia skanowania

Przed rozpoczęciem pomiaru urządzenie jest przygotowywane do pracy zgodnie z procedurą właściwą dla danego systemu. Następnie operator ustala strategię skanowania, uwzględniając geometrię obiektu, wymagany zakres odwzorowania oraz miejsca wymagające szczególnej uwagi.

Kompletny pomiar wymaga określenia m.in.:

• kolejności odwzorowywania poszczególnych powierzchni,
• kierunku prowadzenia skanera,
• konieczności zmiany położenia elementu,
• miejsc wymagających większej szczegółowości odwzorowania,
• sposobu pomiaru wnęk i otworów.

Dobrze zaplanowana strategia pozwala ograniczyć braki danych, ułatwia późniejszą obróbkę i może skrócić czas realizacji pomiaru.

Rejestracja i kontrola danych

Na tym etapie rozpoczyna się właściwy pomiar. Operator prowadzi urządzenie zgodnie z wymaganiami danego systemu, jednocześnie kontrolując jakość i kompletność rejestrowanych danych.

Oprogramowanie pomiarowe umożliwia kontrolę kompletności danych, dzięki czemu można na bieżąco identyfikować fragmenty powierzchni wymagające dodatkowego skanowania. Szczególną uwagę zwraca się na głębokie kieszenie, otwory, podcięcia, cienkie ścianki i ostre krawędzie – miejsca, w których łatwiej o braki danych.

Po zakończeniu skanowania przeprowadzana jest dodatkowa weryfikacja zebranych danych. Sprawdzana jest kompletność odwzorowania, poprawność połączenia poszczególnych skanów, poziom szumów, występowanie artefaktów oraz zgodność wymiarowa z założeniami projektu.

Jeśli dane nie spełniają określonych wymagań, wykonywane są dodatkowe skany uzupełniające. Dzięki temu ewentualne problemy można wykryć i rozwiązać jeszcze przed rozpoczęciem dalszej obróbki.

Obróbka i przygotowanie modelu końcowego

Po zakończeniu pomiaru dane są oczyszczane, łączone i przygotowywane do dalszego wykorzystania. Zakres obróbki zależy od oczekiwanego rezultatu: może zakończyć się utworzeniem siatki trójkątów albo obejmować rekonstrukcję geometrii i przygotowanie modelu CAD.

Co decyduje o końcowym rezultacie?

Profesjonalne skanowanie 3D jest procesem inżynierskim, którego rezultat zależy nie tylko od możliwości urządzenia, lecz także od przygotowania obiektu, doboru trybu pracy, strategii pomiarowej, kontroli danych i sposobu ich opracowania.

Dlatego zakres całego procesu powinien wynikać z planowanego zastosowania danych – od pozyskania chmury punktów lub siatki trójkątów po przygotowanie modelu przeznaczonego do dalszych prac konstrukcyjnych.

Back to top

Dlaczego chmura punktów nie jest jeszcze modelem CAD?

---

Zakończenie pomiaru nie oznacza automatycznego otrzymania gotowego modelu CAD. Skaner pozyskuje dane opisujące zmierzoną powierzchnię obiektu, a ich przekształcenie w model przeznaczony do dalszej pracy konstrukcyjnej wymaga dodatkowego opracowania.

W zależności od celu projektu rezultatem może być chmura punktów, siatka trójkątów, model powierzchniowy lub bryłowy B-Rep albo parametryczny model CAD.

Poszczególne reprezentacje różnią się sposobem zapisu geometrii i możliwościami edycji. Nie tworzą przy tym jednej obowiązkowej sekwencji: właściwy poziom opracowania danych zależy od celu projektu oraz sposobu wykorzystania modelu końcowego.

Chmura punktów (Point cloud)

Chmura stanowi bezpośredni zapis danych pomiarowych, ale nie opisuje geometrii w sposób charakterystyczny dla modeli CAD. Nie zawiera jawnie zdefiniowanych powierzchni, krawędzi ani parametrycznych cech konstrukcyjnych.

