فن‌آوری‌های مختلفی برای به دست آوردن شکل یک جسم سه‌بعدی وجود دارد. تکنیک‌ها اکثر یا همه با استفاده از انواع سنسور از جمله نوری، آکوستیک، اسکن لیزری، رادار، حرارتی و ارتعاشی کار می‌کنند.

یک طبقه‌بندی شناخته‌شده آن‌ها را به دو نوع تقسیم می‌کند:

• تماسی
• غیرتماسی

 تماسی:

این اسکنرهای سه بعدی از طریق لمس فیزیکی قطعه را اسکن می‌کنند دستگاه‌های CMM یکی از معروفترین این اسکنرها هستند.

اسکن تماسی cmm

غیر تماسی:

طبق ابتدایی‌ترین تعریف اسکنر لیزری غیر تماسی شامل ترکیبی از تابش کنترل شده پرتوهای لیزری و اندازه گیری فاصله تابش است

به این ترتیب که به وسیله اینکودر چرخشی چندین آینه به صورت هماهنگ پرتوهای لیزر را بر روی سطوح جسم مورد نظر (موضوع مورد اسکن) هدایت کرده و آن را اسکن می‌کند.

موقعیت دهی پرتوی لیزر در دو جهت نیازمند یک آینه است که قابلیت چرخش حول دو محور را داشته باشد یا برای اسکن سریع‌تر نیاز است از انعکاس پرتو بر روی دو آینه که در مجاورت یکدیگر بر روی دو محور عمود برهم جاسازی شده‌اند استفاده شود. لیزرها همچنین می‌توانند در بُعد سوم نیز توسط یک مکانیزم لنز با کنترل سرو موقعیت دهی که به اسم سیستم تغییر دهنده فاصله کانونی یا تغییر دهنده محور  zشناخته می‌شوند.

به طور کلی یک اسکن برای تولید یک مدل کامل از موضوع مورد اسکن کفایت نمی‌کند و بنابراین چندین اسکن باید در یک سیستم مرجع مشترک گردآوری و یکپارچه شوند که طی یک فرآیند با عنوان هم‌ترازی یا ثبت انجام می شود.

نمونه اسکن غیر تماسی

نحوه عملکرد این اسکنرها در زیر مورد برررسی قرار گرفته است:

• زمان پرواز Time of Flight

یکی از مفاهیم اصلی در اسکن لیزری مبحث زمان پرواز TOF است، منظور از این مورد استفاده از یک دامنه سنج لیزر جهت محاسبه زمان رفت و برگشت یک پالس نوری از اسکنر به سمت موضوع است.

از آنجا که سرعت نور عدد ثابتی است، فاصله بین اسکن و موضوع مورد اسکن را می توان از طریق اندازه گیری زمان رفت و برگشت پالس نوری محاسبه کرد بنابراین فرمول محاسبه فاصله بر اساس زمان رفت و برگشت پرتو به صورت زیرساده می‌شود.

متعاقباً دقت یک سنسور اندازه گیری TOF وابسته به دقت کرنومتر بیات زمان سنج موجود در اسکن لیزری است.

مزیت اصلی این تکنولوژی ظرفیت آن برای استفاده در اندازه گیری فاصله دور است که به همین دلیل بعضی اسکنرهای TOF در پروژه‌های بزرگ نقشه برداری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ولی اندازه گیری دقیق یک کمیتی به کوچکی مدت زمان رفت و برگشت نور در مقیاس مورد نیاز برای یک آزمایشگاه کنترل کیفی بسیار سخت است.

این دلیلی است که چرا سنسورها به تنهایی برای کاربردهای اندازه گیری با دقت بالا کفایت نمی‌کنند.

• مثلث سازی یا (روابط مثلثاتی)

بسیاری از اسکنرهای دستی از مثلث سازی (و تشکیل روابط مثلثاتی) برای جبران دقت پایین‌تر حاصل از اندازه گیری به روش TOF استفاده می کنند.

به عنوان مثال اسکنرهای لیزری دستی اغلب از یک دوربین که نقاط لیزری تابیده شده روی موضوع را ضبط می کنند نیز استفاده می‌کنند.

این دوربین این قابلیت را به اسکنر می‌دهد که از طریق مثلث سازی و محاسبات مثلثاتی دقت خیلی بالاتری را اندازه گیری فاصله نسبت به زمانی که تنها از روش اندازه گیری TOF استفاده می‌کنیم داشته باشیم ولی با وجود دقت بالایی که مثلث سازی در اختیار می‌گذارد محدودیت‌هایی نیز در رنج بازدهی اسکنر سه بعدی ایجاد می‌کند.

 ابر نقاط و ثبت داده‌ها در اسکنر سه بعدی

بر اساس تعاریف اولیه یک ابر نقطه شامل یک مجموعه از اطلاعات نقاط در یک سیستم مختصات است.

سیستم مختصات کارتزین استاندارد نقاط بر اساس مختصات x وy و z تعریف می‌شوند در مبحث اسکنر سه بعدی ابر نقاط معرف نتیجه حاصل از یک اسکن است که به صورت داده های سه بعدی بدون ساختاربندی است

فرمت های معمول فایل ابرنقاط IGS,TXT,ASCII است

داده‌های ابرنقاط سپس جهت انطباق با یکدیگر و تشکیل مدل کامل طی فرآیند همترازی یا ثبت در سیستم مرجع مشترک گردآوری می‌شوند. این فرایند می تواند در حین اسکن (در خصوص اسکنر های سه بعدی سرعت بالا) یا به عنوان یک مرحله‌ای تکمیل انجام شود.

داده‌های خروجی در ادامه توسط نرم‌افزار پالایش می شوند که شامل حذف نقاط خارج از رنج یا پر کردن گپ‌های بین نقاط ایجاد مدل مش بندی مثلثی یا چند ضلعی و استخراج فایل STL و یا تبدیل به فرمت NURBS جهت استفاده در مدل CAD است.

نمونه فایل اسکنر سه بعدی

فروشندگان روش‌های مختلفی برای رسیدن به مدل CAD ارائه می‌کنند. برخی سطوح NURBS را صادر کرده و آن را به طراح CAD واگذار می‌کنند تا مدل CAD را تکمیل کنند.

سایرین از داده‌های اسکن استفاده می‌کنند تا یک مدل قابل ویرایش و قابل رسیدگی را ایجاد کنند و یک مدل CAD کامل را تحویل می‌دهد، و هر دو هدف طراحی را به دست می‌آورد.

برای مثال در بازار نرم افزارهای وجود دارند که اصلاح ابر نقاط را انجام می‌دهند به طور مثال کتیا یا پلاگین سالیدورکس مانند جئومجیک و… که اجازه دستکاری فایل اسکن شده را می‌دهند.