1
3D záznam tvarů objektů dopadem laserového paprsku na předmět a detekce
odraženého záření – intenzita a směr, složení obrazu z velkého počtu diskrétních bodů –
není to holografie!
nevýhody:
špatná identifikace hran
nutný speciální program na zpracování mračna bodů
přístroje i software, které rychle stárnou
výhody:
bezdotyková profilometrie na vzdálenost cm – 100 km
na vzduchu, ve vakuu i pod vodou
rychlý sběr přímo měřených 3D bodů (tisíce až miliony bodů za minutu)
zcela automatizovaný provoz
Rozlišení desítky um na krátkou cm – m vzdálenost
Laser např. polovodičový 905, 670, 658, 405 nm
 výkon jednotky až desítky mW
2
Triangulační metoda, rozlišení zblízka: 50 um xy, 10 um z; z dálky – LIDAR 1-20
bodů 25 cm na m2 z 1000 m.
Ruční skenery i na stativu – rychlá orientace pomocí vybraných pevných
vztažných bodů v okolí
Polovodičové lasery VIS a IR 800-
1500 nm; někdy kombinováno i více
viditelných barev, odraz – úhel a
intenzita, skenování 10 – 100 kHz,
modulace 300-800 kHz
Rozmítání paprsku ve 2 směrech x, y
zrcadly
3
Liniové skenování s 1
přijímací kamerou
4
Liniové skenování se 2
přijímacími kamerami
5
Liniové skenování
https://youtu.be/EnYMMvv1Bw4
https://www.youtube.com/watch?v=1lDO1UevAJI
https://youtu.be/Txf4P7hD9uY?list=PLlbNLALsbGQhVC9eXQ3pcf1z4FGD4Kz02
6
Rotace linie Rotace linie sleduje tvar Sken zkříženými liniemi
Problémy
Skenování rýh a štěrbin
Místo jedné linie laserového paprsku i několik křížů – lepší zachycení štěrbin
7
Zrcadlové odrazy
8
Skenování hran
Smíšené odrazy Odlehlé body
9
Y. Wang, H.-Y. Feng / Measurement 57 (2014) 108–121
Odlehlé parazitní body na hranách – zrcadlové odrazy
Počet a poloha parazitních bodů výrazně závisí na orientaci předmětu
– možnost jejich omezení
10
Laboratorní skener
11
vestavěný GPS přijímač
Chyba vzdálenosti ± 2mm
Rozsah 0.6 – 330 m
Redukce šumu 50 %
HD foto rozlišení 170 megapixel
Příklad venkovního skeneru
12
Time of flight – měření doby od vyslání do návratu pulzu laseru
Vzdálenost předmětového bodu R = cΔt/2, c…rychlost světla ve vzduchu/vodě/vakuu
Typicky 5-300 m, nepřesnost 4-10 mm, pro velké vzdálenosti nad 1 km 1-několik cm.
Možnost záznamu barev RGB ve spojení se zabudovanou kamerou
Problém s tvarem pulzu v čase i prostoru – ideálně gaussovský
indexem lomu a rozptylem v atmosféře/prostředí
parazitní několikanásobné odrazy
vyslaný pulz přijatý pulz
13
Fázový posuv
Amplitudová modulace nosné vlny dvěma dalšími vlnami a měření fázového posuvu
vlny odražené od předmětu:
Rozsah 1-120 m, mm přesnost
Velmi rychlé -100 000 bodů/s
automatické motorizované otáčení skeneru.
Interiéry a jinak omezené areály
Barevný záznam
Triangulační metoda
Ze známé vzdálenosti mezi zdrojem paprsku a bodem přijímajícím odražený paprsek
na CCD přijímače a úhlem mezi zdrojem a předmětem dopočet vzdálenosti bodu na
předmětu
Rozsah 0,5-2 m, předmět 1 cm-3 m, mikrometrová přesnost
Většinou i možnost záznamu barev RGB nutné profesionální osvětlení
14
15
Skenování
v laboratoři
1) skenování
2) 3D model
v PC
3) 3D tisk 4) broušení, leštění,
barvení
https://www.3d-scantech.com/cultural-heritage-protection/
16
Opravy doplněním hmoty 3D tiskem
-3D sken zachovalých částí předmětu
-v případě pravidelných vzorů tvorba 3D modelu včetně chybějících částí v PC
-3D tisk chybějících částí
Ozdoba z Fuwang ge (Věž nepolapitelného snu) Belvedere of Viewing
Achievements, 4. nádvoří palácového komplexu Peking
-dřevo s pozlacenou mědí
17
http://www.linsinger.at/videos_2020/
https://www.3deling.com/heritage/?gclid=EAIaIQobChMIyoqgsOi99gIVY
pBoCR2jxgiOEAMYAiAAEgJoffD_BwE
18
Skenování staveb
19
20
Výběr bodů a tvarů – redukce dat
21
22
23
Muzeum Mevlana – Konya, Turecko
24
Kontrolní linie skutečná vzdálenost [m] sken [m] rozdíl [m]
Muzeum Mevlana
25
Sledování – odhalení posunutí budov
26
27
JOURNAL OF MINING SCIENCE Vol. 51 No. 4 2015, 724-729.
Terénní situace
28
rekonstrukce
29
30
31
Muzeum bible Washington, D.C.
Tabulka s klínovým písmem, 2000 let př.
