Upload
mmtoran7208
View
120
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa Dr. Manuel Martínez Torán, UPV Miguel Boix Domenech, Laser Scan
Proyectos y estudios realizados
- Escanear modelos (explotar las posibilidades de la tecnología sobre diferentes modelos)
- Proyecto de integración sistema (caso Catlike)
- Proyecto de reconstrucción 3D para obtener molde (sector tradicional: Viccarbe)
- Proyecto de recostrucción 3D para desarrollar CAE y rediseño (sector automoción: TaronJET-UPV, Campos Racing)
- Actividad Posgrado: clases en el título especialista CAD-CAM-UPV
- Aplicaciones no industriales: restauración artística-arqueológica (Instituto Valenciano de Restauración y Conservación)
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
Digitalización Tridimensional (3D Digitizing)
Técnicas de adquisición de medidas geométricas tridimensionales a partir de objetos físicos, para la obtención de modelos digitales CAD.
Ingeniería Inversa (Reverse Engineering)
Proceso de reproducción de un objeto, pieza, parte, o conjunto, a partir del modelo físico únicamente, sin la mediación de documentación gráfica (planos) o digital (modelo informático)
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
modelo
nube de puntos
malla curvas
superficies archivo 3D
CAD
modelo STL
Prototipado y/o CNC
Digitalización 3D
Procesado de datos
Verificación
Prototipo, molde o pieza
Ingeniería inversa vs Diseño tradicional
> Diseño tradicional: Medir el modelo y reproducirlo a través de CAD
- Requiere un trabajo complejo: dilatación de tiempo - No reproduce los modelos con gran exactitud: formas no analíticas difíciles de reproducir
> Ingeniería inversa: Obtener el modelo y traducirlo en CAD
- Ahorro de tiempo y reducción de costes - Utilizas un sistema de gran precisión - Informatizas el proceso (interfaces)
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
Beneficios:
> Reducción del tiempo de desarrollo
> Mejora de la calidad en: Productos: generación paramétrica de formas no analíticas Procesos: control de calidad, retroalimentación
> Reducción de costes finales Reducción de tiempos Reducción de errores
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
Aplicaciones:
> Diseño conceptual Formas no analíticas Rediseño de antguos modelos
> Análisis de fabricación y funcionalidad: CAE, realizando diferentes tipos de ensayos previos a la fabricación CAM, pensando en la fabricación automatizada
> Ingeniería colaborativa Eficacia a la hora de trabajar con modelos digitales
> Desarrollo rápido y avanzado Materialización rápida de prototipos, patrones y piezas
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
por contacto
sin contacto
Manuales
Automáticos
Láser
Piezoeléctricos
Ópticos
Discretos
Continuos
Simples
Mixtos
Punto
Multipunto
Haz-Multihaz
Automáticos Manuales
Brazos palpadores
Multicabezal
Microfresadoras MAV CNC
Fijos Convertibles
Aspectos a tener en cuenta:
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
Proceso básico de digitalización
1. Preparación de la pieza 2. Digitalización 3. Procesado de información poligonal
3.1. Importación 3.2. Alineación 3.3. Cosido (merging) 3.4. Limpieza de errores y análisis 3.5. Suavizado de la malla
4. Procesado de curvas y superficies 4.1. Generación de curvas 4.2. Generación de superficies
5. Exportación
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
Tecnología empleada
Digitalizador 3D sin contacto / VI-910 (digitalizador óptico, de visión activa)
Técnica empleada:
Emisor: Láser de diodos Receptor: Sensor fotosensible CCD
Conexión a PC por puerto USB. Sistema de Scan Autónomo.
Software Ingeniería Inversa / RF 2004 (CAD, CAM, CAE, Inspección de Calidad)
Módulos disponibles: Scan WB Polygon WB Curve WB Surface WB Feature WB
Permite el control directo del scanner
Equipo Extra: Tabla rotatoria isel-RF Trípode Juego de Lentes (3 lentes) Carta de calibración PET 1.22 (Polygon Editing Tool) software básico Ing. Inversa
Escáner montado en el Laboratorio
VI-910 NON-CONTACT
3D DIGITIZER
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
Tecnología empleada
Digitalizador 3D sin contacto / T-Scan (digitalizador lineal de mano)
Técnica empleada:
Emisor: Láser Receptor: Sistema óptico tracking
Conexión a PC por puerto USB. Sistema de Scan Autónomo.
