3D-сканирование RangeVision: обзор примеров применения

Из этой статьи вы узнаете о примерах использования 3D-сканирования сканерами RangeVision в таких областях, как промышленность и искусство, в том числе: при проектировании и реверсивном дизайне деталей, при усовершенствовании и доработке деталей и изделий, при архивировании объемных объектов для последующего использования, при создании виртуальных коллекций произведений искусства и музейных экспонатов, при кастомизации транспортных средств и контроле качества на производстве.

Содержание:

Архивирование объектов с помощью 3D-сканирования

Создание информационной базы деталей

В этом кейсе применялась технология 3D-сканирования с применением графических маркеров. Тут описан пример применения сканера RangeVision PRO 2М с ПО ScanCenter и САПР.

Работы проводились в лаборатории производителя 3D-сканеров RangeVision и заняли:

4 часа — само сканирование и обработка результатов,
8 часов — построение моделей,
8 часов — создание чертежей на их основе.

Сотрудники RangeVision произвели трехмерное сканирование концевого инструмента для фрезеровальных станков с ЧПУ, для создания цифрового архива производящей мебель компании, обработали сканы, получили трехмерные модели и создали подробные чертежи на их основе.

Эта операция привела к тому, что предприятие заказчика стало независимым от зарубежных поставщиков инструмента и теперь может создавать индивидуальные профили фрез для собственного производства, для создания собственных деталей, не имеющих аналогов.

В процессе выполнения заказа нужно было, в первую очередь — сканировать фрезы — инструмент фрезеровального станка с ЧПУ, предназначенного для производства мебели. Затем необходимо было подготовить конструкторскую документацию, чтоб иметь возможность изготавливать их самостоятельно или заказать у стороннего подрядчика. Сейчас очень много компаний стали создавать цифровые архивы расходников и деталей оборудования с тем, чтобы, в случае износа или поломки — не зависеть от иностранных поставщиков, а иметь возможность произвести необходимые детали локально, — это одна из областей импортозамещения.

В процессе сканирования было наиболее важно получить на моделях режущего инструмента правильную режущую кромку, соответствующую первоначальной, чтобы изготавливаемые с помощью этого инструмента детали мебели не изменили свой выверенный и утвержденный дизайн.

Для максимальной точности сканирования был использован 3D-сканер отечественной компании RangeVision — модель PRO 2M. Для сокращения времени сканирования, было принято решение сканировать все объекты в проекте одновременно.

Фрезы были закреплены на горизонтальной поверхности с помощью пластилина, также на поверхность основы были нанесены стикеры маркеров, после чего было проведено пошаговое круговое сканирование, в результате которого инженеры получили фасетную поверхность в формате stl.

По полученным результатам сканирования были созданы математические модели.

Так как заказчик предварительно установил параметры точности для получаемых файлов в формате CAD, исполнители предоставили на согласование заказчиком сравнительный анализ полученной математической модели и скан детали.

Эта ступень, сравнение, при проведении подобных работ присутствует по-умолчанию, для контроля качества, но такие данные предоставляются заказчику лишь по его требованию — для последующей работы с результатами они ему не нужны. В данном случае данные отправили заказчику и получили его одобрение и утверждение, после чего по ним были изготовлены точные чертежи деталей.

По результатам этих работ заказчик получил точную информацию, которая позволит ему изготавливать самостоятельно или заказывать новые концевые фрезы для своих станков, что сильно удешевит и ускорит производство, помогая избежать расходов времени и средств, связанных с приобретением фрез за границей.

Архивирование фарфоровых фигурок

Музей фарфора, а точнее — «Музей Императорского фарфорового завода» под управлением Эрмитажа, — место хранения множества экспонатов, редкой содержательности культурное заведение, даже для Питера. В музее содержится и выставляется большое количество редких, а часто и уникальных предметов, относящихся к разным периодам истории.

Среди коллекций музея есть серия фигурок из фарфора, называющаяся «Народности России», изготовленная скульптором Павлом Павловичем Каменским. Это уникальная коллекция, требующая бережного хранения.

Керамика вообще, и глазированный фарфор в особенности, может храниться очень долго, практически бесконечно, не теряя своих эстетических свойств. Тем не менее, она требует к себе крайне бережного отношения, так как отличается от других материалов повышенной хрупкостью. Случиться может, увы, что угодно.

Сохранение, а по возможности и восстановление коллекции — среди приоритетных задач музея. В наше время выполнению этих задач помогают самые современные средства, такие как 3D-сканирование. Мероприятия по сохранению коллекции фарфоровых фигурок в цифровом виде выполнялись музеем в сотрудничестве с компанией «Киберон Групп».

В коллекцию входит 74 фарфоровые фигурки с разными размерами, высотой около 36-40 сантиметров. В представленном проекте перед подрядчиком стояла задача по оцифровке 28 из них и созданию цифровой коллекции из объемных компьютерных изображений.

Эти же сканы послужили исходными данными для производства 3D-печатных гипсополимерных копий, которые могли бы заменить оригинальные фигурки в экспозиции, для максимально надежного сохранения оригиналов в запасниках музея.