Do najczęściej stosowanych formatów należą ASC, XYZ, PTS i PLY.

Zastosowania:

• archiwizacja danych pomiarowych,
• analizy metrologiczne,
• kontrola jakości,
• materiał do dalszego opracowania.

Siatka trójkątów (mesh)

Siatka trójkątów może bardzo wiernie odwzorowywać rzeczywisty kształt obiektu, ale nie jest jeszcze klasycznym modelem powierzchniowym lub bryłowym B-Rep ani modelem parametrycznym. Jej geometria jest opisana za pomocą dyskretnych elementów, najczęściej trójkątów, a nie matematycznie zdefiniowanych powierzchni i parametrycznych cech konstrukcyjnych.

Siatka trójkątów może być importowana i wykorzystywana w wielu systemach CAD, na przykład jako geometria odniesienia, model poligonalny lub materiał do dalszej rekonstrukcji. Możliwości jego edycji różnią się jednak od pracy z modelem B-Rep lub modelem parametrycznym i zależą od funkcji dostępnych w konkretnym oprogramowaniu.

Zastosowania:

• druk 3D,
• wizualizacja,
• archiwizacja,
• wybrane analizy,
• porównanie z modelem nominalnym.

Rekonstrukcja powierzchni NURBS

Jeżeli celem projektu jest przygotowanie modelu CAD, dane ze skanowania wymagają rekonstrukcji geometrii. W zależności od charakteru geometrii rekonstrukcja może obejmować odtworzenie matematycznych powierzchni, np. NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines), dopasowanych do danych ze skanowania.

W realizowanych przez nas projektach wykorzystujemy QuickSurface PRO, który umożliwia zarówno automatyczne rozpoznawanie wybranych elementów geometrycznych, jak i ręczne opracowanie bardziej złożonych fragmentów.

Rekonstrukcja powierzchni znajduje zastosowanie m.in. przy odtwarzaniu odlewów, form, modeli wzorniczych, elementów organicznych oraz części pozbawionych dokumentacji technicznej.

Model B-Rep

Model B-Rep (Boundary Representation) to sposób reprezentacji bryły z wykorzystaniem powierzchni, krawędzi i wierzchołków. W procesie rekonstrukcji CAD odpowiednio przygotowana geometria może zostać wykorzystana do utworzenia modelu B-Rep.

W przeciwieństwie do siatki STL, która opisuje kształt za pomocą trójkątów, B-Rep wykorzystuje matematycznie zdefiniowaną geometrię. Płaszczyzna, walec czy powierzchnia krzywoliniowa są więc reprezentowane jako określone elementy geometryczne, a nie jedynie zbiór trójkątów.

Do popularnych formatów wymiany modeli B-Rep należą STEP oraz Parasolid (X_T).

Parametryczny model CAD

B-Rep jest jednym z podstawowych sposobów reprezentowania geometrii powierzchniowej i bryłowej w systemach CAD. Model zapisany w tej postaci może być wykorzystywany do dalszych prac projektowych, ale nie musi zawierać historii operacji ani parametrów umożliwiających wygodną zmianę konstrukcji.

Parametryczny model CAD zawiera dodatkowo informacje o wymiarach, zależnościach geometrycznych i operacjach modelowania. Dzięki temu konstrukcję można modyfikować przez zmianę jej parametrów, wymiarów i relacji.

W przypadku projektów wymagających dalszej pracy konstrukcyjnej przygotowany model może zostać opracowany w środowisku CAD, gdzie geometria zostaje powiązana z wymiarami, relacjami i operacjami modelowania.

Taki model umożliwia m.in.:

• edycję i rozwijanie konstrukcji,
• wymiarowanie,
• tworzenie dokumentacji technicznej,
• przygotowanie danych do CNC,
• wykonywanie analiz MES,
• projektowanie nowych części,
• tworzenie złożeń.

