Réalisation d'un scanner 3d à balayage laser

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CC-by-sa-3.0

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Sommaire

1 Définition
2 Objectif
3 Méthodologie
4 Etat de l'art
5 Synthèse
6 Webographie

Définition

Un scanner 3D mesure le positionnement d'un échantillonnage de points dans un système de coordonnées. Il existe plusieurs technologies pour numériser un objet en 3D. Le projet retient le principe de la triangulation qui utilise la lumière laser pour sonder son environnement. Le point laser, l'appareil photo et l'émetteur laser forment un triangle. L'angle du côté de l'appareil photo peut-être déterminé en regardant l'emplacement du point laser dans le champ de vision de l'appareil photo. Ces trois données déterminent la forme et les dimensions du triangle et donnent la position du point (ou bande) laser.

La technologie de scanner basée sur la triangulation date de 1978.

Objectif

Réaliser un scanner 3D open hardware et open software multi plateforme, ou à défaut, sous linux. Une bonne ergonomie du logiciel de commande sera recherchée pour un accès de l'ensemble au plus grand nombre. Le parti pris technologique est celui du balayage laser, pour des raisons essentiellement économiques, même si d'autres solutions existent. Elle seront abordées à titre documentaire. Il sera recherché une simplification dans les emprunts aux productions existantes.

Méthodologie

Aujourd'hui, il existe déjà des solutions ouvertes très intéressantes, des projets de recherche universitaires, des initiatives personnelles DIY (do it yourself) et bien sûr des produits commerciaux qui sont totalement opérationnels. La méthode de travail à développer est de recenser un certain nombre de ces solutions pour en étudier les caractéristiques et alimenter une réflexion concourante à la mise au point d'un résultat reproductible.

Etat de l'art

SCANNERS à BALAYAGE LASER

a - Les projets aboutis

MakerScanner

http://www.makerscanner.com/

MakerScanner utilise la projection d'une ligne laser sur un objet et enregistre sa position par rapport à une surface de référence plane. IL propose la construction et l'assemblage de pièces imprimées en 3D, une camera et un pointeur laser.

Le logiciel possède une interface simple et intuitive. L'ensemble est par ailleurs très bien documenté sur un site dédié (L’existence du site est attribuable à la grandeur d'âme de la marque Makerbot). Le développement du projet semble cependant stoppé, la version du soft est la 0.3.1. Le code source est accessible via http://www.makerscanner.com/files/makerscanner-0.3.1.tar.gz L'édition du nuage de points obtenu est éditable dans un logiciel tiers comme Meshlab pour l'édition et le maillage du scan.

Un projet alternatif a été développé sur la base logicielle Makerscanner - https://www.thingiverse.com/thing:21672

Spinscan

http://www.thingiverse.com/thing:9972

En 2011 Tony Buser publie le Spinscan, un scanner 3D open source basé sur un laser et un appareil photo numérique équipé d'une table tournante.

Ce projet fondateur a inspiré de nombreux autres scanners open source et aurait inspiré le MakerBot®Digitizer.

Fabscan 100

Le projet Fabscan 100 est intéressant à plus d'un titre. Il a commencé par une thèse de septembre 2011 de Francis Engelmann dans le cadre d'un groupe de travail de l'université RWTH Aachen en Allemagne (The Media Computing Group). http://hci.rwth-aachen.de/FabScan

Il pose les bases de la fabrication d'un matériel technologiquement complexe, proposé et conçu comme un produit "Do-It-Yourself" accessible à toute personne ayant un intérêt suffisant pour construire son propre scanner. L'installation utilise une webcam ordinaire, un module laser abordable, un moteurs pas à pas et une carte Arduino Uno dans sa version la plus récente.

Le prototype de 2011 a été modifié en 2014 après la reprise du développement par René Bohne et Mario Lukas. La rotation du module laser, commandé par un moteur pas à pas dans la première version a été supprimé au profit d'un réglage à la main. La webcam utilisée est une logitech C270, le montage le l'ensemble contient moins de vis et l'électronique a été revue. Puis, la partie avant et le montage de la camera ont été modifiés. http://hci.rwth-aachen.de/fabscan2014_front.

Enfin, la dernière évolution porte sur la découpe du boitier et porte le nom de FabScan CUBE http://hci.rwth-aachen.de/fabscanCUBE.

Le logiciel mis en oeuvre - FabScan - utilise OpenCV , l'algorithme Powercrust, C ++ et Objective-C. https://github.com/francisengelmann/FabScan100. Il est capable de cartographier un nuage de points en couleur de l'objet, transformer le nuage de points en surface maillée et la convertir en STL, format de fichier de stéréolithographie utilisé entre autres pour l'impression 3D. Aucun logiciel de post-traitement (comme MeshLab) n'est nécessaire, ce qui rend cette solution à la fois simple, compact et autonome.

Un tutoriel est disponible pour la version Linux puis un film décrivant le développement du projet. http://www.mariolukas.de/2014/07/scannen-mit-dem-fabscan/ - http://youtu.be/3Q2Xv1Y1mdU

Un logiciel doté d'une interface très conviviale Simple3DScan à été développé par Wolfgang Schmidt. Il n'existe malheureusement qu'une version Windows pour le moment. http://wolfgangschmidt.info/simple3dscan/

C2scan

Le projet C2scan s'inscrit dans la filiation directe du projet Fabscan. http://c2scan.com/ Il exploite les principes concrétisés par son aïeul, tout en apportant des amélioration qui sont reprises par tous les projets de scanner 3d open source et commerciaux actuels. C2scan incorpore deux modules laser convergeant vers le centre du plateau tournant. Il s'agit maintenant d'un appareil ouvert, donc sans boitier, qui permet une plus grande liberté de manœuvre pour la mise en place des sujets à numériser et le réglage des faisceaux laser. De plus, ce modèle permet la translation verticale motorisée du bloc lasers.

Le logiciel de contrôle sur base Fabscan (Cebscan) a été modifié pour la gestion de la translation verticale du bloc lasers / caméra et le support du double laser.Il gère aussi la désactivation de la mise au point automatique de la camera qui représente un problème pour la numérisation. https://github.com/cebbaker/cebscan/tree/Current

Laser Scanner 3D SkanDal

Ce projet totalement documenté est d'un grand intérêt intérêt pédagogique. C'est un modèle avec 2 Lasers, piloté par des scripts en Python, sous Licence GPL V2, développé par la Labomedia. http://wiki.labomedia.org/index.php/Laser_Scanner_3D_SkanDal Ce modèle exige le recours à un logiciel tiers pour l'édition des nuages de points produits, notamment pour le maillage. Il dispose d'outils de réglage précis pour la position des lasers, de l'axe vertical de la camera, de la position de l'axe moteur. Tous ces paramètres sont ajustables par des sliders dans l'interface logicielle.