La Reverse Engineering del nuovo millennio

Inchiesta
La parola
agli operatori
della RE
g di Luca Iuliano
Prestazioni, esigenze e mercato
La Reverse Engineering
del nuovo millennio
Diamo seguito all’inchiesta
sulla Reverse Engineering
fornendo una panoramica
sulle proposte dei maggiori
produttori italiani di sistemi
RE e di applicativi software
per l’elaborazione delle
nuvole di punti e la
generazione delle superfici
Seconda parte h
86 Stampi
febbraio 2006
I
n Italia sono presenti, tramite filiali dirette
o distributori, tutti i più importanti produttori di sistemi di Reverse Engineering
e di applicativi software per l’elaborazione delle nuvole di punti e la generazione
delle superfici. La competizione sia per la vendita dei sistemi che dei servizi si svolge in un
mercato sufficientemente libero da condizionamenti e i clienti finali, anche grazie alle informazioni della stampa tecnica, possono individuare i fornitori di sistemi e servizi che possano soddisfare al meglio le loro esigenze. La
Reverse Engineering trova inoltre spazio, con
un gruppo di lavoro dedicato, all’interno della
Associazione Italiana di Prototipazione Rapida (APRI). Le attività di tale gruppo si esprimono con l’organizzazione di convegni e seminari e con la statistica dei sistemi installati in
Italia. In seguito vengono descritti i prodotti
che troviamo maggiormente diffusi nel settore
manifatturiero.
Bracci articolati
Abacus Sistemi Cad-Cam - La società di
Piacenza è il distributore nazionale dei bracci
articolati manuali MicroScribe MX, prodotti
dall’americana Immersion Corporation e destinati ad applicazioni di Reverse Engineering,
misura e ispezione. Si tratta di digitalizzatori
meccanici capaci di rilevare le coordinate tridimensionali di qualsiasi forma contenuta in
un volume semisferico dalle diverse dimensioni e precisioni. La meccanica si basa su di
un braccio snodato bilanciato con puntatore
in grado di muoversi liberamente a 360° su
qualunque asse con semplicità e precisione.
Fig. 1 - La nuova famiglia di bracci articolati
MicroScribe MX della Immersion Corporation
possono essere equipaggiati con una testa di
scansione laser
I sistemi vengono qualificati con gli standard
di calibrazione definiti dalla normativa Asme
B89.4.22, tali norme sono specifiche per la
valutazione delle prestazioni dei bracci articolati destinati alle operazioni di collaudo.
La nuova serie Microscribe MX va a colmare
il gap presente tra i bracci digitalizzatori, dove
le tolleranze di presa punto sono di alcuni decimi di mm, e i bracci di misura di precisione
a elevato costo. Con queste nuove proposte
gli utenti, con un unico sistema, possono da
un lato effettuare la scansione degli elementi
fisici con migliori tolleranze e dall’altro usare
lo stesso braccio per il collaudo delle attrezzature o dei componenti prodotti. I bracci articolati risultano di semplice impiego e sono
bilanciati per evitare movimenti bruschi dei
giunti. Sono proposti, a seconda delle esigenze, con 5 o 6 gradi di libertà con l’aggiunta di un puntale speciale, con un’estensione
massima di 635 o di 835 mm, mentre il peso
di 16 kg assicura un’elevata portabilità. Vengono forniti con un tastatore sferico e a seconda delle esigenze del cliente sono disponibili una serie di tastatori di differente geometria e lunghezza; gli utenti possono inoltre
impiegare, previa calibrazione, tastatori personalizzati. Possono essere infine equipaggiati con una testa di scansione laser (figura
1) per poter combinare i vantaggi
della scansione a contatto con
quella senza contatto, sfruttando
contemporaneamente la flessibilità del braccio articolato. L’acquisizione delle informazioni
per la resa del modello matematico avviene utilizzando
punti, linee, poligoni e splines e le nuvole di punti
acquisite possono essere esportate mediante interfacce
standard nei sistemi Cad 3D. Abacus, a corredo dei
sistemi Microscribe,
commercializza in esclusiva in Italia due applicativi software della francese Picasoft:
• Handy Scan: destinato agli scultori, incisori,
orafi, grafici e al mercato della calzatura. Si
tratta di un programma semplice e intuitivo
che prevede il fissaggio del modello fisico da
digitalizzare, successivamente viene definito
il grezzo virtuale che lo contiene, si procede
dunque ad una serie di scansioni a contatto
con utensili di diametro e lunghezza noti. Il
primo utensile di diametro maggiore realizza
una digitalizzazione approssimata che viene
progressivamente raffinata con gli utensili di
diametro inferiore. La scansione avviene
dunque per rimozione virtuale del grezzo superfluo al modello fisico, il software restituisce il suo file in formato Stl;
• Handy Cut: disponibile a 3 e 5 assi, consente di pilotare sia un sistema Cnc che un
robot antropomorfo senza la necessità di utilizzare la programmazione off-line per poter
effettuare lavorazioni di sbavatura, di lucidatura, di saldatura e di taglio di termoformati. Il
Fig. 2 - Il braccio laser
scanner della Faro/Cam2
è uno strumento adatto
ad applicazioni di
misurazione/scansione
con e senza contatto e di
comparazione della nuvola di
punti con la relativa
matematica
programma si interfaccia con il braccio articolato per acquisire punto-punto i percorsi
sul modello fisico, successivamente viene
generato il percorso utensile nel formato delle macchine Cnc e dei robot antropomorfi. Il
vantaggio rispetto alla classica programmazione off-line sta nell’utilizzazione dei percorsi
digitalizzati con il braccio articolato, senza la
necessità di ricostruire il modello Cad 3D, è
inoltre possibile la modifica interattiva del
percorso utensile.
