Сравнение и тестирование сканеров Scantech Simscan 30 и Shining UE Pro

Российская промышленность едва успела восстановиться после пандемии, как перед ней возникли новые препятствия в виде перестройки с экспортно-импортной модели развития, когда запчасти, сырьё приобретали за границей и, соответственно, продукция отправлялась туда же. Это стало испытанием для промышленных компаний потому что раньше было очень легко и удобно купить что-то за границей, а теперь многие заграничные запчасти или сложнее получить или дороже.

Сегодня отечественные промышленники вплотную столкнулись с задачей импортозамещения по причине санкций и действующих запретов на импорт техники и компонентов. Выживание компании, продукция которой включает зарубежные компоненты, полностью зависит от замещения деталями российского производства или от ограниченного списка стран. В России можно производить компоненты, на которые отсутствует конструкторская и технологическая документация. В современных условиях это можно сделать именно с помощью реверс-инжиниринга.

Задачи, которые решаются с помощью обратного проектирования:

• разработка или восстановление утерянной конструкторско-технологической документации на изделия и/или оснастку для их производства,

• оптимизация сложных сборок с целью их агрегации в единое изделие,

• производство запасных частей по моделям цифрового склада (ТОиР),

• усовершенствование изделий для увеличения их функциональных и ресурсных свойств,

• анализ продукции конкурентов для разработки и изготовления собственных изделий и внесения важных конструктивных дополнений.

В данном обзоре будут рассмотрены два 3D-сканера разных производителей:  Scantech Simscan 30 и Shining FreeScan UE Pro.

Оба 3D-сканера входят в государственный реестр средств измерений, то есть их метрологические и технические характеристики были подтверждены Единым центром проверки результатов испытаний в целях утверждения типа средств измерений.  Эти 3D-сканеры близки по техническим характеристикам и цене. Сравнение будет проходить по следующим параметрам:​

• Эргономика 
• Комплектация 
• Программное обеспечение 
  • Scantech Simscan 30
  • Shining FreeScan UE Pro
• Тесты
  • Мелкий объект с высокой детализацией 
    • Scantech Simscan 30
    • Shining FreeScan UE Pro
  • Средний объект с частично увеличенной детализацией на области внутри 1 проекта.
    • Scantech Simscan 30
    • Shining FreeScan UE Pro
  • Большой объект (больше 1 метра) 
    • Shining FreeScan UE Pro
• Вывод 

Оба 3D-сканера побывали на нашем тестовом столе, прошли несколько технических тестов и нам удалось полностью разобраться в деталях работы и с нюансами эксплуатации; у нас имеется весьма обширный опыт использования 3D-сканеров обоих брендов благодаря чему мы смогли сделать выводы, которые будут представлены ниже.

Эргономика 

Scantech Simscan 30

“Самый компактный на рынке” лазерный ручной 3D-сканер - так окрестили эту модель. Действительно размеры 3D-сканера всего  203 х 44  х 80 мм, а вес -  570 грамм (без учета небольшого кейса). Сам кейс и вся комплектация к нему, не считая ноутбука, будет весить около 5 кг, а по габаритам будет занимать 40 х 30 х 25 см.

3D-сканер не имеет какой либо выделенной ручки под хват рукой, в комплекте идет пластиковая нашлепка с резинкой, чтобы 3D-сканер можно было хоть как то удержать в руках и не бояться выронить в процессе работы. Насколько удачное такое решение в плане эргономики становится очевидным уже спустя час-полтора работы - переключение кнопок, которых выделено 4 шутки на верхней части 3D-сканера (что весьма удобно, не нужно бегать к ноутбуку если тот далеко), производится без проблем.

Но нагрев 3D-сканера, который не помогает выдержать даже перфорированная пластиковая вставка с резинкой, заставляет прервать работу, дать оборудованию немного остыть, снова откалибровать и продолжить работу, снова нагревая его до того же состояния и запуская цикл работы по кругу. То есть сэкономив место на расположении ручки и размещении электроники внутри корпуса это привело скорее к минусу таких габаритов т.к с 3D-сканером не получится долго работать. 

Что еще замечаешь при работе с ним, так это очень маленький угол наклона, еще на моменте калибровки. Угол наклона 3D-сканера относительно горизонтальной плоскости около 15 градусов, что очень мало. Угол сведения камер также маленький, производитель позиционирует это как плюс  - для сканирования узких мест и канавок, по сравнению с 3D-сканерами с большим углом сведения камер.

Shining FreeScan UE Pro

Shining FreeScan UE Pro имеет стандартные размеры и вес (298х104х75 мм; вес:  840 грамм). 3D-сканер имеет классический форм-фактор свойственный ручному 3D-сканеру для крупных объектов. Средний угол сведения камер, сбалансированный корпус удобно лежащий в руке, 5 кнопок расположенных в верхней части корпуса (чтобы их достать нужно наловчиться, а лучше управлять второй рукой для переключения режимов и изменения типа лазеров).