W realizowanych przez nas projektach parametryczne modele konstrukcyjne przygotowujemy w programie SolidWorks. Dzięki temu mogą być wykorzystywane w kolejnych etapach projektowania i przygotowania produkcji.

Nie każdy projekt wymaga modelu CAD

Pełna rekonstrukcja parametrycznego modelu CAD nie zawsze jest potrzebna. Do druku 3D, wizualizacji czy archiwizacji geometrii często wystarczy odpowiednio przygotowana siatka trójkątów.

Model CAD jest potrzebny przede wszystkim wtedy, gdy dane mają stanowić podstawę do dalszego projektowania, przygotowania dokumentacji technicznej, modernizacji konstrukcji, wykonania części zamiennej czy przygotowania produkcji.

Dlatego zakres opracowania warto określić już na początku projektu. Pozwala to dobrać odpowiedni poziom przetworzenia danych i uniknąć wykonywania prac, które nie są potrzebne do osiągnięcia zakładanego celu.

Od danych pomiarowych do modelu konstrukcyjnego

Poszczególne etapy opracowania danych można przedstawić następująco:

To uproszczony schemat – w praktyce poszczególne etapy mogą być pomijane lub realizowane w innej kolejności, zależnie od celu projektu i sposobu rekonstrukcji.

Back to top

Jak powstaje model CAD na podstawie skanu 3D?

---

Dane ze skanowania wymagają dalszego opracowania, aby mogły zostać wykorzystane do przygotowania modelu CAD. Proces obejmuje przygotowanie danych pomiarowych, rekonstrukcję geometrii oraz budowę i parametryzację modelu konstrukcyjnego.

W realizowanych przez nas projektach wykorzystujemy QuickSurface PRO do rekonstrukcji geometrii, a następnie SolidWorks do przygotowania parametrycznego modelu konstrukcyjnego.

Przygotowanie danych pomiarowych

Przed rozpoczęciem rekonstrukcji dane ze skanowania wymagają odpowiedniego opracowania. W zależności od projektu obejmuje ono m.in.:

• usuwanie szumów i zbędnych fragmentów,
• łączenie kolejnych skanów,
• uzupełnianie lokalnych nieciągłości i braków danych,
• przygotowanie i optymalizację danych geometrycznych.

Jakość danych wejściowych ma bezpośredni wpływ na możliwość prawidłowej rekonstrukcji geometrii. Nieprawidłowości powstałe na etapie pomiaru lub obróbki mogą później utrudniać odtworzenie powierzchni i cech konstrukcyjnych.

Odtwarzanie geometrii

Kolejnym etapem jest rekonstrukcja geometrii obiektu. QuickSurface PRO umożliwia rozpoznawanie i odtwarzanie podstawowych elementów geometrycznych, takich jak płaszczyzny, walce, stożki czy otwory, a także tworzenie powierzchni dopasowanych do danych ze skanowania.

Bardziej złożone fragmenty – np. powierzchnie swobodne, odlewy czy elementy wzornicze – mogą wymagać dodatkowej pracy konstruktora i ręcznego dopasowania geometrii.

Na tym etapie nie chodzi wyłącznie o jak najdokładniejsze odtworzenie kształtu. Celem jest przygotowanie spójnej geometrii, która może stanowić podstawę do dalszego modelowania i modyfikacji w systemie CAD.

Budowa modelu parametrycznego

Po rekonstrukcji geometrii model trafia do SolidWorks, gdzie przygotowywany jest parametryczny model konstrukcyjny. Sama geometria bryłowa nie oznacza jeszcze pełnej parametryzacji. Model parametryczny zawiera dodatkowo informacje o wymiarach, zależnościach geometrycznych i operacjach modelowania, dzięki czemu można go dalej modyfikować i dostosowywać do nowych wymagań.

W zależności od charakteru projektu może on zawierać m.in.:

• płaszczyzny i osie odniesienia,
• otwory i ich średnice,
• promienie i fazy,
• wymiary oraz zależności geometryczne,
• operacje modelowania,
• relacje pomiędzy poszczególnymi elementami konstrukcji.