Для получения цифровых копий было применено 3D-сканирование сканером серии PRO производства RangeVision. Работы по оцифровке проводились на территории музея, что было особенно важно для обеспечения сохранности оригиналов.

3D-дизайнер подрядчика, Анна Ищенко, поделилась с нами деталями процесса:

«Вся сложность и ответственность проекта заключалась в следующем:

Скульптурам более 100 лет. Любые тактильные манипуляции с ними исключались. Весь процесс проходил в присутствии работников музея, любые передвижения экспонатов проводились с их помощью и под их наблюдением.

Большинство скульптур в росписи имеют черный цвет или вовсе находятся в темно-синих, черных цветовых градациях. Темные цвета имеют плохой коэффициент отражения, это может привести к тому, что сканер просто не «увидит» объект. Это специфика технологии. Далеко не каждый 3D-сканер имеет возможность сканировать темные и черные объекты.

Материал фарфор обладает свойственными ему глянцевостью и блеском, что значительно усложняет процесс. Обычно перед 3D-сканированием блестящие объекты покрываются матирующим спреем. Но в данном случае его применение не представлялось возможным из-за возраста и ценности фигур.

Для создания копий, максимально приближенной к оригиналу, требовалось сканирование с высокой точностью. В связи с этим, скульптуры сканировались участками, а не целиком».

3D-сканер RangeVision PRO имеет четыре зоны сканирования — для объектов различных размеров. Это позволило выбрать оптимальную зону сканирования с учетом размера объекта и требуемого качества финальной модели.

Оцифровка поверхности скульптур проводилась на второй зоне сканирования, размеры которой составляют 300 х 225 х 225 мм, разрешение при сканировании составило 0,17 мм. Во время сканирования применялся поворотный стол.

Получить максимальное качество сканов светлых фигурок получилось совмещением результатов трёх серий сканирований:

Первая: сканирование снизу-вверх, угол направления сканера 45 градусов;
Вторая: под углом 90 градусов, сканирование средней части фигурок;
Третья: сканирование сверху-вниз, угол направления сканера 45 градусов.

Темные, плохо отражающие свет фигурки сканировались за шесть подходов. Сложность их сканирования усугублялась тем, что для качественного сканирования необходимо получить от объекта большое количество отраженного света, а в росписи фигурок есть и светлые места, которые при таком подходе будут пересвечены и потеряют в качестве.

Получить качественные результаты сканирования удалось с помощью настроек сканера, в частности — благодаря настройке экспозиции.

Этапы сканирования были разделены — оно проводилось и при стандартном времени засвета, и при увеличенной в два-три раза экспозиции, а потом эти данные были совмещены. Так, наиболее темные места получили достаточно освещения, а остальные не были пересвечены или испорчены бликами — это максимально продуктивный подход к сканированию объектов, на которых нельзя использовать матирующий спрей, и он отлично себя показал в сканировании этих фигурок. Для изделий с наибольшей сложностью и детальностью в росписи и форме было произведено дополнительное сканирование в горизонтальном положении.

«В результате работы мы получали 4-5 групп сканов для светлых фигур и 10 – для тёмных. Содержательный и удобный объем информации для постобработки» — рассказывает Анна.

Как обрабатывали данные: сшивка и обработка сканов производилась в штатном ПО сканера RangeVision — ScanCenter. Программа позволяет сшивать фреймы в 3D-объект автоматически, что значительно ускоряет работу, экономит много времени и сил. При обилии групп фреймов с повторяющейся геометрией сшивка делалась в ручном режиме, по точкам.

Окончательная подготовка 3D-моделей для 3D-печати, включающая подгонку их размеров, учитывающую уменьшение пластика при остывании, делалась в широко известном ПО Blender, а итогом усилий стали трехмерные модели в STL.

Созданные по методике 3D-печати гипсополимером изделия применялись для изготовления гипсовых форм, а эти формы дорабатывались художниками с учетом требований дальнейшего производства, после чего в эти формы отливались новые скульптуры, которые потом расписывались вручную, в точности как оригиналы, и дважды проходили обжиг.

Создание копии экспоната

Для изготовления копии гипсового барельефного изображения применялся 3D-сканер RangeVision Standard, вместе с программой для 3D-моделирования 3Ds Max. 3D-сканирование и последующая обработка изображенного на фотографиях изделия, с учетом примененных меток для сканирования, может отнять у оператора около пятнадцати минут.

Метки-стикеры учитываются по сканера как точки отсчета, поэтому позволяют оператору изменять положение сканера при сканировании как угодно — трекинг производится автоматически, все фреймы склеиваются в модель легко и быстро.

На фото ниже вы видите, как происходит 3D-сканирование:

Предоставленные аппаратурой данные после сканирования проходят обработку в ПО, например, как в данном случае — в Rangevision ScanMerge.

ПО имеет встроенную функцию импорта данных в разные форматы, в том числе в широко применяемые в сфере 3D файлы стандартов .STL, .obj и .ply. Это облегчает последующее использование этих файлов в другом ПО — для его обработки и применения, например — для изготовления новых изделий на фрезерных станках с числовым программным управлением или печати их на 3D-принтерах.

