Informe: Escáner 3D / Sofia Jiménez C
| Título | Informe: Escáner 3D / Sofia Jiménez C |
|---|---|
| Asignatura | Taller de Fabricación |
| Del Curso | Taller de Fabricación 2022 |
| Carreras | Diseño, Diseño Industrial"Diseño Industrial" is not in the list (Arquitectura, Diseño, Magíster, Otra) of allowed values for the "Carreras Relacionadas" property. |
| Nº | 5 |
| Alumno(s) | Sofia Jiménez |
Informe técnico | Escáner 3D
¿Qué es?
El escáner 3D se puede definir como un dispositivo que es capaz de analizar un modelo físico con el fin de obtener datos sobre su forma y posible apariencia, es decir, se adquiere la geometría del objeto en cuestión. Analiza un objeto o una escena para reunir datos de su forma y ocasionalmente su color. Actualmente, se puede identificar claramente dos categorías de escáneres las cuales son: escáner de contacto y escáner sin contacto. El primero posee una pieza que transita sobre el objeto, donde ese elemento suele ser una punta de zafiro o acero duro, debido a esto es complicado trabajar con esta tecnología sobre un objeto frágil. Mientras que, en el caso del escáner sin contacto se basa en diferentes técnicas, que en términos generales se describe como el lanzamiento de una señal y esta es comparada con el retorno de la misma (para el caso de los activos), para el caso de los pasivos se estudia la radiación reflejada del ambiente.
Funciones
- Mediante un haz láser, el escáner calcula la distancia, desde el emisor hasta un punto de un objeto al alcance de su trayectoria.
- Mediante un espejo o varios espejos giratorios, barriendo en (x,y) o (φ,θ), el escáner hace incidir dicho haz láser, en una gran cantidad de puntos dentro de una zona del espacio, proporcionando así la distancia a todos esos puntos.
- La nube de puntos así generada, contiene también información sobre la distancia entre sí de los distintos puntos del objeto
- Dependiendo de la distancia al objeto, la precisión deseada y el objeto en cuestión, suelen ser necesarias varias tomas.
- Para producir un modelo 3D, se emplean aplicaciones software que permite orientar las distintas tomas.
Historia
Hacia la última mitad del siglo XX se comienza a desarrollar el escáner 3D, con el objetivo de recrear las superficies de objetos y lugares. Este tipo de tecnología es principalmente útil en el área de diseño y en la investigación. Los primeros prototipos de escáner 3D fueron desarrollados hacia los años sesenta, donde éstos empleaban luces, cámaras y proyectores con el fin de realizar el escaneo. Como era de esperar, en los primeros prototipos se encontraron muchas limitaciones de equipo, los cuales influían directamente en el tiempo y esfuerzo para poder realizar un escaneo de precisión de un objeto. Ya en 1985, es cuando es reemplazada la tecnología anteriormente mencionada, por escáneres que empleaban luz blanca, láseres y sombras para poder capturar una superficie. En paralelo a esto, en los años ochenta, fue desarrollada una sonda de contacto por la industria de fabricación de herramientas. Esta tenía por objetivo crear un modelo preciso, sin embargo, su labor la realizaba de manera lenta. Debido a esto, los expertos se dedican a trabajar con la tecnología óptica. El utilizar la luz, resultó ser un recurso mucho más eficiente que la sonda física, ya que el primero era expedito a la hora de trabajar y además no comprometía a los objetos frágiles. En ese contexto, se encontraban disponibles tres tipos de tecnologías ópticas, las cuáles eran:
- Por sensor de punto
- Por sensor de área
- Por sensor de línea (banda)
