اسكنر هاي سه بعدي چيست؟

اسكنر سه بعدي

تكنولوژي هاي مختلف زيادي به منظور ايجاد يك فايل سه بعدي از جسم وجود دارد. در يك دسته بندي كلي مي توان اسكنر ها را به دو گروه تماسي و غير تماسي دسته بندي كرد. اسكنر غير تماسي خود به دسته اصلي فعال و غير فعال تقسيم بندي مي شوند.

اسكنر غير تماسي فعال

اين نوع اسكنر از نوعي پرتوافكني يا تابش نور استفاده مي‌كند و از طريق بازتاب اين نوع پرتوها به شناسايي شي مورد نظر و محيط اطراف آن مي‌پردازد. اولترا سونيك و اشعه ايكس، نمونه‌اي از‌ اين نوع اسكنرها مي‌باشد.

اسكنر سه بعدي مثلثي

اين نوع از اسكنرها با بهره بردن از يك نور ليزر به صورت خطي و يا نقطه و همچنين استفاده از يك سنسور و يا دوربين فرآيند اسكن سه بعدي را انجام مي دهند. جمع آوري نور ليزر بازتابيده شده از جسم توسط سنسور و يا دوربين و استفاده از سيستم محاسبات مثلثاتي، فاصله جسم تا اسكنر اندازه گيري مي گردد. فاصله و همچنين زاويه بين سنسور و منبع ليزر به صورت كاملا دقيق معين و مشخص مي باشد. متناسب با نور ليزر بازتابيده شده از نمونه اسكن، سيستم قادر است زاويه تابش نور به سنسور را اندازه گيري نمايد و در نتيجه فاصله منبع نور تا سطح جسم را بدست مي آورد.

اسكنر سه بعدي با نور ساختار يافته

اين نوع از اسكنرها نيز از سيستم محاسباتي مثلثاتي به منظور اندازه گيري فاصله استفاده مي كنند.. اسكنرهاي نور ساختار يافته به جاي استفاده از يك نور خطي و يا نقطه ليزر از تابش الگوهاي خطي ساختار يافته ايي بر روي سطح جسم مورد اسكن بهر مي برند. با بررسي لبه هاي هر يك از خطوط نوري الگوي تابانده شده، فاصله اسكنر تا سطح نمونه محاسبه مي گردد.

اسكنر سه بعدي زمان پرواز (time of flight)

اين نوع از اسكنرهاي سه بعدي، از پالس هاي ليزر به منظور اندازه گيري فاصله استفاده مي كند. روش كار در اين اسكنر سه بعدي بر اساس يك مفهوم بسيار ساده فيزيك استوار است. از آنجايي كه سرعت نور مشخص و برابر با مقدار C مي باشد، تنها كافي است مدت زماني كه نور ليزر از منبع خود طي مي كند تا به جسم برسد و سپس توسط سنسور ضبط گردد را محاسبه نمود، تا فاصله منبع نور تا سطح جسم بدست آيد. مدارهاي استفاده شده در اين نوع اسكنرها دقت اندازه گيري در حد پيكو ثانيه را دارا هستند.

اسكنر غير تماسي غير فعال

اين نوع از اسكنرها هيچ گونه اشعه‌اي از خود ساطع نمي‌كنند، بلكه براي تشخيص شي مورد نظر بر انعكاس تابش نور محيط تكيه مي‌كنند. اكثر اسكنرهاي اين دسته براي كار از نور مريي استفاده مي‌كنند چرا كه به راحتي در دسترس مي‌باشد. اما انواع اشعه‌هاي ديگر مانند اشعه مادون قرمز نيز مي‌توانند براي كاركرد اين اسكنرها مورد استفاده قرار گيرند. استفاده از اين نوع اسكنر بسيار ارزان است چرا كه به هيچ سخت‌افزار خاصي جز يك دوربين ديجيتال احتياجي ندارد.