Software Ingeniería Inversa / RF 2004 (CAD, CAM, CAE, Inspección de Calidad)
Módulos disponibles: Scan WB Polygon WB Curve WB Surface WB Feature WB
Permite el control directo del scanner
Equipo Extra: Trípode con track óptico Escáner de mano
T-SCANplus y controladores software básico Ing. Inversa
Escáner digitalizando escultura en Instituto de Restauración (Castellón)
T-SCAN
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
Tecnología empleada
Digitalizador 3D sin contacto / Laser ScanArm (digitalizador con/sin contacto)
Técnica empleada:
Emisor: Cámara láser / contacto
Conexión a PC por puerto USB. Sistema de Scan Autónomo basado en brazo de rotación ilimitada (7º eje)
Software Ingeniería Inversa / RF 2004 (CAD, CAM, CAE, Inspección de Calidad)
Módulos disponibles: Scan WB Polygon WB Curve WB Surface WB Feature WB
Permite el control directo del scanner
Equipo Extra: Trípode de sujeción Sistema de calibración
CAM2 Measure software básico Ing. Inversa
Escáner trabajando en el Almudín busto Alfons el Magnanim
FARO LASER SCAN ARM
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
Modelos en espuma realizados dentro del proceso de diseño.
Se emplea inicialmente pasta de modelar para crear el volumen. Se realizan y unen las secciones y se modelan tomando esos datos como referencia
Digitalización de prototipos Caso Catlike
Se seleccionan cinco modelos de casco y se digitalizan con el escáner Vi-910. El objetivo de estas pruebas es determinar las posibilidades de la tecnología empleada frente a objetos de avanzada complejidad formal (formas orgánicas, cavidades, agujeros, nervaduras, superficies externas e internas…)
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
Modelo posicionado en tabla rotatoria Mapa de profundidad de la región escaneada
La tabla rotatoria permite escanear varias tomas del modelo de forma automatizada, girando un ángulo determinado hasta completar 360º
Digitalización de prototipos Caso Catlike
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
Alineamiento de diferentes tomas Edición avanzada de malla poligonal
El software RapidForm 2004 dispone de múltiples herramientas de edición de malla poligonal en el apartado Polygon WorkBench, como limpieza, fusión, suavizado, diezmar,…
Digitalización de prototipos
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
Texturizado de la malla poligonal Creación de entidades NURBS
El proceso de Ingeniería Inversa termina cuando se dispone de un sólido (entidad NURBS) editable desde cualquier modelador CAD
Digitalización de prototipos
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
Niveles de Edición
01 Nube de Puntos (point cloud)
02 Malla poligonal (polygon mesh)
03 Curvas / Splines Entidades NURBS
04 Superficies Entidades NURBS
Digitalización de prototipos
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
Pisapapeles Rana
Dimensiones: 50x60x45
Modelo Silla (tamaño real)
Dimensiones: 420x450x600
Digitalización de distintas superficies Pruebas sobre distintos objetos
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
Emblema ProtoDesign 2004
Dimensiones: 140x140x130
Modelo Silla Panton (miniatura)
Dimensiones: 90x150x240
Pruebas sobre distintos objetos
Digitalización de distintas superficies
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
Vehículo de bajo consumo TaronJET UPV – [CMT]
Dimensiones: 550x550x280
La UPV (Universidad Politécnica de Valencia), desea rediseñar su actual coche de velocidad “TaronJET”, participante de las competiciones de bajo consumo “Shell-ECOmarathon”.
Para ello se lleva a cabo un estudio aerodinámico del vehículo empleando un software CAE específico (Fluent), por lo que es necesario disponer de un modelo informático CAD de la geometría del vehículo.
Empresa Colaboradora: AQUATEKNICA
Equipo empleado: 3Dlaser-scanner VI-9i Sistema de fotogrametría PSC-1
Sistema de fotogrametría PSC-1
VI-9i NON-CONTACT
3D DIGITIZER
Digitalización de modelo para ensayos virtuales Caso TaronJet
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
001 – Homogeneizar superfície La superficie del modelo está cubierta por pegatinas coloreadas (algunas muy oscuras), y una zona de la capota es transparente. Esto dificulta la captura de datos, por lo que se cubre la superficie con un spray blanco mate.
002 – Colocar marcas reflectantes Se colocan varias marcas adhesivas (algunas codificadas) y barras calibradas en todo el modelo.
