Al día de hoy, existen muchos tipos de tecnologías de escaneo 3-D en el mercado hoy en día que van desde los controladores de juegos utilizados comercialmente hasta los dispositivos de escaneo inteligente diseñados industrialmente. Es una de las tecnologías más increíbles que funcionan en la actualidad y sus resultados parecen casi “mágicos” pero… ¿qué tan maravillosa es la experiencia del escaneo láser?

¿Qué es realmente la tecnología del escaneo en 3-D?

En primer lugar, dejemos claro que el escaneo 3-D no es mágico. Es cierto que las tecnologías que hacen posible el funcionamiento del mismo son muy avanzadas y bastante sorprendentes. Pero detrás de los espejos, que se encuentran en la sonda láser, existe una gran cantidad de conocimientos y experiencias que hacen que la experiencia de escaneo láser se convierta en algo maravilloso y al alcance de hasta los más novatos.

El escaneo 3-D es una tecnología no destructiva que captura digitalmente la forma de objetos físicos utilizando una línea de luz láser, creando “nubes de puntos” de datos desde la superficie de un objeto. En otras palabras, el escaneo 3-D es una forma de capturar el tamaño y forma exactos de un objeto físico en el mundo de la computadora como una representación tridimensional digital.

En la imagen se describe el principio de difracción láser que aplica el escaneo en 3-D para su funcionamiento. Cortesía: engineering.com

Los escáneres 3-D miden detalles finos y capturan figuras de forma libre para generar rápidamente nubes de puntos de gran precisión. El escaneo 3-D es ideal para la medición e inspección de superficies contorneadas y geometrías complejas que requieren grandes cantidades de datos para su descripción precisa y para el cual no es práctico el uso de métodos de medición tradicionales o una sonda táctil.

El resultado es un archivo 3-D del objeto que se puede guardar, editar e incluso imprimir en 3-D. Existen muchas tecnologías diferentes de escaneo 3-D para escanear objetos, entornos y personas en 3-D. Cada tecnología de escaneo 3-D viene con sus propias limitaciones, ventajas y costos.

Principios básicos y proceso del escaneo 3-D

El principio básico parte en usar un escáner 3-D para recopilar datos sobre un sujeto el cual puede ser:

  • Un objeto
  • Un entorno (como una habitación)
  • Una persona (escaneo corporal 3-D)

1.- Adquisición de los datos

Algunos escáneres 3-D pueden recopilar simultáneamente datos de formas y colores. Es necesario conocer que una superficie de color escaneada en 3-D se llama textura. Durante este proceso, un software especializado dirige la sonda láser sobre la superficie del sujeto. La sonda láser proyecta una línea de luz láser sobre la superficie, mientras que 2 cámaras con sensores registran continuamente la distancia y forma cambiantes de la línea láser en tres dimensiones (X Y Z) a medida que se desplaza a lo largo del objeto.

2.- Procesamiento de los Datos del Escaneo

La forma del objeto aparece representada como millones de puntos llamados “nubes de puntos” sobre el monitor de la computadora a medida que el láser se mueve y captura toda la forma de la superficie del objeto. El proceso es muy rápido, acumulando hasta 750,000 puntos por segundo.

Una vez que se crean los enormes archivos de datos de la nube de puntos, se registran y se fusionan en una representación tridimensional del objeto y se procesan posteriormente con varios paquetes de software adecuados para una aplicación específica:

  • Puntos para Inspección: si los datos se van a utilizar para inspección, el sujeto escaneado se puede comparar con los datos nominales  del software CAD (Computer Aided Design) que posee el diseñador. El resultado de este proceso de comparación se entrega en forma de un “informe de desviación del mapa de color”, en formato PDF, que describe gráficamente las desviaciones entre los datos de escaneo y los datos de CAD.
Usos del escáner 3D en ingeniería Inversa e inspección metrológica.
  • Modelo CAD para ingeniería inversa: el escaneo láser es la forma más rápida, precisa y automatizada de adquirir datos digitales en 3-D para ingeniería inversa. Nuevamente, utilizando un software especializado, los datos de la nube de puntos se utilizan para crear un modelo CAD 3D de la geometría de la pieza. El modelo CAD permite la reproducción precisa del objeto escaneado, o el objeto puede modificarse en el modelo CAD para corregir las imperfecciones.

Tecnologías vinculadas al Escaneo 3-D

1.- Tecnología de triangulación láser

Los escáneres 3-D basados ​​en triangulación láser utilizan una línea láser o un solo punto láser para escanear un objeto. A medida que la luz del láser se refleja en el objeto escaneado en 3-D, su trayectoria inicial es modificada y captada por un sensor.

¡ Me escanean en 3D! Vemos EVA de Artec y Focus 3d de Faro
Aquí observamos en acción, los principios del escaneo con triangulación laser

A partir de la modificación de la trayectoria del láser y la triangulación trigonométrica, el sistema puede discernir un ángulo de desviación específico. El ángulo calculado está directamente vinculado a la distancia desde el objeto hasta el escáner. Cuando el escáner 3-D recopila distancias suficientes, es capaz de mapear el objeto de la superficie y crear un escaneo 3D.