Może on służyć m.in. do:

• tworzenia dokumentacji technicznej,
• projektowania części współpracujących,
• przygotowania danych do CNC,
• wykonywania analiz MES,
• projektowania części zamiennych,
• modernizacji istniejących konstrukcji.

Na tym etapie cyfrowe odwzorowanie staje się narzędziem pracy konstruktora, a nie tylko zapisem kształtu istniejącego obiektu.

Kontrola i weryfikacja modelu

Po utworzeniu modelu CAD konieczne jest sprawdzenie jego zgodności z danymi ze skanowania. W zależności od celu projektu można porównywać geometrię modelu z chmurą punktów lub siatką i analizować występujące odchylenia.

Pozwala to zweryfikować, czy zrekonstruowane powierzchnie i elementy konstrukcyjne odpowiadają rzeczywistej geometrii oraz czy model spełnia założenia projektu.

Kontrola jest szczególnie istotna w przypadku modeli przeznaczonych do dalszego projektowania, wykonania części zamiennych lub przygotowania produkcji.

Dlaczego rekonstrukcja może trwać dłużej niż skanowanie?

W wielu projektach sam pomiar jest tylko częścią całego nakładu pracy. Skanowanie może być stosunkowo krótkim etapem, natomiast rekonstrukcja modelu może wymagać znacznie większego zaangażowania konstruktora.

Czas zależy przede wszystkim od:

• złożoności geometrii,
• wymaganej dokładności,
• jakości danych pomiarowych,
• zakresu rekonstrukcji,
• stopnia parametryzacji modelu,
• przeznaczenia końcowego modelu.

Im bardziej rozbudowany i podatny na dalsze modyfikacje ma być model, tym większy jest udział pracy inżynierskiej.

Jaki model jest rzeczywiście potrzebny?

Rekonstrukcja nie polega na automatycznej konwersji skanu, lecz na świadomym odtworzeniu geometrii w formie dopasowanej do dalszego zastosowania. Zakres prac może zakończyć się na przygotowaniu siatki trójkątów albo obejmować budowę i weryfikację parametrycznego modelu konstrukcyjnego.

Dlatego przed rozpoczęciem projektu określamy nie tylko zakres pomiaru, lecz przede wszystkim oczekiwany rezultat i sposób wykorzystania modelu końcowego.

Back to top

Jak wykorzystujemy skaner 3D w realizacji projektów?

---

Każdy projekt wymaga dopasowania sposobu pomiaru do obiektu, jego geometrii, wymaganej dokładności oraz celu. W realizowanych przez nas projektach wykorzystujemy przemysłowy mobilny skaner 3D, którego różne tryby pracy pozwalają dostosować sposób pozyskiwania danych do charakterystyki mierzonego elementu.

Mobilna konstrukcja urządzenia ułatwia pomiary bezpośrednio przy dużych, ciężkich lub trudno dostępnych obiektach. Dobór odpowiedniego trybu pracy pozwala natomiast dostosować pomiar do skali obiektu, szczegółowości geometrii i dostępności poszczególnych powierzchni.

Digitalizacja dużych elementów

Korpusy maszyn, odlewy, konstrukcje stalowe czy elementy karoserii wymagają przede wszystkim sprawnego pokrycia dużych powierzchni. W takich przypadkach istotna jest wysoka szybkość akwizycji danych, która pozwala ograniczyć czas potrzebny na wykonanie pomiaru.
Do tego typu zadań wykorzystujemy tryb High Speed Scan z 26 liniami laserowymi. Duża szybkość pozyskiwania danych pozwala sprawnie skanować rozległe powierzchnie, a jednocześnie na bieżąco kontrolować kompletność pomiaru.

