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Comprendre la technologie: comment fonctionnent les scanners 3D?

Comprendre la technologie: comment fonctionnent les scanners 3D?

La technologie de numérisation 3D est en train de devenir un aspect crucial de la conception technique et de la simulation, mais comment un simple capteur peut-il développer un modèle 3D précis?

Les scanners 3D peuvent être utilisés pour générer des modèles CAO de pièces, de pièces, de composants et même de personnes. Pour de nombreuses entreprises, les scanners 3D sont devenus aussi essentiels à leur activité que leurs logiciels d'ingénierie. Tout appareil doté d'un capteur d'image ou de lumière et de certaines technologies de positionnement peut être utilisé comme scanner 3D.

Que font les scanners 3D?

Ces appareils, souvent des téléphones ou des tablettes, mesurent essentiellement les objets du monde qui les entoure à l'aide de lasers ou d'images pour générer des nuages ​​de points très denses ou des maillages polygonaux qui peuvent être transformés en un fichier compatible CAO. Théoriquement, cela semble simple - pointez simplement votre caméra ou votre capteur autour de la pièce et le fichier 3D est généré - cependant, il y a une raison pour laquelle cette technologie commence seulement à se développer dans l'industrie, alors entrons dans les aspects techniques de ce Rend possible.

La puissance de traitement est la clé de ce qui rend les scanners 3D modernes possibles. Pendant la majeure partie de l'ère technologique moderne, nous avons eu la capacité, ou plutôt les connaissances, de créer des scanners 3D. Le problème a toujours été que la quantité de puissance de traitement nécessaire pour générer des nuages ​​de points très précis et denses du monde physique dépassait ce qui était faisable.

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Ces derniers temps, nous assistons à une plus grande émergence de cette technologie parce que vous avez maintenant toute la technologie de traitement dans votre poche. Il existe actuellement de nombreuses applications mobiles qui peuvent transformer votre appareil en un scanner 3D; une recherche rapide sur Google fournira de nombreuses ressources.

Pour les applications d'ingénierie plus complexes, les machines dédiées doivent généralement utiliser des lasers et un positionnement global précis. Dans ces subtilités, il existe différents types de scanners 3D pour différentes applications: courte portée, moyenne portée et longue portée.

Technologie de balayage laser à courte portée

Les scanners laser à courte portée couvrent généralement une profondeur de champ inférieure à un mètre. Normalement, ils utilisent des systèmes de triangulation laser qui impliquent une source et un capteur. En d'autres termes, la source est placée à un emplacement connu et le capteur à un autre emplacement connu. La source tire alors un laser sur l'objet observé, et le capteur reçoit la lumière en un point connu.

En utilisant une géométrie simple, un point dans un réseau 3D peut être généré. Répétez ce processus et un nuage de points complexe peut être généré. Un autre système laser à courte portée qui utilise la triangulation est connu sous le nom de scanner à lumière structurée. Au lieu de tirer un laser après l'autre sur l'objet et d'observer l'emplacement de réflexion, ces scanners utilisent une série de motifs lumineux linéaires pour développer une carte de l'objet. En observant la déviation des chemins lumineux linéaires autour de l'objet, le logiciel peut trianguler un balayage de nuage de points.

Balayage laser à moyenne et longue portée

Les systèmes de numérisation à moyenne et longue portée nécessitent une technologie d'imagerie laser légèrement différente pour fonctionner. Ils utilisent normalement un système basé sur des impulsions laser connu sous le nom de scanners de temps de vol. Ces systèmes utilisent des systèmes de mesure extrêmement précis pour enregistrer le temps de vol d'un laser pour frapper un objet et revenir à la picoseconde.

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Grâce à l'utilisation de miroirs rotatifs à 360 °, ces systèmes peuvent rapidement et facilement développer des modèles très précis de l'objet. Une autre légère variante de ces systèmes de temps de vol utilise la technologie de déphasage. Sans entrer dans les détails de la physique, ces systèmes modulent la puissance et l'amplitude de l'onde laser et surveillent le changement de phase pour développer des scans 3D plus précis.

Les scanners laser seront probablement toujours plus précis que les scanners à capteur d'image actuellement disponibles sur les plates-formes mobiles. Cependant, pour de nombreuses applications, comme l'arpentage de bâtiments et la modélisation architecturale, ces capteurs d'image peuvent accomplir le travail de numérisation avec les degrés de précision nécessaires.

Numérisation 3D en construction

Les technologies de numérisation 3D se révèlent également utiles en dehors du simple développement de produits. En fait, à bien des égards, la numérisation 3D dans les applications de construction s'est hissée au premier plan des cas d'utilisation de cette nouvelle technologie.

La mesure 3D dans les bâtiments existants peut fournir des nuages ​​de points très précis pour la planification et la construction. Par exemple, si vous deviez concevoir un système de conduits dans un bâtiment existant, une analyse 3D du bâtiment vous permettrait de concevoir facilement ce système en CAO. L'ancienne alternative aurait été de passer au crible des plans ou d'aller sur le site et de mesurer les dimensions réelles.

Les entrepreneurs généraux peuvent également utiliser la numérisation laser pour s'assurer que le projet de construction final est conforme aux plans d'origine avec un degré de précision élevé. En prenant un scan d'un bâtiment terminé, le modèle résultant peut être facilement croisé avec la conception CAO initiale.

La métrique clé à noter ici est que la numérisation 3D peut être effectuée tout au long des différentes phases d'un projet de construction. Grossièrement 15% de chaque projet de construction retravaille des choses qui ont été mal construites. Cela peut surprendre tout le monde, mais c'est assez typique compte tenu de la vaste portée de ces projets.

La numérisation 3D tout au long du processus permet aux entrepreneurs généraux de vérifier la précision de la construction pendant la phase de construction, empêchant 1 à 3% du processus de retouche.

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Bien que cela puisse ne pas sembler significatif, ces chiffres font référence à la tâche de construction globale. Alors, 1 à 3% d'un projet de construction de plusieurs millions de dollars est une somme d'argent importante - cela rend la numérisation laser et les coûts associés en valent rapidement la peine.

Intégrée au logiciel de simulation, la numérisation 3D peut développer des modèles de simulation du composant réel, plutôt que la conception CAO. Au fur et à mesure que ces technologies de numérisation continueront de se développer, nous verrons probablement leur intégration plus profonde dans les opérations d'ingénierie, contribuant peut-être à jouer dans les technologies IoT et le retour dimensionnel en temps réel.


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