تکنولوژی‌های متفاوتی در اسکنرهای سه بعدی استفاده می‌شود؛ با آن‌ها آشنا شوید.
با فراگیر شدن و پیشرفت تکنولوژی‌های ساخت افزایشی، اهمیت و توسعه‌ی تکنولوژی‌های اسکن سه بعدی و به تبع آن اسکنرهای سه بعدی افزایش چشمگیری پیدا کرده است. امروزه می‌توان انواع اسکنرهای سه بعدی را در بازار دید؛ از اسکنرهای خانگی و ارزان تا اسکنرهای صنعتی و گران… در این مقاله به بررسی انواع اسکنرهای سه بعدی که امروزه رواج دارد می‌پردازیم.
اسکنرهای سه بعدی ابزارهای اندازه‌گیری ابعاد در سه بعد هستند که برای ثبت اجسام ملموس در دنیای واقعی استفاده می‌شوند تا بتوان آن‌ها را در دنیای دیجیتال آنالیز و بازطراحی کرد.
اهداف اسکن سه بعدی
اجسام معمولاً با دو هدف اسکن سه بعدی می‌شوند:
استخراج ابعاد برای تولید یک فایل CAD و استفاده از آن برای مهندسی معکوس یا نمونه‌سازی سریع برای آنالیز و مستندسازی ابعاد جسم.
این کار برای استفاده در CAI(Computer-Aided Inspection)، آرشیوسازی دیجیتال و آنالیزهای CAE (Computer-Aided Engineering) انجام می‌شود.
دسته‌بندی کلی اسکنرهای سه بعدی
در کلی‌ترین حالت دسته‌بندی اسکنرهای سه بعدی، می‌توان آن‌ها را به دو دسته‌ی تماسی و غیرتماسی تقسیم کرد.
اسکنرهای تماسی همچون CMM که در آینده در قالب مقاله‌ای مجزا به آن خواهیم پرداخت. در ادامه به بحث پیرامون اسکنرهای غیرتماسی خواهیم پرداخت.
اسکنرهای غیرتماسی
اسکنرهای غیرتماسی را هم می‌توان از دیدگاه ابعاد اجسامی که اسکن سه بعدی می‌کنند به دو دسته‌ی کلی اسکنرهای کوچک-مقیاس(Short Range) و اسکنرهای متوسط/بزرگ-مقیاس(Medium/Long Range) دسته‌بندی کرد. همانطور که از نام این دو دسته پیداست اولی به اسکنرهایی گفته می‌شود که توانایی اسکن اجسام کوچک را دارند و دومی به اسکنرهایی که توانایی اسکن اجسام متوسط/بزرگ را دارند.
اسکنرهای کوچک-مقیاس
این دسته از اسکنرهای سه بعدی به طور معمول از روش‌های مثلث‌سازی لیزری(Laser Triangulation) و تکنولوژی نور ساخت‌یافته(Structured Light Technology) استفاده می‌کنند.
اسکنرهای بر پایه لیزر
اسکنرهای بر پایه لیزر از پروسه‌ای استفاده می‌کنند که Trigonometric Triangulation نام دارد و برای ثبت اجسام سه بعدی به صورت میلیون‌ها نقطه استفاده می‌شود. اسکنرهای لیزری یک یا چند خط لیزر را بر جسم می‌تابانند و سپس بازتاب آن را با یک یا چند سنسور دریافت می‌کنند. سنسورها در فاصله‌ای معلوم از منابع لیزر قرار دارند. با محاسبه‌ی زاویه‌ی بازتاب نور لیزر، محل نقاط به طور دقیق اندازه‌گیری می‌شود.
اسکنرهای لیزری به شکل‌های دستی و قابل حمل، دارای بازوی مکانیکی(Arm Based)، بر اساس CMM یا CMM Based، ردیاب برد بلند یک نقطه(Single Point Long Range Trackers) و حتی بزرگ-مقیاس وجود دارند.
مزایای اسکنرهای سه بعدی لیزری
- توانایی اسکن سطوح دشوار همچون سطوح براق
- حساسیت کمتر به تغییرات وضعیت نور محیط
- به نسبت دیگر اسکنرهای سه بعدی، این اسکنرها راحتتر می‌توانند به عنوان اسکنر قابل حمل استفاده شوند
- طراحی ساده‌تر – استفاده‌ی آسانتر و هزینه‌ی کمتر
اسکنرهای سه بعدی با نور ساخت‌یافته
این دسته از اسکنرها که با نام اسکنرهای سه بعدی نور سفید هم شناخته می‌شوند، امروزه اغلب از نورهای ساخت‌یافته‌ی LED آبی و سفید استفاده می‌کنند. این اسکنرها یک الگوی نوری را بر جسم می‌تابانند. این الگوی نوری شامل نوارها، بلاک‌ها و شکل‌های دیگر است. این اسکنرهای سه بعدی دارای یک یا چند سنسور هستند که به لبه‌های این الگوها و شکل‌های ساخت‌یافته نگاه می‌کنند تا شکل سه بعدی جسم مورد نظر را به دست آورند.
