Was ist ein 3D-Scanner?
Ein 3D-Scanner ist ein Gerät, mit dem 3D-Scans durchgeführt werden können.
3D-Scannen bezieht sich auf die Technologie der Erfassung formbezogener Daten von realen Objekten und Umgebungen, um digitale 3D-Modelle zu erstellen. Ein ähnlicher Begriff ist 3D-Drucker, der Umwandlungen in umgekehrter Richtung durchführt: Ein 3D-Scanner ist ein Gerät zur Umwandlung von Objekten in digitale Daten, während ein 3D-Drucker ein Gerät zur Umwandlung von digitalen Daten in Objekte ist.
Anwendungen von 3D-Scannern
3D-Scanner werden in der Fertigungsindustrie häufig eingesetzt. Zum einen sind sie als Qualitätsprüfungsinstrumente nützlich. Die Inspektion industrieller Produkte erfordert Dimensionsmessungen mit einer Vielzahl von Messinstrumenten. Die Verwendung mehrerer Messinstrumente erfordert jedoch Fachkenntnisse im Umgang mit jedem einzelnen Instrument und viel Zeit für den Messvorgang.
Wird das Prüfobjekt mit einem 3D-Scanner in 3D-Daten umgewandelt, können selbst komplexe Teile anhand der digitalen Daten maßlich vermessen werden. Außerdem können Vergleiche mit dem entworfenen 3D-Modell angestellt werden. Neben der Qualitätsprüfung werden 3D-Scanner auch im Reverse Engineering eingesetzt.
Das Reverse Engineering liefert 3D-Daten vom eigentlichen Produkt, die für verschiedene Analysen genutzt werden können. Produkte von Mitbewerbern, für die keine Konstruktionsdaten verfügbar sind, können in 3D-Daten umgewandelt werden, um die Struktur zu analysieren und mit den eigenen Produkten zu vergleichen.
Außerhalb der Fertigungsindustrie werden 3D-Daten für die digitale Archivierung von historischem und kulturellem Erbe verwendet. Wertvolle Steinmonumente können beispielsweise als 3D-Daten erhalten werden. Darüber hinaus werden 3D-Scanner auch in der Unterhaltungsindustrie eingesetzt, z. B. bei der Produktion von Animationen, Filmen und Videospielen.
Funktionsweise von 3D-Scannern
Bei 3D-Scannern unterscheidet man zwischen berührenden und berührungslosen Verfahren, wobei es mehrere berührungslose Methoden gibt. Die Prinzipien der drei gängigsten Methoden werden hier erläutert.
1. Kontakt-3D-Scanner
Berührende 3D-Scanner wandeln Geometrie in Koordinatendaten um, indem sie einen Taster in Kontakt mit dem Objekt bringen. Da sie das Objekt direkt berühren, haben sie eine hohe Messgenauigkeit, benötigen aber eine relativ lange Messzeit. Ein weiterer Nachteil ist, dass der Taster manche Formen nicht durchdringen kann. 3D-Scanner mit Kontakt werden jedoch für Objekte verwendet, die mit berührungslosen Methoden nicht gemessen werden können.
2. Laserstrahlverfahren
Beim Laserstrahlverfahren handelt es sich um einen berührungslosen 3D-Scanner, bei dem die Messung durch die Einstrahlung eines Laserstrahls auf das Objekt erfolgt. Es gibt drei wesentliche Laserstrahlverfahren: Triangulation, Time-of-Flight (TOF) und Phasenerkennung.
Die Triangulationsmethode ist sehr genau und eignet sich für die Messung kleiner Flächen, während die Flugzeitmethode für die Messung großer Flächen geeignet ist. Die Phasenverschiebungsmethode, auch als Phasenverschiebungsmethode bekannt, liefert eine große Menge an Punktwolkendaten in relativ kurzer Zeit, neigt aber dazu, mehr Daten aus diffusen Laserreflexionen als Rauschen zu erzeugen.
3. Musterlichtprojektionsverfahren
Die Musterlichtprojektionsverfahren ist ein weiteres Prinzip, das in berührungslosen 3D-Scannern verwendet wird. Bei dieser Methode wird Streifenlicht vom Scanner auf das Objekt projiziert und aus dem reflektierten Licht, das sich je nach Form verändert, werden 3D-Daten gewonnen. Da es sich bei der Lichtquelle um LED und nicht um Laserlicht handelt, kann es am menschlichen Körper eingesetzt werden, und es können Farbinformationen gewonnen werden, weshalb es relativ weit verbreitet ist.
Weitere Informationen zu 3D-Scannern
Genauigkeit von 3D-Scannern
3D-Scanner erzeugen 3D-Scandaten des Objekts, aber sie geben das Objekt nicht immer perfekt wieder: Fehler bei 3D-Scannern treten bei der Position der Punktwolke des Objekts und dem Abstand zwischen den Punktwolken auf.
Es ist wichtig, ein Produkt mit einer akzeptablen Fehlertoleranz zu wählen, da die Produkte mit einer Genauigkeitskennzeichnung versehen sind. Hochpräzise Produkte sind natürlich teurer, aber einige Produkte ermöglichen Mehrfachmessungen, um Fehler auszugleichen.
Mit einem 3D-Scanner erstellte Polygondaten können auch manuell kombiniert werden, um die Genauigkeit zu erhöhen. Polygondaten sind Daten, die sich aus Oberflächenelementen zusammensetzen. Für diese Aufgabe ist Erfahrung wichtig, da man die besten Methoden zur Verbesserung der Genauigkeit für das Objekt kennen muss.