Внедряем 3D‑оборудование в производство и бизнес с 2010 года

Разбираемся в источниках света 3D‑сканеров: что подойдет для решения вашей задачи

Антон Сильванов

Инженер по внедрению 3D-оборудования

Поскольку не существует 3D-сканера с универсальным источником света, который подходил бы для любых условий и любой задачи, на рынке есть устройства с разными типами подсветок. Запутаться в них легко. Мы постарались их классифицировать, учитывая, что в 3D-сканировании есть разные методы измерения, к каждому из которых относятся свои источники света.

Поскольку не существует 3D-сканера с универсальным источником света, который подходил бы для любых условий и любой задачи, на рынке есть устройства с разными типами подсветок. Запутаться в них легко. Мы постарались их классифицировать, учитывая, что в 3D-сканировании есть разные методы измерения, к каждому из которых относятся свои источники света.

Сканирование гребного винта в сложных условиях ремонтного цеха. Фото: Глобатэк

Сканирование гребного винта в сложных условиях ремонтного цеха. Фото: Глобатэк

Метод 3D-измерения: структурированный свет

Суть метода в том, что световой узор проецируется на поверхность и деформируется по всей площади. Камеры фиксируют эти искажения. Анализируя их, система вычисляет трехмерную геометрию объекта и генерирует облако точек — цифровую карту поверхности. Таким образом, можно измерять даже очень мелкие детали.

Сканеры со структурированным светом (еще их называют оптическими) отличаются высокой точностью измерений и высокой скоростью получения данных. Безопасны для человека. Эффективны на близких и средних дистанциях и для объектов малого и среднего размера. В то же время такие сканеры чувствительны к яркому внешнему освещению.

Метод 3D-измерения: структурированный свет

Суть метода в том, что световой узор проецируется на поверхность и деформируется по всей площади. Камеры фиксируют эти искажения. Анализируя их, система вычисляет трехмерную геометрию объекта и генерирует облако точек — цифровую карту поверхности. Таким образом, можно измерять даже очень мелкие детали.

Сканеры со структурированным светом (еще их называют оптическими) отличаются высокой точностью измерений и высокой скоростью получения данных. Безопасны для человека. Эффективны на близких и средних дистанциях и для объектов малого и среднего размера. В то же время такие сканеры чувствительны к яркому внешнему освещению.

Сканирование статуи структурированным светом

Сканирование статуи структурированным светом

Источники структурированного света

Белые светодиоды

Традиционно в 3D-сканерах использовался именно белый свет, представляющий собой комбинацию излучений различных длин волн. Во многих случаях белые LED применяются в тех же классах задач, что и синие (реверс-инжиниринг, контроль качества). Выбор между двумя типами светодиодов зависит от требований к точности, типа поверхности и условий освещения. В современных сканерах белый свет встречается уже редко.

Источники структурированного света

Белые светодиоды

Традиционно в 3D-сканерах использовался именно белый свет, представляющий собой комбинацию излучений различных длин волн. Во многих случаях белые LED применяются в тех же классах задач, что и синие (реверс-инжиниринг, контроль качества). Выбор между двумя типами светодиодов зависит от требований к точности, типа поверхности и условий освещения. В современных сканерах белый свет встречается уже редко.

Сканирование белым структурированным светом

Сканирование белым структурированным светом

Особенности

  • Широкий спектр белого света позволяет лучше захватывать естественные цвета объекта и текстуры при использовании цветных камер.
  • По сравнению с синим LED белые хуже работают с блестящими, темными и полупрозрачными поверхностями.
  • Меньше потенциальная точность и разрешение по сравнению с синим цветом.
  • Белые светодиоды хорошо работают в помещении со стабильным, контролируемым и не слишком ярким освещением.
  • Главный недостаток белых LED: они хуже, чем синие, фильтруют помехи от окружающего освещения, что снижает качество данных.

Особенности

  • Широкий спектр белого света позволяет лучше захватывать естественные цвета объекта и текстуры при использовании цветных камер.
  • По сравнению с синим LED белые хуже работают с блестящими, темными и полупрозрачными поверхностями.
  • Меньше потенциальная точность и разрешение по сравнению с синим цветом.
  • Белые светодиоды хорошо работают в помещении со стабильным, контролируемым и не слишком ярким освещением.
  • Главный недостаток белых LED: они хуже, чем синие, фильтруют помехи от окружающего освещения, что снижает качество данных.

