I detta examensarbete beskrivs, testas och utvärderas tekniken strukturerat ljus 3D-skanning under användning av en kommersiell 3D-skanner. Arbetet utfördes på institutionen för tillämpad fysik och elektronik vid Umeå universitet och tanken med arbetet var att det ska underlätta implementering av 3D-skanning i undervisningen för högskoleingenjörsprogrammet maskinteknik. Tre olika objekt skapades i CAD och skrevs ut i en 3D-skrivare för att sedan skannas in med 3Dskannern. En noggrann toleransanalys med en tolerans på 0,2 mm utfördes genom att mäta och jämföra olika mått mellan CAD-modell, 3D-utskriven modell och 3D-skannad modell. Hela processen från CAD till insamling av mätdata och inskannad 3D-modell är väldokumenterad i form av en guide. Det beskrivs vilka tekniska funktioner skannern har och om den uppfyller kraven som ställs på dess noggrannhet och precision. Resultaten för arbetet visar att skannern är kapabel att återskapa fysiska objekt med stor noggrannhet och kan användas för att göra en toleransanalys. Beroende på typ av objekt, kommer en av de tre olika skanningsmetoderna, Fixed Scan, Rapid Scan eller HD Scan ge bäst prestanda. Utifrån resultaten för de objekt som skapades kan man se att skannern är mest lämpad för att skanna detaljrika objekt, avancerade geometrier och ytor med låg reflektion. / In this thesis, the technology structured light 3D-scanning is described, tested and evaluated using a commercial 3D-scanner. The work was carried out at the Department of Applied Physics and Electronics at Umeå University and the idea of the work was to facilitate the implementation of 3D-scanning in the mechanical engineering program. Three different objects were created in CAD and printed out from an 3D-printer and then scanned in with the 3D-scanner. A detailed tolerance analysis with a tolerance of 0.2 mm was performed by measuring and comparing different distances on the CAD model, the 3D-printed model and the 3D-scanned model. The entire process from CAD to collection of measurement data and 3Dscanned model is well documented in the form of a guide. It describes the technical functions of the scanner and whether it meets the requirements for its expected accuracy and precision. The results of the work show that the scanner is capable of recreating physical objects with great accuracy and can be used to perform a tolerance analysis. Depending on the type of object being scanned, one of the available three different scanning methods, Fixed Scan, Rapid Scan or HD Scan, will provide performance. Based on the results of the objects created, it can be seen that the scanner is best suited for scanning detailed objects, advanced geometries and surfaces with low reflectivity.

On behalf of Umeå University, close-range photogrammetry and 3D scanning with structural light are investigated as methods to create 3D models of physical objects relevant to mechanical engineering. An experimental setup for photogrammetry is constructed and used to scan three different objects: one made of metal, one with different colours and one made of plastic. The objects selected for analysis are a metal bolt, a colourful cardboard box and a bicycle helmet in plastic. The 3D models measured by photogrammetry are compared to models created with a commercial 3D scanner, both visually and through taking measurements on the physical objects and comparing with measuring the same details in Autodesk Recap Photo and Shining 3D. The results show a good measurement accuracy for both technologies. The average deviation from the dimensions of the physical objects is between 1.1% and 2.2%. Both 3D surface imaging techniques work well for objects with distinct surface structure and varying geometric shapes, but have problems creating 3D models of dark and glossy objects with homogeneous surface. Photogrammetry is cost-effective and manages to reproduce colour and texture with high accuracy. However, the method is time-consuming and the quality of the results is unpredictable. In addition, the measurement accuracy can be questioned, since the calibration is performed manually by the user in the photogrammetry software. Structured light 3D scanning is a fast process and allows the model built-up and quality to be monitored in real time during the measurement. Visually, 3D scanning reproduces colour and texture with reasonable quality, but not as well as photogrammetry. Also here, the uncertainty in the tolerance analysis is large, since it is difficult to accurately place measurement points in the software. Both imaging techniques can be recommended for use in undergraduate education and student labs, given that a tutorial is provided and suitable scan objects are selected. / På uppdrag av Umeå universitet utförs en undersökning av fotogrammetri och strukturerat ljus 3D-skanning som arbetssätt för att skapa 3D-modeller av fysiska objekt relevanta inom maskinteknik. Syftet med arbetet var att fotogrammetri undersöks som arbetssätt för att skapa 3D-modeller av fysiska objekt från nära håll och där resultatet från fotogrammetrin jämförs med analys av samma objekt med en kommersiell 3D-skanner som använder strukturerat ljus tekniken. En experimentell uppställning för fotogrammetri konstrueras och används för att läsa av tre olika objekt: ett i metall, ett med olika färger och ett i plast. Objekten som väljs för analys är en metallbult, en ask i kartong och en cykelhjälm i plast. 