Como era de esperar, el tercer tipo de tecnología fue el que más próspero, pero junto con ello surgió la problemática del software a utilizar. El sensor al realizar el escaneo en tres dimensiones, se obtienen diversas posiciones del objeto. Aquí es donde existía el mayor problema, ya que el software debía ser capaz de eliminar los datos duplicados, unir los diferentes datos que se obtenían del escaneado. el escáner de cuerpo completo en 3D. Este último, nace a mediados de los noventa y captura digitalmente la forma humana utilizando una tecnología conocida como “Fotogrametría de superficie digital (digital surface photogrammetry)”. Este prototipo de escáner trabaja proyectando un patrón de luz aleatoria sobre la persona, con el fin de capturar los contornos de la superficie y la información de color con diversas cámaras digitales ubicadas en distintos ángulos, siendo estas sincronizadas con precisión. Debido a los altos costos económicos que significa fabricar un escáner 3D, surge a través de la empresa “Immersion and Faro Technologies” el primer escáner 3D de bajo costo, el cual era operado manualmente para digitalizar. Éstos eran capaces de producir modelos complejos, pero su desventaja radicaba en la lentitud para realizar un modelo detallado y no podía digitalizar las superficies de color. Ya en 1996, los escáneres 3D toman las tecnologías anteriormente mencionadas (brazo accionado manualmente y escaneo por línea o banda) y al juntarlos en “ModelMaker” crean un sistema muy rápido y a la vez flexible, convirtiéndose en el primer sistema de captura de realidad del mundo. Realizando modelos complejos y texturas con color.
Tipos de Escáner
Contacto
Los escáneres 3D examinan el objeto apoyando el elemento de medida (palpador) sobre la superficie del mismo, típicamente una punta de acero duro o zafiro. Una serie de sensores internos permiten determinar la posición espacial del palpador. Un CMM (Máquina de medición por coordenadas) o un brazo de medición son ejemplos de un escáner de contacto. Se usan en su mayoría en control dimensional en procesos de fabricación y pueden conseguir precisiones típicas de 0,01 mm. Su mayor desventaja es que requiere el contacto físico con el objeto para ser escaneado, por lo que el acto de escanear el objeto quizás lo modifique o lo dañe. Este hecho es crítico cuándo se escanean objetos delicados o valiosos tales como los artefactos históricos. La otra desventaja de los CMMs es que son muy lentos en comparación con los otros métodos que se pueden utilizar para escanear. El movimiento físico del brazo donde se monta el escáner puede ser muy lento y el CMMs más rápido puede sólo operar en unos pocos cientos de hertz. Por contraste, un sistema óptico semejante al de un sistema de escáner de láser puede operar de 10 a 1000 khz.
Sin Contacto
Activos
Los escáneres activos emiten alguna clase de señal y analizan su retorno para capturar la geometría de un objeto o una escena. Se utilizan radiaciones electromagnéticas (desde ondas de radio hasta rayos X) o ultrasonidos.
Aplicaciones de los escáner 3D
Aplicación Industrial y manufactura
Antiguamente, desarrollar diseños de un determinado producto, realizar mediciones de objetos de una geometría compleja, entre otras, solía tomar desde días a semanas en completar dichas tareas, sin embargo, en la actualidad el uso de escáneres 3D ha influido para realizar de forma expedita todas estas tareas. En la actualidad, las empresas pueden utilizar este tipo de tecnología para capturar desde pequeñas piezas hasta otras de tamaños grandes como una turbina y todo esto con una gran precisión. Además, los modelos 3D pueden ser exportados a diversos programas (digitalizados) para poder realizar mediciones, modificar o mejorar los diseños, integración con nuevos sistemas de producción, entre otros.
Aplicación en Patrimonio Cultural
En la actualidad, el empleo de imágenes 3D ha crecido bastante en los museos y especialistas de arqueología. Diversos laboratorios de investigación han trabajado en el modelado estatuas, virtualización en 3D de sitios arqueológicos, entre otros. En general, el proceso de medición y elaboración es la ingeniería inversa al igual que en el ítem mencionado anteriormente. El procedimiento habitual es: adquisición, modelado y visualización para monitorear el patrimonio arqueológico.