Sistemi completi e integrati
CAM 2 - La società con sede a Rivoli, nella
prima cintura di Torino, è il distributore nazionale della famiglia dei prodotti Faro che recentemente si è arricchita del laser scanner,
Stampi
febbraio 2006
87
Inchiesta
La parola
agli operatori
della RE
Fig. 3 La matematizzazione di una
maniglia per porte partendo
dalla nuvola di punti viene
effettuata rapidamente
grazie alle potenzialità di
Point Master di Cimsystem
da abbinare al classico braccio articolato.
L’azienda vanta una ampia e consolidata
esperienza nella fornitura di prodotti “high-tech” nei settori della misura e della Reverse
Engineering e da sempre concentra tutti i
suoi sforzi sullo sviluppo di tecnologie moderne e portabili.
Faro/Cam2 con il braccio laser scanner si inserisce a pieno titolo in queste applicazioni e
offre ai propri clienti un sistema completo e
integrato, destinato sia al collaudo che alla
matematizzazione dei componenti fisici caratterizzati da superfici “free-form”.
In particolare il nuovo braccio Laser Scanner
(figura 2) è un sistema adatto ad ogni applicazione, dal design industriale allo sviluppo e
collaudo dei beni di largo consumo, per effettuare scansioni, misurazioni o per convertire
qualsiasi forma libera in dati Cad 3D.
Contrariamente ad altri sistemi di scansione,
con il braccio laser scanner è possibile combinare insieme la digitalizzazione con e senza
contatto senza ricorrere a componenti supplementari. Ciò incrementa sia la versatilità,
sia l’efficienza del sistema che non solo è
portabile, ma consente di misurare anche in
assenza di contatto, ivi comprese controlli,
comparazioni di una nuvola di punti con la
relativa matematica, prototipazione rapida,
Reverse Engineering e impiego di modelli tridimensionali. Il braccio di scansione CAM 2
realizza un’ispezione dettagliata con oltre
13.000 punti al secondo e grazie ad una soluzione di cablaggio integrato senza cavi,
può utilizzare i 7 gradi di libertà disponibili in
modo illimitato. Inoltre con la disponibilità della struttura aperta di trasferimento dei dati, è
possibile eseguire l’analisi dei dati sia con un
applicativo software dedicato che con programmi specifici per l’elaborazione della nuvola di punti. L’utilizzatore può dunque rilevare semplici scostamenti di punti con il tastatore a contatto e poi digitalizzare con la testa
laser quelle sezioni che richiedono un maggior volume di dati. Questi passi avvengono
senza perdite di tempo dovute a montaggio
e smontaggio di supporti, senza la presenza
di cavi che intralcino le operazioni, e senza la
necessità di utilizzare una macchina di misura separata per l’importazione dei dati.
Competenze per lo sviluppo
Cimsystem - La società di Cinisello Balsamo
(MI) distribuisce l’applicativo PointMaster
V4.0 che mette a disposizione dei progettisti
una serie di risorse in grado ridurre la fase di
Fig. 4 - Le applicazione di RE in
Groman Group precedono
l’integrazione delle teste di
scansione laser Kreon sulle
macchine di misura a coordinate
88 Stampi
febbraio 2006
ricostruzione del modello matematico partendo dalla nuvola di punti. Il nuovo prodotto
rafforza ulteriormente la missione di Cimsystem in termini di aiuto alle aziende nel loro
sviluppo tecnologico, la società possiede infatti le competenze necessarie per garantire
ai propri clienti di utilizzare al meglio gli strumenti Cad/Cam. PointMaster è un software
intermedio di Reverse Engineering (figura 3)
che permette la manipolazione di nuvole di
punti, la ricostruzione delle superfici e il controllo del lavoro eseguito e la maggior parte
delle funzioni sono gestite da automatismi.
L’utente “abbozza” con l’utilizzo del mouse i
bordi della superficie, il software calcola au-
tomaticamente le curve e le relative superfici.
Tutte le singole superfici possono essere
connesse in C2 in automatico e presentate
all’utente grazie al potente supporto visivo.