3D-modellerna som avbildas med fotogrammetri jämförs med modeller skapad med en kommersiell 3D-skanner, både visuellt och genom att ta mått på de fysiska objekten och jämföra med mått på samma detaljer i programvarorna Autodesk Recap Photo och Shining 3D. Resultaten visar en bra måttriktighet för båda teknikerna. Snittavvikelsen från måtten på de fysiska objekten är mellan 1,1% och 2,2%. Båda arbetssätt för avbildning fungerar bra för objekt med struktur och varierande geometriska former, men har problem att skapa 3D-modeller av glansiga föremål och objekt med homogen yta. Fotogrammetri är kostnadseffektivt och klarar av att återge färg och textur med hög noggrannhet. Däremot är metoden tidskrävande och resultatets kvalitet är oförutsägbart. Måttriktigheten kan ifrågasättas, då kalibreringen utförs manuellt av användaren i programvaran för fotogrammetri. 3D-skanning med strukturerat ljus är tidseffektivt och har fördelen att modellens uppbyggnad och kvalitet kan följas i real-tid under mätningen. Visuellt återger 3D-skanning färg och textur med någorlunda rimlig kvalitet, men inte lika väl som fotogrammetri. Måttriktigheten kan även med detta arbetssätt ifrågasätts, då det är svårt att noggrant placera ut mätpunkter i programvaran. Det kan rekommenderas att använda metoderna i grundutbildningen om en lathund för arbetssätten skapas och om det i förväg väljs ut objekt som är lämpliga att läsas av.

Arbete på kandidatnivå som behandlar 3D skanning vid olika vinklar och de resultat de ger vid olika avstånd.

3D laser scanning is a useful tool in manufacturing and is being used more and more. It can be hard to use the tool without any experience in scanning. This projekt investigates some of the common mistakes that are made by a beginners in scanning. It also examines some materials and their properties in scanning.   The work has been done cooperation with Sliperiet at Umeå University through tests and studies on a handheld laserscanner, the HandyScan300 from Creaform.   The project has resultet in a manual to help beginners in 3D-scanning. A comparison between four different semi-transparent plastic materials and their tendencies to be scanned under the surface. An analysis of glossy surfaces during scanning has also been made.

Inom detta examensarbete beskrivs och testas tekniken strukturerat ljus 3D-skanning under användning av en kommersiell 3D-skanner. Arbetet utfördes vid Institutionen för tillämpad fysik och elektronik vid Umeå universitet och ska underlätta implementeringen av 3D-skanning i undervisningen inom högskoleingenjörsprogrammet för maskinteknik. En experimentell uppställning för 3D-skanning byggs upp och fyra olika fysiska objekt avbildas. 3D-modellen skrivs sedan ut med hjälp av en 3D-skrivare. En noggrann toleransanalys utförs där originalet, det digitala och det 3D-utskrivna objektet jämförs. Hårdvaran och mjukvaran som användes under projektets gång för att skapa 3D-modeller av fyra objekt dokumenteras i detalj. Metoden presenteras i form av en guide av hela processen från val av objekt till insamling av mätdata och 3D-modell. Det redogörs för skannerns tekniska funktioner samt om den uppfyller specifikationerna med hänsyn till noggrannhet och precision. Resultaten visar att tekniken kan återskapa fysiska objekt med stor noggrannhet och att den lämpar sig bäst för objekt med hög detaljrikedom, avancerade geometrier och en yta med låg reflektion. / This thesis describes the technology of structured light 3D scanning when being tested with a commercial 3D scanner. The project was carried out at the Department of Applied Physics and Electronics at Umeå University and will aid the implementation of 3D scanning in the education of mechanical engineering at a bachelor’s degree level. An experimental set-up for 3D scanning is built and four different objects are scanned. The 3D model is printed with a 3D printer. An accurate tolerance analysis is performed comparing the original, digital and 3D printed objects. The method is presented in the form of a guide of the process from selection of objects to collection of measurement data and 3D model. It describes the technical functions of the scanner whether it meets the specifications with regard of accuracy and precision. The results show that the technology can reproduce physical objects with great accuracy and that it is best suited for objects with high detail, advanced geometries, and a surface with low reflection.

