AsorCAD Ebook Series Ebook #2

ENTENDER LA TECNOLOGÍA DE LOS

ESCÁNERES 3DPORTÁTILES

Cumpliendo la promesa de los escáneres 3DTeniendo en cuenta dos de las tecnologías impulsoras del siglo XXI - informática y telecomunicaciones - podemos asegurar que la fusión entre portabilidad, calidad y fiabilidad están transformando el mercado local en un mercado global. Lo mismo que sucedió con los ordenadores y los teléfonos móviles, es lo que está ocurriendo ahora con con la tecnología 3D profesional.

En la última década, los grandes avances en precisión, rapidez y calidad han hecho del escáner 3D portátil una herra-mienta imprescindible en la mayoría de las industrias que impulsan la economía global: diseño, ingeniería, fabricación, medicina y archivo/conservación del Patrimonio.

En este ebook, estudiaremos el mundo del digitalizado 3D en constante evolución.• Los avances

• ¿Qué es lo que define la portabilidad?

• Los métodos de posicionamiento

Al final sabrá cual es la mejor solución que se adapta a sus necesidades específicas.

Objeto real

Modelo 3D

Mejores prestaciones de pequeños dispositivosEl problema de los sistemas de escaneo 3D portátiles solía ser que no se podían comparar en cuanto prestaciones con sus hermanos mayores. Esto podía ser cierto hace cinco años, pero ya no lo es.

Especificaciones técnicas atener en cuenta de los escáneres portátiles de última generación:

• Precisión hasta 0,030 mm• Resolución hasta 0,050 mm• Velocidad de escaneado de 550.000

mediciones por segundo• Peso inferior a 1 Kg• Portabilidad total en cualquier lugar• Estabilidad en lugares de trabajo donde

las vibraciones son la norma.

V1 V2 V3

V1 V2 V3

GRACIAS LOS ÚLTIMOS PROGRESOS TECNOLÓGICOS, HOY EN DÍA SE HAN CONSEGUIDO DISPOSITIVOS DE AUTO-POSICIONAMIENTO RÁPIDOS, PRECISOS, PORTÁTILES Y FÁCILES DE USAR.

Auto-posicionamiento: Hagámoslo posibleEl auto-posicionamiento es la innovación más revolucionaria en sistemas de escaneado que garantiza la exactitud de los datos adquiridos manteniendo el origen de las coordenadas. Esto es lo opuesto a usar un dispositivo de posicionamiento externo como un brazo, CMM o tracker.

Auto-posionamientomediante dianas

Auto-posicionamientomediante geometría/textura/

color del objeto

EL POSICIONAMIENTO AUTOMÁTICO HA ABIERTO NUEVAS APLICACIONES DEL DIGITALIZADO 3D PORTÁTIL Y POSEE IMPORTANTES BENEFICIOS QUE LA PORTABILIDAD Y LAS REFERENCIAS DINÁMICAS PROPORCIONAN.

Verdadera portabilidad dentro y fuera de casa

La verdadera portabilidad es no tener que utilizar un dispositivo de posicionamiento externo, lo que se traduce en un escáner 3D compacto, ligero y autónomo. Este tipo de dispositivos pueden ser transportados a lugares remotos y pueden usarse en pequeños espacios y/o en entornos inestables.

La verdadera portabilidad también significa tener la flexibilidad para llevar a cabo múltiples tipos de tareas dentro de una sala acondicionada o en el mismo taller, o en cualquier sitio.

UNA RECIENTE ENCUESTA MUESTRA LA IMPORTANCIA DE LA PORTABILIDAD PARA LOS USUARIOS DE ESCÁNERES 3D:

45%MENCIONAN LA PORTABILIDAD COMO UNO DE LOS TRES FACTORES MÁS IMPORTANTES QUE TUVIERON EN CUENTA PARA TOMAR LA DECI-SIÓN DE COMPRA DE UN ESCÁNER

43%IDENTIFICA LA PORTABILIDAD COMO FACTOR PRINCIPAL EN LA ELECCIÓN DE UN ESCÁNER 3D FRENTE A OTROS SISTEMAS COMO LOS BASADOS EN BRAZO O TRÍ-PODE.

