Τρισδιάστατη Σάρωση: Τεχνικές και Διαδικασία ψηφιοποίησης

Σε μια εποχή ψηφιοποίησης, η τρισδιάστατη σάρωση έρχεται να καλύψει το χάσμα μεταξύ υλικού και ψηφιακού κόσμου. Η εκθετική ανάπτυξη των νέων τεχνολογιών τα τελευταία χρόνια γέννησε αναπόφευκτα και την ιδέα και κατέστησε δυνατή την ψηφιοποίηση τρισδιάστατων αντικειμένων. 

Η διαδικασία απόκτησης τρισδιάστατων δεδομένων από πραγματικά αντικείμενα αποτελεί πρόβλημα ιδιαίτερα όταν η γεωμετρική τους πολυπλοκότητα είναι μεγάλη, όπως για παράδειγμα σε ένα μηχανολογικό εξάρτημα ενός αυτοκινήτου. Παλαιότερα, η καταγραφή σε υπολογιστή της γεωμετρίας ενός πολύπλοκου αντικειμένου ήταν επίπονη και χρονοβόρα.Η ανάπτυξη, ωστόσο, ισχυρών υπολογιστικών συστημάτων, κατέστησε δυνατή την καταγραφή όχι μόνο της γεωμετρικής αλλά πολλές φορές και της χρωματικής πληροφορίας των αντικειμένων μέσα σε μικρό χρόνο και καθιέρωσε μια συνεχώς εξελίξιμη αγορά τρισδιάστατων σαρωτών.Η τρισδιάστατη σάρωση, επιτρέπει ταχύτερη τρισδιάστατη ψηφιοποίηση έναντι άλλων συμβατικών μεθόδων. Όντας ο πλέον ευκολότερος τρόπος αποτύπωσης της μορφής ενός ήδη υπάρχοντος αντικειμένου, βρίσκει εφαρμογή σε αμέτρητους τομείς, από τη ναυτιλία, την αυτοκινητοβιομηχανία, αρχιτεκτονική, το σχεδιασμό και μοντελοποίηση, τη συσκευασία, μέχρι την ιατρική, την επιστήμη και την ακαδημαϊκή έρευνα.Έχοντας τα αντικείμενά σας σε ψηφιακή μορφή θα είναι πλέον πολύ εύκολο να επιθεωρήσετε ή τροποποιήσετε τη γεωμετρία τους και να κατασκευάσετε αντίγραφά τους, με οποιοδήποτε τρόπο κατεργασίας εξυπηρετεί καλύτερα τις ανάγκες της εφαρμογής σας.

CNC 82 ALLPACK reverse engineering


Τεχνικές τρισδιάστατης σάρωσης


Η χρήση των σαρωτών οδηγεί στην απόκτηση ενός πυκνού νέφους σημείων της επιφάνειας ενός αντικειμένου, από την επεξεργασία του οποίου προκύπτει το τρισδιάστατο μοντέλο του.Τα σημεία αυτά, μοιράζονται το ίδιο καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων. Κάθε ένα φέρει πληροφορία που το τοποθετεί σε μία συγκεκριμένη θέση μέσα στον τρισδιάστατο χώρο και αντιστοιχεί σε μια θέση πάνω στην επιφάνεια του αντικειμένου που ψηφιοποιήθηκε.Οι σαρωτές μπορούν να κατηγοριοποιηθούν με πλήθος κριτηρίων. Ωστόσο, οι δύο κυριότερες κατηγοριοποιήσεις σχετίζονται με τις μεθόδους λήψης των νεφών σημείων της επιφάνειας του αντικειμένου, ανάλογα με το αν έρχονται ή όχι σε φυσική επαφή με το αντικείμενο.Έτσι, στην αγορά κυκλοφορούν σήμερα σαρωτές επαφής (contact 3D scanners) και σαρωτές μη επαφής (non contact 3D scanners). Με τη σειρά τους οι σαρωτές μη επαφής μπορούν να χωριστούν σε ενεργητικούς και παθητικούς. Σε κάθε μία από τις παραπάνω κατηγορίες, αντιστοιχεί μια ποικιλία τεχνολογιών.

 