Inom området maskinteknik finns idag ett stort intresse för Reverse Engineering med hjälp av 3Dskanning. Tekniken utgår ifrån att skapa Computer-Aided-Design (CAD) modeller av reala objekt. Föreliggande projekt utfördes vid institutionen för tillämpad fysik och elektronik vid Umeå universitetet i syfte att utvärdera prestationen av Reverse Engineering av objekt som är utmanade at rita direkt i CAD-program. Fyra olika fysiska objekt valdes för analys: en bult, en tolvkantshylsa, en propeller och ett snäckhjul; det sistnämnda tillhandahållen av företaget Rototilt Group AB. Objekten avbildades med en 3D-skannare som använder sig av metoden strukturerat ljus för att läsa in objektens form och har en noggrannhet på 0,04 mm. De 3Davbildade objekten redigerades sedan och CAD-ritningar skapades. Slutligen skrevs CADmodellerna ut med hjälp av en 3D-skrivare och en toleransanalys med gränsvärdet 0,2 mmutfördes för att jämföra dimensionerna av originalobjekten, de olika digitala modellerna samt de utskrivna objekten. Resultatet visar att Reverse Engineering (med vissa begränsningar) är en bra metod för objekt som är utmanade att modellera i CAD. Med tekniken kan fysiska objektrekonstrueras till CAD-modeller snabbt och med hög noggrannhet. / In the field of mechanical engineering, there is an increasing interest in Reverse Engineering using 3D-scanning. The technology is based on creating Computer-Aided-Design (CAD) models of real objects. The present project was carried out at the Department of Applied Physics and Electronics at Umeå University in order to evaluate the performance of Reverse Engineering of objects that are challenging to draw directly in CAD programs. Four different physical objects were selected for analysis: a bolt, a hex socket, a propeller and a worm wheel; the latter provided by the company Rototilt Group AB. A structured light 3D-scanner with a specified accuracy of 0,04 mm was used to image the objects. The 3D images were then post-processed and transferred to CAD software to create the CAD drawings. Finally, the CAD-models were printed with a 3D printer and a tolerance analysis with a limit of 0,2 mm was performed to compare the dimensions of the original objects, the different digital models and the printed objects. The results show that Reverse Engineering (with some limitations) is a good method for objects that are difficult to model in CAD. The technique is well-suited to reconstruct physical objects into CAD-models quickly and with high accuracy.

Denna studie har utförts i syfte att undersöka om Virtual Reality är användbart för att visa upp brottsplatser, exempelvis för personer som är inblandade i rättsprocesser. För att ta reda på det ställdes två frågor som besvarades med hjälp av data inhämtade från experiment. Experimentet gick ut på att deltagare fick ta del av (brotts)platser genom Virtual Reality och genom en interaktiv vy av 3D-modellen på en datorskärm. Den första frågan handlade om det gick att statistiskt skilja svaren från två observationsgrupper från varandra. Ena observationsgruppen innehöll observationer som är data hämtade efter att en deltagare fått ta del av en plats genom Virtual Reality. Den andra observationsgruppen innehöll observationer hämtade efter att en deltagare tagit del av en plats genom datorskärm. Observationsgruppernas svar analyserades senare i syfte att svara på den andra frågan, om ena gruppen går att skilja från den andra gruppen i förmåga att välja rätt svar på enkäten. Praktiskt fick deltagare alternera mellan att ta del av 3D-skannade (brotts)platser via Virtual Reality och datorskärm. Efter de tog del av en plats fick de svara på ett formulär. Experimentet utfördes med 24 deltagare, vilket resulterade i 12 svar per enkät. Detta genererade kvantitativa data, som senare användes i hypotestest. Hypotestesten som genomförts visade inte på någon signifikant skillnad mellan observationsgrupperna i 3 av 4 fall. Däremot visade ett av hypotestesten på signifikant skillnad i ett av fallen, där även observationsgruppen som tagit del av platsen genom datorskärm har presterat en högre median. Vad detta beror på är svårt att säga, men det finns vissa skillnader i hur detaljerat 3D-modellerna syns som kan vara en del av förklaringen till varför skillnader kunde påvisas.  