Можно использовать данные сканирования и непосредственно в цифровом виде. Так, установив в программе для рендеринга/визуализации материал изделия, а также задав уровень и угол освещения, можно получить весьма реалистичное цифровое изображение.

Данный кейс был предоставлен клиентом RangeVision — «Центром обучения “Специалист"».

3D-сканирование в искусстве

Бесконтактный анализ с помощью 3D-сканирования

Санкт-Петербург, Центр прототипирования Технопарка. Сотрудники Центра применяют 3D-сканирование для реализации задач во многих областях и сценариях использования. Один из таких сценариев — сохранение объектов, представляющих историческую и культурную ценность. Например — картин.

Предметы живописи представляют собой значительную часть культурных ценностей, которые работникам культуры необходимо сохранять всеми доступными способами. Благо — современные технологии предоставляют для этого все необходимые инструменты, — надо лишь иметь желание и терпение в них разобраться, а также средства чтобы их применить.

Каждое живописное полотно в чем-то уникально, разным химическим составом могут отличаться материалы — холст и краски, по-разному они нанесены, в разных условиях картина “жила” всё прошедшее с момента её написания время, а значит и полученные от времени повреждения на ней будут разными.

Для получения информации о состоянии картины должен применяться максимально щадящий, неинвазивный и неразрушающий метод, ведь каждое произведение искусства по-своему уникально, многие из них обладают высочайшей культурной и исторической ценностью и соответствующей стоимостью.

При контроле состояния произведений искусства, и в частности предметов живописи, необходимо обнаруживать обусловленные временем изменения заблаговременно, чтобы производить работы по реставрации и сохранению наиболее эффективно. Также это будет полезно для того, чтобы определить оптимальные для каждого полотна условия хранения и экспозиции.

В работе с произведениями искусства применяют разные методы диагностики, в их числе всевозможные анализы и исследования, в том числе ультразвуковые и рентгеновские, а также, как вы наверное уже догадались, и оптическое 3D-сканирование.

3D-сканеры предоставляют искусствоведам такую возможность, как получение точнейшей информации о рельефе поверхности картины, с точностью до десятков микрометров. Данная информация бывает очень полезна при определении обусловленных временем изменений в состоянии объектов искусства, а также для определения их подлинности.

Объектами исследования инженера “Центра прототипирования” Антона Журавлева и его коллег из СПбГЭТУ «ЛЭТИ» стали картины, написанные маслом. К примеру, одна из них, из коллекции Военно-исторического музея артиллерии, инженерных войск и войск связи Санкт-Петербурга, была изучена при помощи 3D-сканера RangeVision PRO. Сканирование производилось с интервалом в 4,5 года, для сравнения 3D-моделей одного и того же произведения. Программное обеспечение позволило совместить две модели и, в результате их наложения, была получена визуализация изменений в состоянии полотна. Это показано на Иллюстрации 1.

Иллюстрация 1: Визуализация изменений двух 3D-моделей полотна картины.

Иллюстрация 2: Визуализация изменений двух 3D-моделей деревянной рамы картины.

Различия в состоянии поверхности картины выделены цветами. Две крупные области голубого цвета особенно заметны: на этом месте поверхность картины стала более рельефной, чем ранее. Максимальное среднеквадратичное отклонение, зафиксированное между 2014 и 2019 годами, составляет примерно 200 μm.

Эксперимент подтвердил на практике перспективность использования оптического 3D-сканирования для мониторинга состояния картин, написанных маслом. Этот метод помогает получить количественную информацию о деформации холста, рамы и самой поверхности полотна за время хранения, под воздействием условий окружающей среды.

Эту технологию уже оценили крупнейшие музеи мира. Например — музей Метрополитен в Нью-Йорке активно использует бесконтактный анализ полотен.

Работой инженеров “Центра прототипирования” заинтересовался ряд российских музеев, главная задача которых — сохранение объектов культурного наследия для грядущих поколений.

3D-сканирование в создании театральных декораций

3D-сканирование применяется во всё большем количестве областей деятельности человека, в том числе — далеко не только в промышленном производстве. Так, например, художники-декораторы Большого театра в Москве уже вовсю применяют 3D-сканирование при создании декораций сцены к разным спектаклям.

Как пример такого использования, кейс применения 3D-сканирования в театре, рассмотрим, как появился на сцене прекрасный слон в балете “Баядерка”.

Вначале была миниатюра — семисантиметровый глиняный слоник, изготовленный скульптором.

После создания оригинального изделия наступила очередь 3D-модели, и для ее создания послужил 3D-сканер RangeVision Smart.

Сканирование маленького слоника заняло около пяти или семи минут. При 3D-сканировании была получена точнейшая цифровая модель.

Эта модель может быть сохранена и использована в любое время, сколько бы лет ни прошло, в отличие от глины она не рассохнется и не разрушится.

Получаемые от 3D-сканера данные имеют удобный и широко применимый формат, а значит могут быть обработаны практически в любой популярной программе для работы с трехмерными объектами.

В программах для редактирования 3D-объектов легко изменить объемную модель, если на то будет необходимость, что очень удобно, так как не требует промежуточного изготовления новых твердых копий, то есть физических моделей, для их изменения вручную. Это экономит изрядное количество времени.