LOS ENCUESTADOS SEÑALAN LA PORTA-BILIDAD COMO FACTOR CLAVE EN LOS SIGUIENTES ENTORNOS:

• Taller• Trabajos de campo al aire libre• Trabajos en dependencias de clientes o proveedores• Zonas inestables o de difícil acceso

En el taller

En el exterior

Verdadera portabilidad dentro y fuera de casa

La flexibilidad está directamente relacionada con la optimización de la inversión en la compra de un sistema de escaneado 3D, ya que permite a los usuarios realizar una amplia gama de tareas de escaneado con un sólo dispositivo. Cuanto mayor sea la variedad de objetos que se pueden digi-talizar y mayor el número de lugares en los que puede escanear, mejor será la amortización de la inversión.

MÁS ALLÁ DE LA POSIBILIDAD DE LLE-VAR EL ESCÁNER DONDE QUIERAN Y QUE LA PORTABILIDAD ES UNA VENTAJA EN CUANTO A FLEXIBILIDAD,

el 50%DE LOS ENCUESTADOS RECONOCEN QUE USAN SU ESCÁNER EN UNA HABITACIÓN ESPECIALMENTE ACONDICIONADA, LABO-RATORIO O ESTUDIO HABILITADO.

Pero, continúandiciendo que laportabilidad fue elfactor principal en la decisión de compra.

Referencias dinámicas: Mejorestabilidad y reducción de erroresOtros productos clave del auto-posicionamiento son las referencias dinámicas. Las referencias dinámicas permiten que el sistema se referencie por el propio objeto en lugar de una referencia fija externa.

Este pequeño pero importante aspecto ofrece importantes ventajas haciendo que proceso de escaneado sea más rápido, más sencillo y más preciso.

Las principales ventajas de lasreferencias dinámicas son:• Elimina la necesidad de instalar equipos rígi-

dos. Los objetos pueden manipularse libre-mente durante el escaneo.

• Más precisión en entornos donde las vibracio-nes son frecuentes, como al aire libre o en el propio taller.

• Reduce errores de operarios menos experimen-tados

Auto-posicionamiento mediante dianas

Auto-posicionamiento me-diante geometría/textura/

color del objeto

Métodos de posicionamiento delos escáneres 3D portátiles:

• Posicionamiento mediante dianas• Posicionamiento mediante la textura, la

geometría o el color del objeto• Un tercer método que combina los dos (posic-

ionamiento híbrido)

En el apartado siguiente, estudiaremos los princi-pales métodos de posicionamiento para los escá-neres 3D portátiles:

Aunque los escáneres 3D portátiles son a menudo simil-ares en cuanto a dimensiones y forma, los diferentes mé-todos de posicionamiento que usan pueden ser el tema determinante.

Al final, usted sabrá qué tipo de sistema de posicionamien-to es el que mejor se ajusta a sus necesidades de escanea-do.

Auto-posicionamiento mediante dianas

Auto-posicionamiento medi-ante geometría/textura/color

del objeto

Posicionamiento mediante dianasEn este método, las dianas de posicionamiento se aplican antes de digitalizado, bien en el objeto, o bien alrededor de él, en circunstancias en las que, por ejem-plo, el objeto no puede ser tocado o alterado.

Las dianas permiten a los usuarios mantener la referencia del conjunto de datos adquiridos por el escáner 3D. Las dianas normalmente tienen una superficie geométrica simple como un círculo y están especialmente diseñadas para ser detectadas fácilmente por los componentes ópticos del escáner 3D.

Antes del escaneado hay un pro-ceso de pre-lectura para mejorar la exactitud de la posición de las dianas en el objeto. Esto hace que la detección de dianas por parte del escáner sea más fácil y precisa durante el escaneo..

Después de que el escáner de-tecta las dianas individualmente, el sistema determina la posición del escáner respecto a su normal. Son necesarias un mínimo de 3 dianas detectadas para posicionar el es-cáner con respecto al objeto físico.

Como el escáner se mueve alrededor de la pieza, las otras dianas van siendo detectadas y registradas en el modelo de posicionamiento global.