Med bakgrund av detta resultat finns det ingen självklar fördel med att använda VR-teknologi (åtminstone inte som i denna implementation) i rättsfall. Det är dock viktigt att poängtera att studien och experimentet är utfört på kort tid och i liten skala. Vidare går utvecklingen inom detta område fort, och resultatet kan inte antas bli det samma med andra typer av implementationer. / This study was conducted in efforts to investigate whether Virtual Reality is useful for presenting crime scenes, for example, to individuals involved in legal proceedings. To answer this, two questions were posed and answered using data obtained from an experiment. The experiment involved participants experiencing (crime) scenes through Virtual Reality and through an interactive view of the 3D model on a computer screen. The first question was whether it was possible to statistically distinguish the responses from two observation groups. One observation group consisted of data collected after a participant experienced a location through Virtual Reality, while the other observation group consisted of data collected after a participant experienced a location through a computer screen. The responses from the observation groups were later analyzed to answer the second question: whether one group could be distinguished from the other in their ability to choose the correct response on the questionnaire. Practically, participants alternated between experiencing 3D-scanned (crime) scenes via Virtual Reality and a computer screen. After experiencing a location, they were asked to complete a questionnaire. The experiment was conducted with 24 participants, resulting in 12 responses per questionnaire. This generated quantitative data, which was later used in hypothesis testing. The conducted hypothesis tests did not show any significant difference between the observation groups in 3 out of 4 cases. However, one of the hypothesis tests showed a significant difference in one case, where the observation group that experienced the location through a computer screen also had a higher median. The exact reason for this is difficult to determine, but there are certain differences in the level of detail in the visibility of the 3D models that could partly explain why differences were observed. Based on these results, there is no obvious advantage to using VR technology (at least not in this implementation) in legal cases. However, it is important to note that the study and experiment were conducted in a short period and on a small scale. Furthermore, the development in this field is progressing rapidly, and the results cannot be assumed to be the same with other types of implementations.

Hitachi ABB Power Grids is a world leading manufacturer of power transformers, operating on an increasingly competitive market. With the advancements in digitalization and electrification, the production of power transformers has been subject of higher demands, both in terms of product quality and production efficiency. To stay ahead of market rivals, constant development of the business and its production processes is necessary, which has been enabled by increased access to innovative technical solutions. Novel appliances and areas of development has been investigated, of which 3D-scanning is one of the promising technologies that has proven useful in the manufacturing industry.  The purpose of this study has been to map the production process of power transformer manufacturing at Hitachi ABB Power Grids, with the intention of identifying potential areas for use of 3D-scanning technology in quality management. By analyzing each individual production segment, the study has sought to answer to where in the production system that 3D-scanning technology can be beneficial, what type of improvements it can contribute with, and what risks and limitations that using the technology might entail.  The results were obtained by analyzing empirical data, collected through both qualitative and quantitative methods. Interviews with employees and on-site observations has been the main sources of data, together with documentation and statistics from the company’s own data bases.  Central factors that the analysis was built upon are the registered costs of failure and reported quality defects, combined with the appropriateness of 3D-scanning technology in each segment regarding the practical usability, advantage in time, economic profitability, and the feasibility of implementation in the production system. A value assessment was made of the device’s potential, leading to identifying improvements in transparency, traceability, and efficiency. Some of the discussed drawbacks were limited visual access, faulty handling of the equipment, and excessive reliance on the technology. / Hitachi ABB Power Grids är en världsledande tillverkare av krafttransformatorer, agerandes på en alltmer konkurrensbenägen marknad. Med digitaliseringens och elektrifieringens framfart ställs högre krav på produktionen av krafttransformatorer, både gällande produktkvalitet och produktionseffektivitet. För att bibehålla en ledande position krävs därför ständig utveckling av verksamheten och dess processer, vilket bland annat möjliggjorts av den ökade tillgången till innovativa tekniska lösningar. Nya verktyg och förbättringsområden undersöks, varpå en av de uppmärksammade teknikerna är 3D-skanning, vilket visat sig användbart inom tillverkningsindustrin.  