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Líneas láser, luz estructurada y luz infrarroja

Introducción

Los escáneres 3D portátiles son adecuados para una amplia gama de aplicaciones. Debido a su portabilidad y versatilidad, estos dispositivos compactos se pueden utilizar para escanear una amplia gama de objetos, como vehículos, sitios arqueológicos al aire libre e incluso personas.

Debido a que los escáneres portátiles tienen tantos usos potenciales, el mercado de metrología y captura 3D ahora está repleto de diferentes opciones para los compradores. Los modelos van desde el nivel básico hasta el profesional , y los compradores a menudo pueden encontrar escáneres con funciones adaptadas a su propio campo de trabajo. Y el aspecto portátil tampoco significa comprometer la calidad: muchos escáneres portátiles pueden superar en rendimiento a sus equivalentes estáticos o de escritorio.

Sin embargo, es importante destacar que no todos los escáneres 3D portátiles funcionan de la misma manera. De hecho, la tecnología de la fuente de luz de los escáneres puede ser completamente diferente de un modelo a otro. Algunos escáneres utilizan líneas láser para capturar datos 3D, otros utilizan proyecciones de luz estructuradas y una pequeña cantidad de productos utilizan luz infrarroja invisible para superar desafíos de escaneo específicos.

Este artículo analiza las diferencias entre tres tipos principales de tecnologías de escaneo activo sin contacto para escáneres 3D portátiles y analiza algunas de las ventajas, desventajas y aplicaciones más importantes de cada una.

Escáneres láser 3D portátiles

Productos de ejemplo: FreeScan Combo, FreeScan UE Pro, FreeScan Trio

El escaneo láser 3D utiliza una técnica llamada triangulación. Dichos escáneres proyectan una luz láser (generalmente roja o azul) hacia el objeto escaneado, creando un punto láser en la superficie del objeto, mientras que una cámara o sensor, ubicado a una distancia fija del emisor láser, captura la ubicación del láser. punto. La cámara, el emisor y el punto láser forman un triángulo.

El punto láser aparecerá en un área diferente del campo de visión de la cámara dependiendo de qué tan lejos esté la superficie del objeto escaneado del emisor láser. El escáner puede calcular esta distancia basándose en la posición relativa y el ángulo del emisor láser y la cámara, y una vez que se han capturado suficientes datos de escaneo, se puede determinar toda la geometría de la superficie del objeto escaneado.

En el caso de los escáneres láser portátiles, el escáner también debe poder establecer su propia ubicación (ya que el operador lo mueve constantemente). Esto se puede lograr utilizando un sistema de seguimiento interno o externo.

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Los escáneres láser, como el FreeScan UE Pro de grado industrial de Shining 3D , a menudo se prefieren sobre otras tecnologías debido a su facilidad de uso en una variedad de entornos y en objetos con una variedad de texturas de superficie. Esto se debe a que las líneas láser son más brillantes que las proyecciones de luz estructuradas.

Ventajas:

– Las líneas láser son más brillantes que la luz estructurada, lo que hace que los escáneres láser sean mejores para escanear en entornos brillantes, incluso en exteriores.

– Mejor que la luz estructurada para capturar superficies oscuras o reflectantes

Desventajas:

– Normalmente no pueden capturar color, a menos que sean escáneres híbridos.

– Más caro que otras tecnologías

Aplicaciones comunes:

– Ingeniería inversa

– Mantenimiento y reparación industrial

– Control de calidad

– Investigación científica

– Escaneo en exteriores en campos como arquitectura, arqueología y ciencias naturales.

Escáneres 3D portátiles de luz estructurada

Productos de ejemplo: EinScan Pro HD, EinScan Pro 2X 2020 

El escaneo 3D con luz estructurada funciona de manera diferente al escaneo láser. Con esta tecnología de escaneo, el dispositivo proyecta estrechas bandas de luz sobre la superficie del objeto escaneado. Estas bandas suelen ser conjuntos de líneas paralelas u otros patrones.

Al igual que con otros tipos de tecnología de escaneo, el escaneo de luz estructurada utiliza una o más cámaras ubicadas a poca distancia de la fuente de luz. La función de la cámara es capturar los patrones de luz proyectados cuando golpean la superficie del objeto escaneado: la lente de la cámara verá los conjuntos de líneas deformadas (estiradas, ensanchadas, dobladas, más cercanas o más separadas, etc.) dependiendo de la forma de la superficie del objeto. Utilizando una secuencia de cálculos, el escáner puede utilizar las líneas de luz deformadas para determinar la ubicación, el tamaño y la forma del objeto escaneado.

La fuente de luz de un escáner de luz estructurada normalmente brillará con luz blanca o luz LED azul, ya que este tipo de luz se puede controlar con un alto nivel de precisión. Los escáneres de luz estructurada generalmente no tienen sistemas de seguimiento, sino que utilizan marcadores en el objeto escaneado que ayudan al software de escaneo a reconocer dónde se superponen las diferentes instantáneas.

Impresoras 3D

Los escáneres 3D portátiles de luz estructurada son muy versátiles y algunos modelos, como el EinScan Pro HD de Shining 3D, pueden ofrecer escaneo en color, lo que abre una serie de posibilidades. Sin embargo, no se recomienda el uso de escáneres de luz estructurada en entornos brillantes, ya que la cámara tendrá dificultades para reconocer las bandas de luz si hay otras fuentes de luz presentes.

Ventajas:

– La captura puede ser más rápida que otras tecnologías de escaneo

– El hardware es menos costoso que otras tecnologías.

