Zanurzeniowa metoda pomiarowa, czyli alternatywa dla skanerów optycznych

0

Stosowane w inżynierii odwrotnej technologie wymagają ciągłego ulepszania i optymalizowania, tak aby spełniać wymagania klientów. Trudności z idealnym odwzorowaniem geometrii są dla inżynierów bodźcem do poszukiwania niekonwencjonalnych rozwiązań, odchodząc od klasycznych skanerów 3D. Współpraca podjęta przez naukowców z uczelni wyższych na całym globie (m.in. z Izraela, Chin i USA) ma przyczynić się do opracowania nowej, „zanurzeniowej” metody odtwarzania geometrii (opartej na podstawowych prawach hydrostatycznych).

Główna zasada działania tej techniki opiera się na szczegółowych pomiarach ilości cieczy wypieranej przez zanurzany obiekt – nawet niewielkie zmiany objętości mają kolosalne znaczenie w prawidłowej interpretacji danych w czasie rekonstruowania kształtu modelu. Prezentowana metoda, w przeciwieństwie do klasycznych sposobów skanowania pozwala na zebranie danych, które są przesłonione a przez to niedostępne dla wiązki lasera.

Wynikiem skanowania przedmiotów o ukrytych powierzchniach jest tworzenie niepełnych modeli wirtualnych z charakterystycznymi lukami i wyrwami. Również w przypadku przeziernych czy błyszczących materiałów, gdzie standardowe lasery są bezużyteczne, technika tworzenia cyfrowego modelu z wykorzystaniem cieczy, mimo długiego czasu trwania, wydaje się być najodpowiedniejsza.

Konstrukcja urządzenia pomiarowego opiera się o robotyczne ramię, przy pomocy którego model jest jednostajnie zanurzany w zbiorniku wypełnionym wodą. Wraz z zwiększaniem głębokości zanurzenia obraz modelu staje się coraz bardziej czytelny, jednak dla otrzymania dokładnego „skanu” wymagane jest wielokrotne powtórzenie całej procedury (100-1000 powtórzeń). Mimo to, koszty zanurzeniowego skanowania są kilkakrotnie razy niższe od klasycznych metod z wykorzystaniem urządzeń optycznych.

Porównywanie skanów wykonanych metodą optyczną (kolor zielony) oraz zanurzeniową (kolor niebieski).

Wykorzystując wartość sił wyporu działających na model, specjalistyczne oprogramowanie konwertuje dane na warstwy o niewielkiej grubości, które po złożeniu dają pożądany kształt – najpierw w dwóch, a następnie trzech wymiarach (tzw. transformatę zanurzeniową). Optymalne wyniki otrzymywane są w przypadku niewielkich elementów, zatapianych wielokrotnie pod różnymi kątami nachylenia w stosunku do tafli wody.

Naukowcy wyniki swojej pracy zaprezentują podczas tegorocznej konferencji SIGGRAPH 2017 (30 lipca – 3 sierpnia), związana z zagadnieniami z obszaru grafiki komputerowej. Obecnie prowadzone są badania nad możliwością optymalizacji procesu poprzez skrócenie czasu trwania zbierania danych i zredukowania ilości wymaganych powtórzeń.

Źródło: 3dprintingindustry.com, rc.cs.sdu.edu.cn

Udostępnij.

O autorze

Magdalena Przychodniak

Przyszła inżynier Inżynierii Biomedycznej, śledząca najnowsze doniesienia dotyczące biodruku oraz zastosowań druku przestrzennego w nowoczesnej medycynie. Zaangażowana w życie koła naukowego zajmującego się budową biodrukarki 3D.