Laser Scanner 3D: cos’è e come viene utilizzato

Introduzione 

In questo nuovo approfondimento realizzato dal team di Modelleria Ferrieri, parleremo di laser scanner 3D e di come questo strumento sia diventato fondamentale per il nostro servizio di Reverse Engineering.

Prima di tutto facciamo una premessa utile a introdurre l’argomento.

L’internet delle cose è stato il primo vero pilastro di connessione fra il mondo reale e quello virtuale. 

Nel momento stesso in cui il web è diventato non solo uno strumento di connessione fra le persone, ma anche un mezzo per reperire informazioni, gestire e acquistare oggetti, è ovvio che si sia abbattuta la barriera che riporta la definizione stessa di “astratto”, o comunque digitale, e concetto (o per meglio dire, “fisico”).

Oggi quella barriera non esiste più e, anzi, si potrebbe dire si siano fatti numerosi passi avanti in quella direzione, alcuni dei quali particolarmente avanzati per la nostra epoca, come per esempio tradurre le cose fisiche in oggetti virtuali.

Se ci pensiamo, questo paradigma cambia tutto: non più il virtuale che diventa reale, ma il suo esatto opposto.

• Per quale ragione siamo arrivati a questo punto? 

• Quali sono le esigenze che ci hanno spinto a muoverci in quella direzione?

Anzitutto il bisogno di modificare lo spazio intorno a noi.

Pensiamo a un ambiente fisico: tradurlo in un file virtuale ci consente di poter “gestire” quello spazio in modi totalmente nuovi, come per esempio:

• lavorandolo dal punto di vista architettonico; 
• variandone i colori, o ancora integrandovi dei supporti d’arredamento.

Tutte prove che farebbero fatica ad essere realizzate all’interno dello spazio nella sua fisicità: non possiamo “simulare” la ristrutturazione di un ambiente nell’ambiente stesso, ma solo nella sua versione virtuale, che come tale è modificabile a proprio piacimento.

Ovviamente tutto questo è possibile nella misura in cui abbiamo a disposizione tecnologie in grado di realizzare questa dinamica.

La tecnologia di cui parliamo è nello specifico il laser scanner 3D, di cui andremo adesso a parlare più nello specifico.

Che cosa intendiamo per laser scanner 3D

In buona sostanza un “LS 3D”, o 3D laser scanner, è un macchinario in grado di “leggere” uno spazio o un oggetto, memorizzarne le caratteristiche fisiche e morfologiche, e trasformarlo in un modello virtuale. 

Un po’ come se fosse la forma evoluta di una macchina fotografica digitale, dal momento che riesce a lavorare con fedeltà su tutte e tre le dimensioni.

Le tipologie di scan laser 3D sono differenti, dai sistemi tascabili ai palmari, dalle macchine più strutturate al treppiede. 

Sono molte le versioni di scansione digitale, diverse per tipologia di utilizzo e per settore all’interno del quale verranno impiegate.

Questo perché le esigenze di mappatura di un ingegnere, ad esempio, sono diverse da quelle di un architetto, di un tecnico o addirittura di un artista.

Iper-semplificando, un laser scanner 3D utilizza i raggi laser come “lettori” dello spazio o dell’oggetto, e ne registra le caratteristiche fisiche e morfologiche, riproducendolo in un file virtuale.

Maggiore sarà la complessità dell’apparecchio e più precise saranno le sue rilevazioni.

Alcune caratteristiche proprie di un laser scanner 3D

Nello specifico bisogna pensare al laser come a un insieme di “punti”, utili a definire la posizione dell’oggetto all’interno dello spazio. 

In base al modello di macchinario che effettua la scansione laser 3D si otterrà poi un file di un tipo o di un altro, traducibile in ogni caso in un documento da poter lavorare con un programma di gestione modelli CAD.

Importante specificare che lo scanner laser 3D è un macchinario che lavora in totale assenza di contatto, ossia il suo lettore funziona a distanza e non ha alcun bisogno di connettersi fisicamente allo spazio o all’oggetto da lavorare. 

Inoltre il laser in questione non crea alcun danno alle superfici e non le altera in nessun modo, nemmeno temporaneamente.

Tipologie di laser scanner 3D

Esistono diversi tipi di scanner 3D al laser, diversi per caratteristiche e per utilizzi. 

Uno dei più diffusi è il laser 3D scanner a “tempo di volo”; si chiama così perché gli impulsi del laser che “tornano” dopo aver letto l’oggetto vengono misurati in funzione della tempistica di percorso. 

Più tempo impiega l’impulso a tornare alla fonte, maggiore sarà la distanza fra l’oggetto e la fonte stessa (o fra due punti diversi dalla fonte). 

Si tratta tipicamente di una tipologia di scanner 3D utile a individuare con precisione la posizione di un oggetto o di uno spazio-target.

Esistono poi i cosiddetti laser scanner 3D a “differenza di fase” (o a “sfasamento), che hanno un meccanismo simile ai laser a tempo di volo ma sono maggiormente utili per distanze più brevi (massimo 120 metri, tipicamente). 

Il loro funzionamento è a frequenze alternate e la misurazione delle distanze, estremamente rapida, avviene calcolando la differenza di fase tra i segnali che vengono emessi e quelli che vengono riflessi.

Il terzo macchinario che si occupa di 3D laser imaging è quello che viene definito “a triangolazione”, che funziona cioè triangolando gli impulsi emessi dalla luce laser, dalla fonte e da un marcatore generato dal macchinario stesso. 

Si tratta di una tecnologia particolarmente adatta a registrare oggetti piccoli e ravvicinati, ha una grande fedeltà di riproduzione ma, come detto, non è funzionale per oggetti distanti o di grandi dimensioni.

Prototipazione rapida con scansione laser 3D presso Modelleria Ferrieri

L’uso del laser scanner 3D presso Modelleria Ferrieri, è di fondamentale importanza per garantire il nostro servizio di Reverse Engineering.

Questa è forse una tra le nostre specializzazioni più avanzate, fiore all’occhiello della nostra azienda, e consente di realizzare prototipi in 3D in modo molto accurato, ma senza avere necessariamente dei progetti o della documentazione preliminare già pronta.

Il tutto parte esclusivamente da un modello fisico, del quale viene effettuata una scansione digitale, analizzandone nel dettaglio ogni tipo di dettaglio, riproducendolo sul modello definitivo.

Tale scansione 3D viene effettuata avvolgendo l’oggetto in questione con una sequenza di pattern luminosi codificati, acquisendo milioni di punti dati al secondo. 

Così facendo si ottiene una mesh, ossia una rete tridimensionale che definisce l’oggetto nello spazio. Il tutto avviene in pochissimo tempo.

Più elevata è la densità dei punti che andremo a rilevare e migliore sarà la precisione della mesh.

Così facendo si ottengono prototipi 3D di elevata qualità ed accuratezza, per esigenze di ogni tipo (pensiamo, ad esempio, a pezzi di ricambio per macchine industriali):

• ottimizzando i flussi di lavoro;
• migliorando i processi produttivi.

 

Volete saperne di più sui nostri servizi di prototipazione rapida con la creazione di modelli 3D?

Rivolgiti a Modelleria Ferrieri, al +39 0577.937746, oppure inviando una mail a modelleria@modelleriaferrieri.it.  

Ci troviamo in Toscana, per la precisione a Poggibonsi (Siena).