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Al centro della scansione 3D per triangolazione laser si trova un principio semplice ma ingegnoso, che utilizza uno scanner di metrologia per prendere misurazioni tridimensionali di qualsiasi oggetto mediante un fascio laser.
Il principio della triangolazione laser funziona combinando un laser e una telecamera. Un fascio laser viene proiettato sulla superficie dell'oggetto e una telecamera cattura la luce riflessa. Conoscendo gli angoli e la distanza tra il laser e la telecamera, il sistema calcola le coordinate esatte sulla superficie dell'oggetto utilizzando una relazione trigonometrica.
Scanner 3D avanzati come gli Scanner Kreon progettati per misurazioni tramite triangolazione laser garantiscono un'acquisizione dati affidabile della forma e delle caratteristiche esatte dei componenti con una precisione notevole, tutto grazie a un fascio laser.
Ciò consente ai produttori di soddisfare con fiducia i loro obiettivi di controllo qualità e sviluppo prodotto in un'ampia gamma di applicazioni industriali.
Il termine "triangolazione" nel contesto della scansione 3D proviene da due aspetti principali:
1. Configurazione del sistema: I componenti del sistema, che comprendono la sorgente laser (1), la telecamera (2) e la linea laser (3) sull'oggetto da digitalizzare, sono disposti in modo da formare i tre punti di un triangolo.
2. Principio matematico: il metodo utilizza principi basati sui triangoli simili. Ciò implica l'uso delle relazioni e dei rapporti dei triangoli, con calcoli trigonometrico per convertire le informazioni 2D catturate nell'immagine digitale in coordinate 3D reali.
Nella scansione 3D per triangolazione laser, i parametri noti sono la lunghezza di un lato del triangolo, la distanza tra la telecamera e l'emettitore laser e l'angolo formato tra l'emettitore laser e la telecamera. La precisione dello scanner è legata all'accuratezza della misura della distanza e dell'angolo tra l'emettitore laser e la telecamera, nonché a come questi parametri vengano mantenuti in modo coerente nel tempo durante il funzionamento dello scanner. Inoltre, la precisione dello scanner dipende dalla risoluzione del sensore della telecamera.
Osservando la posizione del punto laser nel campo visivo della telecamera, è possibile determinare l'angolo dal lato della telecamera. Questi tre parametri definiscono la forma e le dimensioni del triangolo e localizzano la posizione del punto laser.
L'immagine sottostante mostra come la telecamera percepisce la linea laser. La linea appare deformata in base alla forma della superficie dell'oggetto. La coordinata Y di un punto sulla linea laser nell'immagine aumenta con l'altitudine del punto corrispondente sull'oggetto.
Ecco un processo passo dopo passo spiegato:
1. Una linea laser viene proiettata verticalmente sull'oggetto da digitalizzare.
2. Una telecamera, inclinata ad un angolo (θ) rispetto al piano laser, riprende la scena per determinare la posizione dell'oggetto.
3. La linea digitalizzata viene trasformata in una serie di punti 2D con un'ordinata comune.
4. Spostando lo scanner, la telecamera registra una nuova linea laser dopo la prima, e così via, formando una successione di linee laser che possono sovrapporsi per formare la forma completa dell'oggetto in 3D.
Il posizionamento preciso dello scanner in uno spazio di lavoro 3D è cruciale per posizionare efficacemente le linee di scansione. Ciò richiede una comprensione approfondita della localizzazione dello scanner all'interno dello spazio di lavoro.
L'approccio principale per raggiungere questo obiettivo è il Sistema di Posizionamento Esterno , che include dispositivi esterni come un braccio di misura o una Macchina per Misurare Tridimensionale (CMM), che consente misurazioni completamente indipendenti e di alta precisione.
La frequenza dello scanner determina la velocità di acquisizione delle linee. Maggiore è la frequenza, più vicine sono le linee e più velocemente può muoversi l'operatore.
Per garantire una copertura completa e precisa, possono essere effettuate più scansioni da angolazioni o posizioni diverse rispetto all'oggetto. I dati di più scansioni vengono allineati e fusi in un'unica nuvola di punti, che rappresenta le coordinate spaziali precise dei punti sulla superficie dell'oggetto.
I dati della nuvola di punti vengono elaborati per ricostruire la geometria superficiale dell'oggetto in tre dimensioni, generando eventualmente una superficie mesh. L'output finale del processo di scansione è un modello digitale dell'oggetto, che può essere utilizzato per varie applicazioni come ispezione, controllo qualità, retroingegneria o conservazione digitale di opere d'arte.
La scansione laser offre vantaggi significativi in vari settori. Nell'industria manifatturiera, garantisce una precisione a livello micron per il controllo qualità, la rilevazione di difetti e la verifica di geometrie complesse. L'industria automobilistica utilizza scanner laser per la convalida dei pezzi e l'ispezione degli utensili, supportando lo sviluppo di veicoli più affidabili e sicuri. Gli ingegneri aerospaziali si affidano alla scansione laser per test non distruttivi e senza contatto, consentendo di catturare dettagli complessi e grandi assemblaggi senza danneggiare componenti sensibili.
In conclusione, la tecnologia di scansione 3D per triangolazione laser è incredibilmente precisa e utile per misurare e catturare oggetti industriali nei minimi dettagli. Aiuta le industrie a essere precise, a lavorare più velocemente, ad analizzare e implementare dati affidabili. Questa tecnologia viene utilizzata in molti modi e continua a migliorare, accelerando i progetti industriali per massimizzare la loro produttività.
