Optické 3D skenování dobývá průmysl a výrobu

Díky 3D skenování získáte věrnou digitální kopii fyzické předlohy – dílu, ke kterému už nemáte výrobní dokumentaci, součásti, u které potřebujete porovnat odchylky z výroby, objektu pro výzkumné účely nebo třeba vzácného artefaktu pro archivaci. Trojrozměrný sken dnes stále častěji slouží jako podklad pro rozměrovou inspekci a reverzní inženýrství, další 3D modelování i rychlý 3D tisk náhradních dílů. Podívejme se krátce na současné možnosti a trendy.

Zůstaneme-li u dvou základních principů 3D skenování, využíváme buď čočky kamery, která snímá světlo odražené od objektu (u bezkontaktních 3D skenerů), nebo jsou informace získávány ze sondy dotýkající se přímo snímaného povrchu (u těch kontaktních). Oba přístupy lze vhodně kombinovat – třeba při snímání tvarově složitých dílů s hlubokými kapsami, kde lze dotykovou sondu využít i tam, kam by kamera z více úhlů už nedohlédla. Skenovat přitom můžete jak velmi malé díly s titěrnými detaily, tak mnohametrové předlohy. A pomocí speciálních skenerů dokonce celé provozy či rovnou exteriéry, ani nemluvě o výpočetní tomografii schopné odhalit vnitřní vady dílů.

Vraťme se ale k dnes nejběžnějším a nejpřístupnějším, optickým skenerům pro průmysl a výrobu. U nich si můžete vybrat z velmi široké nabídky zhruba rozdělené od stolních (nejdostupnější) přes příruční (nejuniverzálnější) až po metrologické 3D skenery (s certifikovanou přesností). Liší se schopností snímat různě velké objekty s různou přesností, s rozličnými povrchy. Optické skenery potrápí zejména ty reflexní a velmi tmavé, avšak i na to už existují šikovná řešení.

Jak se neztratit v mračně bodů

Nasnímaná data si můžete představit jako mračno bodů s prostorovými souřadnicemi. Stále chytřejší softwarové aplikace je následně převádějí do užitečnější formy – povrchového 3D modelu tvořeného sítí trojúhelníků. U některých optických zařízení, kterým se budeme věnovat, můžete rovnou získat i barevnou texturu povrchu. Aplikace vám následně pomohou s úpravami povrchové sítě i zacelením obtížně snímatelných míst. Model se stane „vodotěsným“, což je důležité třeba pro následný 3D tisk kopií dílů, ke kterým už neexistuje dokumentace.

Především u přesných, metrologických řešení můžete nad daty s výhodou provádět rozměrovou inspekci – názorně vidíte odchylky výrobku vůči původnímu konstrukčnímu návrhu – i úlohy tzv. zpětného inženýrství. Pokročilé aplikace nabídnou převod povrchů do parametrického modelu, který využijete v CAD systému pro další modelování. Ukázky takových postupů najdete ve videu Přesné 3D skenování pro průmysl a výrobu.

Nové možnosti rychle nalézají uplatnění

V posledních letech se objevuje řada 3D skenerů (a příslušenství), které boří dřívější omezení. Malé stolní skenery s otočnými stolky, vhodné třeba pro výuku a jednodušší projekty, jsou dnes za podobnou cenu daleko přesnější než dřív, pohodlněji se ovládají. Příruční 3D skenery zase umí kombinovat více druhů světla v jediném lehkém zařízení – třeba modré LED s modrým laserem jako Shining 3D EinScan HX (na obrázku). Výrazně tím roste jejich univerzálnost, dokážete s nimi nasnímat různě velké, tmavé i reflexní objekty. Nemluvě o vysokém rozlišení a rostoucí rychlosti i přesnosti střední třídy velmi praktických, dobře přenosných příručních řešení. Odskočíme-li v této kategorii na chvíli od výroby k vývoji ergonomických pomůcek, kde je potřeba skenovat lidské tělo a obličej, najdete zde kombinaci s neviditelným infračerveným světlem (sesterský EinScan H). Umožňuje skenovat lidskou tvář bez nepříjemně ostrého světla, stejně tak plnobarevně a v řádu minut celou postavu, včetně tmavších povrchů a vlasů.