Российский сканер с белым светом RangeVision Spectrum

Российский сканер с белым светом RangeVision Spectrum

Модели 3D-сканеров, использующие белую подсветку

RangeVision Spectrum >>

Artec Eva >>

Calibry >>

Модели 3D-сканеров, использующие белую подсветку

RangeVision Spectrum >>

Artec Eva >>

Calibry >>

Creaform Go!SCAN Spark

Creaform Go!SCAN Spark

Синие светодиоды

Большинство современных сканеров метрологического уровня оснащено синими светодиодами. Это более современная технология, подходящая для решения сложных измерительных задач.

Особенности

  • Синий светодиод работает в узком спектральном диапазоне, что позволяет лучше фильтровать помехи от окружающего освещения при 3D-сканировании. Преимущество дает комбинация со встроенным в сканер фильтром, пропускающим только определенный диапазон света. Белому LED сложнее создать узкополосный сигнал, который можно легко отделить от фона.

  • Синий свет создает более контрастный рисунок на объекте. Это помогает камерам точнее считывать искажения, что приводит к снижению шума и повышению детализации.

Синие светодиоды

Большинство современных сканеров метрологического уровня оснащено синими светодиодами. Это более современная технология, подходящая для решения сложных измерительных задач.

Особенности

  • Синий светодиод работает в узком спектральном диапазоне, что позволяет лучше фильтровать помехи от окружающего освещения при 3D-сканировании. Преимущество дает комбинация со встроенным в сканер фильтром, пропускающим только определенный диапазон света. Белому LED сложнее создать узкополосный сигнал, который можно легко отделить от фона.

  • Синий свет создает более контрастный рисунок на объекте. Это помогает камерам точнее считывать искажения, что приводит к снижению шума и повышению детализации.

Сканирование оптическим сканером на синих LED

Сканирование оптическим сканером на синих LED

  • В ряде случаев синий свет лучше справляется со сканированием темных и блестящих поверхностей. Однако результат зависит от материала, его отражательной способности и конкретной оптической системы.

  • В целом, 3D-сканеры, использующие синий свет, обеспечивают более высокую точность и качество данных.

  • В ряде случаев синий свет лучше справляется со сканированием темных и блестящих поверхностей. Однако результат зависит от материала, его отражательной способности и конкретной оптической системы.

  • В целом, 3D-сканеры, использующие синий свет, обеспечивают более высокую точность и качество данных.

Система 3D‑измерений метрологического класса ScanLine StaticScan Q12

Система 3D‑измерений метрологического класса ScanLine StaticScan Q12

ИК-структурированный свет

Этот источник подразумевает использование невидимого глазу света. Он встречается как в сканерах со структурированным светом, когда на объект проецируется ИК-паттерн, так и в лазерных, речь о которых ниже. Разница в типах устройств на основе ИК-подсветки заключается в сценариях применения.

Особенности

  • Инфракрасный свет не воспринимается глазом и не вызывает дискомфорта в отличие от яркого белого или синего света, что важно при сканировании людей.
  • Устройства с ИК-подсветкой обеспечивают высокую скорость, но могут уступать в точности системам с синими светодиодами.
  • ИК-подсветка эффективна в условиях низкой освещенности.

ИК-структурированный свет

Этот источник подразумевает использование невидимого глазу света. Он встречается как в сканерах со структурированным светом, когда на объект проецируется ИК-паттерн, так и в лазерных, речь о которых ниже. Разница в типах устройств на основе ИК-подсветки заключается в сценариях применения.

Особенности

  • Инфракрасный свет не воспринимается глазом и не вызывает дискомфорта в отличие от яркого белого или синего света, что важно при сканировании людей.
  • Устройства с ИК-подсветкой обеспечивают высокую скорость, но могут уступать в точности системам с синими светодиодами.
  • ИК-подсветка эффективна в условиях низкой освещенности.

VCSEL

Для подачи инфракрасной подсветки используются разные типы излучателей, например VCSEL — вертикально-излучающий лазер, позволяющий регулировать интенсивность подсветки для качественной передачи данных о поверхности.