El posicionamiento mediante dianas es el único método que permite a los escá-neres 3D portátiles obtener una calidad de medición de metrología, lo cual, en el pasado era algo restringido a métodos de medición con brazo y a estructuras rígidas de escáneres 3D.

¿Por qué posicionamiento mediante dianas?

Posicionamientomediante dianas

Posicionamiento mediante geometría (textura y/o color del objeto)Este método utiliza las características inherentes del objeto escaneado - la forma y la textura - para posicionar el escáner. Cuando se utiliza el posiciona-miento por la geometría, el color o la textura de la pieza, la reconstrucción en pantalla de la forma ocurre en tiempo real mientras el objeto está siendo esca-neado. Mientras se hace la toma de datos, el escáner detectará las formas y la textura del área escaneada y registra los datos para su futura utilización.

Al escanear cada zona, las características propias de la pieza detectadas serán com-paradas con las registradas previamente para hacer coincidir las imágenes y ayudar a determinar la posición del objeto de escaneo. Un escáner debe tener gran capacidad de auto-posicionamiento e inteligencia integrada para posicionarse usando las características del objeto. El escaneo de una zona requiere poderse anticipar la siguiente zona en tiempo real.

Las características del objeto de escaneo deben ser lo suficientemente prominentes como para ser detectadas con precisión por el escáner. La densidad de los datos de una sola zona también debe ser lo sufi-cientemente alta como para extraer datos.

Si bien este método es flexible y puede acelerar el tiempo requerido para un proyecto, hay aspectos importantes que deben tenerse en cuenta

Al contrario que con las dianas, las características digitalizables de las piezas pu-eden variar de un objeto a otro. La precisión y la exactitud resultantes pueden verse afectadas por el tipo de objetos escaneados. La mayoría de los objetos presentan superficies suficientes con detalles bien definidos que pueden ser escaneados.

¿Por qué posicionamientomediante geometría/textura/color

de la pieza?

Posicionamiento mediante características de la pieza

Posicionamiento híbridoEs posible combinar dianas de posicionamiento y posicionamiento natural consiguiendo un posicionamiento hí-brido. Los usuarios pueden compensar la falta de características digitalizables de una pieza o de una zona concreta aplicando dianas de posicionamiento.

A pesar de que el posicionamiento híbrido pudiera parecer la mejor de las dos opciones, con ello no se consigue un resultado de medición de nivel de metrología: Los usuarios no podrán estar seguros a ciencia cierta de que están cubriendo todas y cada una de las zonas que debe ser cubierta. Para conseguir la exactitud del escaneado se deben de utilizar dianas de posicionamiento.

Posicionamientomediante dianas

Posicionamiento mediante características del objeto

+ =Posicionamiento híbrido

Las necesidades de escaneo teniendo en cuenta los métodos de posicionamiento

Si ha llegado hasta aquí, probablemente ya tiene una idea aproximada, pero aquí mostramos un resumen de las diferentes combinaciones de escáneres 3D y métodos de posicionamiento

LA ÚLTIMA CUESTIÓN DE ESTA GUÍA ES PARA RESPONDER LO SIGUIENTE: ¿CUAL ES EL ESCÁNER 3D PORTÁTIL MÁS ADECUADO A MIS NECESIDADES?

OPCION 1

SENCILLEZ Si su prioridad principal es la velocidad de escaneo y la facili-dad de uso, un escáner 3D que utilice el método de posiciona-miento mediante geometría/textura/color es probablemente el más adecuado para usted. Los datos son de menor exactitud y la posible falta de características naturales en el objeto a esca-near puede significar un mayor tiempo a posteriori dedicado al modelado y a las posibles cor-recciones.

OPCION 2

FELIXIBILIDAD Si su trabajo requiere flexibilidad, pero no una gran precisión o ex-actitud metrológica, el método de posicionamiento híbrido es la mejor opción. Los escáneres 3D son perfectos para para aplicaciones como desarrollo de producto, donde una precisión absoluta no es necesaria.