K., Mezopotámie
Hagerman Fossil Beds National Monument,
Idaho
Hagermanův kůň (Equus simplicidens) –
lebka, 3 mil. let, velmi podrobný sken (30
min.)
Cleveland Museum of Natural History
Šimpanzí zub: 7 dole
Etn.Qiang, sev. Se-čuan, 5. století př. K.
Čínská 27cm bronzová dýka
https://www.laserdesign.com/category/case
-studies/page/4/
32
33
Skenování krajiny
34
35
36
37
38
Nově i fotografie z dronů
39
https://sketchfab.com/models/00d23c7defd0476db1a36c08728fa60f
3D model hrobu Richarda III. (1483-1485): parkoviště Leicester 2012
fotogrammetrie
40
3D tisk
Prototypy, náhradní díly, modely v architektuře, zdravotnictví (protetika), zábava a
umění (sochy, rekvizity, kulisy).
Rekonstrukce fosilií v paleontologii, kopie artefaktů v archeologii, rekonstrukce
kostí a částí těl ve forenzní patologii, rekonstrukce těžce poškozených důkazů
zločinů.
Spojení laserového skenování a poté 3D tisku naskenovaného
předmětu/postavy => práce s kopií z 3D tiskárny místo opotřebovávání
originálu 
3D skener v mobilu
https://youtu.be/VLaZ_jDuZ30
https://youtu.be/NPYFDYzYfAw
https://youtu.be/rfZamq2zjHM
41
Fotopolymerizace v nádobě
Stereolitografie (SLA) Nádrž s s kapalnou pryskyřicí (fotopolymer opracovatelný
UV), v kapalné pryskyřici – vytvrzování kapaliny vrstvu po vrstvě, UV laser – vytvrzení
kapalné pryskyřice a spojení s nižší vrstvou, výška 0,05 – 0,15 mm.
1986 Charles Hull
zdvih
42
Material Jetting - tryskání
Nanášení kapek tryskou vrstvu po vrstvě a vytvrzení
UV zářením (podobně jako inkoustový tisk)
43
Spojování prášku - Binder Jetting
Plošné nanášení prášku vrstva po vrstvě, v každé vrstvě vykreslen obrazec kapalným
lepidlem nanášeným tryskou, které spojí prášek, nakonec je přebytečný okolní prášek
odstraněn
Massachusetts Institute of Technology 1993 a 1995 licence Z
Corporation
44
Vytlačování materiálu - Material Extrusion
Nejužívanější - Fused deposition modeling (FDM)
Odvíjení plastového (často ABS - Acrylonitrile Butadiene Styrene a PLA Polylactic
acid) nebo kovového vlákna z cívky do trysky – roztavení a vytlačení
na daná místa ve vrstvě – 2 materiály najednou: formovací a podpůrný, tvrdnutí
ihned po vytlačení.
Scott Crump 80. léta, fa Stratasys 1988.
45
Spojován prášku – různé způsoby
46
Fúzní práškové lože - Powder Bed Fusion
Selektivní laserové sintrování (spékání) - Selective laser sintering (SLS): výkonný
laser (CO2,Nd:YAG, Yb vláknový) spojí částice plastu, kovu, keramiky, skla =>
často nutná finální povrchová úprava
Opětovné využití přebytečného materiálu jako u SLA (streolitografie)
Dr. Carl Deckard, University of Texas, 80. léta, s podporou DARPA (Defense
Advanced Research Projects Agency)
47
Laminace - Sheet Lamination
Spojování nanášených plátů externí silou: kov, papír (spojováno lepidlem),
polymer. Ultrazvukové spájení a vyřezání vrstvy CNC do požadovaného tvaru.
Např. fa Mcor Technologies.
48
Directed Energy Deposition
Výroba užitím pokročilých kovových materiálů. Tryska nanáší kovový prášek nebo drát
+ tavicí paprsek (laser, elektronový paprsek, obloukové plazma) – taví a tvaruje pevný
předmět.
49
Lidar – Light Detection And Ranging
Dálkový průzkum pomocí detekce odraženého/rozptýleného laserového nebo
fluorescenčního záření,
využití pružného rozptylu na aerosolech (Rayleigh I ~ 1/λ4),
nepružného rozptylu (Raman, IR spektroskopie), doba rozptylu 10-10 – 10-12 s =>
vysoké prostorové rozlišení
Detekce země-vzduch nebo letadlo-vzduch/země/voda, družice-
vzduch/země/voda
Dálková analýza polutantů – analytický LIDAR:
Kalibrace na O2, N2, CO2; Př. Raman SO2: N2 laser v noci LOD 1 ppm na 1 km,
prostor. přesnost 10 m; fluorescence SO2: 301,1 nm, LOD 0,1 ppb na 10m, 10 ppm
na 1 km; NO2, ethen, bojové plyny: CO2 laser
Skenování povrchu – archeologie, geolog. průzkum apod… měření vzdáleností:
GaAs laser do 1 km, rozlišení 10 cm, Nd:YAG do 10 km, rozlišení 1 m, rubínový l.
silné ns pulzy 1 GW, do 1000 km; měří se doba návratu i tvar odraženého pulzu
50
51
52
53
LIDAR nebo 3D skener? Někdy prolínání úloh
Buckinghamský palác
3D skener/LIDAR
v
 mobilu
 autonomním
vozidle
dronu
54
Konfokální mikroskopie prostorové
skenování laserem
buzené fluorescence, přeostřování
do různých hloubek i horizontálních
poloh