به منظور
ایجاد مدل سه بعدی یا ثبت اطلاعات سه بعدی از یک شیء، روش های مختلفی برای اسکن وجود دارد. نمی توان گفت کدام فناوری بهتر است، هر کدام از این روش ها روشی منحصر به فرد است و کاربرد خاصی دارد.
اسکن سه بعدی لیزری چیست؟
وقتی شخصی این کلمه را می شنود بسته به زمینه کاری که قرار است از آن استفاده کند، ممکن است مجموعه ای از دستگاه های اسکن را تصور کند. به عنوان مثال طراح صنعتی یک اسکنر دستی قابل حمل را تصور می کند که بتواند اشیاء کوچک و متوسط را ثبت کند، یا تکنسین نقشه برداری یک پهباد با یک سیستم اسکن بر روی آن را تصور می کند تا در حال حرکت از روی زمین، نقشه را ثبت کند. همه آن ها تصورات درستی دارند و هر کدام نوعی از دستگاه اسکنر لیزری هستند.
به طور کلی
اسکن لیزری برای گرفتن اطلاعات دقیق و سه بعدی از یک شی یا قطعه یا محیطی در دنیای واقعی است و این کار را با استفاده از لیزر به عنوان منبع نور انجام می دهد. با پاشیدن نور لیزر بر روی یک جسم،
ابرنقاط تشکیل می شود و میلیون ها نقطه در راستای
XYZ موقعیت جسم در فضا را مشخص می کنند. این دستگاه ها از هزاران نقطه روی سطح یک جسم برای محاسبه ابعاد جسم، بازسازی و ویرایش جسم در محیط سه بعدی و تعیین موقعیت آن در فضا استفاده می کند.
اسکنرهای لیزری برخلاف روش های تماسی که قبلا بود، دستگاه های غیر تماسی و غیرمخرب هستند و می توان به راحتی برای اسکن مواد شکننده و حساس از آنها استفاده کرد. از مزایای این نوع اسکنر ها می توان به استفاده آن ها در روز و شب اشاره کرد و اینکه می توانند هم ثابت و هم قابل حمل باشند. همچنین این نوع اسکنر را می توان برای طیف وسیعی از مقیاس ها و طیف گسترده ای از اشیاء و محیط استفاده کرد.
اسکنرها انواع مختلفی دارند و شامل اسکنرهای قابل حمل و ثابت هستند که هر کدام قابلیت اضافه شدن بازوهای روباتیک، هوابرد و ... را دارند.
انواع مختلف اسکنر لیزری
زمان پرواز(Time of flight)
این نوع اسکنر لیزری برای جمع آوری داده های دوربرد استفاده می شود. روند کار به این صورت است که یک پالس لیزر به جسم فرستاده می شود و بخشی از پالس از سطح جسم منعکس می شود و به اسکنر باز می گردد. با استفاده از این فرمول فاصله با جسم برابر است با (سرعت نور* زمان پرواز)/2.
این نوع اسکنرها می توانند اشیا را تا فاصله 1000 متری ثبت کنند، اما معمولا محدوده کاری آن ها بین 5 تا 300 متر است. دقت فناوری TOF بستگی به توانایی سیستم برای اندازه گیری دقیق زمان سیگنال برگشتی دارد. به طور کلی دقت معمولی برای این اسکنرها 4 تا 10 میلی متر است. نوع جدید این اسکنرها یک گزینه اضافی RGB ، درون دوربین داخلی یا مجموعه دوربین های خارجی دارد.
تغییر فاز(Phase Shift)
اسکنرهای سه بعدی تغییر فاز به این صورت عمل می کنند که نور لیزر را در فرکانس های متناوب ساطع می کنند و با اندازه گیری اختلاف فاز بین سیگنال هایی که ساطع و منعکس شده اند، فاصله تا یک جسم را تعیین می کنند.
این نوع اسکنرها در محدوده ی کمتری حداکثر 80 تا 120 متر کار می کنند و برد عملکرد معمولی آنها چیزی حدود 1 تا 50 متر می باشد.
این نوع اسکنرها معمولا به عنوان سریع ترین نوع اسکنر شناخته می شوند و نسبت به اسکنرهای TOF دقت و وضوح بالاتری دارند. این اسکنرها نیز دارای گزینه RGB می باشند.
اسکنرهای تغییر فاز به دلیل دقت بالایی که دارند برای اسکن برد متوسط مانند پمپ های بزرگ، خودرو ها و تجهیزات صنعتی مناسب هستند.