Κατηγορίες τρισδιάστατων σαρωτών


Οι σαρωτές επαφής εξερευνούν το αντικείμενο μέσα από τη φυσική επαφή, ενώ το αντικείμενο ακουμπά πάνω σε μια συγκεκριμένη επίπεδη επιφάνεια. Όταν λόγω καμπυλότητας δεν μπορεί να σταθεροποιηθεί σε μια επιφάνεια, τότε συγκρατείται μέσω ενός εξαρτήματος. Η μέθοδος αυτή παρουσιάζει αρκετά μειονεκτήματα λόγω της επαφής, η οποία μπορεί να αλλοιώσει τη γεωμετρία του αντικειμένου προς σάρωση. Τη λύση στο πρόβλημα αυτό έφερε η ανάπτυξη των τρισδιάστατων σαρωτών μη επαφής, οι οποίοι βασίζονται σε ενεργητικές και παθητικές τεχνικές προκειμένου να σαρώσουν το αντικείμενο χωρίς να το αλλοιώσουν. Η πλειοψηφία των ενεργητικών σαρωτών εκπέμπουν κάποιο είδος ραδιενέργειας ή φωτός με την μορφή λέιζερ. Με αυτό τον τρόπο, ανιχνεύουν είτε την απορρόφηση της ραδιενέργειας από το αντικείμενο, είτε την αντανάκλασή του και έτσι επιτυγχάνουν την αναπαράσταση του αντικειμένου (ή του χώρου). Οι πιο συνήθεις τύποι εκπομπής είναι αυτοί του φωτός, των υπερήχων και των ακτινών Χ. Ενώ οι ενεργητικοί σαρωτές εκπέμπουν οι ίδιοι φως ή ραδιενέργεια για τη σάρωση, οι παθητικές τεχνικές μη επαφής βασίζονται στην ανακλώμενη ακτινοβολία του περιβάλλοντος και ανιχνεύουν το ορατό φως καθώς είναι άμεσα διαθέσιμο. Οι σαρωτές που χρησιμοποιούν παθητικές τεχνικές είναι πιο φθηνοί από αυτούς που χρησιμοποιούν ενεργητικές τεχνικές καθώς στις περισσότερες περιπτώσεις δεν απαιτούν συγκεκριμένο υλικό, παρά απλές ψηφιακές κάμερες.
 
Διαδικασία ψηφιοποίησης


CNC 82 ALLPACK 4 201x300Η τρισδιάστατη σάρωση βρίσκει εφαρμογές, όπως αναφέρθηκε νωρίτερα, σε πάρα πολλούς τομείς και βιομηχανίες. Ενδεικτικά, μερικές από τις πιο συχνές εργασίες είναι ο ποιοτικός έλεγχος και η αντίστροφη μηχανική.Η σάρωση ενός αντικειμένου είναι πολλές φορές το εύκολο τμήμα της διαδικασίας ψηφιοποίησης. Αντίθετα, η δημιουργία πιστών τρισδιάστατων αναπαραστάσεων που αποτελούνται από ακανόνιστες επιφάνειες απαιτούν συνήθως πολύ χρόνο και εργασία.Η τρισδιάστατη σάρωση είναι ένα σημαντικό νέο εργαλείο για την τεκμηρίωση αντικειμένων υψηλής πολυπλοκότητας, αποτελεί απλώς ένα μόνο μέρος μιας εργασίας ψηφιοποίησης, καθώς η αμιγής και μόνο συλλογή δεδομένων δεν είναι επαρκής.Μεγάλη προσοχή πρέπει να δοθεί και στην μετέπειτα επεξεργασία των δεδομένων που ακολουθεί μετά τη σάρωση, καθώς ο χρόνος που απαιτείται για την δημιουργία ενός πιστού τρισδιάστατου μοντέλου είναι τις περισσότερες φορές πολύ μεγαλύτερος από τον χρόνο που απαιτεί η ίδια η σάρωση.Τα βήματα που ακολουθούνται, αποσκοπούν στην αποτελεσματική χρήση των δεδομένων που παρέχουν οι σαρωτές.Συνολικά, η διαδικασία ψηφιοποίησης -δηλαδή η σειρά εργασιών από την αποτύπωση των δεδομένων έως και την τελική οπτική αναπαράσταση του τρισδιάστατου μοντέλου δεδομένων- περιλαμβάνει τη σύλληψη γεωμετρικών δεδομένων, την ευθυγράμμιση και ενοποίηση των τμηματικών σαρώσεων, την μετατροπή τους σε πολυγωνικό πλέγμα (meshing) και τέλος την απλοποίηση του πολυγωνικού πλέγματος και απαλοιφή τυχόν γεωμετρικών ασυνεχειών (ανακατασκευή της γεωμετρίας στα σημεία όπου διαπιστώνονται κενά).

Το αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας είναι ένα stl αρχείο (στερεολιθογραφικό αρχείο). Στην περίπτωση εφαρμογών αντίστροφης μηχανικής, το αρχείο αυτό χρησιμοποιείται ως σημείο αναφοράς για την ανακατασκευή ενός τρισδιάστατου μοντέλου σε μορφή που μπορεί να διαβαστεί από τις σύγχρονες κατασκευαστικές μηχανές.Στην περίπτωση, αντίθετα, όπου η σάρωση γίνεται για λόγους ποιοτικού ελέγχου ενός αντικειμένου, η διαδικασία είναι ελαφρώς συντομότερη, καθώς δεν απαιτείται η δημιουργία τρισδιάστατου μοντέλου μετά τη δημιουργία του πολυγωνικού πλέγματος (stl αρχείου). Αντίθετα, συγκρίνεται το πλέγμα της σάρωσης με το ήδη υπάρχον τρισδιάστατο ψηφιακό μοντέλο έτσι ώστε να διαπιστωθεί πόσο κοντά είναι το φυσικό αντικείμενο στο ιδανικό πρότυπο μοντέλο. 

