3d принтеры и сканеры.

Трехмерный сканер - это вид измерительной машины, которая проводит анализ физического тела и создает его оцифрованную копию.

3D сканеры встречается двух видов:

1. Контактный. Данный метод базируется на прямом контакте устройства с анализируемым объектом.
2. Бесконтактный. Такие устройства работают со световыми лучами, ультразвуком и пр.

Касательно бесконтактных видов, следует выделить две существующие их модификации: активные и пассивные. Первые - направляют на исследуемое тело направленные волны (зачастую это луч света или лазера) и ловят их отражение для последующего преобразования в оцифрованную копию. Лазерные модификации осуществляют анализ окружающего пространства или объектов, собирая данные о геометрических формах и даже о цвете. Лазерный 3d сканер может применяться не просто для прототипирования громоздких деталей, он также имеет спрос среди разработчиков видеоигр и деятелей киноиндустрии.

Пассивные модификации функционируют несколько иным образом: вместо целенаправленного излучения волн, они используют окружающий свет. Преимущественная часть такого вида устройств определяет зримую область - доступное излучение окружения.

Каковы цены на ручные 3Д сканеры?

Как только вышли в свет первые 3D печатающие устройства, эксплуатируемые в домашних условиях, трехмерные сканирующие устройства из исключительно специализированных инструментов стали настольной техникой, подвластной почти каждому человеку. Однако направление развития 3D технологий идет в сторону портативности, таким образом, мы можем наблюдать первые ручные 3D сканеры. Такие устройства дают возможность оцифровать как небольшие, так и громоздкие объекты, а широкий диапазон сканирования и функция автоматической фокусировки делает их универсальными.

Ознакомьтесь с нашим каталогом, в котором можно найти множество моделей от таких производителей, как: Breuckman, Artec, David и пр. Цена на ручной варьируется в зависимости от параметров модели, от того, насколько прецизионна ее работа, какие дополнительные функции доступны, и многого другого.

• Контроллер Arduino Nano


• Веб камера Logitech C270


• Два лазера 650nm 5mW Red Laser Line Module (12х36 мм)


• Драйвер шагового двигателя A4988


• Шаговый двигатель Nema 17 (1.7А 1,8 град/шаг) не длинее 40 мм


• Конденсатор 100 Мкф 35В


• Резистор 10К


• Блок питания 12В 1,5А


• Шариковый подшипник


• Ø200 x 8 мм круглая база. Может напечатать из трёх частей?


• Ø200 мм нескользящее покрытие


• Шпильки М8


• Гайки М8


• Шайбы М8


• Винты и гайки М3


• Напечатанные пластиковые детали


• Прямоугольный шахматный паттерн (контур pattern-surface.dxf)

Посадочное отверстие под лазеры должно быть диаметром 12 мм.

Теперь нужно по умному разделить деталь camera-holder.stl

Почистил ее от поддержек. Можно скачать чистую деталь . Пока буду резать на три части под скрутку винтами.

Порезал на три части под скрутку винтами M3x10. Скачать архив с stl моделями.

Общая схема подключения драйвера шагового двигателя

Подключение к Arduino Nano

Лазеры подключаем D2+GND, D3+GND

Общая схема сборки

Сборка столика

3 - М3х10 винт 5 штук
4 - М3 гайка 1 штука
6 - М8х30 болт 3 штуки. Вкручивается в диск (10). Можно взять винт М8 "в потай" и вкрутить сверху вниз, затянув внизу гайкой.

Установка и фиксация лазеров

2 - М3х10 винт фиксации корпуса лазера, 2 шт
3 - М3 гайка 2 штуки
4 - Лазер 2 штуки

Сошпиливание

1 - М8х400 резьбовая шпилька 2 штуки
2 - М8 гайка 28 штук
3 - М8 шайба 18 штук. Прокладывается между гайкой и пластиковой деталью
4 - Кабельканал. Можно заменить изолентой
5 - М8х292 резьбовая шпилька 1 штука
6 - М8х170 резьбовая шпилька 4 штуки. Держат лазеры. Думаю разумнее здесь ставить более тонкие шпильки
7 - Кабельканалы 3 штуки. Можно заменить изолентой или термоусадкой

Сборка холдера шахматного паттерна

2 - М3 гайка 2 штуки
3 - М3x10 винт 2 штуки
4 - картонка-фанерка
5 - шахматная бумажка-наклейка. pdf , svg

Видео сборки

Пока сам не начал собирать мне кажется, что этого достаточно для сборки. По ходу дела инфа будет меняться и дополняться.

