Профессиональные и любительские 3D-сканеры: в чем отличия, и как выбрать сканер

В сегодняшней статье поговорим про различия между профессиональными и любительскими 3D-сканерами, про качество получаемых трехмерных объектов, скорости получения моделей и точность сканирования. Забегая немного вперед скажем, что профессиональное оборудование стоит дороже, но обеспечивает более точные результаты, подходящие для промышленного использования, а вот любительские сканеры дешевле, но их точность и качество ниже, они подходят для начинающих и тех, кто просто хочет познакомиться с технологией 3D-сканирования.

Содержание:

• Разрешение и точность
• Скорость
• Область сканирования и размеры объектов
• Программное обеспечение

Разрешение и точность

Профессиональные 3D-сканеры обеспечивают более высокую точность и разрешение сканирования, что позволяет получать детализированные и качественные трехмерные модели. 3D-cканеры промышленного и метрологического уровня обеспечивают превосходное распознавание сложных деталей с точностью до микрон, а сканеры потребительского уровня в основной своей массе имеют более низкую точность, но даже в этом случае не стоит списывать их со счетов, так как они способны создавать достаточно точные модели, подходящие для выполнения большинство задач. Точность 3D-сканера зависит от нескольких факторов, включая начинку, тип сканера, технологию сканирования и характер сканируемого объекта. Под точностью понимается разность между фактическим и измеренным 3D-сканером значениями.

Высокая точность указывает на то, что повторные замеры в одинаковых условиях приводят к схожим результатам. Единицей измерения могут быть миллиметры или микроны. Один микрон равен 0,001 миллиметра. К примеру, профессиональный оптический 3D-сканер RangeVision Prime благодаря камерам с разрешением 12 Мп имеет точность до 0,014 мм. Этот высокоточный инструмент используется для метрологического контроля и реверс-инжиниринга и внесен в Государственный реестр средств измерений. 

3D-сканер RangeVision Prime

Сравнивать RangeVision Prime стоит, конечно, с одноклассниками, но наша статья про отличия бюджетных сканеров от профессиональных. Если взять, к примеру, тот же более бюджетный 3D-сканер RangeVision Spectrum, также работающий по технологии структурированной подсветки, то между ним и RangeVision Prime отличия, конечно же, колоссальные как в начинке, так и в характеристиках. Более бюджетный Spectrum уступает старшему брату по многим позициям. 

Здесь и более бюджетные камеры с разрешением5 Мп, и точность до 0,04 миллиметра в отличие от 0,001 миллиметра у Prime. Хотя для выполнения большинства задач достаточно 3D-сканера с точностью и 0,06-0,07 мм, до метрологических показателей все же далековато. Инженерам и проектировщикам чаще всего требуются 3D-сканеры с высокой точностью, так как малейшие отклонения в измерениях, даже в 0,01 миллиметр, могут привести к отбраковке изделия. 

Если пробежаться по остальным характеристикам, то Spectrum работает с объектами от 1 см до 3 м, а Prime способен сканировать предметы от 1 см до 5 м с пределом максимальной абсолютной погрешности в 14 микрон. Поэтому Spectrum более подходит для образовательных целей, оцифровки объектов в студиях 3D-печати, на производствах и в целом для получения сканов, не требующих высокой точности. 

Пример оцифровки корпуса автомобиля сканером RangeVision Prime

В трехмерном сканировании также используется термин «объемная точность» (volumetric accuracy), который указывает на качество нескольких сканов, объединенных в одну 3D-модель. Эта точность снижается при увеличении размеров объекта сканирования. Объемная точность важна для измерения габаритов предметов.

Пример оцифровки статуэтки сканером RangeVision Spectrum

3D-разрешение играет тоже очень серьезную роль, ведь чем выше разрешение, тем более плотным получается облако точек и, соответственно, достигается более высокая детализация. Промышленные сканеры обеспечивают превосходное качество сканов благодаря высокой разрешающей способности, позволяющей фиксировать мельчайшие элементы и сложные геометрические формы. В рассмотренном выше RangeVision Spectrum разрешение в разных режимах работы составляет от 0,05 мм при сканировании мелких объектов до 0,19 мм при сканировании более крупных, а RangeVision Prime способен оцифровывать мелкие объекты с 3D-разрешением 0,035 мм и крупные с разрешением 0,125 мм.

Слева результаты. полученные с более высоким разрешением, справа — с более низким

Точность определяется как степень соответствия результата измерения правильному значению или стандарту и, по сути, представляет собой близость определенного набора измерений к согласованному значению или истинному значению объекта. В целом, точность является результатом измерения в идеальных условиях и не может быть оценена только по визуальным эффектам. Что касается разрешения, то оно определяется дистанцией между точками. Чем меньше расстояние, тем выше разрешение: при сканировании мы получаем больше информации и, соответственно, более высокую детализацию. При низком разрешении дистанция от точки до точки увеличивается, а количество точек снижается, но здесь не стоит забывать и про скорость сканирования, ведь чем плотнее облако точек, тем тяжелее компьютеру обрабатывать информацию.

Результаты оцифровки профессиональным 3D-сканером Shining 3D FreeScan Trio

Профессиональные сканеры обычно имеют высокий уровень точности и разрешения, что может стать ключевым фактором при выборе 3D-сканера. 

Скорость сканирования 

Скорость сканирования часто является основным критерием выбора при покупке 3D-сканера, поскольку она имеет важное значение для трудоемких операций, таких как контроль качества геометрии серийных деталей, к примеру. Это особенно актуально при работе с крупногабаритными объектами, требующих нескольких проходов, поэтому во многих случаях рабочее время и производительность напрямую связаны со скоростью сканирования.

