В най-общия случай устройството, което извлича триизмерните данни за обекта, се нарича 3D скенер. Съществуват много различни методи за снемане на 3D размерите на даден физически детайл, поради това има много различни видове триизмерни скенери.

Триизмерно лазерно сканиране
Триизмерните лазерни скенери най-общо се разделят на три главни категории - лазери, работещи чрез триангулация, импулсни лазери и фазови лазери. Тези техники за лазерно сканиране обикновено се прилагат независимо една от друга, но могат да се използват и в комбинация с цел създаване на по-многостранна система за сканиране.

Съществуват и много други технологии за лазерно сканиране. Те са хибриди или комбинации от други техники за лазерно триизмерно сканиране като например базираната на принципите на интерферометрията AFI (accordion fringe interferometry) технология и коноскопичната холография (conoscopic holography).

Лазерната триангулация се извършва чрез проектиране на лазерна права или точка върху обекта и последващо „улавяне” на нейното отражение с помощта на сензор, разположен на предварително известно разстояние от източника на лазерния лъч. На базата на измерения ъгъл на отражение могат да се определят пространствените размери на детайла.

Импулсните скенери излъчват светлинен лазерен импулс, който се отразява от обекта на сканирането. Отразеният импулс се улавя от сензор. Времето, изминало от излъчването до улавянето на лазерния импулс, служи за изчисление на разстоянието между скенера и обекта, тъй като скоростта на лазерния лъч е известна съвършено точно.

Фазовите скенери сравняват фазовото изместване на отразения лазерен лъч със стандартната фаза, която също се отчита за сравнение. Този метод е подобен на използвания от импулсните скенери, но тук фазата на отразения лазерен лъч дава по-детайлна информация за разстоянието до обекта.

Скенери със структурирана светлина
Термините „сканиране с бяла светлина” (white light scanning) или „сканиране със структурирана светлина” (structured light scanning) се използват за описание на разнообразни 3D скенери. Принципно при този метод към обекта се насочва структурирано светлина с различни шаблони (обикновено с бял цвят). След това с помощта на сензори (обикновено CCD камери) се правят снимки на обекта при различните структури на светлината.

За отчитане на триизмерната информация се използват много структури на светлината и сензори. Софтуерът извършва съпоставка и отчита промените на формата на предварително известните структури на светлината, за да извърши триизмерни изчисления за размерите на обекта. Ако се използват много сензори, софтуерът работи с една структура на светлината и извършва сравнение на различните ъгли на осветлението спрямо източника, за да извърши 3D измервания.

Фотограметрия
Фотограметрията е технология, основана на стандартните фотографски техники и на геометрията при проектирането. Първоначално тя се е използвала за дигитализиране на изображенията на големи обекти като сгради, нефтени сонди и складове. Принципът, залегнал в основата на фотограметрията, е следният: обектът се заснема многократно и след това се извършва ръчно или автоматично сравнение на едни и същи точки от него в различните снимки.

Могат да се добавят (автоматично или ръчно) допълнителни точки на сравнение за извършване на 3D измервания на желаните елементи на обекта. Фотограметрията често се използва в съчетание с други технологии на триизмерно сканиране, за да бъде направено пълно измерване на повърхността на детайла и да се спазват допустимите отклонения при големи площи.

Машинно зрение
Технологията “машинно зрение” обикновено се използва за извличане на двуизмерна визуална информация. Най-новото развитие на тази технология е тъй нареченото “стерео зрение”, при което двойка сензори се монтират на определено разстояние от обекта и заснемат две изображения едновременно.

След това тези две изображения се налагат едно върху друго, създавайки възможност за сравнение на едни и същи точки в тях. Изместването на позициите на съответните точки се нарича диспаратност. Чрез изчисление на диспаратността на всяка точка в двете изображения могат да се извършат 3D измервания на всички обекти в изображението.

Координатни измервателни машини
Координатните измервателни машини са устройства за измерване, снабдени с механичен осезател. Позицията на осезателя се следи от поредица от енкодери, разложени по всяка ос на машината. Те осигуряват следене на движението на осезателя, понякога с точност до нанометър, като евентуална неопределеност при измерванията би могла да се дължи единствено на коравината и инертността на самата машина.

