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Servicio Escáner 3D

En FOVEA ofrecemos servicios de escáner 3D y medición de piezas con alta precisión para obtener modelos digitales detallados de componentes, productos y elementos industriales. Mediante tecnologías de digitalización 3D sin contacto realizamos controles dimensionales, comparativas con archivos CAD, ingeniería inversa y análisis de tolerancias, reduciendo tiempos y mejorando la fiabilidad de cada proyecto.

¿Qué es el escáner 3D de corto alcance?

Escáner 3D de mano. Fuente: Creaform

Al igual que el escáner láser terrestre del que hemos hablado en este post. Los escáneres de corto alcance permiten documentar la realidad física de una forma rápida y precisa. El potencial que disponen estos aparatos también es muy alto, pudiendo documentar en cuestión de minutos, sin necesidad de contacto. La diferencia entre ambos sistemas es la tecnología de captura y obviamente la distancia al objeto digitalizado. Esto hace que las precisiones pasen del +/-1mm a hasta +/- 0.03mm (30 micras). Hace unos años la mayoría de sistemas de mano se basaban en la luz estructurada, que más adelante explicaremos con detalle. Hoy en día estos sistemas se siguen utilizando, pero en muchos casos están siendo superados por los sistemas láser de luz azul. Con cualquiera de los sistemas, el resultado son millones de coordenadas (X,Y,Z) es decir una nube de puntos, que a diferencia de los sistemas de escáner láser terrestre, siempre posteriormente se triangulan, generando así una malla con una gran cantidad de detalle. Esto es así porque el fin de la digitalización, suele ser o para verificar la geometría de una pieza, o para rediseñarla mediante ingeniería inversa. En el caso de estos escáneres se utilizan en piezas o elementos de menor tamaño, hasta unos 5 metros.

¿Cómo funcionan los escáneres 3d de corto alcance?

El principio común a todos los escáneres 3d de corto alcance es que son sistemas ópticos. Esto quiere decir que su funcionamiento aún siendo distinto según su tipología, la base de teórica de estos es la misma. Todo se resume a que hay un sensor y una óptica que reciben una luz, puede ser infrarroja, luz blanca o azul, o una línea láser. Es decir, se necesita un emisor de luz y mínimo un sensor receptor que lea la información. Si hay más de un sensor y un emisor, pues mejor todavía.

El emisor y el receptor se encuentran a una distancia y un ángulo conocido, por lo que por un cálculo de triangulación, se puede determinar la posición de la luz emitida en espacio. Así muy resumido es como funciona un sistema escáner 3D. En si el sistema, no es extremadamente complejo, hay escáneres muy económicos que funcionan con el mismo principio que los más caros. Lo que diferencia de los escáneres de cientos de euros a los de escáneres de metrología de miles de euros, es en los materiales usados, y con la precisión que han sido construidos y calibrados.

Los escáneres de corto alcance los podemos dividir (1) según movilidad y por (2) tipo de tecnología:

Escáner 3D fijo. Fuente: GOM

Escáneres fijos

Son escáneres que la captura de los datos la realizan sin movimiento. Es decir que tanto el escáner como la pieza tienen que estar estáticos en el momento de la digitalización. Suele ser más precisos a igualdad de sensores que los móviles. La desventaja es que son más lentos y menos versátiles a la hora de realizar una digitalización. Este hándicap se puede solventar usando mesas rotatorias motorizadas, que pueden automatizar en cierto modo la tarea.

Escáner 3D de mano. Fuente: Shining 3d

Escáneres móviles

Estos escáner 3D a diferencia que los fijos la forma de escanear es dinámica, moviendo el escáner alrededor de la pieza. Esto es posible en el caso de los escáneres de mano, porque se posicionan en tiempo real (el escáner sabe su posición relativa al objeto) mediante dianas/targets circulares, o mediante geometría o por textura RGB. Dentro de este grupo entran los brazos articulados, que en este caso el posicionamiento lo realizan los encoders del instrumento. Este tipo de escáner es muy preciso en todo el rango de trabajo, pero debe ser posicionado mediante un trípode o base magnética, de forma que lo único que se mueva es el cabezal donde se encuentra el escáner.

La clasificación según tecnología de captura, se dividen entre luz estructurada y haz láser.

Escáneres luz estructurada

Son escáneres que emiten un patrón de luz con una forma determinada, este emisor normalmente es un pico proyector de gran potencia que proyecta luz blanca o azul sobre el objeto. Este patrón se recoge mediante 1 o varios sensores, que normalmente son cámaras con obturador tipo «global shutter» y de gran velocidad, es decir, capaces de capturar decenas de fotogramas por segundo (FPS). En escáneres estáticos estas dos características pueden obviarse en cierto modo, y usar cámaras de menor fps y un obturador «rolling shutter» que abarata el sistema. En los escáneres dinámicos, si que las cámaras tienen que tener una cantidad de FPS alta y un obturador global para que tengan fiabilidad.

Servicio de escáner 3D mediante luz estructurada, laboratorio de FOVEA

Escáneres haz o patrón láser

Son escáneres que emiten una o varias líneas láser, al ser una luz con una longitud de onda más controlada pueden tener ventajas en piezas con brillos o negras. No necesitando en muchas ocasiones un spray matizante para poder escanear la pieza. El funcionamiento de estos escáneres es similar a la luz estructurada, ya que los principios de triangulación son los mismos. Se necesitan 1 o varios receptores o cámaras que calculan la deformación del láser para generar una nube de puntos del objeto digitalizado. En los escáneres fijos de triangulación, debe de haber un mecanismo que mueva automáticamente el haz sobre el objeto y que la cámara lo recoja. En los escáneres dinámicos o de mano, es el propio operador el que los mueve con el desplazamiento del instrumento.

Escáner 3D con varios patrones láser. Fuente: Scantech

Usos y aplicaciones del escáner 3D

Arquitectura

Ingeniería inversa.
Control de calidad y comparativa contra CAD.
Comprobación de fallos productivos.
Obtención de un digital twin.
Documentación y digitalización de inventario.
Mejora de producto
Metrología y cálculo de tolerancias.

Patrimonio

Digitalizado del estado actual, y conservación.
Obtención de una copia digital de la obra.
Análisis y control de deformaciones.
Posibilidad de reproducción de elementos.
Difusión del patrimonio con visitas virtuales.

¿Qué ventajas tiene el servicio de escáner 3D? ¿Es útil en mi proyecto?

Al igual que con los escáneres de largo alcance, son cada vez más usados debido a las considerables ventajas que aportan. Sumado al menor coste de los equipos comparado con hace una década, además de las mejores prestaciones, puede decirse que es factible usarlos en prácticamente en todos los proyectos donde es necesario disponer de una documentación fiel a la realidad.

Esto engloba desde los ámbitos de ingeniería e industria, como el digitalizado de maquinaria o elementos industriales donde se necesita una precisión muy alta. La digitalización 3D es un complemento indispensable en la industria 4.0. El tener un control de calidad con tanta información, al comparar con el CAD, supera con creces a los informes de máquinas tridimensionales o CMM de palpado de puntos individuales.

Como ventaja respecto a otros métodos de captura de datos son:

La velocidad de adquisición de los datos.

Mayor volumen de información/tiempo generada.

Fiabilidad de toma de datos, y evitando el posible error humano más que otras técnicas.

Rentabilidad, una vez realizada la digitalización, se evitan visitas a campo y se pueden prever y adelantarse a posibles problemas con el análisis de la nube de puntos.

Medición 24/7 se pueden realizar mediciones en cualquier momento, ya que no es necesaria luz ambiental para que el instrumento funcione.