การวัด 3 มิติ คืออะไร? และสิ่งอื่น ๆ ที่คุณควรรู้หากคุณเป็นมือใหม่ในการสแกน 3D

การวัด 3 มิติ คืออะไร? และสิ่งที่คุณควรรู้ในการสแกน 3D

การวัด 3 มิติ คือการเก็บข้อมูลเกี่ยวกับการวัดทางกายภาพโดยใช้เทคโนโลยีที่สามารถสร้างโมเดลดิจิทัลตของวัตถุได้ การวัด 3 มิติ โดยมีเทคโนโลยีต่างๆที่ใช้ในการวัด เช่นเครื่องสแกน 3  มิติ ด้วยแสงอินฟาเรด, เลเซอร์ เครื่องวัดพิกัด (CMMs) หรือเครื่องสแกนด้วยการถ่ายภาพคอมพิวเตอร์ (CT scanners) เครื่องมือการวัด 3 มิติ เหล่านี้จะเก็บข้อมูลจริงจากชิ้นส่วนทางกายภาพเพื่อนำไปใช้ในซอฟต์แวร์การการวัด 3 มิติ เพื่อทำการควบคุมคุณภาพ, การประเมินความแม่นยำ, และการวิเคราะห์ต่างๆ ของชิ้นส่วน

ในบทความนี้เราจะพูดถึง:

• เครื่องสแกน 3 มิติสำหรับการวัดคืออะไร และใช้งานแบบไหนบ้าง
• ประเภทต่าง ๆ ของระบบการวัด 3 มิติ
• การใช้งานเครื่องมือการวัด 3 มิติ

เครื่องสแกน 3D สำหรับการวัดคืออะไร? เครื่องสแกน 3D ที่สำหรับการวัดคืออุปกรณ์การวัดระดับมืออาชีพที่มีคุณสมบัติตรงตามเกณฑ์ของอุตสาหกรรมในด้านความแม่นยำ, ความสามารถในการทำซ้ำ, มีความน่าเชื่อถือ, และความสะดวกในการใช้งาน สามารถจับข้อมูลหลายล้านจุดภายในไม่กี่วินาที สร้างโมเดลดิจิทัลความละเอียดสูงของวัตถุที่สแกน เครื่องสแกน 3D ที่ได้มาตรฐานการวัดยังสามารถรวมกับอุปกรณ์การวัดอื่น ๆ เช่น เซ็นเซอร์หรือเลเซอร์เพื่อให้ข้อมูลเพิ่มเติมหรือฟังก์ชันการทำงานที่หลากหลาย

ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการวัด 3 มิติ (ความสามารถของฮาร์ดแวร์/ซอฟต์แวร์) ได้ทำให้เครื่องสแกน 3 มิติ เข้าถึงได้ง่ายขึ้น, มีความหลากหลายมากขึ้น, และรวดเร็วมากกว่าที่เคย มีการพัฒนาใหม่ๆ เช่น:

• กระบวนการทำงานอัตโนมัติสำหรับการประมวลผลและการวิเคราะห์ข้อมูล
• อัลกอริธึมที่ได้รับการปรับปรุงสำหรับการลดสัญญาณรบกวน, การลบข้อมูลที่ผิดปกติ, และการจัดแนวข้อมูล
• เซ็นเซอร์ที่ได้รับการพัฒนาเพื่อจับพื้นผิว, ความหยาบ, และการสะท้อนแสง
• ความพกพาและการเคลื่อนที่ที่เพิ่มขึ้นสำหรับการสแกนวัตถุขนาดใหญ่หรือซับซ้อน
• สามารถนำไปใช้กับโปรแกรม CAD และแพลตฟอร์มซอฟต์แวร์ต่างๆ

 

ประเภทของเครื่องวัด 3 มิติ มีหลายประเภทของเครื่องวัด3 มิติ ที่มีจำหน่ายในตลาด ซึ่งแต่ละประเภทจะมีข้อดีและข้อเสียที่แตกต่างกันไปตามการใช้งานและความต้องการบางประการ ประเภทที่พบได้บ่อย ๆ ได้แก่:

• เครื่องสแกน 3 มิติ แบบพกพาและเครื่องสแกน 3 มิติ แบบเคลื่อนที่: เครื่องสแกน 3D เหล่านี้สะดวกในการพกพาและใช้งาน เหมาะสำหรับการสแกนวัตถุที่เข้าถึงยากหรือเคลื่อนย้ายลำบาก เช่น วัตถุที่เปราะบาง แม่พิมพ์ขนาดใหญ่ หรือชิ้นส่วนที่ต้องการตรวจสอบอย่างรวดเร็วเพื่อการบำรุงรักษา นอกจากนี้ยังสามารถสแกนวัตถุที่มีขนาดและรูปร่างหลากหลาย ตั้งแต่ชิ้นส่วนขนาดเล็กไปจนถึงการประกอบขนาดใหญ่
• เครื่องวัดเชิงสัมผัส (Tactile CMM): เครื่องวัดพิกัด (CMMs) เหล่านี้ใช้ตัวตรวจจับทางกายภาพเพื่อลงไปสัมผัสจุดที่ถูกโปรแกรมล่วงหน้าบนพื้นผิวของวัตถุ โดยมีความแม่นยำและละเอียดสูง แต่ก็ช้ากว่าเครื่องสแกน 3D แบบ Structure Light และมีข้อจำกัดจากจำนวนจุดที่สามารถวัดได้ เครื่องวัดเชิงสัมผัสเหมาะสำหรับการสแกนวัตถุที่มีรูปทรงง่ายหรือที่ต้องการความแม่นยำสูง
• เครื่องสแกน 3D แบบไม่สัมผัส: เครื่องสแกน 3D แบบแสงโครงสร้างเหล่านี้ใช้แสงหรือคลื่นเสียงในการจับรูปทรงของวัตถุโดยไม่ต้องสัมผัส สามารถสแกนวัตถุที่บอบบาง เปราะบาง หรือที่สามารถเปลี่ยนรูปได้ เช่น ยาง พลาสติก หรือผ้า ตัวอย่างที่ดีของเครื่องสแกน 3D ที่มีความละเอียดสูงและน้ำหนักเบาคือ ATOS Q ซึ่งให้ความแม่นยำที่ยอดเยี่ยมด้วยระยะการสแกนจุดเพียง 0.03 มม.
• เครื่องวัดพิกัดหลายเซ็นเซอร์ (Multi-sensor CMM): เครื่องวัดพิกัดเหล่านี้สามารถสลับการใช้งานเซ็นเซอร์ต่างๆ เช่น เซ็นเซอร์แสง เลเซอร์ สัมผัส หรืออัลตราโซนิก พวกมันสามารถปรับตัวให้เข้ากับสถานการณ์การสแกนที่แตกต่างกันและให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดในแต่ละกรณี เหมาะสำหรับการสแกนวัตถุที่มีคุณสมบัติหลากหลายหรือที่ต้องการการวัดหลายมิติ ตัวอย่างเช่น ZEISS O-Inspect ที่เป็นเครื่อง CMM แบบหลายเซ็นเซอร์ที่สามารถทำการวัดสัมผัสได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำสำหรับพื้นผิว พร้อมกับการวัดทางแสงสำหรับร่องภายใน

 

ความแตกต่างระหว่าง CMM และเครื่องสแกน 3D
CMM และเครื่องสแกน 3D ทั้งสองเป็นเครื่องมือทางการวัด 3D ที่สามารถวัดขนาดและรูปร่างของวัตถุได้ แต่มีความแตกต่างที่สำคัญในวิธีการทำงานและสิ่งที่สามารถทำได้

CMM ใช้ตัวตรวจจับทางกายภาพเพื่อสัมผัสจุดเฉพาะบนพื้นผิวของวัตถุและบันทึกพิกัดในระบบอ้างอิง CMM สามารถวัดได้เพียงไม่กี่จุดที่โปรแกรมล่วงหน้าในแต่ละครั้ง แต่สามารถให้การวัดที่มีความแม่นยำและละเอียดสูง ส่วนเครื่องสแกน 3D แบบ Structure Light จะใช้แสงเพื่อจับภาพพื้นผิวของวัตถุทั้งหมดและสร้างแบบจำลองดิจิทัลที่เรียกว่า “ดิจิทัลทวิน” เครื่องสแกน 3D สามารถวัดจุดได้หลายล้านจุดในไม่กี่วินาที ซึ่งเร็วกว่า CMM ที่ต้องใช้เวลาหลายวินาทีในการวัดแต่ละจุด

CMM และเครื่องสแกน 3D สามารถเสริมกันในบางการใช้งาน เช่น การทำวิศวะกรรมย้อนกลับ (Reverse Engineer) หรือการควบคุมคุณภาพ (Quality control, Inspection) CMM สามารถให้จุดอ้างอิงหรือคุณสมบัติเพื่อปรับตำแหน่งหรือยืนยันข้อมูลจากข้อมูลการสแกน 3D ขณะที่เครื่องสแกน 3D สามารถให้ข้อมูลพื้นผิวหรือรายละเอียดที่ CMM ไม่สามารถจับได้ เครื่องสแกน 3D มีข้อได้เปรียบในเรื่องความเร็ว การพกพา และไม่ต้องสัมผัส ช่วยให้สามารถสร้างภาพ 3D ที่แม่นยำของชิ้นส่วนทั้งหมดได้

 