На следующем этапе изготовления декорации происходит нарезка слоев из огромных листов пенопласта — операция напоминает чем-то 3D-печать, только слой тут не “рисуется” экструдером 3D-принтера, а вырезается из листа материала. Для столь крупных и не требовательных к материалу изготовления в плане прочности объектов это значительно эффективнее.

Слои складываются друг на друга и склеиваются. В результате получается объемная фигура слона, размерами превышающая оригинальную фигурку скульптора приблизительно в двадцать раз — её высота составляет полтора метра.

Фигуру покрывают грунтующим составом, предохраняющим пенопласт от растворения краской, а затем и красят.

После чего присоединяют созданные отдельно бивни.

Украшения в восточном стиле для слоника также изготавливаются отдельно и затем размещаются на его фигуре.

После полного завершения изготовления собственно фигуры слона, его размещают и закрепляют в декорациях постановки — на заранее созданном постаменте, среди прочих декораций, представляющих собой место действия.

Готово: слон прекрасен и будет радовать зрителя весь сезон.

Реставрация убранства собора

В Нижнем Новгороде в филиал RangeVision обратилась “Художественная мастерская Дмитрия Жамкова”. Задача была поставлена: сканировать настенные орнаменты в соборе Александра Невского, чтобы по полученным 3D-моделям можно было изготовить на станке с ЧПУ новые аналогичные детали. Ранее эти работы были поручены другим людям и не доделаны.

Задачей художника было не просто повторить и закончить элементы дизайна, как можно точнее повторив стиль первоначального художника, создававшего убранство собора, но и сохранить, насколько возможно, общий стиль.

Подобные задачи уже решались RangeVision ранее для этого клиента: по заказу Дмитрия RangeVision проводили оцифровку рельефной картины, вырезанной вручную на пластиковой доске и изготовленной затем на станке ЧПУ.

Создание рельефных изделий с помощью фрезерных станков с ЧПУ это обычная уже практика, применяющаяся в очень многих областях, и создание декора из дерева тут не исключение. Использование станков с ЧПУ экономит время на изготовлении изделий и снижает себестоимость производства, уменьшая тем цену конечного продукта или увеличивая прибыль изготовителя.

3D-сканирование дает возможность создать цифровые 3D-модели высокого качества, с очень подробной детальностью, а после этого импортировать их в программу для изготовления новых изделий на фрезерном станке с ЧПУ. Так можно автоматизировать изготовление резных деталей из дерева, ничуть не теряя в качестве и сэкономив на работе резчика.

Для реализации этого проекта был применен новый 3D-сканер RangeVision Spectrum. Оборудование, сам сканер и все необходимые аксессуары, поставляется в жестком кейсе. Общий вес, составляющий всего 10 кг, позволяет легко перевозить 3D-сканер на объекты.

Для того, чтобы 3D-сканирование орнаментов было максимально точным и стабильным, на них нанесли маркеры. Достаточно было покрыть метками только одну сторону каждого из объектов, поскольку изделия были симметричны.

Резную плиту на фото выше не стали снимать со стены, из-за ее больших габаритов. Кроме того, она находилась достаточно низко, что осложняло настройку камер и высоты сканера. Оцифровка производилась в вертикальном положении. 3D-сканер Spectrum справился с этой задачей за счет регулируемого штатива и широкого выбора настроек зон сканирования.

Два других орнамента были меньшего размера, поэтому их сняли со стен и отсканировали в горизонтальном положении.

Постобработка данных в программе RangeVision ScanCenter позволила соединить сканы вместе, для получения высокоточных финальных моделей.

Финальная 3D модель

Создание единой модели в программе RangeVision ScanCenter

Финальная 3D модель орнамента

Постобработка сканов в программе ScanCenter

Финальная 3D модель

Как показал опыт, 3D-сканер Spectrum отлично справляется с оцифровкой предметов, которые находятся в затрудняющих сканирование положениях. Процесс оцифровки трех орнаментов занял около пяти часов, а постобработка и сшивка сканов — около двух рабочих дней.

Дмитрий остался доволен результатом — художник отметил высокую детализацию и точность получившихся 3D-моделей, которые позволили в сжатые сроки изготовить недостающие резные детали с помощью станка с ЧПУ и, не выходя из заданных временных рамок, закончить работу.

3D-сканирование в производстве и контроле качества

Проектирование и выпуск обвеса для мотоцикла

Для выполнения задачи по проектированию и изготовлению обтекателя для спортбайка Yamaha R3, предназначенного для участия в чемпионате по мотогонкам, использовались 3D-сканер RangeVision PRO и ПО ScanCenter NG.

Для оцифровки мотоциклов Yamaha R3 и R6 был применен индустриальный 3D-сканер компании RangeVision модели PRO. Максимально точные модели серийных деталей мотоциклов, полученные путем сканирования 3D-сканером, были усовершенствованы инженерами. Благодаря полученным данным, по итогам исследования они спроектировали и изготовили более обтекаемые детали для спортбайка Yamaha R3, имеющие улучшенные аэродинамические характеристики и повышенную прочность, а также уменьшенный, по сравнению с серийными деталями, вес.