По сравнению с LED, VCSEL имеют более высокую спектральную точность, большую скорость отклика, дольше служат и позволяют работать на больших расстояниях.

VCSEL используется и для ИК в лазерном сканировании.

Модели сканеров с ИК-подсветкой

Artec Leo >>

Shining EinScan Medixa >>

VCSEL

Для подачи инфракрасной подсветки используются разные типы излучателей, например VCSEL — вертикально-излучающий лазер, позволяющий регулировать интенсивность подсветки для качественной передачи данных о поверхности.

По сравнению с LED, VCSEL имеют более высокую спектральную точность, большую скорость отклика, дольше служат и позволяют работать на больших расстояниях.

VCSEL используется и для ИК в лазерном сканировании.

Модели сканеров с ИК-подсветкой

Artec Leo >>

Shining EinScan Medixa >>

Ручной 3D-сканер Artec Leo

Ручной 3D-сканер Artec Leo

Бесплатная онлайн-демонстрация 3D‑сканера

Покажем все возможности 3D‑сканера дистанционно

Позвоните +7 495 646-15-33

Получите консультацию инженеров Глобатэк по выбору 3D‑сканера

Приезжайте в наш демозал

Мы бесплатно отсканируем ваш образец, чтобы вы могли оценить возможности 3D‑сканера

Я принимаю условия политики обработки персональных данных и даю согласие на обработку моих персональных данных для рассмотрения заявки

Метод измерения: лазерное сканирование

Суть в том, что сканер проецирует лазерный луч на поверхность, регистрирует отраженный свет и вычисляет расстояние до множества точек объекта. Полученные пространственные координаты образуют облако точек, которое затем используют для анализа, измерений и построения 3D-модели.

Один из методов вычисления — триангуляция: определение расстояний путем образования треугольника между источником лазерного излучения, объектом и датчиком сканера. Применения: измерения на малых расстояниях, объекты малого и среднего размера.

Метод измерения: лазерное сканирование

Суть в том, что сканер проецирует лазерный луч на поверхность, регистрирует отраженный свет и вычисляет расстояние до множества точек объекта. Полученные пространственные координаты образуют облако точек, которое затем используют для анализа, измерений и построения 3D-модели.

Один из методов вычисления — триангуляция: определение расстояний путем образования треугольника между источником лазерного излучения, объектом и датчиком сканера. Применения: измерения на малых расстояниях, объекты малого и среднего размера.

Источники света для лазерной триангуляции

Синий лазер

  • Системы с синим лазером часто лучше справляются с шумом и деталями на сложных поверхностях.
  • Сканирование синим лазером отлично подходит для контроля качества и высокоточных измерений.
  • Для измерения в реальных производственных условиях мелких прецизионных деталей с жесткими допусками часто лучше подходят именно 3D-сканеры с синим лазером, особенно если есть темные/металлические поверхности и нужна высокая детализация краев и отверстий.

Как и всегда, выбор устройства зависит от конкретной задачи: иногда гибридные системы (например, синий лазер + LED) или специализированные КИМ могут быть предпочтительнее.

Источники света для лазерной триангуляции

Синий лазер

  • Системы с синим лазером часто лучше справляются с шумом и деталями на сложных поверхностях.
  • Сканирование синим лазером отлично подходит для контроля качества и высокоточных измерений.
  • Для измерения в реальных производственных условиях мелких прецизионных деталей с жесткими допусками часто лучше подходят именно 3D-сканеры с синим лазером, особенно если есть темные/металлические поверхности и нужна высокая детализация краев и отверстий.

Как и всегда, выбор устройства зависит от конкретной задачи: иногда гибридные системы (например, синий лазер + LED) или специализированные КИМ могут быть предпочтительнее.

Красный лазер

Это зрелая, недорогая и хорошо отработанная технология.

  • Сканеры с более длинной волной стабильно работают на матовых и низкоотражающих поверхностях (гипсовые модели, деревянные объекты, керамика и т.д.).
  • Подходят для быстрых и универсальных задач, измерения крупных деталей и базового реверс-инжиниринга.
  • Многие ручные сканеры оснащены безопасными для сканирования людей красными лазерами класса II.
  • Используются как в промышленности, так и в исследовательских лабораториях.

Красный лазер

Это зрелая, недорогая и хорошо отработанная технология.