فتوگرامتري باعث آسان‌تر شدن پرينت سه‌بعدي مي‌شود. با استفاده از يك سري عكس‌ها، Meshmixer و Meshlab مي‌توان بلندترين مجسمه‌ها و ساختمان‌ها را به يك ماكت كاهش دهد به‌طوري‌كه مي‌توانيد آن را در كف دست خود نگه‌داريد. بياييد كشف كنيم چگونگي اين كار انجام مي‌شود.

مدل‌سازي سه‌بعدي مي‌تواند خيلي آساني يا خيلي سخت همان‌طور كه شما مي‌خواهيد باشد. گزينه‌هايي در نرم‌افزارهاي حرفه‌اي وجود دارد كه به شما اجازه  مي‌دهد تا مدل‌هاي مهندسي را به‌طور استادانه‌اي از طرح‌هاي دو­بعدي ايجاد كنيد. يا شما مي‌توانيد از نرم‌افزارهاي رايگان در مهندسي معكوس يا جايگزين كردن  قطعات خانگي شكسته استفاده كنيد.

اگر شما هيچ تجربه مدل‌سازي سه‌بعدي و هيچ تجربه مهندسي نداريد، فتوگرامتري يك گزينه عالي براي اين كار مي‌باشد.

فتوگرامتري فرآيند جمع‌آوري يك سري از نقاط در فضا از يك سري عكس است. هنگامي‌كه اين فرايند اسكن ب پرينت سه‌بعدي اعمال مي‌شود، استفاده از اين تكنولوژي ساده‌ترين راه براي توليد پرينت سه‌بعدي است. در ابتدا يك سري عكس از جسم از هر زاويه كه مي‌توانيد، بگيريد. سپس شما بايد اين عكس‌ها را به يك نرم‌افزار مانند AutoDesk 123D Catch يا نرم‌افزار مشابه ديگر وارد كنيد. پس از انجام اين كار، نرم‌افزار مي‌تواند به شما يك فايل obj يا stl دهد، كه مي‌توانيد از آن‌ها براي پرينت سه‌بعدي استفاده كنيد.

اين دستگاه ها براي مستندسازي ميراث فرهنگي، سيستم هاي متحرك براي كاربردهاي برد متوسط و  مسافت نزديك قابل كاربرد مي باشد. راه حل هاي تكنيكي مختلف جهت حصول اندازه هاي مورد نياز براي بدست آوردن مختصات سه بعدي از يك سطح منعكس كننده بوجود آمده اند.اسكنرهاي قابل تنظيم زواياي افقي و عمودي را اندازه گيري مي نمايند و به همين ترتيب مسافت را هم با استفاده از روش زمان پرواز (Time Of Flight) و يا روش مقايسه ي فازهاي موج فرستاده شده و دريافت شده از سيگنال تعديل شده محاسبه مي نمايند.دستگاه هاي مدل سازي مثلثي همگي داراي يك مبنا هستند،اين دستگاه ها مكان نقطه ليزر تصوير شده را بررسي مي نمايند و يا در روشي ديگر از يك يا دو دوربين  CCDاستفاده مي نمايند. استفاده از روش هاي ديگر منجر به تغيير مباني دقتي و صحت در اندازه گيري مسافت مي شود.از آنجاييكه اندازه گيري نويزدار فرآيند سختي را به همراه دارد، دقت بالا در اسكنرها بسيار مطلوب است. در نهايت به اين نكته خواهيم رسيد كه يك دستگاه اسكنر سه بعدي به تنهايي پاسخگويي كليه ي نيازهاي بخش هاي صنعتي و فرهنگي نخواهد بود. در كنار دقت ساير ويژگي هاي مهم براي انتخاب يك اسكنر سه بعدي مناسب مي تواند حمل آسان و نوع منبع قدرت و كيفيت نرم افزار اسكن كردن باشد.