مثلث سازی(Triangulation)
این نوع اسکنر مبتنی بر لیزر است و از روش مثلث سازی استفاده می کند، به این صورت که نور لیزر ساطع می شود و به مکان خاصی از حسگر، تصویر دوربین داخلی باز می گردد.
این اسکنر به دلیل اینکه منبع لیزر، حسگر و جسم یک مثلث را تشکیل می دهند، از سیستم مثلثاتی برای محاسبه فاصله بین جسم و اسکنر سه بعدی استفاده می کند. فاصله بین سنسور و منبع لیزر بسیار دقیق است و همانطور که نور لیزر از جسم اسکن شده منعکس می شود، سیستم می تواند منبع لیزر تا سطح جسم را اندازه گیری کند.
این اسکنرها در بردهای بسیار کوتاه تر نسبت به دو مدل قبلی کار می کنند و برد آن ها چیزی حدود 5 متر است و اکثر آن ها مجهز به گزینه RGB هستند. این اسکنرها معمولا برای اسکن اجسام کوچکتر و حدود 1 سانتی متر تا 3 متر مناسب هستند و اکثر این اسکنرها ثابت هستند و روی پایه نصب شده اند.
همه اسکنرهای لیزری، نور لیزر ارسال می کنند، با این تفاوت که از فناوری های مختلفی برای این کار استفاده می کنند. اسکنرهای TOF زمان بازگشت نور ساطع شده پس از انعکاس از سطح یک جسم را ثبت می کنند، اسکنرهای تغییر فاز تفاوت فاز بین سیگنال های منعکس و ساطع شده را اندازه می گیرند و اسکنر های مثلثی زاویه بازگشت پرتوهای خروجی را محاسبه می کنند.
کاربردهای اسکنر لیزری
این اسکنرها در زمینه های مختلف و متنوعی از ساخت و ساز و مهندسی تا باستان شناسی و پزشکی و ... کاربرد دارند، که در ادامه بیشتر بررسی می کنیم:
مهندسی معکوس
می توان گفت اسکنرهای لیزری به یک فناوری ضروری در جعبه ابزار متخصصان فعال در حوزه طراحی تبدیل شده است.
مهندسی معکوس که در گذشته فرآیندی پیچیده به حساب می آمد و زمان زیادی صرف این کار می شد تا قطعات جداسازی شوند و اندازه دقیقی از آن ها به دست بیاید، امروزه با کمک اسکن لیزری در زمان کوتاهی می توان این کار را دقیق تر انجام داد.
می توان قطعاتی که آسیب دیده یا تغییر شکل داده اند را توسط اسکنر، اسکن کرد و به کمک نرم افزارهای طراحی آن ها را بازسازی کرد.
کنتذل کیفیت
می توان گفت یکی از مراحل مهم فرآیند تولید که به کمک اسکنرهای لیزری متحول شده است،
کنترل کیفیت است. اسکن سه بعدی کنترل کیفیت را سریع تر، دقیق تر و با داده های قابل اندازه گیری انجام می دهد.
اسکنرهای لیزری مثلثی قابل حمل، کوتاه برد هستند و وزن کمی دارند و نسبت به اشیاء مختلف انعطاف پذیرترند و برای اسکن کردن قطعاتی که با اسکنرهای لمسی متحرک نمی توان آن ها را اسکن کرد، عالی هستند.
اسکنرهای لیزری دوربرد برای اسکن اجسام بزرگ بسیار کاربردی هستند و اطلاعات به دست آمده از این اسکن را می توان در نرم افزار های طراحی پردازش کرد و با مقایسه با قطعه اصلی می توان قطعاتی که در
تلرانس یا خارج از
تلرانس هستند را شناسایی کرد.
پزشکی قانونی
جالب است بدانید اسکنرهای سه بعدی به دلیل اینکه قابلیت عکسبرداری از فضاهای بزرگ را دارند، راه حل جدیدی برای مستندسازی و بررسی دقیق صحنه های جرم هستند و در زمان بسیار کمی صحنه های جرم را در حالت اصلی با ابعاد دقیق برای هر مدرک مانند رد پا، سایز گلوله، سوراخ ایجاد شده و ... ثبت و ضبط می کند.
ساخت و ساز (BIM)
یکی دیگر از کاربردهای اسکنر سه بعدی زمینی با برد زیاد، تصویربرداری سه بعدی از کل ساختمان یا ساخت و ساز به صورت یک جاست. علاوه بر سرعت بالایی که این اسکنرها دارند، شرایط ایمنی در هنگام کار در مکان های ناامن را فراهم می کند.