 

Success Stories

Μεταλλουργία – Ποιοτικός Έλεγχος 

Η Metalpol εφάρμοσε την τρισδιάστατη σάρωση στο τμήμα ποιοτικού ελέγχου των παραγόμενων αντικειμένων χύτευσης. Χρησιμοποιώντας ένα αυτοματοποιημένο σύστημα 3D σάρωσης που αποτελείται από ένα σαρωτή και ένα περιστροφικό τραπέζι, η σάρωση μεγάλου μεγέθους και βαριών χυτών γίνεται πολύ γρήγορα. Χάρη στον αυστηρό ποιοτικό έλεγχο, ο κατασκευαστής έχει τη δυνατότητα να αξιολογήσει μια δοκιμαστική χύτευση, συγκρίνοντάς την με ένα μοντέλο CAD που παρέχει ο πελάτης. Όταν η δοκιμή χύτευσης εγκριθεί από το αρμόδιο τμήμα, αποστέλλεται στον πελάτη πλήρης αναφορά ελέγχου ποιότητας και, με βάση αυτό, ο πελάτης εγκρίνει την έναρξη της εμπορικής παραγωγής των προϊόντων. Η διαδικασία τρισδιάστατης σάρωσης μείωσε το χρόνο για την έναρξη της εμπορικής παραγωγής κατά 300% αλλά και το κόστος κατά 10.000 € ανά τρίμηνο.

Αυτοκινητοβιομηχανία – Αντίστροφη μηχανική

Η Cooper Standard εισήγαγε την τρισδιάστατη σάρωση στο τμήμα συντήρησης η οποία επέτρεψε την δημιουργία μιας πλήρους ψηφιακής βιβλιοθήκης των καλουπιών που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή. Τώρα, η προετοιμασία νέων μορφών και εργαλείων δεν είναι μόνο ταχύτερη αλλά, πάνω απ ‘όλα, πολύ λιγότερο δαπανηρή. Ως αποτέλεσμα της εφαρμογής της 3D σάρωσης, η Cooper Standard έχει μειώσει κατά 400% τον χρόνο παραγωγής αυτών των αντικειμένων και μείωσε το κόστος κατά 500%, εξοικονομώντας πάνω από 15.000 € ανά τρίμηνο.

Βιομηχανία πλαστικών – Ταχεία πρωτοτυποποίηση

H χρήση της τρισδιάστατης σάρωσης στο τμήμα R&D, επέτρεψε στη ROSINSKI χαμηλότερο κόστος και ταχύτερη βελτίωση των καλουπιών και των εργαλείων που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή. Η μετατροπή εργαλείων και πρωτότυπων μορφών πραγματοποιείται δύο φορές πιο γρήγορα, γεγονός που επιταχύνει άμεσα την έναρξη της εμπορικής παραγωγής προϊόντων πελατών – κάνοντας ουσιαστική οικονομία.

 CNC 82 ALLPACK Kopalnia 300x249 

Βασικό ρόλο στην ανάπτυξη των τρισδιάστατων σαρωτών και την αύξηση της δημοτικότητας τους, παίζει η εκθετική ανάπτυξη ισχυρών υπολογιστικών συστημάτων και η δραματική βελτίωσή τους στον τομέα των τρισδιάστατων γραφικών πραγματικού χρόνου. Έτσι, υπάρχει σήμερα η δυνατότητα διαχείρισης πολύπλοκης τρισδιάστατης γεωμετρίας σε πλατφόρμες χαμηλού κόστους, επιτρέποντας έτσι την απεικόνιση λεπτομερών και υψηλής ακρίβειας τρισδιάστατων μοντέλων. Καθώς οι υπολογιστές θα συνεχίσουν να εξελίσσονται, είναι αναμενόμενο να συνεχίσει να αναπτύσσεται όλο και περισσότερο και η τεχνολογία της τρισδιάστατης σάρωσης, δίνοντάς μας ολοένα και καλύτερα αποτελέσματα. Αξιοποιώντας τις εξελίξεις της εποχής και τα πλεονεκτήματα που προσφέρει η τρισδιάστατη σάρωση, η GE SUPPLiES παρέχει ποιοτικές υπηρεσίες αντίστροφης μηχανικής και γεωμετρικής επιθεώρησης αντικειμένου, εξασφαλίζοντας τη μέγιστη ακρίβεια, η οποία δεν μπορεί να επιτευχθεί με άλλες παραδοσιακές μεθόδους.Με τη χρήση εξειδικευμένων λογισμικών επεξεργασίας του αντικειμένου μετά τη σάρωση, οι πελάτες της λαμβάνουν με απόλυτη αξιοπιστία αρχεία χρωματικής απεικόνισης για την άμεση και φιλική προς τον χρήστη σύγκριση του αντικειμένου με το πρότυπο τρισδιάστατο αρχείο, αναφορές ποιοτικού ελέγχου με πλήρη ανάλυση και αποτύπωση των διαστατικών διαφορών από το πρότυπο σχέδιο, καθώς και μηχανολογικά και τρισδιάστατα σχέδια.