Лазерный вывод, так же как и у Simscan, расположен посередине 3D-сканера, правда за счет более тонкой ручки обладатели крупных рук могут случайно закрыть выводы лазеров указательным пальцем (что пару раз и случалось).  Корпус сбалансирован и удобен для работы продолжительное время, а датчик температуры, показания которого выведены на экран ПО, будут информировать вас о температуре 3D-сканера и о необходимости калибровки после нагрева, а больше чем на 10 градусов по сравнению с температурой 1-й калибровки. В плане соблюдения метрологической точности - это несомненный плюс. 

Сам 3D-сканер идет в комплекте с кейсом, который имеет размер 55х35х25 см. Габариты на грани допустимого размера ручной клади в авиаперевозке, а вес всей комплектации без ноутбука будет составлять 11 кг (уже не маленький вес, и для транспортировки в ручную кладь придется вытащить блок питания и метки на случай взвешивания). Вес и размер мы относим к минусам. Спасают положение встроенные колесики и ручка для удобного перемещения кейса по ровной (или не очень) поверхности. 

Комплектация 

Scantech Simscan 30

Немаловажный момент, что входит в комплект поставки самого 3D-сканера. На данный момент мы рассматриваем  комплектацию по минимуму без дополнительных опций. 

• 3D-сканер

• Противоударный водозащитный кейс

• Калибровочная плита

• Комплект самоклеющихся маркеров 

• Провода для подключения к компьютеру (USB 3.0) 

• Блок питания и комплект проводов для подключения к сети

• USB накопитель с программным обеспечением ScanViewer

• USB-электронный ключ.

Все, что необходимо для работы 3D-сканера, не считая компьютера, имеется в комплекте. 3D-сканер можно откалибровать, отсканировать модель, получить облако точек, затем преобразовать его в полигональную модель и подготовить эту модель для реверса (имеется минимальный инструментарий для редактирования сетки). 3D-сканер позиционируется как портативное ручное устройство для сканирования небольших и маленьких объектов. Как заявляет производитель: для сканирования объектов до 4 метров. 

Shining FreeScan UE Pro

Стандартная комплектация 3D-сканера:

• 3D-сканер

• Противоударный водозащитный кейс

• Калибровочная плита

• Комплект самоклеющихся маркеров 

• Провода для подключения к компьютеру (USB 3.0)  длиной 4.5 метра

• Блок питания и комплект проводов для подключения к сети

• USB накопитель с программным обеспечением FreeScan UE и Solidedge Shining Edition

• USB-электронный ключ

• Комплект фотограмметрии ( 2 измерительных шкалы)

Самое основное отличие от комплектации Simscan - это наличие фотограмметрии и программы для реверса, что является огромным плюсом. Фотограмметрия у Simscan тоже есть, но продается отдельно и в основной комплект поставки не входит; программное обеспечение для реверса также не предоставляется.  

Метрологический сертификат на оба 3D-сканера получают отдельно, оба измерительных устройства входят в перечень метрологических средств измерения.
 

Программное обеспечение 

Программное обеспечение - один из самых главных атрибутов сканирующего устройства, т.к само устройство даже при наличии продвинутого железа всего лишь инструмент выполнения вшитых в него алгоритмов по обработке полученных данных
 

Scantech Simscan 30

ScanViewer - комплектное ПО от Scantech, местами не очень логичное и нестабильное запускается так же только вместе с USB-ключом, не обновляется по сети и обновление нужно отдельно запрашивать у поставщика оборудования, что крайне неудобно.

Главный плюс данного ПО: проведение достаточно точных замеров геометрии, используя примитивы, которые строятся, опираясь на геометрию скана. 

Другое преимущество - это возможность проводить метрологический анализ не выходя из ПО, программа поддерживает импорт твердотельной инженерной модели, может сравнить ее со сканом и выдать диаграмму отклонений. Функционал работает не так хорошо как в ПО для реверса и анализа, также бывает крайне нестабилен, но данный функционал очень полезен для метрологического оборудования.

Shining FreeScan UE Pro

Использует ПО: FreeScan UE. Это программное обеспечение, которое идет в комплекте с 3D-сканером, запускается только при вставленном USB-ключе (что можно отнести к минусам), крайне простое и логичное ПО обеспечение, переведенное на русский язык. 

Плюсы: включает в себя полный цикл получения модели для дальнейшей печати или реверса. 

Функционала программы:

• сканирование меток

• сканирование модели

• сшивка облака точек (3 метода) 

• управление и включение пресетов лазеров 3D-сканера

• управление плотностью точек, увеличение плотности на части скана

• удаление лишних маркеров и отсечение плоскости сканирования

• создание модели из облак точек ( индженерный и художественный метод)

• автоматическая зашивка меток 3D-сканера

• работа с полигональной моделью 

• обновляется автоматически при подключении к сети интернет

Это не полный список функционала.
 

