طراحي اسكنر سه بعدي نوري

3D optical scanner design

اسكن سه بعدي به دو روش مستقيم و غيرمستقيم قابل انجام است. عموما در آزمايشگاه‌هاي تست مكانيكي، اشاره‌گر دستگاه CMM و يا ساعت اندازه گيري تماس مستقيم با قطعه كار برقرار مي كند و با حركت و اندازه‌گيري مستقيم پشت سرهم جابجايي در نقاط گسسته‌اي از قطعه كار اندازه‌گيري مي شوند. تماس مستقيم با قطعه كار و مخرب بودن روش، سرعت كم اندازه‌گيري و هزينه بالاي دستگاه CMM، عيب‌هاي عمده روش مستقيم محسوب مي‌شوند. در اين كار پژوهشي با به ‌كارگيري اسكنر سه بعدي نوري، تعييرات سه بعدي قطعه كار به ‌صورت غيرمستقيم اندازه‌گيري شده است. در اين آزمايش قطعه كار با اعمال نيروي فشاري تغيير شكل داده سپس الگوي سينوسي توسط يك ويدئو پروژكتور به سطح قطعه كار قبل و بعد از اعمال نيرو ‌تابانده شده و همزمان با يك دوربين ديجيتال تصاوير ذخيره شده است. در ادامه انتقال‌هاي فاز مخاسبه ‌شده بين تصاوير قبل و بعد از خمش با به‌كارگيري روابط مناسب ،به جابجايي نقاط مختلف ورقه فلزي در فضاي سه‌بعدي تبديل مي‌شود. گفتني است جهت اندازه‌گيري خمش ضروري است تا پاسخ غيرخطي سيستم ويدئو پروژكتور و دوربين تخمين زده و جبران شوند و نيز كاليبراسيون سيستم صورت گيرد. در نهايت، نشان داده خواهد شد كه تكنيك افكنش الگوي ديجيتالي سينوسي به صورت غير مستقيم و غير مخرب قادر به اسكن سه بعدي قطعه كار با دقتي در حدود كسري از ميلي‌متر و سرعتي به مراتب بيشتر از روش هاي مستقيم است.

3D scanning can be done in two ways, direct and indirect. In mechanical testing laboratories, the CMM or dial indicator usually makes direct contact with the workpiece and is measured by moving and measuring directly in series with displacements at discrete points of the workpiece. Direct contact with the workpiece and destructiveness of the method, low measurement speed and high cost of the CMM machine are the main disadvantages of the direct method. In this research work, using a 3D optical scanner, the 3D changes of the workpiece have been measured indirectly. In this experiment, the workpiece is deformed by applying a compressive force, then the sine pattern is projected to the workpiece surface by a video projector before and after the force is applied, and the images are stored simultaneously with a digital camera. Then, the calculated phase transitions between the images before and after bending, using appropriate relations, are transformed into the displacement of different points of the sheet metal in three-dimensional space. It should be noted that in order to measure bending, it is necessary to estimate and compensate for the nonlinear response of the video projector and camera system, as well as to calibrate the system. Finally, it will be shown that the sinusoidal digital pattern diffraction technique is able to indirectly and non-destructively scan 3D workpieces with an accuracy of about a fraction of a millimeter and much faster than direct methods.