 تعريف اسكنر هاي  سه بعدي:

بر اساس اطلاعات  موجود نگارندگان تعريف كامل و جامعي درباره اسكنرهاي سه بعدي وجود ندارد، از آنجاييكه اصول تكنيكي مختلفي براي اندازه گيري عناصر مورد نياز وجود دارد تا مختصات سه بعدي را محاسبه نمايند، برخي از متخصصين سعي مي نمايند تا اسكنرهاي سه بعدي را براساس عملكرد آنها با ساير دستگاه هاي كه بر پايه همين تكنيك كار ميكنن مجزا نمايند.

در كنار ساير اين مباحث، مبحث ديگري نيز بوجود مي آيد كه آيا اسكنرهاي سه بعدي متعلق به دسته ي دوربين هاي نقشه برداري مساحتي است يا متعلق به سيستم دوربين هاي فتوگرامتري. هر چند براي كاربر نتيجه مهم است صرفنظر از روشي كه براي رسيدن به آن بكار گرفته مي شود و از ديد وي دسته بندي مطرح نمي باشد و اسكنر سه بعدي بتنهاي وسيله اي است كه مي تواند از آن براي جمع آوري مختصات سه بعدي از سطح قطعه كار استفاده نمود.

• بصورت اتوماتيك و در يك الگوي سيستماتيك
• دريك سرعت بالا (صدها يا هزاران نقطه در هر ثانيه )
• بدست آوردن نتيجه در زماني كوتاه

دستگاه اسكنرشايد اين توانايي را داشته باشد و يا نداشته باشد تا مقادير بازتاب پذيري از سطح قطعه كار را علاوه بر مختصات سه بعدي سطح به شما بدهد.

اسكنرهاي سه بعدي در موارد زير استفاده مي شوند:

• بصورت ساكن و در يك موقعيت تثبيت شده ( در خط توليد براي كنترل كيفيت )
• به عنوان يك سيستم متحرك روي يك سه پايه  براي كاربردهاي برد متوسط وكوتاه
• به عنوان سيستم هاي هوابرد براي كارهاي توپوگرافيك

كاربرد در ميراث فرهنگي و باستاني :

مستندسازي متريك در ميراث فرهنگي و باستاني معمولاَ كاربردهاي مسافت نزديك را شامل مي شود، اين موارد از مصنوعات كوچك تا مجسمه ها و ساختمان هاي در حال ساخت مي باشد، اشكال و سطوج بي قاعده خيلي مواقع پيچيدگي كار را بيشتر مي نمايد درحاليكه اغلب اوقات زمان كوتاهي براي ابعادبرداري و اندازه گيري در اختيار ماست. در گذشته برد نزديك فتوگرامتري تنها روشي بود كه پاسخگوي اين نياز بود.

مباني كاركرد:

 تقسيم بندي اسكنرها :

زمان طي مسير پالس ليزر: يك پالس ليزر به سطح قطعه كار فرستاده مي شود و مسافت بين فرستنده و سطح بازتاب دهنده از مدت زمان طي شده بين انتقال و دريافت محاسبه مي گردد. در اينجا از روش كار دوربين هاي نقشه برداري الكترونيكي استفاده شده است، درواقع يك دوربين نقشه برداري الكتريكي با موتور محرك مي تواند به شكلي برنامه ريزي شود كه بتواند به عنوان يك اسكنر سه بعدي عمل نمايد. اما سرعت اندازه گيري بسيار پايين خواهد بود و به علت وزن دستگاه شايد نتواند به قدر كافي سريع عمل نمايد و پردازش سيگنال ها بسيار طول خواهد كشيد و مقادير زاويه بسيار پرزحمت از دوايري كه داده شده است خوانده مي شوند. در اسكنرهاي سه بعدي معمولاَ از قطعات چرخنده كوچك براي انحراف زاويه اي پرتوليزر استفاده مي شود ( دست كم براي يكي از دو زاويه) و از الگوريتم هاي ساده تر براي محاسبه برد استفاده مي نمايند كه ممكن است باعث كاهش دقت دستگاه شود. نوعا” انحراف استاندارد در روش زمان پرواز از مرتبه چند ميلي متر است. از آنجاييكه بردها نسبتا”َ كوتاه است اين دقت براي كل حجم قطعه كار تقريبا” يكسان است . دقت سه بعدي همينطور تحت تاثير دقت نقطه گذاري زاويه اي پرتو نيز قرار مي گيرد. محققان كمي به اين موضوع توجه مي كنند و اين مسيله هنوز عموميت نيافته است .

