curs 11 - scanarea 3d

1

Solutii pentru Solutii pentru scanare si scanare si digitizaredigitizare

Prezentare: Prof. dr.ing. Liviu Crisan

2

CuprinsCuprins

Ce este scanarea 3D Inginerie reversibila (Reverse engineering) Sensori Tipuri de sisteme de achizitie Sistemele Renishaw Metode de scanare Functii software Aplicatii Studii de caz

3

Ce este scanarea 3D?Ce este scanarea 3D? Scanarea suprafeţelor, sau digitizarea, este o metoda prin care se achiziţionează informaţii despre

o suprafaţa 2D sau 3D necunoscuta. Datele achiziţionate pot fi folosite pentru crearea programelor NC sau fişierelor CAD. Scanarea a apărut ca o necesitate în urma măsurărilor 3D, din dorinţa de a achiziţiona un număr mare de puncte într-un timp scurt. Dacă la măsurarea în coordonate cu MMC, achiziţia punctelor se face discret, palpatorul părăsind suprafaţa palpată după ce coordonatele punctului au fost achiziţionate, la scanare palpatorul rămâne în contact cu suprafaţa achiziţionând un nor de puncte dispus pe linii de scanare.

Puncte Puncte achiziţionatachiziţionat

ee

Suprafaţă Suprafaţă de scanarede scanare

Linii de Linii de scanarscanar

ee

Pasul de Pasul de scanarescanare

Pasul de Pasul de achiziţionare achiziţionare a punctelora punctelor

(x(x11, y, y11, z, z11))

(x(xnn, y, ynn, z, znn))

4

Procesul de proiectare Procesul de proiectare

Fabricatie

Produs final

Idea

Conceptul de proiectare

Proiectare in detaliuCAD / CAM

programe CNC

INGINERIA REVERSIBILA (Reverse engineering)INGINERIA REVERSIBILA (Reverse engineering)

5

Procesul de Procesul de fabricatiefabricatie inversa (reversibila) inversa (reversibila)

Fabricatie

Produs final

Idea

Conceptul de proiectare

Proiectare in detaliuCAD / CAM

programe CNC

Start

Start

Fabricatie Fabricatie inversa inversa

(reversibila)(reversibila)

6

Procesul de Procesul de inginerieinginerie inversa (reversibila) inversa (reversibila)

Inginerie Inginerie

reversibila reversibila

((ReverseReverse

EngineeringEngineering))

Start

Start

Fabricatie

Produs final

Idea

Conceptul de proiectare

Proiectare in detaliuCAD / CAM

programe CNC

7

De ce avem nevoie de De ce avem nevoie de inginerie reversibila ?inginerie reversibila ?

• un proiect nou bazat pe un model existent

• un model sau prototip realizat manual

• un proiect vechi care nu are desene

• reproducerea unor componente

• reconstructia unor scule

• rapid prototyping

8

Metode de inginerie reversibilaMetode de inginerie reversibila

• Masurarea manuala a componentelor

• Inregistrarea manuala a perechilor de coordonate XYZ ale punctelor de interes

• Scanarea automata a coordonatelor XYZ ale punctelor de interes

9

SenzoriSenzori

• Cu palpare mecanica

• Scanare analogica

• Scanare Laser

• Sisteme video

10

SenzoriSenzori

Capete cu palpare mecanica Avantaje :

• Foarte precise • Costuri reduse• Forte de palpare mici

Desavantaje :• Achizitie a datelor lenta

11

SenzoriSenzori

Palpare analogicaAvantaje :-

• Precise• Achizitie rapida a

datelor• Densitate mare a

datelor achizitionateDezavantaje :