OPCION 3

PRECISIÓN Algunas aplicaciones requieren un alto nivel de precisión y reso-lución (detalles) que los escá-neres usando métodos de posi-cionamiento híbrido no pueden obtener. Para esas aplicaciones se recomienda un escáner de alta gama aplicando dianas de posic-ionamiento.

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Escáner 3D portátil: Esto sólo acaba de empezarLa mayoría de las evoluciones clave en los escáneres 3D se han desarrollado en menos de una década. El escaneado 3D portátil es una disciplina joven con un tremendo potencial aún sin explorar.

• Más sofisticación e inteligencia integrada en los escáneres 3D

• Más velocidad de escaneado, mayor precisión a precios más asequibles.

• Mayor flexibilidad para un mayor rango de apli-caciones y en diferentes entornos.

He aquí algunas de las evoluciones que podemos es-perar en un futuro próximo:

A medida que la digitalización en 3D va siendo adoptada por más usuarios en nuevas aplicaciones y los fabricantes continúen ofre-ciendo más funciones en dispositivos cada vez más pequeños, cada día se descubrirá un nuevo potencial para los escáneres 3D por-tátiles. Manténgase atento a la evolución de esta tecnología en continuo desarrollo.

Glosario de términos del escaneado 3D y el CMM

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• Escáner 3D -- Dispositivo que captura datos sobre la forma, las características y la alineación de un objeto para su procesa-miento digital

• Precisión -- La precisión de una medición 3D se determina por la desviación entre lo real y el resultado medido. Depende de las especificaciones del dispositivo de medición utilizado y de la calidad de la instalación. En el escaneo 3D, la precisión difiere de la resolución (véase más abajo).

• Alineación -- En el digitalizado 3D, se refiere al acto de llevar todas las exploraciones a un sistema de referencia común, donde los datos se combinan en un modelo completo. También se llama registro.

• CAD -- Diseño asistido por ordenador. El acto de crear un modelo digital para el diseño, la ingeniería y la fabricación. Los mod-elos se basan en diversas entidades geométricas tales como círculos, líneas y superficies curvas. Formatos típicos de inter-cambio de modelos CAD son .stp y .igs.

• CAE -- Ingeniería asistida por ordenador. El acto de simular digitalmente el esfuerzo de objetos y ensamblajes. CAE comprende simulaciones tales como el análisis de elementos finitos (FEA) y la dinámica de fluidos asistida por computadora (CFD).

• CFD -- Dinámica de fluidos asistida por ordenador. Un proceso digital por el cual los ingenieros pueden simular cómo los flui-dos como el aire, el agua y el gas se comportan dentro de diferentes estructuras fabricadas y entornos naturales.

• Brazo CMM -- Máquina de medición de coordenadas que utiliza una sonda o un escáner 3D en un brazo articulado, lo que per-mite a los usuarios recoger puntos de datos 3D individuales de un objeto físico.

• Brazo CMM encoder -- Un sensor electrónico que detecta el posicionamiento del brazo

• Fresado CNC -- Control numérico por ordenador. Máquinas de fresado controladas por ordenador que pueden fabricar piezas por medio de múltiples ejes para mejorar la precisión.

PORTABLE 3D MEASUREMENT SOLUTIONS

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• CAI -- Inspección asistida por ordenador. El uso de una herramienta de medición 3D para comparar una pieza fabricada con su equivalente CAD o las especificaciones ideales para el control de calidad, la evaluación del desgaste y otras formas de análi-sis.

• Fabricación personalizada -- Utilizar escáneres 3D y software complementario para obtener variedad de posibilidades de dis-eños a costes razonables. También puede ser utilizado para crear personalizaciones en productos médicos o deportivos, como prótesis, zapatillas de deporte o implantes dentales

• Archivado digital -- La posibilidad de guardar modelos de objetos físicos en un entorno digital, ahorrando tiempo y dinero..

• Reconstrucción digital -- El acto de capturar digitalmente un objeto físico para reconstruirlo o renovarlo o recrearlo a diferente escala del original..

• Referencia dinámica-- La capacidad de un tracker óptico o un escáner de auto-posicionamiento para asegurar que el disposi-tivo de medición está permanentemente referenciado con la pieza por un enlace óptico, proporcionando una mayor precisión cualquiera que sea el entorno de fábrica o lugar donde se realiza el escaneado, eliminando la necesidad de una configuración de medición rígida.