Координатните измервателни машини са от типа контактни измервателни средства, тъй като осезателят трябва да “опипа” обекта, за да снеме размерите му. Те могат да бъдат неподвижно монтирани или преносими. Манипулаторите на преносимите координатни измервателни машини са по-универсални с по-широко приложение, но често пъти по-малко точни, тъй като при тях има по-голяма вероятност за огъване или загуба на калибровка.

Координатните измервателни машини могат да се комбинират с други технологии за безконтактно сканиране, за да се снемат пълни данни за повърхността на сканирания обект.

Сканиране на слоеве
Destructive slicing е процес, при който от определена позиция се заснемат много изображения на обекта. След всяко заснемане от обекта се отстранява по един тънък слой. Разстоянието до обекта се контролира точно, поради което мащабът на всяко заснето изображение е известен предварително. След като обектът бъде сканиран изцяло по този начин, изображенията се наслагват едно над друго от софтуера. В резултат се получава пълен триизмерен цифров модел на обекта.

Компютърна томография
При тази технология на триизмерно сканиране софтуерът наслагва едно на друго изображения, получени чрез сканиране с помощта на компютърна томография или магнитен резонанс. Обикновено това се извършва чрез точно управление на стъпките между всяко напречно сканиране с компютърна томография или магнитен резонанс. В резултат се получава 3D модел на обекта, който съдържа резултатите от всички физически измервания. Тази технология първоначално е разработена за медицината, но вече придобива много по-широко приложение в производството и в индустрията.

Теодолити
Теодолитът е телескоп, монтиран на две въртящи се оси, който извършва измерванията по технология, подобна на използваната в геодезията. Ъгълът и координатите на обекта се проследяват точно чрез извършване на измервания в полярни координати от различни места. Въз основа на събраните данни може да бъде изчислено разстоянието до обекта. Модерните теодолити се управляват чрез компютър, за да се насочват автоматично към обектите и да ги измерват.

Тракери
Тракерите (следящи устройства) са клас 3D скенери, които работят, като следят местоположението на измервателното устройство. За тази цел се използват няколко технологии - лазерно, магнитно, оптическо и акустично позициониране. При всички методи се следи позицията на измервателното устройство, като координатите й се отчитат и записват при всяко извършено измерване - чрез докосване на обекта или с помощта на безконтактна технология на сканиране.

Приложения на 3D сканирането
Триизмерната технология на сканиране може да бъде приложена във всеки етап на един типичен производствен цикъл. Така например 3D сканиране може да бъде използвано във фазата на изработка на техническия или работен проект, като проектантът може да започне с физическия обект и да го използва за проекта или CAD модела. Често пъти се налага проектантът да вгражда новопроектирания обект в съществуващ обект.

Последният също може да бъде сканиран и включен в проекта, за да може новопроектираният и съществуващият обект да бъдат съгласувани перфектно и да си пасват в бъдещи проекти. Процесът на използване на съществуваща произвеждана част за създаване на CAD модел често пъти се нарича “реинженеринг” или “обратно моделиране”. С помощта на реинженеринга можете с лекота да проектирате нови обекти, които включват или надграждат съществуваща, технологично оптимизирана част в масово производство.

Също така с помощта на данни от триизмерно сканиране един физически обект може да бъде внедрен направо във фазата на инженеринг на даден проект и след това да бъде дообработван. Данни от 3D сканиране често се използват за извършване на анализи за целите на изчислителната хидродинамика или компютърния инженеринг, за анализ по метода на крайните елементи или за други видове инженерен анализ на обекти, които са били произведени и впоследствие променени физически.

Триизмерното сканиране може да се използва за откриване на евентуални изменения на инструменталната екипировка, машините или частите в процеса на производството. Често пъти машините се “настройват ръчно” за постигане на желания външен вид на произведената част. С помощта на 3D сканиране ръчно извършените модификации и оптимизации могат да бъдат прехвърляни от една машина на друга, за да е сигурно, че произведените части в крайна сметка ще си подхождат.

Триизмерно сканиране може да се използва и за анализ на износването на машините по време на производството, а при правилно използване - за прогнозиране и избягване на повреди. В случай на повреда на даден инструмент или машина данните от триизмерното сканиране могат да се използват за повторно създаване на оптимизираната част.