Szczegółowe odwzorowanie drobnych detali

Niewielkie promienie, ostre krawędzie, grawerunki czy złożone powierzchnie swobodne wymagają większej szczegółowości danych. W takich przypadkach istotna jest możliwość skoncentrowania pomiaru na mniejszym obszarze.

Tryb Detailed Scan z 7 liniami laserowymi pozwala uzyskać większą szczegółowość danych na mniejszym obszarze, co ułatwia odwzorowanie lokalnych cech geometrii. Ma to szczególne znaczenie w projektach inżynierii odwrotnej, w których szczegółowe dane pomiarowe stanowią podstawę późniejszej rekonstrukcji geometrii.

Skanowanie trudno dostępnych miejsc

Głębokie kieszenie, kanały, otwory i wnętrza korpusów mogą być trudne do odwzorowania przy wykorzystaniu standardowych ustawień. Ograniczony dostęp optyczny do powierzchni wymaga wtedy odpowiedniego sposobu prowadzenia pomiaru.

W takich przypadkach wykorzystujemy pojedynczą linię laserową, która ułatwia dotarcie do trudno dostępnych fragmentów geometrii i ich rejestrację. Pozwala to uzupełnić dane w miejscach, w których szerszy obszar skanowania może być mniej wygodny w użyciu.

Pomiary bez markerów

W przypadku części obiektów stosowanie markerów referencyjnych nie jest konieczne. Ich rozmieszczenie może być czasochłonne, a na dużych lub trudno dostępnych powierzchniach może dodatkowo utrudniać przygotowanie pomiaru.

W wybranych zastosowaniach wykorzystujemy tryb Infrared No Marker Scan, który umożliwia prowadzenie pomiaru bez stosowania markerów referencyjnych. Rozwiązanie to może skrócić czas przygotowania obiektu i ułatwić pracę na powierzchniach, na których rozmieszczenie markerów byłoby utrudnione.

Brak markerów wiąże się jednak z określonym kompromisem między szybkością i wygodą przygotowania pomiaru a możliwościami zastosowanego trybu. W zależności od geometrii obiektu i sposobu skanowania pomiar bez markerów może zapewniać inną dokładność lub stabilność śledzenia niż skanowanie prowadzone z wykorzystaniem markerów. Dlatego tryb No Marker Scan najlepiej sprawdza się tam, gdzie ograniczenie czasu przygotowania i możliwość pomiaru bez rozmieszczania markerów są ważniejsze niż wykorzystanie trybu zapewniającego najwyższe parametry pomiarowe.

Weryfikacja parametrów pomiarowych

W zastosowaniach przemysłowych istotne jest nie tylko to, jakie możliwości oferuje skaner, ale również czy jego parametry pomiarowe zostały potwierdzone badaniem w akredytowanym laboratorium. Wykorzystywany przez nas system został poddany badaniom zgodnie z wymaganiami VDI/VDE 2634 Part 3.

Badanie przeprowadzono w laboratorium akredytowanym zgodnie z ISO/IEC 17025, co zapewnia wiarygodność zastosowanej procedury i uzyskanych wyników.

Wynik badania potwierdza parametry systemu w warunkach określonych przez procedurę badawczą. Rzeczywista dokładność pomiaru zależy jednak również od zastosowanej technologii, geometrii i właściwości powierzchni obiektu, warunków pomiaru oraz sposobu prowadzenia całego procesu.

Jeden system, różne wymagania pomiarowe

W realizowanych przez nas projektach wykorzystujemy skaner, który łączy różne technologie i tryby skanowania w jednym systemie. Dzięki temu może być stosowany zarówno do pomiaru dużych powierzchni, jak i bardziej szczegółowych elementów czy trudno dostępnych fragmentów geometrii.

W zależności od charakterystyki obiektu i wymagań projektu dobieramy odpowiedni tryb pracy, uwzględniając m.in. wielkość obiektu, wymaganą dokładność, poziom szczegółowości oraz dostępność poszczególnych powierzchni. W razie potrzeby różne tryby mogą być również wykorzystywane w ramach jednego pomiaru, aby uzyskać kompletny materiał do dalszego opracowania.

