3D сканирование и
конструкторские услуги
ru en

Получение твердотельной модели с помощью 3d сканера

11.12.2015

Используемый сканер: RangeVision

В 3d сканировании используются два понятия 3d модели: поверхностная модель и твердотельная модель. Они обладают разными свойствами и соответственно разными возможностями использования.

Поверхностную модель можно распечатать на 3d принтере, разместить на сайте, использовать для визуализации объекта. Изменить форму такой 3d модели нельзя. Если необходимо получить размеры, сделать чертеж, доработать модель, полноценно использовать ее в CAD-программе, stl-модель нужно перевести в твердотельную. Для этого необходимо произвести ряд действий.

1. Сканирование

Сканер подсвечивает изделие лазером или структурированным подсветом и получает информацию о расстоянии до поверхностей объекта. На основе этой информации строится участок поверхностной модели, который представляет собой облако миллионов точек. После получения достаточного количества таких участков программа, которая поставляется вместе со сканером, сшивает их в один объект в автоматическом или ручном режиме.

2. Обработка поверхностной модели

Поверхностная модель (полигональная модель, stl-модель, облако точек, облако треугольников) - это набор точек, соединенных в треугольники, которые образуют множество поверхностей, обозначающих границы объекта. Поверхностная модель может быть представлена как в виде облака точек, так и в виде набора треугольников, эти два вида легко трансформируются друг в друга. 

Самый распространенный формат файла полигональной модели - stl, но могут быть и другие.

Модель из облака точек, полученных со сканера, как правило некачественная. Даже при идеальной для сканирования поверхности (объемная, белая, матовая, без труднодоступных мест и острых краев) 3д сканер все равно улавливает различные шумы - это могут быть как особенности самого объекта - грязь, сварные швы, метки и пр., так и внешние условия и характеристики самого сканера- освещение, температура, колебания опоры сканера. В итоге образуются лишние неровности, туннели, дыры и другие артефакты. 

Некоторые операции обработки можно произвести в собственном софте сканера, но, как правило, это очень ограниченный набор функций. Для более качественной обработки используются сторонние программные комплексы, например Geomagic.

В процессе обработки над моделью может быть произведен ряд операций:

  • зашиваются дыры,
  • выравниваются поверхности,
  • удаляется шум,
  • модель правильно ориентируется;
  • уменьшается количество треугольников.

Полученную поверхность объекта можно просматривать в разных режимах: как облако точек или как сетку. Во втором случае все точки соединяются в треугольники, образуя миллион микро-поверхностей. 

Эта сетка по сути и является полноценной полигональной моделью. Ее можно сохранить в формат stl или другие форматы (txt, csv, odt, xls).

Такую модель можно напечатать на 3d принтере, но сверх того возможности ее использования ограничены. 

Важно!  Несмотря на то, что на данном этапе мы получили stl-модель, она пока еще не пригодна для использования на многокоординатных станках с ЧПУ, так как содержит слишком большое количество поверхностей. Для станка с ЧПУ требуется дополнительная обработка базовой сканированной stl-модели: выравнивание, усреднение, уменьшение количества поверхностей. 

По той же причине такую модель не получится загрузить в CAD-систему. SolidWorks, например, выдаст предупреждение о том, что модель содержит слишком большое количество поверхностей.

3. Построение твердотельной модели

На данном этапе на основе полигональной модели происходит построение нормального твердого тела также в специализированном софте, например Geomagic Design.

Используемые операции: вытягивание эскизов, деление на области, поиск вытянутых областей, построение замкнутого эскиза.

При правильной обработке модели на выходе мы получаем модель с деревом построений, пригодную для дальнейшей обработки в CAD-системе.

4. Контроль правильности построения модели

На данном этапе полученная твердотельная модель сравнивается со сканированной. Специальный инструмент программы позволяет в цветном виде увидеть отклонения, вызванные ошибками построения модели. Придется вернуться на несколько шагов назад и исправить некоторые операции.

5. Экспорт в CAD-систему

Этот, казалось бы, автоматический этап также может выявить ряд ошибок на этапе обработки модели. Например программа Geomagic Design Х с помощью своего API строит в открытом заранее SolidWorks модель на лету согласно собственному дереву построений. В конце может появится ошибка – в ней будет описано, на каком этапе построения модели возникла ошибка – идем обратно в Design X и редактируем в дереве этот элемент.

Общий процесс обработки получается довольно сложным, что и определяет более высокую стоимость 3d сканирования, по сравнению с ручным образмериванием изделий. Надеемся, что развитие технологий 3d сканирования и обработки 3d моделей позволит в дальнейшем упростить или объединить эти процедуры.