Точность при 3d сканировании.
Даже 3d сканер из самого высокого ценового диапазона может давать совершенно разную точность в зависимости от задачи, к которой он применяется, от корректности действий по сканированию и от квалификации исполнителей. Возможно, именно поэтому, некоторые ведущие фирмы-разработчики сканеров вообще убрали строчку “точность” из технических характеристик, заменив её на “шум”.
Кроме точности часто используют следующие характеристики качества 3d сканеров:
Под точностью обычно понимают возможную погрешность измерения, т.е. оценку отклонения измеренного значения 3d координаты поверхности объекта от её истинного значения.
Табличные данные по точности обычно соответствуют идеальному объекту и идеальным условиям сканирования. Если белый пластилин считать твёрдым, то мятый комок пластилина можно считать идеальным. Основные моменты, приводящие к потере точности при сканировании, отражены в таблице:
Для того чтобы достичь максимальной точности все компоненты 3d сканера должны быть идеальными. Идеальных компонентов, конечно же, не бывает, а те, что обладают лучшими характеристиками, имеют и выдающуюся стоимость. Поэтому понимание, в какой задаче действительно требуются высокие точности, а в каких можно обойтись заметно меньшими имеет большое практическое значение.
Эффект теплового расширения ограничивает точность сканирования. При отсутствии специальных термостабилизированных помещений температура в комнате может меняться в пределах 10 градусов Цельсия (например, от 18 до 28) или даже больше. При этом длина метровой железной болванки будет изменяться на 0.1 мм. Для алюминиевых сплавов изменение уже составит 0.2 мм, а для некоторых пластмасс до 1 мм и даже больше. Таким образом, в подавляющем большинстве случаев, нет никакой практической ценности в точностях лучше 0.1-0.2 мм/метр.
Наше оборудование имеет отличную точность для своего ценового диапазона. Однако оно не ориентировано на задачи, в которых предъявляются максимальные требования к точности и не имеет соответствующих сертификатов. К таким задачам относятся, например, контроль изготовления турбинных лопаток или клапанов искусственного сердца.
Табличные характеристики, приведённые на нашем сайте указаны для одного скана идеального объекта, снятого в идеальных условиях сканером, настроенным на соответствующую область сканирования.
При совмещении фрагментов, снятых с разных ракурсов точность падает из-за погрешностей совмещения. При этом существуют следующие технологии совмещения:
  1. Совмещение по геометрическим особенностям самого объекта. Это самая точная технология, но только при условии достаточного количества геометрических особенностей на объекте. Точность при таком совмещении падает незначительно, если объект целиком входит в область сканирования. При недостаточном количестве геометрических особенностей, например при сканировании гладких фрагментов автомобиля, необходимо применять совмещение по маркерам.
  2. Совмещение по маркерам. На объект перед сканированием наклеиваются маркеры – белые кружочки на чёрном фоне. Координаты этих маркеров рассчитываются сканером автоматически и используются для совмещения фрагментов. При сканировании больших и протяженных объектов неточности определения координат маркеров накапливаются, такие объекты рекомендуется сканировать с использованием фотограмметрии. Маркеры также должны наклеиваться корректно – максимально хаотично, не образуя рядов или линий, равномерно по всей поверхности.
  3. Совмещение по маркерам с использованием фотограмметрической системы. В этом случае совмещение также происходит по маркерам, однако координаты этих маркеров оцениваются заранее фотограмметрической системой с большой точностью. Это позволяет минимизировать потерю точности при совмещении фрагментов больших или протяженных объектов.
В большинстве художественных и дизайнерских задач требования к точности не предъявляются, на первый план выходят требования снизить шум, повысить детализацию, максимально полно отсканировать поверхность объекта. Специалисты одной известной студии промышленного дизайна указывают на то, что лично им точность сканирования в 1 миллиметр или лучше нужна редко, обычно только в том случае, когда необходимо сопряжение разрабатываемой детали с уже существующей, например при сканировании бампера автомобиля.
Также следует учитывать, что при моделировании объектов на основе данных сканирования:
- размеры новых объектов обычно округляют до целых значений. Пусть при сканировании получили габарит пластикового корпуса 100.18 x 220.03 x 194.87 мм. – в этом случае дизайнер практически наверняка скорректирует размер в чертежах на 100.00 x 220.00 x 195.00 мм.
- форма новых CAD объектов, построенная по STL данным со сканера, может заметно отличаться от реальной поверхности, так как при её построении средствами CAD-пакетов используются математическая аппроксимация, сглаживание и упрощение поверхности.
Для задач, в которых есть требования по точности, например при сканировании частей автомобиля, рекомендуется использовать вспомогательные средства, такие как фотограмметрия или контрольно-измерительные машины (КИМ). Следует помнить, что сканер, хоть и обладает хорошими характеристиками, не является средством измерения, перед запуском производства в серию или изготовления пресс-формы необходимо самостоятельно убедиться в корректности результата, проведя контрольные замеры или сделав прототип.
Made on
Tilda