Доступные в настоящее время 3D-сканеры обладают различными скоростями обработки информации — от нескольких десятков тысяч до сотен тысяч точек в секунду. Низкая скорость сбора данных требует дополнительных проходов при сканирования объектов для получения максимальной плотности точек. С другой стороны, высокая скорость сбора данных всегда обеспечивает высокую плотность точек, что требует более высокой производительности от программного и аппаратного обеспечения.

Скорость сканирования профессиональных сканеров может достигать нескольких тысяч точек в секунду, что позволяет быстро создавать трехмерные модели больших объектов. Любительские сканеры обычно сканируют со скоростью от нескольких десятков до нескольких сотен точек в секунду, что подходит для сканирования небольших объектов или для создания промежуточных этапов трехмерного моделирования.

К примеру, лазерный сканер 3D FreeScan Trio 3D, одно из топовых устройств от производителя Shining3D, обладает скоростью сканирования свыше 3010000 точек в секунду и объемной точностью 0,02+0,03 мм/м и 0,02+0,015 мм/м в режиме фотограмметрии.

Если сравнивать FreeScan Trio с более бюджетным российским вариантом Scanform L5, то последний проигрывает как в скорости, которая составляет 1100000 точек в секунду, так и в точности, составляющей 0,040 миллиметров. Даже несмотря на это, Scanform L5 остается одним из самых востребованных сканеров среднего ценового сегмента на российском рынке и позволяет выполнять большинство поставленных задач.

Скорость играет значительную роль при работе с объемными объектами и движущимися предметами, которые не могут долго оставаться в одном положении.

Область сканирования и размер объекта

Многие 3D-сканеры предназначены для оцифровки объектов определенных размеров, потому что имеют ограниченный обзор. Как правило, компании выпускают различные модели для работы с мелкими, например ювелирными или стоматологическими объектами, и крупными, такими как транспортные средства. 

Конечно же, такие сканеры будут выполнять оцифровку целевых объектов более качественно, чем универсальные. К примеру, 3D-сканер Quant от RangeVision с небольшой областью сканирования, предназначенный для работы с мелкими объектами в ювелирных и стоматологических отраслях, позволяет в автоматическом режиме получать текстурированные 3D-модели с высокой детализацией.

Область сканирования Quant составляет всего 100х100х100 мм, точность — 0,03 миллиметра, а камеры имеют разрешение 6 Мп. Вряд ли бюджетные сканеры смогут справиться с задачами, поставленными перед этим настольным устройством.

Но если говорить про универсальность, то большинство профессиональных 3D-сканеров за счет многофункциональности и использования нескольких технологий сканирования позволяют оцифровывать разнообразные объекты из различных типов материалов, любой конфигурации, оттенков или габаритов и, как правило, имеют несколько режимов работы.

Для работы с очень крупными объектами некоторые профессиональные сканеры оснащены функцией фотограмметрии, позволяющей минимизировать отклонения по объемной точности и поддерживать корректность оцифровки даже на больших площадях. Фотограмметрия — это метод определения размеров, местоположения, рельефа и других характеристик объекта на основе его фотографий. Любительские сканеры, как правило, не снабжены таким функционалом.

Программное обеспечение

3D-cканирование — это начальный этап общего рабочего процесса, предназначенный для сбора исходных данных. Чтобы получить итоговый результат, собранная информация должна быть обработана с использованием специального программного обеспечения. Профессиональные 3D-сканеры, работающие с объектами разных размеров, требуют высокопроизводительного программного обеспечения для корректной обработки большого количества входных данных.

Основной ступенькой в этом процессе выступает программное обеспечение от разработчиков сканера. Дальнейшая работа с 3D-моделью зависит от того, насколько быстро и качественно будут обработаны полученные данные, исправлены ошибки, и как в целом будет собрана модель. Профессиональные программные комплексы содержат богатый набор инструментов для полноценной работы с полученными данными, а производители сканеров постоянно совершенствуют их, расширяя и дополняя функционал.

Резюмируя все вышесказанное, хотелось бы отметить, что любительские 3D-сканеры больше предназначены для использования в быту или для создания простых трехмерных моделей. В основном они обладают меньшей точностью, детализацией и скоростью, но позволяют вполне сносно выполнять несложные задачи по оцифровке объектов. Профессиональные же сканеры помимо прототипирования позволяют получать данные высокой точности для реверс-инжиниринга, исследования опытных образцов, контроля точности геометрии выпускаемых изделий и различного вида измерений. Еще стоит отметить, что стоимость профессионального оборудования значительно выше любительского по все тем же причинам: оно быстрее, точнее, проще в использовании и обеспечивает данные более высокого качества.

Свяжитесь с нами, и специалисты 3Dtool будут рады предоставить подробную консультацию. Также мы предлагаем протестировать различные типы 3D-сканеров и получить все необходимые ответы в нашем демонстрационном зале.

Остались вопросы? Свяжитесь с нами любым удобным способом, и специалисты 3Dtool будут рады предоставить подробную консультацию по выбору оборудования.

3Dtool — российский дистрибьютор и интегратор 3D-оборудования, станков с ЧПУ и промышленной робототехники.

Связаться с нами можно:

По телефону: 8 (800) 775-86-69

Электронной почте: Sales@3dtool.ru

На нашем сайте: 3dtool.ru

Наши материалы также доступны в Telegram канале, на Dzen и в группе Вконтакте