روش مقايسه فازها : در اين روش هم ازتكنولوژي دوربين هاي نقشه برداري استفاده مي شود. در اين مورد، پرتو فرستاده شد بوسيله يك موج هماهنگ تعديل مي شود و فاصله با استفاده از اختلاف فاز بين موج فرستاده شده و موج دريافتي محاسبه مي گردد. از نقطه نظر كاربر اين روش تفاوت آنچناني با روش زمان پرواز ندارد اما در اين روش به علت محاسبه پيچيده تر سيگنال نتيجه دقت بيشتري خواهد داشت ( در برابر سرعت اندازه گيري ). از آنجاييكه يك سيگنال برگشتي كاملا” تعريف شده لازم است، اسكنر هايي كه از متد مقايسه فاز استفاده مي نمايند ممكن است برد كمتري داشته باشد و نقاط اشتباه يا حذف شده بيشتري داشته باشد.

 اسكنرهاي سه گوش ساز:

نوع تك دوربين – اين نوع اسكنرها شامل  موارد زير مي شوند: يك قطعه فرستنده براي گسيل پرتو ليزر تحت زاويه معيين و با قابليت تغيير جزيي از انتهاي پايه مكانيكي به سمت قطعه كار و نيز يك دوربين  CCD  در انتهاي ديگر پايه مكانيكي كه نقطه يا خط ليزر را بر روي قطعه كار مي نماياند. موقعيت سه بعدي از سطح بازتاب دهنده قطعه كار از مثلث حاصل مي تواند بدست آيد. از اين اصل در نقشه برداري استفاده مي شود آنجايي كه مسافت ياب هايي با پايه ي ثابت استفاده مي شوند، از اينجاست كه مي دانيم كه دقت فاصله بين دستگاه و قطعه كار با جذر اين فاصله كاهش مي يابد.

به وضوح و به دلايل عملي ، طول پايه را نمي توان به حد دلخواه افزايش داد. با اين حال، اين دستگاه ها نقش مهمي در مسافت هاي كوتاه و قطعات كوچك بازي مي نمايند در جايي كه آنها دقت بيشتري نسبت به اسكنرهاي قابل تنظيم دارند.

نوع دو دوربين – نوع ديگري از اصل مثلث سازي استفاده از دو دوربين CCD  است ، هر يك در دو انتهاي پايه ، نقطه يا الگويي كه كه بايد يافت شود بوسيله يك پروژكتور با منبع نور مجزا بوجود مي آيد كه هيچ گونه تابعي براي اندازه گيري ندارد. راه حل هاي گوناگوني را مي توان يافت ، عمليات پروژكت كردن مي تواند شامل نقاط يا خطوط روشن متحرك از الگوي راه راه متحرك يا الگوي ساكن دلخواه باشد. راه حل هندسي نيز در اينجا همانند روش تك دوربين است ، بنابر اين ويژگي هاي صحتي نيز همانند روش تك دوربين است. تمام دستگاه هاي اسكنر سه بعدي كه از دو دوربين استفاده مي كنند حجم بالاي در ابر نقاط ارايه نمي دهند و نيز تمامي آنها در زماني كوتاه نمي توانند مختصات سه بعدي ايجاد نمايند.

