La sfida della scansione 3D di oggetti piccoli e scuri, per guerrieri della metrologia!
Il continuo sviluppo e progresso degli strumenti e tecniche di scansione 3D ha portato a inestimabili vantaggi e a risultati eccellenti in tutti i settori industriali.
Alcuni tipi di oggetti sono fondamentalmente difficili da acquisire in 3D: pezzi con superfici nere o riflettenti o di dimensioni molto ridotte di solito richiedono alcuni strumenti speciali e abilità tecniche per consentire una scansione 3D di successo.
Tra le tecniche principali per ottenere una scansione 3D di pezzi molto piccoli, con elevata qualità ricordiamo l’applicazione di target o marker adesivi e la ricopertura delle superfici con polveri opacizzanti. Mediante la corretta esecuzione di questi passaggi è possibile ottenere dati 3D con un elevato grado di precisione.
Vedremo adesso un caso studio riguardante la misurazione 3D di un dispositivo medico e in particolare di una vite per impianti ossei. Il componente in questione è nero e lungo solamente 55 millimetri: una sfida interessante per guerrieri della metrologia!
A cosa serve la scansione 3D di un impianto metallico?
La scansione 3D dei chiodi ossei è una applicazione che richiede alta precisione. Infatti, il modello 3D di questi dispositivi medici può essere utilizzato per simulare e studiare l’effetto degli impianti metallici mediante tecniche di imaging, oppure per effettuare una dosimetria della radioterapia, nonché per effettuare il reverse engineering delle viti ossee. Per tutte queste applicazioni sono ovviamente richiesti dati rigorosamente precisi.
Impianti ossei metallici di colore nero e lunghezza 55 mm
Come impianti metallici nel trattamento medico, i chiodi ossei hanno due effetti nella radioterapia.
- La creazione di artefatti metallici nelle immagini mediche, riducendo l’accuratezza diagnostica.
- L’impatto sulla dose assorbita di farmaci nei tessuti circostanti.
Pertanto, l’uso della scansione 3D per sviluppare un modello matematico accurato degli impianti metallici è di grande importanza pratica.
Il caso studio riportato in questo articolo riguarda la scansione 3D di chiodi ossei neri e di lunghezza pari a 55 mm. Vedremo come lo scanner 3D industriale e metrologico OptimScan 5M può superare questa sfida!
Flusso di lavoro per la Scansione 3D dei chiodi ossei
- Step 1: valutazione preliminare delle parti da scansionare
Per ottenere dati precisi, è necessario prima valutare gli oggetti da scansionare e determinarne le caratteristiche per preparare il processo di preelaborazione. Dall’osservazione dell’impianto osseo si evince che è di materiale nero con effetto riflettente
Materiali neri e riflettenti impongono l’utilizzo di spray opacizzanti sulla superficie da acquisire.
Inoltre, le dimensioni ridotte del componente rendono impossibile l’apposizione di marker sul componente stesso, ma solo sul piano d’appoggio. In tal modo non è possibile utilizzare l’allineamento automatico delle varie scansioni 3D, e quindi dati devono essere allineati e fusi manualmente.
- Step 2: preparazione delle parti da scansionare
Da quanto evidenziato nel primo passaggio, è necessario applicare alle superfici uno spray opacizzante e marker di riferimento adesivi sul piano d’appoggio dell’oggetto.
Prima di spruzzare la polvere opacizzante è necessario agitare il flacone per sciogliere completamente la polvere. Durante il processo di spruzzatura della polvere, è necessario mantenere una distanza di circa 15-20 cm dal pezzo e spruzzare avanti e indietro a una velocità uniforme.
Per quanto riguarda i marker di riferimento, essendo il pezzo molto piccolo, è necessario apporli sulla scena e non sulla superficie del pezzo stesso. Per questa operazione si devono tenere presenti due accorgimenti:
- Scegliere marker originali e incollarli su superfici piane e non curve, facendo attenzione ad applicarli in modo casuale e non uniforme. Infatti, per un corretto allineamento delle scansioni è necessario che i marker siano posizionati in modo irregolare. Durante l’incollaggio mantenere i marker integri e puliti.
- Se la piattaforma di appoggio del pezzo è girevole, fissare il pezzo in lavorazione sulla piattaforma in modo che non vibri o si muova inavvertitamente. Non dovrebbe verificarsi alcuno spostamento relativo durante il processo di rotazione e scansione 3D, altrimenti la precisione dei dati ne risentirà.
- Step 3: scansione 3D, allineamento e fusione dei dati
In questo lavoro è stato utilizzato lo scanner 3D metrologico a luce blu OptimScan 5M, che consente di ottenere dati 3D ad alta precisione, con una risoluzione fino a 0.048 mm e una accuratezza sulla singola scansione 3D di 0.007 mm, valori impressionanti per uno scanner 3D ottico!
A seconda della complessità del pezzo, è necessario eseguire due o più scansioni 3D per ottenere più set di dati 3D dell’oggetto, corrispondenti a acquisizioni in diverse posizioni.
Successivamente, i dati possono essere allineati e fusi manualmente in una unica mesh, sfruttando i marker di riferimento ma anche le proprietà geometriche degli elementi.
Allineamento e fusione dei dati 3D
Il risultato finale di altissima qualità è riportato nella figura seguente. Sfida accettata e vinta per i guerrieri della metrologia!
Risultati della scansione 3D di oggetti metallici piccoli e scuri con V-GER
Un altro lavoro di elevatissima qualità e di primaria importanza è stato effettuato grazie alla scansione 3D e agli scanner di V-GER.
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