Las principales virtudes asociadas a este tipo de escaneo laser vienen asociadas a la excelente resolución y precisión que se obtiene del trabajo de esta técnica mientras que una desventaja de la tecnología de triangulación láser es su alta sensibilidad a las propiedades de la superficie al escaneo 3-D es decir, las superficies muy brillantes o transparentes son particularmente problemáticas.

2.- Tecnología con luz estructurada

Los escáneres de luz estructurada envían patrones de luz sobre el objeto a capturar, basándose en las deformaciones del patrón, determinando la forma del modelo y creando una malla 3-D o réplica digital.

Las principales ventajas de la tecnología de luz estructurada para el escaneo 3D son su velocidad, resolución y capacidad para escanear en 3-D a las personas. Mientras que la desventaja de la tecnología de luz estructurada es su sensibilidad a las condiciones de iluminación y los problemas que implica su uso para trabajar en exteriores.

3.- Fotogrametría

La fotogrametría es la ciencia de realizar mediciones a partir de fotografías, especialmente para recuperar las posiciones exactas de los puntos de superficie y se basa en una combinación de visión computacional y poderosos algoritmos de geometría computacional.

El principio de la fotogrametría es analizar varias fotografías de una toma estática, tomadas desde diferentes puntos de vista, y detectar automáticamente los píxeles correspondientes a un mismo punto físico.

Por medio de la fotogramertría se pueden hacer representaciones en el espacio vectorial de distintas imágenes estáticas y utilizar esa información para distintos fines de interés incluso militar. Cortesía: Xielco

La fotogrametría es la forma más fácil de comenzar a escanear en 3-D y solo requiere una cámara para comenzar a escanear en 3-D ¡incluso con tu teléfono inteligente! Además de la ventaja que esto representa también es una técnica que permite reconstruir sujetos de varias escalas, fotografiados desde el suelo o desde el aire. Una desventaja de la tecnología de fotogrametría es su sensibilidad a la resolución de las fotografías de entrada y el tiempo que lleva ejecutar los algoritmos.

4.- Tecnología de Contacto

Los escáneres de contacto 3-D sondean el sujeto a través de un contacto físico mientras el mismo se mantiene firmemente en su lugar. Una sonda táctil se mueve sobre la superficie a varios puntos del objeto para registrar información 3-D. La sonda a veces se conecta a un brazo articulado capaz de recolectar todas sus configuraciones y ángulos respectivos para obtener más precisión.

El escaneo 3-D por contacto se usa ampliamente para realizar el control de calidad de piezas mecánicas después de su fabricación o durante las operaciones de mantenimiento.

Las principales ventajas de la tecnología de contacto para el escaneo 3-D son su precisión y capacidad para escanear en 3-D las superficies transparentes o reflectantes y las desventajas de la tecnología de escaneo 3-D por contacto son su baja velocidad e insuficiencia para trabajar con formas orgánicas y de forma libre.

Y aquí finalmente… la importancia del uso del escaneo 3-D

Para ejemplificar la medida en que el escaneo 3-D tendrá un impacto sobre la humanidad en los años venideros imagine, por ejemplo, la reconstrucción de un cráneo humano gravemente dañado, que fue escaneado y gracias a la aplicación de esta tecnología fue replicado en titanio y el paciente pudo salvar su vida.

O el hecho de que podamos digitalizar el patrimonio cultural y el arte, haciéndolo intemporal e inmune al efecto de las guerras. Avanzando, uno puede imaginar un mundo donde básicamente todo tiene una contraparte digital, un mundo donde la diferencia entre lo físico y lo digital ya no exista, donde la realidad virtual es tan real como cualquier otra cosa.

ESCANEO DE PIEZAS EN 3D PARA FABRICACIÓN EN CNC

Actualmente, los sensores inteligentes 3-D se utilizan normalmente para inspeccionar y medir piezas y/o materiales que se mueven a lo largo de una línea de producción. Estos escáneres son útiles en aplicaciones que requieren visualización y medición 3-D de objetos estacionarios.

Otras aplicaciones del escaneo en 3-D abarcan:

Control de calidad en la línea de producción de una planta de fabricación.

• Escaneado 3-D de troncos y maderas en aserraderos para tomar mejores decisiones de corte

• Inspección del pavimento para autopistas y pistas de aeropuertos para determinar el desgaste

• Industria del juego, la animación y el entretenimiento en consolas y computadoras (Imágenes generadas por computadora)

• Reproducción y fines de archivo para las artes y la arqueología.

• Ingeniería inversa para analizar la construcción de un producto con el fin de desarrollar un producto/diseño similar o mejorado. El escaneo 3-D, al igual que la impresión en 3-D, es un término amplio que describe muchos procesos y aplicaciones diferentes. ¿Conoces alguna aplicación del escaneo en 3-D que no mencionamos aquí? Déjala saber en los comentarios y participemos juntos en una discusión sobre la tecnología que puede cambiar el destino de la tecnología mundial en los años venideros.

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