  • Сканеры с более длинной волной стабильно работают на матовых и низкоотражающих поверхностях (гипсовые модели, деревянные объекты, керамика и т.д.).
  • Подходят для быстрых и универсальных задач, измерения крупных деталей и базового реверс-инжиниринга.
  • Многие ручные сканеры оснащены безопасными для сканирования людей красными лазерами класса II.
  • Используются как в промышленности, так и в исследовательских лабораториях.

ИК-подсветка для лазерной триангуляции

Как уже говорилось выше, этот источник подразумевает использование невидимого глазу света. ИК-триангуляция является рациональным выбором для задач, где важна стабильность в условиях внешней засветки и умеренная или высокая точность на матовых поверхностях. Для зеркальных, темных и полупрозрачных поверхностей ИК‑триангуляция, как и видимые лазеры, может потребовать подготовки.

Сценарии использования

  1. Контроль геометрии и допусков деталей и сборок, оснастки, а также сварных швов, кромок, стыков в автомобилестроении, металлоконструкциях, трубопроводах и т.д.

  2. Оцифровка сложных и крупных деталей для создания/обновления CAD‑моделей: автомобильные, аэрокосмические компоненты, инструмент, пресс‑формы.

  3. Восстановление изношенных/утраченных деталей.

ИК-подсветка для лазерной триангуляции

Как уже говорилось выше, этот источник подразумевает использование невидимого глазу света. ИК-триангуляция является рациональным выбором для задач, где важна стабильность в условиях внешней засветки и умеренная или высокая точность на матовых поверхностях. Для зеркальных, темных и полупрозрачных поверхностей ИК‑триангуляция, как и видимые лазеры, может потребовать подготовки.

Сценарии использования

  1. Контроль геометрии и допусков деталей и сборок, оснастки, а также сварных швов, кромок, стыков в автомобилестроении, металлоконструкциях, трубопроводах и т.д.

  2. Оцифровка сложных и крупных деталей для создания/обновления CAD‑моделей: автомобильные, аэрокосмические компоненты, инструмент, пресс‑формы.

  3. Восстановление изношенных/утраченных деталей.

ScanLine EasyScan UE PRO 2

ScanLine EasyScan UE PRO 2

LiDAR

Работа LiDAR (лидара) основывается не на лазерной триангуляции, а на других технологиях измерения расстояния до объекта по отраженному лазеру. Это время пролета и фазовый сдвиг.

  1. Время пролета: вычисление времени, необходимого для отражения лазерного импульса обратно к сканеру. Применение: крупные объекты, геодезия, архитектура, наружное сканирование.

  2. Фазовый сдвиг: измерение расстояния путем сравнения фазы испущенной и отраженной непрерывной лазерной волны. Применение: здания, заводы, средние дистанции. Высокая скорость сканирования.

LiDAR

Работа LiDAR (лидара) основывается не на лазерной триангуляции, а на других технологиях измерения расстояния до объекта по отраженному лазеру. Это время пролета и фазовый сдвиг.

  1. Время пролета: вычисление времени, необходимого для отражения лазерного импульса обратно к сканеру. Применение: крупные объекты, геодезия, архитектура, наружное сканирование.

  2. Фазовый сдвиг: измерение расстояния путем сравнения фазы испущенной и отраженной непрерывной лазерной волны. Применение: здания, заводы, средние дистанции. Высокая скорость сканирования.

Особенности

  • Лидар генерирует плотное облако точек с высокоточными координатами X, Y, Z, что позволяет создавать детализированные 3D-модели.
  • Так как лидар сам генерирует свет, он эффективно работает в условиях низкой освещенности.
  • Современные лидары могут испускать до 2 миллионов импульсов в секунду. Это позволяет быстро сканировать огромные территории с воздуха или с земли.
  • Основной недостаток — сложности с темными и отражающими поверхностями, такими как стекло или вода, которые поглощают или рассеивают лазерный луч.

Особенности

  • Лидар генерирует плотное облако точек с высокоточными координатами X, Y, Z, что позволяет создавать детализированные 3D-модели.
  • Так как лидар сам генерирует свет, он эффективно работает в условиях низкой освещенности.
  • Современные лидары могут испускать до 2 миллионов импульсов в секунду. Это позволяет быстро сканировать огромные территории с воздуха или с земли.
  • Основной недостаток — сложности с темными и отражающими поверхностями, такими как стекло или вода, которые поглощают или рассеивают лазерный луч.

