Znaczenie profesjonalnych skanerów 3D we współczesnym przemyśle
Optyczne systemy pomiarowe zostały już powszechnie zaakceptowane przez działy rozwoju, konstrukcyjne, utrzymania ruchu i laboratoria kontroli jakości w praktycznie każdej gałęzi przemysłu. Wysokie dokładności, niezwykła mobilność, uniwersalność, a także możliwość szybkiego i precyzyjnego przedstawienia geometrii całych obiektów sprawiły, że skanery 3D są powszechnie wykorzystywane do inspekcji gotowych produktów i inżynierii odwrotnej części zużytych lub nieposiadających dokumentacji.
W ostatnich latach widać wzrost zainteresowania wśród mniejszych firm, a nawet klientów indywidualnych, ponieważ profesjonalne skanery 3D nie są już poza ich finansowym zasięgiem.
Z kolei popularyzacja technologii digitalizacji 3D obiektów sprawiła, że na rynku pojawiło się wiele tańszych skanerów 3D, których parametry są wystarczające w podstawowych aplikacjach.
Dlatego główne pytanie jakie sobie powinniśmy zadań, nie powinno brzmieć jaki skaner 3D wybrać, tylko jak wybrać odpowiedni dla siebie skaner 3D i czym się kierować dokonując weryfikacji potencjalnych kandydatów?
Czym kierować się dobierając skaner 3D
Jak wiadomo, wśród producentów zaawansowanych skanerów 3D jest spora konkurencja, a ceny systemów mogą oscylować od kilku tysięcy euro do nawet miliona euro, w zależności od stopnia robotyzacji i ilości wymaganego szkolenia. To spory rozrzut, dlatego poszukując odpowiedniego dla swoich wymagań skanera 3D przede wszystkim powinniśmy odpowiedzieć sobie na kilka podstawowych, ale bardzo ważnych pytań:
W jakich aplikacjach skaner 3D będzie wykorzystywany?
Jaka dokładność i powtarzalność pomiarowa jest wymagana?
Jaki jest przekrój gabarytów części, które będą potencjalnie mierzone?
Czy skaner 3D ma być dedykowany do jednego zadania?
Czy skaner 3D ma być uniwersalnym narzędziem wspierającym różne działy lub umożliwiającym ekspansję firmy?
Czy skaner 3D ma być mobilny?
Czy skaner 3D ma być zautomatyzowany, lub ma umożliwiać robotyzację w przyszłości?
Jak szybko skaner 3D ma wykonywać pomiary?
Czy ma mieć krótki i nieskomplikowany proces szkolenia, i wdrożenia w firmie, umożliwiając jego wykorzystanie przez większą liczbę pracowników?
Czy skaner 3D ma umożliwiać pomiar trudnych powierzchni bez specjalnego przygotowania?
Czy skaner 3D ma mieć możliwość pomiaru bez konieczności stosowania punktów referencyjnych?
Czy skaner 3D ma umożliwiać pomiar tekstur hd?
To tylko kilka przykładowych pytań, na które każdy zainteresowany bezstykowym systemem pomiarowym powinien sobie odpowiedzieć. Pozwalają one łatwo wyselekcjonować potencjalnych producentów, których systemy następnie powinniśmy mieć możliwość przetestowania na żywo w akcji.
Jak zweryfikować skaner 3D i ocenić czy jest dobry?
Doskonale wiemy, że raczej nikt nie kliknie „kup teraz” w sklepie internetowym i nie kupi nieznanego urządzenia za przykładowo 200 000 złotych, ba wydanie w ten sposób chociażby 20 000 złotych jest ryzykowne, zwłaszcza kiedy w grę wchodzi inwestycja i rozwój naszego przedsiębiorstwa. Stąd, każdy szanujący się dystrybutor skanerów 3D powinien umożliwiać nieodpłatnie próbne pomiary, a także prezentację swojego sprzętu na żywo. Jest to doskonała okazja, żeby przyjrzeć się procesowi rozkładania sprzętu, kalibracji, przygotowania części do pomiaru, mobilności systemu, jakości generowanych danych, czy żeby dowiedzieć się w jakich warunkach można użytkować skaner. Im łatwiej i sprawniej wszystko idzie, tym prostszy i szybszy będzie proces wdrożenia takiego systemu w firmie, dzięki czemu szybciej zacznie się zwracać.
