ZAKŁAD KONSTRUKCJI MASZYN I INŻYNIERII BIOMEDYCZNEJ.docx

Magdalena Jaskros (250473) ID-IO-22

Kinga Faryj (250454) ID-IO-21

ZAKŁAD KONSTRUKCJI MASZYN I INŻYNIERII BIOMEDYCZNEJ

Instytut Mechaniki i Poligrafii

Wydział Inżynierii Produkcji

CYFROWE ODWZOROWANIE SKANOWANYCH OBIEKTÓW

Prowadząca zajęcia: mgr inż. A.Floriańczyk

1.      Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z możliwościami cyfrowego odtwarzania geometrii obiektów z wykorzystaniem skanera 3D, a także opanowanie umiejętności przetwarzania oraz oceny pozyskanych danych obrazowych.

2.      Wstęp teoretyczny:

ATOS Compact Scan posługuje się technologią niebieskiego światła, która zapewnia skanowanie niezależne od zewnętrznych warunków świetlnych, szybkie skanowanie dużych komponentów, a przede wszystkim wysokiej jakości dane pomiarowe przy stosunkowo niskich kosztach utrzymania sprzętu.

Skanowanie odbywa się z wykorzystaniem stereowizyjnej, przemysłowej technologii GOM. Zapewnia to pomiar nawet najmniejszych detali z wysoką rozdzielczością. Co więcej różne pola pomiarowe umożliwiają elastyczną dokładność, zwiększają rozdzielczość detalu i szybkość przeprowadzanego procesu. Zastosowanie stolika obrotowego stwarza możliwość rozszerzenia pola pomiarowego nawet do kilku metrów. Kompaktowość urządzenia, a także dostępność programu pomiarowego i inspekcyjnego upraszcza pomiary bez względu na środowisko. Pozwala to na kompletną analizę części oraz digitalizację od małych po duże części z wykorzystaniem jednej głowicy pomiarowej.

GOM Inspect jest programem inspekcyjnym, w którym można wykonać pełną analizę wymiarową danych z ATOS’a lub innej chmury punktów 3D. Zawiera także kompletne zestawy narzędzi do zaawansowanej obróbki siatki trójkątów i jej oceny.

Skanowanie 3D ma szeroki zakres zastosowania zarówno w obszarze odlewnictwa, tłocznictwa, jak i motoryzacji, lotnictwa, a także medycyny oraz sztuki. Wykorzystywane jest głównie w Inżynierii Odwrotnej, kontroli jakości oraz do porównania z modelem 3D. Skaner 3D potrafi bezdotykowo (optycznie), dokonać pomiaru współrzędnych X,Y,Z. Zostają one zapisane w postaci chmury punktów początkowo w formacie *txt jako macierz liczb będących współrzędnymi X,Y,Z poszczególnych punktów. Zaś po przetworzeniu w procesie triangulacji, zamieniającej wirtualny obiekt na opis w postaci siatki trójkątów, otrzymuje się powierzchnię obiektu trójwymiarowego, którą można zapisać w popularnych formatach obiektów 3D (*VRML, *IGES, *DXF).

3.      Przebieg ćwiczenia:

Modelem wykorzystanym do skanowania był numerek na drzwi „6” wykonany poprzez wtrysk do formy żywicznej. Przed przystąpieniem do skanowania przygotowano powierzchnię obiektu :

a.       Oczyszczono powierzchnię modelu.

b.      Naniesiono niewielką warstwę proszku  na detal.

c.       Odpowiednie oznakowanie obiektu za pomocą punktów referencyjnych.

Punkty referencyjne mocowano za pomocą pęsety uprzednio usuwając cienką warstwę proszku. Na każdej z płaszczyzn modelu zamieszczono minimum 3 punkty referencyjne ponieważ istnieje prawdopodobieństwo odklejenia się punktu od powierzchni modelu. Dodatkowo skaner odczytując tylko dwa punkty nie jest w stanie skleić ze sobą późniejszych obrazów.

Model umieszczono na stoliku obrotowym. Zamocowano obiekt na podstawie z plasteliny pod niewielkim kątem. Kąt był bliski 90º. Po przygotowaniu skanera przystąpiono do skanowania. Model zeskanowano zeskanowano dwukrotnie.

Rys. 1. Print screen z programu GOM Inspect. Wynik skanowania. Widoczne są dwa skany modelu, z przodu oraz z tyłu.

Po zeskanowaniu należało oczyścić model oraz połączyć widok z przodu z widokiem z tyłu. Oczyszczenie modelu było niezwykle ważne ponieważ każda dziura mogłaby uniemożliwić połączenie skanu z modelem wykonanym w  programie Solid Works

Model wykonany w programie Solid Works służy do analizy porównawczej ze skanem. Model z programu Solid Works został wykonany na podstawie wymiarów.

Rys. 2. Model wykonany w programie Solid Works.   

Rys. 3. Wynik połączenia dwóch skanów modelu.

Przed przystąpieniem do analizy należało połączyć model wykonany w programie Solid Works ze skanem 3D. Połączenie dwóch elementów zastaje wykonane automatycznie przez program GOM Inspect. Obliczenie tolerancji również wykonuje program. Poniższe zdjęcia pokazują nałożone na siebie dwa obiekty. Różnice kolorów to powierzchnie różniące skan od oryginalnego modelu.

Rys. 4. Wynik połączenia modelu CAD z wynikiem skanowania

4.      Analiza porównawcza:

Rys. 5. Maksymalne i minimalne dopasowanie powierzchni względem modelu 3D - CAD

Maksymalne dopasowanie powierzchni względem modelu 3D-CAD: 2,91

Minimalne dopasowanie powierzchni względem modelu 3D-CAD: 0,36

A

C

D

E

F

B

Rys. 6.  Schematyczne przedstawienie wielkości poddanych inspekcji: tolerancja wymiarowa, kształtu oraz położenia wybranych elementów obiektu.

5.      Wnioski

Skanowanie 3D to szybka i dokłada metoda porównania wyrobu z modelem. Wykorzystując skan możliwe jest policzenie tolerancji wymiarowej, kształtu oraz położenia wybranych elementów obiektu. Przygotowując model do skanowania 3D należy utwierdzić model w podstawie z plasteliny lub innego materiału, aby zapewnić stabilność modelu podczas skanowania. Pochylenie obiektu powinno być bliskie, aczkolwiek nie równe 90˚.

Naniesienie proszku na model ma na celu zmatowienia powierzchni, a tym samym zapobiega odbijaniu się promieni świetlnych. Konieczne jest zamieszczenie optymalnej liczby punktów referencyjnych, gdyż niedostateczna ilość może w znacznym stopniu utrudnić połączenie danych, natomiast zbyt liczne rozmieszczenie punktów może wpłynąć na wydłużenie przeprowadzanego procesu.

Przystępując do analizy GOM Inspekt należy zwrócić szczególną uwagę na to, aby pliki zostały zapisane w formacie *.STL oraz aby określone były w tych samych jednostkach.
 

Wyniki inspekcji z programu GOM INSPECT zawarto w protokołach pomiarowych, które dołączono do sprawozdania.