Сборка

Брутальный подшипник

Наклеиваю кожанку на столик

Паяю проводки на драйвере

В итоге придётся делать на Arduino Uno, так как с Нанами я просчитался.

Вот уже и натыкал коннекторов в UNO ;)

Приехали. Хорус не видит COM порт UNO.

А в диспетчере устройств вместо Arduino UNO написано CH340. Похоже придётся бутлоадер перепрошивать.

Вот правильная схема для прошивки UNO (Duemilanova) через MEGA 2560. Только у меня кондёр на 100 мкф (наверное пойдёт). Буду проверять.

Шаги прошивки бутлоадера в Arduino UNO (Duemilanova), через Arduino Mega:

шаг 1 - К Меге ничего не подключено, кроме USB кабеля. Запускаем Arduino IDE. Выставляем параметры Меги: Плата, Процессор, Порт.

шаг 2 - Переходим в меню Файл -> Образцы и жмём ArduinoISP. В редактор загружается скетч программатора ArduinoISP. Жмём круглую кнопку со стрелкой вправо "Вгрузить" и заливаем скетч в Мегу.

шаг 3 - Отсоединяем Мегу от всего и подсоединяем к UNO (Duemilanova) по схеме (выше). А так же втыкаем конденсатор (у меня на 100 мкФ). Подключаем Мегу по USB к компьютеру.

шаг 4 - Теперь в Arduino IDE выставляем параметры для UNO (Duemilanova): Плата, Процессор, Порт

шаг 5 - Заходим в меню Инструменты -> Программатор и жмём на "Arduino as ISP". Теперь наша Мега стала программатором.

шаг 5 - Прошиваем bootloader на UNO (Duemilanova) через Мегу. В меню Инструменты жмём "Записать загрузчик". На обеих платах должны мигать светодиоды. Готово. Всё отсоединяем.

Пробовал перепрошить Bootloader по схеме в UNO. Всё мигало и заливалось, но в итоге ничего не вышло. Видимо фьюзы неправильные.
Освободилась Arduino Nano и я подлключил её к компьютеру. В диспетчере устройств опять вижу CH340, но ведь она то рабочая. Запускаю Xloader и заливаю HEX прошивки. Всё проходит, как по маслу. Подключаю UNO - Xloader зависает на прошивке, светодиоды не моргают. Вычитал, что под UNO может быть замасктрована Duemilanova. Ну и чем Чёрт не шутит, решил прошить на неё бутлоадер от этой Duemilanova. Замигали светодиоды - жизнь есть. Заливаю HEX прошивки и "о чудо" она заливается. Вот, что значит "правильные фьюзы" :-)

Вот такие настройки я выставил в Хорусе, иначе не работает. COM порт вписал сам, так как автоматически определяет неверно (определяет Мегу от 3D принтера) и выбор не предоставляет.

Обсуждение моих изысканий на

Привлекательность 3D-технологий для многих обывателей, по причине возможности создать все и вся, а также упрощение процесса прототипирования с ее помощью, стало причиной поиска возможностей удешевить стоимость требуемого оборудования.

Многие сегодняшние «кулибины» поставили перед собой задачу собрать требуемое 3D-оборудование самостоятельно из подручных и доступных по цене элементов, имеющихся в торговой сети, либо в списанном офисном оборудовании.

Таким образом появились в Интернете проекты и советы о том, как можно оказывается собрать 3д сканер собственными руками и затратить при этом не более $30.

Как сделать 3D-сканер самому

Материал необходимый для начала сборки

Что же может потребоваться тому, кто решил испытать себя и свои руки в благом деле - создании 3D-сканера из подручного материала?