Dzięki temu jeden system może obsługiwać projekty o różnym charakterze – od szybkiego pozyskania danych z dużych powierzchni po szczegółowe odwzorowanie wymagających elementów.

Back to top

Najczęstsze problemy podczas skanowania 3D

---

Nawet nowoczesny skaner 3D może napotkać trudności podczas pomiaru określonych obiektów. Problemy mogą wynikać m.in. z właściwości powierzchni, geometrii elementu, jego stabilności oraz warunków otoczenia.

Rozpoznanie potencjalnych trudności jeszcze przed rozpoczęciem pomiaru pozwala dobrać odpowiednią strategię i ograniczyć ryzyko braków lub błędów w danych.

Powierzchnie błyszczące i chromowane

Silnie odbijające powierzchnie, takie jak chrom, polerowane metale czy błyszczące tworzywa, mogą powodować odbicia światła i lokalne zakłócenia pomiaru. W efekcie na części powierzchni mogą pojawić się braki danych lub niestabilność rejestracji.

W takich przypadkach pomocne może być zastosowanie preparatu matującego, który ogranicza refleksy i ułatwia prawidłową rejestrację powierzchni.

Czarne i bardzo ciemne materiały

Czarne tworzywa, guma i inne bardzo ciemne powierzchnie mogą pochłaniać znaczną część światła emitowanego przez skaner. Utrudnia to prawidłową rejestrację geometrii i może prowadzić do powstawania braków w danych.

Nowoczesne systemy pomiarowe mogą lepiej radzić sobie z takimi powierzchniami, jednak w zależności od materiału i jego właściwości może być konieczne odpowiednie przygotowanie powierzchni lub zastosowanie innego trybu pomiaru.

Materiały przezroczyste

Szkło, pleksi i przezroczyste tworzywa należą do trudniejszych materiałów w przypadku metod optycznych. Światło może przechodzić przez materiał, odbijać się od jego powierzchni lub ulegać załamaniu, co utrudnia prawidłowe wyznaczenie położenia punktów.

W takich przypadkach można zastosować m.in. preparaty matujące, które tworzą tymczasową, bardziej odpowiednią dla pomiaru powierzchnię. W zależności od zastosowania możliwe jest również wykorzystanie innej technologii pomiarowej.

Cienkie i podatne na odkształcenia elementy

Blachy, cienkościenne tworzywa, elementy gumowe czy inne elastyczne części mogą zmieniać kształt pod wpływem mocowania, własnego ciężaru lub nacisku.

Dlatego sposób zamocowania i podparcia obiektu jest częścią strategii pomiarowej. Jeżeli podczas skanowania element znajduje się w stanie odkształconym, uzyskany model będzie odwzorowywał właśnie tę geometrię.

W przypadku elementów podatnych na odkształcenia należy więc przygotować stanowisko w taki sposób, aby obiekt podczas pomiaru znajdował się w położeniu odpowiadającym założeniom projektu.

Głębokie otwory i trudno dostępne miejsca

Głębokie kanały, kieszenie, otwory i wnętrza korpusów mogą być trudne do odwzorowania ze względu na ograniczony dostęp wiązki pomiarowej i kamer.

W takich sytuacjach dobiera się odpowiednią technikę oraz sposób prowadzenia skanera. Pojedyncza linia laserowa może ułatwić dotarcie do trudno dostępnych fragmentów geometrii i uzupełnienie danych, których nie udało się pozyskać w standardowym trybie pracy.

Bardzo duże obiekty

Digitalizacja dużych maszyn, pojazdów czy konstrukcji stalowych wymaga odpowiedniego zaplanowania całego pomiaru. Wraz ze wzrostem rozmiaru obiektu rośnie znaczenie prawidłowego prowadzenia rejestracji i kontroli dokładności podczas łączenia kolejnych fragmentów danych.

