اسکنر سه بعدی چیست؟

اسکن سه بعدی دنیای جدیدی از امکانات را فراهم نموده است. دنیایی که در آن قادرید هر جسم فیزیکی که در اطرافتان می باشد را به مدلی دیجیتالی تبدیل نماید.

روزانه هزاران شرکت در سرتاسر دنیا از اسکنر سه بعدی و همچنین نرم ­افزار­های مرتبط با آنها به منظور انجام فعالیت­های مورد نیاز خود بهره می برند. کاربردهایی همانند:

·        تولید فایل CAD از نمونه فیزیکی به منظور تولید محصولی جدید، اصلاح قسمتهای آسیب دیده و یا ایجاد یک محصول به روز شده.

·        کنترل کیفیت محصولات تولید شده و مقایسه آنها با طراحی CAD اولیه.

·        تولید محصولات مشتری پسند در زمینه سلامت، دندان پزشکی و مد.

·        و بسیاری دیگر از کاربردها

امروزه اسکنرها و نرم افزارهای مرتبط با آنها به صورت قابل توجهی پیشرفت کرده اند. اسکنرهای سه بعدی سریعتر، ارزانتر و دقیق تر شده اند. نرم افزارهای CAD نیز هوشمندتر، سریعتر و قابل اتکاتر گردیده اند.

 

اسکنر سه بعدی چیست

وسایلی که قادرند اجسام فیزیکی را با استفاده از لیزر، نور و یا X-Ray اندازه گیری نمایند و همچنین توانایی ایجاد ابرنقاط و مشهای پلکانی از جسم مورد اسکن را داشته باشند، می توان به عنوان اسکنر سه بعدی در نظر گرفت.

معمولا هدف اصلی اسکنر سه بعدی ایجاد فایل ابر نقاط از هندسه سطحی نمونه مورد اسکن می باشد. ابر نقاط شکل گرفته به منظور ایجاد شکل سه بعدی نمونه مورد استفاده قرار می گیرد. اسکنرهای سه بعدی نقاط مشترک زیادی با دوربین های عکاسی دارند. همانند دوربین ها یک اسکنر سه بعدی هم داری دامنه دید (filed of view) می باشد. یک اسکنر سه بعدی همانند دوربین تنها قادر است اطلاعات مرتبط با سطح یک جسم را ضبط نماید. در حالی که دوربین اطلاعات مرتبط با رنگ یک سطح را برداشت می نماید، اسکنر سه بعدی اطلاعات مرتبط با فاصله را از یک سطح مورد اسکن ضبط می کند. تصویر تولید شده توسط یک اسکنر سه‌بعدی در هر نقطه از تصویر، فاصله اسکنر تا سطح شی را تعیین می‌کند.

در بیشتر مواقع تنها با یک اسکن نمی توان، مدل سه بعدی کامل یک جسم را بدست آورد. با انجام چندین اسکن در زوایای مختلف و استفاده از نرم افزارهای ویژه، اسکن های بدست آمده را طی فرآیندی به نام Registration به یکدیگر چسبانده و یک مدل سه بعدی 360 درجه از نمونه را می توان ایجاد کرد.

 اسکنرهای سه بعدی به تنهایی قادر به ایجاد مدل سه بعدی از جسم نیستند.  درواقع اسکنرها در کنار یک نرم افزار ویژه که توانایی تشخیص ابرنقاط و تشکیل مش از آنها را داشته باشد، می توانند مدلی سه بعدی از جسم را ایجاد نمایند. اسکنر سه بعدی در هر بار تصویر برداری مقادیر بسیار طیادی اطلاعات ایجاد می کند که برای پردازش و مدیریت آنها نیاز به نرم افزار های ویژه CAD می باشد.

 

تکنولوژی های مختلف زیادی به منظور ایجاد یک فایل سه بعدی از جسم وجود دارد. در یک دسته بندی خوب می توان آنها را به دو گروه تماسی و غیر تماسی دسته بندی کرد. اسکنرهای غیر تماسی خود به دسته اصلی فعال و غیر فعال تقسیم بندی می شوند.

 

 اسکنر غیر تماسی فعال

این نوع اسکنر از نوعی پرتوافکنی یا تابش نور استفاده می‌کند و از طریق بازتاب این نوع پرتوها به شناسایی شی مورد نظر و محیط اطراف آن می‌پردازد. اولتراسونیک و اشعه ایکس، نمونه‌ای از‌ این نوع اسکنرها می‌باشد.

·        اسکنر سه بعدی مثلثی

این نوع از اسکنرها با بهره بردن از یک نور لیزر به صورت خطی و یا نقطعه و همچنین استفاده از یک سنسور و یا دوربین فرآیند اسکن سه بعدی را انجام می دهند. جمع آوری نور لیزر بازتابیده شده از جسم توسط سنسور و یا دوربین و استفاده از  سیستم محاسبات مثلثاتی، فاصله جسم تا اسکنر اندازه گیری می گردد.

فاصله و همچنین زاویه بین سنسور و منبع لیزر به صورت کاملا دقیق معین و مشخص می باشد. متناسب با نور لیزر بازتابیده شده از نمونه اسکن، سیستم قادر است زاویه تابش نور به سنسور را اندازه گیری نماید و در نتیجه فاصله منبع نور تا سطح جسم را بدست می آورد.

 

·        اسکنر سه بعدی با نور ساختار یافته

این نوع از اسکنرها نیز از سیستم محاسباتی مثلثاتی به منظور اندازه گیری فاصله استفاده می کنند.. اسکنرهای نور ساختار یافته به جای استفاده از یک نور خطی و یا نقطه لیزر از تابش الگوهای خطی ساختار یافته ایی بر روی سطح جسم مورد اسکن بهر می برند. با بررسی لبه های هر یک از خطوط نوری الگوی تابانده شده، فاصله اسکنر تا سطح نمونه محاسبه می گردد.

 

·        اسکنر سه بعدی زمان پرواز( time of flight)

 این نوع از اسکنرهای سه بعدی، از پالسهای لیزر به منظور اندازه گیری فاصله استفاده می کند. روش کار در این اسکنر سه بعدی بر اساس یک مفهوم بسیار ساده فیزیک استوار است. از آنجایی که سرعت نور مشخص و برابر با مقدار C می باشد، تنها کافی است مدت زمانی که نور لیزر از منبع خود طی می کند تا به جسم برسد و سپس توسط سنسور ضبط گردد را محاسبه نمود، تا فاصله منبع نور تا سطح جسم بدست آید. مدارهای استفاده شده در این نوع اسکنرها دقت اندازه گیری در حد پیکو ثانیه را دارا هستند.

 

اسکنر غیر تماسی غیر فعال

 

این نوع از اسکنرها هیچ گونه اشعه‌ای از خود ساطع نمی‌کنند، بلکه برای تشخیص شی مورد نظر بر انعکاس تابش نور محیط تکیه می‌کنند. اکثر اسکنرهای این دسته برای کار از نور مرئی استفاده می‌کنند چرا که به راحتی در دسترس می‌باشد. اما انواع اشعه‌های دیگر مانند اشعه مادون قرمز نیز می‌توانند برای کارکرد این اسکنرها مورد استفاده قرار گیرند. استفاده از این نوع اسکنر بسیار ارزان است چرا که به هیچ سخت‌افزار خاصی جز یک دوربین دیجیتال احتیاجی ندارد.