Skaner 3D ma za zadanie odwzorować kształt obiektu rzeczywistego poprzez zbiór punktów opisujących jego powierzchnie. W efekcie otrzymujemy chmurę punktów o współrzędnych X,Y,Z opisującą skanowany obiekt oraz opcjonalnie kolor powierzchni tego obiektu. Danymi surowymi z każdego pomiaru jest chmura punktów chociaż niektórzy producenci proponują skanery generujące od razu siatkę rozpiętą na tych punktach. Model siatkowy jest obecnie bardziej popularnym formatem w zastosowaniach przemysłowych czy wizualizacyjnych. Z danych surowych (chmur punktów) korzysta się przy dokumentacji lub kontroli jakości skanowanych obiektów ze względu na mniejsze przekłamania.
Skanery 3D posiadają kilka cech wspólnych z aparatami fotograficznymi. Podobnie, jak większość aparatów, posiadają przypominające stożek pole widzenia oraz są w stanie zbierać informacje o powierzchni obiektów, które nie są zasłonięte. Podczas gdy aparat zbiera informacje na temat koloru powierzchni w jego polu widzenia, skaner 3D pobiera informacje odnośnie do dystansu w jego polu widzenia. Skan wygenerowany poprzez skaner 3D opisuje dystans do powierzchni obiektu przy każdym punkcie w skanie. Pozwala to na identyfikację trójwymiarowej pozycji każdego punktu w skanie.
W większości sytuacji, pojedynczy skan nie wygeneruje pełnego modelu obiektu. Wiele skanów z wielu kierunków będzie zazwyczaj konieczne do uzyskania informacji odnośnie do całego obiektu. Skany te muszą zostać sprowadzone do wspólnego systemu referencyjnego, proces ten nazywa się łączeniem lub rejestracją.
Światło strukturalne
Skanery 3D używające światła strukturalnego projektują wzory świetlne na obiekt i analizują deformacje tych wzorów na obiekcje. Wzory są projektowane na obiekt przy użyciu projektora LCD lub innego stabilnego źródła światła. Detektor, który znajduje się w pewnej odległości od projektora w skanerze, przygląda się kształtowi wzoru i oblicza dystans każdego punktu chmury w polu widzenia.
Skanowanie przy użyciu światła strukturalnego jest wciąż bardzo aktywnym obszarem badań z nowymi artykułami naukowymi publikowanymi każdego roku.
Zaletą skanerów ze światłem strukturalnym jest szybkość oraz precyzja (z dokładnością nawet do kilkudziesięciu mikrometrów). Zamiast skanowania punktów pojedynczo, skanery światła strukturalnego skanują wiele punktów poprzez skanowanie całego obszaru pola widzenia jednocześnie. Skanowanie całego pola widzenia w ułamku sekundy zmniejsza lub eliminuje problem zniekształceń spowodowanych ruchem.
Światło laserowe
Ręczny skaner laserowy 3D wykorzystujący niebieski laser
Światło strukturalne nie jest jedynym jakie jest wykorzystywane do pozyskiwania precyzyjnych danych trójwymiarowych o różnych obiektach. Najnowocześniejsze skanery 3D stosują emiter laserowy do oświetlania prążkami mierzonego obiektu, a dwie kamery rejestrują ich odkształcenia i przekazują do cyfrowej analizy w komputerze. W zależności od możliwości i wymagań stosowane są lasery: czerwone, niebieskie oraz podczerwone. Skanery korzystające z lasera niebieskiego zwiększają możliwości pomiarów powierzchni o niskim kontraście, jak np. czarne lub połyskujące. Natomiast sam proces pomiaru odbywa się w sposób ciągły, bez przerw na pojedyncze skany, dzięki czemu proces jest niewrażliwy na potencjalne wstrząsy i z łatwością można go używać w środowisku przemysłowym.
Najczęściej spotykanymi skanerami laserowymi są systemy obsługiwane ręcznie, gdzie operator jest statywem. Nie wymagają one stosowania ciężkich i niezgrabnych statywów, zwiększając swoją mobilność i elastyczność. Skanery laserowe mogą być także wykorzystywane z robotami i cobotami, umożliwiając automatyzację procesu pomiarowego.
Najbardziej rozbudowane skanery 3D w technologii laserowej posiadają wbudowane systemy fotogrametryczne, umożliwiając dokładne i stabilne pomiary elementów o gabarytach nawet powyżej 10m, a także obszary pomiarowe o różnej wielkości (najczęściej od ok. 200 x 200 mm do nawet 1400 x 900 mm), dzięki czemu łatwo dopasować się do wymaganej rozdzielczości pomiarowej i gabarytów obiektu.
Skanowanie 3D piasty turbiny wiatrowej za pomocą ręcznego skanera laserowego 3D
Do największych zalet ręcznych skanerów laserowych można zaliczyć:
- mobilność (małe wymiary, niska waga, brak statywów),
- uniwersalność (możliwość obsługi manualnej, integracji z robotami, pomiaru w ciasnych przestrzeniach),
- stabilność (zwarte konstrukcje, brak elementów ruchomych jak np. wymienne obiektywy),
- niewrażliwość na zewnętrzne warunki oświetleniowe (możliwość stosowania w laboratoriach, halach produkcyjnych, przy świetle dziennym),
- elastyczność (zwiększone możliwości pomiaru trudnych powierzchni, jak np. czarne lub obrabiane, możliwość pomiaru obiektów od kilkunastu mm do kilkudziesięciu m),
- wysoka dokładność i rozdzielczość (dokładności sięgające 0,01-0,2mm).