Szczególnie istotne jest ograniczenie kumulacji błędów, która może wystąpić przy łączeniu wielu kolejnych skanów. Dlatego przy dużych obiektach stosuje się odpowiednią strategię referencyjną i kontroluje poprawność rejestracji kolejnych fragmentów danych.

Bardzo małe detale

Niewielkie promienie, cienkie żebra, ostre krawędzie czy drobne elementy wymagają odpowiedniego dopasowania parametrów pomiaru do skali geometrii.

Zbyt duży obszar skanowania, niewłaściwa odległość od powierzchni lub nieodpowiedni tryb pracy mogą prowadzić do utraty szczegółów. W takich przypadkach pomiar można uzupełnić w trybie zapewniającym większą szczegółowość danych na mniejszym obszarze.

Drgania i warunki otoczenia

Stabilność stanowiska ma szczególne znaczenie podczas pomiarów wymagających wysokiej dokładności. Drgania, ruch obiektu czy niestabilne zamocowanie mogą wpływać na jakość rejestrowanych danych.

Znaczenie mają również warunki środowiskowe, w szczególności temperatura, jeśli jej zmiany mogą wpływać na mierzony obiekt lub wymagania dotyczące dokładności. Dlatego przy wymagających realizacjach należy zadbać o stabilne stanowisko i warunki odpowiednie do charakteru pomiaru.

Dlaczego warto rozpoznać problemy przed pomiarem?

Wielu problemów nie można w pełni usunąć podczas obróbki danych, dlatego należy je rozpoznać przed rozpoczęciem pomiaru. Odpowiednie przygotowanie obiektu i stanowiska ogranicza ryzyko braków oraz konieczność ponownego skanowania.

Problemy i sposoby ich ograniczania – podsumowanie

Back to top

Gdzie wykorzystuje się cyfrowe odwzorowanie obiektów?

---

Skanowanie 3D znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie rzeczywista geometria obiektu ma zostać wykorzystana w środowisku cyfrowym – do analizy, kontroli, rekonstrukcji lub dalszego projektowania.

Przemysł i budowa maszyn

W przemyśle skanowanie 3D wspiera zarówno projektowanie, jak i modernizację istniejących konstrukcji. Umożliwia odtworzenie części bez dostępnej dokumentacji, projektowanie elementów współpracujących z istniejącymi konstrukcjami oraz weryfikację wykonania rzeczywistych elementów.

Cyfrowe odwzorowanie jest również wykorzystywane podczas przygotowywania części zamiennych i modernizacji maszyn. Szybkie pozyskanie geometrii rzeczywistego elementu pozwala sprawniej przygotować dane do dalszych prac projektowych i produkcyjnych.

Kontrola jakości i metrologia

Jednym z ważnych zastosowań skanowania 3D jest porównanie rzeczywistej geometrii wykonanego elementu z modelem nominalnym lub dokumentacją projektową.

Na tej podstawie można analizować odchyłki wymiarowe, deformacje oraz lokalne niezgodności powierzchni. W przeciwieństwie do pomiaru pojedynczych wymiarów skanowanie pozwala ocenić rozkład odchyłek na znacznie większej części, a często na całej powierzchni elementu.

Technologia znajduje zastosowanie m.in. przy kontroli odlewów, części obrabianych, elementów spawanych i konstrukcji wielkogabarytowych.

Inżynieria odwrotna i części bez dokumentacji

Skanowanie 3D jest szczególnie przydatne wtedy, gdy oryginalna dokumentacja techniczna nie istnieje, jest niekompletna lub nie odpowiada aktualnemu stanowi elementu.

Pozyskane dane mogą stać się podstawą do rekonstrukcji geometrii i przygotowania modelu CAD, który następnie można wykorzystać do wykonania części zamiennej, modernizacji konstrukcji lub zaprojektowania nowych elementów współpracujących z istniejącym komponentem.