• FEA -- Análisis de elementos finitos. Un proceso digital mediante el cual los ingenieros pueden simular cómo la estructura de un objeto o ensamblaje se comporta bajo diferentes tensiones ambientales..

• Normal --En terminología 3D, la normal es el vector perpendicular a una superficie en un punto determinado..

• NURBS -- Un modelo matemático utilizado en CAD para generar curvas y superficies.

• Escáner óptico CMM -- Un escáner 3D + tracker configuran un CMM óptico. Las cámaras CMM ópticas siguen los reflectores pasivos o activos colocados en el escáner 3D y en la parte que se está escaneando para referenciarlos dinámicamente en el espacio 3D.

• Fotogrametría -- Método para extraer mediciones de alta precisión a partir de fotografías de un objeto o entorno..

• Gestión del ciclo de vida del producto (PLM) -- La práctica de gestionar y supervisar la duración de un producto desde el inicio hasta el final de su vida útil.

• Nube de puntos -- Conjunto de puntos de datos dentro de un sistema de coordenadas. En un sistema de coordenadas tridimen-sional, estos puntos suelen definirse mediante coordenadas XYZ, y están destinados a representar la superficie externa de un objeto. Los formatos típicos para las nubes de puntos son .txt, .igs y .ascii.clouds are .txt, .igs and .ascii.reconstructing it as a 3D model.

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• Prototipado rápido -- El proceso de fabricación rápida de un modelo físico utilizando datos 3D STL o CAD. El escaneado 3D es un parte del proceso de protipado rápido que acaba con una impresión 3D.

• Ingeniería inversa -- El proceso de descubrir los aspectos tecnológicos de un dispositivo, objeto o sistema mediante el análi-sis de su estructura y funcionamiento. En el digitalizado 3D, el proceso de ingeniería inversa implica medir un objeto y luego reconstruirlo como un modelo 3D

• Resolucion -- Define el nivel de los detalles visibles en los datos del escaneado. Se mide en milímetros. Se puede comparar a la resolución de la pantalla ya que se define por el número de píxeles. Una resolución más alta significa un aumento del número de triángulos en la malla.

• Repetibilidad -- La variación en las mediciones tomadas por una sola persona o instrumento en el mismo artículo en las mis-mas condiciones.

• Escáneres láser 3D con autoposicionamiento -- Los sistemas de escaneado láser que utilizan objetivos retro-reflectantes como referencia. Estos escáneres no requieren sistemas de posicionamiento externos porque la posición del escáner en relación con el objeto que se está escaneando se determina por triangulación entre las dos cámaras del escáner y los patrones de los objetivos de posicionamiento. La adquisición de datos se realiza en tiempo real.

• Escáneres de luz blanca 3D con autoposicionamiento -- El escáner obtiene su posición respecto al objeto físico por la distor-sión del patrón de luz blanca en la parte escaneada. Estos escáneres obtienen su posición sobre una base continua en tiempo real mientras se mueven sobre la pieza.

• STL -- Estándares para estereolitografía o impresión 3D. Un formato de archivo nativo del software CAD de estereolitografía creado por 3D Systems Inc. y compatible con muchos otros paquetes de software. Los archivos STL se utilizan sobre todo para el prototipado rápido, la fabricación asistida por ordenador y metrología 3D.

• Triangulacion -- El proceso de determinar la ubicación de un punto mediante la medición de ángulos desde puntos conocidos a una línea fija. El punto puede entonces ser determinado al ser el tercer punto de un triángulo con un lado y dos ángulos cono-cidos.

• Triangulo de malla -- Se trata de una malla de una superficie optimizada que tiene en cuenta las condiciones de medición y la coherencia. Esto también se conoce como un modelo de polígono. Los formatos típicos son .stl, .obj y .sat. Un archivo STL pu-ede utilizarse directamente para aplicaciones tales como la creación de prototipos rápidos y la inspección asistida por ordena-dor o convertirse en superficies NURBS para CAD.

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