Presentacion Digitalizacion 3d Fallas

Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa Dr. Manuel Martínez Torán, UPV Miguel Boix Domenech, Laser Scan

Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa

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 artísticaarqueológica (Instituto Valenciano de Restauración y Conservación)

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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)

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CAD Verificación

Prototipo, molde o pieza

modelo nube de puntos

Digitalización 3D

Prototipado y/o CNC

malla curvas superficies archivo 3D

Procesado de datos

modelo STL

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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)

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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

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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

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Discretos Manuales

Continuos

Brazos palpadores

por contacto Automáticos

Simples Mixtos Punto

Láser sin contacto Ópticos Piezoeléctricos

Multipunto

Microfresadoras MAV CNC Multicabezal

Fijos Haz-Multihaz Convertibles Manuales Automáticos

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Aspectos a tener en cuenta:

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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

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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.

VI-910 NON-CONTACT 3D DIGITIZER

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

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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.

T-SCAN

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)

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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)

FARO LASER SCAN ARM

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

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Digitalización de prototipos Caso Catlike

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

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…)

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Digitalización de prototipos Caso Catlike

La tabla rotatoria permite escanear varias tomas del modelo de forma automatizada, girando un ángulo determinado hasta completar 360º Modelo posicionado en tabla rotatoria

Mapa de profundidad de la región escaneada

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Digitalización de prototipos

El software RapidForm 2004 dispone de múltiples herramientas de edición de malla poligonal en el apartado Polygon WorkBench, como limpieza, fusión, suavizado, diezmar,… Alineamiento de diferentes tomas

Edición avanzada de malla poligonal

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Digitalización de prototipos

El proceso de Ingeniería Inversa termina cuando se dispone de un sólido (entidad NURBS) editable desde cualquier modelador CAD Texturizado de la malla poligonal

Creación de entidades NURBS

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Digitalización de prototipos

Niveles de Edición

01 Nube de Puntos (point cloud)

02 Malla poligonal (polygon mesh)

03 Curvas / Splines Entidades NURBS

04 Superficies Entidades NURBS

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Digitalización de distintas superficies Pruebas sobre distintos objetos

Pisapapeles Rana Dimensiones: 50x60x45

Modelo Silla (tamaño real) Dimensiones: 420x450x600

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Digitalización de distintas superficies Pruebas sobre distintos objetos

Emblema ProtoDesign 2004 Dimensiones: 140x140x130

Modelo Silla Panton (miniatura) Dimensiones: 90x150x240

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Digitalización de modelo para ensayos virtuales Caso TaronJet

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”.

Empresa Colaboradora: AQUATEKNICA Equipo empleado: 3Dlaser-scanner VI-9i Sistema de fotogrametría PSC-1

VI-9i NON-CONTACT 3D DIGITIZER

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.

Sistema de fotogrametría PSC-1

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Digitalización de modelo para ensayos virtuales Caso TaronJet (proceso de trabajo)

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. 001 – Homogeneizar superficie

002 – Colocar marcas reflectantes

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.

003 – Tomar fotografías con flash

004 – Procesado Nube de puntos

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Digitalización de modelo para ensayos virtuales Caso TaronJet (proceso de trabajo)

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. 005 – Escanear modelo

– Alineamiento automático 002006 – Colocar marcas reflectantes

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.

007 – Edición en Rapid Form 2004

008 – Obtención de sólido NURBS

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Digitalización de patrones para el diseño de moldes Caso Viccarbe

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.

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Digitalización de modelo para realidad virtual Caso Instituto de Restauración

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. 001 – Escanear modelo

002 de nubereflectantes de puntos 002– –Obtención Colocar marcas

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

003 – Tratamiento de Nurbs

004 – Recreación virtual ensambles

Este trabajo se realizó en las instalaciones del Servicio de Conservación y Restauración de Bienes Culturales Diputación de Castellón

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Digitalización de modelo para fabricación series limitadas Caso casco velocidad Catlike

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 001 – Modelo en pasta epóxica

002 en sólido 002––Modelo Colocardigitalizado marcas reflectantes

003 – Diseño del molde

004 – Casco fabricado a medida

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

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Digitalización para prototipado rápido Caso Sodeintec

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

001 – Rostro de la persona que se prestó a la investigación

002 – Tecnología de impresión 3D 002 – Colocar marcas reflectantes por compactación de polvo

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

003 – Impresión en 3D (perfil)

004 – Impresión en 3D con infiltrado de cianocrilato

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Digitalización para aplicaciones de reproducción Caso Busto de Alfons el Magnanim

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 001 – Digitalización del busto in situ

002 – Tratamiento 3D en entidad NURBS

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

003 Mecanizado en poliuretano

004 – Obtención molde de silicona para relleno de cera

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Digitalización para aplicaciones de reproducción Caso Busto de Alfons el Magnanim

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

001 – Eliminación de la cera con bebederos y cascarilla

003 Pieza acabada en bronce

002 – Obtención de pieza fundida (en bruto)

004 – Presentación al President de la Generalitat

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

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Programa Innova2 (TVE) nº 27: Cascos de ciclista Transferencia de resultados

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

001 – Proceso de digitalización

002 – Interfaz escáner - prototipado

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

003 – obtención de prototipos

Este programa contó con la intervención de los profesores Manuel Martínez Torán y el profesor Andrés Conejero

Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa

Del concepto a la producción: el desarrollo de producto Etapas en la Ingeniería Inversa de un producto.

Proceso resumido

Escaneado, reconstrucción e ingeniería inversa

Gracias. Equipo de trabajo Grupo de Diseño y Desarrollo de Producto, DidLab

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)