Результат сканирования наземным лидаром

Результат сканирования наземным лидаром

Сценарии применения

Сценарии применения

Наземное сканирование фасада и ландшафта. Сканер: FARO

Наземное сканирование фасада и ландшафта. Сканер: FARO

FARO Focus Premium

FARO Focus Premium

Гибридные сканеры

Многие современные профессиональные сканеры являются гибридными и предлагают несколько режимов работы. Например, они могут использовать ИК-подсветку для быстрого сканирования людей и крупных объектов, и синий лазер для высокоточной оцифровки промышленных деталей с жесткими допусками.

Модели гибридных сканеров

Shining EinScan Rigil (синий лазер + ИК) >>

Shining FreeScan Omni (синий лазер + ИК) >>

ScanLine EasyScan HX (лазер + Blue LED) >>

ScanLine EasyScan Libre (лазер + ИК) >>

Гибридные сканеры

Многие современные профессиональные сканеры являются гибридными и предлагают несколько режимов работы. Например, они могут использовать ИК-подсветку для быстрого сканирования людей и крупных объектов, и синий лазер для высокоточной оцифровки промышленных деталей с жесткими допусками.

Модели гибридных сканеров

Shining EinScan Rigil (синий лазер + ИК) >>

Shining FreeScan Omni (синий лазер + ИК) >>

ScanLine EasyScan HX (лазер + Blue LED) >>

ScanLine EasyScan Libre (лазер + ИК) >>

Беспроводной Shining EinScan Rigil с гибридной подсветкой

Беспроводной Shining EinScan Rigil с гибридной подсветкой

Коротко

  1. Есть два основных метода 3D-сканирования:
  • проекция светового узора на объект и анализ его искажений;
  • измерение отраженного лазерного луча.
  1. Белые LED лучше передают естественные цвета и текстуры, но хуже работают с блестящими, темными и прозрачными поверхностями, сильнее подвержены помехам. Синие LED — более современная и эффективная технология.

  2. ИК-подсветка (в том числе на базе VCSEL) невидима для глаза, комфортна при сканировании людей, эффективна в условиях низкой освещенности.

Коротко

  1. Есть два основных метода 3D-сканирования:
  • проекция светового узора на объект и анализ его искажений;
  • измерение отраженного лазерного луча.
  1. Белые LED лучше передают естественные цвета и текстуры, но хуже работают с блестящими, темными и прозрачными поверхностями, сильнее подвержены помехам. Синие LED — более современная и эффективная технология.

  2. ИК-подсветка (в том числе на базе VCSEL) невидима для глаза, комфортна при сканировании людей, эффективна в условиях низкой освещенности.

  1. Синий лазер: лучший выбор для высокоточного контроля качества. Красный лазер стабилен на матовых поверхностях, подходит для быстрых универсальных задач.

  2. Лидары используются для сканирования крупных объектов, в геодезии, архитектуре, строительстве, при создании цифровых двойников зданий.

  3. На рынке появляется все больше гибридных сканеров, объединяющих несколько вариантов подсветки, например ИК для быстрого захвата крупных объектов + синий лазер для прецизионных измерений. Это делает их универсальным решением для широкого круга промышленных и исследовательских задач.

  1. Синий лазер: лучший выбор для высокоточного контроля качества. Красный лазер стабилен на матовых поверхностях, подходит для быстрых универсальных задач.

  2. Лидары используются для сканирования крупных объектов, в геодезии, архитектуре, строительстве, при создании цифровых двойников зданий.

  3. На рынке появляется все больше гибридных сканеров, объединяющих несколько вариантов подсветки, например ИК для быстрого захвата крупных объектов + синий лазер для прецизионных измерений. Это делает их универсальным решением для широкого круга промышленных и исследовательских задач.

Помощь в выборе 3D‑сканера

Позвоните +7 495 646-15-33

Написать в Telegram

Оставьте заявку на звонок

Приходите в наш демозал

Узнать больше

Я принимаю условия политики обработки персональных данных и даю согласие на обработку моих персональных данных для рассмотрения заявки