Как избежать ошибок в процессе
3D сканирования

Нет времени читать? Но вы хотите получить качественные результаты 3D сканирования ваших объектов или деталей.

Воспользуйтесь нашей помощью - мы делаем это профессионально.

Узнать подробнее

Процесс 3D-сканирования включает несколько этапов, и на каждом из них могут возникать определенные ошибки. Следование лучшим практикам позволяет минимизировать эти ошибки и получить качественный результат.

Содержание

Этапы 3D-сканирования:

1. Подготовка объекта

Очистка объекта

Перед сканированием необходимо убедиться, что объект чист от пыли, грязи и других загрязнений, которые могут помешать процессу сканирования.

Нанесение маркеров (при необходимости)

Многие оптические 3D-сканеры, особенно при сканировании сложных форм или больших объектов, требуют нанесения на поверхность объекта специальных маркеров (белых кружков с черной каймой).

Эти метки помогают сканеру отслеживать положение в пространстве и сшивать отдельные сканы в единую 3D-модель. Их следует наносить хаотично, избегая упорядоченного расположения, чтобы улучшить качество сшивки. Некоторые ручные оптические 3D-сканеры могут работать без меток, определяя свое положение в пространстве путем сравнения имеющихся данных, но это может быть менее точным.

Матирование поверхности (при необходимости)

Блестящие, темные или прозрачные поверхности могут плохо сканироваться оптическими сканерами. В таких случаях может потребоваться покрытие объекта матирующим спреем (аэрозолем, создающим тонкий матовый белый слой). Антибликовые спреи легко удаляются и не скрывают мелкие детали. Прозрачные предметы без матирования сканировать нельзя. Для сильно отражающих объектов в программном обеспечении сканера может потребоваться включить соответствующие настройки.

Фиксация объекта

Для стационарного сканирования или сканирования с использованием поворотного стола объект необходимо надежно зафиксировать. Небольшие объекты могут размещаться на станине оцифровщика или фиксироваться с помощью специальных приспособлений, например, на пластилине.

2. Настройка оборудования и программного обеспечения

Установка сканера

Сканер может использоваться в ручном режиме или устанавливаться на штатив. Штатив обеспечивает стабильность сканера во время сканирования, что может быть важно для достижения высокой точности. Однако вибрации от работающего оборудования или даже ходьба рядом со штативом могут негативно сказаться на точности.

Калибровка сканера

Перед началом работы сканер может потребовать калибровки. Калибровка обычно включает сканирование специального калибровочного поля (мишени). Правильная калибровка имеет решающее значение для точности измерений. Опытный пользователь может откалибровать сканер за минуту при наличии быстрого компьютера, но новичкам это может занять больше времени.

Настройка параметров сканирования

В программном обеспечении сканера необходимо выбрать подходящие параметры сканирования, такие как разрешение (расстояние между точками), режим сканирования (например, много линий или одна линия для структурированного света, лазерные точки или патчи для лазерных сканеров), и настройки для различных типов поверхностей (обычные, черные, блестящие).

Для средних объектов обычно используется расстояние между точками 0,2-0,3 мм; для очень крупных деталей - 0,4-0,5 мм. Меньшее расстояние (0,05-0,1 мм) обеспечивает более высокую детализацию, но процесс сканирования занимает больше времени и требует больше оперативной памяти. Выбор объема сканирования (рабочей области) также может влиять на точность.

Подключение и проверка связи

Необходимо убедиться, что сканер правильно подключен к компьютеру и программное обеспечение распознает его.

3. Процесс сканирования

Сбор данных

Сканирование заключается в последовательном захвате данных с поверхности объекта с разных ракурсов. При ручном сканировании оператор перемещает сканер вокруг объекта, стараясь сохранять оптимальное расстояние до поверхности, которое обычно отображается визуально в программном обеспечении. При стационарном сканировании может использоваться поворотный стол, который автоматически поворачивает объект, позволяя сканеру захватывать данные со всех сторон. Для сканирования больших объектов может потребоваться несколько сеансов сканирования с разных позиций.

Обеспечение полноты данных

Важно убедиться, что отсканирована вся необходимая поверхность объекта, особенно сложные участки, такие как поднутрения и внутренние полости. Режим одиночной линии может быть полезен для сканирования труднодоступных мест.

Сканирование внутренних отверстий возможно на глубину не более 1-1,5 диаметра отверстия. Внешняя резьба с шагом более 100 микрон может быть отсканирована.

Избегание ошибок во время сканирования:

Потеря трекинга

Резкие движения сканера или объекта могут привести к потере трекинга (ориентации сканера в пространстве). В этом случае может потребоваться начать сканирование заново или выполнить повторное сканирование проблемного участка. Использование достаточного количества маркеров помогает избежать потери трекинга.

Недостаточное покрытие

Важно обеспечить перекрытие между отдельными сканами для успешной сшивки.

Движение объекта

Объект не должен двигаться во время сканирования.