Motoryzacja i motorsport

W motoryzacji skanowanie 3D wykorzystywane jest m.in. do odwzorowywania elementów nadwozia, wnętrza oraz podzespołów mechanicznych. Umożliwia projektowanie części dokładnie dopasowanych do istniejącej konstrukcji, a także analizowanie różnic między założonym modelem a rzeczywistym wykonaniem.

Technologia znajduje zastosowanie również w motorsporcie, tuningu oraz rekonstrukcji części do pojazdów zabytkowych, gdzie często konieczne jest precyzyjne dopasowanie nowych elementów do istniejącej geometrii.

Projektowanie produktu i wzornictwo przemysłowe

Skanowanie 3D znajduje zastosowanie również w projektowaniu nowych produktów i rozwijaniu istniejących konstrukcji. Cyfrowe odwzorowanie rzeczywistego obiektu może stanowić punkt wyjścia do dalszych prac projektowych w środowisku CAD.

Wzornictwo przemysłowe często wymaga dopasowania produktu do istniejących elementów, ergonomii użytkownika lub określonej przestrzeni. Skanowanie umożliwia w takich przypadkach dokładne odwzorowanie kształtu i wzajemnego położenia elementów, co ułatwia projektowanie kolejnych wersji produktu.

Technologia może być również wykorzystywana do digitalizacji prototypów, modeli wzorniczych i elementów wykonanych tradycyjnymi metodami.

Odlewnictwo i produkcja wielkogabarytowa

Odlewy, korpusy maszyn i inne duże elementy często charakteryzują się złożoną geometrią, dużymi gabarytami i utrudnionym dostępem do części powierzchni.

Skanowanie 3D pozwala szybko pozyskać ich geometrię i wykorzystać dane m.in. do kontroli wymiarowej, porównania z modelem CAD, analizy odkształceń oraz przygotowania danych do dalszego projektowania.

W przypadku dużych elementów szczególnie istotna jest możliwość szybkiego pozyskania dużej ilości danych z rozległych powierzchni.

Modernizacja i utrzymanie ruchu

W przypadku starszych maszyn i urządzeń często brakuje aktualnej dokumentacji lub dane archiwalne nie odpowiadają rzeczywistemu stanowi konstrukcji.

Skanowanie pozwala wtedy zdigitalizować istniejący element lub fragment urządzenia, a następnie wykorzystać uzyskane dane do przygotowania części zamiennych, modernizacji konstrukcji czy zaplanowania zmian.

Ma to szczególne znaczenie w sytuacjach, gdy konieczne jest szybkie odtworzenie elementu, a wykonanie pełnej dokumentacji pomiarowej tradycyjnymi metodami byłoby czasochłonne.

Druk 3D i prototypowanie

W prostszych zastosowaniach odpowiednio przygotowana siatka trójkątów może zostać wykorzystana do przygotowania wydruku 3D. Pozwala to szybko odtworzyć istniejący element lub przygotować jego fizyczną kopię.

Jeżeli konieczne jest wprowadzenie zmian konstrukcyjnych, dane ze skanowania można natomiast wykorzystać do przygotowania edytowalnego modelu CAD. Zeskanowany element staje się wtedy punktem wyjścia do stworzenia zmodyfikowanej części lub nowego projektu.

Archiwizacja i dokumentacja cyfrowa

Skanowanie 3D pozwala również zachować cyfrową reprezentację rzeczywistego obiektu. Ma to znaczenie w przypadku części, konstrukcji lub elementów, które mogą zostać zmienione, zużyte albo wycofane z użytkowania.

Zarchiwizowane dane mogą w przyszłości posłużyć do odtworzenia geometrii, wykonania części zamiennej, przeprowadzenia analiz porównawczych lub przygotowania dokumentacji.

Najważniejsze zastosowania skanowania 3D

Zakres pomiaru i sposób opracowania danych należy zawsze dobierać do ich planowanego zastosowania. Najważniejsze obszary wykorzystania skanowania 3D podsumowuje poniższa tabela.

Back to top