Syftet med studien har varit att kartlägga processen för krafttransformatortillverkning hos fallstudieföretaget Hitachi ABB Power Grids, med avsikt att identifiera möjligheterna kring användning av 3D-skanningsteknik i kvalitetsarbetet. Genom att undersöka varje individuellt delmoment i produktionsprocessen har studien sökt besvara var i produktionssystemet som 3D-skanningstekniken kan medföra förbättringar, vilken typ av förbättringar som kan åstadkommas, samt de risker och begränsningar som användning av tekniken eventuellt kan medföra.  Resultaten erhölls genom analys av empiriska data som samlats in genom både kvalitativa och kvantitativa metoder. Intervjuer med personal och observationer på anläggningen har utgjort de huvudsakliga källorna till information, tillsammans med dokumentation och statistik från företagets interna databaser.  Centrala faktorer som analysen har byggt på är produktionens registrerade felkostnader och rapporterade kvalitetsfel, i kombination med 3D-skanningsteknikens lämplighet för respektive avsnitt gällande praktisk användbarhet, tidsmässig fördel, ekonomisk lönsamhet och implementerbarhet i produktionssystemet. En värdering gjordes därefter av teknikens potential, och förbättringar i form av transparens, spårbarhet och effektivitet kunde identifieras. Några av de brister som uppmärksammades var begränsad visuell åtkomst, felaktig manövrering av utrustningen och överdriven tillförlitlighet till tekniken.

I denna studie har användningen av fotskanning för att minska returer av skor köpta online och konsumenternas inställning till och kunskap om fotskanning undersökts. Fotskanning är en teknik för att skanna fötter. Efter att foten har skannats skapas en 3D modell över hur foten ser ut och den modellen används sedan för olika ändamål. Det området som denna studie har fokuserat på är online handeln av skor. Metoden som studien använde är blandad med en induktiv ansats. Empirin samlades genom en kvantitativ enkätstudie av konsumenter och en semistrukturerad kvalitativ intervju med ett företag. Efter datainsamlingen redovisades och analyserades resultaten innan en diskussion utfördes där slutsatser drogs i relation till forskningsfrågorna. Studien visar att fotskanning påverkar returer av skor positivt. Det blev färre returer med hjälp av fotskanningstekniken. När det gäller konsumenternas kunskapsnivå och inställning till fotskanning visar studien att de har en låg kunskap om fotskanning, men en vilja till att använda tekniken. På det stora hela visar fotskanning en stor potential i framtiden och med vidare forskning på ämnet kan studien användas som en indikation på om implementering av fotskanning i ett företag är nästa steg. / In this study, the use of foot scanning to reduce returns of shoes purchased online and consumers' attitudes towards and knowledge of foot scanning have been investigated. Foot scanning is a technique used for scanning feet. After the foot has been scanned, a 3D model of what the foot looks like is created and that model is then used for various purposes. The area that this study has focused on is the online trade of shoes. The method that the study used is mixed with an inductive approach. The experience was gathered through a quantitative survey study of consumers and a semi-structured qualitative interview with a company. After the data collection, the results were reported and analyzed before a discussion was carried out where conclusions were drawn in relation to the research questions. The study shows that foot scanning has a positive effect on the returns of shoes. There were fewer returns with the help of the foot scanning technology. Regarding the consumers' level of knowledge and attitude towards foot scanning, the study shows that they have a low level of knowledge on the subject, but have a willingness to use the technology. In conclusion, foot scanning shows great potential in the future and with further research on the subject, this study can be used as an indication of whether implementing foot scanning in a company is the next step.