Компания Motorrika, дилер мотоциклов Yamaha, планировала организовать для своих клиентов чемпионат по мотогонкам — Кубок Yamaha R3. Гонки должны были пройти летом 2020 в Москве. Организаторы пригласили клиентов выступить в роли профессиональных гонщиков и поучаствовать в борьбе за звание самого быстрого водителя Yamaha в Москве.

Для того, чтобы любительский чемпионат был максимально похож на профессиональный, клиентам предложили услугу тюнинга мотоциклов для участия в гонках. Организаторы предложили всем участникам чемпионата произвести апгрейд обвеса мотоциклов до профессионального уровня с помощью установки модифицированных спортивных обтекателей из карбона.

На это было несколько причин.

В первую очередь, заводские обвесы обладают большим весом, что не способствует достижению высоких скоростей на трассе.

Во-вторых, стандартные обтекатели из пластика сложно чинить после того, как они получают повреждения во время заездов.

И третье — на снятие и ремонт серийного обвеса тратится неприлично много времени, что затрудняет обслуживание мотоцикла.

Все эти нюансы очень сильно влияют на результаты в гонках. Чтобы дать возможность спортсменам достичь лучших результатов и получить больше удовольствия от соревнований, им было предложено использовать в гонках композитные спортивные обвесы, разработанные специально для мотоциклов Yamaha.

Компания Motorrika привлекла к данному проекту компанию UMATEX Росатом, которая известна производством углеродного волокна и продуктов на его основе. Специалисты компании занимаются обратным проектированием, 3D-моделированием и изготовлением объектов из композитных материалов. Задачей данного проекта было создание спортивных обвесов для линейки мотоциклов Yamaha, с целью повышения прочности деталей и улучшения аэродинамических характеристик мотоциклов.

Для выполнения этого задания специалистам предстояло провести несколько видов работ: оцифровать объект и получить его трехмерную модель, провести аэродинамическое моделирование и доработать проект до необходимых показателей, произвести выпуск новой детали.

Для проведения 3D-сканирования мотоциклов специалисты использовали промышленный 3D-сканер RangeVision PRO с технологией голубого подсвета.

RangeVision PRO идеально подходит для решения задач обратного проектирования — сканер создан для оцифровки сложных объектов и позволяет сканировать объекты с разрешением до 0,05 мм и точностью до 0,018 мм. Что особенно важно, сканер позволяет получать стабильное качество моделей в условиях различной освещенности. Принимая во внимание все возможности RangeVision PRO, специалисты остановили свой выбор именно на нем.

Мотоцикл имеет сложную геометрию со множеством разнонаправленных элементов и углублений. Чтобы ускорить процесс сканирования объекта такого уровня сложности и повысить точность получаемых данных, специалисты использовали маркеры во время сканирования. Несмотря на то, что мотоцикл представляет собой темный блестящий объект, 3D-сканер RangeVision PRO отлично справился с задачей его сканирования без использования матирующего спрея, который обычно применяется в таких случаях.

Чтобы получить максимальное количество данных для создания нового обвеса, все мотоциклы были оцифрованы дважды: с обтекателем и без. Такой подход позволил специалистам получить общую геометрию, и, что особенно важно, точные координаты мест креплений и стыков обвеса с другими элементами. Эти данные позволяют создавать высокоточные 3D-модели деталей, которые будут идеально подходить по форме, размерам и креплению для последующего монтажа на определенную модель мотоцикла.

Получив всю необходимую информацию, специалисты приступили к работе по аэродинамическому моделированию и доработке модели обвеса с учетом изначально поставленных целей. Это включило в себя проведение расчетов для уменьшения сопротивления воздуха на скоростных участках, а также для снижения веса конструкции и повышения прочности детали.

После проведения всех необходимых работ специалисты подготовили итоговую 3D-модель нового спортивного обтекателя для мотоцикла Yamaha R3. Модель была разделена на несколько частей, для осуществления процесса производства и проведения последующей сборки частей при монтаже.

Производство нового обвеса включало в себя такие этапы, как создание оснастки, укладка композитных материалов в форму, обработка материалов температурой и давлением, а также финишная обработка готовой детали.

Созданием оснастки занималась компания Picaso 3D — крупнейший российский производитель и разработчик 3D-принтеров, известный своими экспертными знаниями в решении подобных задач. Специалисты компании напечатали оснастку для деталей на 3D-принтере. В качестве сырья для производства оснастки использовался угленаполненный материал марки FORMAX. После того, как формы для деталей были готовы, специалисты уложили в них слои углеволокна и отправили детали на дальнейшую обработку.

На примере реализации этого проекта можно видеть максимально эффективное применение новейших подходов к решению таких задач, которые прежними методами решить было значительно сложнее, дольше и дороже.

Как пример: для получения объемной модели обтекателей байка раньше понадобилось бы применить метод создания слепков, потратив на этот процесс значительно больше времени, по сравнению с нынешней технологией, применяющей 3D-сканер в качестве инструмента.