003 – Tomar fotografías con flash Se ajustan las propiedades de la cámara para capturar únicamente los puntos luminosos provenientes de las marcas reflectantes.
004 – Procesado de Nube de Puntos Se procesan las fotografías tomadas para obtener una nube de puntos espacial que se corresponde a “grosso modo” con la geometría del modelo. Las barras calibradas actúan como elemento comparador para ajustar la relación de perspectiva.
001 – Homogeneizar superficie 002 – Colocar marcas reflectantes
003 – Tomar fotografías con flash 004 – Procesado Nube de puntos
Digitalización de modelo para ensayos virtuales Caso TaronJet (proceso de trabajo)
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
005 – Escanear modelo 002 – Colocar marcas reflectantes
007 – Edición en Rapid Form 2004
006 – Alineamiento automático
008 – Obtención de sólido NURBS
005 – Escanear el modelo Se escanean las partes superior e inferior del modelo por separado, y tan solo una mitad de cada una (la simetría se completará desde el software)
006 – Alineamiento automático Gracias a las marcas reflectantes el software es capaz de alinear las tomas referenciándolas a la nube de puntos obtenida anteriormente.
007 – Edición en Rapid Form 2004 Se edita la malla poligonal hasta obtener el modelo completo homogéneo y suavizado.
008 – Obtención de sólido NURBS Se generan splines y superficies NURBS hasta completar el volumen del modelo. Estas entidades se pueden exportar a diversos formatos CAD.
Digitalización de modelo para ensayos virtuales Caso TaronJet (proceso de trabajo)
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
Asiento Last Minute Viccarbe
Dimensiones: 550x550x280
La empresa Viccarbe, dedicada al diseño y fabricación de mobiliario para el hogar, encarga la digitalización de su asiento Last-Minute, para obtener la información volumétrica del modelo en formato CAD.
Partimos de un prototipo realizado en su momento por nuestro grupo
A partir de este fichero informático se podrá mecanizar el molde de inyección en poliuretano flexible, para satisfacer la demanda creciente del producto.
Conversión de la información obtenida por el escáner a entidades NURBS, empleando el software Unigraphics NX3 para obtener el sólido CAD.
Digitalización de patrones para el diseño de moldes Caso Viccarbe
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
001 – Escanear modelo 002 – Colocar marcas reflectantes
003 – Tratamiento de Nurbs
002 – Obtención de nube de puntos
004 – Recreación virtual ensambles
001 – Se realizó el escaneo del conjunto escultórico renacentista fundida en bronce de San Martín. Empleamos un escáner Steimbichler que se maneja manualmente con un sistema medición bajo triangulación que permite de una forma rápida y fácil realizar todas las tomas
002 – Se alinean todas las tomas a partir de a la nube de puntos obtenida.
003 – Edición en Rapid Form 2004 Se edita la malla poligonal hasta obtener el modelo completo homogéneo y suavizado.
004 – Con la malla poligonal y un “cosido” homogéneo conseguimos un archivo 3D con el que poder realizar la recreación virtual sobre la que se explicó de forma audiovisual la configuración especial de la figura se San Martín a caballo
Este trabajo se realizó en las instalaciones del Servicio de Conservación y Restauración de Bienes Culturales Diputación de Castellón
Digitalización de modelo para realidad virtual Caso Instituto de Restauración
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
001 – Modelo en pasta epóxica 002 – Colocar marcas reflectantes
003 – Diseño del molde
002 – Modelo digitalizado en sólido
004 – Casco fabricado a medida
001 – Este modelo se trabaja artesanalmente desde el Dpto. de Diseño de Catlike. El ciclista prueba su confort y adaptación aerodinámica
002 – Se digitalizó el prototipo y se obtuvo el sólido en NURBS
003 – El objetivo era diseñar virtualmente el molde de termoconformado apropiado para personalizar el casco de bicicleta
004 – El diseño resultante puede ser utilizado una vez mecanizado el molde y realizada la operación de conformado sobre lámina serigrafiada. Esta pieza se adapta sobre un casco convencional
Digitalización de modelo para fabricación series limitadas Caso casco velocidad Catlike
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
001 – Rostro de la persona que se prestó a la investigación 002 – Colocar marcas reflectantes
003 – Impresión en 3D (perfil)
002 – Tecnología de impresión 3D por compactación de polvo
004 – Impresión en 3D con infiltrado de cianocrilato