Preface: The research about product development of a prosthetic socket was conducted by two students from Mälardalen University, department of Innovation, Design, and Technology. Background: The most recent public survey shows that an estimated 5 million people in China are amputees, out of which a significantly large portion are below-elbow amputees. Sockets sold to below-elbow amputees are equipped with only two surface electromyography sensors, has low comfortability, has problems with perspiration, and a high weight. The current standard for socket manufacturing has not changed in decades. Research Questions: The following research questions have determined the direction of the research: (1) What measurable factors contribute to a convenient and ergonomic feature design in prosthetic socket from the end-user’s perspective? (2) How can the weight and functionality be improved to achieve a prosthetic socket more suited to the end-user, with respect to the existing prosthetic socket? (3) Which material and manufacturing method is suitable for producing cost-effective and customized prosthetic sockets? Research Method: The research was guided by the 5th edition of Product Design and Development by Ulrich & Eppinger (2012) where the product development process described in five of the six phases from planning to test and refinement were utilized. The data collection and analysis techniques performed in this research was guided by Research Methods for Students, Academics and Professionals by Williamson & Bow (2002). Interviews were conducted with five different stakeholders to find specifications of requirements and concretize subjectivism of what defines quality and ergonomics. Implementation: Currently, below-elbow amputees order sockets from orthopedic clinics. The socket was identified as a product of Ottobock. Investigations were made to find optimal solutions to the specification of requirements. Results: The development of a socket concept was designed for additive manufacturing using a multi-jet fusion printer. Analysis: This concept had significant improvements to parameters: higher grade of customizability, 30 % reduced weight, 48 % cost reduction, a new production workflow with 93,5 % automation, and a 69 % reduction in manual work hours. Conclusions: The data of the research strongly indicate existing potentials in enhancing socket design techniques and outputs by implementation of additive manufacturing processes. This can prove to be beneficial for achieving more competitive prosthetics and associated services. / Förord: Denna forskning om produktutvecklingsprocessen av en armprotes genomfördes av två studenter från Mälardalens universitet, avdelningen för innovation, design och teknik. Bakgrund: Den senaste offentliga undersökningen visar att cirka 5 miljoner människor i Kina är amputerade, varav en betydligt stor del är under-armbågsamputerade. Armproteser som säljs till underarmsamputerade individer är utrustade med endast två yt-elektromyografiska sensorer, har låg komfort, har problem med perspiration och hög vikt. Den nuvarande standarden för armproteser har inte förändrats under årtionden. Forskningsfrågor: Följande forskningsfrågor har bestämt riktningen för forskningen: (1) Vilka mätbara faktorer bidrar till en praktisk och ergonomisk funktionsdesign i underarmsproteser ur slutanvändarens perspektiv? (2) Hur kan vikten och funktionaliteten förbättras för att åstadkomma en underarmsprotes som är bättre anpassad för slutanvändaren med avseende på den befintliga underarmsprotesen? (3) Vilket material och tillverkningsmetod är lämpligt för att producera kostnadseffektiva och anpassade underarmsproteser? Forskningsmetod: Forskningsmetoden styrdes av den femte upplagan av Product Design and Development av Ulrich & Eppinger (2012) där produktutvecklingsprocessen är uppdelad i sex faser. I denna forskning användes de fem första faserna från planering till testning och justering. Tekniker för datainsamling och analys som användes i denna forskning styrdes av Research Methods for Students, Academics and Professionals av Williamson & Bow (2002). Intervjuer genomfördes med fem olika intressenter för att hitta kravspecifikationer och för att konkretisera subjektivitet för vad som definierar kvalitet och ergonomi. Implementering:  Underarmsamputerade individer beställer för närvarande armproteser från ortopediska kliniker. Armprotesen identifierades som en produkt av Ottobock. Undersökningar gjordes för att hitta optimala lösningar för kravspecifikationen. Resultat: Konceptutvecklingen av en armprotes utformades för additiv tillverkning med hjälp av en multi-jet-fusion-skrivare. Analys: Det här konceptet hade betydande förbättringar av parametrar: högre grad av anpassningsbarhet, 30 % minskad vikt, 48 % kostnadsreduktion, ett nytt produktionsflöde med 93,5 % automatisering och en 69 % minskning av manuella arbetstider. Slutsatser: Data från denna forskning indikerar att det finns starkt potential för att förbättra designtekniker och utgångar av underarmsproteser genom implementering av additiva tillverkningsprocesser. Detta kan visa sig vara fördelaktigt för att uppnå mer konkurrenskraftiga proteser och tillhörande tjänster.