Rosnące wymagania co do stopnia skomplikowania obiektów inżynierskich oraz uzyskiwanych dokładności powodują że koniecznym staje się wprowadzenie nowych narzędzi zarówno do pomiaru jak i do obróbki otrzymanych danych pomiarowych. Dlatego aktualna oferta firmy SMARTTECH rozszerzona została o produkty firmy Geomagic umożliwiające, w połączeniu z produkowanymi przez SMARTTECH systemami ScanBright, efektywne przejście ścieżki od obiektu rzeczywistego do jego dokładnego odwzorowania za pomocą modelu parametrycznego.

Inżynieria odwrotna w projektowaniu, powszechnie kojarzy się bardziej z modelowaniem na podstawie punktów, niż z procesem gdzie model obiektu jest tworzony z chmury punktów przez odpowiednie narzędzia. Ze względu na fakt, że problemy związane z dokładnym odwzorowaniem kształtu obiektu stają się powszechniejsze, a modelowanie jest zbyt czasochłonne, coraz częściej poszukiwane jest specjalistyczne oprogramowanie, które ułatwi ten proces. Wykorzystywane narzędzia powinny być proste i intuicyjne w obsłudze, a jednocześnie oferować zaawansowane operacje przetwarzania dużej ilości danych pomiarowych - punktów lub trójkątów. Nierzadko z pomiaru otrzymujemy ponad 10 mln punktów. Przy tak dużej liczbie punktów praca w standardowej aplikacji CAD jest niemożliwa.
Geomagic Studio – platforma edycji wielomilionowych chmur punktów
W poprzednim artykule zostały przedstawione możliwości optycznych sytemów pomiarowych. W przypadku takich systemów wymagane jest specjalne oprogramowanie umożliwiające efektywną obróbkę uzyskanych wyników pomiarowych. Niniejszy artykuł opisuje produkt firmy Geomagic, której SMARTTECH jest autoryzowanym przedstawicielem w Polsce. Jako pierwszy zostanie zaprezentowany program Geomagic Studio.
Ścieżkę przetwarzania w procesie uzyskiwania modelu obiektu można podzielić ze względu na różne typy reprezentacji geometrii. Pełna ścieżka obejmuje po kolei przejście reprezentacji danych od chmury punktów poprzez siatkę trójkątów a na powierzchniach parametrycznych kończąc. Według tych etapów podzielony został również sam program Geomagic Studio na Capture, Wrap i Shape, które w całości tworzą kompletne rozwiązanie w procesie inżynierii odwrotnej. Pierwszy z tych modułów Capture pozwala na obróbkę uporządkowanych i nieuporządkowanych chmur punktów, ich łączenie a nawet obsługę (przez system wtyczek) skanerów 3D. Kolejnym modułem jest Wrap, który służy do tworzenia i edycji siatek trójkątów. Umożliwia on znaczne przyśpieszenie i automatyzację konwersji punktów do siatki trójkątów z jednoczesnym utrzymaniem wysokiej dokładności modelu. Zaawansowane funkcje pozwalają na edycję siatki w celu otrzymania zamkniętego modelu, który może być wykonany w technologii szybkiego prototypowania lub wykorzystany podczas wizualizacji. Ostatnim modułem jest Shape, który daje możliwość stworzenia dokładnego modelu powierzchniowego (NURBS) opartego na siatce trójkątów. Uzyskany w ten sposób model może być z powodzeniem wykorzystywany w programach CAD/CAM.
Geomagic Studio, moduł Capture (akwizycji danych)
W pierwszym etapie użytkownik uzyskuje dane w postaci punktowej – pomiar z danego kierunku reprezentowany jest przez pojedynczą chmurę. Najczęściej są one zorientowane względem innych układów odniesienia. W tym momencie najważniejszą rzeczą jest połączenie danych kierunkowych w jedną chmurę punktów. Dodatkową pomocą mogą być kuliste markery, które zostaną automatycznie wykryte i posłużą do połączenia danych kierunkowych. Inną metodą, jaka jest oferowana w programie, jest dopasowanie manualne, w tym przypadku wystarczy podać jeden punkt wspólny aby chmury zostały zorientowane i dopasowane (rys.1). Po połączeniu chmur punktów, należy zredukować szum pomiarowy i usunąć inne niepotrzebne punkty. Dzięki zaawansowanym algorytmom i opcji podglądu chmury wynikowej cały proces przebiega szybko i sprawnie. Pojedynczy model punktowy po złożeniu wyników z wielu kierunków może często osiągać liczność dochodzącą do kilkunastu milionów punktów, dlatego kolejnym krokiem jest automatyczne usuwanie wzajemnie pokrywających się fragmentów chmur oraz optymalizacja.
Geomagic Studio, moduł Wrap (edycja siatki trójkątów)
Aby stworzyć model zbudowany z powierzchni parametrycznych należy przejść etap siatki trójkątów. Moduł Wrap umożliwia stworzenie dokładnego modelu siatkowego opartego na chmurze punktów. Mocną strona programu jest opcja łatania dziur, w oparciu o lokalną krzywiznę otoczenia dziury. Możliwe jest też stworzenie siatki, która jest uśrednionym modelem na bazie kilku pomiarów lub łączenie siatek za pomocą operacji logicznych. Do dyspozycji użytkownika są też operacje czyszczenia i wygładzania siatki. Dużą zaletą programu Geomagic Studio jest możliwość wyostrzenia krawędzi modelu (rys.2). Opcja ta jest bardzo przydatna ze względu na fakt, iż każde narzędzie do pomiaru geometrii trójwymiarowej wygładza krawędzie. Użytkownik ma do wyboru manualną edycję krok po kroku albo też może skorzystać z kreatora, który przeprowadza go kolejno przez wybór regionów do zaostrzenia, utworzenie sąsiedztwa oraz samo zaostrzenie profilu krawędzi.
Geomagic Studio, moduł Shape (tworzenie powierzchni NURBS)
Ostatnim, ale można powiedzieć, że najważniejszym, jest moduł tworzenia powierzchni parametrycznych (NURBS) na bazie siatki trójkątów. Gdy mamy do czynienia z prostym obiektem wystarczy skorzystać z pomocy kreatora, który przeprowadzi proces automatycznie. W przypadku złożonych modeli niezbędna jest ingerencja użytkownika. Cały proces tworzenia powierzchni parametrycznych podzielony jest na kilka etapów. Na początku model poddawany jest segmentacji na podstawie krzywizny, ma to na celu podzielenie całej geometrii bryły na mniejsze jednostki o prostszej topologii. Podział przebiega głównie wzdłuż krawędzi, dużych krzywizn oraz dodatkowych granic zdefiniowanych przez użytkownika. Po tym etapie można edytować rozmieszczenie płatów NURBS w zakresie podjednostki topologicznej w celu optymalizacji liczby płatów i samego ich położenia. Po fazie edycji granic płatów, model jest gotowy do finalnego nałożenia powierzchni, co jest realizowane jednym prostym poleceniem. Model zbudowany z powierzchni NURBS można następnie porównać z wyjściową siatką trójkątów (rys.3).
Geomagic Studio jest kompletnym rozwiązaniem w dziedzinie inżynierii odwrotnej, obsługującym w pełni ścieżkę pomiarową od chmury punktów do powierzchni parametrycznych. Umożliwia pełna automatyzację powtarzalnych zadań przez makra i szablony, dzięki temu przetwarzanie danych dla podobnych obiektów odbywa się bez żadnych dodatkowych czynności. Wydajne algorytmy przetwarzania danych pozwalają na komfortową pracę nawet z chmurami zawierającymi do 100 mln punktów.






















Rys. 1. Wystarczy wskazać jeden punkt wspólny, a program sam dopasuje dwie chmury punktów.













Rys. 2. Opcja wyostrzania – odzyskiwanie krawędzi utraconych w trakcie pomiaru.













Rys. 3. Utworzenie modelu powierzchniowego (NURBS) jest bardzo proste, a uzyskane wyniki można porównać z wyjściową siatką trójkątów.

Materiał i foto: Smarttech opr. Michał Iwaniak