مشابه اسکنرهای لیزری، اسکنرهای با نور ساخت‌یافته هم پروسه‌ی Trigonometric Triangulation را با معلوم بودن فاصله‌ی سنسورها از منبع نور به کار می‌گیرند. اسکنرهای سه بعدی با نور ساخت‌یافته می‌توانند بر روی سه پایه قرار گیرند و یا به طور دستی حمل شوند.
مزایای اسکنرهای سه بعدی با نور ساخت‌یافته
- اسکن بسیار سریع – ۲ ثانیه برای هر اسکن
- سطح وسیع اسکن – ۴۸ اینچ در یک اسکن
- تفکیک‌پذیری بالا – ۱۶ ملیون نقطه در هر اسکن و فاصله‌ی نقاط ۱۶ میکرون
- دقت بسیار بالا – ۱۰ میکرون
- تطبیق‌پذیر – لنزهای چندگانه برای اسکن اجسام کوچک و بزرگ در یک سیستم
- قابل حمل
- بی‌ضرر برای چشم – در اسکن انسان و حیوان
- قیمت‌های متفاوت – متناسب با تفکیک‌پذیری و دقت
اسکنرهای سه بعدی متوسط/بزرگ-مقیاس
اسکنرهای سه بعدی بزرگ مقیاس به دو فرم اصلی دسته‌بندی می‌شوند؛ پالس-محور و تغییر-فاز-محور.
هر دو روش برای اسکن سه بعدی اجسام بزرگ مانند ساختمان‌ها، سازههای معماری، هواپیما و ماشین‌آلات نظامی مناسب هستند. البته اسکنرهای سه بعدی تغییر-فاز-محور برای اجسامی با اندازه‌ی متوسط همچون اتومبیل‌ها، پمپ‌های بزرگ و تجهیزات صنعتی هم کارایی بسیار خوبی دارد.
اسکنرهای سه بعدی لیزری پالس-محور (Laser Pulse-Based 3D Scanners)
اسکنرهای سه بعدی لیزری پالس-محور که به عنوان اسکنرهای زمان پرواز(Time-of-Flight) هم شناخته می‌شوند، بر اساس یک مفهوم بسیار ساده شکل گرفته‌اند؛ سرعت نور به طور بسیار دقیقی معلوم است. بنابراین، اگر طول زمانی که یک پالس لیزر برای رسیدن به یک جسم و بازتاب از سطح آن صرف می‌کند مشخص باشد، فاصله‌ی سنسور تا جسم معین می‌گردد. این اسکنرها میلیون‌ها پالس لیزر را با دقت زمانی پیکوثانیه می‌فرستند و دریافت می‌کنند. با دوران لیزر و سنسور (معمولاً به وسیله یک آینه)، اسکنر می‌تواند حتی تا ۳۶۰ درجه را در پیرامون خودش اسکن نماید.
اسکنرهای سه بعدی لیزری تغییر-فاز-محور(Laser Phase Shift 3D Scanner)
اسکنرهای سه بعدی تغییر-فاز-محور دسته‌ای دیگر از اسکنرهای زمان پرواز هستند و به طور مفهومی همانند اسکنرهای پالس-محور عمل می‌کنند. این اسکنرها یک پالس لیزر را با فاز معین می‌فرستند و دریافت می‌کنند. سپس به مقایسه‌ی فاز لیزر خروجی و ورودی می‌پردازند و با مشخص کردن تغییر فاز ایجاد شده، فاصله‌ی سنسور و جسم را محاسبه می‌کنند. اندازه‌گیری با استفاده از روش تغییر-فاز-محور به طور معمول دقیقتر است، ولی برای اسکن اجسام بزرگ، این روش از انعطاف‌پذیری کمتری نسبت به روش پالس-محور برخوردار است. اسکنرهای سه بعدی پالس-محور می‌توانند اجسامی با ابعادی تا ۱۰۰۰ متر را اسکن نمایند، در حالی که اسکنرهای تغییر-فاز-محور برای اجسامی با ابعاد حداکثر ۳۰۰ متر مناسب‌تر هستند.
مزایای اسکنرهای سه بعدی بزرگ-مقیاس
- اسکن سه بعدی ملیون‌ها نقطه در یک مرتبه‌ی اسکن – حداکثر یک ملیون نقطه در ثانیه
- محدوده وسیع اسکن – حداکثر تا ۱۰۰۰ متر
- دقت و تفکیک‌پذیری خوب – متناسب با اندازه‌ی جسم
- اسکن غیرتماسی – ایمن برای همه‌ی اجسام
- قابل حمل