Тесты

Мелкий объект с высокой детализацией 

Оба рассматриваемых 3D-сканера не предназначены для высокой детализации, для таких объектов лучше подходит 3D-сканер с другой физикой процесса - ювелирный 3D-сканер спектрального подсвета.

Сложность сканирования маленьких объектов помимо детализации заключается в позиционировании нескольких сканов в один единый. Оба 3D-сканера имеют несколько типов выравнивания по: 

• геометрии, когда проекты имеют с собой перекрестно повторяющуюся геометрию;

• выбранным точкам. Самый примерный способ, который подходит для предварительного выравнивания;

• меткам. Это самый точный и быстрый способ.

В случае очень маленькой геометрии нам просто физически некуда клеить маркеры для позиционирования сканов между собой, и в ход идут вспомогательные элементы в виде угловых меток и сканирование объекта целиком,  что не всегда можно сделать. 

Максимальная детализация обоих 3D-сканеров примерно одинакова: 

• Simscan 30: 0.025 мм 
• FreeScan UE Pro: 0.02 мм 

У обоих 3D-сканеров максимальная детализация доступна при предварительном сканировании в меньшем разрешении, перейдя в режим частичной детализации доступно максимальное разрешение. 

Для тестового сканирования были выбраны 2 монеты номиналом 5 и 10 рублей, как более универсальные, детальные и маленькие объекты. Также монеты примечательны материалом и текстурой - стальные и блестящие. Очень непростая задача для любого 3D-сканера. Идеально с ней справится ювелирный 3D-сканер и то только с матированием объекта. 

Исходные данные:

• Плотность точек выбрана стартовая: 0.1.
• Освещение, монеты, температура в помещении одинаковые.
• Температура 3D-сканера Freescan в пределах рабочей температуры, Scantech - unknow - калиброван прогретый непосредственно перед сканированием монеты. 

Время сканирования: 

• Freescan UE Pro : ~ 5 мин
• Simscan 30: ~ 10 мин (сканирование проводилось несколько раз)  

Scantech Simscan 30

Тест без матирования (облако точек) - плотность точек 0.025

C матированием (облако точек) 

Полигональная модель (без матирования)

Полигональная модель с матированием: плотность 0.025. С 3-ей попытки удалось получить удобоваримый скан и модель

Shining FreeScan UE Pro

Тест без матирования (облако точек) - плотность точек 0.1

После сканирования габаритов увеличиваем плотность до 0.02 мм

С матированием

Полигональная модель без матирования 

Полигональная модель с матированием 

Вывод:

Scantech Simscan 30 собирает крайне мало точек даже при продолжительном сканировании, качественную модель получить вышло с 3-го раза, также ПО посчитало что данных слишком много. Необходима доработка ПО, оптимизация данных и алгоритмов сбора данных.

Shining получает более детальное облако точек, более детальную и полную модель, приближенную по качеству к стационарным 3D-сканерам, продолжительность сканирования при этом возрастает.
 

После данного сообщения обрезали область сканирования, но ПО все равно вылетело

Средний объект с частично увеличенной детализацией на области внутри 1 проекта.

Для проведения второго теста мы выбрали деталь размером ~ 350 х 400 мм от автомобиля BMW. Деталь более матовая с наличием мелкой детализации

Scantech Simscan 30

Начальная детализация: 0.2мм

Увеличенная детализация: 0.02 мм

Время сканирования: ~ 5 мин

Облако точек

Увеличение детализации на участке до 0.02 мм

Полигональная модель 

Shining FreeScan UE Pro

Начальная детализация: 0.2мм

Увеличенная детализация: 0.02 мм

Время сканирования: ~ 6 мин

Сканирование облако точек: 0.2

Увеличение детализации на участке объекта 0.02 

Геометрия объекта 

Оба 3D-сканера показали себя отлично. Данный тип объектов является целевым для обоих 3D-сканеров. 

Большой объект (больше 1 метра) 

Для сканирования большого объекта выбор пал на очень простую геометрию - параллелепипед размером 1х1х1,5 метра, черный с очень блестящими элементами

Параметры сканирования:

• Плотность точек: 0.5 мм
• Время сканирования: ~ 30 мин

Облако точек 

Геометрия 

Из-за маленького угла наклона (около 15 градусов) какие либо манипуляции с экономным нанесением меток или попытками отсканировать полости под ручками ящика требовали дополнительные метки, 3D-сканер с трудом справляется с такого рода объектами.

Shining FreeScan UE Pro

Параметры сканирования:

• Плотность точек: 0.5 мм
• Время сканирования: ~ 8 мин

Облако точек

Геометрия 

Вывод 

Для сканирования больших объектов Simscan мало подходит, 3D-сканер перегревается и имеет небольшую зону сканирования, также из-за небольшого угла сведения камер угол наклона самого 3D-сканера крайне ограничен, это бросается в глаза еще при калибровке. 

Shining - легко справляется с задачей, трудность составляет только нагрузка на оперативную память, большую плотность точек на большой объект ставить не стоит, лучше разбить проект на подпроекты