Использование 3D-сканирования позволило значительно сократить цепочку действий для получения результата, а кроме того — сделать сам процесс значительно более удобным и быстрым. Никаким другим способом получить данные о геометрии объектов так быстро, эффективно и точно одновременно не представляется возможным.

UMATEX Росатом применяет 3D-сканеры RangeVision в своих проектах не в первый раз, и постоянно они повышают эффективность проектных работ, давая данные сканирования высочайшего качества.

Контроль качества при литье с помощью 3D-сканера

Итальянская компания INKAY TECHNOLOGY SRL произвела 3D-сканирование корпуса коробки передач с помощью 3D-сканера RangeVision для одного из ведущих европейских производителей автомобилей.

Целью сканирования была оценка соответствия созданной литой детали корпуса коробки, полученной от поставщика, исходному файлу CAD, а также дальнейшее решение — надо ли дорабатывать форму для последующего литья деталей, нет ли отклонений от заданной формы.

Сканируемый в этом кейсе применения объект характеризуется сложной формой, состоящей из нескольких геометрических фигур, соединенных между собой несколькими пересечениями, потому его крайне непросто было бы обмерять более привычными способами. В выполнении данной задачи был применен 3D-сканер RangeVision Standard Plus.

В первую очередь производилось сканирование наружной поверхности корпуса. При сканировании были использованы маркеры, они позволили производить сканирование с разных сторон и под разными углами, при этом сшивка фреймов сканирования производилась программным обеспечением автоматически.

Далее, после сканирования внешних поверхностей, производилось сканирование изнутри. Для этого корпус коробки передач разделили на две половины. Каждую из половин сканировали по-отдельности.

После завершения сканирования всё части были совмещены с помощью ПО. Сшивка фреймов и объединение деталей происходили по маркерам и геометрии наружной стороны корпуса, по результатам сканирования первой фазы, то есть в не разрезанном ещё корпусе. Благодаря этому получилось получить точную и полную модель в финальном STL-файле.

Полученную в результате сканирования и обработки сканов 3D-модель тщательно сравнили с исходной твердой копией и первоначальной CAD-моделью, по которой и изготавливалась физическая деталь, а точнее — форма, в которую та была отлита.

Таким путём создана цветовая карта отклонений в геометрии модели. Подобный метод для просмотра результатов измерений и сравнения весьма нагляден и дает возможность легко интерпретировать результаты сканирования, оперативно используя их для дальнейшей, при необходимости, обработки формы для литья, улучшения качества техпроцесса, приведения его в соответствии с заданными параметрами качества конечной детали. Так можно проверить соответствие получаемой детали как по отдельным точкам поверхности, так и по плоскостям, и по сечениям.

Как результат произведенных работ — получаем доработанную по всем параметрам, в полном соответствии с требованиями заказчика, литьевую форму для создания деталей.

Благодарим RangeVision и INKAY Technology SRL за предоставленные материалы.

Проверка качества штампованных деталей на автопроизводстве

Ошибки на производстве могут стоить очень дорого, что особенно актуально при производстве крупных и трудоемких дорогостоящих деталей, требующих высокой точности, таких как детали для автомобилей.

Компания из Нижнего Новгорода, выпускающая автомобильные компоненты, нашла способ заблаговременно выявить износ производственного оборудования с помощью 3D-сканирования. Описанные в этом кейсе методы актуальны для всех сегментов автомобильной промышленности.

Компания «Антолин Автотехника Нижний Новгород» с 2013 года занималась производством элементов потолочной шумоизоляции для автомобилей таких известных в мире брендов, как Volkswagen, Ford и General Motors. Периодический контроль формообразующих поверхностей входит в комплекс регламентных работ по мониторингу и восстановлению износа производственной оснастки.

Контроль геометрии можно проводить на контактных КИМ (контрольно-измерительных машинах), но это долгий процесс, тогда как специалистам необходимо замерять криволинейные поверхности с длиной более двух метров и с большим количеством контрольных точек. Выполнение такой задачи с помощью КИМ и создание отчетов по ней может занимать несколько дней, в течение которых производственная линия будет простаивать.

Намного эффективнее оказывается создание куда более быстрого и точного отчета по результатам 3D-сканирования сканером российского производства RangeVision PRO.

Сканирование производится 3D-сканером на штативе. До начала измерений на исследуемый объект необходимо нанести матовый спрей, чтоб исключить возможность появления мешающих сканированию бликов от гладких полированных поверхностей. Точности сканирования способствует также использование стикеров-маркеров, которые помогают сканеру создать контрольные точки для определения геометрии детали. С их помощью ПО сканера точно определяет места соединения фреймов и автоматически сшивает их в 3D-модель.

Получающуюся по результатам сканирования модель формата STL загружают в программу ScanCenter NG, которая сравнивает её с загруженной заранее эталонной моделью и показывает наглядно существующие расхождения и их значение, выделяя их цветовым градиентом. Такая карта отклонений, различий между эталонной и отсканированной моделями, может быть конвертирована в форматы изображений PNG, BMP, JPEG и формат цифровых документов PDF.

