Tổng quan về máy scan 3D trong công nghiệp và dân dụng

Một số loại 3D scanner phổ biến, và các mẫu máy 3D scan để bàn phát triển bởi IROVI3D

1. 3D Scanner là gì

3D scanner, một số loại còn được gọi là 3D camera, nôm na là thiết bị chụp ảnh 3D, tương tự như máy ảnh cho ra bức ảnh 2D vậy. Ảnh 3D, mỗi điểm ảnh là 1 điểm trong không gian 3 chiều, có tọa độ X,Y,Z.

Nhưng khác với máy ảnh 2D, 3D Scanner thường chỉ chụp được vật trong khoảng cách tương đối ngắn. Khoảng cách chụp với các 3D Scanner cho việc tái tạo khuôn mẫu (reverse engineering) thường khoảng 0.3~1.5m; đối với loại dành cho game giải trí (như Xbox) thường 2~7m gì đó, còn loại laser đo đạc các tòa nhà thì cỡ vài chục m đến trăm m.

Để tạo ra ảnh 3D, có 2 phương thức: thụ động và chủ động.

① Loại thụ động: được gọi là 3D camera hoặc stereo 3D camera, dùng 2 cameras (tương tự như mắt người vậy), loại này đặc điểm là tốc độ nhanh, nhưng độ chính xác không cao lắm, điểm ảnh thường không đều, và không chụp được vật có màu sắc đồng nhất.

② Loại chủ động: thường gọi là 3D scanner, ngoài camera thì còn 1 thiết bị phát ra ánh sáng nhìn thấy hoặc không (IR chẳng hạn), loại này tốc độ tương đối chậm, thông thường 10~15 fps gọi là nhanh, còn không thì 1~2s/shot, độ chính xác cao, chụp được cả vật có màu sắc đồng nhất, do bị giới hạn năng lượng của ánh sáng phát ra nên khoảng cách chụp không xa được.

Phần lớn chúng ta chỉ quan tâm tới loại 3D Scanner (chủ động).

2. Ứng dụng của 3D Scanners

Hiện nay các công ty về 3D scanner phát triển tương đối nhanh, ứng dụng trong các lĩnh vực: tự động hóa, kiểm tra lỗi sản phẩm, y tế (chụp răng, skin), reverse engineering, giải trí, lưu giữ bản mẫu cổ vật, hình sự (chụp ảnh hiện trường). … Nổi tiếng (và đắt) là GOM, Artec, LMI, Faro, 3D System, …, gần đây là Shinning, Kscan, Thunk3D, … của China (VN phổ biến vì giá cả phù hợp hơn).

Ở Việt Nam thì phổ biến trong thiết kế ngược, đo kiểm, nghành gỗ mĩ nghệ, scan người và in lưu niệm 3D nhưng không được rộng rãi lắm, tạo khuôn mẫu, gốm sứ, ....

3. Phân loại 3D Scanners

3D Scanner có nhiều loại, tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà công nghệ sử dụng cũng khác nhau, không chỉ là cấu hình của các bộ phận.

① Line Laser 3D scanner:

A. Cấu hình gồm có

- 1 line laser

- 1 3D camera tốc độ cao, thường 1000fps hoặc hơn (cái này là 2D camera nhưng có function tách profile nên gọi là 3D camera)

- 1 linear motion axis

B. Đặc điểm:

- Độphân giải cao, độ chính xác cao

- FOV theo chiều X có thể thay đổi được theo config hoặc độ dài stroke của motion

C. Ứng dụng

- Kiểm tra lỗi sản phẩm: gỗ, sắt thép, PCB, …. Do không được flexible lắm nên ít dùng trong reverse engineering (thời kỳ đầu chắc dùng nhiều).

- Automated manufacturing: ngành giày, bin picking, …

- ….

② Structured Light 3D scanner (có tên khác là là white light 3D scanner)

A. Cấu hình có

- 1 light projector (hoặc các chùm laser line song song)

- 1 hoặc 2 2D cameras

B. Đặc điểm

- Độ phân giải cao (nhưng thấp hơn line laser scanner so cùng FOV), độ chính xác cao

- Là area scan, FOV thay đổi theo khoảng cách chụp

- Tùy vào ứng dụng mà projector sẽ phát ra loại pattern khác nhau

C. Ứng dụng: cái này có nhiều ứng dụng hơn so với line laser 3D scanner.

- Kiểm tra lỗi sản phẩm

- Thiết kế ngược, đo kiểm

- Game (mấy cái Kinect Xbox đời 1 đó)

- Y tế, Fashion, hình sự, bảo tàng lịch sử, ..

- Automated manufacturing