Vyšší všestrannost i cenová dostupnost přitahují nové zájemce také v královské třídě přesných a certifikovaných metrologických skenerů. Ty zpřesňují snímání dat, splňují nekompromisní požadavky pro rozměrovou 3D inspekci, sběr dat k simulacím a trendovým analýzám, u reverzního inženýrství i vývoje výrobků. Příkladem za všechny může být známá značka ZEISS, pod kterou dnes patří i skenery GOM. U metrologických skenerů můžete volit od těch kompaktních a snadno přenosných přes příruční, skvěle přenosné v provozu i terénu až po modulární řešení umožňující 3D snímání bez nutnosti přípravy dílu, která zahrnují optický sledovací systém nebo dotykovou sondu (na obrázku).

Příspěvek původně vznikl pro bulletin č. 8/2021 Národního centra Průmyslu 4.0

Ukázky přesného, metrologického 3D skenování a zpracování dat názorně ukazuje Šimon Piksa na zařízeních značek ZEISS a GOM (video)

Zpřesnění, ale i usnadnění práce

Stále větší počet výrobních firem v Česku používá 3D skenování k rozměrové kontrole nebo i reverznímu inženýrství u tvarově složitých dílů. Hlavními výhodami bývají časová úspora a větší důvěryhodnost výstupů – nikdo neudělá chybu při měření posuvným měřítkem, nasnímaná předloha eliminuje většinu chyb oproti ruční digitalizaci atd. Nehledě na složité tvary, které často ani ručně oměřit nejde.

Pro ilustraci čerstvý příklad z praxe: Aplikační inženýři společnosti 3Dwiser využili 3D skenování vnitřních prostor stroje, aby usnadnili jejich následnou zástavbu. Data nasnímaná přímo v provozu umožnila získat tolik potřebný přehled o skutečných prostorových možnostech a zjednodušila celou následující úpravu stroje. Už nebylo třeba spoléhat na drahou a ošidnou metodu pokus–omyl.

Ač 3D skenování rozhodně není novinkou, v digitalizaci pro průmysl 4.0 (a v moderním vývojovém i výrobním provozu vůbec) dnes nachází širší uplatnění. Není výjimkou, že uživatelská přívětivost, přesnost a názornost výstupu motivují k pravidelnému využívání trojrozměrného snímání nejen metrology, ale také přímo konstruktéry a vývojáře napříč odvětvími. Dobře si v následujících letech všímejte, jak se to v praxi bude všestrannými 3D skenery jen hemžit.

Tomáš Vít

Přesnost vs. rozlišení

Rozlišení určuje vzdálenost mezi dvěma body ve trojrozměrném modelu a je jedním z nejdůležitějších faktorů 3D skenování. Při vysokém rozlišení je vzdálenost bodů velmi malá a vyniknou detaily, nižší rozlišení zase umožňuje snímat rychleji.

Přesnost poskytuje informaci o věrnosti 3D modelu vůči skutečnému objektu. Znalost přesnosti skeneru je velmi důležitá. Rozhoduje, zda je použitelný ke kontrole kvality, zpětnému inženýrství, ve zdravotnictví a pro další náročné aplikace. Obvykle platí, že čím přesnější je skener, tím vhodnější je pro větší množství aplikací – avšak také roste jeho cena.

Ze světa 3D skenování

3Dwiser

Webinář: 3D skenování v průmyslu, designu i ve školství

Podívejte se s námi, co různé 3D skenery EinScan od Shining 3D umí, k čemu jsou zvlášť vhodné, ale i jaký je rozdíl třeba mezi jejich přesností a rozlišením.

Více

3Dwiser

Webinář: 3D tisk špičkových termoplastů pro nejnáročnější aplikace

Kde a proč využít nejodolnější 3D tištěné termoplasty s tepelnou odolností od -100 do 240 °C? Jak je kvalitně vytisknout?

Více

3Dwiser

Webinář: 3D tiskem to nekončí: Jak na automatizovaný postprocessing výtisků

Jak se vyhnout namáhavým, ručním dokončovacím pracím po 3D tisku? Představíme vám zblízka automatizovaný postprocessing.

Více