Os scanners 3D são aparelhos que captam as medidas tridimensionais de um objeto ou de uma superfície, a fim de criar uma representação digital em 3D. Utilizam diferentes tecnologias (consoante os modelos), como a luz estruturada, a fotogrametria e o laser, para analisar o objeto de vários ângulos e obter dados sobre a sua forma, tamanho e textura.
Os scanners 3D são amplamente usados em diversos segmentos industriais. Como permitem criar modelos digitais precisos e detalhados, simplificam a concepção, a análise e a representação de objetos reais em um ambiente digital.
Os scanners 3D com tecnologia LiDAR emitem pulsos de laser e, por meio de um sensor, medem o tempo de retorno desses pulsos refletidos pelo objeto-alvo, para aferir a distância entre este e o aparelho. Dessa forma, conseguem criar uma nuvem de pontos tridimensional que representa a superfície do objeto.
Esta tecnologia emite um feixe de laser, que é depois refletido pelo objeto. A partir da medição dos ângulos entre a fonte do feixe, o objeto sobre o qual o feixe incide e o sensor que recebe o feixe refletido, é possível calcular as distâncias com grande precisão com base no princípio da triangulação.
Scanners Time-of-Flight (ToF)
Os scanners a laser do tipo ToF enviam pulsos de luz em direção ao objeto e medem o tempo que o sinal luminoso leva a retornar ao scanner. Essa informação permite determinar a distância e criar uma imagem 3D do objeto.
Scanners por diferença de fase (phase-shift)
Esta tecnologia baseia‑se na desfasagem entre o feixe de laser emitido e o feixe refletido pelo objeto. A medição da diferença de fase entre os dois feixes permite calcular a distância e criar um modelo 3D.
Estes scanners projetam padrões de luz no objeto e capturam a deformação desses padrões para calcular as coordenadas tridimensionais da superfície do objeto.
Quais as aplicações dos scanners 3D na indústria?
Scanner 3D ATOS Q para inspeção e medição da GOM
Os scanners 3D têm uma grande variedade de aplicações na indústria:
Graças à sua versatilidade, os scanners 3D para metrologia são capazes de medir peças de todos os tamanhos, desde pequenas peças eletrônicas até grandes estruturas, como aeronaves e navios. Permitem efetuar medições com maior precisão, acelerar os processos de controle de qualidade e facilitar o desenvolvimento de produtos inovadores em diversos setores.
Há variados segmentos industriais que tiram partido do uso de scanners 3D para metrologia. Por exemplo, na indústria aeroespacial são usados para medir componentes de precisão para a fabricação de aeronaves. O setor automotivo também os utiliza para controlar a qualidade de peças produzidas em série.
Scanner 3D MetraSCAN 3D-R para inspeção robótica da Creaform Ametek
Fabricação
Os scanners 3D também são bastante utilizados na fabricação de peças e equipamentos, pois a sua precisão permite avaliar a conformidade dos produtos acabados com os requisitos das normas e regulamentações técnicas aplicáveis.
Em laboratórios
Os laboratórios de pesquisa e desenvolvimento utilizam scanners 3D para diversas aplicações. São de grande utilidade em projetos de engenharia reversa, seja para obter informações sobre o design de um produto existente (com base na sua medição e subsequente modelagem tridimensional), seja para simular o comportamento de peças em determinadas condições.
Scanner 3D modelo HP-L-8.9 da Hexagon Manufacturing Intelligence para braço de medição e engenharia reversa
Engenharia reversa a partir de dados de scanner 3D com cálculo no software REcreate da Hexagon Manufacturing Intelligence
Como funciona um scanner 3D?
Scanner 3D de luz azul estruturada Metrascan3D da Creaform Ametek
O uso do scanner tem como objetivo gerar um modelo digital de um objeto, a fim de realizar análises que permitam detectar eventuais defeitos, medir as dimensões e formas ou, ainda, comparar as características do produto com as tolerâncias definidas para a sua fabricação.
Geralmente, a digitalização é realizada com um scanner portátil (manual). No entanto, por vezes é feita de forma automática com recurso a um braço robótico.
Há três elementos principais que são indispensáveis ao processo de digitalização:
Uma fonte de luz (laser azul, vermelho ou luz branca), que projeta no objeto um determinado padrão de luz, dependendo do scanner (a luz azul permite filtrar a luz branca do ambiente).
Uma ou mais câmeras, que leem o padrão de luz projetado no objeto e deformado pelo relevo deste. É a partir da imagem deformada desse padrão que será criado o modelo do objeto em questão.
Um computador, que coleta os dados e, por meio de cálculos trigonométricos, determina as distâncias entre os pontos dessa imagem.
Scanner 3D Metrascan3D da Creaform Ametek
Existem várias tecnologias e técnicas para capturar e medir a geometria tridimensional de um objeto em aplicações industriais.
Estas são as principais etapas desse processo:
1. Captura de dados do objeto físico: os scanners 3D utilizam métodos de captura de dados, como luz estruturada, laser, luz infravermelha, estereofotogrametria ou tomografia computadorizada (TC), para digitalizar a superfície ou a estrutura do objeto.