Con il controllo di curvatura è inoltre possibile
visualizzare discontinuità e zone non corrette
e avere un aiuto nella realizzazione delle superfici.
Il software accetta in ingresso le uscite della
maggior parte dei sistemi di digitalizzazione e
dispone di uscite modulabili a seconda delle
necessità del cliente. Si va dal semplice file
Stl per le applicazioni di prototipazione rapida, alle Nurbs più complesse.
Gli algoritmi matematici implementati garantiscono una soluzione rapida per la realizzazione di progetti tridimensionali complessi
anche nel caso di nuvole di punti di bassa
qualità.
È composto da tre moduli: base, ricostruzione superfici e controllo di qualità che includono tutti gli strumenti necessari per realizzare
un processo di Reverse Engineering completo senza limitazioni sulla dimensione della nuvola di punti.
Le funzionalità dell’applicativo software sono
riconducibili in sette differenti aree di lavoro,
ognuna fondamentale per completare sia il
processo di Reverse Engineering che il controllo dimensionale e precisamente:
1. la gestione dei dati mediante le trasformazioni geometriche (traslazione, rotazione,
specchiatura, scalatura), i filtraggi per cancellazioni parziali e unioni e l’approssimazione
automatica della nuvola di punti, funzione utile per la fresatura;
2. le nuvole di punti con la compensazione
del tastatore e la triangolarizzazione 2.5d e
tridimensionale;
3. la ricostruzione del pixel tramite la conver-
Fig. 5 - I moduli di Rapid Form 2004 di INUS Technology, partendo dalla nuvola di punti, coprono l’intera filiera
della ricostruzione e verifica del modello matematico agevolando il lavoro dei designer e dei progettisti
sione raster/vettore, l’estrusione dei pixel in
base ai colori e il calcolo dei bordi;
4. la costruzione delle superfici che può avvenire in manuale o automatico. Nel primo
caso nel caso di forme complesse sono supportate: la connessione a T con continuità
C2, l’evidenziazione dei differenti elementi
come aiuto al designer, la selezione tra “addolcimento locale o globale” e l’implementazione dell’offset nella ricostruzione delle superfici con continuità;
5. la modellazione con le mesh per la triangolarizzazione 3D, il controllo di curvatura, la
riparazione automatica o manuale delle mesh, la chiusura dei fori e il calcolo su polimesh;
6. le interfacce per il trasferimento dei risultati
sui sistemi Cad: Stl, Off e Raw sono incluse
nel software mentre a richiesta sono disponibili Iges, Catia, UG, Pro/E;
7. il controllo di qualità mediante differenti
metodi di allineamento, la valutazione statistica dei dati misurati, la generazione automatica dei report, le mappe di colore in funzione
dello scostamento e i report personalizzabili.
La sua architettura aperta consente inoltre
l’utilizzo i dati di un progetto esistente, come
punto di partenza per semplificare la modellazione di oggetti simili.
Un partner affidabile
Groman - Opera ad Alpignano in provincia di
Torino per rispondere a tutte le necessità di
metrologia industriale e di Reverse Engineering e si propone come partner affidabile,
tecnicamente risolutivo, flessibile nelle competenze con cui instaurare un solido rapporto di fiducia stabile nel tempo. Tale risultato è
stato ottenuto grazie all’unione dell’esperienza decennale dei singoli tecnici, ciascuno
esperto in diversi settori industriali e in possesso di known-how tecnologico differenti.
L’azienda fornisce per il settore della RE gli
scanner laser 3D di fabbricazione Kreon,
completi di soluzioni di interfacciamento con
centri di misura (figura 4), centri di scansione
e centri di lavoro.
Kreon Tecnologies ha a catalogo tre teste di
Stampi
febbraio 2006
89
Inchiesta
La parola
agli operatori
della RE
scansione laser che, come anticipato, possono essere installate su fresatrici, su macchine di misura a coordinate, su bracci articolati e si differenziano per la profondità e
l’ampiezza di campo e per la precisione nella
definizione delle coordinate dei punti. Questi
sistemi hanno trovato largo impiego nel settore manifatturiero soprattutto per la loro
semplicità di impiego, la società fornisce infatti il software per la gestione della macchina
che ospita la testa di scansione.
L’ultima proposta è costituita dalla Kreon
Zephyr, compatibile con la sonda PH10 Renishaw, in grado di acquisire 60 immagini al
secondo con 480 punti per immagine. Ha
una profondità media di campo di 107 mm,
una ampiezza di campo media di 70 mm,
una risoluzione di ±0.01 mm, un peso approssimativo inferiore a 400g ed un ingombro di (150x55x70)mm. Rispetto ad altri costruttori che forniscono un sistema completo
anche della struttura meccanica Kreon ha il
vantaggio della portabilità su macchine utensili o di misura già presenti presso l’officina
del potenziale utente.
to e dispone di uscite modulabili a seconda
delle necessità del cliente. Si va dal semplice
file Stl per le applicazioni di prototipazione rapida, alle Nurbs più complesse.
