Trodimenzionalno skeniranje

Za stvaranje kompjuterskih modela realnih objekata Laboratorija „3D Impuls“ koristi 3D skener Atos Compact Scan nemačkog proizvođača GOM jer taj uređaj omogućava brzu beskontaktnu digitalizaciju oblika, ali, u slučajevima kada je to neophodno, može primenjivati i kontaktnu metodu.

Beskontaktno formiranje kompjuterskog modela se zasniva na merenju položaja velikog broja tačaka na površini objekta čiji se model pravi. Merenje položaja tačaka se vrši pomoću uređaja koji se sastoji od izvora laserske svetlosti i dve kamere. Izvor laserske svetlosti projektuje mrežu bliskih paralelnih linija na površinu objekta koji se skenira, a kamere snimaju tu mrežu, kako to pokazuje Slika 1.2.1. Merenjem uglova pod kojima se neki čvor mreže vidi iz kamera, i poznajući rastojanje među kamerama, moguće je izračunati rastojanja od kamera do čvora, i time odrediti njegov položaj u prostoru. Opisani postupak određivanja položaja se naziva trijangulacija, jer dve kamere i čvor čiji se položaj određuje čine trougao kome se izračunavaju dužine stranica. S obzirom da laser može projektovati veliki broj linija na malom rastojanju, on omogućava stvaranje mreže tačaka velike gustine, pa se ovim metodom vrši određivanje velikog broja tačaka na površini objekta, čime se stvara kompjuterski model objekta visoke tačnosti. Rastojanje među projektovanim linijama zavisi od talasne dužine laserske svetlosti, pa najveću tačnost skeniranja imaju skeneri koji koriste lasersku svetlost plave boje.


Slika 1.2.1.

Princip trijangulacije se može koristiti za beskontaktno skeniranje kada obe kamere vide čvor mreže, pa je taj princip teško koristiti za određivanje položaja tačaka na skrivenim delovima objekta kao što su otvori i prorezi. Zbog toga se za modeliranje takvih delova objekata koristi kontaktna metoda, pri kojoj se određuju koordinate tačke koja se dodiruje sondom čiji se položaj određuje. Ovaj postupak je spor, pa je zbog toga skeniranje objekata koji imaju otvore i prozore značajno sporije.

Pored toga, zahtev da obe kamere vide čvor mreže čiji se položaj određuje ograničava i veličinu dela objekata koji se u jednom snimanju može skenirati. Skeniranje većih objekata mora se vršiti tako što se skeniraju deo po deo, a kompjuterski model se formira spajanjem rezultata višestrukih skeniranja. Iz tih razloga, vreme skeniranja delova koje kamere ne mogu videti odjednom se povećava.

Sa druge strane, ako je objekat koji se skenira ima male dimenzije, broj čvorova mreže koji se projektuju na njegovu površinu je srazmerno mali, pa kompjuterski modeli vrlo malih objekata nemaju visoku tačnost.

Krajnji rezultat 3D skeniranja je kompjuterski model koji predstavlja oblik tela položajima mnoštva tačaka na površini objekta. S obzirom da se tada telo predstavlja nepovezanim tačkama, ovakav kompjuterski model tela je poznat po nazivom „oblak tačaka“ (slika 3.2 ).


Fig. 3.2.

Primene

„Oblak tačaka“, kojim se predstavlja skenirani objekat, ustvari predstavlja listu precizno izmerenih koordinata mnoštva tačaka koje pripadaju površini tela i može se koristiti na niz načina, od kojih su najvažniji:

  • Digitalizacija oblika - kompjutersko beleženje i čuvanje podataka o objektima u svrhe arhiviranja (*.stl format);
  • Kontrola kvaliteta dimenzija - određivanje rastojanja među tačkama u svrhe merenja i kontrole dimenzija;
  • Reverzni inženjering - Podaci dobijeni trodimenzionalnim skeniranjem objekta se obrađuju da bi se dobila poligonizovana mreža koja opisuje taj objekat. Daljom obradom podataka korišćenjem kompjuterskih paketa za rekonstrukciju CAD modela dobijaju se površinski (*.nurbs) ili zapreminski modeli (*.step, *.iges).

 

Digitalizacija objekata

Trodimenzionalno skeniranje predstavlja najbrži način da se oblik nekog predmeta predstavi u računaru. Bilo da se radi o:

  • Arhiviranju (proizvodi, spomenici kulture, arhitektura, medicina, stomatologija...),
  • Pripremi za projektovanje i razvoj proizvoda ili
  • Predstavljanje pomoću računara radi vizuelnih animacijla ili virtualnog sklapanja

Laboratorija „3D Impuls“ omogućava da se optičkim skeniranjem dobiju kompjuterski modeli trodimenzionalnih objekata.


                                              Fig.3.2.1.1

Kontrola kvaliteta

Korišćenjem 3D skenera ATOS Compact Skan 5M određuje se trodimenzionalni oblik objekata sa svim detaljima koji karakterišu njegovu geometriju. U zavisnosti od potrebnih rezultata i tipa analize moguće je:

  • Odrediti odstupanja rezultata digitalizacije (3D skeniranja) u odnosu na CAD model (slika 3.2.1.2-1)
  • Izvršiti kontrolu ispunjavanja zadatih tolerancija oblika i položaja (slika 3.2.1.2-2)
  • Upoređivanje oblika proizvoda sa prototipom ili uzorkom
  • Virtuelna montaža skeniranih delova
     


                                                        Fig. 3.2.1.2-1

                                                           Fig. 3.2.1.2-2

Reverzni inženjering

Trodimenzionalno skeniranje je retko samo sebi svrha.

Često postoji potreba da se postojeći objekti iskoriste kao polazna osnova za razvoj proizvoda ili alata. Skenirani 3D model (takozvani „oblak tačaka“) se uz pomoć kompjuterskih programa za rekonstrukciju CAD modela prevodi u površinski (*.nurbs) ili zapreminski model (*.step, *.iges) koji u potpunosti karakteriše realan objekat. Iz njega se može dobiti odgovarajuća tehnička dokumentacija ili se mogu vršiti izmene dimenzija i geometrije modela.

Laboratorija „3D Impuls“ nudi mogućnosti podrške reverznom inženjeringu koji se vrši u preduzećima, ali, prema zahtevu, angažuje saradnike koji će korisnicima omogućiti reverzni inženjering u cilju razvoja novih proizvoda.

                                     Fig. 3.2.1.3. Reverzni inženering kutijice i poklopca