 ملاحضات دقت : دقت همواره نياز اصلي در مستندسازي بخش فرهنگي به شمار نمي آيد.يك انحراف استاندارد چند ميلي متري براي يك نقطه اسكن شده از سطح يك قطعه متعلق ميراث فرهنگي نمي تواند آنچنان مشكلاتي را در پروسه ساخت بوجود آورد، اگر اين نقطه قسمتي از يك قطعه كار است كه داراي شكل هندسي منظم است( صفحه و سيلندر و غيره ) و اين فقط براي شرح دادن پارامترهايي كه اين قطعه كار را در مدل CAD شرح ميدهد استفاده مي شود.اگر يك سطح بي قاعده مدل شده باشد (معمولا” به صورت نمايش مش) نويز در ابر نقاط مي تواند فرآيند را دچار مشكل نمايد به ويژه هنگامي كه لبه ها اجازه ي عمليات هموارسازي سراسري را نمي دهند. بنابراين فرايند اسكن كردن در هر بخشي بايد با توجه به نيازهاي دقتي و انتخاب اسكنر مناسب همراه شود.

يك نمونه از اسكنر سه بعدي كه در صنعت  چوب استفاده و كاربرد زيادي پيدا كرده است

صنعت چوب و بخصوص منبت كاري چوب را مي توان يكي از شاخه هاي هنر به شمار آورد,زيرا هنرمند منبت كار ايده هاي هنري  را كه در ذهن خود ترسيم كرده است با استفاده از دستان خود  بر روي قطعه ي خام چوب پياده مي كند و بيننده را از خلق اثر خود به تحسين وا ميدارد.خلق اثر بدين شيوه را مي توان سنتي ناميد,كار با دست بر روي قطعه خام چوب زمان زيادي را از شما خواهد گرفت و امروزه استفاده ي بهينه از زمان براي توليد كنندگان امر يبسيار ضروري و مهم است و آنها بدنبال صرف زمان كمتري براي توليد مي باشند.

ورود ماشين آلات و دستگاه هاي صنعتي و نرم افزارهاي طراحي به اين زمينه كار را در اين زمينه سهل و آسان نموده است,دستگاه هايي از قبيل :اسكنر سه بعدي چوب,ماشين آلات ,CNCپرينتر سه بعدي…ونرم افزارهايي از قبيل:Geomagic,Rhino,powemillوغيره…..شما بوسيله اين تجهيزات مي توانيد ايده ي ذهني خود را در نرم افزار پياده كرده و فايل G-code  آن را جهت اجرا در دستگاه CNC استخراج نماييد و دستگاه CNCهم طرح نهايي را براي شما بوجود مي آورد,كه زمان مورد نياز شما در مقايسه با شيوه ي سنتي به طرز چشمگيري كاهش خواهد يافت.

اجراي اين پروسه شايد به سادگي كار با دست نباشد اما مي توان با اندكي تلاش و پيگيري  آن را فرا گرفت و مراحل آن را به دقت اجرا نمود.در اين مقاله ما براي آشنايي بيشتر شما با اين پروسه مراحل آن را به طور مختصر براي شما توضيح خواهيم داد:

1)آماده كردن نمونه خام جهت اسكن سه بعدي:

در اين مرحله شما بايد نمونه ي خود را جهت اسكن سه بعدي آماده نماييد,براي اين منظور ابتدا نمونه كار خود را انتخاب نماييد وسپس چربي ها وآلودگي هاي آن را بزداييد,ترجيحا بهتر است كه نمونه كار شما داراي رنگ روشن باشد در غير اينصورت مي توانيد از پودرهاي سفيد كننده (پودر دولوپر)براي اين منظور استفاده نماييد زيرا بدينوسيله مي توانيد حجم اطلاعات بيشتر را از سطح كار برداشت نماييد.

*شايان ذكر است اين پودر بعد از عمليات اسكن قابل زدايش است.

2)عمليات اسكن كردن:

حال كه نمونه كار را آماده نموده ايد مي توانيد عمليات اسكن را شروع نماييد,براي اين منظور ابتدا بايد محيطي مناسب براي اين كار تدارك ببينيد,در اين محيط شما بايد هيچ گونه لرزش و ارتعاش نداشته باشدو دستگاه شما كاملا در شرايط ثابت قرار داشته باشد ,منابع نور اضافي را از محيطي كه در آن اسكن مي نماييد حذف نماييد,زيرا باعث نويز در سطح كار مي شود بخصوص در مورد اسكنرهاي White light.

