اسکنر سه بعدي، وسيله‎اي است که يک شي يا محيط واقعي را به منظور جمع آوري داده‎هاي مربوط به شکل و ظاهر احتمالي آن را تحليل مي‎کند. لازم به ذکر است که منظور از ظاهر احتمالي يک شکل، رنگ آن مي‎باشد.

سپس داده‎هاي جمع آوري شده مي‎توانند به منظور ايجاد ساختارهاي ديجيتال مورد استفاده قرار گيرند.

استفاده از مدل‎هاي سه بعدي در طيف گسترده‎اي از اقدامات بسيار متداول است.

اين ابزار به طور گسترده توسط موسسات صنعتي براي توليد فيلم‎ها و بازي‎هاي ويديويي استفاده مي‎شوند.

از ساير کاربردهاي متداول اين فناوري مي‎توان به طراحي صنعتي، مهندسي تغيير و توليد کليشه، کنترل يا بررسي کيفيت و مستند کردن اقدامات فرهنگي اشاره کرد.

براي ساخت اسکنرهاي سه بعدي مي‎توان از فناوري‎هاي متعدد و مختلفي استفاده کرد.
هر فناوري داراي محدوديت‎ها، مزايا، ويژگي‎ها و هزينه ‎هاي خاص خود مي‎باشد.

لازم به ذکر است که بسياري از محدوديت‎هاي مربوط به نوع اشيا که مي‎تواند ديجيتالي باشد، هنوز هم وجود دارند.
مثلاً فناوري‎هاي اپتيکي، مشکلات متعددي را در زمينه درخشندگي و ظاهر اشيا به وجود مي‎آورند.

با اين حال، شيوه‎ها و تکنيک‎هاي متعددي براي اسکن کردن اشياي براق مورد استفاده قرار مي‎گيرند که از مهمترين اين تکنيک‎ها مي‎توان به پوشاندن اشيا با استفاده از لايه نازکي از پودر سفيد اشاره کرد که به انعکاس بيشتر فوتون‎هاي نوري و بازگشت آنها به اسکنر مي‎کند.
اسکنرهاي ليزري مي‎توانند تريليون‎ها فوتون نوري را به سمت شي گسيل داشته و فقط در صد کوچکي از آنها را که از اشياي مورد نظر منعکس مي‎شوند، دريافت نمايند.

قدرت انعکاسي شي به رنگ آن بستگي دارد. يک سطح سفيد، مقدار زيادي نور منعکس کرده و يک سطح سياه نيز فقط حجم کمي از نور را منعکس مي‎کند.

کارآيي

هدف از استفاده از يک اسکنر سه بعدي، معمولاً ايجاد يک نمونه ژئومتريک بر روي يک سطح مي‎باشد.
سپس اين نقاط براي شکل دادن شي مورد استفاده قرار مي‎گيرند.
اگر اطلاعات مربوط به هر نقطه جمع آوري شوند، مي‎توان رنگ‎هاي مربوط به شي را نيز تعيين نمود.
اسکنرهاي سه بعدي، کاملاً آنالوگ هستند.

اين ابزار نيز همانند دوربين‎ها، اطلاعات مربوط به سطوحي را جمع آوري مي‎کنند که حالتي تيره نداشته باشند.
از آنجا که دوربين، اطلاعات مربوط به اشياي موجود در ميدان ديد خود را جمع آوري مي‎کند، اسکنرهاي سه بعدي نيز اطلاعات فاصله‎اي مربوط به اشياي موجود در ميدان ديد خود گردآوري مي‎نمايند.

تصوير ايجاد شده توسط يک اسکنر سه بعدي، فاصله يک سطح را در هر نقطه از آن تصوير تعيين مي‎کند.
اگر يک سيستم هماهنگ فضايي به گونه‎اي تعريف شود که اسکنر، منبع برداري خروجي از جلوي اسکنر، يعني P و θ برابر با صفر باشند، هر نقطه بر روي تصوير با Q و θ در ارتباط است.