อุตสาหกรรมที่ใช้การวัด 3 มิติ

การวัด 3 มิติถูกใช้อย่างแพร่หลายในหลายอุตสาหกรรมที่ต้องการผลิตภัณฑ์หรือกระบวนการที่มีคุณภาพสูงและประสิทธิภาพสูง อุตสาหกรรมบางประเภทที่ใช้การวัด 3 มิติได้แก่ :

• การผลิตและวิศวกรรม: การวัด 3 มิติสนับสนุนการใช้งานต่างๆ ในการผลิตและวิศวกรรม เช่น การทำต้นแบบ, การผลิตเครื่องมือ, การกลึง, และการประกอบ ช่วยลดต้นทุน, เพิ่มผลผลิต, และปรับปรุงคุณภาพของกระบวนการและผลิตภัณฑ์

• การแพทย์: ในอุตสาหกรรมการแพทย์ การวัด 3 มิติใช้ในการวัดและสร้างโมเดลโครงสร้างทางกายภาพของมนุษย์ เช่น กระดูก, อวัยวะ, และเนื้อเยื่อ ช่วยในการวินิจฉัย, การวางแผนการรักษา, การชี้แนะการผ่าตัด, การออกแบบและติดตั้งอุปกรณ์ทางการแพทย์

• อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ: การวัดมิติ 3D ใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศในการออกแบบ, การผลิต, และการบำรุงรักษาชิ้นส่วนและระบบของเครื่องบิน เช่น เครื่องยนต์, ปีก, ลำตัวเครื่อง, และระบบล้อเลื่อน

• อุตสาหกรรมยานยนต์: ในอุตสาหกรรมยานยนต์ การวัดมิติ 3D ใช้ในการพัฒนา, ผลิต, และทดสอบชิ้นส่วนและยานพาหนะ เช่น เครื่องยนต์, ระบบเกียร์, โครงรถ, และตัวถัง

• อุตสาหกรรมพลาสติก: การวัดมิติ 3D ใช้ในการวัดและวิเคราะห์วัสดุและผลิตภัณฑ์พลาสติก เช่น ขวด, ภาชนะ, และฟิล์ม ช่วยในการกำหนดคุณสมบัติ, ลักษณะ และประสิทธิภาพของวัสดุและผลิตภัณฑ์

• การผลิตเครื่องมือ: การวัดมิติ 3D ใช้ในการวัดและตรวจสอบส่วนประกอบและอุปกรณ์เครื่องมือ เช่น แม่พิมพ์, ชิ้นส่วนหล่อ, อุปกรณ์จับยึด, และเครื่องมือวัด ช่วยให้มั่นใจว่าเครื่องมือมีความแม่นยำและสอดคล้องกับข้อกำหนดและความต้องการของลูกค้า

อาชีพในด้านเมโทรโลยี
สำหรับผู้ที่สนใจทำงานกับเทคโนโลยีเมโทรโลยี 3D ซึ่งบางตำแหน่งงานและอุตสาหกรรมในด้านเมโทรโลยี 3D ได้แก่:

• เมโทรโลจิสต์ (Metrologist): เมโทรโลจิสต์คือผู้ที่เชี่ยวชาญในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการวัด เมโทรโลจิสต์สามารถทำงานในหลายๆ ด้าน เช่น ห้องปฏิบัติการการสอบเทียบ (Calibration Laboratories) สถาบันวิจัย องค์กรมาตรฐาน หรือภาคอุตสาหกรรมต่างๆ เมโทรโลจิสต์สามารถพัฒนาวิธีการวัด ทำการทดลอง วิเคราะห์ข้อมูล และรายงานผล
• วิศวกรควบคุมคุณภาพ (Quality Engineer): วิศวกรควบคุมคุณภาพคือผู้ที่ทำให้ผลิตภัณฑ์หรือกระบวนการตรงตามมาตรฐานคุณภาพและความคาดหวังของลูกค้า วิศวกรควบคุมคุณภาพสามารถทำงานในหลายอุตสาหกรรม เช่น การผลิต วิศวกรรม หรือการบริการ วิศวกรควบคุมคุณภาพสามารถออกแบบแผนคุณภาพ นำระบบการควบคุมคุณภาพไปใช้ ทำการตรวจสอบ และแก้ไขปัญหาคุณภาพหรือการผลิต
• วิศวกรเครื่องกล (Mechanical Engineer): วิศวกรเครื่องกลคือผู้ที่ออกแบบ พัฒนา และผลิตผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ และโซลูชั่นให้กับลูกค้า วิศวกรเครื่องกลใช้เทคโนโลยีเมโทรโลยี 3D ในระหว่างการพัฒนากระบวนการ (เพื่อวัดต้นแบบ) เมื่อทำการย้อนรอยวิศวกรรมผลิตภัณฑ์เก่าหรือผลิตภัณฑ์ของคู่แข่ง และเพื่อยืนยันผลิตภัณฑ์ที่มีอยู่แล้วว่าตรงตามข้อกำหนด

---