• Posibilitati de deviere a palpatorului in jurul probei

12

SenzoriSenzori

Capete de palpare Laser

Avantaje :• Achizitie rapida a datelor• Palpare fara contact• Utilizabile in cazul probelor

din materiale moi

Dezavantaje :• Limitare pe directia Z • Probleme la scanarea

suprafetelor reflective• Pas fix• Probleme la scanarea

suprafetelor verticale

13

SCANARE PROFIL 2D

SCANARE 3D

14

Achizitia de precizie a suprafetelor 3DAchizitia de precizie a suprafetelor 3D

Masurarea suprafetelor 3D

Capete analogice

Capete cu triangulatie

15

Sisteme opticeSisteme optice

Reflexii interioare

Fatete inclinate / Pereti abrupti / MuchiiZone in care pot aparea probleme la utilizarea

capetelor Laser

16

Sisteme opticeSisteme opticePrecizie / calitate

Model din plastic utilizat pentru scanare

Exemplu de scanare pe masina de scanare Cyclone

Imagine rezultata in

urma scanarii

17

Sisteme opticeSisteme opticePrecizie/ Calitate Scanarea cu contact

208,611 puncte in 1hr. 29min.

Scanarea Laser380,345 puncte in 27min.

18

Sisteme opticeSisteme opticePrecizie/ Calitate

Scanare cu contact208,611 puncte in 1hr. 29min.

Scanare Laser 380,345 puncte in 27min.

2.0mm

Achizitia Laser+0.051mm

Achizitia Laser-0.027mm

19

Sisteme opticeSisteme optice Fatete inclinate / Pereti abrupti / Muchii

Directii de scanare

Intarziere la scanarea unei muchii

Intarziere la scanarea unei muchii

Piesa

20

Sisteme opticeSisteme optice Fatete inclinate / Pereti abrupti / Muchii

Scanare in doua directiiMarire 10mm x 15mm

Scanare intr-o singura directie

Marire 10mm x 15mm

Scanarea dupa doua directii a

a avut un rezultat mai slab calitativ

decat scanarea dupa o singura

directie.

21

Sisteme opticeSisteme optice

Zone adanci

Zonele adanci vor avea ca rezultat aparitia unor erori datorate

reflexiilor eronate.

22

Sisteme opticeSisteme optice

Focus

Dimensiunea razei

Diametrele uzuale ale razelor

100m to 500m

Piesa de scanat

Infasuratoarea profiluluiUrma detectata de Laser

Directie de scanare

23

Timpul total de achizitie Timpul total de achizitie si procesare a datelorsi procesare a datelor

Achizitia datelor Timpul de scanare pentru o piesa corect aleasa va fi mai mic decat

timpul necesar in scanarea prin palpare cu contact. Timpul de scanare pentru o piesa incorect aleasa va fi mai mare

decat timpul necesar in scanarea prin palpare cu contact.

Procesare datelor Prelucrarea datelor poate fi mai lunga datorita procesului

suplimentar de filtrare necesar.

Timpul necesar operatorului Procesul de indepartare a datelor eronate este de cele mai multe

ori mare consumator de timp.

24

Piese ideale pentru scanarea LaserPiese ideale pentru scanarea Laser Piese cu relief mic:

Monede Nasturi Medalii Matrite de stantare Matrite pentru hartie

Piese cu suprafete rotunjite si fara zone abrupte: Piese de caroserie auto Spoilere Aripi Lame

Piese moi: Produse din cauciuc Produse flexibile Probe din argila Piese fragile si valoroase

25

Piese nepotrivite pentru Piese nepotrivite pentru scanarea cu capete scanarea cu capete LaserLaser

Piese stralucitoare care nu pot fi acoperite cu vopsea mata

Piese cu muchii drepte

Piese adanci cu muchii abrupte

26

Sisteme de achizitie a datelorSisteme de achizitie a datelor

MMC

Masina unealta

Masina de scanare

27

Sisteme de achizitie a datelorSisteme de achizitie a datelor

Masina unealta

Avantaje :-• Masina exista deja in dotare• Viteza atunci cand exista integrare• Familiara utilizatorului• Posibilitati de scanare a suprafetelor mari

Dezavantaje :-• Masina nu prelucreaza cand scaneaza• Viteza mica de scanare

28

Sisteme de achizitie a datelorSisteme de achizitie a datelor

MMC

Avantaje:-• Masina poate avea capacitate de stocare a datelor mare • Posibilitati de scanare a volumelor mari • Posibilitati de generare a fisierelor de prelucrare pe masini NC• Precizie mare Dezavantaje:-