– Capta un ruido mínimo, aumentando la precisión del escaneo

Desventajas:

– Deficiente para escanear objetos en ambientes brillantes

– Deficiente para capturar superficies brillantes u oscuras

Aplicaciones comunes:

– Ingeniería inversa

– Control de calidad

– Escaneo de obras de arte y esculturas.

– Análisis forense

– Captura para realidad virtual/juegos

– Escanear objetos de colores

Escáneres 3D infrarrojos portátiles

Productos de ejemplo: EinScan H

Un tipo de fuente de luz menos común pero aún importante para los escáneres 3D es la luz infrarroja. Invisible a simple vista, la luz infrarroja es un tipo de radiación electromagnética con longitudes de onda más largas que las de la luz visible.

Los escáneres de infrarrojos suelen funcionar de forma similar a los escáneres de luz estructurada. Sin embargo, la luz proyectada no es visible a simple vista y se debe utilizar un tipo diferente de cámara para capturar la luz infrarroja cuando incide en el objeto escaneado. Aunque suele ser más lento y menos preciso que el escaneo con luz visible, el escaneo con luz infrarroja proporciona algunos beneficios importantes sobre otras tecnologías.

Una de las aplicaciones más comunes del escaneo infrarrojo es el escaneo del cuerpo humano, que es común en áreas como el diagnóstico de atención médica, la captura de realidad virtual y la moda. Como la luz infrarroja no es visible a simple vista, se puede utilizar para escanear rostros sin causar molestias oculares. Además, no provoca reflejos en superficies brillantes, lo que lo hace adecuado para escanear texturas complejas como el cabello.

Impresoras 3D

El escaneo 3D por infrarrojos es más específico que el escaneo láser y el escaneo de luz estructurada, y hay menos productos disponibles en el mercado.

Ventajas:

– Seguro y cómodo para escanear cuerpos humanos, ya que no hay luz brillante que pueda dañar la visión.

– Sin interferencias de reflejos u otras fuentes de luz.

– Bueno para escanear superficies brillantes u oscuras

Desventajas:

– Menos preciso que otras tecnologías para escaneo general

Aplicaciones:

– Escaneo del cuerpo humano

– Escaneo de superficies brillantes u oscuras, como el exterior de automóviles

Escáneres 3D híbridos portátiles

Productos de ejemplo: EinScan H (luz estructurada + infrarrojos), EinScan HX (luz estructurada + láser)

Algunos de los escáneres 3D portátiles más potentes del mercado combinan múltiples fuentes de luz en un solo dispositivo. Esto permite al usuario mitigar fácilmente las deficiencias de un tipo de fuente de luz.

Un ejemplo de escáner híbrido es el EinScan H de Shining 3D, que combina capacidades de escaneo de luz estructurada e infrarrojos. El escáner híbrido está dirigido a usuarios que necesitarán escanear rostros humanos (utilizando el modo de escaneo infrarrojo seguro para los ojos) y una variedad de otros objetos (que pueden capturarse con mejor resolución mediante proyección de luz estructurada).

Algunos escáneres 3D, como el EinScan HX, combinan luz estructurada y escaneo láser. Aunque las capacidades de escaneo láser no son tan completas como las de un escáner láser independiente (como el FreeScan UE), la configuración híbrida permite a los usuarios combinar los beneficios de las dos tecnologías, como la captura de superficies coloreadas con el hardware de luz estructurada. y la captura de superficies brillantes con el hardware láser.

Impresoras 3D

Uno de los principales beneficios de los escáneres híbridos como el FreeScan UE es la capacidad de combinar datos de distintas tecnologías de escaneo en la misma nube de puntos cambiando rápidamente entre modos de escaneo.

Ventajas:

– Combina ventajas de múltiples tecnologías

– Altamente versátil

Desventajas:

– La curva de aprendizaje puede ser más pronunciada

– Puede costar más que los escáneres con una sola fuente de luz

Aplicaciones:

– Escanear objetos con una variedad de características y superficies diferentes

Consideraciones clave

Cada una de las tres fuentes de luz de escaneo que se analizan aquí ofrece su propio conjunto de ventajas y cada una puede ser capaz de capturar escaneos de calidad profesional.

Teniendo esto en cuenta, puede resultar complicado elegir entre las diferentes tecnologías a la hora de comprar un escáner 3D portátil. En general, existe una gran superposición entre las capacidades de los escáneres láser y las de los escáneres de luz estructurada. Ambos utilizan una fuente de luz activa y cámaras para capturar datos escaneados, y ambos son capaces de realizar escaneos de alta resolución en las condiciones adecuadas. En general, estas tecnologías tienen más en común que, por ejemplo, las máquinas de medición por coordenadas y los sistemas de fotogrametría.

Dicho esto, existen diferencias entre los tipos de escáneres que se analizan aquí. Los profesionales que planean utilizar su escáner de mano en una variedad de entornos interiores y exteriores pueden preferir los escáneres láser, mientras que aquellos que desean obtener escaneos detallados de objetos pequeños en un entorno controlado pueden estar mejor con un escáner de luz estructurada. Estos modelos también tienden a ser menos costosos que los escáneres láser. Como hemos mencionado, los escáneres de luz infrarroja ocupan un territorio más pequeño en el panorama del escaneo portátil, pero ciertamente también tienen sus usos.

Los usuarios que planean implementar su escáner 3D para una amplia gama de tareas pueden, por supuesto, preferir los escáneres híbridos, ya que tienden a ofrecer la más amplia gama de aplicaciones potenciales debido a su combinación de diferentes tecnologías.

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