Cùng 3DPRO tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của máy Scan 3D

Nguyên lý hoạt động của máy scan 3D laser và ánh sáng trắng?

Laser Scanner (Máy quét laser): Đây là phần quan trọng nhất của máy quét 3D. Máy quét sử dụng tia laser để chiếu vào bề mặt vật thể. Một cảm biến nhận diện sự phản xạ của tia laser từ bề mặt vật thể, tính toán khoảng cách và tạo ra các điểm dữ liệu.

Đo lường khoảng cách (Distance Measurement): Tia laser phát ra từ máy quét sẽ phản xạ lại từ bề mặt vật thể. Bằng cách đo thời gian mà tia laser mất để quay trở lại, máy quét có thể tính toán được khoảng cách từ máy đến vật thể.

Hệ thống quay (Rotating System): Máy quét có thể xoay hoặc di chuyển theo các phương khác nhau để lấy các điểm dữ liệu từ nhiều góc độ khác nhau, giúp xây dựng mô hình 3D chính xác hơn.

Camera và cảm biến (Cameras and Sensors): Một số máy quét 3D còn tích hợp các camera để chụp ảnh và tăng cường dữ liệu màu sắc cho mô hình 3D. Điều này giúp tăng độ chính xác và hoàn thiện của mô hình 3D cuối cùng.

Phần mềm xử lý (Software): Sau khi thu thập dữ liệu điểm, phần mềm sẽ kết nối tất cả các điểm lại với nhau để tạo ra một mô hình 3D hoàn chỉnh.

Hệ thống điều khiển (Control System): Đây là bộ phận điều khiển toàn bộ quá trình quét, bao gồm các giao diện người dùng để thiết lập các thông số quét và xử lý dữ liệu.

                Sơ đồ thu thập dữ liệu 3D của dòng máy scan laser

Sơ đồ thu thập dữ liệu 3D của dòng máy scan ánh sáng trắng

MÁY SCAN LASER ÁNH SÁNG XANH

Máy quét 3D laser ánh sáng xanh hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng ánh sáng laser để quét và thu thập thông tin về hình dạng và cấu trúc của vật thể ba chiều. Dưới đây là các bước cơ bản trong nguyên lý hoạt động của máy scan 3D laser ánh sáng xanh:

Phát xạ ánh sáng laser: Máy quét sẽ phát ra một chùm tia laser có bước sóng đặc trưng (thường là ánh sáng xanh với bước sóng từ 400 đến 500 nm). Ánh sáng laser này sẽ được chiếu vào bề mặt của vật thể mà bạn muốn quét.

Chiếu và phản xạ: Khi ánh sáng laser chiếu vào bề mặt của vật thể, một phần của ánh sáng này sẽ bị phản xạ lại. Tùy thuộc vào hình dạng và độ cong của bề mặt, ánh sáng sẽ phản xạ về hướng khác nhau.

Thu nhận dữ liệu phản xạ: Máy quét sẽ sử dụng các cảm biến để thu nhận ánh sáng phản xạ từ bề mặt vật thể. Các cảm biến này có thể là camera CCD hoặc các cảm biến quang học đặc biệt khác. Mỗi điểm phản xạ ánh sáng này sẽ cung cấp thông tin về vị trí 3D của bề mặt vật thể