3D-сканер RangeVision PRO создавался с пониманием специфичных для производств условий освещения, потому он применяет для подсветки деталей технологию с синим подсветом — она позволяет легко избежать помех от окружающего освещения. Прибор дает возможность создавать трехмерные модели очень разных по размерам предметов — от монетки диаметром в пару сантиметров до автомобильного кузова, например.

Профессиональное применение 3D-сканирования в автопроме связано с несколькими несомненными плюсами.

Использование 3D-сканеров RangeVision PRO, внедрение их в промышленный процесс производства позволяет сэкономить различные материальные ресурсы, а также время, необходимое для контроля качества производимой продукции.

3D-сканирование, как и последующая обработка полученной при сканировании информации, произведенные с помощью профессионального оборудования и ПО, могут производиться как в отдельных случаях, для реверс-инжиниринга например, так и серийно — для сквозного контроля качества, то есть проверки каждой детали, и это несомненное преимущество такого способа неразрушающего контроля.

Технология 3D-сканирования уже находит применение или может быть использована практически на любом этапе создания автомобилей в современном производстве — от проектирования и разработки до контроля качества конечных изделий при сходе с конвейера. И после производства, во время использования автомобиля пользователем эта технология продолжает быть полезной, пригождаясь при ремонте (кузовных работах) и тюнинге, кастомизации и переделках. 3D-сканирование с помощью RangeVision PRO, как мы видим на приведенном примере, значительно экономит время сотрудников и упрощает поставленные задачи.

3D-сканирование в обратном проектировании

Доработка автомобильного двигателя

В автогонках очень многое зависит не только от профессионализма команды и собственно пилота, но и от совершенства автомобиля. Поэтому конструкторы производителя и техники команды стараются сделать гоночные авто наиболее качественными и производительными, по возможности значительно повышая их характеристики по сравнению с серийно выпускаемыми экземплярами. Делается это и с помощью улучшения аэродинамики кузова, и с помощью максимального облегчения конструкции, и через увеличение мощности силовой установки, то есть двигателя транспортного средства.

Так, петербуржской компании «Главконструктор» было поручено создание цифровой модели и чертежей двигателя внутреннего сгорания с тем, чтобы его можно было затем доработать с применением этих чертежей и 3D-моделей. В офис компании были привезены блоки цилиндров двигателя внутреннего сгорания, его серийной модели. Был запущен процесс обратного проектирования.

У двигателя внутреннего сгорания есть такая особенность — его блок цилиндров представляет собой достаточно сложную структуру, это не просто ящик с гильзами цилиндров, — в его стенках прячется множество нюансов, таких как сложные криволинейные поверхности, скрытые внутри стенок полости и каналы, в том числе для масла и охлаждающей жидкости, места крепежа и т.д. Для сканирования внутренних элементов двигателя понадобилось бы разрезать блок, распилить его на несколько частей, а потому было принято решение отсканировать элемент целиком, одним куском, а внутренние структуры добавить в цифровом виде, в ручном режиме.

После тщательной промывки и очистки детали от загрязнений на её поверхность были нанесены стикеры маркеров, чтобы облегчить сканеру и компьютеру задачу по автоматической сшивке фреймов. Затем был нанесен спрей для матирования, чтобы избежать бликов от наиболее блестящих мест.

3D-сканер RangeVision Standard Plus обеспечивает высокую точность, составляющую от 0,05 до 0,35 мм, в зависимости от зоны сканирования, а также высокую скорость сканирования. Подготовка объекта и последующее сканирование заняли около четырех часов, что совсем не много для такого крупного и сложного изделия. Предоставленные 3D-сканером цифровые данные об объекте затем были загружены в ПО RangeVision ScanCenter. В процессе последующей обработки удалены были получившиеся при сканировании от постороннего света шумы и существующие, но не нужные модели неровности и прочие дефекты. Затем полученная после обработки модель была верифицирована путем сравнения её с исходным файлом, полученным еще при сканировании.

Применив получившуюся полигональную пустотелую модель, инженеры построили на её основе модель твердотельную, то есть имеющую в своей структуре не только внешние поверхности, но и внутренние, и заполнение между ними. Такая модель уже может быть использована напрямую в производстве. После финальной доработки и внесения всех необходимых изменений, разумеется — ведь мы описываем кейс не просто сканирования, а сканирования для совершенствования объекта, его доработки, и лишь потом воплощения в новом физическом объекте. Такая доработка производится в CAD-программе.

Инженеры ООО «Главконструктор» внесли в цифровую модель картера все необходимые каналы для топлива и охлаждающей жидкости, измерив их предварительно ручными методами.

По полученной в результате 3D-сканирования и постобработки модели блока цилиндров специалистами были выполнены чертежи нового, усовершенствованного двигателя, пригодные для его дальнейшего создания, после чего эти чертежи и были отправлены заказчику.

Реверс-инжиниринг погружного смесителя

Перемешивание является важной частью техпроцесса при очистке воды в промышленных масштабах. Для него могут быть применены самые разные приспособления. Один из типов таких устройств — мешалка пропеллерного типа, также известная как погружной смеситель, внешне напоминающая лодочный мотор. Она применяется для создания потоков в емкостях и водоемах.

Сейчас, в связи с внешними политико-экономическими обстоятельствами, на российском рынке существует дефицит необходимых для бесперебойной работы таких устройств деталей.