اين هماهنگي فضايي، به همراه فاصله‎اي که مولفه γ را تنظيم مي‎کند، حالتي کاملاً سه بعدي از نقاط موجود بر روي تصوير ايجاد مي‎شود که اين حالت در يک سيستم کاملاً هماهنگ و متناسب با اسکنر ايجاد مي‎شود.

در اکثر مواقع، يک اسکن تنها نمي‎تواند مدل کاملي از يک شي را به وجود آورد.

براي دستيابي به تمام اطلاعات مربوط به جنبه‎هاي مختلف يک شي و اسکن‎هاي متعددي از جهات مختلف مورد نياز هستند.
اين اسکن‎ها بايد در يک سيستم منبع جمع آوري شوند؛

فرآيندي که معمولاً از آن تحت عنوان تنظيم يا رجيستر نام برده مي‎شود؛
سپس آنها براي ايجاد يک مدل کامل مورد استفاده قرار مي‎گيرند
اين فرآيند، از نقشه ويژه تا مدل کلي ادامه مي‎يابد که تحت عنوان اسکن سه بعدي معروف است.

فناوري

اسکنرهاي سه بعدي به دو نوع تقسيم مي‎شوند:
۱- تماسي
۲- غيرتماسي

اسکنرهاي سه بعدي غيرتماسي را مي‎توان به دو مقوله اصلي تقسيم کرد:
الف) اسکنرهاي فعال (Active)
ب) اسکنرهاي انفعالي (Passive)
فناوري‎هاي متعدد و متنوعي وجود دارند که تحت تاثير اين مقوله‎ها فعاليت مي‎کنند.

اسکنرهاي سه بعدي تماسي

اين اسکنرها، شي را از طريق تماس فيزيکي اسکن مي‎کنند.
از نمونه اسکنرهاي سه بعدي تماسي مي‎توان به CMM (دستگاه سنجش هماهنگي) اشاره کرد.
اما يکي از نقاط ضعف اين نوع اسکنرها اين است که به تماس مستقيم با شي اسکن شده نياز دارند.

درنتيجه، اقدامات مربوط به اسکن يک شي ممکن است موجب تغيير يا تخريب آن گردد.
يکي ديگر از نقاط ضعف CMMها، سرعت پايين آنها در مقايسه با ساير شيوه‎هاي اسکن است.
با مقايسه اين نوع اسکنرها با اسکنرهاي ليزري متوجه مي‎شويم که سرعت عملکرد اسکنرهاي ليزري مي‎تواند از ۱۰ تا ۵۰۰ کيلو هرتز باشد.

اسکنرهاي سه بعدي غيرتماسي- فعال

اسکنرهاي فعال، نور يا رادياسيو نهايي را منتشر مي‎کنند که نشاندهنده انعکاس آن از يک شي يا محيط است. از انواع احتمالي انتشارهاي مورد استفاده مي‎توان به نور، مافوق صوت يا اشعه ايکس اشاره کرد.

Time-of-flight

اسکنر ليزري سه بعدي، نوع اسکنر فعال است که از نور ليزر براي اسکن يک تصوير استفاده مي‎کند.
در داخل اين اسکنر، يک ليزرياب وجود دارد. اين ليزر ياب با زمان‎بندي پالس‎هاي نوري، فاصله يک سطح را تعيين مي‎کند.
پيش از مشاهده نور منعکس شده، از يک ليزر به منظور انتشار پالس نوري استفاده مي‎شود.
از آنجا که سرعت نوري مشخص است، اين زمان، فاصله حرکت نوري را تعيين مي‎کند که دو برابر فاصله اسکنر تا سطح است.

ردياب ليزري فقط فاصله يک نقطه را در مسير ديد خود تعيين مي‎کند.
در نتيجه، اسکنر، تمام نقاط موجود را در يک زمان اسکن مي‎کند.
جهت ديد ردياب ليزري را مي‎توان با چرخش دامنه ياب يا با استفاده از سيستم چرخش آئينه‎اي تغيير داد.
شيوه اخير به اين دليل مورد استفاده قرار مي‎گيرد که آينه‎ها بسيار سبک‎تر بوده و امکان چرخش آنها با سرعت و دقت بيشتري وجود دارد.
انواع متداول اسکنرهاي سه بعدي ليزري مي‎توانند فاصله‎اي بين ۰۰۰/۱۰ تا ۰۰۰/۱۰۰ نقطه را در هر ثانيه اندازه‎گيري کنند.