Dobrej klasy skaner 3D, z odpowiednim oprogramowaniem do jego obsługi, powinien umożliwić wygenerowanie wysokiej jakości siatkę trójkątów STL tuż po zakończeniu pomiaru. Taki plik STL powinien móc być wykorzystany do inspekcji wymiarowej lub inżynierii odwrotnej, bez większej obróbki, tuż po skanowaniu i poligonizacji (czyli zamiany surowej chmury punktów na siatkę trójkątów STL).
Jeżeli w trakcie demonstracji na żywo nie zobaczysz co dalej można zrobić z danymi 3D, a po samej demonstracji skanera nie jesteś w stanie otrzymać wygnerowanych danych, ponieważ „wymagają one obróbki”, to należy zadać sobie pytanie czy w ogóle chcemy dalej rozważać zakup takiego sprzętu? Każda dodatkowa praca, jaką trzeba wykonać ręcznie obrabiając dane, będzie rzutowała na czasie, dostępności i wykorzystania tych danych.
Nowoczesny skaner 3D powinien mieć także w cenie dedykowane oprogramowanie umożliwiające automatyczne łączenie pojedynczych skanów w globalną chmurę punktów i pozwalać na wygenerowanie precyzyjnej siatki trójkątów STL tuż po skanowaniu.
Ile kosztuje dobry skaner 3D?
Na to pytanie nie sposób odpowiedzieć w prosty sposób. Rozrzut cenowy jest ogromny. Najbardziej podstawowe skanery 3D, klasy DIY mogą kosztować kilkaset złotych; bardziej zaawansowane, klasy konsumenckiej, można nabyć za kilkanaście lub kilkadziesiąt tysięcy złotych; natomiast skanery profesjonalne, klasy metrologicznej, będą kosztować od około stu tysięcy do nawet milionów złotych, w przypadku rozwiązań zrobotyzowanych.
Wszystko zależy od tego do czego chcemy wykorzystać skaner, jakiej jakości i powtarzalności pomiarowej oczekujemy. Trzeba pamiętać, że wysoka precyzja, pewność pomiarowa, możliwość automatyzacji i łatwość obsługi wymagają swojej ceny.
Innowacje i funkcje skanerów 3D, na które warto zwracać uwagę
Podstawowym parametrem, który cechuje profesjonalny system jest jego dokładność pomiarowa. Współczesne skanery 3D wysokiej klasy powinny zapewniać niepewność pomiarową sięgającą 0.02 – 0.03mm. Taka dokładność, potwierdzona odpowiednim certyfikatem, jest w zupełności wystarczająca do zastosowań inżynierii odwrotnej oraz w przemysłowej kontroli jakości.
Tańsze skanery 3D najczęściej oferują dokładność rzędu 0.1 – 0.3mm. Tej klasy urządzenia często posiadają także możliwość pomiaru z kolorem i teksturą, co sprawia że nadają się do skanowania 3D rzeźb, mebli, ludzi czy zabytków.
Kolejnym istotnym parametrem jest szybkość pomiaru. Najlepsze systemy umożliwiają akwizycję i wizualizację na żywo milionów punktów pomiarowych. Dzięki temu jesteśmy w stanie osiągnąć duże rozdzielczości na większym obszarze oraz w czasie rzeczywistym obserwować generowane dane i uzupełniać braki.