I concetti chiave che riassumono le funzionalità del prodotto sono: rapidità , flessibilità e
riutilizzabilità dei dati. Rispetto alle prime versioni sono state colmate alcune lacune tra il
processo di scansione e il modello finale utilizzabile nelle differenti applicazioni è stata
inoltre migliorata l’interfaccia utente per semplificare l’utilizzo del prodotto.
L’applicativo opera in sei differenti aree di lavoro (figura 5), ognuna fondamentale per
completare sia il processo di Reverse Engineering che il controllo dimensionale e precisamente:
Un software intermedio
INUS Technology - La società coreana propone l’applicativo Rapid Form 2004, distribuito sul nostro mercato da Konica Minolta
Italia e da Unocad, come strumento in grado
ridurre drasticamente la fase di ricostruzione
del modello matematico partendo dalla nuvola di punti.
Il prodotto si colloca tra i sistemi di scansione
e il Cad 3D colmando il vuoto esistente tra la
nuvola di punti e la superficie che la interpola.
Si tratta di un software intermedio che accetta in ingresso le uscite della maggior parte
dei sistemi di scansione con e senza contat-
Sistema di scansione portatile
Konica-Minolta - La multinazionale giapponese, presente in Italia con la sua filiale di Milano, ha come sistema di punta il VI-9i (figura
6) che si è da alcuni mesi affiancato ai VI-900
e VI 910 per completare e rafforzare la sua
gamma di sistemi di scansione portatili basati sulla triangolazione laser. Il nuovo sistema è
Fig. 6 - Il sistema portatile VI-9i prodotto e
commercializzato dalla Konica Minolta
90 Stampi
febbraio 2006
1. elaborazione, allineamento e unione rapida di nuvole di punti;
2. pulizia e ottimizzazione dei poligoni;
3. triangolarizzazione della nuvola di punti per
la generazione del file Stl indispensabile per
le applicazioni di prototipazione rapida;
4. modellazione ed editazione delle curve;
5. conversione da poligoni a Nurbs e definizione delle superfici;
6. controllo dimensionale per verificare rapidamente e facilmente il risultato del processo
manifatturiero confrontando il modello Cad
con i dati provenienti dalla scansione.
In sintesi l’applicativo fornisce all’utente
avanzate e intelligenti funzionalità che richiedono un’interazione limitata, permettendo di
ottenere un elevato risparmio di tempo e costi. Inoltre la sua architettura aperta consente
l’utilizzo i dati di un progetto esistente, come
punto di partenza per semplificare la modellazione di oggetti simili.
È stato infine introdotto il modulo 3D Imaging
specifico per le applicazioni medicali che partendo dai dati della Tac o della risonanza magnetica, è in grado di eseguire:
• la segmentazione delle sezioni sotto la guida del medico per evidenziare la struttura ossea o i tessuti molli;
• la costruzione del modello tridimensionale
partendo dalle sezioni segmentate in precedenza.
Fig. 7 - Il sistema di ATOS III della GOM basato sulla luce strutturata, è in grado di acquisire per ogni esposizione 4 milioni di punti
stato progettato e industrializzato per soddisfare a due esigenze di Reverse Engineering:
la prima risponde al bisogno crescente di sistemi di scansione dotati di elevata precisione e ripetibilità e la seconda è relativa al collaudo al 100% in linea dei prodotti ed è resa
possibile grazie all’incremento di precisione
introdotto nell’ultimo sistema.
Nel digitalizzatore VI-9i la radiazione laser
emessa dalla sorgente interna viene trasformata con un’ottica specifica in una linea e
proiettata sull’elemento fisico. Il sistema di
controllo provvede automaticamente a
proiezioni successive di linee traslate rispetto
alla prima, garantendo l’acquisizione di una
nuvola di punti che rappresenta l’intera superficie del pezzo con i seguenti vantaggi:
maggiore velocità di scansione, minori tempi
di digitalizzazione e possibilità di rilievo su superfici con morfologia imperfetta, carente o
danneggiate sfruttando la coerenza della radiazione laser. Si tratta di un sistema compatto e portatile da installare su treppiede,
collegato a PC mediante porta Scsi II, dispone di un monitor per agevolare la selezione
della zona da digitalizzare. A seconda dell’ottica installata il volume di lavoro varia tra
(93x69x26)mm e (1495x1121x1750)mm, la
distanza di misura è compresa tra (0.6-1)m
in modalità standard e tra (0.5-2.5)m con la
modalità estesa mentre la precisione di presa punto può arrivare a ±0.05mm. A richiesta sono disponibili i seguenti accessori:
• tavola rotante sincronizzata con passi a
partire da 1° per il rilievo di particolari di pic-
cola/media dimensione. Le varie scansioni
vengono assemblate automaticamente dal
software di gestione riducendo drasticamente i tempi di scansione;
• memory card ad elevata capacità per archiviare le scansioni ove non sia disponibile il
PC e risulta utile laddove si debba operare in
spazi ristretti.