4. Постобработка данных

Импорт данных

Полученные сканы (облака точек) импортируются в программное обеспечение для постобработки.

Выравнивание и сшивка (регистрация)

Отдельные сканы необходимо выровнять и сшить в единую 3D-модель.

Программное обеспечение использует общие элементы (маркеры или геометрические особенности) для точного совмещения сканов. Ошибки совмещения неизбежны, но программное обеспечение обычно показывает величину этой ошибки.

Для идеально осесимметричных деталей могут потребоваться дополнительные метки или пластилин для облегчения сшивки. При сшивке большого количества отдельных облаков может наблюдаться потеря точности.

Удаление лишних данных

Из модели удаляются нежелательные объекты или шум, попавшие в процессе сканирования.

Оптимизация и очистка сетки

Полученная полигональная сетка может содержать шум, артефакты или неплотности. Программное обеспечение позволяет выполнять сглаживание, заполнение отверстий и другие операции для улучшения качества модели. Однако агрессивное сглаживание может привести к потере деталей. При контроле геометрии пустоты обычно не закрываются, чтобы сохранить информацию о достоверности поверхности.

Создание твердотельной модели (при необходимости)

Для некоторых применений (например, обратного проектирования для ЧПУ-обработки) полигональную модель необходимо преобразовать в точную CAD-модель (твердотельное представление). Этот процесс называется реверс-инжинирингом и может быть довольно сложным. Он может включать подгонку параметрических поверхностей к облаку точек или построение сечений с последующим созданием твердого тела. Программы для реверс-инжиниринга позволяют контролировать отклонения от исходного скана.

Текстурирование (при наличии цветного сканера)

Если сканер поддерживает захват цвета, на 3D-модель может быть наложена текстура для создания реалистичного внешнего вида.

Экспорт модели

Готовая 3D-модель экспортируется в нужном формате (например, STL, OBJ) для дальнейшего использования (3D-печать, моделирование, анализ, производство). Формат STL является де-факто стандартом для 3D-печати.

Типовые ошибки

Неправильная подготовка объекта

Грязный, блестящий или прозрачный объект может привести к неполным или неточным данным сканирования.

Ошибки калибровки

Неправильно выполненная калибровка сканера снижает точность измерений.

Некорректные параметры сканирования

Неподходящее разрешение или режим сканирования могут привести к недостаточной детализации или избыточному объему данных.

Потеря трекинга во время сканирования

Резкие движения или недостаточное количество маркеров могут вызвать потерю ориентации сканера.

Недостаточное покрытие объекта

Пропуск участков поверхности приводит к неполной 3D-модели [нет в источниках].

Ошибки при сшивке сканов

Неточное выравнивание отдельных сканов приводит к искажениям в итоговой модели.

Чрезмерное сглаживание

Агрессивная постобработка может скрыть важные детали объекта.

Неправильный выбор формата экспорта

Выбор неподходящего формата файла может затруднить дальнейшее использование 3D-модели.

Недостаточные навыки работы с программным обеспечением

Для получения качественного результата требуются умения и навыки работы с программами для 3D-сканирования и моделирования.

Лучшие практики

• Тщательно подготавливайте объект к сканированию. Очищайте объект, и матируя блестящие поверхности при необходимости. Используйте достаточное количество качественных маркеров, если это требуется.
• Выполняйте калибровку сканера перед каждым сеансом сканирования. При калибровке следуйте инструкциям производителя.
• Выбирайте оптимальные параметры сканирования в зависимости от размера, формы и материала объекта, а также требуемой детализации.
• Сканируйте объект плавно и равномерно, избегая резких движений, чтобы предотвратить потерю трекинга. Обеспечьте достаточное перекрытие между отдельными сканами.
• Захватывайте данные со всех необходимых ракурсов, чтобы обеспечить полноту 3D-модели, особенно для сложных геометрий. Используйте поворотные столы или штативы для повышения стабильности и качества сканирования.
• Внимательно выполняйте сшивку сканов, используя возможности программного обеспечения для минимизации ошибок. При необходимости используйте дополнительные ориентиры для сшивки.
• Оптимизируйте сетку модели аккуратно, удаляя шум и заполняя отверстия, но избегая чрезмерного сглаживания.
• Выбирайте формат экспорта, соответствующий задачам дальнейшего использования 3D-модели.
• Изучайте руководство пользователя и проходите обучение работе с 3D-сканером и программным обеспечением, чтобы использовать все возможности оборудования и избежать распространенных ошибок.
• При сканировании в условиях производства учитывайте вибрации, которые могут повлиять на точность.

Выводы

Итак, процесс 3D-сканирования, несмотря на свою технологичность, подвержен различным ошибкам и ограничениям, которые могут повлиять на качество и точность получаемой трехмерной модели. Ниже представлена подробная сводная таблица с описанием основных ошибок.

Важно учитывать, что выбор технологии 3D-сканирования и правильное выполнение каждого этапа процесса сканирования и обработки данных играют ключевую роль в минимизации этих ошибок и получении высококачественных и точных трехмерных моделей