Uniwersalność jest także kluczowa, zwłaszcza kiedy skaner ma być wykorzystany w różnych działach i aplikacjach. Najnowsze skanery 3D oferują po kilka wbudowanych obszarów pomiarowych o różnej wielkości. Obszar pomiarowy definiuje przestrzeń jaka jest skanowana w danym momencie. Im większa tym szybciej zeskanujemy duży obiekt. Jednak, jeśli chcemy wykonać pomiar niewielkiego obiektu, z dużą szczegółowością, to skaner powinien umożliwiać szybkie przejście na mniejszy obszar o wysokiej precyzji i rozdzielczości.
Najbardziej innowacyjne skanery 3D posiadają wbudowany system fotogrametryczny, który umożliwia skanowanie z dużą dokładnością obiektów o wielkości do nawet kilkunastu metrów. Dzięki zastosowaniu fotogrametrii sprawnie wykonamy skanowanie 3D nawet całego samochodu. Stosowanie pomiaru fotogrametrycznego przed skanowaniem obiektów o wielkości już nawet 2-3m jest kluczowe i pozwala zredukować do minimum błąd transfromacji pojedynczych pomiarów we wspólnym układzie współrzędnych oraz mieć pod kontrolą dokładność objętościową skanu. Warto tutaj jednak sprawdzić trochę teorii na temat pomiarów fotogrametrycznych, ponieważ zdarzają się producenci skanerów, którzy w umiejętny sposób grają słowem i nadużywają pojęcia fotogrametrii, w rzeczywistości jej nie oferując.
Ważną cechą jest też mobilność systemu pomiarowego. Coraz częściej zdarza się, że skanery 3D są wykorzystywane poza laboratoriami, dlatego na popularności zyskują skanery ręczne, niewymagające ciężkich statywów i umożliwiające pomiary w dowolnej lokalizacji. Dobrze tutaj zwrócić także uwagę w jakich temperaturach działa skaner, czy jest czuły na wibracje i w jakich warunkach oświetleniowych może pracować.
Najnowsze skanery laserowe o niebieskim świetle pozwalają na pomiary nawet w świetle dziennym. Niwelują także do minimum konieczność stosowania środków matujących w pomiarze powierzchni transparentnych i błyszczących. Jednak nie bądźmy naiwni, optyka ma swoje ograniczenia i fakt, że coś udało się zeskanować nie oznacza, że to wiarygodny pomiar.
Firmy produkcyjne, które myślą przyszłościowo, powinny także zweryfikować czy potencjalny skaner 3D da się w przyszłości zastosować na robocie. Automatyzacja jest coraz powszechniej stosowana w metrologii, a solidne systemy pomiarowe powinny dawać możliwość robotyzacji.
Ostatnią cechą, która powinna wpłynąć na ocenę potencjalnego urządzenia, jest łatwość wdrożenia, czas szkolenia i dostępność wsparcia technicznego. Zaawansowane narzędzia potrzebują profesjonalnej pomocy i przeszkolenia pracowników, żeby można było w pełni wykorzystać ich potencjał.
Podsumowanie
Najważniejszym wnioskiem jaki się nasuwa jest to, że przed decyzją o zakupie skanera 3D trzeba go przetestować w swoich zastosowaniach. Ważne jest żeby testowane skanery różnych producentów zmierzyły te same obiekty. W ten sposób dostaniemy szansę oceny całego procesu przygotowania systemu, wykonania pomiarów i samych danych 3D. Powinniśmy zwrócić uwagę w jakich warunkach może pracować skaner, jak generuje dane, czy łatwo się go obsługuje, czy jest elastyczny i uniwersalny. Warto też zweryfikować jego dokładność i certyfikaty. Nie mniej istotna jest ocena samej demonstracji i osób prezentujących sprzęt, to te osoby będą w przyszłości potencjalnie wdrażały urządzenie, przeprowadzały szkolenie i prowadziły wsparcie techniczne, dlatego powinny budzić zaufanie, mieć wiedzę i doświadczenie. Po kilku demonstracjach będzie znacznie łatwiej ocenić, który system najbardziej nam odpowiada i jaki budżet należy przygotować.