2. Criação da nuvem de pontos: as coordenadas tridimensionais medidas são combinadas para criar uma nuvem de pontos. Essa nuvem de pontos representa a superfície externa do objeto e contém milhões de pontos com as respetivas coordenadas XYZ.
3. Processamento dos dados: criada a nuvem de pontos, é necessário processar os dados obtidos, a fim de eliminar erros ou ruídos causados por reflexos, sombras ou interferências. São utilizados softwares específicos para filtrar e otimizar a nuvem de pontos.
4. Criação do modelo digital 3D: a partir da nuvem de pontos já processada, o sistema cria um modelo tridimensional completo do objeto digitalizado.Esse modelo pode consistir em uma malha de triângulos ou em uma malha volumétrica mais detalhada, dependendo da precisão necessária.
5. Análise e aplicação dos dados: o modelo digital 3D pode ser usado para diversos fins, como inspeção de qualidade, engenharia reversa, análise de deformações, simulação, projetos assistidos por computador (CAD) ou, ainda, impressão 3D.
Quais as vantagens de usar scanners 3D na indústria?
Scanner Metrascan3D 3D da Creaform Ametek
Os dados coletados pelos scanners 3D são altamente precisos e pormenorizados, oferecendo por isso diversas vantagens:
Produtos de melhor qualidade: os scanners 3D são capazes de capturar dados com um alto grau de precisão, permitindo assim efetuar medições confiáveis e precisas de objetos e peças. Logo, contribuem para uma melhor qualidade de fabricação e maior conformidade com os requisitos técnicos.
Análise completa: os scanners 3D fornecem informação completa sobre a geometria do objeto, permitindo a análise detalhada das dimensões, formas, defeitos e de outras características fundamentais do produto.
Rapidez: os scanners 3D digitalizam um objeto em pouquíssimo tempo, pelo que o seu uso acelera consideravelmente os processos de controle de qualidade, de engenharia reversa e de design de produtos.
Melhor controle de qualidade: os scanners 3D facilitam a inspeção e a verificação da conformidade dos produtos com as normas de segurança e qualidade. Como tal, contribuem para a produção de produtos finais confiáveis e que atendam aos requisitos.
Redução de custos: como são capazes de detectar rapidamente defeitos em peças antes de estas serem utilizadas, os scanners 3D ajudam a reduzir o desperdício de material e a evitar erros que poderiam ter custos elevados. Também reduzem o tempo de ciclo de produção e, portanto, os custos de fabricação.
Otimização dos processos de fabricação: os dados fornecidos pelos scanners também permitem identificar as etapas do processo de fabricação que podem ser melhoradas e otimizadas.
Engenharia reversa: os scanners 3D são usados para criar modelos 3D precisos de objetos existentes, o que facilita o processo de engenharia reversa e permite a reprodução ou alteração de componentes com grande precisão.
Automação: certas operações de medição e inspeção podem ser automatizadas, reduzindo a dependência de métodos de medição manual, mais sujeitos a erros humanos.
Impressão 3D: os scanners 3D podem ser usados em conjunto com impressoras 3D para criar protótipos ou peças personalizadas.
Como escolher um scanner 3D adaptado à aplicação pretendida e que fatores ter em conta?
A escolha de um scanner 3D depende de vários fatores. A seguir, identificamos os mais importantes para escolher o scanner 3D que melhor atenda às suas necessidades.
Nível de precisão: determine qual o nível de precisão necessário para as suas medições. Certas aplicações exigem uma precisão muito alta, enquanto para outras basta um nível de precisão mais baixo. Opte por um scanner 3D de alta precisão se for preciso efetuar medições precisas.
Tamanho e tipo de objetos: é essencial optar por um scanner 3D adequado ao tamanho e à complexidade dos objetos que irá digitalizar. Há scanners indicados para objetos pequenos e com detalhes finos, enquanto outros são projetados para digitalizar grandes estruturas.
Velocidade de digitalização: determine a velocidade a que será necessário digitalizar os objetos. Há scanners mais rápidos do que outros, que serão cruciais em indústrias com um volume de produção elevado.
Tipo de superfície: certifique‑se de que opta por um scanner 3D adequado ao tipo de superfícies que pretende digitalizar (reflexivas, escuras, lisas, rugosas, etc.).
Tipo de material: há scanners que não oferecem um bom resultado com determinados tipos de materiais. Assegure‑se de que escolhe um scanner capaz de processar devidamente os materiais dos objetos que pretende digitalizar.
Tecnologia de digitalização: há diferentes tipos de scanners 3D: de luz estruturada, a laser, fotogramétricos.
Portabilidade: se for necessário digitalizar objetos em diferentes locais ou em lugares de difícil acesso, opte por um scanner 3D portátil e fácil de transportar.
Software: verifique se o software de processamento de dados do scanner 3D é compatível com outras ferramentas de CAD/CAM já existentes na empresa, a fim de facilitar o fluxo de trabalho. Prefira um software sofisticado e intuitivo, para poder tirar o melhor partido das potencialidades do scanner 3D.
Preço: o preço pode variar consideravelmente de um modelo para outro.
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