Перечень достаточно небольшой и вполне доступный:

• обязательна и очень важна качественная веб-камера, чтобы исключить помехи, которые могут возникать из-за ее низкого уровня;
• линейный лазер – например, лазерный уровень или любое приспособление, испускающее лазерный луч. Причем чем тоньше он будет, тем качественнее будут отсканированные данные;
• потребуются различные крепления, угол для калибровки и еще некоторая мелочь, которая оказывается нужна лишь в процессе сборки;
• естественна потребность в специальном ПО для работы с отсканированным материалом и снимками.

Этапы сборки 3D-сканера

Нужно учесть, что без наличия соответствующего ПО цифровую модель того или иного объекта создать просто невозможно.

При этом нужно учесть, что, например, TriAngles или DAVID-laserscanner , являющиеся базовыми для работы потребуют наличия вращающейся поверхности.

• Первое, что потребуется сделать – это создание калибровочного угла. Для этого распечатывается шаблон, который обязательно входит в комплект программы. Размещается он так, чтобы создать угол в 90°. Распечатывая нужно правильно все отмасштабировать, воспользовавшись калибровочной шкалой, все можно точно измерить и задать полученные параметры в самой программе.
• Калибровка камеры – можно использовать автомат или ручной вариант, что предусмотрено программой.
• Само сканирование потребует размещения предмета в калибровочном углу перед камерой. Нужно добиться, чтобы размещение пришлось точно по центру изображения на экране. Сбоку должны четко определяться элементы от угла калибровки.
• Нужно обратить внимание на настройки, которые имеются у камеры. В них требуется отключить все автокорректировки и установить цвет лазерного луча. При нажатии «Старт» нужно начинать совершать плавные движения кистью, обводя лучом объект со всех сторон. Так проходит один цикл сканирования объекта. Чтобы охватить точки не обработанные в первый цикл изменяется положение лазера – выше или ниже и обеспечивается очередной цикл обработки.
• По окончании всех процессов потребуется остановить сканирование и в программе выбрать режим «Показать в 3D».

Интересным моментом при таком виде сканирования объекта является возможность обойтись и без лазера. Просто потребуется яркий цветовой источник, который обеспечит проецирование на сканированный объект теневую линию.

Только в программе необходимо изменить настройки на соответствующие параметры.

3d сканер своими руками из двух камер

Вариант 3D-сканера с двумя камерами наиболее эффективен, когда требуется высокая точность соответствия оцифровки. Он наиболее прост в применении.

В первом случае с одной камерой вторую заменяет источник структурированного света, что позволяет при точном определении взаимного положения камеры и источника света вычислять необходимые данные по точкам, которые попадают в световую полосу.

3d-сканер с двумя камерами сократит время на эти вычисления и сразу позволит оперировать всеми необходимыми параметрами, получая данные с 2-х камер.

3D-сканер - это инновационное устройство, предназначенное для быстрого анализа физического объекта и создания его точной компьютерной 3D-модели. Современные трехмерные сканеры способны всего за несколько минут произвести оцифровку любого предмета с точностью до 20-50 микрон.

Они могут быть использованы для решения широкого круга задач во многих областях промышленности, науки, медицины и искусства. В частности, с помощью 3D-сканеров успешно решают задачи реверс-инжиниринга, контроля качества, сохранения культурного наследия, используются в музейном деле, в медицине, дизайне, проектировании, архитектуре. Трехмерные сканеры позволяют упростить и улучшить ручной труд, а порой даже выполнить задачи, которые ранее казались невозможными.

Как правило, 3D-сканер представляет собой небольшое электронное устройство, ручное (весом до 2 кг) или стационарное, которое использует в качестве подсветки лазер , лампу или светодиоды . Существуют модели 3D-сканеров, предназначенные для сканирования объектов различных типов и размеров, будь то ювелирные изделия, детали машин, лица людей или здания. Точность получаемых моделей варьируется от десятков до сотен микрон. Возможно сканирование с передачей цвета и текстуры объекта или только формы.