Il software di gestione “Polygon Editing
v.2.00” fornito a corredo del sistema oltre al
completo controllo e gestione dello scanner
e della tavola rotante permette:
• l’acquisizione della nuvola di punti;
• lo smooting, la scalatura e l’editazione dei
punti;
• la triangolarizzazione della nuvola di punti
per generare il file Stl;
• l’unione di nuvole di punti provenienti da
differenti scansioni;
• l’esportazione dei dati verso il Cad 3D in
formato x,y,z ascii o binario, Dxf, Vrml.
VI-9i può infine essere abbinato ad un sistema fotogrammetrico esterno per migliorare
ulteriormente le prestazioni in termini di precisione su elementi che eccedono il volume di
lavoro del sistema. In questo caso è previsto
il posizionamento di marker sul pezzo, la ripresa di varie viste sul pezzo con una macchina fotografica digitale ad alta risoluzione,
l’identificazione dei marker con la fotogrammetria e il loro posizionamento nello spazio.
Le nuvole di punti che verranno successivamente acquisite, grazie ai marker, verranno
automaticamente collocate dal software nella
posizione corretta.
Scansione senza contatto
Microsystem-Digilab - La società di Bologna
distribuisce i prodotti della GOM GmbH di
Braunschweig (Germania), uno dei produttori
di riferimento sul mercato dei sistemi di scansione a tecnologia ottica senza contatto. Con
la famiglia Atos l’azienda tedesca è stata la
prima a industrializzare e commercializzare
un sistema di scansione senza contatto basato su tecnologia ottico/topometrica, diventato negli anni uno standard nei settori industriali chiave dell’automotive e dell’aerospace
sia per le applicazioni di Reverse Engineering
sia per le applicazioni dedicate al collaudo dimensionale e al controllo qualità.
Se nel recente passato il sistema Atos Standard, in grado di acquisire 480.000 punti per
ogni singola ripresa, era compatibile sia con
le precisioni che con i tempi di sviluppo dei
prodotti, ora la complessità geometrica e la
necessità di ridurre il time to market richiede
sistemi di scansione in grado di rilevare aree
più grandi, campionare un numero molto
maggiore di punti e in tempi più rapidi.
Sulla base di queste considerazioni e forte
dell’esperienza consolidata e dei suggerimenti dell’ampio parco clienti che nel corso
del 2004 ha raggiunto i 900 sistemi installati
in tutto il mondo, la GOM ha avviato con il
sensore Atos III (figura 7) la terza generazione
dei suoi sistemi di scansione 3D ad alta risoluzione ed elevata precisione. Il principio ottico su cui si basa l’acquisizione tridimensionale è definito a “luce strutturata” costituita
nel caso specifico da una serie di linee bian-
Stampi
febbraio 2006
91
Inchiesta
La parola
agli operatori
della RE
che e nere equispaziate proiettate sulla superficie dell’oggetto da rilevare.
Le linee proiettatte vengono riprese da due
telecamera ad alta risoluzione ( 2.000x2.000
pixel, 4 milioni di punti per ogni singola lettura) Dalla messa in fase 3D delle immagini bidimensionali che provengono dalle due telecamere, attraverso un sofisticato software di
image processing, è possibile ottenere una
nuvola di punti ad altissima risoluzione e elevata precisione, copia digitale della superficie fisica acquisita. Il sistema ha una precisione dichiarata dal costruttore pari a 0.02 mm
sulla singola lettura e +/- 0.1 mm su di un volume di 10 X 10 X 10 m nella versione Atos III
Xlhr. In funzione degli oggetti da digitalizzare il
sistema può essere configurato per rilevare in
singola lettura aree che vanno da 150 mm X
150 mm fino a 2m X 2 m. Per oggetti che superano le dimensioni di 1.5mx1.5mx1.5m , la
rete dei bollini di riferimento per il “merge”
delle nuvole di punti ottenute con Atos viene
registrata nello spazio con il sistema fotogrammetrico digitale Gom Tritop.
Per operazioni di Reverse Engineering e controllo qualità di oggetti molto piccoli e dettagliati, la GOM ha immesso recentemente sul
mercato una versione speciale del sistema
denominata S.O. [Small Object] dove il sensore è montato rigidamente su di una colonna e l’oggetto da rilevare può essere movimentato da una tavola rotante sincronizzata.
Il software di gestione delle sessioni di scansione Atos – arrivato ora alla versione 5.4 –
consente all’operatore di generare sezioni,
estrarre dalle nuvole di punti figure geometriche primitive 2D e 3D quali cerchi, archi, linee, piani, cilindri, sfere; linee di stile e spigoli; asole, fori e bordi lamiera.