Погружная мешалка была изготовлена как часть проекта по импортозамещению мешалки производства германской компании KSB. Нужно было создать конструкторскую документацию, предварительно выбрав из доступных вариантов привод с подходящими характеристиками, а также добавив необходимые изменения в конструкцию, с учетом применения замены, во все ответственные детали и узлы. Такая задача была поставлена перед специалистами Самарского университета и сотрудниками компании «Иннопол-технологии».

Предварительно, до разборки для сканирования деталей, устройство было сканировано в собранном виде, почти полностью — кроме рамы привода, для того, чтобы затем, в процессе моделирования, была возможность сравнения размеров изделия и расположения деталей, и для проверки наличия отклонений созданной трехмерной модели от реального устройства.

В создании трехмерной виртуальной модели погружного смесителя применялся 3D-сканер RangeVision PRO. Весь процесс оцифровки изделия, в том числе добавление меток, собственно сканирование, калибровка — заняли, приблизительно, от четырех до пяти часов.

Как проходило сканирование — расскажем ниже.

Устройство было разобрано, а затем его детали были отсканированы с применением автоматического поворотного столика. Сканирование каждой детали, вместе с последующей обработкой данных, заняло от часу до полутора. По данным этих сканирований были созданы компьютерные трехмерные модели деталей.

Не все измерения проводились сканером, некоторые из них были сделаны ручным измерительным инструментом, для максимальной точности — надо понимать, что с микрометром сканер пока поспорить не может, при всех прочих его преимуществах. Но сканирование, тем не менее, очень сильно ускорило процесс составления документации на детали.

Во многих случаях 3D-сканер просто незаменим, например — без него измерение всех параметров колеса и лопаток пропеллера заняло бы несопоставимо большее время. Время сканирования лопасти, покрытие которой матирующим спреем не понадобилось, вышло около часа. В общем и целом сканирование прошло легко и не вызвало никаких затруднений.

3D-скан рабочего колеса

По завершении 3D-сканирования, по его результатам, было проведено обратное проектирование, то есть составление технической документации на сканированные детали.

CAD-модель погружного смесителя

Проводившие работы по обратному проектированию инженеры отзываются о 3D-сканере RangeVision как о крайне полезном и удобном в работе инструменте, утверждая, что он может помочь в ускорении решения самых разных задач в области проектирования, которые иначе занимают очень много времени, и что для обратного проектирования 3D-сканер просто незаменим.

Обратное проектирование шламового насоса

3D-сканирование проходило с использованием монохромных маркеров в виде стикеров, происходило на объекте заказчика, производилось 3D-сканером RangeVision PRO 2М с использованием ПО ScanCenter и САПР и заняло около восьми часов само сканирование, еще столько же — обработка данных, а построение на их основании модели CAD и создание чертежей заняло еще сутки.

С помощью 3D-сканирующего оборудования RangeVision было сделано сканирование бронедисков шлaмового насоса, а затем, с использованием результатов сканирования, создана трехмерная подробная модель в среде проектирования, по которой можно изготовить аналогичные детали.

Характерная черта 3D-сканеров RangeVision — удобство их транспортировки и применения в самых сложных производственных условиях.

Сканеры RangeVision спроектированы так, чтобы из использование — объемная съемка объектов, было максимально удобным при любых обстоятельствах.

Из этого кейса вы узнаете о том, как сотрудники новосибирской компании “Сибрэйн” сканировали детали для горно-обогатительного предприятия на его территории.

Задача заключалась в сканировании двух деталей — это были бронедиски шламового насоса. Сканирование было необходимо для проектирования и выпуска аналогичных деталей. Эти крупногабаритные и тяжелые детали, весом по полтонны, перемещали для сканирования с помощью цехового крана.

Условия, в которых происходило сканирование, были сложными — низкие температуры (около нуля градусов) и высокая влажность усложняли работу, также мешали взвесь угольной пыли в воздухе помещения и не самое подходящее освещение. Но это не помешало инженерам провести запланированное.

Работы производились с помощью RangeVision PRO 2M, его оптические датчики были выставлены в максимально широкую позицию для сканирования крупной детали. На детали были нанесены маркеры. В первую очередь производилось сканирование устройства в собранном виде, а затем — каждой части и крепежного элемента отдельно. Процесс сканирования был завершен фактически за день.

Еще день отняла обработка результатов сканирования и создание полигональной модели, которая затем была переслана специалистам для импорта её в CAD. Результатом работ стала модель в САПР и чертежи, то есть материалы пригодные для передачи на производство.

3D-сканирование помогло получить в сжатые сроки и с минимальными усилиями проектные данные высокой точности, создание которых иначе, другими методами, отняло бы намного больше времени. Один лишь съем данных мог отнять около рабочей недели и более. Применение 3D-сканера позволило за шесть дней получить уже готовую к использованию на производстве информацию.

Итог

Сканеры RangeVision зарекомендовали себя как грамотно спроектированные и отлично работающие устройства, предоставляющие пользователю максимум информации о сканируемых объектах, удобные в транспортировке и работе и пригодные для использования даже в сложных условиях.