Области применения 3D-сканеров

3D-сканеры используются в различных областях производства, образования и науки. Они служат для получения моделей объектов со сложным профилем, увеличения скорости разработки, уменьшения сроков производства новой продукции.

Например, 3D-сканеры очень полезны в промышленности . Их используют для бесконтактного контроля поверхностей сложной геометрической формы деталей, проектирования систем. Также они пригодятся для оценки степени износа оснастки или создания упаковки, точно повторяющей форму изделия.

3D-сканеры также используются для реверс-инжиниринга . Они позволяют очень точно снимать размеры объектов и создавать их 3D-модели. На выходе 3D-сканера пользователь получает высокоточную цифровую модель реального физического объекта, которая позволяет на основе этих данных создать нужную документацию и начать производство.

Сегодня купить 3D-сканер может позволить себе не только крупный завод или конструкторское бюро, но и небольшая компания. 3D-сканеры являются доступным инструментом для улучшения любого бизнеса и производства. Цена 3D-сканера зависит от технологии, применяемой для сканирования, использованных компонентов.

Принцип работы 3D-сканера

Принцип работы 3D-сканера достаточно прост: он заключается в получении и сравнении изображения от двух камер. Подобно тому как человек способен определять расстояние до предметов при помощи своих глаз, 3D-сканер вычисляет расстояние до объекта. Обычно в дополнение к камерам используется подсветка (лазер или вспышка лампы), помогающая достигать высокой точности и надежности в измерениях.

Все данные об измерениях, а так же снимки переходят в портативный компьютер, данные и поверхность сканируемой детали запоминаются, анализируются и выводятся на экран в виде трехмерного изображения. С помощью компьютера можно управлять процессом сканирования, выбирать разрешение и необходимые области для уточнения детализации, сохранять и изменять полученные с помощью трехмерного лазерного сканера данные.

Технологии 3D-сканирования: лазерная и оптическая

Для создания 3D-сканеров могут быть использованы различные технологии, каждая из которых имеет свои ограничения, преимущества и недостатки. Сегодня основными являются оптическая и лазерная технологии 3D-сканирования.

В первом случае 3D-сканирование осуществляется с помощью подсветки объекта специальной вспышкой (схожей со вспышкой фотоаппарата). На объект проецируются линии, образующие уникальный узор. Информация о форме поверхности объекта содержится в искажениях формы проецируемого изображения. Во втором случае используется лазер II класса безопасный для зрения. Чтобы 3D-сканер с лазерной подсветкой имел привязку к объекту сканирования, нередко используются специальные светоотражающие метки, закрепляющиеся рядом с объектом сканирования или непосредственно на нем в определенных точках.

Ограничения в сканируемых объектах присутствуют в каждой из этих технологий. Лазерные 3D-сканеры по большей части не применимы для сканирования подвижных объектов, так как сканирование занимает достаточно продолжительное время. Следовательно, их использование затруднительно в случае, если объектом является человек. К тому же существует необходимость нанесения специальных светоотражающих меток. Преимущество использования данной технологии состоит в высокой точности получаемой 3D-модели и большом радиусе действия.

Оптические 3D-сканеры сталкиваются с трудностями при сканировании блестящих, зеркальных или прозрачных поверхностей. Преимуществами таких устройств является большая скорость сканирования, что устраняет проблему искажения получаемой модели при движении объекта, и отсутствие необходимости нанесения отражающих меток. Это дает возможность сканировать человека и животных.

Самый первый вопрос будет к администрации, почему нет рубрики "3d-Сканирование"?