Oltre agli strumenti di point filtering per la de-
92 Stampi
febbraio 2006
a
b
Fig. 8 - Alcune proposte di Roland per la sezione
reverse engineering dell’artigiano tecnologico;
a) LPX 1200, b) MDX 20/15
cimazione dei poligoni costituenti la mesh e
alla loro distribuzione ottimizzata in funzione
della topologia dell’oggetto rilevato, il software è in grado di esportare i dati di scansione
nei formati Ascii Xyz, Iges, Vda-Fs, Iso [punti]
e Stl [mesh].
Soluzioni per
l’ “Artigiano Tecnologico”
Roland D.G. - La società, che da oltre 20 anni opera nel settore della produzione tridimensionale e della grafica computerizzata ha
introdotto una serie di soluzioni innovative
che abbracciano sia la fase di input (acquisizione del dato e trattamento dello stesso tramite scanner e software di Reverse Engineering) che quella di output (modellazione del
prototipo o dello stampo/elettrodo acquisito
tramite scanner 3D o progettato al computer
dall’operatore).
La filosofia base è stata quella di rendere il
prodotto immediatamente fruibile dall’operatore, utilizzando tecnologie proprietarie e situando il prodotto in una fascia di prezzo
estremamente competitivo senza rinunciare
però alle caratteristiche che contraddistinguono le esigenze degli operatori di Reverse
Engineering o di prototipazione rapida.
Questa filosofia ha portato allo sviluppo del
concetto dell’ “Artigiano Tecnologico”, caratterizzato da un marchio, che integra la capacità creativa e manuale propria dell’artigiano
con il mondo dell’informatica e della tecnologia. Alla base dell’idea che ha portato alla nascita di questa nuova filosofia di produzione,
c’è la considerazione che all’interno delle
aziende artigiane il rapporto con le risorse
hardware e software dei calcolatori non è
quasi mai idilliaco. Occorre pertanto utilizzare
un approccio diverso per far si che le risorse
della tecnologia siano viste come nuovi strumenti o utensili operativi, in modo che l’artigiano possa esprimere la propria creatività
non solo manualmente ma anche attraverso
l’integrazione di un mouse sul calcolatore.
Entrando nel dettaglio delle proposte di Roland per l’ “Artigiano Tecnologico” troviamo:
1. Lpx 250 e Lpx 1220 (figura 8a): si tratta di
scanner laser rotativo e planari con un volume di lavoro rispettivamente di (254x406)
mm e (130x203)mm, la velocità di rotazione
della tavola di 15 g/min. I sistemi sono corredati del programma di Reverse Engineering,
PixForm, versione per Roland del più conosciuto Rapid Form;
2. Picza Pix 30 e Pix4: sono macchine di
scansione a contatto a 3 assi a tecnologia
piezoelettrica a bassa pressione di scansione, orientate ad un mercato entry level e corredate d’applicativo per la gestione della nuvola di punti acquisita;
3. Mdx15/20 (figura 8b): è un sistema ibrido
per modellisti che contempla la soluzione di
scansione piezoelettrica a risoluzione centesimale e la fresatura tridimensionale dell’oggetto;
In conclusione con il termine “Artigiano Tecnologico” Roland vuole desidera distinguere
tutti gli artigiani che conservando la propria
manualità, hanno iniziato un percorso di integrazione delle tecnologie nel loro processo
produttivo
Per consistenti volumi di dati
Raindop Geomagic - La società nord americana ha sviluppato e commercializza, tramite
una vasta rete di distributori, la suite software
Fig. 9 - Geomagic Studio di Raindop Geomatic è un applicativo intermedio per la matematizzazione
delle nuvole di punti
Geomagic Studio pensata per l’elaborazione
delle nuvole di punti e la definizione delle superfici dell’elemento fisico copiato. L’acquisizione senza contatto delle forme tridimensionali tipicamente complesse, si traduce in
enormi quantità di dati, spesso difficili da gestire e da visualizzare. Geomagic, grazie al
motore grafico proprietario e altamente specializzato, è in grado di operare in tempo reale anche con volumi di dati consistenti.
È costituita da tre moduli integrati che a seconda delle esigenze del cliente possono essere acquisiti separatamente:
• Geomagic Capture: in grado di interfacciarsi con la maggior parte dei sistemi di scansione con e senza contatto per importare direttamente le nuvole di punti derivanti dalla
scansione;
• Geomagic Wrap: consente una elaborazione rapida, automatica e efficiente delle nuvole di punti finalizzata all’ottenimento un modello triangolarizzatom, utile per le operazioni
di rendering e prototipazione rapida;
• Geomagic Shape: partendo dal risultato
dell modulo precedente permette la definzione delle superfici Nurbs e la completa definizione del modello Cad 3D (figura 9). Questo
può essere esportato mediante interfacce
standard.