2. Đo thời gian hoặc góc: Máy quét có thể sử dụng một trong hai phương pháp chính để xác định khoảng cách giữa máy quét và bề mặt vật th
   Đo thời gian phản xạ (Time of Flight - ToF): Máy quét đo thời gian ánh sáng phát ra từ máy quét và phản xạ lại từ vật thể để tính toán khoảng cách.
   • Đo sự thay đổi pha (Phase Shift): Máy quét tính toán sự thay đổi pha của ánh sáng laser sau khi phản xạ từ vật thể để xác định khoảng cách.
     3. Tạo mô hình 3D: Dữ liệu thu được từ nhiều điểm quét sẽ được kết hợp lại để tạo ra một mô hình 3D của vật thể. Các điểm này tạo thành một "cloud point" (đám mây điểm) mà từ đó, phần mềm xử lý sẽ xây dựng mô hình 3D hoàn chỉnh.
   • Xử lý và chỉnh sửa dữ liệu: Sau khi thu thập đủ dữ liệu từ nhiều góc độ khác nhau, phần mềm sẽ xử lý và tạo ra mô hình 3D chính xác của vật thể, có thể được lưu trữ hoặc xuất ra các định dạng khác nhau để sử dụng cho các ứng dụng như in 3D, phân tích kỹ thuật, hay thiết kế.

Ưu điểm của ánh sáng xanh trong quét 3D là nó có khả năng chiếu sáng mạnh mẽ và tương đối ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như ánh sáng xung quanh, giúp cải thiện độ chính xác trong quá trình quét.
Góc chiếu rộng, và tốc độ scan nhanh, độ chính xác cao do đó phù hợp cho việc quét các vật có kích thước lớn và siêu lớn như động cơ ô tô, tubin, máy bay, xe tăng, cabin o tô, tàu thủy…

MÁY SCAN LASER ÁNH SÁNG ĐỎ
Máy scan 3D sử dụng laser đỏ hoạt động theo nguyên lý tương tự như máy scan 3D laser ánh sáng xanh, nhưng thay vì sử dụng ánh sáng xanh, máy sử dụng ánh sáng laser đỏ để quét và thu thập dữ liệu về hình dạng và cấu trúc của vật thể ba chiều. 

Phát xạ ánh sáng laser đỏ

Máy quét phát ra một chùm tia laser đỏ (thường có bước sóng khoảng 650 nm). Ánh sáng này được chiếu lên bề mặt của vật thể mà bạn muốn quét.

Ưu điểm của laser đỏ

Ánh sáng laser đỏ có thể dễ dàng được tạo ra từ các nguồn laser với độ chính xác cao, và thường ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi trong môi trường so với các loại ánh sáng khác. Các máy scan 3D laser đỏ có thể đạt được độ phân giải cao phù hợp cho việc quét các vật thể nhỏ.
Nhược:
- Phù hợp với các đối tượng kích thước nhỏ.
- Độ phân giải không cao so với máy scan laser xanh cùng phần khúc.
- Tốc độ scan chậm hơn so với máy scan laser xanh cùng phân khúc.

MÁY SCAN LASER ÁNH SÁNG TRẮNG
Máy quét 3D sử dụng ánh sáng trắng hoạt động theo nguyên lý chiếu ánh sáng trắng lên bề mặt vật thể và thu thập dữ liệu để tạo ra mô hình 3D của vật thể. Ánh sáng trắng có thể được hiểu là ánh sáng có nhiều bước sóng khác nhau (tương tự như ánh sáng tự nhiên), bao gồm tất cả các màu trong phổ ánh sáng. 

Phát ra ánh sáng trắng
Máy quét sử dụng một nguồn phát ánh sáng trắng mạnh, thường là từ các đèn huỳnh quang hoặc LED trắng. Ánh sáng trắng này có phổ rộng và có thể chiếu lên bề mặt của vật thể từ nhiều góc độ khác nhau.

Chiếu ánh sáng lên bề mặt vật thể
Ánh sáng trắng sẽ chiếu lên bề mặt vật thể và bị phản xạ lại. Tuy nhiên, do ánh sáng trắng có nhiều bước sóng (tức là ánh sáng chứa nhiều màu sắc), mỗi phần ánh sáng sẽ phản chiếu theo cách khác nhau tùy thuộc vào vật liệu và đặc điểm bề mặt của vật thể.


Nhược điểm:
Khó khăn khi quét bề mặt bóng hoặc trong môi trường ánh sáng mạnh: Máy quét ánh sáng trắng có thể gặp khó khăn khi quét các bề mặt phản chiếu mạnh hoặc trong điều kiện ánh sáng mạnh.
Do đó sẽ cần phải xử lý phun bột bề mặt khi scan các vật như thế này.

- Yêu cầu về phần mềm xử lý mạnh mẽ: Để xử lý và phân tích các điểm quét chính xác, máy quét và phần mềm cần có khả năng xử lý mạnh mẽ.
- Không có nhiều chế độ scan như máy Scan laser: Detail mode, hole mode..

- Kích thước máy cồng kềnh, thường gắn trên trục nâng đỡ như cánh tay robot, không linh hoạt

MÁY SCAN LASER HỒNG NGOẠI
Máy quét 3D sử dụng nguồn sáng hồng ngoại hoạt động dựa trên nguyên lý chiếu ánh sáng hồng ngoại lên bề mặt vật thể và thu thập phản xạ từ ánh sáng này để xác định hình dạng, kích thước và cấu trúc 3D của vật thể. Ánh sáng hồng ngoại (IR) có bước sóng dài hơn ánh sáng khả kiến, vì vậy nó không nhìn thấy được bằng mắt thường, nhưng vẫn có thể tương tác với vật thể và phản xạ trở lại cảm biến.
Dưới đây là nguyên lý hoạt động chi tiết của máy quét 3D sử dụng nguồn sáng hồng ngoại:
Phát ra ánh sáng hồng ngoại
Máy quét sử dụng một nguồn sáng hồng ngoại (thường là từ đèn LED hoặc laser hồng ngoại) để phát ra ánh sáng có bước sóng trong phạm vi hồng ngoại, thường từ 700 nm đến 1.5 µm. Ánh sáng hồng ngoại này được chiếu lên bề mặt của vật thể cần quét.
Chiếu ánh sáng lên bề mặt vật thể
Khi ánh sáng hồng ngoại chiếu lên bề mặt vật thể, ánh sáng sẽ phản xạ lại tùy theo đặc điểm và hình dạng bề mặt của vật thể. Ánh sáng hồng ngoại có khả năng xuyên qua các môi trường có ánh sáng mạnh mà không bị ảnh hưởng nhiều, giúp máy quét hoạt động tốt trong môi trường có ánh sáng xung quanh mạnh mẽ.

Ứng dụng của máy quét 3D sử dụng ánh sáng hồng ngoại:
Ứng dụng trong y học: Máy quét 3D hồng ngoại được sử dụng trong các ứng dụng y tế như quét cơ thể bệnh nhân hoặc tạo mô hình 3D của các bộ phận cơ thể.
Đo lường và phân tích di sản: Máy quét 3D hồng ngoại có thể được sử dụng để bảo tồn và phân tích các tác phẩm nghệ thuật hoặc di sản văn hóa.
Quét vật thể trong môi trường ngoài trời: Công nghệ ánh sáng hồng ngoại rất hữu ích khi quét các vật thể ngoài trời, nơi ánh sáng mặt trời hoặc điều kiện ánh sáng thay đổi có thể ảnh hưởng đến các hệ thống quét sử dụng ánh sáng khả kiến.
Ưu điểm:
Không cần dán điểm khi scan, tốc độ scan chậm

Nhược điểm:
Độ chính xác scan không cao.
Khi scan vật phải đứng yên.
Chất lượng bề mặt thấp

Kết luận: 

Hiện nay có quá nhiều hãng cung cấp máy scan 3D và công nghệ khác nhau, khi tìm hiểu khách hàng có thể sẽ khó chọn lựa được sản phẩm phù hợp. Khi đó hãy liên hệ với 3DPRO để được tư vấn sản phẩm phù hợp với nhu cầu của mình bởi vì chúng tôi đã có hơn 10 năm kinh nghiệm sử dụng các loại máy scan từ loại máy ATOP (GOM) đến Máy handy scan của Creaform, đến máy của Shinning 3D, Mantis…..