Второй вопрос будет к сообществу и продавцам: почему информации об устройствах, которые стоят как пол машины (а в некоторых случаях и дороже) настолько мало в интернете? Если она и существует, то в основном на англоязычных форумах, далеко не каждый человек способен адекватно воспринимать разговорный/сленговый английский. Поэтому я столкнулся прежде всего практически с полным отсутствием информации на этот счет. Частично меня спасла данная и я даже спсиался с автором по скайпу и он мне разъяснил достаточно много вещей, но потом он уехал в длительный отпуск и я остался один на один со своим колхозом, который выглядел в первом исполнении вот так:

За основу был взят проектор ACER p1500 имеющий разрешение FullHD, насколько мне известно, то этот проектор используется в некоторых дорогущих сканерах (не будем упоминать названия), штатив для фото/видео аппаратуры, уголок 10*40, вэбка (о ней будет подробнее чуть ниже). Самый доступный софт для всего этого дела это конечно же DAVID, благо есть бесплатная версия с некоторым ограниченным функционалом.
К выбору камеры надо подходить осторожно, прежде всего надо обратить внимание на наличие автофокуса, его не должны быть, либо он должен быть отключаем, либо он должен настраиваться в ручном режиме, именно по последнему пункту я выбрал Defender G-lense hd 720, но, как уже позже выяснилось это был единственный плюс в ней, программная начинка и софт не выдержали даже первого испытания:

Конечно я был ошарашен таким сканом Пытаться настраивать что-то на этой вэбке вообще бессмысленно и я очень расстроился выкинутым на ветер 2000 рублей, потом вспомнил, что у меня где-то валялся Logitech c270 от совершенно бесполезной сборки сканера BQ, с ней дело пошло веселее и первый вменяемый скан собранный в кучу получился вот таким:

Результат уже значительно лучше, а все дело в софте, который идет с камерой, у Logitech присутствует достаточно настроек, одна экспозиция чего стоит, которая решает проблему с мерцанием. Но у нее был один минус, фокус был настроен на заводе от 40 см и до бесконечности, что явно мне не подходило. В инете нашел информацию, чтобы его можно сделать регулируемым, надо лишь разобрать и сорвать резьбу с клея, на который приклеена линза. Полный энтузиазма превратить камеру с регулировкой фокусного расстояния я ее стал разбирать, легко дошел до места, где линза была подклеена и стал ее пытаться сдернуть с приклеенного места...................сердце екнуло от того, что линза лопнула от такого нахальства и стала не пригодной для дальнейшего использования. Вот тут я взгрустнул по полной, потому как остался вообще без нормально работающей вэбки Пошел с горя пить чай. Вернувшись на рабочее место меня посетила просто гениальная мысль: а что если сделать франкештейна? Разобрал нафиг Defender, посадочные места оказались несколько разными, но меня это не остановило и я таки срастил чужеродные элементы. О, чудо, у меня появилась новая вэбка с нормальным софтом и регулируемым фокусом (кстати линзы у Defendera больше по размерам). Первый приемлемый результат не заставил себя долго ждать:

Был успешно сделан скан ящика с инструментами, справа наблюдается небольшая ряб, но это моя вина, не докрутил настройки. Но согласитесь, это уже приемлемый результат
После этого дела была оперативно создана конструкция для крепления камеры, чтобы можно было ее крутить/вертеть и двигать по уголку.

Можете заметить, насколько не родной объектив не гармонирует с корпусом

А теперь вопросы знатокам, потому как пока я не могу найти логическое объяснение происходящему. Почему при сканировании объекта в 360 градусов в конце можно получить не совпадение сканов:

Я был несколько озадачен данным явлением, конечно пришлось помучатся и найти пока один способ, как это исправить, это тупо разбить скан на две части и каждую подгонять по своему участку, тогда это смещение уходит, но меня терзают смутные сомнения, что может происходить геометрическое искажение объекта в таких случаях, так как неизвестно, какая из точек находится в правильном положении. Вообщем это пока моя главная проблема.
Также я пока не до конца осознал еще одну вещь - можно ли менять в процессе сканирование расстояние до объекта, то есть можно ли проектор ставить к объекту ближе или дальше, или же поднимать над объектом или опускать ниже, чтобы достать до нужных мест при сканировании, вообщем этот вопрос остается открытым...
Вот что получатся с модернизированной вэбкой:

Надо еще конечно играться с настройками, так как они порой сильно влияют на результат.
Ради интереса зашел посмотреть, сколько стоит родная камера David, почти 700 баксов, даже не знаю, есть ли смысл покупать такую камеру, с нынешним курсом это совсем не бюджетно.