001 – Dentro de un proyecto de I+D+i con la empresa Sodeintec se propuso analizar la relación entre lña digitalización 3D y los sistemas de prototipado rápido. Imagen extraída de la2 de TVE
002 – En régimen de adenda estuvimos dos meses trabajando en la UPV con un sistema de impresión 3D (Z-Corp) de compactación de polvo por aglutinante
003 – La peculiaridad de este sistema es que imprime a color los modelos. Por primera vez en España se investigó en las posibilidades de capturar información tanto 3D como cromática del modelo
004 – Varios aspectos de este proyecto nos han permitido valorar diferentes factores que hay que tener en cuenta a la hora de reconstruir geometrías no analíticas
Digitalización para prototipado rápido Caso Sodeintec
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
003 Mecanizado en poliuretano
002 – Tratamiento 3D en entidad NURBS
004 – Obtención molde de silicona para relleno de cera
001 Escaneando el busto original de la Exposición el Toisón de Oro, con el profesor Mira, comisario atento a las explicaciones que le ibamos dando
002 – Modelo convertido en NURBS, preparado para medanizar. Se puede observar la calidad del trabajo realizado en la parte de atrás y los detalles de relieve del modelo original
003 – Modelo obtfenido en espmuma de poliuretano y preparado manualmente con masilla especial para desmoldeo de silicona
004 – Obtención de molde para colada de cera y obtención del modelo en cera para fundir a la cera perdida. Aquí se puede de verdad obtener una idea de la precisión de la copia porque la cera lo dice todo
Digitalización para aplicaciones de reproducción Caso Busto de Alfons el Magnanim
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
001 – Digitalización del busto in situ
003 Pieza acabada en bronce
002 – Obtención de pieza fundida (en bruto)
004 – Presentación al President de la Generalitat
001 – El trabajo de fundición se realizó en los talleres de Jaume Espí, iniciado con el quemado de la cera
002 – Se cuela el bronce y una vez se va enfriando se rompe la cascarilla cerámica. Se eliminan posteriormente bebederos y respiraderos
003 – Finalmente se le da el patinado más adecuado a las exigencias de la pieza
004 – El pasado 19 de Diciembre se le hizo entrega al President de la reproducción para que figurara junto a la figura del Papa Borgia en el Palacio de la Generalitat, con la presencia de autoridades y la explicación por parte del IVACOR y de Eduard Mira de la historia y la reproducción de la pieza
Digitalización para aplicaciones de reproducción Caso Busto de Alfons el Magnanim
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
001 – Eliminación de la cera con bebederos y cascarilla
001 – Proceso de digitalización 002 – Interfaz escáner - prototipado
003 – obtención de prototipos
Este programa contó con la intervención de los profesores
Manuel Martínez Torán y el profesor Andrés Conejero
001 – Una vez obtienes el modelo conceptual puedes trasladar esa información al CAD tratando previamente la nube de puntos
002 – Esa información procesada se convierte en un sólido 3D en formato stl
003 – Los sistemas de impresión y de prototipado rápido nos permiten obtener modelos con los que valorar aspectos estéticos, compositivos, de fabricación e incluso algunos ensayos funcionales
En este documental se puede valorar todo un proceso de diseño donde intervienen las tecnologías de digitalización 3D y que pueden suponer, considerando las superficies complejas de un casco de bicicleta, una importante reducción de tiempos y costes para la empresa
Programa Innova2 (TVE) nº 27: Cascos de ciclista Transferencia de resultados
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
Etapas en la Ingeniería Inversa de un producto.
Del concepto a la producción: el desarrollo de producto Proceso resumido
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa
Investigador Responsable Dr. Manuel Martínez Torán
Investigadores Dr. Andrés Conejero Rodilla, área de diseño Pedro Ayala López, área de prototipos
Becarios participantes Santiago Carbonell, tratamiento 3D Fco. Javier Gago, prototipado rápido David Sastre, modelizado 3D David Sanz, escaneado 3D
Colaboradores en el área de digitalización Aquatecnica (Valencia) Deltacad (Madrid) Faro Arm (Barcelona) Laser Scan (Valencia)
Contacto:
ETSI Diseño Despacho 5S26 | Ala Sur | 4º piso 963877000 (Ext. 74642)
Gracias. Equipo de trabajo Grupo de Diseño y Desarrollo de Producto, DidLab
Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa