UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE-LDEPARTAMENTO DE ENERGIA Y MECANICA INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA INTEGRANTES: SONIA AMANCHA JESSICA RAMIREZ. NIVEL: V MATERIA: SISTEMAS CAD-CAM NRC: 3607 TEMA: Escaneado de Modelos en 3D FECHA: 12/12/2016 Contenido 1. TEMA: .............................................................................................................................................. 4 2. OBJETIVOS....................................................................................................................................... 4 2.1. GENERAL .................................................................................................................................. 4 2.2. ESPECÍFICOS ............................................................................................................................. 4 3. MATERIALES Y EQUIPOS ................................................................................................................. 4 4. MARCO TEORICO ............................................................................................................................ 5 4.1. SCANNER 3D ............................................................................................................................ 5 4.2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN SCANNER .............................................................. 6 4.3. TIPOS SCANNER ...................................................................................................................... 6 4.3.1Tipos de tecnologías ............................................................................................................ 6 4.3.2. Scanner 3D por triangulación ............................................................................................ 7 4.3.3. Holografía Conoscopica ..................................................................................................... 8 4.3.4.Luz estructurada................................................................................................................. 8 4.3.5. Estereoscopios .................................................................................................................. 9 4.3.6. Silueta .............................................................................................................................. 10 4.4 .NOOMEO OPTINUM 3D......................................................................................................... 10 4.1. Características NOOMEO OPTINUM .................................................................................. 10 4.5. SOFTWARE NUMISOFT .......................................................................................................... 11 4.5.1. Principales características ............................................................................................... 12 5. PROCEDIMIENTO .......................................................................................................................... 13 6. ANALISIS DE RESULTADOS............................................................................................................ 21 7. CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 22 8. RECOMENDACIONES .................................................................................................................... 22 9. Bibliografía .................................................................................................................................... 23 2 ................................................... 18 Ilustración 20 ............................................... 20 Ilustración 23 .................................NOOMEO OPTIMUM 3D ......................................................................................................................................... INDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1...... 11 Ilustración 6.............................................................................................................................................................................................................................................................................Software NumiSoft ............................ 15 Ilustración 12 .............................................................................................................................................. 11 Ilustración 7......................................... 19 Ilustración 22 ........................................... 12 Ilustración 8 ...................................................................................................................................................................................................... 17 Ilustración 17 ............................................Lus estructural ............................................................Generación de una imagen tridimensional ................................................................................................................................... 16 Ilustración 15 ......................... 6 Ilustración 2.................................................................................................................... 21 3 ............................................Scanner 3D por triangulación ............................................... 14 Ilustración 9 ................................... 8 Ilustración 4...................................................................................................................................................................................................... 16 Ilustración 14 ....... 7 Ilustración 3..................................................................................... 17 Ilustración 16 ......................................... 18 Ilustración 19 ................................................. 9 Ilustración 5.........................................................Proceso escáner 3D ........................................................................................................................................................ 14 Ilustración 10 .................................................................................................................. 20 Ilustración 24 .......................................................................................................................................................................................................................................................................................Scanner 3D por Triangulación ............ 15 Ilustración 13 ................................................................................................................................................................................................................................................................................ 19 Ilustración 21 ................................................ 17 Ilustración 18 ................................................................... 14 Ilustración 11 .................................................... Clasificar los scanner. Describir el scanner NOOMEO OPTIMUS. OBJETIVOS 2. TEMA: Escaneado de Modelos en 3D 2. 2. MATERIALES Y EQUIPOS MATERIALES Y EQUIPOS DESCRIPCIÓN GRAFICA Modelo a escanear Software para scanner NUMISOFT. 3.1. Analizar el procedimiento para digitalizar una pieza.1. 4 . ESPECÍFICOS Describir técnicas de reproducción de piezas industriales. Conocer el principio de funcionamiento de un scanner.2. GENERAL Reproducir una pieza 3D mediante scanner. 2015) 2 Fuente: (Sabia .) 5 . para así determinar la forma en que están unidos esos puntos y obtener el modelo. por lo que los modelos obtenidos serán completamente realistas y proporcionados. 1 Fuente: (Rodríguez S. pueden ser muy precisos e incluso capturar la información sobre el color. MARCO TEORICO 4. siendo determinante el tipo de tecnología. Base (Cartulina negra) Scanner NOOMEO OPTIMUS. Computador personal (PC) 4. mediante lo que se conoce como reconstrucción. SCANNER 3D 1Un escáner 3D es un aparato que es capaz de capturar la forma y características físicas de un objeto real existente a base de explorar su superficie y tomar medidas en ella respecto a unos puntos de referencia. que posteriormente tiene que ser procesada.1. s. 2La información que obtiene el scanner 3D consiste en una nube de puntos.f. para así obtener el modelo completo.3. s. Estos escaneos tienen que colocarse en un sistema común de referencia. 2014) 5 Fuente: (Sabia . TIPOS SCANNER 54. y la cámara detecta la luz que refleja el láser. sino que serán necesarios múltiples escaneos desde direcciones diferentes.1Tipos de tecnologías • Contacto: Este tipo de escáneres examinan el modelo por medio de toques físicos.3. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN SCANNER 4Elescáner 3D proyecta un láser sobre el objeto que escanea. Los siguientes se obtienen en 3 Fuente: (Sabia . Luego usando un poco de geometría (triangulación) el scanner sabe la ubicación exacta del punto.2. para obtener la información de todos los lados del objeto. mediante un brazo robótico se mueve el dispositivo de captura. Ilustración 1. y las coordenadas se fijan tomando el primer punto como referencia. Así cada toque en el objeto se corresponde con un punto del modelo. sabiendo la distancia a la que se encuentra ese punto.) 4 Fuente: (Pérez. Este proceso es muy rápido. por lo que un scanner en minutos detecta miles de puntos y crea un objeto 3D.Proceso escáner 3D Fuente: (Pérez.3Normalmente la captura con un scanner 3D no producirá un modelo completo en el primer escaneo. Normalmente. Con este tipo de escáneres se obtienen modelos muy precisos. 4.) 6 .f. s.f. proceso que se llama alineación. 2014) 4. Scanner 3D por triangulación Fuente: (Frax. 4. Scanner 3D por triangulación Tienen un funcionamiento parecido al de una cámara. Los más utilizados son los scanner sin contacto entre ellos tenemos los siguientes. lo hacen sobre la geometría de un objeto. 7 .3. pudiendo operar en torno a los 100Hz frente a los 10 o 500 kHz de los ópticos. puesto que los toques podrían dañarlo o modificarlo. Entre los tipos de radiación se encuentra la luz (laser. los datos se recogen con el sensor del escáner 3D y este los pasa al ordenador para que sean analizados por un software. infrarroja. natural). sobre todo si se trata de materiales delicados. • Sin Contacto: Los scanner sin contacto funcionan de manera que no es necesario llegar a tocar físicamente el objeto escaneado. pero en lugar de recopilar información sobre el color y la luz. utilizan algún tipo de radiación. base a este. ultrasonido. tanto emitida por el scanner (scanner activos) como capturada directamente del ambiente (scanner pasivos). radiografía. El hecho de que se requieran toques físicos puede perjudicar al objeto.2. 