اسکنرهاي ليزري سه بعدي مثلثي شکل

اسکنرهاي ليزري سه بعدي مثلثي شکل، نوعي اسکنر فعال هستند که از نور ليزر استفاده مي‎کنند.
با توجه به زمان مورد نياز در اسکنرهاي سه بعدي، ليزر مثلثي شکل، يک پرتو ليزر را بر روي شي مي‎تاباند و براي يافتن مکان نقاط ليزري موجود بر روي شي، از يک دوربين استفاده مي‎کند.
بسته به ميزان فاصله پرتو ليزر از يک سطح، نقاط ليزري در مکان‎هاي مختلفي از نقطه ديد دوربين ظاهر مي‎شوند.
از اين تکنيک تحت عنوان تکنيک مثلثي نام برده مي‎شود، زيرا نقطه ليزر، دوربين و پخش کننده ليزر، يک مثلث را تشکيل مي‎دهند.
طول هر يک از اضلاع اين مثلث، فاصله بين دوربين و پخش کننده ليزر، مشخص است.

زاويه گوشه پخش کننده ليزر نيز مشخص است.
زاويه گوشه دوربين نيز با تعيين مکان نقطه ليزر در ميدان ديد دوربين مشخص مي‎گردد.
اين سه اهرم اطلاعاتي، شکل و اندازه مثلث را مشخص کرده و موقعيت نقطه ليزر را در داخل مثلث تعيين مي‎کنند.
در اکثر موارد، به جاي يک نقطه ليزري از يک دسته پرتو ليزر استفاده مي‎شود تا سرعت کار افزايش يابد.
هيئت تحقيقات ملي کانادا، اولين موسسه‎اي بود که در سال ۱۹۷۸ ميلادي، تحقيقاتي را براي گسترش اين شيوه اسکن انجام داد.

هولوگرافي کانوسکوپي

در يک سيستم کانوسکوپي، يک پرتو ليزر بر روي سطح تابيده شده و سپس، انعکاس مربوط به همان مسير اشعه، از طريق يک کريستال کانوسکوپي بر روي يک CCD قرار مي‎گيرد.
نتيجه اين امر، يک الگوي مجزاست که مي‎تواند به منظور تعيين فاصله از يک سطح مشخص، مورد تحليل و بررسي قرار گيرد.
مزيت اصلي هونوگرافي کانوسکوپي اين است که براي اندازه گيري، فقط يک مسير ويژه اشعه‎ها مورد نياز مي‎باشد.

در نتيجه، موقعيت مناسبي براي اندازه گيري عمق يک حفره ايجاد مي‎شود.

چاپ دیجیتال 

ليزر انتقالي

اسکنرهاي ليزري انتقالي، از طريق مکانيسم مثلثي که در بالا به آن اشاره شد، يک تصوير سه بعدي را به وجود مي‎آورند:
يک نقطه يا خط ليزري از طريق يک ابزار انتقالي بر روي شي تابيده مي‎شود.
سپس يک حسگر، فاصله آن را تا سطح اندازه گيري مي‎کند.
داده‎هاي مربوط به سيستم هماهنگ کننده داخلي، جمع آوري شده و درنتيجه، تمام داده‎هاي مربوط به موقعيت اسکنر نيز بايد جمع آوري شوند.
اين موقعيت مي‎تواند به وسيله اسکنر با استفاده از ويژگي‎هاي منبع مربوط به سطح اسکن شده يا با استفاده از شيوه رديابي خارجي تعيين گردد.
شيوه رديابي خارجي، نوعي ردياب ليزري است که داراي يک دوربين هماهنگ مي‎باشد.
داده‎ها با استفاده از رايانه جمع آوري شده و به صورت نقطه داده‎ها در يک فضاي سه بعدي ذخيره مي‎شود.
در اين فضاي سه بعدي، پردازش داده‎ها موجب تغيير اطلاعات در يک فضاي سه بعدي مي‎شود.

ادامه دارد…

مهتاب موید