Триизмерно сканиране се използва и за анализ на частите след тяхното производство. В повечето случаи се използва технология за безконтактно 3D сканиране с цел бърза проверка на общата форма и размери на частите и за бързо откриване на дефекти като деформации на частите или проблеми от общ характер.

Проверките чрез контактни технологии са много подходящи за анализ на правилното позициониране на дупките за болтовете, вдлъбнатините, удебеленията и други призматични обекти. Триизмерното сканиране се използва в комбинация със софтуер за статистически анализ за поддържане и прогнозиране на качеството в производствения процес.

Като цяло 3D сканирането има за цел постигането на по-висококачествени, по-добре пасващи си компоненти, които са по-евтини за производство. Разходите за един типичен цикъл проектиране-производство се намаляват със 75% при използване на триизмерно сканиране.

Митове и погрешни схващания
3D сканирането е бързо и точно средство за снемане на физическите размери на обекти от реалния свят. Най-често срещаната заблуда е, че данните от триизмерното сканиране са CAD модел, защото са заснети и видими като триизмерно изображение на компютър. Има обаче доста голяма разлика между един CAD модел и данните от 3D сканирането.

CAD моделът е базиран на идеална математика. В него например дадена равнина е плоска до безкрайност, а цилиндърът е математически идеален цилиндър. В компютърния проект всички характеристики на модела са идеални в истинския смисъл на тази дума. Но щом на базата на тези данни бъде създаден физически обект, както и да е изработен, той вече не идеален.

“Неидеалният” характер на обекта се отразява в данните от 3D сканирането, а те са просто набор от физически точки с данни, които представят физическия, реален обект. Предизвикателството пред реинженеринга е да бъде установено първоначалното намерение на проектанта (първоначалния идеален модел) на базата единствено на физически измервания на обекта.

Координатните измервателни машини (КИМ) се прилагат масово за снемане на данни на физически обекти и поради това се разглеждат като стандарт, с който следва да се сравняват всички останали технологии за триизмерно сканиране. Може да се използва ситуационен анализ за определяне коя технология (машина за измерване на координати, безконтактно сканиране или комбинация от двете) отговаря на конкретните нужди на дадено приложение. Но има ситуации, при които точността и повторяемостта на КИМ технологията са под съмнение.

Ето кои са двата най-често срещани източници на грешки:
Грешка на потребителя - схеми с неподходяща база (datum - повърхност, ос или точка от даден детайл, по отношение на която се ориентират други детайли на изделието) могат да доведат до големи неточности в измерванията. Базата често пъти се произвежда с по-малък допуск, отколкото сравнявания детайл, в резултат на което измерването е ненадеждно.

Схемите на базата обикновено се задават от CAD проектант без необходимия опит по методология. Трудно е да се избегне или елиминира тази ситуация, поради което тя се явява ограничение по отношение на точността на технологията. Потребителска грешка може да се появи и когато машина за измерване на координати се използва за ръчни измервания.

Компенсация на сензора - при координатните измервателни машини се използва техника за прогнозиране на мястото, на което сензорът за измерване чрез допир докосва обекта, наречена “компенсация на датчика”.

Тази техника използва точен вектор на подхождане към обекта, който в най-общия случай е взет от идеален CAD модел на изследвания детайл. Но сканирания обект е физическо тяло и поради това не би могъл да има идеалната форма, описана в CAD модела. Ето защо векторът на подхождане не би могъл да се прогнозира с точност, а това има за резултат неточност, която не може да се избегне.

Други източници на неточност могат да бъдат температурната компенсация, неточното или неповтарящо се закрепване и/или коравината на плота или манипулатора. Цитираните от производителя точности са на базата на усреднени пространствени данни в идеални условия за измерване. Тези тестове позволяват неточностите да бъдат елиминирани по цифров път.

Двете основни причини за неточност при безконтактните технологии на сканиране са шумът, предизвикан от условията на осветление, и измененията на формата на измервателното устройство вследствие на температурни промени.

Когато снетите пространствени данни бъдат сравнени с очакваната пространствена форма, общото средно отклонение е малко, но разликите от точка до точка в повечето случаи са по-големи, отколкото цитираната точност. Шумът в измерванията може да доведе и до други проблеми като вълноообразност на данните за повърхността или неточност на прогнозирането на местоположението и ориентацията на CAD характеристиките.