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Technologie verstehen: Wie funktionieren 3D-Scanner?

Technologie verstehen: Wie funktionieren 3D-Scanner?

Die 3D-Scantechnologie spielt eine entscheidende Rolle bei der Konstruktion und Simulation von Konstruktionen. Wie kann ein einfacher Sensor ein genaues 3D-Modell entwickeln?

Mit 3D-Scannern können CAD-Modelle von Räumen, Teilen, Komponenten und sogar Personen erstellt werden. Für viele Unternehmen sind 3D-Scanner für ihr Geschäft genauso wichtig wie ihre Engineering-Software. Jedes Gerät mit einem Bild- oder Lichtsensor und einigen Positionierungstechnologien kann als 3D-Scanner verwendet werden.

Was machen 3D-Scanner?

Diese Geräte, häufig Telefone oder Tablets, messen im Wesentlichen die Objekte in der Umgebung mit Lasern oder Bildern, um hochdichte Punktwolken oder Polygonnetze zu erzeugen, die in eine CAD-kompatible Datei umgewandelt werden können. Theoretisch klingt es einfach - richten Sie einfach Ihre Kamera oder Ihren Sensor auf den Raum und die 3D-Datei wird generiert. Es gibt jedoch einen Grund dafür, dass diese Technologie in der Branche erst zu wachsen beginnt. Lassen Sie uns nun auf die technischen Aspekte eingehen macht es möglich.

Die Verarbeitungsleistung ist der Schlüssel zu den Möglichkeiten moderner 3D-Scanner. Während des größten Teils des modernen Technologiezeitalters hatten wir die Fähigkeit bzw. das Wissen, 3D-Scanner zu erstellen. Das Problem war immer, dass die Menge an Rechenleistung, die benötigt wurde, um hochpräzise und dichte Punktwolken der physischen Welt zu erzeugen, das Machbare überstieg.

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In jüngster Zeit taucht diese Technologie immer stärker auf, da Sie jetzt die gesamte Verarbeitungstechnologie direkt in der Tasche haben. Derzeit gibt es viele mobile Apps, die Ihr Gerät in einen 3D-Scanner verwandeln können. Eine schnelle Google-Suche liefert viele Ressourcen.

Für komplexere technische Anwendungen sind normalerweise dedizierte Maschinen erforderlich, um Laser und eine präzise globale Positionierung zu verwenden. Innerhalb dieser Feinheiten gibt es verschiedene Arten von 3D-Scannern für verschiedene Anwendungen: Short Range, Mid Range und Long Range.

Laser-Scan-Technologie mit kurzer Reichweite

Laserscanner mit kurzer Reichweite umfassen normalerweise eine Schärfentiefe von weniger als einem Meter. Normalerweise verwenden sie Lasertriangulationssysteme, die eine Quelle und einen Sensor umfassen. Mit anderen Worten, die Quelle befindet sich an einem bekannten Ort und der Sensor an einem anderen bekannten Ort. Die Quelle schießt dann einen Laser auf das beobachtete Objekt und der Sensor empfängt das Licht an einem bekannten Punkt.

Mit einer einfachen Geometrie kann ein Punkt in einem 3D-Gitter erzeugt werden. Wiederholen Sie diesen Vorgang, und es kann eine komplexe Punktwolke generiert werden. Ein anderes Nahbereichslasersystem, das Triangulation verwendet, ist als strukturierter Lichtscanner bekannt. Anstatt einen Laser nach dem anderen auf das Objekt zu schießen und den Reflexionsort zu beobachten, verwenden diese Scanner eine Reihe linearer Lichtmuster, um eine Karte des Objekts zu erstellen. Durch Beobachtung, wie sich die linearen Lichtwege um das Objekt herum biegen, kann die Software einen Punktwolkenscan triangulieren.

Mittel- und Langstrecken-Laserscanning

Mittel- und Langstrecken-Scansysteme benötigen eine geringfügig andere Laser-Imaging-Technologie, um zu funktionieren. Sie verwenden normalerweise ein laserpulsbasiertes System, das als Flugzeitscanner bekannt ist. Diese Systeme verwenden äußerst genaue Messsysteme, um die Flugzeit aufzuzeichnen, die ein Laser benötigt, um ein Objekt zu treffen und zur Pikosekunde zurückzukehren.

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Durch die Verwendung von um 360 ° drehbaren Spiegeln können diese Systeme schnell und einfach hochpräzise Modelle des Objekts entwickeln. Eine weitere geringfügige Variante dieser Flugzeitsysteme verwendet die Phasenverschiebungstechnologie. Ohne zu sehr auf die kleinste Physik einzugehen, modulieren diese Systeme die Leistung und Amplitude der Laserwelle und überwachen den Phasenwechsel, um genauere 3D-Scans zu entwickeln.

Laserscanner sind wahrscheinlich immer genauer als Bildsensorscanner, die derzeit auf mobilen Plattformen verfügbar sind. Für viele Anwendungen wie Gebäudevermessung und Architekturmodellierung können diese Bildsensoren die Scanaufgabe jedoch mit der erforderlichen Genauigkeit ausführen.

3D-Scannen im Bau

3D-Scantechnologien erweisen sich auch außerhalb der einfachen Produktentwicklung als nützlich. Tatsächlich ist das 3D-Scannen in Konstruktionsanwendungen in vielerlei Hinsicht an die Spitze der Anwendungsfälle für diese neue Technologie gerückt.

3D-Messungen in bestehenden Gebäuden können hochgenaue Punktwolken für Planung und Bau liefern. Wenn Sie beispielsweise ein Rohrleitungssystem in einem vorhandenen Gebäude entwerfen müssen, können Sie dieses System mithilfe eines 3D-Scans des Gebäudes problemlos in CAD entwerfen. Die alte Alternative wäre gewesen, Blaupausen zu sichten oder zur Baustelle zu gehen und die tatsächlichen Abmessungen zu messen.

Generalunternehmer können auch Laserscanning verwenden, um sicherzustellen, dass das endgültige Bauprojekt mit hoher Genauigkeit den ursprünglichen Plänen entspricht. Durch Scannen eines fertigen Gebäudes kann das resultierende Modell leicht mit dem ursprünglichen CAD-Entwurf verglichen werden.

Die wichtigste Metrik, die hier zu beachten ist, ist, dass das 3D-Scannen in verschiedenen Phasen eines Bauprojekts durchgeführt werden kann. Grob 15% Bei jedem Bauprojekt werden Dinge überarbeitet, die falsch gebaut wurden. Dies mag jeden überraschen, ist aber angesichts des enormen Umfangs dieser Projekte ziemlich typisch.

Durch 3D-Scannen während des gesamten Prozesses können Generalunternehmer die Konstruktionsgenauigkeit während der Bauphase überprüfen und so grob verhindern 1 bis 3% des Überarbeitungsprozesses.

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Während dies möglicherweise nicht signifikant klingt, beziehen sich diese Zahlen auf die gesamte Bauaufgabe. Damit, 1 bis 3% Ein millionenschweres Bauprojekt ist eine bedeutende Geldsumme - es macht das Laserscannen und die damit verbundenen Kosten schnell wert.

Das in die Simulationssoftware integrierte 3D-Scannen kann Simulationsmodelle der tatsächlichen Komponente anstelle des CAD-Entwurfs entwickeln. Da diese Scantechnologien weiter wachsen, werden wir wahrscheinlich eine tiefere Integration in den technischen Betrieb sehen, was möglicherweise dazu beiträgt, IoT-Technologien und dimensionales Echtzeit-Feedback zu nutzen.


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