• Achizitie lenta a datelor• Doar putine MMC au posibilitati

de scanare

29

Sisteme de achizitie a datelorSisteme de achizitie a datelor

Masina de scanare

Avantaje:-• Viteza mare de achizitie a datelor• Posibilitati de utilizarea palpatoarelor foarte fine – rezolutie mare• Posibilitati de generare a fisierelor de prelucrare pe masini NC• Construita in scop de scanare

Dezavantaje:-• Zona mai limitata de scanare• Limitare in digitizarea datelor

30

CycloneCycloneMasina de scanareMasina de scanare

Sistem independent de scanare.Posibilitati de scanare cu contact & non-contact

• Performante 1000 - 3000 mm/min• Mai mult de 1000 puncte/secunda.

31

SistemulSistemul TRACECUT TRACECUT

MU

CAD

Cyclone

MU

32

•Sistem PC si Windows

•TRACECUT software utilizat pentru toate sistemele de digitizare si scanare Renishaw

•TRACECUT software gestioneaza intregul proces de fabricatie reversibila de la achizitia datelor la fabricatie.

•Sistemul permite utilizarea a:• Peste 100 de sisteme de achizitie a datelo• Peste 85 post procesoare pentru masinile unealta CNC• Peste 15 formate CAD

SSoftware TRACECUToftware TRACECUT

33

Digitizarea modelului din mai multe

orientari

Tracecut model

(suprafata generata)

Model Tracecut Suprafata infasuratoare

Metode de scanareMetode de scanare

34

Prezentarea datelorPrezentarea datelor

Puncte

achizitionate

Suprafata

infasuratoare

35

Prezentarea datelorPrezentarea datelor

Sectiuni Z

Suprafata generata

36

Prelucrarea datelorPrelucrarea datelor

Manipularea datelor

Iesiri CAD

Generarea fisierelor masina

37

Manipularea datelorManipularea datelor

Generare model pozitiv/negativ

dupa o oglinda in jurul axei Y

38

Manipularea datelorManipularea datelor

Scalare / Rotatie / Oglinda

39

Manipularea datelorManipularea datelor

Scalare / Translatare / Combinare

40

TRACECUT software TRACECUT software - - optioptiuunnii CAD CAD

41

Aplicatii ale sAplicatii ale scancanariiarii

Scanarea are multe aplicatii care se adreseaza diferitelor sectoare

industriale

O selectie a celor mai importante aplicatii este prezentata in continuare.

42

AplicatiAplicatiii Auto Sticle si capace Ciocolata si confectii Monede Incaltaminte Bijuterii / Cadouri Domeniu medical Ambalare Confectionarea modelelor Rapid prototyping Jucarii

43

AplicatiAplicatiiiAuto

Scanarea unei chiulase

Scanarea camerei de combustie, generarea in oglinda si apoi translatarea pentru a produce intreaga chiulasa

44

AplicatiAplicatiiiAuto

Arbore cotit (model)

Model executat dupa datele achizitionate prin scanare

Datele achizitionate

45

AplicatiAplicatiii

Sticle si capace

Piese originale si imagini scanate

46

AplicatiAplicatiii

Figurine de ciocolata

47

AplicatiAplicatiii

Matrite pentru monede sau medalii

48

AplicatiAplicatiiiPantofi

49

AplicatiAplicatiii

Bijuterii

+ =2,831,862

puncte achizitionate

2,225,866puncte

achizitionate

50

AplicatiAplicatiii

Cadouri

Reproducere a unei placi cu de talii fine

51

AplicatiAplicatiiiDomeniu medical

• Timp 4hr. 7min.• 206,495 puncte

52

AplicatiAplicatiii

Domeniu medical

Articulatie93,414 puncteTimp 44mins

374,061 puncteTimp 3hr. 45mins

53

AplicatiAplicatiiiConfectionarea

modelelorModelul unui

butuc principal, modificat manual si apoi scanat in vederea obtinerii

unui alt model

Detaliu a modificarii

Imagine a noului model

54

AplicatiAplicatiii

Jucarii

607,289 puncte achizitionate in 5hr. 8min.

Date originale proiectate pe o sfera pentru a crea un nou model