*شايان ذكر است اسكنرهاي Blue light نسبت به نورهاي اضافي محيط حساس نيستند.

حال دستگاه خود را بر اساس دستورالعمل كمپاني سازنده كاليبره نماييد و سپس بر روي قطعه ي خود نقاط مرجع جهت تراز كردن شات هاي مختلف قرار دهيدو قطعه را زير دستگاه قرار دهيد و شروع به اسكن نماييد و با چرخانيدن قطعه در جهات و زواياي مختلف اسكن سه بعدي خود را كامل نماييد و در نهايت با حذف كردن نقاط دور افتاده از توده ي ابرنقاط آن را جهت خروجي گرفتن آماده نماييد.

3)خروجي گرفتن و ويرايش ابرنقاط:

حال بايد از ابرنقاط تشكيل شده خروجي تهيه نماييم,بايد يادآور شد كه هر دستگاه نرم افزار مخصوص به خود را دارد و ممكن است فرمت خروجي هايي كه مي دهند با يكديگر متفاوت باشند اما نكته مهم اينجاست كه كليه ي نرم افزارهاي مهندسي معكوس و يا پردازش ابر نقاط  اين فرمت هاي استاندارد را پذيرش ميكنند,اما فرمت هاي متداول تري كه بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرند فرمت هاي STL ,ASCمي باشند.

ابر نقاط تشكيل شده از نقاطي است كه داراي مختصات سه بعدي مي باشند و از سطح نمونه كار استخراج ميگردند و هرچه چگالي اين توده ي ابرنقاط بيشتر باشد سطح بهتر و جزييات بيشتري را به شما نشان خواهد داد.در فرايند تشكيل ابرنقاط از مش نرم افزار از هر سه نقطه ي مجاور يكديگر يك سه گوش مي گذراند و از با پيوند دادن اين سه گوش ها سطحي را حاصل مي نمايد كه در اصطلاح به مش معروف است و فرمت آن STL مي باشد وكار ويرايش بر روي آن صورت مي پذيرد.

از فايل خود خروجي تهيه نماييد و آن را وارد نرم افزار ويرايش خود نماييد.مراحلي كه به طور معمول برروي فايل مش صورت مي پذيرد تا آماده ي مرحله بعد شود معمولا به شرح زير است:

1)كاهش دادن نويز

2)پركردن حفره هاي مش

3)از بين بردن ناهمواريها

4)تراز كردن فايل مش

5)هموار كردن و بهينه كردن سطح مش

حال اگر شما هدف خاصي را در ويرايش مدل خود دنبال ميكنيد مي توانيد از فرامين ديگري هم در اين زمينه استفاده نماييد.

نكته حايز اهميت در مورد كار چوب آن است كه شما مي توانيد از فايل مش براي ماشين كاري استفاده نماييد و نيازي به مدل سازي و ايجاد سطوح هندسي نمي باشد.

پس شما مي توانيد پس از طي مراحل گفته شده از فايل خود يك خروجي با فرمت STLتهيه نماييد و وارد مرحله بعد گرديد.

4)گرفتن G-Code:

حال فايل مش را وارد نرم افزارهاي مربوط  به اين كار نماييد و با در نظر گرفتن تنظيمات لازم G-Code آن را بوجود آوريد و ذخيره نماييد.

*در اينجا بايد اين نكته را ياد آور شد كه شما بر اساس توانايي هاي خود مي توانيد از نرم افزار هاي مختلفي در اين كار استفاده نماييد.

5)اجراي كار توسط دستگاه CNC:

در مرحله آخر فايل  G-Codeرا وارد دستگاه CNCمي نماييم و نمونه هاي خام را روي ميز دستگاه مي بنديم و در نهايت با انجام تنظيمات لازم كار را شروع مي نماييم تا كار برش آنها توسط دستگاه به اتمام برسد.

تعمیر و سرویس پرینتر در محل شما

02188346282

مشاوره تلفنی

9092305541