Trabajo Fin de Grado Ingeniería de...

Equation Chapter 1 Section 1

Trabajo Fin de Grado

Ingeniería de Telecomunicación

Digitalización 3D con escáner de luz estructurada aplicada al área

de la gestión de calidad y la conservación del patrimonio histórico-

artístico

Autor: Miguel Ángel Morillo Romero

Tutor: Prof.Dr. Emilio Gómez González

Departamento de Física Aplicada III de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería

de la Universidad de Sevilla

Departamento de Física Aplicada III de la

Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2015

iii

Trabajo Fin de Grado

Ingeniería de Telecomunicación

Digitalización 3D con escáner de luz estructurada

aplicada al área de la gestión de calidad y la

conservación del patrimonio histórico-artístico

Autor:

Miguel Ángel Morillo Romero

Tutor:

Prof.Dr. Emilio Gómez González

Departamento de Física Aplicada III de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de

la Universidad de Sevilla

Sevilla, 2015

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Trabajo de Fin de Grado: Digitalización 3D con escáner de luz estructurada aplicada al área de la gestión de

calidad y la conservación del patrimonio histórico-artístico

Autor: Miguel Ángel Morillo Romero

Tutor: Prof.Dr. Emilio Gómez González

El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:

Presidente:

Vocales:

Secretario:

Acuerdan otorgarle la calificación de:

Sevilla, 2015

El Secretario del Tribunal

vii

A mi familia

A mis profesores

A mis compañeros de piso

ix

Agradecimientos

Me gustaría agradecer a todos los profesores que me han ayudado a crecer y a todas las personas que me han

acompañado en este arduo camino que concluye con la realización de este proyecto.

Tambien añadir que no hubiera sido posible sin el uso del material de la empresa FAICO, a la que también estoy

muy agradecido y a las enseñanzas recibidas en la asignatura de Holografía y visualización 3D.

Gracias

xi

Resumen

En este proyecto nos centramos en la realización práctica de digitalización 3D mediante el escáner de

luz estructurada SIDIO PRO ADVANCED. Nos centraremos tanto en piezas industriales de tamaño

reducido, como en figuras de tamaño medio (bustos, figuras anatómicas, antigüedades). En el primer

caso buscaremos una aplicación directa a la gestión de calidad (pruebas de transmisión de calor,

resistencia, tensión, …) de dichas piezas, para ello buscaremos una forma de exportar nuestro trabajao

a un formato compatible con los software de análisis multifísico(COMSOL). En el segundo caso

digitalizaremos estas figuras en busca de almacenarlas digitalmente (Medidas, composición, …) así

en caso de deterioro podremos realizar una reconstrucción fiable.

Este proyecto ha sido realizado en las instalaciones del centro de innovación y tecnología FAICO, lo

que nos ha permitido tener acceso al escáner de luz estructurada SIDIO PRO ADVANCED. Algunos

de los servicios realizados en el centro no pueden ser mostrados por acuerdo de confidencialidad, aun

así hemos intentado reflejar el mecanismo de uso de este tipo de dispositivos y el alcance que ya tienen

y que pueden llegar a tener por su creciente evolución en los últimos años.

Se desarrolla un contexto teórico de estas tecnologías, que busca situarnos en la posición de ellas en la

actualidad.

Por ejemplo, como ya hemos mencionado utilizaremos el SIDIO PRO ADVANCED, un escáner de

luz estructurada, que para los objetos de mediano/pequeño tamaño realiza una digitalización de alta

calidad con una precisión aproximada de unos cuarenta micrómetros. Por su metodología de trabajo,

como ya veremos más adelante, resulta muy tedioso y costoso trabajar con esta tecnología en espacios

abiertos o sobre superficies de gran tamaño (trabajos para la tecnología laser). La tecnología láser y la

de luz estructurada son las más usadas para el escaneo 3D.

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Abstract

In this Project we focus on a practical approach towards 3d digitalization, using the structured light scanner SIDIO PRO ADVANCED. We will focus on small industrial pieces as well as medium size figures. In the first instance, we will look for a direct quality test on the aforementioned pieces. In order to do so, we will look for a way of exporting our work to a compatible format with the “multiphisical” analysis software. In the second instance, we will digitalize these figures aiming to reconstruct them in a reliable way in case any damage occurs. This project has been developed in the FAICO innovation and technology centre, which has allowed me the access to the structured light scanner SIDIO PRO ADVANCED. Some of the technical procedures carried out are not described here due to a confidentiality agreement; even so I have tried to describe the working mechanism of this type of device, the reason I have done this is because of the impact and fast evolution that this technology has had in the past decade.

Throughout the project i have had the opportunity to observe scanners which are used in other science fields with convincing results. As we have already described, SIDIO PRO ADVANCED is a structured light scanner that carries out digitalized images for small structures, such as small statues with a 40 micrometer precisión; but its working method can be problems can be developed when used in open spaces or upon big structures. The use of laser technology for this type of services is the most appropriate. Laser technology and structured light are the most common on 3d scanning procedures.

Índice

Agradecimientos ixx

Resumen xi

Abstract xiii

Índice xv

Nota de Imagenes xvii

Notación xix

1 Introducción 1 1.1. Objetivos 3 1.2. Motivación del proyecto 3 1.3. Estructura del proyecto 4

2 Estado del arte 5 2.1. Técnicas activas y sin contacto 12 2.2. Luz estructurada 15

2.2.1 Introducción 15 2.2.2 Técnica 16 2.2.3 Método de triangulación 17 2.2.4 Patrones 18

3 Ejemplos de uso 19 3.1. Maniquí Mujer 19

3.1.1. Maniquí Mujer escaneo 19 3.1.2. PolyWork 30

3.1.3. Problemas resueltos en el escaneo 44

3.2. Pieza Industrial 45 3.1.1. Pieza industrial escaneo 45 3.1.2. PolyWork 50

3.2. Otros trabajos 59

4 Conservación del patrimonio histórico-artístico cultural seguido en FAICO 64 4.1. Introducción 64 4.2. Digitalizacion 3D 64 4.3. Funcionamiento 65 4.4. Características 65 4.5. Modelados de elementos externos 66 4.6. Exportación 67 4.7. Especificaciones del formato 68 4.8. Parámetros de control 68 4.9. Resultados 69

Conclusiones y líneas de desarrollo 70

Referencias 73

Bibliografía 74

xv

Glosario 76

Anexo 1: PolyWork 77

Anexo 2: Informe Técnico 111

xvii

Nota Imágenes

Cada Imagen cuenta con su “pie de imagen”, que indicara la sección a la que pertenece la imagen, con formato

“Ilustración capítulo.numeroDeImagen”

Capítulo 2, consta de 8 imágenes.

Capítulo 3

o 4 imágenes “mujer”, 5 imágenes de referencia.

o 17 imágenes “PolyWork”, 4 imágenes de referencia

o 23 imágenes “Pieza”, 1 imagen de referencia

Capítulo 4, consta de 9 imágenes.

Todas las imágenes mostradas en los anexos son independientes de estas notas.

xix

Notación

Toda la notación referente a los diferentes capítulos que se desarrollan en el transcurso del proyecto, se

encuentra recogida en el Anexo 1: PolyWork.

Debido a las características de este proyecto no cuenta con desarrollos que expliquen el proceso físico de

digitalización con lo que podríamos considerar que las formulas utilizadas en el son prácticamente nulas. Si en

algún momento se hiciera referencia a un proceso físico y fuera requerida una formulación de este, la notación

será colocada entre paréntesis tras el término correspondiente.

1

1 INTRODUCCIÓN

Actualmente el avance tecnológico en el entorno de la digitalización 3D está creciendo a pasos agigantados, cada día somos capaces de digitalizar nuevas y más complicadas formas con mayor precisión, lo que nos ha permitido ampliar su campo de aplicación.

Entre estas aplicaciones podríamos citar [3]:

Obtención de modelos virtuales de piezas existentes. Generación de superficies. Comparaciones Malla/CAD. Análisis de desviaciones. Mecanizado de moldes. Rediseño de Moldes. Guiado de máquina para reparación de molde. Obtención de modelos virtuales para la creación de facsímiles. Mecanizado de piezas. Creación de Réplicas reales. Restauración de piezas. Obtención de planimetrías. Análisis por elementos finitos. Rediseño de piezas. Mecanizado de piezas. Creación de Prototipos. Creación de grandes volúmenes. Cálculos de montajes y estructuras. Combinación con técnicas fotogramétricas para la captación de detalles finos. Creación de modelos virtuales para simulaciones. Generación de modelos para prototipado en diferentes materiales. Mecanizado de moldes.

Digitalizar es convertir una medición analógica de una magnitud en un valor numérico. Por tanto, la digitalización tridimensional se define como el proceso mediante el que se convierte la medición analógica de las dimensiones tridimensionales espaciales de un objeto en una serie de coordenadas numéricas X,Y,Z. El escaneado tridimensional es, de forma general, una tecnología para recoger automáticamente un gran número de puntos, para definir con precisión la forma de la pieza.

“La tecnología 3D es mas grande que internet”

- Ping Fu, asesora de Obama-

Introducción

2

El proceso de digitalizar depende en gran medida del modelo que busquemos obtener. Utilizaremos diversas tecnologías y técnicas a despensas del resultado final, por ejemplo para digitalizar un edificio, debido a su tamaño y probablemente al menor número de detalles en su superficie, se utiliza la tecnología láser, al igual que para la digitalización de un yacimiento arqueológico. Resultaría extremadamente costoso en magnitud de tiempo, intentar digitalizar estos trabajos citados con un escáner de luz estructurada debido a su limitada área de trabajo.

Antes de comenzar a comentar los objetivos específicos del alcance del proyecto, clasificaremos las diferentes metodologías de digitalización 3D, pudiendo así tomar una idea global del capítulo que vamos abarcar en este proyecto.

Empezaremos la clasificación de esta tecnología dividiéndolo en dos grandes grupos, ya que estos grupos divergen también en su campo de aplicación por su nivel invasivo a la hora de la digitalización.

Podemos encontrarnos métodos con contacto físico, o métodos sin contacto físico.

Mientras que los métodos con contacto, suelen ser con un sensor táctil movido por un brazo robótico (joint arms) o con un sistema de posicionamiento (machine measurement), determinan las coordenadas 3D de cada punto de la nube de puntos que forma la figura manteniendo un contacto físico con la figura real. Estos sistemas son de gran precisión pero muy caros, lentos en la medida y necesita imperiosamente tomar contacto físico con el objeto a digitalizar. Por esto es descartado para una de las aplicaciones más solicitadas a día de hoy que es la conservación del patrimonio artístico cultural, que veremos en más profundidad en unos de los puntos de este proyecto.

Los métodos de no contacto a su vez podríamos dividirlos en dos clases dependiendo la forma de interacción con el objeto, si se proyecta energía sobre este o no. (Métodos activos, se proyecta energía, o métodos pasivos).

Los métodos activos pueden estar basados en transmisión (tomografía computarizada) o reflexión, es decir, los que recogen la energía transmitida por el objeto o en contra los que recogen la energía que este refleja.

Los métodos por transmisión son fundamentalmente usados para trabajos donde las reflexiones en la pieza son inevitables, y donde el objeto tiene concavidades de muy difícil acceso para un sistema basado en reflexión. Este tipo de sistemas siempre se tratan de evitar en detrimento de los basados en reflexión debido a la energía que consume, que son muy caros y que depende de la densidad del objeto.

Los métodos de reflexión pueden ser divididos en ópticos o no ópticos.

Los no ópticos comprenderían desde ultrasonidos a microondas, son para bajos presupuestos, pero su precisión es baja. Se suele utilizar en grandes superficies.

Los métodos ópticos consisten en la proyección de luz sobre el objeto, recogiendo la luz reflejada para tomar la medida. Dentro de estos dos métodos destacan por su uso predominante, técnica por efecto moiré y técnica por triangulación activa.

Los métodos pasivos están basados en la obtención de la información 3D por medio de la información tridimensional de un objeto en una escena concreta. Esta escena es captada mediante el uso de cámaras, es decir se encarga de la extracción de formas mediante el flujo óptico. Poco precisos pero no necesita mucho hardware lo que puede ser una solución muy económica[4].

3

3 Digitalización 3D con escáner de luz estructurada aplicada al área de la gestión de calidad y la


1.1 Objetivos

Objetivo principal:

El objetivo de este proyecto comprende la aplicación industrial del escáner de luz estructurada SIDIO PRO ADVANCED y su uso para la conservación del patrimonio artístico-cultural.

Objetivos específicos:

Determinar la compatibilidad de los resultados que arroja el escáner para ser usados por un programa de aplicación multifísica como el COMSOL.

Tras evaluar la referida compatibilidad, realizar la gestión de calidad computacionalmente, sin someter a la pieza física a ningún tipo de deterioro.

Creación de un informe técnico exhaustivo que muestre la maquinaria y herramientas con la que estamos trabajando.

Desarrollo de un manual de apoyo para facilitar la comprensión del software utilizado.

Realización del escaneo de algunas piezas industriales.

Determinar la extensión debida para trabajar con COMSOL.

Explicar paso a paso el proceso de digitalización 3D que se lleva a cabo para patrimonio artístico y cultural.

1.2 Motivación del proyecto

El campo de la digitalización 3D es cada vez más amplio. Cada vez existen nuevos y novedosos métodos que nos permiten desarrollar cualquiera de las aplicaciones antes nombradas.

En los últimos años esta tecnología aplicada a la ingeniería inversa ha tenido especial relevancia, ya que permite trabajar computacionalmente con piezas del mundo real, partiendo de un modelo ya definido y de gran precisión.

Cada día mas empresas prefieren gestionar sus productos digitalmente ahorrándose así someter al producto original a fuerzas o temperaturas que puedan dañarlo.

La digitalización 3D que se lleva a cabo para patrimonio artístico y cultural es una fuerte motivación, ya que a día de hoy es una de las aplicaciones más solicitadas, permite una reconstrucción, en caso de deterioro, casi perfecta.

El interés mostrado por inversores y empresas en los últimos años, sumado a las grandes oportunidades que vislumbramos gracias al uso de esta tecnología, marca este proyecto como un trabajo en búsqueda de la manejabilidad de la tecnología de la que disponemos a día de hoy y sus limitaciones. Centrándonos como ya hemos resaltado en la tecnología de triangulación activa de luz estructurada.

Introducción

4

1.3 Estructura del proyecto

El proyecto se encuentra dividido en 4 capítulos, desde un resumen, que contempla las condiciones sobre las que se ha realizado dicho proyecto y nombra brevemente el cauce que seguirá el proyecto, hasta dos anexos que facilitaran la compresión de cada uno de estos 4 capítulos.

En el primer capítulo introductorio hemos querido hacer una exposición de los diferentes tipos de metodología para la digitalización 3D que hoy en día se están utilizando. De cómo puede variar las técnicas y tecnologías elegidas dependiendo del presupuesto y de la precisión que necesitemos. En este capítulo también hemos realizado una leve introducción a la tecnología a utilizar, luz estructurada.

Tras este capítulo el capítulo estado del arte nos sitúa cronológicamente a través del desarrollo de esta tecnología desde sus inicios hasta hoy, analizando su situación actual.

Procederemos a mostrar el paso a paso de las técnicas utilizadas para la obtención del modelo tridimensional en los dos grande usos que se centra este proyecto, en la conservación del patrimonio artístico-cultural y la adaptación del modelo digitalizado por el escáner para el programa de aplicación multifísica COMSOL para su posterior proceso de gestión de calidad.

También realizamos un ANEXO llamado informe técnico detallado de la maquinaria utilizada para el desarrollo de esta práctica. Contemplamos en este apartado las precisiones, usos y una leve introducción de la tecnología con la que trabaja y de las técnicas que utiliza. Todo esto en búsqueda de una mejor comprensión de los resultados que iremos viendo a lo largo del desarrollo del proyecto.

El segundo ANEXO llamado PolyWork nos dara unas nociones básicas de como utilizar el software a nivel usuario.

Anexo a este proyecto se encuentra un manual de uso rápido del equipo.En el CD

Finalizaremos con las conclusiones del presente proyecto, y analizando futuras aplicaciones.

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2 ESTADO DEL ARTE

La obtención de la información 3D de una escena se ha convertido en una de las metas más perseguidas de la visión artificial y multitud de empresas que buscan sacar provecho de la ingeniera inversa. En búsqueda de alcanzar esta meta de la forma más óptima posible, como ya hemos mencionado en la introducción, se han desarrollado métodos pasivos y activos. Los métodos pasivos parten del emparejamiento de puntos correspondientes en al menos dos imágenes. Por otro lado, los métodos activos, como el de luz estructurada, se basan en la generación de características sintéticas por un emisor de luz sobre una escena carente de puntos de interés.

El objetivo que se marcaron hace ya más de cuarenta años los científicos (en su mayoría físicos) de todo el mundo no es una empresa fácil. Han sido muchas las tecnologías que en búsqueda de unos resultados de calidad, han ido viendo la luz en los últimos años.

Una de las primeras tecnologías resultante, nació de la necesidad por captar la escena de los mecanismos de visión artificial. Estamos hablando de la reconstrucción tridimensional de escenas con un par estereoscópico de cámaras.

Sabemos que nosotros podemos captar nuestro entorno en 3D. Con lo cual no sería inverosimil intentar imitar a nuestro sistema de visión (dos receptores ópticos como los ojos) utilizando dos cámaras que realicen la función de nuestros ojos. Aplicando posteriormente un algoritmo que reconstruya la escena.

Pero no todo es tan fácil como parece. No olvidemos que el ser humano puede captar su entorno en tres dimensiones gracias también a otros factores psicológicos, entre estos la propia experiencia. Esto provoca que no podamos sacar el provecho que en 1840 el descubridor de la estereoscopia Sir Charles Wheatstone habría imaginado. Aun así es el método más utilizado dentro de la tecnología de visión artificial. Ya que su carga de hardware es muy inferior a la mayoría de dispositivos de captación 3D [5].

Un resumen del proceso de obtención de la imagen tridimensional mediante este mecanismo seria el siguiente:

Calibración. Obtención de los parámetros intrínsecos y de distorsión de cada cámara en particular.

Correspondencia. Identificación de la proyección correspondiente en la imagen contraria.

Reconstrucción. Cálculo de la coordenada espacial a partir de la disparidad en las proyecciones.

Los escáneres que utilizan esta tecnología pueden englobarse dentro de las tecnologías que desarrollamos en la introducción llamadas tecnologías de captación pasivas. El desarrollo de esta tipo de técnicas ha dado pie a la aparición de otros escáneres que utilizan una tecnología derivada de esta como pueden ser los escáneres de Siluetas.

http://es.wikipedia.org/wiki/Charles_Wheatstone

http://es.wikipedia.org/wiki/Charles_Wheatstone

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Este tipo de escáneres 3D usan esquemas creados de una sucesión de fotografías alrededor de un objeto tridimensional contra un fondo muy bien contrastado. Estas siluetas se estiran y se cruzan para formar la aproximación visual hull del objeto. Esta clase de técnicas no son capaces de detectar algunas concavidades de un objeto (como el interior de un tazón).

Intuitivamente el método de captación mediante técnicas estereoscópicas parece ser el método más antiguo utilizado para la obtención de la escena 3D. A pesar de que la teoría de la estereoscopia se remonta a 1840, evidentemente su uso computacional es mucho más reciente. Esto da lugar a que realmente el primer sistema de captación 3D que generaba un producto de calidad (no la calidad de los sofisticados sistemas actuales), fue el método de captura por contacto, ya nombrado en la introducción.

En sus orígenes fue el primero en dar unos valores de precisión coherentes a los objetivos marcados. Desplazábamos la punta sobre la figura a digitalizar, y lo que en su comienzo era un proceso realmente lento, con los cabezales actuales ha pasado a ser un proceso ágil que arroja muy buenos resultados. A pesar de esta mejora, en comparación con otras técnicas como la luz estructurada o la tecnología láser, puede seguir considerándose lento pero su precisión es muy alta. Operan en torno a los 100Hz frente a los 10 o 500 kHz de los ópticos.

Sin embargo por el nombrado ahorro temporal y por el también mencionado al comienzo del proyecto, ahorro económico, las tecnologías más recomendables son las activas sin contacto, por ello hemos trabajado con un escáner de luz estructurada.

2.1 Técnicas activas y sin contacto en la tecnología del escaneo 3D

La luz estructurada no es la única opción que encontramos dentro de esta designación de técnicas activas, por ello haremos una breve introducción a las técnicas más habituales que podemos englobar en este grupo, y que se utilizan con habitualidad en escáneres de captación 3D. Como por ejemplo [6]:

Tiempo de vuelo

El escaner 3d de tiempo de vuelo utiliza un láser para medir la distancia del dispositivo a cada punto del objeto. La manera de medir la distancia consiste en cronometrar el tiempo que tarda un pulso de luz emitido por el escáner en recorrer la distancia al objeto y volver. Como la velocidad de la luz es conocida (C), para obtener la distancia (D) al punto resolveremos la ecuación D=(C*T)/2, donde T es el tiempo cronometrado. Como estamos teniendo en cuenta el tiempo para medir la distancia, la precisión de este tipo de escáner será dependiente de la capacidad del dispositivo para medir el tiempo, siendo 3.3 picosegundos el tiempo aproximado para que la luz recorra 1 milímetro. Este tipo de escáner mide un punto de su campo de visión cada vez, siendo necesario mover el medidor para escanear puntos diferentes. El movimiento puede hacerse moviendo el telémetro o usando un sistema giratorio de espejos. El sistema giratorio de espejos es más eficaz pues son más ligeros y se pueden mover más rápido y con mayor precisión. Estos escáneres pueden capturar del orden de 10000 a 100000 puntos por segundo.

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Triangulación

El escáner 3d de triangulación es un escáner activo que usa la luz láser para examinar el objeto. En este caso el brillo del láser en el objeto se examina mediante una cámara fotográfica para determinar su posición. Dependiendo de lo lejano esté el punto del objeto en que brilla el láser, incidirá en diversos sitios del campo visual de la cámara.

Esta tecnología se llama de triangulación porque el punto donde brilla el láser, el emisor laser y la cámara forma un triángulo [Como puede observar en la ilustración 1]. De este triángulo conocemos el lado que une la cámara con el emisor láser, el ángulo de la esquina

del emisor láser también es conocido, y el ángulo de la esquina de la cámara se puede determinar examinando la localización del punto en el campo visual de la cámara. Así con estos tres valores se obtiene la forma y tamaño del triángulo formado y se determina la posición tridimensional de cada punto del objeto. En la mayoría de los casos, en lugar de analizar un solo punto, se analiza un segmento, con lo que se acelera el proceso de captura.

Ilustración 2.1. Triangulación

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Con respecto a los escáneres de tiempo de vuelo, los escáneres de triangulación son más precisos (del orden de 10 micrómetros), pero tienen un campo de acción de unos cuantos metros; mientras que los de tiempo de vuelo pueden operar en radios de acción de hasta kilómetros con precisiones del orden de milímetros.

Holografía conoscopica

Es una técnica interferométrica que consiste en hacer pasar un rayo reflejado en una superficie a través de un cristal birrefringente, esto es un cristal con dos índices de refracción, uno fijo y otro dependiente del ángulo de incidencia, el resultado son dos rayos paralelos que se hacen interferir con una lente cilíndrica, esta interferencia es capturada por un sensor CCD, la frecuencia de esta interferencia determina la posición del objeto en el que se proyectó el rayo láser. Esta técnica permite la medición de orificios en su configuración colineal, alcanzando precisiones mejores que una micra. La ventaja de esta técnica es que puede utilizar luz no coherente, esto quiere decir que la fuente de iluminación no tiene porqué ser un láser, la única condición es que sea monocromática.

Luz estructurada

Este tipo de tecnología utiliza la proyección de un patrón de luz determinado en el objeto y analizan la deformación del patrón para obtener el modelo. El reflejo se captura con una cámara fotográfica y posteriormente mediante unos algoritmos se determina la posición de cada punto en el espacio 3d.

El patrón de luz suele consistir en un conjunto de líneas paralelas generadas bien por interferencia

Ilustración 2.2. Proyección y captación luz estructurada

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laser o por proyección. En algunos casos, dos cámaras fotográficas a los lados del emisor de luz proporcionan mejores resultados.

Mediante el análisis de la deformación de las líneas se obtienen los puntos 3d. La anchura de una línea es una función de la inclinación de la superficie del objeto en que se refleja. La frecuencia y la fase de la línea también aportan información, que se pueden analizar mediante la transformada de Fourier.

Como con el resto de tecnologías ópticas, este tipo de escáneres tienen problemas con las superficies transparentes y reflexivas puesto que la luz no infiere en ellas el mismo reflejo que en las opacas. Una manera de solucionar este problema es aplicando una capa fina de laca opaca a las superficies problemáticas.

La ventaja de los escáneres 3D de luz estructurada es la velocidad. En vez de escanear un punto a la vez, escanean múltiples puntos o el campo entero del campo de visión inmediatamente. Esto reduce o elimina el problema de la deformación por movimiento.

Esto sumado a la diversidad de uso de este tipo de escáneres son las principales razones por las cuales el centro de innovación y tecnología FAICO dispone de uno de ellos, lo que me ha permitido su análisis y uso en profundidad para el desarrollo de este proyecto.

En el siguiente punto profundizamos más sobre la tecnología basada en luz estructurada.

2.2 Luz estructurada [7]

2.2.1 Introducción

La luz estructurada proyecta patrones de luz para generar texturas sintéticas, sus inicios retornan 40 años atrás y ha seguido un desarrollo progresivo hasta hoy. Todavía se investigan nuevas combinaciones de patrones que minimicen la reflexividad del objeto y que permitan analizar zonas más cóncavas e inaccesibles.

Esta técnica hace uso de un proyector de luz y una cámara, es decir una fuente de luz y un receptor de esta.

Gracias a la calibración, que realizamos antes de la obtención de la información, de la cámara y patrones, podemos calcular la profundidad de la escena a digitalizar.

Para obtener buenos resultados con garantía es necesario conocer con precisión la localización exacta del proyector, que se mantendrá fijo durante el proceso de toma de información. La poca flexibilidad que otorga la condición estática del proyector limita la técnica, ya que solo la parte iluminada será digitalizada. Esta es una de sus principales limitaciones y por ello no es aconsejable normalmente utilizar un mecanismo de estas características para la digitalización de grande superficies (como terrenos).

Sin embargo existen otros sistemas derivados que dotan al usuario de una mayor movilidad, por ejemplo los sistemas de luz estructurada que utilizan brazos robóticos mecanizados. A pesar de adquirir mayor movilidad seguimos estando muy limitados por el movimiento de la máquina, que solo tiene movilidad para posiciones concretas del espacio.

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En el siguiente ejemplo observamos una configuración significativamente flexible en la que la cámara y el proyector son portados en la mano del usuario, sin embargo, el método propuesto impone proyectar un patrón conocido a priori que permita establecer correspondencias.

Con un mecanismo parecido al que vemos en la ilustración 2.3 trabajaremos durante el desarrollo del proyecto.

2.2.2 Técnica

Los sistemas de luz estructurada se basan en estudiar la deformación que sufre un patrón de luz al ser interseccionado por cualquier objeto. Este es el problema principal de este tipo de herramientas, ya que se necesita un tipo de luz concentrada en un punto. No valdría como sistema de iluminación, cualquiera de los sistemas normales que se emplean actualmente, como bombillas, fluorescentes, etc. Estos están compuestos por ondas de diferentes frecuencias provocando que el haz se difumine por todo el entorno.

Una de las mejores soluciones es emplear un haz láser por sus características de coherencia, divergencia, y direccionalidad.

El haz láser provoca que todas las ondas tengan la misma frecuencia, y junto a su escasa divergencia y elevada direccionalidad permiten que se pueda dirigir a cualquier punto que se quiera.

También necesitaremos elegir el patrón que más nos convenga, el que nos arroje mejores resultados para nuestro objetivo.

Las diferentes soluciones van desde la utilización de puntos, hasta rejillas con láseres de diferentes colores. El emplear puntos implica tener que recorrer el objeto por toda su superficie tomando una gran cantidad de puntos y pudiendo perder algunas zonas de éste. El empleo de un plano parece una mejor solución que la anterior. El plano iluminará un conjunto de puntos con las mismas características y que cumplen con la condición de un plano en el espacio.

Ilustración 2.3. Diseño móvil escáner luz estructurada

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Como ya hemos mencionado esta técnica utiliza una fuente, el proyector, y una cámara, encargada de recibir toda la información. La posición de la cámara en el conjunto deberá ser aquella, que permita obtener, tanto la mejor resolución como evitar que existan zonas oscuras, es decir, que no existan zonas del objeto que no sean iluminadas por el láser.

Por ello dependiendo del tamaño del objeto a digitalizar, utilizaremos unas planchas de calibración u otra y una posición de la cámara u otra, con mayor o menos apertura.

Todo esto lo recogemos más adelante en el informe técnico de la máquina.

Una vez todo configurada y en su lugar correspondiente, calibramos, este paso es fundamental ya que si no se realiza no se puede garantizar que el método de triangulación a emplear funcione de forma óptima, y puede deformar el resultado de la digitalización.

2.2.3 Método triangulación

La triangulación consiste en obtener la situación de un punto en relación a la situación de la cámara y el plano.

Si se conoce la distancia de la cámara a un punto del objeto, que será la base del triángulo, la distancia entre la cámara y el láser, uno de los lados, y el ángulo del plano del láser, se puede conocer las coordenadas tridimensionales de dicho punto. Por esto se ha de realizar la calibración después de tener el equipo en la posición correcta ,para digitalizar el objeto concreto del que queramos obtener la información.

Su procedimiento podría describirse en tres pasos:

Se proyecta sobre el objeto en cuestión un patrón (o conjunto de patrones) cuya codificación es conocida.

Se realiza un análisis de las variaciones de este patrón respecto a la codificación original.

Se genera mediante algoritmos de cálculo y depuración la nube de puntos que posteriormente compondrán la estructura tridimensional (malla) del objeto.

Ilustración 2.4. Técnica captación luz estructurada

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2.2.4 Patrones

Los patrones proyectados están diseñados de manera que a cada píxel de la imagen se le pueda asignar un código bien definido.

Existen tres técnicas fundamentales que parten de la codificación con la que se hayan realizado dichos patrones. Y estas técnicas son:

Técnica de Multiplexado en tiempo.

Técnicas de Vecindad espacial.

Codificación directa.

En el desarrollo práctico de nuestro proyecto utilizaremos la técnica de multiplexado en el tiempo.

Dentro de esta técnica podemos encontrar:

Técnicas binarias: En este caso, se utilizan únicamente dos niveles de iluminación (observese en la ilustración 2.5). Codificados por 0 ó 1 cada píxel del patrón tiene su propia codificación compuesta por una secuencia de 0s u 1s. Este tipo de patrones son sencillos de codificar y de procesar.

Ilustración 2.5. Patrones binarios

Técnicas de N-ary códigos: Estas técnicas reducen el número de patrones a proyectar sobre la pieza. Utilizan un mayor número de niveles de iluminación incrementando así el nivel de información codificada en estos patrones, mostrados en la ilustración 2.6.

Ilustración 2.6. Patrones N-ary

Técnicas de codificación en grises y desplazamiento de fase: La técnica consiste en la proyección de un conjunto de patrones binarios que producen una división del objeto en diferentes regiones. Además de este conjunto de patrones, se proyecta un patrón complementario que se desplaza con el fin de aumentar la resolución.

Ilustración 2.7 y 2.8 Patrones en grises y desplazados en fase respectivamente

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3 EJEMPLOS DE USO

En el último punto hemos analizado el sistema de digitalización ahora nos disponemos a exponer los resultados obtenidos paso a paso en el análisis de un busto (maniquí de mujer). Por sus medidas, características de color y de reflexión realizaremos por el método descrito en el ejemplo de uso del informe técnico (anexo) como “sistema MML”. Después trabajaremos con una pieza industrial digitalizada, utilizando otra técnica también mencionada en el informe “MMEG”. Para su posterior análisis con COMSOL utilizaremos PolyWork para realizar el mallado de la nube de puntos y obtener una extensión STL completamente cerrada.

He elegido estos dos trabajos porque muestran un claro resultado del proceso, pero en el CD anexo al proyecto puede encontrar muchos más trabajos, tanto de piezas como de obras artístico-culturales [8] .

3.1 Maniquí Mujer

3.1.1 Maniquí Mujer escaneo

Lo primero que realizaremos será la colocación del sistema de digitalizado de forma correcta. Colocaremos la figura de forma inamovible a una distancia aproximada de un metro respecto

al cabezal principal. Podemos ver en la Imagen 3.1 que el cabezal se encuentra enfrentado a

“No hemos sido los primeros, pero seremos los

mejores”

- Steve Job -

Ilustración 3.1. Mujer 1

Ejemplos de uso

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un flanco de la figura y el marcador de luz marca la figura de forma lateral .Al realizar el escaneo la cámara puede captar parte marcada. Como se ve en la Imagen 3.2 un segundo

marcador marca la parte frontal, así al tener una zona marcada más extensa, cuando dispongamos a ir moviendo el cabezal para obtener la digitalización, no tendremos una alerta de error muy común que nos arroja una ventana a primer plano informándonos que no se ha reconocido suficiente zona marcada, y no se puede realizar la fusión de imagen.

El segundo marcador de luz que se enfrenta cara a cara a la figura (2 o 3 metros respecto de la figura). Tendrá una función fundamental en la primera ráfaga de tomas. Ya que permanecerá fijo mientras que el que comienza marcando de forma lateral la figura se moverá 180 grados respecto de la figura, marcando el lateral opuesto que marcaba inicialmente. Realizando esta acción podríamos digitalizar en una única sesión teóricamente el 100% de la figura. Prácticamente esto no es así y necesitaremos hacer de nuevo una traslación de uno de los marcadores para poder tomar el 100% en una única sesión. El segundo marcador se muestra en la Imagen 3.2.

Una sesión se considera a cada proceso de trabajo de escaneo independiente. Si reiniciamos marcas para captar una zona que era inaccesible en el momento del escaneo estaríamos trabajando con una nueva sesión.

Despejaremos el espacio alrededor de la figura ya que con este sistema deberemos ir moviéndonos con el escáner alrededor del objeto. Los MML permanecerán fijos en todo momento, un golpe o el desplazamiento involuntario de uno de ellos, es motivo suficiente para la pérdida del área de referencia provocando así un error notable en el escaneo. Provocando un error notable en los valores de precisión y desviación típica, como hemos dicho en el único momento en el que moveremos unos de los marcadores será dejando el


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otro fijo y reiniciando las marcas del que vamos a mover, para que tomando como referencia el marcador fijo, marque otra zona de la figura que con la localización de los marcadores anteriores era inaccesible. Todo esto se explicara de forma más extensa en puntos más adelante.

Ilumine la pieza a digitalizar con el marcador MML de tal forma que cubra la zona que le interese medir. Para ello, active el modo de proyección de luz blanca. Ajuste el zoom para que la zona iluminada abarque toda el área a digitalizar. Si el área iluminada es muy grande, puede reducir el zoom. Si en cambio es muy pequeña, puede ampliar el zoom y alejar el proyector MML si es necesario. En la imagen 3.3 vemos como queda iluminada la figura, sin embargo vemos que la parte superior de la cabeza no queda marcada. Como ya hemos dicho podemos mover uno de los marcadores de luz posteriormente con lo cual no debería ser ningún inconveniente que inicialmente esa zona quede fuera de rango.

Con este botón situado en la parte superior derecha de la interfaz del programa del escáner comprobaremos que los niveles de iluminación de los proyectores en la correcta.

Una vez el área iluminada sea correcta, ajuste el enfoque sobre la pieza. Para ello, active la opción de enfoque del MML y verá una cuadrícula sobre la imagen. Asegúrese de que queda bien enfocado sobre la pieza.


Ejemplos de uso

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Una vez enfocado, tan solo queda controlar la iluminación. Para registrar utilizando el MML, en cada disparo se realizan dos capturas: una con el proyector del cabezal Sidio iluminando la pieza, y otra con el proyector del MML iluminando. En ambos casos, el nivel de luz debe ser adecuado.

Se ha de tener cuidado en este punto debido a que probablemente los niveles de exposición óptimos para la figura con los marcadores activados sean demasiado bajos para los niveles sin ellos. Debemos siempre priorizar el nivel con los marcadores encendidos ya que en casi todo momento la figura sufrirá un nivel de luz del 50% (durante el escaneo) del nivel de referencia inicial.

Recordemos que si dejamos excesivamente abierto el nivel de la cámara para intentar cumplir las expectativas de la toma de la figura sin los marcadores, cuando apliquemos los marcadores durante el escaneo puede quemarse la figura.

Para adecuar el nivel de iluminación debemos observar que la imagen no se quema (color amarillo/rojo en la ventana de control) con la proyección de luz blanca de ambos MML activas y radiando de forma directa al objeto. Para evitar que esto ocurra, modificaremos si es necesario el nivel de exposición y la cercanía lejanía respecto a la que se está trabajando con el cabezal SIDIO. (El nivel de exposición puede introducirse en la ventana de control o en el panel de configuración del MML)

En el panel de configuración del MML, también es conveniente indicar el submuestreo. Este submuestreo del MML determina cuantos puntos de los digitalizados con el MML se usaran para registrar. Para esta pieza hemos utilizado un submuestreo de 6 excepto al tomar los detalles de las manos que obstamos por tomar un submuestreo de 2.

Ilustración 3.4. Quemada

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Una vez acabado con este proceso podemos empezar a digitalizar el maniquí.

[ Antes de comenzar debe presionar este botón para que el software sepa que el reconocimiento para la fusión de capturas es mediante marcadores de luz]

Realizar una vista con el MML activado de la pieza, igual que si trabajáramos sólo con Sidio. Veremos que se primero Sidio digitaliza la superficie del objeto lanzando la secuencia de patrones blancos y negros verticales, y a continuación el MML.

En el CD puede verse un video de una captura y como queda marcada en verde la zona marcada como referencia.


Ejemplos de uso

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Aparecerán marcas verdes sobre la figura, estas marcas proyectadas por los MML indicaran la región identificada para que pueda ir el software reconstruyendo la imagen. Es decir estas marcas verdes indican que la zona se puede utilizar para registrar las siguientes vistas.

En la figura puede ver como aparecen las primeras marcas verdes. Cada escaneo, estas marcas verdes irán aumentando, ya que ira captando nuevas zonas, debido al movimiento del cabezal SIDIO.

Para que la siguiente vista se referencie bien, es decir, se sitúe correctamente en el sistema de coordenadas global, es indispensable que la nueva área a digitalizar contenga una zona marcada como verde por el MML. Por tanto, una zona verde que ya habíamos digitalizado previamente será digitalizada de nuevo. Esta redundancia es la que permite posicionar correctamente la vista. Si al digitalizar la zona verde no es suficientemente grande para referenciar, Triple le informará de ello.

No debemos perder las marcas de referencia. Si hemos utilizado para una pieza grande un único MML deberemos empezar una nueva sesión para poder captar la parte trasera de la figura ya que un único proyector no puede iluminar más del 50% de la figura (aproximado), provocando que sea imposible captar el 100% de la figura. Así deberemos empezar una nueva sesión dar la vuelta a la figura y en el post-procesado unir ambas partes.


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Pulsando este botón podremos elegir cuál de los dos marcadores resetear y mover libremente para marcar como zona identificada una zona antes menos accesible. Recordemos siempre debe haber un porcentaje de la zona a escanear marcada en verde.

Para escanear el 100% de la figura de forma cómoda podemos dejar un marcador fijo e ir moviendo el otro. Nunca pueden perderse todas las referencias, al comienzo del paso a paso comentamos como habíamos posicionado los marcadores. En la siguiente imagen podemos observar cómo hemos rotado la posición de uno de ellos primero, y posteriormente cuando habíamos ganado nueva referencia, hemos movido el otro. Así la zona iluminada trasera de la figura es más amplia y es más fácil su captación.

El escaneo después de activar el sistema de detección por MML realiza automáticamente la fusión de capturas de forma automática. El proceso es automático después de realizar la configuración indicada en el informe técnico y al comienzo del 3.1.

No olvidemos que antes de comenzar las capturas debemos activar

Finalmente guardar la sesión en .tri y exportar a PolyWork para trabajar posteriormente con el formato STL de la digitalización.

Consideraciones para una captura exitosa

Para conseguir unos buenos resultados que cumplan las especificaciones que asegura el fabricante debe asegurarse que a la hora de escanear se cumple:

Es importante que la figura permanezca en un verde intenso en la ventana de control. Aunque algunas zonas pueden tomar un tono amarillento o rojizo (Esta parte de la imagen estaría quemada) o azulado (no le llega la luz suficiente)

Ya que en algunos casos es imposible por la forma de la figura o sus colores encontrar un nivel de iluminación que satisfaga toda la captura.

Ilustración 3.7. Rotación

frontal Ilustración 3.8. Rotación Lat

Ejemplos de uso

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Como se observa en la figura la línea central de la ventana de control, debe estar alineada con la línea que proyecta el cabezal. Si esto no es así puede alterar la captura generando dimensiones falsas que podrían pasar desapercibidas hasta el momento de análisis del resultado final.

Ilustración 3.10. Interfaz SIDIO PRO ADVANCED TRIPLE 2.0

En la imagen de la interfaz podemos ver en la parte superior el icono de detección

, para esfera, para círculos o un configurable. Si estamos trabajando con marcadores de luz deben estar todos desactivados, debido a que si no el programa podría tomar puntos de referencia erróneos y realizar un mal alineamiento de las tomas escaneadas. Activaremos estos mecanismos si utilizamos otra metodología de trabajo donde marquemos la figura con círculos, esferas o cualquier otro tipo de marca configurada previamente.

Ilustración 3.9. Imagen referencia

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3.1.2 PolyWork [Se recomienda haber leído el anexo polywork antes de leer esta sección]

La interfaz que se muestra en la imagen mostrada anteriormente pertenece al programa de escaneo TRIPLE 2.0 con el que se realiza el procesado. Es una herramienta potente, el programa PolyWork te permite trabajar de una forma más óptima con las capturas manteniendo una mayor funcionalidad en todo momento. En la imagen 3.11 mostrada abajo podemos ver la interfaz IMalign del software PolyWork.

Ilustración 3.11. PolyWork

Realizaremos las capturas con el TRIPLE 2.0 (procesado) como hemos explicado arriba. El trabajo más tedioso computacionalmente lo haremos desde otro terminal diferente al que le enviaremos las capturas tomadas en el procesado.

La transmisión de las capturas han sido realizadas por la interconexión vía cable ethernet entre el terminal que opera con el cabezal SIDIO y el terminal que trabaja con polywork, por medio de una carpeta compartida.

En el ANEXO POLYWORK podrá encontrar una guía de instalación y un análisis en profundida del programa. En este apartado realizaremos el modelado 3D de la figura digitalizada anteriormente. Pasaremos de un archivo de nube de puntos .pri a un archivo de mallado triangular .STL. Podra encontrar todos los archivos en el CD anexo a este proyecto.

Como ya hemos mencionado procederemos a enviar las capturas del terminal 1 al 2 con el programa PolyWork, asegurese que la extensión del archivo es .pri, seleccionando a la hora de guardarlo en TRIPLE 2.0 exportar para PolyWork, una vez tengamos las capturas en el segundo terminal procederemos a abrir el programa polywork.

Ejemplos de uso

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Si tiene cualquier duda en alguno de los pasos el uso del programa se describe de forma más extensa en el anexo.

El segundo paso una vez tenemos los archivos en el terminal adecuado es abrir y crear un proyecto con IMALIGN

Un proyecto de IMAlign contiene información acerca de las imágenes individuales en 3D en un proyecto, incluyendo la matriz de transformación de imagen que transforma la imagen del sistema local de coordenadas en el sistema de coordenadas globales.

El menú [File] proporciona acceso a las operaciones que permiten:

Abrir e importar un Proyecto IMAlign al módulo de IMAlign.

Guardar el conjunto actual de imágenes en 3D a un Proyecto IMAlign.

3.1.2.1Crear y abrir un Proyecto IMAlign

El comando New Project [File] permite crear un proyecto nuevo IMAlign. Se elimina el actual conjunto de objetos de la aplicación para crear un conjunto completamente nuevo. Si los cambios no guardados se han hecho al proyecto IMAlign actual, una ventana de advertencia aparecerá para sobrescribir o cancelar la operación.

En el caso de abrir un Proyecto IMAlign donde no se encuentren todos los archivos necesarios, una ventana emergente marcará la nueva ubicación donde se encuentran esos archivos o le permitirá saltarse esa advertencia sin los archivos solicitados.

Ilustración 3.12.

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3.1.2.2Guardar un Proyecto IMAlign

Dos comandos en el menú [File] permiten salvaguardar los avances en los proyectos:

Save Project:

Guarda el actual Proyecto IMAlign en su espacio de trabajo asociado. Si el espacio de trabajo asociado no tiene título, un navegador de espacio de trabajo aparece para especificar el nombre del espacio de trabajo y la ubicación.

Save Project As:

Guarda el actual Proyecto IMAlign en un espacio de trabajo específico. Seleccionando este comando, se abre una ventana donde se marca el nombre del proyecto y el destino donde debe almacenarse el conjunto de ficheros.

Ilustración 3.13.

Ilustración 3.14.

Ejemplos de uso

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30

3.1.2.3PolyWork Maniqui Mujer

Tras crear la sesión de IMalign, exportamos los escaneos que hayamos realizados y que queremos mallar para así poder conseguir una figura cerrada en formato .STL.

(En este caso buscamos el formato STL para poder almacenarlo como imagen 3D, en el caso de una escultura para una posible reconstrucción o por una necesidad de almacenar en una base de datos medidas, formas,…).

Ilustración 3.15. PolyWork .

En el tree view podremos ver los escaneos cargados, exportados como nube de puntos, y tras cargar podremos ver en diferentes colores las sesiones exportadas.

Ilustración 3.16.Block

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Cada sesion estara formada por diferentes escaneos, el programa TRIPLE 2.0 en cada sesion ha reconstruido una imagen formada por la nube de puntos, uniendo por el metodo de los marcadores los diferentes escaneos que forma la sesion. Esta union puede llegar a tener pequeños errores de precisión, por ello hacemos click derecho sobre dos (menos de cinco escaneos en la sesion) o tres (mas de cinco escaneos en la misma sesion) escaneos de la sesion y despues marcamos block scan. Así no podran modificar su posicion en el plano XYZ y a continuacion hacemos click en Best Fit, esto movera los demas escaneos alrededor de los bloqueados buscando que la correlacion entre escaneos sea 0 como puede verse en la Imagen 3.17.

Ilustración 3.17. PolyWork 3

La ventana de best fit muestra la convergencia entre escaneos y la desviación típica, cuando llegue la convergencia a 0 automáticamente parará dejando en la nueva posición mejorada los diferentes escaneos.

Una vez nos hemos asegurado que no existe ningún error acumulativo en la posición de los escaneos, procederemos a eliminar el solape entre escaneos de una misma sesión. Este paso nos permitirá liberar de carga computacional innecesaria al equipo. Este paso podemos verlo en la imagen de Imagen 3.18.

Ejemplos de uso

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Ilustración 3.18. PolyWork 4

En la barra de herramientas estándar hacemos click, sin cambiar los valores por defecto, en

el icono de reducción de solape , se abrirá una ventana como la mostrada en la imagen Imagen 3.18, click en start y comenzara un proceso que puede durar unos minutos. Los resultados deben ser a simple vista inapreciables.

Este proceso se realizara con cada sesión de escaneos, es decir, si vemos en polywork que la sesión no está completa (demasiados agujeros con la actual nube de puntos), o que existen zonas que no están bien definidas y necesitamos otra sesión, ocultaremos la sesión ya postprocesada como hemos explicado anteriormente. Realizaremos el mismo proceso a una nueva, la cual será tomada en la zona donde el resultado anterior no sea exitoso.

Esto no es algo inusual debemos tener en cuenta que una escultura no es uniforme, con lo cual habrá zonas que necesiten una precisión V1, mientras que otras zonas con menor detalle podremos realizarla sin ningún tipo de problemas con V3.

Cuando se encuentren las dos sesiones en su estado óptimo las uniremos manualmente,

primero seleccionando la vista de ambas de forma separada , y a continuación

marcando puntos en común entre las dos imágenes haciendo click en , una vez estén los puntos marcados correctamente en ambas vistas se procederá a la fusión de ambas sesiones.

Una vez finalizada la fusión, debe cerciorarse que la fusión ha quedado de forma aproximada unida de forma uniforme, volveremos a realizar el best fit para que la correlación entre ambas sea absolutamente 0.

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En este caso concretamente ha sido necesario realizar una sesión por separado de la zona superior de la cabeza (cabello) y del brazo izquierdo. Como puede apreciarse en la imagen 3.19 y 3.20.

Tras completar la unión por puntos de la figura, Imagen 3.20, con sus respectivos refinamiento (best fit) y reducción de solape tendremos un resultado óptimo para su posterior mallado, todavía hasta este momento estamos trabajando con una nube de puntos, es decir puntos en el plano XYZ que forman la figura que vemos desde un plano alejado.

Finalmente guardamos la sesión IMalign y cerramos la ventana de esta.

3.1.2.4Mallado IMMerge

Hay varias formas de abrir el módulo de IMMerge dentro de nuestro espacio de trabajo o Workspace que incluye la especificación de un proyecto de entrada IMAlign que esté en el área de trabajo activa:

1. Seleccionando un proyecto de IMAlign y haciendo clic en Create a Polygonal Model en el

panel del asistente de la parte derecha de nuestro workspace.

2. Seleccionando un proyecto de IMAlign y haciendo clic en el botón Inicio del módulo

IMMerge.

3. Arrastrando un proyecto IMAlign hasta el icono de IMMerge de la barra de herramientas.

4. O bien haciendo clic con el botón derecho del ratón sobre un proyecto de IMAlign y

activando la opción Merge with IMMerge.

Ilustración 3.19. PolyWork 5 Ilustración 3.20. PolyWork 6

Ejemplos de uso

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También se puede abrir el módulo de mallado sin especificar un proyecto de entrada IMAlign:

Haciendo clic en el botón Inicio del módulo y arrastrando a posteriori el proyecto IMAling.

En nuestro caso realizamos la primera opción con el proyecto maniquí mujer.

En el anexo PolyWork puede encontrar una explicación detallada de la interfaz de IMMerge y todas sus funcionalidades.

Cuando un proyecto de IMAlign se emplea para ser proceso en IMMerge, el PolyWorks hace una copia del proyecto, la cual se emplea para el proceso de mallado. Esto libera al proyecto IMAlign para otros usuarios que deseen hacer uso de ella.

Una vez que los parámetros de creación del modelo se han especificado, se puede indicar dentro de la interfaz de IMMerge que abra automáticamente el módulo IMEdit para proceder al posterior tratamiento de la malla, en el caso de mallado de éxito.

Para iniciar la operación de fusión, pulse sobre el botón START.

El progreso puede seguirse en la ventana de renderizado en 3D, en el área de comentarios de texto, y por consulta a la barra de progreso en la interfaz principal. La operación se completa cuando el botón START vuelve a estar disponible. En las últimas líneas del área de texto se podrá leer un comentario que dirá “IMMerge ha finalizado con éxito”.

Para reiniciar la operación de renderizado actual en cualquier momento utilizando diferentes parámetros, pulse el botón STOP, especifique los nuevos valores y pulse START de nuevo. Tenga en cuenta que al pulsar el botón de STOP, un cuadro de mensaje aparece pidiendo una confirmación. Pulse el botón Sí para confirmar la detención de la operación, o pulse el botón No para permitir que el proceso en curso pueda continuar.

El modulo se cerrará pulsando sobre el botón CERRAR, de manera que el modelo poligonal se guardará en la rama de modelos poligonales del workspace asociado con el módulo de Immerge con el nombre de salida que le hayamos dado, o el que se le asigna por defecto.

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En la imagen 3.23, podemos ver como se realiza el proceso anterior, en el anexo PolyWork puede leer como afectan los parámetros mostrados en pantalla en la renderización.

Este proceso puede durar varios minutos, todo dependerá de las características técnicas de su equipo y el nivel de smoothing aplicado.


Ejemplos de uso

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La figura no está completamente cerrada, los espacios azules definen zonas donde no se ha podido realizar la renderizacion debido a que el escáner no ha podido captar esa zona con claridad. Es decir no existen suficientes puntos para realizar el mallado.

IMMerge tiene amplias funciones que nos permiten arreglar este tipo de problemas, ya que si no tenemos una figura completamente cerrada, no podremos trabajar con otros programas ya que no podremos exportarlo como archivo STL.

Para obtener resultados de calidad, la modificación con IMMerge debe ser mínima. Si en algún momento las zonas azules resultan demasiado evidente será necesario volver al paso anterior y realizar una nueva sesión que complete estas zonas.

En este caso los espacios no son demasiado amplios y pueden ser subsanados por medio del software.

Analizaremos las partes que necesitan ser retocadas antes de obtener una solución final de calidad.

Hemos utilizado la imagen 3.24, para que pueda apreciarse como el programa trabaja con grades agujeros si intentamos taparlo. En este caso hemos usado un conjunto de sesiones unidas, pero hemos suprimido la sesión del brazo izquierdo, el programa lo cierra de esta manera.

A continuación procederé a la explicación de la acción de cerrar dichos agujeros en la nube de puntos y obtener el STL final.

Pasos para la obtención del STL final:

Primero debemos reconstruir estas zonas azules.

Las herramientas disponibles detectan límites de agujeros sobre el modelo poligonal y ofrece un modo interactivo que permite la selección de todos los límites de los agujeros para que sean limpiados o cerrados a posteriori.

Para poner en marcha la operación se debe picar sobre el icono

Click & Fill Holes.

El cuadro de diálogo que se activará mostrará las siguientes opciones:

En el anexo de Polywork puede revisar la función de las diferentes opciones para cerrar agujeros.

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Nosotros realizaremos un cerrado automático como puede observarse en la imagen Imagen 3.26. Y a continuación los agujeros restantes los iremos cerrando con cualquiera de las opciones que observamos en la imagen, priorizando clean and fill.

Quiero decir priorizando ya que cerrara los agujeros que se encuentren en zonas homogéneas y limpiara los residuos que puedan quedar alrededor. Sin embargo si estamos en un borde o en una concavidad (En la mano de la figura por ejemplo, entre los dedos) buscaremos otra opción de las que vemos en la Imagen 3.25. Las diferentes funcionalidades de las opciones puede consultarlas en el anexo Polywork adjunto.

Ilustración 3.26.

Ilustración 3.25.

Ejemplos de uso

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38

Un claro ejemplo de lo expuesto anteriormente, es como ya hemos nombrado como al utilizar el clean and fill en la mano modifica el contorno generando un resultado no deseado.

Observemos en la Imagen Polywork.-14 como preferimos por decantarnos por otra opción:

Ilustración 3.27.

También podemos seleccionar regiones y reconstruirlas, ya que en algunas ocasiones la técnica de close holes mostrada anteriormente no son una buena opción, esto se verá con el uso del programa, es decir a simple vista no puedes saber siempre con exactitud si cerrar un agujero con una técnica u otra será la opción correcta.

Primero explicaremos las diferentes formas de seleccionar una región que existe.

Selección de elementos

Este capítulo presupone que el realzado de preselección está activado (configuración por defecto). Si lo desactiva, deberá utilizar un método de selección distinto detallado más adelante.

1. Coloque el puntero directamente sobre el elemento que desea seleccionar y pulse con el botón derecho.

Pro/ENGINEER realza cada elemento consultado que se encuentra debajo del puntero desde arriba (al lado del puntero) hasta abajo. El nombre del elemento consultado se muestra en la barra de estado y como una sugerencia.

2. Cuando encuentre el elemento, púlselo. El elemento seleccionado se realza en la ventana gráfica y en el árbol de modelo. Pro/ENGINEER crea un conjunto de selección e indica 1 seleccionado (1 Selected) en el área Elementos seleccionados (Selected Items) de la barra de estado.

3. Si desea añadir un elemento adicional al conjunto de selecciones, pulse CTRL y mueva el puntero sobre el elemento o use la consulta del elemento, y luego púlselo. Los elementos seleccionados se realzan en la ventana gráfica y en el árbol de modelo. El área Elementos seleccionados (Selected Items) indica 2 seleccionados (2 Selected). Repita este paso para agregar más elementos.

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4. Si desea seleccionar una función de grupo existente, pulse un elemento que se encuentre en la función de grupo, pulse con el botón derecho y pulse Seleccionar grupo (Select Group) del menú de accesos directos.

Pro/ENGINEER selecciona la función de grupo y la añade al conjunto de selecciones.

5. Si desea quitar un elemento del conjunto de selecciones, coloque el puntero sobre el elemento realzado y pulse CTRL + operación de pulsar. Pro/ENGINEER retira el elemento y lo quita del conjunto de selecciones.

6. Con los elementos seleccionados realzados, pulse con el botón derecho del ratón y utilice los comandos del menú de accesos directos o abra una herramienta para funciones para realizar una acción en los elementos seleccionados.

Notas:

• Es necesario mantener presionada la tecla CTRL para seleccionar varios elementos. De lo contrario, Pro/ENGINEER quita todos los elementos seleccionados del conjunto de selección y los sustituye por el último elemento seleccionado.

• Todas las selecciones de una herramienta de funciones están gobernadas por los requisitos de dicha herramienta. Por ejemplo, es posible que sólo necesite seleccionar un elemento para cumplir con un selector, pero varios elementos para otro selector.

Selección con Realzado de preselección (Preselection Highlight) desactivado

Cuando se desactiva el realzado de preselección, es posible utilizar uno de los dos métodos de selección siguientes para seleccionar elementos.

1. Si desea utilizar el método de selección Seleccionar (Pick) para seleccionar elementos, coloque el cursor en la ventana gráfica, pulse con el botón derecho y seleccione Seleccionar (Pick) del menú de accesos directos, o del menú EDITAR (EDIT) (Editar (Edit) > Seleccionar (Select) > Seleccionar (Pick)). A continuación, podrán seleccionarse elementos directamente de la ventana gráfica mediante las funciones de selección estándar, por ejemplo, pulsando CTRL para seleccionar varios elementos. Pro/ENGINEER crea un conjunto de selección e indica el número de elementos que hay en el conjunto en la barra de estado. Tenga en cuenta que no se pueden consultar elementos mediante el método de selección Seleccionar (Pick).

Nota: Pro/ENGINEER selecciona este método por defecto si el realzado de preselección está desactivado.

2. Si desea utilizar el método de selección Consulta (Query) para seleccionar elementos, coloque el cursor en la ventana gráfica, pulse con el botón derecho y seleccione Consulta (Query) del menú de accesos directos, o del menú EDITAR (EDIT) (Editar (Edit) > Seleccionar (Select) > Consulta (Query)). Efectúe las siguientes operaciones:

a. Pulse el área del modelo en la que está ubicado el elemento que desea seleccionar. cuadro de diálogo "Elegir en la lista" (Pick From List) con una lista de todos los elementos que se encuentran directamente debajo del puntero, desde arriba (al lado del puntero) hasta abajo.

b. Pulse con el botón derecho para consultar el elemento. Pro/ENGINEER realza el elemento consultado en la ventana gráfica y en el cuadro de diálogo "Elegir en la lista" (Pick From List).

c. Pulse con el botón central para seleccionar el elemento. Pro/ENGINEER crea un conjunto de selección e indica el valor 1 Seleccionado (1 Selected) en la barra de estado. También se cierra el

Ejemplos de uso

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40

cuadro de diálogo "Elegir en la lista" (Pick From List) y el elemento seleccionado se realza en la ventana gráfica y en el árbol de modelo. Tenga en cuenta que también se puede pulsar Aceptar (OK) en el cuadro de diálogo "Elegir en la lista" (Pick From List) para seleccionar un elemento.

d. Si desea seleccionar elementos adicionales, pulse con el botón derecho y seleccione Consulta (Query) del menú de accesos directos. A continuación, pulse CTRL y seleccione los elementos adicionales del árbol de modelo. Tenga en cuenta que no se pueden seleccionar elementos adicionales en la ventana gráfica o en el cuadro de diálogo "Elegir en la lista" (Pick From List) cuando utilice este método de selección.

e. En la ventana gráfica, pulse con el botón derecho y use los comandos del menú de accesos directos para realizar la acción deseada en todos los elementos seleccionados.

Nota: Cuando haya seleccionado un elemento, Pro/ENGINEER vuelve al método de selección

Seleccionar (Pick) (por defecto). Debe seleccionar Consulta (Query) del menú de accesos directos para continuar usando este método.

3. Pulse con el botón derecho del ratón y utilice los comandos del menú de accesos directos o abra una herramienta para funciones para realizar una acción en los elementos seleccionados.

Nota:

• Es necesario mantener presionada la tecla CTRL para seleccionar varios elementos. De lo contrario, Pro/ENGINEER quita todos los elementos seleccionados del conjunto de selección y los sustituye por el último elemento seleccionado.

• Todas las selecciones de una herramienta de funciones están gobernadas por los requisitos de dicha herramienta. Por ejemplo, es posible que sólo necesite seleccionar un elemento para cumplir con un selector, pero varios elementos para otro selector.

Acciones de selección

Se pueden utilizar varias acciones para seleccionar elementos (geometría y datos de referencia). La siguiente tabla enumera las acciones de selección principales.

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ACCIÓN

DESCRIPCIÓN

Pulsar

Selecciona elementos individuales y los

añade al conjunto de selección o al selector

de herramientas.

Pulsar dos veces el botón del ratón

Activa el modo Editar (Edit), que permite

cambiar los valores de cota o las propiedades

de los elementos seleccionados.

Nota: Si desea conocer las acciones dentro

de una herramienta de funciones, consulte la

documentación de la herramienta.

CTRL+pulsar (mantenga

presionada la tecla CTRL mientras

realiza la acción de pulsar)

Selecciona elementos adicionales que se

incluirán en el mismo conjunto de selección

o selector de herramientas.

Anula un elemento seleccionado y lo quita

del conjunto de selección o del selector de

herramientas.

MAYÚS+pulsar (mantenga

presionada la tecla MAYÚS

mientras realiza la acción de

pulsar)

Después de seleccionar una arista o una

curva, activa el modo de construcción de

cadena.

Después de seleccionar una superficie o

tejido sólido, activa el modo de construcción

de conjunto de superficie.

Botón derecho del ratón

Activa el menú de accesos directos.

MAYÚS+botón derecho

(mantenga presionada la tecla

MAYÚS mientras pulsa con el

botón derecho)

Consulta en las cadenas posibles según el

anclaje que ha seleccionado.

Ejemplos de uso

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42

Al final buscamos reconstruir una región que debe ser más del 50% región cerrada. Haciendo una aproximación, rellena el agujero para convertirlo en una zona uniforme, es decir una extensión de la región ya cerrada.

En partes donde existan pequeños detalles no podemos realizar este tipo de metodología de trabajo porque es muy agresiva, ya que acaba suavizando zonas y acabando con pequeños detalles. Si aplicas este método en la zona del cabello observamos como las zonas estriadas desaparecen.

Un ejemplo de reconstrucción seleccionando una zona de la figura se muestra en la siguiente imagen:

Ilustración 3.28.

Observamos cómo debemos seleccionar como hemos indicado en la parte superior, y una vez que

tengamos la zona que queremos arreglar marcada en rojo, en la barra de herramientas hacemos click

en reconstruct Mesh. Es muy útil también utilizarlo en zonas donde cambia de relieve la superficie de

la figura ya que te garantiza uniformidad (aunque también deforma levemente la figura, pero suelen

ser errores asumibles). Esto se ve claramente en la figura mostrada a continuación.

Ilustración 3.29.

Tras realizar las reconstrucciones debidas la figura debe quedar completamente cerrada, una ventana

surgirá en pantalla indicándote tal hecho. No existen agujeros, al proyecto se encuentra cerrado.

Llegados a este punto basta hacer click en la barra de herramientas, File, Export, As STL file…, y

exporta el archivo a la carpeta que deseas y tendremos almacenado los datos para un posterior análisis

o almacenamiento.

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Ilustración 3.30.

En la Ilustración 3.30., Tenemos el resultado final del maniquí mujer. Las medidas fueron comprobadas y eran óptimas, manteniéndose por debajo de la desviación máxima que informa el fabricante.

Ejemplos de uso

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44

3.1.3 Problemas resueltos durante el escaneo

A continuación mostramos un pequeño resumen de los principales problemas que nos hemos encontrado en el desarrollo de esta parte del proyecto.

Al ser una figura en la que existen grandes concavidades, quedan muchas zonas expuestas a sombras. En el escaneo no pueden reconocerse, al no reconocerse en el escaneo aparecen posteriormente en el postprocesado como zonas incompletas de la nube de puntos es decir agujeros. La solución ante este problema es, en las zonas donde encontremos este tipo de problemas. Realizar de nuevo la calibración con una plancha más precisa, así crearemos una sesión más encargada de obtener la información de la zona incompleta en las que existen estos agujeros.

Estas zonas son mayoritariamente: la sombra creada tras los brazos, entre los dedos, zona inferior del mentón, zona superior de la cabeza.

Otra de las principales problemática con la cual nos hemos encontrado ha sido debida a una resina que protegía a la figura, provocando reflexiones. Para solventar dichas reflexiones no ha hecho falta rociar la figura (demasiado invasivo), nos ha bastado con modificar el nivel de exposición ajustándolo en cada momento de la forma óptima.

La zona del torso la realizamos con una calibración de V3. Sin embargo algunas partes como las ya nombradas en el punto uno resultaban imposible de captar correctamente con dicha precisión. La zona del cabello sufría imprecisiones y fue tomada con V2 y las manos fue necesario trabajar con V2 y para acabar con las sombras entre los dedos con V1.

Trabajando con Polywork encontramos problemas cuando intentamos cerrar con clean and fill, agujeros cerca del contorno de la figura, deformaba la figuraba o creaba un contorno dentado que producía grandes imprecisiones a la hora de obtener las medidas del modelo final.

Si no realizamos la reducción de solape, el programa muchas veces tiende a ir muy despacio, debido a que la información redundante entre sesiones puede llegar a ser un duro lastre para el postprocesado.

Observamos que a mayor número de sesiones fusionadas más error se produce en el resultado. Algo bastante lógico teniendo en cuenta que la fusión no siempre culmina en convergencia 0.

Los ojos “reales” no pueden captarse al ser un material vidrioso, pero PolyWork es capaz de hacer una aproximación de la profundidad y tapar los agujeros sólidamente.

Este problema lo encontraremos en menor medida en las lágrimas de las figuras de representación de vírgenes.

*Todos los archivos correspondientes al proyecto se encuentran en el CD anexo, ahí podrá ver todas las sesiones que hicieron falta para la resolución final. (.PRI, .STL,.EXE, …)

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3.2 Pieza Industrial

3.2.1 Pieza industrial escaneo

Algunos aspectos explicativos del software Poylwork, no serán explicados de forma reiterativa, ya que se han descrito tanto en el anexo como en el apartado anterior.

Aun así es inevitable que algunos razonamientos se acerquen a los ya explicados ya que como hemos dicho usaremos el mismo programa.

Al digitalizar una pieza, para poder colocar cada vista en un sistema de coordenadas común, hacen falta referencias que nos ayuden en el posicionado. Si se utiliza el MML, estas referencias son ópticas, como vimos anteriormente, para este caso utilizaremos MMEG( marcadores mediante elementos geométricos), y utilizaremos los círculos como referencia.

Durante el posicionamiento de los círculos deberemos tener en cuenta: Área en la que se va a trabajar: El área será de unos 30 centímetros debido al tamaño

de la pieza tanto altura como anchura y los círculos será de 1 centímetro de diámetro. Los detalles son los suficientemente grandes como para captarse a la par que las referencias de forma correcta.

Forma de la pieza: Debido a las diferentes cavidades de la pieza es imposible colocar las referencias sobre ella (pegatinas de 1 centímetro, demasiado invasivo) por ello usaremos una plantilla que se encuentra adjunta como target.pdf.

El tamaño de la pieza: Al ser una pieza pequeña no usaremos fotogrametría, usaremos una plantilla sobre una superficie giratoria que nos permitirá en dos sesiones (una cara y otra), tener el objeto digitalizado.

No alineados: Cuando vayamos a fusionar ambas sesiones no olvidemos que a pesar de que el Best Fit hace un excelente trabajo, debemos tomar referencia de un detalle de la pieza para alinearlos.

La pieza por su carácter reflectante es necesario rociarla con un spray especial que no alteras las características de la pieza y es completamente lavable.

Ilustración 3.31. Pieza 1

Ejemplos de uso

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Durante el digitalizado, Triple detectará automáticamente estos círculos y los usará como referencias para posicionar las vistas a medida que se va digitalizando la pieza. Durante el digitalizado, es posible mover y girar la pieza. Además, si se digitaliza usando referencias geométricas, es posible dejar una pieza a medio digitalizar guardada y seguir en otro momento, sin perder las referencias, esto es en el caso que las referencias estén sobre la pieza. En el caso que vamos a exponer no podremos mover la pieza ya que esta se encuentra sobre una superficie giratoria donde se encuentran las marcas geométricas, con lo cual la posición relativa de la pieza con esta base no puede variar para no perder la referencia, utilizamos este método ya que es menos invasivo.

Con lo cual procedemos a colocar la figura, ya pintada, en el centro de la superficie circular de fondo oscuro con el conjunto de puntos de referencia en blancos. Una vez colocada procederemos al escaneo. Aunque no podamos mover la pieza, giraremos el soporte y moveremos el escáner pudiendo así conseguir todas las vistas. Si necesitamos escanear otra cara

en la figura lo haremos en sesiones independientes.

El tamaño de los círculos debe ser suficientemente grande como para que represente un número de píxeles determinado en la imagen. Así pues, a mayor resolución de cámara, más pequeños pueden ser los círculos. Y, a mayor volumen de calibrado, mayor tamaño de círculos.

Una vez acabado con este proceso podemos empezar a digitalizar la pieza:

Para digitalizar utilizando elementos geométricos, debe asegurarse que el MML se encuentra desactivado y detección de círculos activada.

Seleccionamos el icono central y apagamos MML


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Nos aseguramos que los niveles de iluminación son los adecuados. (Imagen en Verde todo se explica en la sección de calibrado, existe un video anexo)

Colocamos el cabezal frente a la pieza y se hará una primera captura. Cuando la captura finaliza, se

muestran los círculos encontrados con la etiqueta en rojo new. Realizaremos una segunda captura y veremos cómo se diferencian los puntos nuevos con los ya reconocidos en el primer escaneo. Esto puede observarse en la imagen pieza.-4.



Ejemplos de uso

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48

En la segunda toma, deberá asegurarse de que al menos tres puntos conocidos vuelvan a ser

digitalizadas para poder referenciar la toma en el espacio. Al finalizar la toma, si hay elementos geométricos reconocidos, aparecerán con su ID correspondiente. Si tenemos círculos sin identificar, con ID 0, al clicar Aceptar Triple les asignará un ID de manera consecutiva y automática. Si en cambio pulsa Cancelar, los círculos no serán identificados como referencias y la vista aparecerá mal posicionada. Automáticamente, esta vista estará en una nueva sesión, que se podrá eliminar o alinear manualmente. Los puntos azules son los puntos ya reconocidos como se observa en la Ilustración 3.34. Pieza 4.

Al finalizar cada captura, ésta se añade al árbol del documento. Las referencias encontradas

en cada vista se añaden a ésta vista en el árbol como primitivas locales puntuales, y a la sesión como primitivas globales. Estas se mostraran gráficamente como puntos almacenados etiquetados en naranja sobre el resultado final como se muestra en la Ilustración 3.35. Pieza

5.

Recuerda cada elemento debe tener un mínimo de tres puntos dentro de los ya registrado,

para no tomarlo como una sesión independiente.

Iremos girando la superficie y obteniendo el escaneo, tomaremos el escaneo de ambas caras para su exportación y reconstrucción en PolyWork.


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Ilustración 3.36. Rotación 1



3.2.1 A tener en cuenta en el trabajo de piezas industriales:

Como ya hemos citado (Anexo informe técnico) las piezas industriales de esta índole suelen ser de tamaño reducido y con detalles que no resultan triviales a la hora de captar.

Nuestra pieza tiene varias perforaciones huecos y agujeros que a la hora de captar pueden surgir complicaciones por su reducida profundidad, por ello es necesario calibrar con precisión V1 y trabajar estas partes en una sesión aparte para posteriormente realizar su fusión en Polywork.

Ejemplos de uso

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50

En la imagen de pieza.-7 pueden apreciarse dichas cavidades, que en la imagen pieza.-8 todavía no habíamos conseguido captar (las zonas se ven oscuras), y esto es debido a que además de trabajar con V1 deberemos saca le el máximo rendimiento a la rotación del cabezal. Como hemos comentado en la explicación de los componentes del dispositivo este nos permite rotarlo de forma vertical y horizontal, proyectan asi la luz desde diferentes ángulos y permitiéndonos captar en la misma sesión todas las partes que a simple vista sin mover la figura podemos ver con nuestro propia sistema de captación, la visión.

En la imagen pieza.-6 podemos ver como una de las caras muestra pequeños puntos difuminados o vacío, es decir que no están bien captados, lo optimo seria realizar un escaneo con otro nivel de exposición, hasta que la zona quede cubierta. En caso de no conseguir una captura perfecta cuanto más homogénea sea la zona incompleta más fácil será solucionarlo en el postprocesado, por ello siempre debemos fijarnos en las zonas que sean bordes o cavidades, estas siempre deberán ser captadas completamente ya que polywork tendrá problemas en su reconstrucción debido al gran gradiente de cambio que tiene en sus zonas limites o fronteras (filos de la pieza, bordes de las cavidades…)

Una vez nombrado todos estos aspectos cabe resaltar de nuevo que como hemos dicho necesitaremos mínimo dos sesiones ya que la parte en la que está apoyada el objeto no podrá captarse nunca mediante la luz reflejada. Por ello siempre debemos tener zonas en común, para realizar el alineamiento de puntos en la fusión posterior con PolyWork.

Dicho todo esto comenzaremos con la fase de postprocesado la que nos permitirá exportarlo como archivo .STL, necesario para trabajar con programas de aplicación multifísica.

3.2.2 PolyWork

Las consideraciones iniciales realizadas al comienzo del apartado PolyWork en el caso anterior no se repetirán en este ya que se da por hecho que han sido leídas, si no fuera el caso puede encontrar toda la información básica del manejo del programa y sus funcionalidades en el anexo PolyWork adjunto.

3.2.3 PolyWork Pieza Industrial

Comenzaremos con el traspase de los archivos de la torres de procesado a la de postprocesado, la acción será similar a la que realizamos en el ejemplo anterior.

Una vez tengamos los archivos en el PC deseado procedemos a trabajar con el programa Polywork tal como se detalló en el caso del maniquí.

Debido a que la captación de las referencias ha sido mediante la metodología MMEG, la imagen se encuentra ensuciada por un fondo de marcas circulares, ya que estas al ser blancas sobre el fondo negro quedan retratadas a la perfección. Por ello lo primero que debemos hacer tras exportar en Imalign los escaneos, es “limpiar” las marcas.

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Lo primero como vemos en la Imagen pieza.-9 es seleccionar, como explicamos en el apartado anterior, haciendo click sobre el icono de Selection Context,, hacemos click y arrastramos seleccionando todos los puntos. Con click en el botón derecho del ratón podemos cambiar la perspectiva en el caso en el que desde la perspectiva actual no podamos marcar toda la zona (hablamos de rotar la imagen). Una vez marcados presionamos suprimir y eliminamos las marcas.

Ilustración 3.39. Pieza 10 Ilustración 3.40. Pieza 11

Ejemplos de uso

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En el tree view podremos ver los escaneos cargados, exportados como nube de puntos, y tras cargar podremos ver en diferentes colores las sesiones exportadas.

Ilustración 3.41. Blockscan

Cada sesion estara formada por diferentes escaneos, el programa TRIPLE 2.0 en cada sesion ha reconstruido una imagen formada por la nube de puntos, uniendo por el metodo MMEG los diferentes escaneos que forma la sesion. Pero esta union puede llegar a tener pequeños errores de precisión, por ello hacemos click derecho sobre dos (menos de cinco escaneos en la sesion) o tres (mas de cinco escaneos en la misma sesion) escaneos de la sesion y despues marcamos block scan, así no podran modificar su posicion en el plano XYZ y a continuacion hacemos click en Best Fit. Esto movera los demas escaneos alrededor de los bloqueados buscando que la correlacion entre escaneos sea 0 (máxima)como puede verse en la Ilustración 3.42.


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Como vimos ya en el ejemplo anterior, tras realizar el bestfit y reajustar los escaneos para acabar con los fallos de precisión, procederemos a acabar con el solape, información repetida entre escaneos. Es decir zonas escaneadas en común dentro de una misma sesión, ambos pasos (bestfit, solape), los realizamos en cada sesión individualmente y tras cualquier alineamiento (fusión).

Cuando acabamos de refinar cada sesión procedemos al alineamiento de cada una de ellas (En este caso dos sesiones).

Ilustración 3.43. Ilustración 3.44.

Procedemos al alineamiento manual, primero seleccionando la vista de ambas por separado, click en

, y a continuación marcando puntos en común entre las dos imágenes después de hacer click

en . Los puntos irán tomando valores enumerado partiendo desde el 1 hasta el número de puntos que quieras seleccionar. Para realizarse de forma correcta la fusión debe haber un punto 1 en una vista y otro punto 1 en el mismo lugar en la vista de la otra sesión. Debe haber un par de cada número, uno por vista. Una vez estén los puntos marcados correctamente en ambas vistas se procederá a la fusión de ambas sesiones haciendo click en el botón derecho del ratón.

Una vez finalizada la fusión, debe cerciorarse que la fusión ha quedado uniformemente unida, volveremos a realizar el best fit para que la correlación entre ambas sea absolutamente 0. Existen ocasiones en que el 0 perfecto no puede lograrse, entonces nos aseguraremos que el error que existe este por debajo de los errores máximos de medida que nos garantiza el fabricante del escáner.

Ejemplos de uso

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54

Ilustración 3.45.

La técnica de fijación que hemos utilizado es la siguiente, fijamos (bloqueamos) como hemos dicho, primero una serie de escaneos dentro de una misma sesión, para comprobar que la correlación es 0. Después de la fusión como vemos en la Ilustración 3.45., fijamos una sesión y dejamos libre la otra de esta forma garantizamos que se arreglaran los pequeños desvíos típicos en la fusión, ya que recordemos que el alineamiento es manual.

Finalmente obtendremos un resultado final, que a simple vista parece correcto, como veremos en el paso siguiente, puede que esto no sea del todo cierto. Algunos errores no se localizan hasta que obtenemos su modelo poligonal. Como vemos en Imagen pieza.-16 el resultado a simple vista parece correcto.

Ilustración 3.46.

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Una vez creamos que tenemos toda la información necesaria para obtener un modelo poligonal, fácilmente re construible, procedemos a obtenerlo. Si todavía hace falta obtener más información, es cuestión de volver al primer paso, escanear, exportar, refinar, acabar con el solape, fusionar y volver a refinar y acabar con el solape.

En la Ilustracion 3.47 observamos la interfaz de Polywork, previa a crear el modelo poligonal, una vez guardado nuestro trabajo realizado en Imalign, cerramos este y seleccionamos en la Interfaz, create a poligonal model.

Ilustración 3.47.

Toda la información de los parámetros para crear el modelo poligonal puede consultarlos en el anexo.

Finalmente obtenemos el modelo poligonal, Ilustración 3.47., y comenzamos tapando los hoyos grandes que se encuentran en las zonas uniformes de forma automática. Esto como ya lo hemos visto lo hace el programa, ya que entiende que el error en estas zonas si se reconstruye tomando las zonas de su alrededor (con la media y los valores característicos de esta). Es mínimo.

Ejemplos de uso

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Este proceso puede tardar de unos segundos hasta un par de minutos dependiendo de la complejidad de la pieza.

Ilustración 3.49.

Todos los agujeros como hemos expuestos no se pueden obtener de esta forma por ello, será necesario cerrar los agujeros de forma manual como ya explicamos en el apartado anterior. Utilizaremos clean and fill en las zonas que no sean bordes ni de contenido con mucho detalle o abrupto. Si la zona requiere más trabajo utilizaremos fill, como podemos ver existen opciones para cerrar agujeros en zonas curvas, o en filos abruptos.

Los parámetros siempre deben dejarse como se encuentran por defecto, si necesita ahondar más sobre su funcionalidad, revise el anexo.

Si utilizamos clean and fill en alguno borde los resultados pueden ser muy imprecisos como podemos ver en la Ilustración 3.50.

Ilustración 3.48.

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Ilustración 3.50.

Como podemos apreciar el borde pierde continuidad tomando una textura “chiclosa”. Esto provoca que podamos crear un STL con notables imprecisiones en su forma y posteriores falsas características en sus análisis.

Lo mismo puede ocurrir pero en lugar de tomar una textura como la antes citada, pasaría a tener una forma dentada. Es decir pequeños “bocados” triangulares que astillan la figura creando imprecisiones (cabe destacar que estar imprecisiones dan errores notablemente menores que las citada en la imagen superior).

Los agujeros más fácilmente reparables son los que se encuentran en zonas uniformes como en la cara superior de la pieza. Podriamos como vimos en el ejemplo del maniquí seleccionar una zona uniforme en la que haya agujeros y con click en reconstruct Mesh pasa a transformar toda esa zona con la misma uniformidad mayoritaria de la zona seleccionada. Siempre debe seleccionarse mayoría de parte de la zona a la que queramos que se asemeje la zona incompleta.

Ilustración 3.51.

Finalmente observamos cómo queda finalmente la figura tratada en la ilustración 3.52.

Ejemplos de uso

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Ilustración 3.52.

La venta de alerta de que no existen ya agujeros en la figura y que es posible obtener su modelo STL. Nos informa que hemos acabado nuestro trabajo y la pieza se encuentra disponible para ser analizada por ejemplo con COMSOL.

Ilustración 3.53.

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3.3 Otros trabajos

Busto Griego

Ilustración 3.54.

Ilustración 3.55.

Ejemplos de uso

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Mano Art-Wood

(Modelo STL, para posteriormente modelar una mano de madera mediante un brazo robótico)

Ilustración 3.56.

Ilustración3.57.

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Ilustración 3.58 .

Ilustración 3.60. Sin cerrar

Ejemplos de uso

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Ilustración 3.61. Modelo cerrado

Resultado campana de navidad y Resultado Pileta

Ilustración 3.62. Imágenes ejemplo

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Todos los ficheros que generan estos resultados se encuentran en el CD anezo al proyecto al igual que el resto de documentación. Estos son solos algunos poco ejemplos, existen muchos más trabajos realizados en el CD.

En el siguiente apartado se muestra como se realiza de forma muy resumida el proceso en la conservación del patrimonio histórico-artístico.

Ilustración 3.63. Pieza velocímetro coche

Conservación del patrimonio histórico-artístico mediante la aplicación de la

digitalización 3D con luz blanca estructurada seguido en FAICO

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4 CONSERVACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO-ARTÍSTICO

MEDIANTE LA APLICACIÓN DE LA DIGITALIZACIÓN 3D CON

LUZ BLANCA ESTRUCTURADA SEGUIDO EN FAICO

“Los sitios culturales y naturales forman el entorno del que los seres

humanos dependen psicológica, religiosa, educacional y económicamente.

Su destrucción, e incluso su deterioro, será perjudicial para la supervivencia

de nuestra identidad, nuestro país y nuestro planeta. Tenemos la

responsabilidad de preservar estos sitios para las futuras generaciones”.

Compromiso con el Patrimonio Mundial, Foro Juvenil del Patrimonio

Mundial, Bergen (Noruega).

4.1 Introducción

Las hermandades de Semana Santa tienen la obligación de preservar el patrimonio histórico-artístico con el que cuentan.

Actualmente, uno de los métodos más interesantes en la conservación del patrimonio es la realización de copias de seguridad digital que pueda ser mecanizada en caso de pérdida total o parcial del original[9].

4.2 Digitalización 3D

Las técnicas de digitalización 3D basadas en luz estructurada se encuadran dentro del grupo de técnicas Ópticas Activas y sin contacto, fundamentado en el cálculo de la profundidad. (Al comienzo de este proyecto vimos los diferentes grupos de técnicas ópticas de captación).

Estos sistemas ópticos constan siempre, como mínimo, de un emisor de luz y un receptor. Conociendo la dirección del rayo emitido y la del recibido así como la distancia entre el emisor y el receptor de luz se obtienen las dimensiones del triángulo formado y por lo tanto permite obtener la profundidad del punto inspeccionado.

Desde el punto matemático, puede considerarse que el sistema proyector es un emisor de planos de luz y la cámara CCD un receptor de líneas rectas. El cálculo de la profundidad consiste en la resolución de las intersecciones plano-recta.

Actualmente, los sistemas de digitalización mediante luz blanca estructurada son rápidos, precisos y robustos.

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4.3 Funcionamiento

El funcionamiento de la técnica basada en la luz blanca estructurada se estructura en los siguientes pasos:

1. Proyección sobre el objeto de franjas blancas y negras secuenciadas mediante un emisor de luz (Proyector)

2. Obtención de las imágenes sobre la superficie del objeto mediante un receptor de luz (Cámara)

3. Análisis de la deformación sufrida por las franjas al proyectarse sobre la superficie 4. Obtención de la posición de los puntos sobre la superficie 5. Obtención de la malla triangulada a partir de la nube de puntos anterior

Ilustración 4.3. Proyección de patrones 2

4.4 Características

La técnica de luz blanca estructurada es totalmente inocua para el objeto a digitalizar ya que las mediciones de la luz proyectada sobre su superficie arrojan los siguientes valores:

Ilustración 4.4 Test

Lumínico

Ilustración 4.5

Resultado

· Valor máximo:< 700 lux

·Valorm:(350,400) lux

Debe tenerse en cuenta que debido al uso de luz blanca en esta técnica de digitalización no se consigue información en aquellas zonas cuyo color sea cercano al negro por lo que deberán ser

Ilustración 4.2. Proyección de patrones 1

Ilustración 4.1. Imagen proceso



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tratadas cuidadosamente para obtener la mayor cantidad de puntos posibles que permitan construir fielmente el modelo tridimensional respecto al real.

Ilustración 4.6.

Disco de Color

Ilustración 4.7.

Digitalización con luz blanca

4.5 Modelado de elementos externos

No todos los elementos que configuran una talla deben ser mecanizados en caso de tener que utilizar la copia de seguridad digital. Los casos típicos de elementos que se adhieren a las tallas son las pestañas, las lágrimas y los ojos.

Además, estos elementos, por sus características, no suelen poder ser digitalizados.

Para una correcta visión del trabajo de digitalización 3D de las tallas policromadas se procede al modelado de los denominados elementos externos de la imagen.

Ojos

Como es bien sabido los ojos de las tallas suelen ser esferas de cristal que se añaden posteriormente a la imagen.

Cualquier sistema óptico de digitalización 3D plantea dificultades a la hora de la adquisición de estos puntos debido a la alta reflectividad que sufren los patrones de luz al proyectarse sobre este tipo de superficies, obteniéndose solo algunos de esos puntos.

Por este motivo, los ojos deben ser modelados como esferas con un radio igual al medido gracias a esos puntos adquiridos e insertadas en las cuencas oculares de la imagen.

Pestañas

En el caso de las tallas que tienen pestañas, se presenta la particularidad de ser unos elementos excesivamente finos y, generalmente, de color negro lo que dificulta sobremanera su adquisición mediante la técnica con luz blanca estructurada.

Además tampoco serían elementos a mecanizar en el caso de tener que realizar la copia a partir del modelo digital obtenido ya que serían posteriormente incorporadas al mismo.

Lágrimas

El caso de las lágrimas de las imágenes es similar al de los dos anteriores, por el material del que suelen están hechas y por ser un elemento que se adhiere al trabajo final de mecanizado no se incluyen en el modelado virtual generado.

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Además, como es lógico, las zonas de la superficie situadas debajo de las diferentes gotas deber ser alisadas de manera satisfactoria.

Ilustración 4.8. Ojo típico

Candelero

Mediante las mediciones directas realizadas y con los datos obtenidos con la técnica de la fotogrametría durante el proceso de digitalización 3D es conveniente modelar con la ayuda de un software de diseño paramétrico toda la estructura que conforma el candelero de la talla.

Ilustración 4.9. Modelo típico candelario

De este modo, se tiene información fidedigna para el control de la altura final de la copia realizada.

4.6 Exportación

La información de salida que se obtiene tras el proceso de Digitalización 3D se representa en formato .STL.

STL es un formato creado, en un principio, para el uso en los procesos de estereolitografía por 3D Systems.

El empleo de .STL está motivado por el hecho de que fue el primero de los formatos empleados en los sistemas de prototipado rápido, independientemente de la tecnología utilizada para la creación del modelo físico. Llegando, en la actualidad, a ser considerado el estándar a emplear en este tipo de información.

Conviene recordar que .STL es perfectamente compatible con los sistemas de mecanizado por control numérico (CNC), por lo que no presentarían ningún tipo de problemas para la realización física del modelo en caso de ser necesario.



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Ilustración 4.10. Tres puntos y dirección normal

Con este formato, las superficies quedan definidas a través de una malla de pequeños triángulos planos (facetas) definidos por la posición de sus tres vértices y la dirección normal de la cara.

4.7 Especificaciones del formato

La información contenida en el formato .STL puede ser guardada de dos maneras distintas.

· Binario. La información se representa como una secuencia de ceros y unos.

· ASCII. En este caso, la información se recoge mediante un texto que puede ser editado.

Ambos tipos contienen, exactamente, la misma información física de los modelos.

Sin embargo, debido a la extensión con que se detallan, los archivos ASCII pueden llegar a pesar entre 10 y 15 veces más que la misma información guardada en Binario. Es, por tanto, recomendable el empleo de archivo Binario para la transferencia de la información obtenida.

Ilustración 4.11

4.8 Parámetros de control

Para que un objeto definido en formato .STL se construya correctamente, los triángulos deben encajar entre ellos a la perfección, sin que aparezcan huecos ni superposiciones.

Además, como se ha expresado anteriormente, el formato .STL representa los modelos utilizando una malla constituida por pequeños triángulos planos, por lo que es necesario establecer un grado de compromiso entre el tamaño del archivo generado y el detalle obtenido con respecto al elemento a digitalizar. Esta decisión es especialmente importante en el caso de representar una superficie curvada.

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Los típicos parámetros de control en la generación de los archivos .STL a partir de un diseño CAD son:

Tolerancia dimensional. Determina la máxima discrepancia aceptada por el usuario entre la superficie modelo y la malla triangulada generada.

Tolerancia angular. Determina el ángulo máximo de barrido de los triángulos de la malla triangulada al adaptarse a una superficie curva.

Ilustración 4.12. Detalles del ejemplo de malla .STL

4.9 Resultados

En el caso de las tallas de vestir que basan su estructura interna en un candelero definen una configuración similar a la de la imagen siguiente.

Ilustración 4.13. Resultado obtenido con imagen de vestir

Los elementos que se obtienen mediante la digitalización 3D con luz blanca estructurada se muestran en color rojo, dejando el color gris para el resto de los elementos modelados utilizando la fotogrametría.

Con estos resultados, se garantiza que la posible copia obtenida reproducirá fielmente los actuales componentes de la talla en el lamentable caso de tener que ser elaborada.

Sería, en este momento, cuando se crearía una copia física de la imagen digitalizada ya que hasta este punto solo se tendrá un archivo informático con toda la información necesaria, guardado en las dependencias de la Hermandad.

[FAICO escrito por I. Rodríguez Boza, M. Aragón Aguilar, M. Quesada Morales, F. Durán Sánchez, M. Prieto Sánchez, responsables de mi área en FAICO]

Conclusiones y Lineas de Desarrollo

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5 CONCLUSIONES Y LINEAS DE DESARROLLO

En este proyecto se ha realizado un estudio de la tecnología de luz estructurada que utilizamos en el escáner SIDIO PRO ADVANCE, pero el núcleo en el que nos hemos centrado ha sido la práctica, el uso de este escáner para obtener dos claros resultados, que se diferencian entre sí por sus métodos de captación y por su aplicación en el mundo real. Estos dos casos prácticos son los siguientes:

Digitalización de piezas industriales, de pequeño tamaño

Digitalización de figuras de tamaño medio (Clase busto, o figura anatómica)

Al comenzar el proyecto nos propusimos una serie de objetivos, en este punto concluiremos si hemos llegado a una solución óptima:

1.En el primero de los casos (Pieza industrial) hemos enfocado el uso práctico de esta digitalización en búsqueda del posterior post procesamiento. Nos permitirá habilitar nuestro resultado para ser analizado con programas de aplicación multi física como el COMSOL.

Hemos conseguido comprobar que los resultados pueden tratarse con este software, pero no hemos podido realizar un estudio detallado con él, debido a su nivel de complejidad.

2.En el segundo caso cabe destacar que actualmente es el campo con mayor aplicación dentro de esta tecnología. Nuestro objetivo desde el principio no ha sido otro que obtener una digitalización de una figura, estatua, busto u otro elemento el cual sea necesario su preservación física. Así digitalmente tener sus medidas de forma exacta, por si en alguna circunstancia concreta hiciera falta su reproducción o reparación. Hemos conseguido realizar multitud de estos trabajos, cumpliendo asi nuestro objetivo inicial. Almacenamos en una base de datos las medidas.

3.Conseguimos de forma satisfactoria la realización de manuales que permiten la compresión a nivel usuario de la maquinaria utilizada en este proyecto y conseguimos realizar un informe técnico de garantías que nos permite reflexionar sobre las bondades y limitaciones de la máquina.

Conclusiones personales

Tras realizar una gran cantidad de trabajos con el escáner de luz estructurada SIDIO PRO ADVANCED, TRIPLE, he conocido pros y contras de esta tecnología. Decir que calidad – precio, después de una leve incursión en la tecnología láser, podría decirse que para objetos de pequeño-mediano tamaño (podemos ver el área de trabajo en las especificaciones tecnicas), es la mejor tecnología posible. No es costosa, puede llegar a mecanizarse la técnica con práctica y algunos conocimientos físicos teóricos, con relativa rapidez.

Como problemas he llegado a captar que esta directa y críticamente sometida a la dependencia lumínica del lugar de trabajo, lo que impide que en condiciones al aire libre pueda trabajarse con este tipo de dispositivos. Por ejemplo una estatua de mármol de unos dos metros podría digitalizarse con gran exactitud por esta tecnología. Si esta misma se encuentra al aire libre y es inamovible no podrá realizarse el trabajo.

Para la tarea de análisis multi-fisicos por medio del resultado de digitalización de piezas industriales

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cabe decir que es completamente posible, sin embargo con piezas muy pequeñas o piezas con grandes dificultades en su contorno no arrojaría un resultado de calidad. Recordemos que el modelo AutoCad de la pieza siempre será más exacto que el captado por el escáner, aun así en algunas piezas concretas y no muy dificultosas no existe ningún problema en obtener su modelo STL para un análisis posterior. Podríamos ampliar el rango de uso en piezas si mejoramos la precisión de la máquina, si hacemos esto también aumentamos el coste de inversión.

De cara a la digitalización del patrimonio histórico-artístico, cabe resaltar que es una tecnología que a pesar de porder captar diferentes colores cambiando el nivel de exposición, suele terne muchas dificultades para captar finas capas como las que existirían en un lienzo, con lo cual su uso se encuentra restringido para esto quehaceres (para este dispositivo), también cabe destacar que el procedimiento actual sigue siendo semiautomático lo que conlleva un gran tiempo en tareas de post-procesado necesarias para la correcta configuración de los modelos.

Finalmente concluyo que esta tecnología está en auge, que tiene multitud de usos y que ya grandes empresas están realizando fuertes inversiones para entrar al mercado de tecnologías 3D, un ejemplo reciente fue la clara apuesta que BQ( Mundo Reader S.L), realizo en apoyo a estas tecnologías creando un departamento exclusivo para su investigación y desarrollo.

Si queremos mejorar resultados cuanto a precisión, deberemos obtener un mejor equipo que será más costoso, pero las técnicas mostradas en este proyecto son comunes a cualquier dispositivo de carácter similar, sin importar el precio que varié, las técnicas serán las mismas no evidentemente los resultados.

Lineas de desarrollo

Es conveniente, plantear la realización de un sistema de digitalización totalmente automático para piezas de gran envergadura.

El proceso actual no permite en estos momentos obtener un archivo informático en el que modelo 3D y textura estén unívocamente unidos, Actualmente, los modelos 3D son acompañados de una gran cantidad de imágenes fotográficas de alta resolución que permitan la aplicación de la policromía en caso de ser necesario. Se recomienda realizar una investigación sobre procesos de adquisición de la policromía con control de la iluminación empleada así como de procesos automáticos de aplicación de las texturas, antes de comenzar a trabajar profesionalmente con el dispositivo.

https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Mundo_Reader&action=edit&redlink=1

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REFERENCIAS

[1] FAICO, Fundación Andaluza de Imagen, Color y Óptica, “Guia PolyWork, FAICO”

[2] http://www.esi2.us.es/DFA/OAyH3D/

[3] www.camaravalencia.com

[4] Vargas Balbuena, Javier, “NUEVOS MÉTODOS DE MEDIDA 3D MEDIANTE TRIANGULACIÓN

ACTIVA”, ISBN: 978-84-693-1278-0.

[5] recursostic.educacion.es

[6] http://sabia.tic.udc.es/

[7] https://es.wikipedia.org

[8] www.faico.org/

[9] I. Rodríguez Boza, M. Aragón Aguilar, M. Quesada Morales, F. Durán Sánchez, M. Prieto Sánchez, conservación del patrimonio histórico-artístico mediante la aplicación de la digitalización 3D con luz blanca estructurada

http://www.camaravalencia.com/

http://sabia.tic.udc.es/

Bibliografía

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BIBLIOGRAFÍA

Ademas de las fuentes citadas en las referencias se han utilizado la lectura de multitud de proyectos, (Algunos anexos al CD), y paginas web como foros de fabricantes de material de la índole explorada en este proyecto.

A continuación se exponen las fuentes de los antes citados.

Manual PolyWork, Manual SIDIO PRO ADVANCED.

Laboratorio de Patrimonio Consejo Superior de Investigaciones Científicas

Tesis complutense de Madrid :”Uso escáner 3D aplicación odontológica”

Laboratorio de Patrimonio Consejo Superior de Investigaciones Científicas

DIALNET

Wikipedia

eprints.ucm.es

FAMA.US.es

Calibration of Lens Distortion by Structured-Light Scanning

Structured Light for 3D Scanning, Cambridge

3D Measurement Technology by Structured Light Using Stripe-Edge-Based Gray Code, H B WU

TCNICAS DE RELLENO DE HUECOS EN SUPERFICIES ADQUIRIDAS MEDIANTE ESC`NERES 3D, UED

Foros especializados

Notas de la página Web de Nub3D, proveedor del equipo de digitalización 3D de FAICO. Centro de Innovación y Tecnología. www.nub3d.com

Notas de la página Web de AIDO. Instituto Tecnológico de Óptica, Color e Imagen. www.aido.es

http://www.faico.org/

i3drevista.com/

http://digital.csic.es/

Documentos asociados que se encuentran a su disposición en el CD anexo al proyecto.

Apuntes de Holografía y visualización 3D, http://www.esi2.us.es/DFA/OAyH3D/

http://www.nub3d.com/

http://www.aido.es/

http://www.faico.org/

http://digital.csic.es/

http://www.esi2.us.es/DFA/OAyH3D/

75



Glosario

76

76

GLOSARIO

Densidad de puntos: Número de puntos por unidad. Normalmente cuanto mayor sea la densidad, mejor se

representan los elementos.

Escaneado: Hace referencia a una única sesión de toma de datos desde un origen y orientación concretos del

escáner.

Exactitud geométrica: Caracteriza la cercanía de una medición respecto a su valor real. Normalmente se

describe mediante el error medio cuadrático (EMC). Si ε es el error (la diferencia de una medición respecto a su

valor real) y n es el número de mediciones.

Láser (acrónimo de Light Amplification by Simulated Emission of Radiation): Haz intenso de luz que

produce imágenes con impulsos electrónicos.

Metadatos: Datos utilizados para describir otros datos. Es una componente vital en el proceso de gestión de los

datos.

Modelado: Proceso de creación de un modelo o una forma tridimensional, como pueden ser modelos 3D,

NURBS o sólidos.

Modelo: Expresión que debería ser cualificada por el tipo de modelo, como por ejemplo modelo geométrico.

Un modelo geométrico es, típicamente, una representación de una forma tridimensional.

Modelo 3D: Subdivisión poligonal de la superficie de modelo geométrico, también referido como modelo

poligonal o modelo triangulado.

Nube de puntos: Conjunto de coordenadas XYZ en un sistema de coordenadas tridimensional.

Orientación del escáner: Orientación del escáner en un sistema de coordenadas euclídeo tridimensional.

Origen del escáner: Origen de un sistema de coordenadas arbitrario en el que se realizan los escaneados.

Registro: Proceso de transformación de las nubes de puntos a un sistema de coordenadas común.

Este proceso también se conoce con el nombre de alineación o consolidación.

Renderizado: Proceso de generar imágenes a partir de un modelo 3D informático, sin las limitaciones del

hardware de gráficos. El modelo es una descripción de objetos tridimensionales en un lenguaje o estructura de

datos estrictamente definidos. Debería contener la geometría, los puntos de vista, la textura, y la información de

iluminación y sombreado.

Resolución: Distancia media entre las coordenadas XYZ en una nube de puntos. Normalmente se representa de

dos maneras, resolución espacial y resolución angular. La distancia media 3D ente puntos a una cierta distancia

del escáner (asumiendo que se mide entre los centros de las huellas de los puntos): 30 mm x 30 mm (a 50 m) El

incremento angular de los dos ejes: 0.25 o x 0.25 o La distancia media 3D entre puntos en el objeto es,

probablemente, más clara para un usuario que no sea técnico. La densidad de puntos de un escaneado debe verse

como la densidad mínima de puntos en el objeto, sin tener en cuenta los datos periféricos (puntos sobre objetos

no deseados).

77



Anexo 1: PolyWork [1]

1. QUÉ ES POLYWORKS Y PARA QUÉ SIRVE .............................................................................. 78

2. WORKSPACE MANAGER: MÓDULOS QUE CONTIENE ........................................................... 80

3. IMALIGN ............................................................................................................................... 82 3.1 Interfaz ..................................................................................................................................... 82 3.2 Importación de imágenes 3D ................................................................................................. 83

3.2.1 Importar Modelos Poligonales ...................................................................................... 83 3.2.2 Administrar Proyectos IMAlign ..................................................................................... 83 3.2.3 Crear y abrir un Proyecto IMAlign ................................................................................. 83 3.2.4 Guardar un Proyecto IMAlign ........................................................................................ 84

3.3 Modos de selección ................................................................................................................. 84 3.3.1 Selección de objetos ...................................................................................................... 84 3.3.2 Selección de elementos ................................................................................................. 85 3.3.3 Selección de imágenes ................................................................................................... 85

3.4 Modos de visualización ........................................................................................................... 85 3.4.1 Ocultar objetos y elementos ......................................................................................... 85 3.4.2 Restauración de la visibilidad de los objetos y elementos .......................................... 85 3.4.3 Mantener los objetos y elementos visibles .................................................................. 86 3.4.4 Alternar la visibilidad de los objetos y elementos ....................................................... 86 3.4.5 Vistas estándares específicas ........................................................................................ 86 3.4.6 Modificación de la posición y orientación de la escena 3D ........................................ 86

3.5 Alineamiento ........................................................................................................................... 87 3.5.1 Split View Alignment ...................................................................................................... 87 3.5.2 One Point Pair for Alignment ........................................................................................ 87 3.5.3 N Point Pair for Alignment ............................................................................................. 88

3.6 Best-Fit ..................................................................................................................................... 88 3.7 Overlapped .............................................................................................................................. 89

4. IMMERGE ............................................................................................................................. 91 5.1 Interfaz ..................................................................................................................................... 91 5.2 Ajuste de parámetros ............................................................................................................. 92 5.3 Proceso de mallado ................................................................................................................. 96

5. IMEdit ................................................................................................................................... 97 5.1 Interfaz ................................................................................................................................... 100 5.2 Selección de objetos .............................................................................................................. 106 5.3 Cerramiento de agujeros ...................................................................................................... 107 5.4 Exportación de archivos ........................................................................................................ 110

QUÉ ES POLYWORKS Y PARA QUÉ SIRVE

78

78

1. QUÉ ES POLYWORKS Y PARA QUÉ

SIRVE

PolyWorks/Modeler™, de la empresa Innovmetric, es el software de referencia a nivel mundial en gestión de

nubes de puntos, siendo a su vez el software con mayor base instalada en el sector industrial en el mundo.

Es una solución integradora para la creación de modelos poligonales precisos y superficies NURBS nítidas a

partir de nubes de puntos de alta densidad. Ofrece la generación de modelos poligonales de alta calidad para

aplicaciones exigentes de fabricación poligonal, tales como el fresado de 3 y 5 ejes, la simulación aerodinámica

y la revisión digital. PolyWorks/Modeler™ también ofrece una metodología de creación de superficies rápida

y potente, que proporciona las superficies NURBS más utilizables.

Polyworks/Modeler permite total interoperabilidad entre los equipos de digitalización de nubes de puntos y los

modelos poligonales (STL), superficies rápidas (NURBS) y modelado de sólidos.

Entre sus principales características destacan:

Plataforma universal que soporta todos los digitalizadores por nubes de puntos y que permite la

importación y exportación de formatos nativos o estándares.

Amplio conjunto de herramientas de alineación, incluyendo “best-fit”.

La mejor tecnología de mallado disponible en el mercado.

Herramientas para edición de mallas poligonales para la corrección de imperfecciones de la

digitalización, como por ejemplo, rellenado de agujeros, reconstrucción de contornos, reconstrucción

de cantos, etc.

Posibilidad de trabajar y realizar superficies rápidas NURBS.

Interoperabilidad con aplicaciones CAD/CAM, como importación de ficheros IGES/STEP,

deformación de modelos CAD teselados, unión de modelos digitalizados con modelos CAD, etc.

http://www.google.es/imgres?q=polyworks&um=1&hl=es&sa=N&biw=1441&bih=697&tbm=isch&tbnid=HejhDABkJY7YDM:&imgrefurl=http://www.willer.com/quality.htm&docid=K9ATHPR9wqQPFM&w=769&h=172&ei=iwhBTvH5J43ysgaYzez2Bw&zoom=1

79



Mallado por elementos finitos a través de la “cuadrangulación” de mallas de triángulos.

Los diversos programas de software de Polyworks se utilizan principalmente para digitalización en 3D,

ingeniería inversa, diseño, inspección, fabricación digital y aplicaciones en medicina.

WORKSPACE MANAGER: MÓDULOS QUE CONTIENE

80

80

2. WORKSPACE MANAGER: MÓDULOS

QUE CONTIENE PolyWorks trabaja con una interfaz denominada de ahora en adelante WORKSPACE, espacio de trabajo, que

administrará de principio a fin cualquier proyecto, ofreciendo las siguientes características:

Administra todos los archivos de datos de entrada y los resultados producidos por cada uno de los

módulos.

Ofrece una navegación sencilla entre los módulos PolyWorks.

Guía a los usuarios nuevos y ocasionales en el flujo de trabajo del proceso.

Ofrece herramientas eficaces para la documentación de un proyecto.

El WORKSPACE ofrece también acceso directo a todos los módulos de PolyWorks, como se puede ver en la

siguiente imagen:

Cada una de las funcionalidades que componen el PolyWorks quedan reflejadas en la siguiente figura:

81



Digitalización 3D de objetos

Un objeto puede ser caracterizado tridimensionalmente mediante un digitalizador 3D, de manera que la nube de

puntos resultante será tratada a posteriori en el software Polyworks.

Alinear varios conjuntos de datos

Durante el proceso de digitalización, el registro se realiza mediante dos procedimientos: giro del

objeto a capturar tridimensionalmente o moviendo el digitalizador alrededor del objeto, para registrar

toda la superficie de éste. Como resultado, el proceso de digitalización produce varias imágenes 3D

expresadas en distintos sistemas de coordenadas (x, y, z). El primer paso de procesamiento

consistiría en llevar estas exploraciones al mismo sistema de coordenadas.

El módulo IMAlign facilitará el alineamiento de forma rápida y automática de alta precisión de las distintas

imágenes 3D capturadas previamente.

Verificar la precisión para CAD

Una vez digitalizado el objeto, se puede comparar con su representación CAD. El módulo IMInspect

ofrece un conjunto completo de herramientas de medición para hacer todo aquella medición y

comparación que se preste.

Fusión de varios conjuntos de datos

El módulo IMMerge permite realizar automáticamente la fusión de un conjunto de imágenes 3D

previamente alineadas, reduciendo a la vez el ruido de los datos originales por un promedio de las

mediciones superpuestas.

Edición del modelo poligonal y reducción de polígonos

Los módulos IMMEdit e IMCompress proporcionan un conjunto completo de avanzadas

herramientas de edición para personalizar los modelos poligonales. Con el módulo IMMEdit se

pueden generar archivos en formato estereolitográfico (STL)

IMView

Este visor gratuito nos da la posibilidad de ver los modelos poligonales.

IMALIGN

82

82

3. IMALIGN 3.1 Interfaz

En la siguiente figura se muestra el aspecto que tendría la interfaz del módulo IMAlign:

El manejo del ratón sería el siguiente:

83



3.2 Importación de imágenes 3D

Desde el comando “File > Import > Point Clouds” podremos acceder a la importación de cualquier elemento

susceptible de ser importado, compatible con los formatos del software:

3.2.1 Importar Modelos Poligonales

El comando Import Polygonal Model [File] muestra el navegador de Polyworks para la importación de

modelos poligonales.

3.2.2 Administrar Proyectos IMAlign

Un proyecto de IMAlign contiene información acerca de las imágenes individuales en 3D en un proyecto,

incluyendo la matriz de transformación de imagen que transforma la imagen del sistema local de coordenadas

en el sistema de coordenadas globales.

El menú [File] proporciona acceso a las operaciones que permiten:

Abrir e importar un Proyecto IMAlign al módulo de IMAlign.

Guardar el conjunto actual de imágenes en 3D a un Proyecto IMAlign.

3.2.3 Crear y abrir un Proyecto IMAlign

IMALIGN

84

84

El comando New Project [File] permite crear un proyecto nuevo IMAlign. Se elimina el actual conjunto de

objetos de la aplicación para crear un conjunto completamente nuevo. Si los cambios no guardados se han hecho

al proyecto IMAlign actual, una ventana de advertencia aparecerá para sobrescribir o cancelar la operación.

3.2.4 Guardar un Proyecto IMAlign

Dos comandos en el menú [File] permiten salvaguardar los avances en los proyectos:

Save Project:

Guarda el actual Proyecto IMAlign en su espacio de trabajo asociado, previamente definido.

Para ello, aparecerá el siguiente cuadro de diálogo para seleccionar el destino donde se almacenará el

trabajo:

3.3 Modos de selección

3.3.1 Selección de objetos

El submenú “Select>Objects” ofrece varios métodos de selección:

All: Selecciona todos los objetos.

Invert: Cambia el estado de la selección actual de los objetos. Los objetos seleccionados se convierten

en no seleccionados y viceversa.

None: Deselecciona todos los objetos.

85



Interactively: Permite seleccionar objetos en el panel de Escena 3D dentro de un rectángulo

seleccionado previamente.

3.3.2 Selección de elementos

El submenú “Select>Elements” ofrece varios métodos de selección:

All: Selecciona todos los elementos.

Invert: Cambia el estado de la selección actual de los elementos. Los elementos seleccionados se

convierten en no seleccionados y viceversa.

None: Deselecciona todos los elementos.

Interactively: Permite seleccionar elementos en el panel de Escena 3D dentro de un rectángulo

seleccionado previamente.

3.3.3 Selección de imágenes

El submenú “Select>Images” ofrece varios métodos de selección de imágenes 3D:

All: Selecciona todas las imágenes 3D.

Invert: Cambia el estado de la selección actual de las imágenes 3D. Las imágenes 3D seleccionadas se

convierten en no seleccionados y viceversa.

None: Deselecciona todas las imágenes 3D.

Hidden: Selecciona todas las imágenes 3D ocultas.

Locked: Selecciona todas las imágenes 3D cuya matriz esté bloqueada.

Ignored: Selecciona todas las imágenes 3D las cuales se encuentren “ignoradas”.

From Elements: Selecciona todas las imágenes 3D las cuales tengan al menos un punto seleccionado.

3.4 Modos de visualización

3.4.1 Ocultar objetos y elementos

El comando “View > Hide” ofrece operaciones que ocultan los objetos seleccionados o elementos:

Objects: Oculta los objetos seleccionados.

Point Cloud Points: Oculta los puntos seleccionados de las nubes de puntos.

Estos puntos sólo están disponibles cuando una nube de puntos se está procesando en la importación,

antes de ser transformado en una o más imágenes en 3D.

Triangles: Oculta los triángulos seleccionados de los modelos poligonales.

3.4.2 Restauración de la visibilidad de los objetos y elementos

El comando “View> Restore” ofrece operaciones que restauran la visibilidad de los

objetos ocultos o elementos:

Objects: Restaura la visibilidad de los objetos seleccionados.

Point Cloud Points: Restaura la visibilidad de los puntos de la nube de puntos ocultas, típicamente en el

contexto de procesamiento de nubes de puntos de importación para crear imágenes en 3D.

Triangles: Restaura la visibilidad de triángulos ocultos para determinados modelos poligonales.

IMALIGN

86

86

3.4.3 Mantener los objetos y elementos visibles

El comando “View> Keep” ofrece las siguientes operaciones:

Objects: Mantiene sólo los objetos seleccionados visibles.

Point Cloud Points: Mantiene sólo los puntos seleccionados de nubes de puntos visibles.

Triangles: Mantiene sólo los triángulos seleccionados visible.

3.4.4 Alternar la visibilidad de los objetos y elementos

El comando View > Toggle Visibility ofrece operaciones que permiten invertir la visibilidad del

estado de los objetos o elementos:

Objects: Invierte el estado de visibilidad de los objetos seleccionados. Objetos visibles se ocultan, y

objetos ocultos se hacen visibles.

All Objects: Invierte el estado de visibilidad de todos los objetos. Objetos visibles se ocultan, y se hacen

visibles los que estaban ocultos previamente.

All Point Cloud Points: Invierte el estado de visibilidad de todos los puntos de la nube de puntos. Puntos

de la nube de puntos que eran visibles se ocultan y viceversa.

All Triangles: Invierte el estado de visibilidad de todos los triángulos. Triángulos visibles se oculta y

viceversa.

3.4.5 Vistas estándares específicas

El submenú “View > Standard View” contiene un conjunto de comandos estándar relacionados con las

transformaciones rígidas y los tipos de proyección:

View +x / View –x: centra los objetos seleccionados en el panel 3D SCENE y hace que el

positivo / negativo del eje X apuntan hacia el usuario.

View +y / View –y: centra los objetos seleccionados en el panel 3D SCENE y hace que el

positivo / negativo del eje Y apuntan hacia el usuario.

View +z / View –z: centra los objetos seleccionados en el panel 3D SCENE y hace que el

positivo / negativo del eje Z apuntan hacia el usuario.

El submenú Ver> Center ofrece otras operaciones que centrar objetos en la escena 3D:

Objects: centra objetos seleccionados en la escena 3D.

All Objects: centra los objetos visibles en la escena 3D.

3.4.6 Modificación de la posición y orientación de la escena 3D

A través del uso del ratón, se puede modificar tanto la posición como la orientación de una forma muy intuitiva,

como se ha descrito anteriormente. Existe además un menú que ofrece el control pormenorizado de las

transformaciones de la escena a través del ratón:

87



Todas las operaciones

Solo rotación

Solo traslación Solo zoom

Solo caja de zoom Solo rotación sobre un eje

3.5 Alineamiento

Los distintos modos de alineamiento son los siguientes:

Split View Alignment

One Point Pair for Alignment

N Point Pair for Alignment

Las formas de alinear se detallarán en las secciones a

continuación:

Split View Alignment

El modo de visualización interactiva Split View Alignment permite alinear manualmente las imágenes 3D

seleccionadas en el árbol de objetos.

Cuando un nuevo conjunto de

imágenes 3D es añadido al

proyecto original, la opción de

alineado manual se habilita

automáticamente, pudiéndose, en

todo caso, disponer de él en cualquier otro

momento.

Como se puede ver en la imagen, la pantalla

principal se dividiría en dos. Reflejando cada una de

ellas los subconjuntos tanto del proyecto original

como el conjunto de imágenes 3D importados.

One Point Pair for Alignment

IMALIGN

88

88

Se puede generar una alineación precisa entre dos conjuntos de imágenes 3D, haciendo coincidir

un par de puntos entre los dos conjuntos de imágenes. Todos los puntos de referencia de las

imágenes seleccionadas en 3D son automáticamente ignorados y por lo tanto, no constituyen

restricciones de alineación.

Para realizar la alineación, el procedimiento a seguir es el siguiente:

1. Compruebar el estado de la selección de imágenes 3D del árbol de objetos. Cuando una imagen 3D

se añade, o un grupo de imágenes 3D se inserta, todas las imágenes existentes son automáticamente desactivadas

y las imágenes que acaba de agregar se seleccionan.

2. Seleccionar el comando One Point Pair Alignment.

Al entrar en el modo, el tipo de proyección actual es memorizada y el tipo de proyección perspectiva se aplica

automáticamente para permitir transformaciones a lo largo del eje Z (zoom). El usuario puede cambiar el tipo

de proyección. Al salir de este modo, el tipo de proyección se memoriza automáticamente al volver a aplicarlo.

3. Hacer clic en dos puntos correspondientes en las vistas izquierda y derecha. La barra espaciadora,

presionada, puede emplearse para salir temporalmente del modo y realizar rotaciones y traslaciones que se

aplicarán a los dos conjuntos de imágenes 3D. Al presionar la barra espaciadora de nuevo, se vuelve al modo de

alineación.

Tan pronto como el segundo punto se fija, el conjunto de imágenes seleccionadas se traduce automáticamente

en un modelo 3D basado en los puntos iguales y entonces comienza el algoritmo iterativo de alineación.

4. Si la alineación tiene éxito, significa que el algoritmo iterativo de alineación de la imagen ha

convergido a una solución precisa. Las imágenes 3D seleccionadas se bloquean automáticamente. De manera

que se pueden seguir añadiendo nuevas Imágenes 3D.

Si la alineación automática falla, aparece un mensaje que indica el resultado. En este caso, se puede alinear de

nuevo las imágenes 3D.

N Point Pair for Alignment

Con esta opción se puede identificar varios pares de puntos para generar una alineación lo más

aproximada de un conjunto de imágenes en 3D.

La escena 3D se divide en dos. Las imágenes 3D seleccionadas se muestran en la ventana de

la derecha, mientras que el resto de imágenes 3D en modo visibles se muestran en la ventana

de la izquierda.

3.6 Best-Fit

La herramienta de Best-Fit funciona como un algoritmo iterativo que calcula una alineación óptima,

reduciendo al mínimo las distancias entre las imágenes 3D. Con cada iteración, el algoritmo

multiplica cada matriz de transformación de imágenes 3D por la matriz de transformación

incremental que mejora la alineación de las imágenes con respecto a las otras imágenes 3D. Esta

matriz incremental se calcula utilizando una relación lineal de mínimos cuadrados.

Hay que tener en cuenta una serie de aspectos:

La necesidad de un solapamiento mínimo entre cada imagen 3D.

El segundo aspecto clave del método es que al menos una imagen 3D debe estar bloqueada mientras se

ejecuta el proceso iterativo. La matriz de transformación de una imagen 3D bloqueada no se modifica

89



por la técnica de alineación iterativa. Para bloquear las imágenes seleccionadas en 3D, elija el comando

EDIT LOCK, seleccionando con el botón derecho del ratón sobre la imagen 3D.

3.7 Overlapped

Cuando se usan métodos de reducción de solapamiento, se combinan dos criterios para definir la calidad de los

puntos de la imagen en 3D:

El ángulo de visión de todos los puntos de la imagen 3D.

Paso de interpolación de una imagen 3D. Cuanto menor sea el paso, mejor será la calidad.

Hay que tener en cuenta con respecto al conjunto de datos de la red esférica, que los puntos situados más cerca

del digitalizador tienen un paso de interpolación más pequeños y por lo tanto mayor calidad. En este caso, la

distancia de punto a digitalizador es utilizada indirectamente como una métrica de calidad.

El comando Reduce Overlap permite reducir el solapamiento entre las imágenes 3D no ignoradas

en el proyecto. En el momento de la reducción se trabajará con una serie de parámetros:

Máxima distancia.

Especifica la distancia en 3D para detectar áreas de solapamiento. El valor por defecto es de 2,0 mm.

Número máximo de imágenes superpuestas.

Garantiza un número máximo de superposición de imágenes 3D. El valor por defecto es 10.

Número de capas se superponen.

Establece el ancho de la banda para la superposición entre imágenes 3D adyacentes. Se recomienda un valor de

5 para proyectos que vayan directamente al módulo de mallado IMMerge, o bien un valor de 2 para aplicaciones

de inspección.

Reducción de solapamientos (Overlap reduction).

Este parámetro a su vez nos ofrecerá dos métodos de reducción de solapamiento:

o Best-Data (STD) - Se aplica una operación de reducción de solapamientos estándar de todas

las imágenes no ignoradas.

o Best-Data (Extreme) - Se aplica una operación de reducción de solapamientos extrema de todas

las imágenes no ignoradas. Esta opción es adecuada cuando hay un alto grado de solapamiento.

IMALIGN

90

90

Optimizar la velocidad de submuestreo

Parámetro que permite que los puntos a analizar que se encuentren en regiones apropiadas aumenten la velocidad

de procesamiento. La calidad de los puntos que se conserva puede que no sea tan bueno si esta opción no se

encuentra habilitada, aunque en muchos casos la diferencia es insignificante. La casilla está desactivada por

defecto.

91



4. IMMERGE Hay varias formas de abrir el módulo de IMMerge dentro del espacio de trabajo o WORKSPACE que incluye

la especificación de un proyecto de entrada IMAlign que esté en el área de trabajo activa:

5. Seleccionando un proyecto de IMAlign y haciendo clic en Create a Polygonal Model en el panel del

asistente de la parte derecha del WORKSPACE.

6. Seleccionando un proyecto de IMAlign y haciendo clic en el botón Inicio del módulo IMMerge.

7. Arrastrando un proyecto IMAlign hasta el icono de IMMerge de la barra de herramientas.

8. O bien haciendo clic con el botón derecho del ratón sobre un proyecto de IMAlign y activando la opción

Merge with IMMerge.

También se puede abrir el módulo de mallado sin especificar un proyecto de entrada IMAlign:

Haciendo clic en el botón Inicio del módulo y arrastrando a posteriori el proyecto IMAling.

5.1 Interfaz

En esta sección se describe la interfaz de IMMerge y se explica cómo usarla.

IMMERGE

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92

Como podemos ver en la imagen anterior, la interfaz está compuesta por tres áreas. La primera área, la ventana

de parámetros, controla el proceso de fusión:

Ésta permite especificar los parámetros utilizados para generar un modelo poligonal a partir de un

proyecto IMAling.

Las otras dos áreas son opcionales y son controladas por elementos de la sección avanzada de la ventana de

parámetros:

Cuando la casilla Show 3D Progress está activada, la escena 3D está abierta. El progreso se muestra

mediante un esquema de color simple: la parte del modelo que no ha sido procesada se muestra en rojo,

la parte del modelo se está procesando se muestra en amarillo, y la parte del modelo que ha sido

procesado que se muestra es en verde.

Cuando la casilla Show Text Output se encuentre activada, el área de comentarios de texto se mostrará

durante el progreso. IMMerge reporta los informes de los avances del proceso de mallado en forma de

texto, proporcionando la información en tiempo real al estado de cada trabajo de fusión. Si la operación

de fusión no es de éxito, la información contenida en esta área se puede utilizar para el proceder a su

diagnóstico.

Al iniciar el módulo de IMMerge, puede que haya especificado un proyecto IMAlign. Si no es así, puede

arrastrar un proyecto IMAlign del espacio de trabajo activo a una sesión de IMMerge que ya está abierta. Si el

proyecto IMAlign no está en el workspace, elija el comando de importación del Administrador de PolyWorks

del desplegable File, y luego arrastrelo a la interfaz de IMMerge.

Cuando un proyecto de IMAlign se emplea para ser proceso en IMMerge, el PolyWorks hace una copia del

proyecto, la cual se emplea para el proceso de mallado. Esto libera al proyecto IMAlign para otros usuarios que

deseen hacer uso de ella.

Una vez que los parámetros de creación del modelo se han especificado, se puede indicar dentro de la interfaz

de IMMerge que abra automáticamente el módulo IMEdit para proceder al posterior tratamiento de la malla, en

el caso de mallado de éxito.

5.2 Ajuste de parámetros

Por un lado se dispondrán de una serie de parámetros básicos y por otro nos podemos encontrar parámetros más

avanzados.

Al iniciar el módulo de IMMerge, ciertos valores se leen directamente desde el proyecto de entrada IMAlign.

Pudiéndose cambiar los valores del parámetro si se estima oportuno. Estos son los conocidos como parámetros

básicos:

El proyecto de entrada IMAling

IMMerge calcula una malla poligonal de alta resolución de un conjunto de imágenes en 3D alineadas por

IMAlign y se guarda como un modelo poligonal recogido dentro del árbol de workspace.

El nombre de salida del proyecto

Por defecto el módulo da un nombre de salida al modelo resultante, sin embargo éste puede ser modificado de

manera automática al instante. No utilizando nunca los siguientes caracteres "/" y "\".

Nivel de suavizado (Smothing Level)

93



IMMerge ofrece la posibilidad de suavizar la malla a distintos niveles con el objetivo de reducir el impacto de

ruido de la digitalización. En base a ello, el módulo ofrece cuatro niveles de suavizado: Bajo, Medio, Alto y

Ninguno.

Distancia máxima entre dos superficies superpuestas (Meshing: Max distance)

La distancia máxima define una distancia máxima aceptable 3D entre la superposición de dos superficies

pertenecientes a dos imágenes distintas en 3D.

Es utilizado por IMMerge para detectar coincidencias en el conjunto de imágenes en 3D. Esta detección es

esencial para reconstruir una representación de superficie no redundante en cada parte del objeto. El valor debe

ser lo suficientemente grande para detectar toda la superficie real de superposiciones.

El paso de muestreo de superficies (Meshing: Surface Sampling Step)

En los modelos poligonales generados por IMMerge, la densidad de los vértices de la malla es casi constante,

como puede verse en la figura siguiente. La densidad se determina mediante el parámetro Surface Sampling

Step, el cual mostrará el valor promedio del paso de interpolación para cada archivo de imagen en 3D en el

Proyecto IMAlign.

La imagen de la izquierda muestra dos redes superpuestas procedentes de la alineación de diferentes imagenes. Una vez que

se ha aplicado el módulo IMMerge(imagen de la derecha), la densidad de los vértices de la malla es casi constante.

La Desviación Estándar (Meshing: The Standard Desviation)

El valor de la desviación estándar se obtiene a partir de la entrada de un proyecto IMAlign, durante el proceso

de alineamiento que se lleva a cabo previo al mallado.

Si no se realizó una operación de alineación previamente, el módulo propone un valor de 0,05 por defecto.

Valor siempre sustituible también por la desviación estándar del digitalizador (σ) que capturó las imágenes.

Este valor se convierte en el nuevo valor por defecto la próxima vez que se lleve a cabo el módulo IMMerge.

A continuación se describen los parámetros avanzados que ofrece el módulo de mallado de Polyworks:

IMMERGE

94

94

IMMerge ofrece la posibilidad de suavizar el modelo poligonal generado con el objeto de reducir el impacto del

ruido de la digitalización. El algoritmo de suavizado puede preservar los bordes y las regiones de alta curvatura.

Existen dos elementos de control del algoritmo de suavizado. El primero de ellos es el “radius”, el cual permitirá

especificar la distancia en 3D (una esfera) alrededor de un vértice para el filtro de suavizado. A mayor radio

aumenta los efectos de suavizado, y permite que el ruido se reduzca más. El parámetro Smoothing Level ofrece

tres opciones: Bajo, Medio y Alto, opciones que establecen el valor de Radio, respectivamente, 2, 3 o 4 veces el

valor de Surface Sampling Step (paso de la superficie de muestreo).

Por otro lado, nos encontramos la tolerancia la cual permite definir una desviación máxima entre un vértice

suavizado y su posición original. El valor de la tolerancia debe ser lo suficientemente grande como para filtrar

los datos en las regiones sin problemas, pero lo suficientemente pequeño para garantizar la preservación de los

bordes.

Otro de los parámetros que ofrece IMMerge es la tolerancia de reducción que le permite disminuir la alta

resolución de los modelos generados. Para los modelos de gran tamaño, el uso de una pequeña superficie de

paso y tolerancia de reducción darán como resultado unos bordes de características adecuadas, mientras que se

mantiene un número razonable de triángulos en el modelos poligonal generado. El valor suele ser 1/5 la

desviación estándar del digitalizador.

La fusión de grandes conjuntos de imágenes en 3D requiere una gran cantidad de memoria del sistema. Para

reducir la cantidad de memoria RAM necesaria para llevar a cabo la tarea de la fusión, el software utiiliza una

95



estrategia que subdivide (Subdivision) el trabajo global en trabajos locales de mallado.

Por defecto, IMMerge estima que el número de triángulos que se producen sea inferior a 500.000 triángulos por

cada 128 MB de RAM. Por ejemplo, si un sistema tiene 512 MB de RAM, la subdivisión se producirá hasta que

cada modelo de triangulación local contenga menos de 2 millones triángulos.

Immerge proporciona dos parámetros para tener en cuenta este comportamiento:

Se puede especificar directamente el número máximo de triángulos que se debe generar. Para ello

activaremos la opción de Triangles Per Job.

bien, se puede especificar directamente el número de trabajos locales de mallado, empleando para ello

la opción de Merging Jobs.

A continuación nos encontramos con el parámetro Optimizing low-curvature meshing.

IMMerge ofrece la posibilidad de especificar un paso de muestreo adicional que se aplicará solamente a las

áreas de poca curvatura activando simplemente esta pestaña.

Cuando la pestaña está desactivada, la Surface Sampling Step se aplica a todas las áreas que van a ser malladas.

Para terminar este punto trataremos la gestión de la transición entre imágenes en 3D.

En las áreas de superposición de imágenes en 3D, IMMerge primero resuelve la superposición mediante el

cálculo de una malla media y luego se conecta esta malla a las imágenes en 3D correspondiente. Esto permite

una transición entre imágenes en 3D y el mallado que realiza IMMerge. El valor por defecto es 10.

IMMERGE

96

96

5.3 Proceso de mallado

Para iniciar la operación de fusión, pulse sobre el botón START.

El progreso puede seguirse en la ventana de renderizado en 3D, en el área de comentarios de texto, y por consulta

a la barra de progreso en la interfaz principal. La operación se completa cuando el botón START vuelve a estar

disponible. En las últimas líneas del área de texto se podrá leer un comentario de que dirá “IMMerge ha

finalizado con éxito”.

Para reiniciar la operación de fusión actual en cualquier momento, utilizando diferentes parámetros, pulse el

botón STOP, especifique los nuevos valores y pulse START de nuevo. Tenga en cuenta que al pulsar el botón

de STOP, un cuadro de mensaje aparece pidiendo una confirmación. Pulse el botón Sí para confirmar la

detención de la operación, o pulse el botón No para permitir que el proceso en curso pueda continuar.

El modulo se cerrará pulsando sobre el botón CERRAR, de manera que el modelo poligonal se guardará en la

rama de modelos poligonales del workspace asociado con el módulo de IMMerge con el nombre de salida que

le hayamos dado, o el que se le asigna por defecto.

97



5. IMEDIT El módulo de PolyWorks / IMEdit (IMEdit) ofrece un conjunto completo de herramientas de edición avanzada

en modelos poligonales.

En esta sección se ofrece una visión general del módulo IMEdit. En él se describen los tipos de modelos

poligonales que pueden ser procesados. A continuación se describe el concepto de un proyecto de IMEdit, los objetos de un proyecto, los modos básicos ofrecidos por IMEdit, y un enfoque como el uso de realizar operaciones.

Para iniciar el software Polyworks/Imedit, haremos doble click en el icono Polyworks ubicado en nuestro

escritorio. Nos aparecerá la siguiente ventana:

Diferentes módulos existentes en

Polyworks Opciones disponibles dependiendo

del módulo elegido

IMEdit

98

98

Son los propios modelos poligonales que se están editando. Cada modelo poligonal

está formado por un conjunto de triángulos y vértices. Si algún modelo contuviera información de textura,

existirían ciertas restricciones en las operaciones cuyo objeto sea la creación o agrupación de triángulos.

Los modelos NURBS pueden ser importados como *.IGES y *.STEP. IMEdit

también ofrece herramientas que permiten crear y editar modelos NURBS. Un modelo NURBS puede ser creado

a partir de superficies NURBS que se derivan de los parches NURBS.

Curvas de Bézier.

99



Las superficies o “parches” NURBS son objetos que se crean a partir de las curvas definidas. Se utilizan para

adaptarse a superficies (Ingeniería Inversa) en los modelos poligonales. Las superficies NURBS se pueden

utilizar para crear modelos NURBS y se pueden exportar a formato *.IGES y *.STEP.

Superficies de Bézier

Las primitivas se extraen y se ajustan sobre los modelos poligonales. Para cada entidad se extraen y ajustan, se

crea una nueva primitiva. Hay dos tipos de primitivas: planos, ejes de planos y puntos.

Una sección se genera al cortar un modelo poligonal con un plano.

Las nubes de puntos o Points Clouds son un conjunto de puntos que conforman la superficie del objeto a tratar.

Son el paso previo al modelo poligonal. Dichos puntos son los que se unirán formando triángulos, convirtiéndose

en una malla o Polygonal model.

El menú Edit del módulo IMEdit ofrece comandos que permiten deshacer determinadas operaciones que fueron

previamente realizadas.

Desha

cer descripción_operación: deshace la última operación realizada. En el campo descripción_operación describe

la operación exacta realizada. Los siguientes tipos de operaciones se pueden deshacer en el módulo IMEdit*:

OPERACIÓN DESCRIPCIÓN

Align Operaciones de alineación

Delete Operaciones de eliminación de objetos

Edit Operaciones de edición

Manual Alignment Operaciones de alineado interactivo realizadas

usando el cuadro de diálogo Manual Alignment

Select Operaciones de selección de elementos

Transformation Operaciones de transformación (rotación o

traslación)

IMEdit

100

100

OPERACIÓN DESCRIPCIÓN

View Operaciones de visibilidad realizadas sobre

elementos o grupos de triángulos.

*: Si realizamos cualquier operación de las indicadas en la tabla, y realizamos un movimiento de

rotación/traslación, debemos primero deshacer el movimiento aplicado pulsando el icono y luego

pulsamos el icono Undo .

5.1 Interfaz

Tal y como se muestra en la figura siguiente, la interfaz de usuario ofrece una barra de menús, una barra de

herramientas de iconos standard, una barra de estado, y algunos paneles acoplables. El árbol ofrece una visión

en la que podemos ver los distintos elementos, en orden de jerarquía, que tenemos en un proyecto. La ventana

en la que se muestran los modelos 3D ofrece un renderizado 3D en la que se pueden ver los objetos. La barra de

estado indica, mediante mensajes, el estado de la aplicación y el nombre de los modos que están interactuando

por el usuario.

Los elementos existentes en la interfaz gráfica de usuario son completamente personalizables realizando un

layout según Window>Visual Layout.

101



Barra

Menú

Barra

Herramientas

standard

Gestión

Polyworks

Edición de

polígonos Creación de

NURBS y edición

Modo activado

Elementos seleccionados

Unidades métricas

Barra de

Selección

Barra de estado

Estado de las operaciones

Información sobre

herramientas

IMEdit

102

102

Barra Principal:

Existen doce menús en la barra principal

MENU DESCRIPCIÓN

File En él encontramos herramientas para abrir,

guardar, importar y exportar.

Edit

Ofrece operaciones de edición. Ciertas

operaciones se aplican a todos los objetos, como

la eliminación de objetos, mientras que las demás

operaciones son específicas para ciertos objetos.

Select Ofrece operaciones para la selección de objetos y

elementos de objetos

View

Ofrece operaciones para especificar la posición o

visibilidad de los objetos que aparecen en la

ventana. También ofrece un mapeado Zebra.

Polygons

Ofrece operaciones que permiten crear, editar e

inspeccionar los modelos poligonales. Incluyen

operaciones que permiten eliminar errores

topológicos, editar grupos, normales e

información de textura, y operaciones en

triángulos y vértices.

NURBS Patches Ofrece operaciones que permiten crear y editar

parches y modelos NURBS

Solids Ofrece herramientas para crear bocetos

paramétricos 2D.

Tools

Permite modificar las opciones de los módulos,

incluídas las opciones generales (unidades,

configuración del proyecto), nombres por

defecto, opciones de display, etc. También

permite cambiar la configuración del usuario.

Window

Controla el display del menú de diálogo

contextual y los paneles acoplables. Permite crear

macros, personalizar y guardar layouts. Permite a

su vez capturar la escena.

Help

Ofrece documentación en línea para el módulo, y

permite iniciar el Asistente de Ayuda para

reportar problemas.

103



IMEdit

104

104

Barra de herramientas standard:

En la que por defecto aparecen 23 iconos:

ICONO OPERACIÓN

Crear archivo nuevo de IMEdit

Abrir archivo polyworks

Guardar archivo

Deshacer operación

Deshacer últimos movimientos para deshacer la última operación

Rehacer

Parámetros contextuales

Opciones IMEdit

Gestión Polyworks

Creación y edición básicas de triángulos

Creación y edición avanzada de triángulos

Edición de vértices

Creación de parches NURBS

Edición de parches NURBS

Adaptación de parches NURBS

Creación y edición de modelos NURBS

Creación de curvas

Edición de curvas

Creación de superficies

Edición de superficies

Creación y edición de planos

Creación y edición de puntos

Creación de secciones

105



Barra de herramientas de estado:

El área de la barra de estado, situada en la parte inferior de la interfaz gráfica de usuario como se muestra en la

siguiente, se divide en un área a la izquierda y un área a la derecha.

La zona reservada para la información sobre herramientas se muestra a la izquierda y el estado de las operaciones

(por ejemplo, Lista).

El área a la derecha es el área de notificación. Cada uno de los iconos que muestra tiene su propio recuadro

informativo. Un icono puede mostrar la información (por ejemplo, el modo actual o las unidades actuales de

longitud) y sobre ciertos iconos se puede hacer clic para acceder a accesos directos a las herramientas de las

partidas (por ejemplo, el acceso a la página General del cuadro de diálogo Opciones de IMEdit que permite

definir la unidades de longitud para el proyecto). Consulte la tabla siguiente para una descripción de los iconos

que pueden aparecer a la derecha en la barra de estado, una breve descripción del capítulo, y una referencia al

lugar donde la información completa se puede encontrar.

ICONO Y RECUADRO DESCRIPCIÓN

El nombre del modo que se está usando

Contenido de los tres primeros niveles jerarquicos

de estructura

Las unidades actuales de longitud. Al hacer clic

derecho en el icono aparece una lista que muestra

las unidades disponibles y la actual unidad de

longitud (tiene una marca de verificación), y

permite hacer clic en una nueva unidad de

longitud. Haga doble clic en el icono, se abre la

página General del cuadro de diálogo Opciones

de IMEdit que permite cambiar las unidades de

longitud.

Árbol de operaciones

El árbol de operaciones muestra los objetos contenidos en el proyecto. Por defecto, se organiza por pestañas con

el panel de la zona de diálogo a fin de permitir el máximo espacio para el panel de escena 3D. En ciertas

circunstancias, el panel de vista de árbol es llevado automáticamente en la parte superior del panel de la zona de

diálogo. Por ejemplo, cuando un cuadro de diálogo se cierra y el panel de diálogo se vacía, el panel de vista de

árbol se lleva en la parte superior de la misma.

Los objetos creados aparecen en el panel de vista de árbol. Se colocan en categorías lógicas, el objeto más alto

que el propio proyecto. Como resultado, los objetos pueden ser rápidamente localizado y seleccionar fácilmente

a gestionar (por ejemplo, oculto) o como entrada para ciertas operaciones. Los menús contextuales son ofrecidos

por hacer clic derecho mayoría de los objetos y las ramas del árbol de objetos, por lo que es fácil de aplicar

operaciones a objetos específicos, o los objetos agrupados en una rama.

IMEdit

106

106

5.2 Selección de objetos

Se pueden seleccionar elementos de dos maneras distintas: presionando el icono Select Elements en la

barra de herramientas o bien, presionando la barra espaciadora. Una vez que se accede, el cursor se transforma

en una cruceta. No es posible transladar o rotar modelos 3d poligonales mientras estamos en este modo. Para

salir podemos hacerlo bien pulsando sobre el icono Select Elements , pulsando la barra espaciadora o bien

presionando la tecla ESC.

Para seleccionar, se puede elegir si se quieren seleccionar solo los triángulos visibles de una posición en concreto

del modelo, los triángulos no visibles todos los triángulos englobados en la selección. Para ello elegimos uno de

los tres iconos siguientes:

Para dibujar una región de selección se puede hacer de la siguiente manera:

1. Dibujando una polilínea pulsando CTRL+Scroll. Con este tipo de selección se puede elegir entre

seleccionar triángulos visibles de los no visibles.

2. Dibujar un trazado a mano alzada pulsando solo el scroll del ratón. En este modo de selección si nos

permite elegir lo que queremos seleccionar.

Seleccionar triángulos visibles

Seleccionar triángulos no visibles

Seleccionar todos los triángulos, tanto

visibles como no visibles

107



5.3 Cerramiento de agujeros

Es posible cerrar agujeros de modo interactivo. Las herramientas disponibles detectan límites de agujeros sobre

el modelo poligonal y ofrece un modo interactivo que permite la selección de todos los límites de los agujeros

para que sean limpiados o cerrados a posteriori.

Para poner en marcha la operación se debe picar sobre el icono Click & Fill Holes.

El cuadro de diálogo que se activará mostrará las siguientes opciones:

Operation:

Fill

Da la posibilidad de cerrar todos los agujeros vecinos a los límites seleccionados. Cerramiento que se podrá

realizar activando la opción de curvatura o bien la opción de plano.

Clean

Da la posibilidad de limpiar los agujeros seleccionados. Se activa automáticamente la opción de seleccionar el

número de capas a ser eliminadas.

Clean and Fill

Esta opción nos da la posibilidad de limpiar los agujeros seleccionados y cerrarlos. En este caso se habilitará

tanto el método de cerramientos de agujeros (por curvatura o por plano), como el número de capas a ser

limpiadas.

Para cada una de las opciones anteriores se nos desplegará un conjunto de herramientas distintas (Fill/Clean

Mode), a emplear en el caso de que queramos realizar uno u otro de tipo de cerramiento o limpiado.

IMEdit

108

108

Fill/Clean Mode

Single Boundary Hole

Este botón está disponible para las operaciones de Fill, Clean y para Clean and Fill. Pone en marcha un

modo interactivo de limpiar o cerrar agujeros de uno en uno.

Multiple boundary holes

Este botón está disponible para las operaciones de Fill, Clean y para Clean and Fill. Pone en marcha un modo

interactivo de limpiar o cerrar agujeros de manera múltiple, es decir, seleccionando varios agujeros de una sola

vez.

Partial hole filling

Esta opción tan sólo está disponible para la operación de Fill. Su funcionamiento es de manera

que realiza un cerramiento seleccionando tres puntos de un agujero.

Gap filling

Esta opción tan sólo está disponible para la operación de Fill. Su funcionamiento es de manera que

realiza un cerramiento seleccionando cuatro puntos de un agujero.

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Cylindrical gap filling

Esta opción tan sólo está disponible para la operación de Fill. Su funcionamiento es de manera que realiza

un cerramiento seleccionando cuatro puntos de un agujero, para el caso de superficies con curvatura.

Fillet and surroundings filling

Modo avanzado para realizar operaciones de Fill.

Precise cleaning

Dentro de Clean: Opción avanzada para la limpieza de agujeros. Seleccionando un punto de la

malla se limpiará automáticamente todo lo que tiene alrededor.

110

110

5.4 Exportación de archivos

El comando Polygonal Models (File> Export Objects) permite exportar uno o más modelos poligonales en un

solo archivo.

A la hora de exportar un archivo se desplegará un cuadro de diálogo en el que habrá que indicar una serie de

especificaciones tales como:

Lugar donde guardar el archivo.

Nombre del archivo.

Tipo de archivo a exportar.

Los distintos archivos a los que podemos exportar son:

111



ANEXO 2: INFORME TÉCNICO[2]

INFORME DE EQUIPO

IDENTIFICACIÓN

Equipo / Sistema: Sistema de digitalización 3D SIDIO PRO ADVANCE

Marca: NUB3D

Modelo: TRIPLE V2.0

UBICACIÓN:

FAICO: centro de innovación y tecnología

1. MONTAJE

1.1 Relación de componentes

1.2 Instrucciones y especificaciones (características técnicas)

1.3 Medidas de seguridad y mantenimiento (y equipos de protección del usuario)

1.3.1 Obligatorias

1.3.2 Recomendables

1.3.3 Mantenimiento

1.4 Material complementario

1.4.1 Necesario

1.4.2 Recomendable

2. PUESTA EN MARCHA

2.1 Requisitos

2.1.1 Alimentación (red, baterías, …)

2.1.2 Otros

Anexo 2: Informe Técnico[2]

112

112

2.2 Toma de datos/medidas:

2.2.1 Hojas / fichas / formularios, incluyendo

- diseño de tablas y esquemas para anotar resultados

- diseño de croquis / esquemas geométricos / patrones para medidas (Ej.: recintos medidos, geometría / condiciones de iluminación, posición de los sensores y de las figuras fotografiadas, …).

Notas: 1. La definición precisa y correcta de las condiciones de medida es muy importante para

garantizar su reproducibilidad y permitir comparaciones y análisis absolutos y relativos. 2. Debe prestarse especial atención a los rangos de escalas y unidades de medida.

2.2.2 Ficheros

2.2.2.1 Datos

2.2.2.2 Imágenes

2.2.2.3 Otros (plantillas/macros de hojas de cálculo, …)

2.3 Consideraciones adicionales

2.3.1 Uso

2.3.2 Limpieza

2.3.3 Almacenamiento

2.3.4 Transporte

3. CALIBRACIÓN

3.1 Certificados 3.2 Procedimientos

4. EJEMPLO DE USO

2.1 Aplicaciones

4.1.1 Ejemplo 1

- Objetivo

- Instrucciones / Secuencia de pasos 4.1.2 Ejemplo 2

- Objetivo

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- Instrucciones / Secuencia de pasos 4.1.3 …

4.2 Cálculos y análisis de las medidas / datos

5. DOCUMENTACIÓN Y REFERENCIAS

5.1 Documentación del fabricante

5.1.1 Impresa

5.1.2 Ficheros (pdf, …)

5.1.3 Online

5.1.3.1 Web, FAQs, tutoriales, …

5.1.3.1 Blogs/foros del fabricante

5.2 Complementaria

5.2.1 Impresa (libros, …)

5.2.2 Web (tutoriales, …)

5.2.3 Blogs/foros de usuarios 5.2.3 Otros


114

114

1. MONTAJE

1.1 Relación de componentes

Material Nub3d

Sidio XR s/n : 11230029

2 Polarizadores para cabezal Sidio XR

Mando a distancia para cabezal Sidio XR

Manguera Sidio XR

Guía THK 200

Área 500

Funda Área 500

Área 300

Funda Área 300

Área 200

Funda Área 200

Área 100

Funda Área 100

Lente F28

2 Polarizadores para lente F28

Cable Serie-USB para Guía THK 200

Cable alimentación Guía THK 200

Ordenador Nub3d totalmente configurado (Elementos Hardware principales) :

o Intel Pentium i7

o 4GB de RAM

o Tarjeta Intel PRO 1000

o Tarjeta Gráfica Geforce GTX 550 Ti

o Tarjeta Gráfica Geforce 210

USB dongle Triple

USB dongle Matrox 9 s/n : BM51721

Adaptador DVI-VGA

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1.2 Instrucciones y especificaciones (características técnicas)

2. Especificaciones Generales del cabezal SIDIOPro

Técnica de medida

Triangulación por luz blanca estructurada

Sistema de escaneado de área

Modulación del haz de luz mediante chip DLP. Sin existencia de elementos mecánicos

Potencia de iluminación

Permite trabajos en exteriores

Control del espectro de emisión. (eliminación bandas UV-IR)

Potencia maxima 3000 ANSI lúmenes (regulables)

Superficies a escanear Soporta superficies con diferentes colores (Policromías) y superficies plásticas sin necesidad de matizarlas

Color Posibilidad de capturar el color de la superficie escaneada

Ópticas Ópticas industriales Schneider-Kreuznach de baja distorsión precalibradas de fábrica

Velocidad de adquisición 3 segundos

Estructura Diseñado en fibra de carbono para garantizar bajo peso y gran estabilidad térmica y dimensional

Cable 7 metros / 10 metros. (Un único cable de conexión)

Conexión directa a PC Transferencia directa de datos al PC. Visualisación en tiempo real de los resultados del escaneado sin necesidad de registros posteriores

Conexión Ethernet El modelo SidioPro dispone de una conexión Ethernet para la transferencia de datos con el PC

Especificaciones Técnicas - SidioPro

Peso 7.9 Kg

Número de puntos (1) 1.400.000

Volumen 1 Volumen 2 Volumen 3 Volumen 4

Dimensiones de trabajo (2) 120x80x60 mm 200x150x90 mm 340x260x200 mm 550x390x240 mm

Ópticas 23 mm 12 mm 12 mm 12 mm

Exactitud 0,011 mm 0,015 mm 0,023 mm 0,038 mm

Precisión (1 σ) 0,006 mm 0,007 mm 0,011 mm 0,019 mm

Distancia entre puntos 0,075 mm 0,15 mm 0,25 mm 0,375 mm

Distancia de trabajo (3) 330 mm 330 mm 700 mm 1200 mm


116

116

1.3 Medidas de seguridad y mantenimiento (y equipos de protección del usuario)

1.3.1 Obligatorias

• operar el escáner sólo en un ambiente seco.

• No utilice el escáner en las zonas donde existe el riesgo de explosión.

• Las reparaciones en el escáner o componentes del sistema sólo pueden ser realizados por un centro de servicio autorizado o por el servicio post venta del dispositivo.

• No haga cambios de ningún tipo para su escáner.

• Cuando necesite remplazar la lámpara de proyección deben seguirse ciertas pautas de seguridad

Apagar el proyector con el control remoto.

Esperar a que los ventiladores de refrigeración se hayan parado.

Desconectar el enchufe de la toma de corriente.

Después, no tocar el proyector hasta transcurridos por lo menos 60 minutos. Reemplazar la lámpara antes podría causar quemaduras debido a la alta temperatura.

Si la lámpara ha finalizado su vida útil, es posible que se haya fundido.

Cuando esto ocurre, se oirá un sonido de explosión y trozos de vidrio pueden quedar esparcidos en el cartucho de la lámpara. No toque los trozos de vidrio porque podría cortarse.

• No someta a bruscos movimientos al equipo de escaneo mientras está trabajando.

• Fijar con seguridad en todo momento trípodes y elementos de fijación, el cabezal de enganche nunca debe quedar holgado.

1.3.2 Recomendables

•En primera instancia no se necesitara ningún tipo de equipo de protección, pero se recomienda que se mantenga la higiene del lugar y la suya propia en todo momento cuidada, trabajando con equipos de captación óptica, es recomendable mantener limpio todo lo relacionado con el lugar de trabajo por el bien del dispositivo.

•No es necesario especificar un cifrado de datos, pero por seguridad es preferible especificar un cifrado WEP y rellenar el campo de Clave. (Configuración en la conexión a la red)

•Se recomienda mantener todas las ópticas con su correspondiente protección en todo momento que no sean usadas.

117



1.3.3 Mantenimiento

Periódicamente limpie con un trapo húmedo los polarizadores y la lente de la cámara.

La vida útil de la lámpara de iluminación es de 1.000 horas. Pasado ese tiempo Sidio le avisará que ha de reemplazar la lámpara, pero podrá continuar digitalizando 50 horas más. Agotadas estas 50 horas, el equipo se desconectará automáticamente para evitar daños mayores debidos al envejecimiento del sistema de iluminación.

Remplazar lámpara:

PASO 1

Dar la vuelta al equipo y desmontar el soporte del equipo quitando los tres tornillos que lo fijan a la base.

PASO 2

Desmontar la pequeña tapa situada sobre la base en la zona de proyección quitando los tres tornillos que la sujetan.

PASO 3

Extraer la tapa de protección de la lámpara. Girar el tornillo que fija la tapa en el sentido contrario a las agujas del reloj hasta que gire (el tornillo no sale).

PASO 4

Extraer el cartucho de la lámpara. Para ello, girar los dos tornillos que fijan la lámpara en sentido contrario a las agujas del reloj hasta que giren (los tornillos no salen). A continuación, agarrar el asa del cartucho de la lámpara, tirar de él hacia arriba y extraer el cartucho de la lámpara.

PASO 5

Instalar el nuevo cartucho de la lámpara. Introducir el cartucho con cuidado de tal forma que el casquillo quede mirando hacia delante Girar los 2 tornillos del cartucho de la lámpara en sentido de las agujas del reloj para apretarlo.

PASO 6

Instalar la tapa de la lámpara. Primero introducir el borde delantero de la tapa de la lámpara en la ranura y después cerrar la tapa de la lámpara. Girar el tornillo de la tapa en el sentido de las agujas del reloj para apretarla

PASO 7

Volver a poner la tapa en la base del cabezal Sidio y apretar los tornillos que la sujetan.

PASO 8

Volver a poner el soporte del digitalizador y apretar los tres tornillos que lo unen a la base.

Para cualquier problema con el equipo se ruega acudir a una empresa especializada, tratar con delicadeza todos los sistemas de captación y un uso responsable de ellos junto a los puntos citados previamente deben bastar para un mantenimiento óptimo de la máquina.


118

118

1.4 Material complementario

1.4.1 Necesario

Caja de herramientas (básica, necesitaremos juego de destornillador estrella)

USB

Soporte para la pieza a escanear

Plantilla de puntos para reconomiento circular en figuras de pequeño o mediano tamaño

Spray para figuras reflectantes

1.4.2 Recomendable

Bata

Guantes

Cualquier hardware superior al que cumpla los requisitos mínimos del programa. (Gráficas, RAM, etc)

2 tarjetas Ethernet para crear una interfaz entre el terminal conectado al SIDIO y el terminal encargado del procesado con PolyWork.

2 PUESTA EN MARCHA

2.1 Requisitos

2.1.1 Alimentación (red, baterías, …)

Controladora: Alimentación a 220 V

Cabezal SIDIO: Alimentación a 220 V (enchufe monofásico)

La alimentación de la torre computacional de trabajo dependerá del dispositivo con el que trabaje el técnico.

2.1.2 Otros

Baterías o acumuladores de desecho no pueden desecharse como residuos domésticos. Cada consumidor tiene la obligación legal de disponer adecuadamente de estos artículos en oficialmente puntos designados de eliminación.

Para encender el cabezal de medida, primero alimente el cabezal encendiendo el interruptor que se encuentra en su parte inferior. Con el control remoto, encender el proyector pulsando el botón Standby. Hay que esperar alrededor de 1 minuto hasta que la lámpara del equipo se caliente y adquiera toda su potencia de iluminación.

Para apagar Sidio, tan solo debe presionarse durante unos segundos el botón Standby del mando a distancia. Deben esperarse unos minutos antes de volver a encender el equipo o apagar el interruptor de corriente. Esto es necesario para que la lámpara de iluminación se enfríe adecuadamente. De lo contrario podría dañarse.

Requisitos del sistema:

119



-Windows XP 32 bits instalado, al menos con el Service Pack 2.

-40 MB libres mínimos en la unidad en la que se vaya a instalar Triple.

-1 GB libre mínimo en la unidad en la que se vayan a realizar las copias de seguridad temporales de Triple.

-2 GB de RAM mínimas, para que el programa funcione de manera ágil.

-2 puertos PCI libres para las tarjetas de control del cabezal.

-Un puerto PCI libre para cada MML.

-Una salida USB libre para la licencia de Triple.

-Una salida USB libre para la licencia de las librerías Matrox.

-Puerto serie u otra salida USB libre para conectar el kit de calibrado.

Tarjetas a instalar:

-Tarjeta Matrox Meteor II-MC de adquisición de vídeo.

-Salida de video VGA para el cabezal.

2.2 Toma de datos/medidas:

2.2.1 Hojas / fichas / formularios

Calibración

VOLUMEN 1 VOLUMEN 2 VOLUMEN 3 VOLUMEN 4

Volumen de medida

120 x 80 x 60 mm 200 x 150 x 90 mm 340 x 260 x 200 mm 550 x 390 x 240 mm

Óptica 28 mm 17 mm 17 mm 17 mm

Exactitud 0,012 mm 0,015 mm 0,023 mm 0,038 mm

Precisión 0,006 mm 0,007 mm 0,011 mm 0,019 mm

Distancia entre puntos

0,075 mm 0,15 mm 0,25 mm 0,375 mm

Errores medios

Tipo de lente 23 mm 12 mm 12 mm 12 mm

Posición de la cámara

Posición más cercana al proyector, Ángulo 30º

Posición más cercana al proyector. Ángulo 30º

Posición más alejada al proyector Ángulo 30º

Posición más alejada al proyector. Ángulo 20º

Sistema de digitalización 3D SIDIO PRO ADVANCE

Óptica:1.4Mpixels


120

120

El nivel de exposición digital dependerá principalmente del tono y brillo de la pieza y deberemos ajustarlo a un nivel tal que el reconocimiento de la pieza sea óptimo.

En la tabla anterior hemos registrado la posición de la cámara, la lente y los niveles de precisión con los que trabajamos dependiendo de si calibramos para un volumen de trabajo u otro.

Se omiten los errores medios ya que varían dependiendo de la calidad de la calibración.

Esquema proceso:

Exportación

Captura 3D

Triangulación

Post-procesado

Mo

de

lo f

ísic

o

Prototipado

Configuración

Aplicación de Texturas

Dig

ita

liza

ció

n 3

D

Fotografías

Réplica

121



Este sería el proceso a seguir hasta conseguir un prototipo final reproducible por una maquinaria adaptada a la tecnología 3D, desde una impresora 3D, a un brazo robótico que trabaje con modelos STL.

Técnicas de tomas de escaneo según el reconocimiento de marcas de referencia:*

Sistema MML: Marcadores Mediante Luz

Permite referenciar las vistas sin ningún contacto con la pieza, ya que se basa en la proyección de marcas ópticas. Para mayor comodidad, pueden usarse dos MMLs de manera simultánea, y mediante la réplica virtual del MML pueden digitalizarse piezas grandes, aunque sean más grandes que el área iluminada por un MML. Igual que si se utilizan elementos geométricos, el sistema de coordenadas de referencia queda determinado por la primera vista.

MMEG, Marcadores Mediante Elementos Geométricos:

Permite el uso de esferas o círculos blancos como referencia, aunque se aconseja el uso de círculos. Durante el digitalizado, Triple detectará automáticamente estos círculos y los usará como referencias para posicionar las vistas a medida que se va digitalizando la pieza. Durante el digitalizado, es posible mover y girar la pieza. Además, si se digitaliza usando referencias geométricas, es posible dejar una pieza a medio digitalizar guardada y seguir en otro momento, sin perder las referencias.

Utilizamos los sistemas MML normalmente para piezas o figuras que por su tamaño no se ha recomendable el uso de marcas, ya que gracias a las áreas marcadas mediante el sistema de luz, el software realiza con mayor precisión las figuras de mayor tamaño.

El sistema de MMEG es altamente recomendable si las figuras son pequeñas, ya que si realizásemos estas piezas mediante marcadores de luz los proyectores de luz deberán estar demasiado cerca del objeto provocando una iluminación que puede quemar la imagen y provoca un escenario difícil de trabajar ya que el deberemos mover el cabezal alrededor de la pieza, un acto laborioso debido a la cercanía de los proyectores.

*Analizamos más en profundidad ambas técnicas en el apartado cuarto, ejemplos de uso.


122

122

2.2.2 Ficheros

2.2.2.1 Datos

Los ficheros podrán ser exportados en formato .pf para su posterior post -procesado con Polywork, o podrá ser también guardado como .tri para retomar la sesión de nuevo por el punto donde lo dejaste.

Con PolyWork podremos exportar en extensión .STL como modelo poligonal formado por un mallado triangular.

Esta última extensión nos será útil para trabajar con la pieza escaneada sobre COMSOL (expuesto más adelante) o AUTOCAD entre otros muchos programas.

2.2.2.2 Imágenes

A disposición del lector de este informe existe una carpeta de galería en el CD anexo que hace la función de galería, donde he expuesto visualmente los procesos que se han ido desarrollando.

2.2.2.3 Otros

Dentro del CD encontrara una carpeta con el nombre Otros en ella podrá encontrar documentos que facilita el fabricante, resúmenes, etc.

2.3 Consideraciones adicionales

2.3.1 Uso

Tanto la cámara como el proyector, proporcionan superficies protectoras para impedir el desgaste de los sistemas ópticos. Se recomienda que estén colocados en todo momento en el que no se vaya a utilizar el sistema.

Un uso responsable de la maquinaria consiste en el desarrollo de la actividad en un lugar limpio y con una humedad no excesiva, además de esto cabe resaltar que no debe exponer de forma directa el escáner directamente al rango de visión de un individuo.

2.3.2 Limpieza

El cuerpo o el exterior de todo proyector debe limpiarse sólo pasando un paño limpio, seco y suave por la superficie suavemente.

Utilice papel tisú especial para limpieza de lente, si fuese necesario, recuerde que la precisión en la captación depende de una lente competentemente limpia.

La limpieza es fundamental a la hora de manipular dispositivos ópticos, si se mantiene una higiene fundamental a la hora del desarrollo del trabajo no debe haber problema, aun así se recomienda el uso de sistemas de ultrasonido si puede disponer de ello, o con un Kit de pincel SCK-1 y papel VCP-1 Eyelead.

2.3.3 Almacenamiento

Cada parte del dispositivo, contiene su propio embalaje y sistema de protección de Espuma de poliuretano con isocianatos. El quipo permanecerá guardado aislado de las condiciones climatológicas, en un recinto que cumpla los niveles de humedad anteriormente citados.

2.3.4 Transporte

El fabricante proporciona una maleta acondicionada con ruedas para un cómodo transporte del equipo (consulte la galería de imágenes, ANEXOI).

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3. CALIBRACIÓN

3.1 Certificados

Certificación VDI 2634

3.2 Procedimientos

El objetivo del calibrado es garantizar la exactitud de la medida. Para conseguir esta corrección, el calibrado se basa en las medidas tomadas sobre una plancha de carbono que previamente se ha medido utilizando fotogrametría. Por ello, es muy importante una buena conservación de las planchas, evitando golpes y ralladuras.

Para realizar el calibrado se necesitan una serie de componentes:

Guía motorizada

Controladora

Planchas de calibrado


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Y también necesitaremos seguir ciertos pasos previos antes de comenzar con el proceso:

Configure el cabezal Sidio según el volumen de medida elegido.

Elegir la plancha de calibrado según el volumen que se desee utilizar.

Para realizar el calibrado deben seguirse un conjunto de pasos que deberán ejecutarse de manera secuencial ordenada:

1. El objetivo de este paso es indicar al programa la configuración de hardware que se va a utilizar, es decir, en que área se va a trabajar.

En la primera casilla se debe indicar en que puerto serie está conectado físicamente el cable RS232. Ofrece cuatro posibilidades: COM1, COM2,

COM3, COM4. Por defecto se establece el puerto COM1. Si el PC sólo dispone de un único puerto serie, esta será la opción indicada. En la casilla siguiente se debe indicar la longitud de la guía de calibrado. La guía más usual es la L250. Si se dispone de una guía distinta, se le indicará al entregársele el equipo.

En la última casilla debe indicar con que plancha desea calibrar.

Si falla compruebe las conexiones, el programa le retornara de forma automática a la pantalla primera para que repita el paso primero.

Plancha de calibración Guía motorizada

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2. El objetivo de este paso es posicionar la plancha de calibrado en el centro del volumen de

trabajo. Para ello, el kit de calibrado moverá la plancha hasta el final de la guía, y de ahí al centro del volumen de calibrado, que puede variar según el área. Una vez posicionado, se muestra en pantalla la imagen captada por el cabezal de medida.

Si la imagen aparece toda roja, cierre el diafragma de la cámara hasta que la imagen aparezca en su mayor parte de color verde.

Si la imagen aparece azul, asegurar que se ha quitado las tapas de protección de las lentes de Sidio. Si aún así la imagen se ve azul, abra el diafragma de la cámara.

Posicionando el trípode frente a la plancha de calibrado y comprobando que los indicadores de equilibrio mantengan la burbuja dentro del circulo de referencia.

Como primera aproximación, se ha de conseguir que la línea vertical de luz proyectada por Sidio pase por el centro de todos los círculos grandes situados en la columna central de la plancha.

A continuación, se ajustará la distancia y la altura en la que se encuentra el cabezal. El objetivo es que la línea roja vertical que se muestra en la imagen de cámara coincida con la línea central blanca proyectada por el proyector, y que la línea roja horizontal de la imagen de cámara quede en la fila central de círculos de la plancha.

3. El objetivo de este paso es enfocar las lentes del elemento proyector de Sidio. Girar el zoom

hacia uno de los dos extremos. Observar que el tamaño de la imagen proyectada varía. La luz debe iluminar el máximo posible de la plancha, sin salir fuera. Fijar el zoom de nuevo una vez ajustado. A continuación, liberar el enfoque y girar hasta conseguir una imagen proyectada lo más nítida posible. Fijar el enfoque.


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4. El objetivo de este paso es enfocar las lentes de la cámara. Si Ud. está calibrando Sidio pero no

ha cambiado el volumen de trabajo respecto de la sesión anterior puede saltarse este paso.

Para enfocar correctamente, es muy importante seguir estos pasos:

1. Abrir el diafragma al máximo

2. Liberar la lente

3. Enfocar

4. Fijar la lente

5. Cerrar el diafragma

A continuación se ha de proceder a abrir el diafragma de la cámara hasta que se vea la imagen de color verde.

Cuando esto ocurra si los puntos se captan difuminados, deberás ajustar el enfoque hasta una captación de calidad donde se aprecien con nitidez dichos puntos.

5. El objetivo de este paso es ajustar los niveles de iluminación de Sidio antes de proceder al

calibrado.

La plancha avanza hasta el plano más cercano del volumen de trabajo, por tanto la iluminación que recibe la cámara es máxima. En esta posición se ha de conseguir que Sidio reciba una imagen nítida de color verde intenso, sin saturar.

El nivel de iluminación de Sidio se puede regular de varias formas:

Controlando la posición de los polarizadores

Controlando la posición del diafragma.

Normalmente Sidio trabajará con un polarizador colocado en el equipo proyector y dos polarizadores en la cámara.

Lo primero que se realizará es mover la relación de los polarizadores para conseguir máximo nivel de iluminación en la cámara. Una vez conseguido esto se reducirá el nivel de luz recibido cerrando el diafragma hasta que la imagen de cámara sea algo similar a la de la Figura 04. 21. A veces puede aparecer un fuerte brillo en algunos de los círculos de la derecha, para evitar esto sin tener que reducir drásticamente el nivel de iluminación se rotará ligeramente el polarizador del proyector y se observará como éste desaparece.

6. En este paso se realiza el calibrado automático del sistema. La guía de calibrado realizará avances

sincronizados y Sidio digitalizará automáticamente la plancha. Las barras de progreso le darán una idea aproximada del tiempo de espera. La barra superior es la que indica el estado en que se encuentra dentro del ciclo completo de calibrado. La barra inferior le indica el estado instantáneo dentro de cada ciclo. Básicamente le informa de que todas las operaciones se realizan con normalidad.

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Finalmente una ventana nos indicara la desviación típica, el error medio, etc… así podremos comprobar si el calibrado es correcto o incorrecto, representado por el software por una figura de un semáforo que en verde te informa que el resultado es correcto (Lo que no quiere decir que no pueda ser mejorado) y en rojo que es incorrecto y deberás repetir el proceso.

Problemas con el calibrado:

Si aparece una advertencia, el sistema le está informando de que el calibrado se ha podido realizar pero las condiciones no han sido las óptimas. Tal vez en algún momento del calibrado el sistema ha recibido un reflejo de luz, se ha bloqueado la visión de la plancha, etc.

Sin embargo si aparece un “error en la adquisición de la información”, el software le retornara a el primer paso para que vuelva a repetir el proceso, este fallo puede deberse a las siguientes razones.

La plancha de calibrado no es la que corresponde al volumen elegido.

La plancha está sucia.

Se ha entorpecido el ciclo de calibrado seriamente. Esto puede ser debido al bloqueo de la línea de visión de la cámara, bloqueo de la línea de iluminación del proyector, mala orientación de Sidio respecto a la plancha, etc.

*Anexo a este documento en el CD puede encontrar un video que muestra una calibración completa y de forma correcta.


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4. EJEMPLO DE USO

4.1 Aplicaciones

4.1.1 Escaneo de bustos

- Objetivo:

Digitalización de esculturas tipo bustos, este tipo de esculturas son de un notable tamaño lo que nos permite el uso del sistema de MML, además gracias a el material con el que se encuentran realizados (por ejemplo mármol) esto nos permite una fácil captación, usando niveles de exposición relativamente fácil.

- Secuencia de pasos:

Lo primero que realizaremos será la colocación del sistema de digitalizado de forma correcta. Colocaremos la figura de forma inamovible a una distancia aproximada de un metro respecto al cabezal principal.

Detrás de este colocaremos los dos proyectores marcadores de luz (2 o 3 metros respecto de la figura). Cabe destacar que también puede realizarse con un único marcador de luz, de hecho, para objetos más pequeños o medianos es recomendable el uso de un único marcador para no crear de forma innecesaria una exposición al objeto de luz que nos dificulte el escaneo.

Despejaremos el espacio alrededor de la figura ya que con este sistema deberemos ir moviéndonos con el escáner alrededor del objeto. Los MML permanecerán fijos en todo momento, un golpe o el desplazamiento involuntario de uno de ellos, es motivo suficiente para la pérdida del área de referencia provocando así un error notable en el escaneo, o mínimamente un error notable en los valores de precisión y desviación típica.

Ilumine la pieza a digitalizar con el marcador MML de tal forma que cubra la zona que le interese medir. Para ello, active el modo de proyección de luz blanca. Ajuste el zoom para que la zona iluminada abarque toda el área a digitalizar. Si el área iluminada es muy grande, puede reducir el zoom. Si en cambio es muy pequeña, puede ampliar el zoom y alejar el proyector MML si es necesario.

Una vez el área iluminada sea correcta, ajuste el enfoque sobre la pieza. Para ello, active la opción de enfoque del MML y verá una cuadrícula sobre la imagen. Asegúrese de que queda bien enfocado sobre la pieza.

Una vez enfocado, tan solo queda controlar la iluminación. Para registrar utilizando el MML, en cada disparo se realizan dos capturas: una con el proyector del cabezal Sidio iluminando la pieza, y otra con el proyector del MML iluminando. En ambos casos, el nivel de luz debe ser adecuado.

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Para adecuar el nivel de iluminación debemos observar que la imagen no se quema (color amarillo/rojo en la ventana de control) con la proyección de luz blanca de ambos MML activas y radiando de forma directa al objeto. Para evitar que esto ocurra, modificaremos si es necesario el nivel de exposición y la cercanía lejanía respecto a la que se está trabajando con el cabezal SIDIO. (El nivel de exposición puede introducirse en la ventana de control o en el panel de configuración del MML)

En el panel de configuración del MML, también es conveniente indicar el submuestreo. Este submuestreo del MML determina cuantos puntos de los digitalizados con el MML se usaran para registrar. Por ejemplo, si se elige un submuestreo de 1, se usarán todos los puntos digitalizados. Si en cambio se elige 10, solo uno de cada 10 puntos se usarán. Cuantos menos puntos se utilicen, más rápido será el registro de las vistas. Se recomienda utilizar valores bajos para piezas pequeñas, y si la pieza es grande, valores entre 6 y 10.

Una vez acabado con este proceso podemos empezar a digitalizar el Busto.

Realizar una vista con el MML activado de la pieza, igual que si trabajáramos sólo con Sidio. Veremos que se primero Sidio digitaliza la superficie del objeto lanzando la secuencia de patrones blancos y negros verticales, y a continuación el MML.

Aparecerán marcas verdes sobre la figura, estas marcas proyectadas por los MML indicaran la región identificada para que pueda ir el software reconstruyendo la imagen. Es decir estas marcas verdes indican que la zona se puede utilizar para registrar las siguientes vistas.

Para que la siguiente vista se referencie bien, es decir, se sitúe correctamente en el sistema de coordenadas global, es indispensable que la nueva área a digitalizar contenga una zona marcada como verde por el MML. Por tanto, una zona verde que ya habíamos digitalizado previamente será digitalizada de nuevo. Esta redundancia es la que permite posicionar correctamente la vista. Si al digitalizar la zona verde no es suficientemente grande para referenciar, Triple le informará de ello.

No debemos perder las marcas de referencia (no movamos los MML ni cerremos la sesión TRIPLE). Si hemos utilizado para una pieza grande un único MML deberemos empezar una nueva sesión para poder captar la parte trasera de la figura ya que un único proyector no puede iluminar más del 50% de la figura (aproximado), provocando que sea imposible captar el 100% de la figura. Así deberemos empezar una nueva sesión dar la vuelta a la figura y en el post-procesado unir ambas partes.

Finalmente guardar la sesión en .tri y exportar a PolyWork para trabajar posteriormente con el formato STL de la digitalización.

Particularidades en el busto:

La captación del busto no es una tarea difícil ya que no cuenta con profundas concavidades, no contiene superficie reflectante, se puede realizar en dos sesiones con un único proyector, o en una única sesión con más vistas pero trabajando con ambos proyectores de forma simultánea.

Al solo tener un único color no es necesario variar los niveles de exposición durante el digitalizado.

Hemos tenido cuidado con las sombras que genera la exposición de la figura a la luz, si expones el objeto desde una perspectiva estas generando una sombra que será captada y que en algunas casos aislados puede generar un pequeño error de solape entre superficies.


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4.1.2 Pieza de coche

- Objetivo: Digitalización de la pieza de un coche para gestión de calidad y almacenamiento virtual de medidas. Las piezas de un coche son de un tamaño reducido y de material altamente reflectante (algunas), por ello hemos optado por usar el sistema por marcas, y hemos tenido que aplicar un spray para evitar las superficies reflectantes.

- Secuencia de pasos:

Al digitalizar una pieza, para poder colocar cada vista en un sistema de coordenadas común, hacen falta referencias que nos ayuden en el posicionado. Si se utiliza el MML, estas referencias son ópticas, para este caso utilizaremos MMEG( marcadores mediante elementos geométricos), esferas o círculos como referencia.

Durante el posicionamiento de los círculos deberemos tener en cuenta: Área en la que se va a trabajar: Influye en la distancia que debe haber entre los

círculos. Recuerde que para digitalizar deben verse como mínimo tres círculos que ya hayan sido medidos anteriormente.

Forma de la pieza: Si la pieza no dispone de caras más o menos planas o tiene mucho detalle es posible que debamos colocar los elementos geométricos fuera de la pieza.

El tamaño de la pieza: Si la pieza es muy grande es recomendable el uso de la fotogrametría. Más adelante en este mismo capítulo se explica en que consiste esta técnica.

No alineados: Es importante intentar que los círculos no queden alineados. Esto podría producir errores en el registro.

Durante el digitalizado, Triple detectará automáticamente estos círculos y los usará como referencias para posicionar las vistas a medida que se va digitalizando la pieza. Durante el digitalizado, es posible mover y girar la pieza. Además, si se digitaliza usando referencias geométricas, es posible dejar una pieza a medio digitalizar guardada y seguir en otro momento, sin perder las referencias, esto es en el caso que las referencias estén sobre la pieza, en el caso que vamos a exponer no podremos mover la pieza ya que esta se encuentra sobre una superficie giratoria donde se encuentran las marcas geométricas, con lo cual la posición relativa de la pieza con esta base no puede variar para no perder la referencia, utilizamos este método ya que es menos invasivo.

Con lo cual procedemos a colocar la figura en el centro de la superficie circular de fondo oscuro con el conjunto de puntos de referencia en blancos. Una vez colocada procederemos al escaneo. Aunque no podamos mover la pieza, giraremos el soporte y moveremos el escáner pudiendo así conseguir todas las vistas. Si necesitamos escanear otra cara en la figura lo haremos en sesiones independientes.

El tamaño de los círculos debe ser suficientemente grande como para que represente un número de píxeles determinado en la imagen. Así pues, a mayor resolución de

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cámara, más pequeños pueden ser los círculos. Y, a mayor volumen de calibrado, mayor tamaño de círculos.

Una vez acabado con este proceso podemos empezar a digitalizar la pieza: Para digitalizar utilizando elementos geométricos, debe asegurarse que el MML se

encuentra desactivado y detección de círculos activada. Si se referencia mediante esferas, en la pantalla de configuración debe indicarse su

radio máximo y mínimo. En esta misma pantalla, también hay que indicar el radio de búsqueda máximo permitido para que una referencia sea tenida en cuenta a la hora de ser identificada. Este parámetro es aconsejable no modificarlo. En este ejemplo de uso lo referenciamos mediante círculos que es el método recomendado por el fabricante del dispositivo.

Se situará el cabezal frente a la pieza y se hará una primera captura. Cuando la captura finaliza, se muestran los círculos encontrados con la etiqueta en rojo new.

En la segunda toma, deberá asegurarse de que al menos tres puntos conocidos vuelvan a ser digitalizadas para poder referenciar la toma en el espacio. Al finalizar la toma, si hay elementos geométricos reconocidos, aparecerán con su ID correspondiente. Si tenemos círculos sin identificar, con ID 0, al clicar Aceptar Triple les asignará un ID de manera consecutiva y automática. Si en cambio pulsa Cancelar, los círculos no serán identificados como referencias y la vista aparecerá mal posicionada. Automáticamente, esta vista estará en una nueva sesión, que se podrá eliminar o alinear manualmente.

Al finalizar cada captura, ésta se añade al árbol del documento. Las referencias encontradas en cada vista se añaden a ésta vista en el árbol como primitivas locales puntuales, y a la sesión como primitivas globales.

Recuerda cada elemento debe tener un mínimo de tres puntos dentro de los ya registrado, para no tomarlo como una sesión independiente.

Iremos girando la superficie y obteniendo el escaneo, tomaremos el escaneo de ambas caras para su exportación y reconstrucción en PolyWork.

Particularidades en la pieza:

Las piezas automovilísticas no son tarea fácil, ya que debemos trabajar con gran precisión, exigen un notable calibrado y deberemos cambiar de volumen de trabajo dependiendo de la zona que estemos escaneando y el detalle que exija. Los bordes debemos realizarlos en V1 para poder captar el detalle, mientras que la parte más continua en la pieza podremos captarla con V2 o incluso con V3 (no se recomienda).

Existen problemas continuamente por el carácter reflectante de la figura y también porque los detalles son demasiado pequeños.

La digitalización de estas figuras exige: Rociar la pieza con spray lavable. Escanear en diferentes volúmenes, teniendo que calibrar varias veces. En algunas ocasiones deberemos utilizar un soporte espumoso y oscuro para elevar la

figura unos centímetros de la superficie con los puntos de referencia, para poder captar con detalle estos últimos.

Precisión y mantener la zona limpia escrupulosamente, un pequeño error de suciedad afecta más en estos casos.


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Trabajando con piezas pequeñas como tornillos es recomendable colocar plastilina o masilla blanca alrededor de la figura sobre la superficie de referencia, de esta manera a la hora del pos procesado la refinamiento de las vistas será más sencillos (mas referencias).

4.1.3 Fotogrametría

La diferencia entre utilizar o no la fotogrametría es que al usar la fotogrametría, el error en el posicionado de las vistas es independiente entre sí, es decir, no se acumula. Por tanto es más sencillo acotar el error global de la medida, que dependerá de la colocación de las referencias, la complejidad de formas de la pieza y de la calidad del propio proceso de medición.

El proceso para llevar a cabo un escaneo con esta tecnología es muy usado en diferentes ramas, desde la rama mecánica hasta la propia rama arquitectónica.

El proceso paso a paso sería el siguiente: Los elementos geométricos deberán ser círculos para que la fotogrametría las

identifique. Se miden las marcas y se guarda el fichero de centros. Cada equipo de fotogrametría

tiene un proceso de medida distinto. Consulte su manual para saber cómo realizarlo. Una vez hechas las medidas, guarde las medidas de los centros en formato ascii u obc.

En este paso, importaremos los centros medidos durante la fotogrametría a Triple y los usaremos para posicionar las vistas. Para importar el fichero de centros, hay que seleccionar la opción Importar en el menú Archivo o clicar en el icono de Importación de la barra de herramientas.

En este caso, seleccionar como elemento a importar las Primitivas, y elegir el formato y archivo en el que se encuentran los centros de los círculos medidos.

Para importar las primitivas, es necesario que haya una sesión activa, ya que las primitivas se añadirán a esta sesión.

Una vez importadas, se mostrarán en el árbol del documento y en el visualizador 3D aparecerán sus centros.

Finalmente digitalizamos la pieza:

Para que Triple trate de buscar círculos en la digitalización y posicionar las vistas automáticamente al esqueleto de centros importado hay que activar la opción de búsqueda de círculos. Además, hay que recordar que la sesión que contiene los puntos debe estar activa. Al realizar cada digitalización, Triple informa de los círculos encontrados y busca su correspondencia con los círculos que ya tiene de la fotogrametría. Igual que antes, para posicionar una vista, hacen falta mínimo tres elementos geométricos conocidos. A partir de aquí, el proceso es el mismo que si se utilizan elementos geométricos sin realizar la fotogrametría, pero con la ventaja que ya tenemos los puntos capturados y con un error mínimo.

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4.1.4 Digitalizar con círculos y MML simultáneamente

Para digitalizar una pieza completa no es suficiente con utilizar un MML. Aunque disponga de dos MMLs, normalmente no es fácil digitalizar la base del objeto sin moverlo. Para ello, puede realizar el digitalizado en dos sesiones y alinear de manera manual, o utilizar de manera simultánea elementos geométricos y el MML.

Para ello deberemos activar el MML y colocar puntos adheribles en la base de la figura (por ejemplo).

Se digitalizará la pieza con el referenciado por MML activado, y la detección de círculos desactivada. Cuando lleguemos a la zona cercana a la base, que contiene los círculos, activaremos la detección de círculos.

Veremos que el software Triple los detecta sin problemas. También es posible hacer todo el digitalizado con la detección de círculos activada, pero como en cada toma el software deberá comprobar si hay círculos o no, el digitalizado será más lento.

Una vez digitalizada toda la parte superior de la pieza, se hará la parte inferior. Para ello, hay que cambiar la posición de la pieza para que la base pueda digitalizarse, pero dejando círculos a la vista. Al hacer esto, se pierden las referencias ópticas, pero se conservan los círculos.

De esta manera en la misma sesión podríamos incorporar incluso la base que apoya en el suelo a un busto.

Tras mover la figura y hacer la captura que referencie la nueva posición con los puntos, activaríamos de nuevo los MML y empezaríamos de nuevo a digitalizar la parte antes oculta de la figura.

Por ejemplo en el caso de una imagen de una virgen utilizamos este método si queremos captar de forma precisa el grosor en corte axial de la parte del cuello, si escaneáramos por separado la zona craneal.

4.3 Cálculos y análisis de las medidas / procesado

Una vez realizado el digitalizado, tenemos las vistas, seguramente deseará obtener una única malla combinando todas las vistas obtenidas durante el proceso de medida, y cerrar agujeros. Para esto dispone de tres opciones: Mallado automático mediante Triple: Si dispone del software de InnovMetric PolyWorks, Triple

puede tomar el control del programa y realizar un mallado automático de la pieza. Puede permitir a Triple que configure de manera inteligente los parámetros del mallado, o hacerlo manualmente, pero el proceso se hará automáticamente sin necesidad de intervenir. Esto facilita y agiliza el proceso. En este capítulo se explicará cómo utilizar y configurar esta herramienta.

Mallado manual mediante PolyWorks: Si dispone del software InnovMetric de PolyWorks, puede exportar las vistas realizadas con Triple y manipularlas y mallarlas en PolyWorks de manera manual. En este capítulo se le explicará cómo realizar las acciones más habituales.

Mallado manual mediante otros programas: Existen otros programas en el mercado para el procesado y fusión de mallas de triángulos. Nub3D recomienda y distribuye PolyWorks de InnovMetric. Si decide utilizar otras aplicaciones, bajo su responsabilidad.


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Hemos trabajado con PolyWork, con el siguiente grafico pretendo mostrar el flujo habitual de trabajo de este programa. En el Anexo 1. PolyWork se explica más detalladamente como trabajamos con el programa para conseguir un STL cerrado para posteriormente poder trabajar con otros programas.

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Gráfico de post-procesado con Polywork


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Para el cálculo de las vistas (escaneo), utiliza el algoritmo de luz blanca estructurada que también analizaremos más detenidamente en el anexo III Algoritmo luz blanca estructurada.

El funcionamiento de la técnica basada en la luz blanca estructurada contiene los siguientes pasos:

Fig.1: Principio de funcionamiento

1. Proyección sobre el objeto de franjas blancas y negras secuenciadas mediante un emisor de luz (Proyector)

2. Obtención de las imágenes sobre la superficie del objeto mediante un receptor de luz (Cámara) 3. Análisis de la deformación sufrida por las franjas al proyectarse sobre la superficie 4. Obtención de la posición de los puntos sobre la superficie 5. Obtención de la malla triangulada a partir de la nube de puntos anterior

Fig.2: Proyección de patrones

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5. DOCUMENTACIÓN Y REFERENCIAS

5.1 Documentación del fabricante

5.1.1 Impresa

Manual SIDIO PRO ADVANCED

Manual.pdf

5.1.3 Online

5.1.3.1 Web, FAQs, tutoriales, …

http://www.nub3d.com/es/sistemas-metrologia/escaneres-3d/

5.1.3.1 Blogs/foros del fabricante

http://www.nub3d.com/blog/

5.2 Complementaria

5.2.1 Impresa y digital (libros, …) «Structured Light for 3D Scanning (book 3d photography)» University of Brown. 2007

RECONSTRUCCIÓN TRIDIMENSIONAL DE OBJETOS CON TÉCNICAS DE VISIÓN Y LUZ ESTRUCTURADA.pdf

Cursos FAICO (Polywork, NUB3D, escáner…) INFORME DAVID SLS-1 UNIVERSIDAD DE SEVILLA

5.2.2 Web (tutoriales, …)

Puedes consultar la página del fabricante pero actualmente solo ofrecen información de su modelo mas reciente.

5.2.3 Blogs/foros de usuarios

http://www.foro3d.com/f14/escaner-3d-112241.html

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