Il tutto è stato pensato per rendere il lavoro
dell’utente il più semplice possibile e l’interfaccia è moderna ed intuitiva, in perfetto stile
Windows, con una dotazione di comandi
completa e facilmente raggiungibile. È possibile vedere in anteprima il risultato di qualsiasi comando, sia esso una semplice selezione
o il complesso taglio di una nuvola, il che rende le operazioni molto più semplici ed efficienti. Inoltre non si deve temere di commettere errori, perché ogni comando può essere
annullato, ripristinando tutti gli oggetti al loro
stato iniziale.
Teste di scansione
QFP - La società di Spoleto è il distributore
nazionale dei sistemi di scansione senza
contatto della Steinbichler. Partendo dalla
considerazione che non esiste un unico sistema di digitalizzazione in grado di coprire
tutte le applicazioni ma piuttosto ciascun sistema ha campi di impiego ben definiti, QFP
propone due teste di scansione basate su
principi di presa punti differenti:
• Comet IV (figura 10a): costituita da un
proiettore di frange di luce e da una telecamera. La luce strutturata, costituita da una
serie di linee chiaro scure, si adagia sulla superficie del pezzo e la deformazione delle li-
Stampi
febbraio 2006
93
Inchiesta
La parola
agli operatori
della RE
Alta velocità e semplicità
di utilizzo
a
b
Fig. 10 - Le teste di scansione Comet della Steinbichler:
a) IV basato sulla luce strutturata, b)T-Scan che sfrutta la triangolazione laser
nee viene ripresa dalla telecamera che inquadra una ben definita area di lavoro. Questa
viene acquisita in una frazione di secondo ed
elaborata con un software proprietario per
estrarre le coordinate dei punti. Per ciascuna
vista è possibile memorizzare sino a 1.3 milioni di punti con una accuratezza di ± 0.02
mm La testa di scansione a seconda delle
applicazioni può essere installata su treppiede o su robot articolato, l’area di lavoro a seconda delle versioni varia da (45x35) mm con
distanza di misura di 400mm sino a 420x340
mm con distanza di 820mm. Nel caso di
scansioni su oggetti di grande dimensione
che richiedono un numero elevato di esposizioni, Vario Zoom viene abbinato con una fotocamera ad alta risoluzione e un software di
fotogrammetria che permette la definizione di
una serie di riferimenti sul modello fisico. Tali
riferimenti consentono l’allineamento automatico delle nuvole di punti provenienti dalle
varie viste.
• Comet T-Scan (figura 10 b): è una testa di
scansione portatile che emette una radiazio-
94 Stampi
febbraio 2006
ne laser, generata nello spettro visibile da una
sorgente a diodi, sotto forma di una linea lunga 90mm. Il raggio riflesso dalla superficie del
pezzo viene acquisito da una telecamera,
noti l’angolo di proiezione e riflessione il
software estrae le coordinate dei punti appartenenti alla linea.
Durante la scansione l’operatore muove la
testa, simulando un’operazione di verniciatura, per acquisire la geometria del componente e gli eventuali punti ridondanti vengono
automaticamente eliminati. La profondità di
campo della testa di 75mm facilita la fase di
digitalizzazione che avviene con una precisione di ± 0.03 mm. Accanto all’hardware di
scansione sono stati abbinati una serie di applicativi software che permettono: il filtraggio
e l’ottimizzazione della nuvola di punti acquisita, l’allineamento e l’unione di nuvole di
punti provenienti di differenti scansioni, l’esportazione dei punti tramite interfaccia standard Iges, Stl, Vda e il confronto dei punti acquisiti con il modello Cad e la presentazione
dei risultati sotto forma grafica.
Unocad - La società di Altavilla Vicentina (VI),
accanto all’applicativo software Rapid Form
2004, distribuisce in Italia la nuova famiglia di
sistemi di scansione senza contatto Optix (figura 11), completamente portabili, basati
sulla triangolazione laser e collegabili a qualsiasi PC operante in ambiente Windows,
mediante interfaccia Usb.
L’elevata velocità di scansione e con la possibilità di rilevare anche superfici imperfette
sfruttando la coerenza della radiazione laser
sono i punti di forza di questa famiglia di
scanner laser. La gamma comprende i modelli 400S, 400M, 400H, 400L che si distinguono essenzialmente per il volume di lavoro
e per il tipo di sorgente laser: lunghezza linea
proiettata (115-430)mm, profondità di campo da 100 a 900 mm e potenza del laser da
6.7 mW a 30mW. La precisione di presa
punto varia da da ±15 mm a ±120 mm a seconda del modello e della profondità di campo Occorre sottolineare che i modello 400M
e 400H permettono l’acquisizione di informazioni legate al colore dell’oggetto e possono
Fig. 11 - Il sistema di scansione portatile Optix 400M
commercializzato dalla Unocad
a
b
Fig. 12 - Il sistema di reverse engineering XSM prodotto dalla xystum può essere equipaggiato sia con testa di
scansione a contatto (a) che di sensore laser a punto (b)
dunque trovare ampie applicazioni anche al
di fuori del settore industriale.
Tutti i sistemi sono in grado di acquisire fino a
10.000 punti al secondo con un angolo di
proiezione di 15° e 30°, hanno un ingombro
di (245x250x80)mm e un peso di 1.64 Kg
che ne assicura la piena trasportabilità..
Le sorgenti laser sono in classe I e II, assicurano una lunga durata e sono abbinate ad un
sistema di specchi a controllo galvanometrico, per la focalizzazione della linea sull’oggetto con precisione ed elevata dinamica. La
telecamera con sensore allo stato solido è
equipaggiata con un filtro per eliminare l’influenza della luce presente nell’ambiente sulla radiazione laser. I sistemi vengono installati
su di un treppiede e possono essere spostati attorno all’oggetto da digitalizzare, in questo modo con una serie di scansioni è possibile copiare l’intero oggetto superando contemporaneamente i limiti sugli angoli minimi
di spoglia caratteristici dei sistemi di triangolazione laser. Vengono forniti con un software
di gestione della nuvola di punti che permette l’acquisizione della nuvola di punti, lo
smooting, la scalatura e l’editazione dei punti, la triangolarizzazione della nuvola di punti
per generare il file STL e l’esportazione dei
dati verso il CAD 3D in formato x,y,z ascii o
binario. Da sottolineare come nei nuovi scanner laser è stata particolarmente curata la
semplicità di utilizzo limitando allo stretto indispensabile gli interventi dell’operatore.
Applicativi software di scansione
xystum- La società di Moncalieri (Torino) è attiva da molti anni nel settore della scansione con
e senza contatto di elementi fisici. Nata inizialmente con l’obiettivo di fornire applicativi
software di scansione da abbinare alle macchi-
ne di misura a coordinate, recentemente ha
lanciato sul mercato un proprio sistema di Reverse Engineering destinato alla scansione di
modelli fisici di dimensione medio piccola.
Consapevole del fatto che ciascun sistema di
scansione con e senza contatto ha limiti e
campi di impiego ben definiti xystum propone il
sistema dedicato Xsm (figura 12) costituito da
una struttura meccanica rigida su cui possono
essere installate:
1. la testa di scansione continua a contatto che
permette la digitalizzazione lungo i tre assi con
una limitata forza di contatto. È possibile la copiatura del modello fisico con differenti strategie di scansione, algoritmi di allineamento manuali o guidati dall’operatore assicurano la corretta unione di differenti scansioni fatte aree differenti dell’elemento. È possibile inoltre installare teste di scansioni di fornitori terzi come la
SP600M;
2. la testa di scansione laser OTM3 della
Wolf&Beck che consente l’acquisizione senza
contatto con elevate precisioni. I range di misura lungo l’asse Z variano tra i 10 e i 20mm con
una risoluzione rispettivamente di 0,001 mm e
0.02mm. L’elemento fisico deve essere opacizzato per evitare di disperdere la radiazione
laser, per tale operazioni sono disponili spray
commerciali che possono essere rimossi al termine della scansione. La struttura meccanica
viene fornita con volumi di lavoro differenti che
partono da (219x219x219)mm della Xsm 222,
fino a (435x335x219)mm della macchina più
grande Xsm 522. La precisione di posizionamento delle teste è assicurata dal sofisticato sistema di azionamento degli assi costituto da
viti a ricircolazione di sfere e guide lineari, movimentate da servomotori e controllate mediante
encoder. Le due teste di scansione possono
essere combinate tra di loro per poter massimizzare le potenzialità di ciascuna e superare i
relativi limiti.
Accanto alla struttura hardware di scansione è
stato abbinato un potente applicativo software
che permette:
• il filtraggio e l’ottimizzazione della nuvola di
punti acquisita;
• l’esportazione dei punti tramite interfaccia
standard Iges, Stl, Vda;
• la generazione del file Stl;
• la definizione del percorso utensile per la fresatura immediata, anche in scala ridotta, del
particolare;
• il confronto dei punti acquisiti con il modello
Cad e la presentazione dei risultati sotto forma
grafica.
Viene in tal modo drasticamente semplificata
l’attività di trasposizione nel Cad dei modelli di
stile definiti dai designer e realizzati in legno o
resina dai modellisti.
O
Hanno collaborato all’inchiesta:
Abacus Sistemi CAD CAM (Piacenza)
CAM 2 (Rivoli - TO)
Cimsystem (Cinisello Balsamo - MI)
Groman (Alpignano - TO)
INUS Technology
(in Italia: Konica Minolta e Unocad)
Konica-Minolta (Milano)
SIL 900
SIL 901
SIL 902
SIL 903
SIL 904
SIL 905
Microsystem-Digilab (Bologna)
Roland (Acquaviva Picena - AP)
Raindop Geomatic
QFP (Spoleto)
Unocad (Altavilla Vicentina - VC)
Xystum (Moncalieri - TO)
SIL 906
SIL 907
SIL 908
SIL 909
SIL 910
SIL 911
Stampi
febbraio 2006
95