2015) Se usa un láser que rebota contra el objeto del cual queremos analizar su forma. En comparación con otro tipo de escáneres. estos son lentos. Ilustración 2. 2015) 7 Fuente: (Sabia .) 8 . la única condición es que sea monocromática. los puntos que conforman esta línea están más distantes unos de otros y también del sensor.4. El patrón de luz suele consistir en un conjunto de líneas paralelas generadas bien por interferencia laser o por proyección. Mediante el análisis de la deformación de las líneas 6 Fuente: (Frax. uno fijo y otro dependiente del ángulo de incidencia. Holografía Conoscopica 7Es una técnica interferométrica que consiste en hacer pasar un rayo reflejado en una superficie a través de un cristal birrefringente.3. Ilustración 3. 4.f. esta información es captada por el escáner que almacena así información sobre el relieve del objeto. s. Como las superficies tridimensionales no son planas. la frecuencia de esta interferencia determina la posición del objeto en el que se proyectó el rayo láser.3. en lugar de ser un punto. La ventaja de esta técnica es que puede utilizar luz no coherente.Luz estructurada 8Estetipo de tecnología utiliza la proyección de un patrón de luz determinado en el objeto y analizan la deformación del patrón para obtener el modelo. esta interferencia es capturada por un sensor CCD. 2015) 6El láser utilizado. proyecta una línea sobre la superficie del objeto que estamos escaneando. 4.f. s.Scanner 3D por Triangulación Fuente: (Frax.) 8 Fuente: (Sabia . esto quiere decir que la fuente de iluminación no tiene porqué ser un láser. el resultado son dos rayos paralelos que se hacen interferir con una lente cilíndrica. esto es un cristal con dos índices de refracción.3. El reflejo se captura con una cámara fotográfica y posteriormente mediante unos algoritmos se determina la posición de cada punto en el espacio 3D. • Tecnología de luz estructurada: Permite la captura instantánea de la pieza a través del análisis de la distorsión de un modelo proyectado en el objeto.) 9 . Este tipo de scanner tiene problemas con las superficies transparentes y reflexivas puesto que la luz no infiere en ellas el mismo reflejo que en las opacas. examinando la misma escena. es posible determinar la distancia de cada punto en las imágenes.3. s.5. Estereoscopios 9Los sistemas Estereoscopios emplean generalmente dos cámaras de video. escanean múltiples puntos o el campo entero del campo de visión inmediatamente. levemente separadas. • Procesado de imagen 2D: Permite simultáneamente obtener la posición del escáner respecto del objeto escaneado y capturar la textura. Esto reduce o elimina el problema de la deformación por movimiento. La anchura de una línea es una función de la inclinación de la superficie del objeto en que se refleja. La ventaja de los escáneres 3D de luz estructurada es la velocidad. Una manera de solucionar este problema es aplicando una capa fina de laca opaca a las superficies problemáticas. Este método se basa en la visión estereoscópica humana.se obtienen los puntos 3d. 9 Fuente: (Sabia . Analizando las diferencias entre las imágenes capturadas por cada cámara.Lus estructural 4.f. Ilustración 4. En vez de escanear un punto a la vez. Esta clase de técnicas no son capaces de detectar algunas concavidades de un objeto. Cada disparo del escáner captura hasta 500.4 .3. para generar sus datos de nubes de puntos. Características NOOMEO OPTINUM Sistema de auto posicionamiento evita tener que preparar el objeto o instalar un sistema de referencia. médicos y prótesis. los sectores mecánicos.000 puntos de información. El OptiNum utiliza la tecnología de procesamiento digital de imágenes.6. Sin embargo. una combinación de luz blanca y el vídeo de sus cámaras CCD de alta definición.NOOMEO OPTINUM 3D 11Este escáner es adecuado para una amplia gama de industrias. incluyendo la ingeniería inversa y modelado en general.1. 10 Fuente: (Sabia . que todavía tiene que ser conectado a un ordenador portátil mediante una conexión USB durante la operación.) 11 Fuente: (DEVELOP 3D. s. Silueta 10Este tipo de escáneres 3D usan bosquejos creados de una sucesión de fotografías alrededor de un objeto tridimensional contra un fondo muy bien contrastado. mientras que es alimentado por una batería incorporada. Las nubes de puntos generados por nuestro escáner Optinum tienen una precisión de hasta +/. por lo que es fácil de transportar y de maniobrar. 4. Uno de los principales puntos fuertes de la OptiNum es que es un dispositivo ligero. 2011) 10 . e incluso para el archivo digital sencilla de los componentes.100 micras y son adecuados para un amplio rango de objetos cuyo volumen esté entre 10cm3 y 1m3. 4. Estas siluetas se estiran y se cruzan para formar la aproximación visual Hull (1) del objeto.4.f. Optinum crea una nube de puntos que representa al modelo 3D. Gracias a un interfaz de fácil manejo puede acceder de forma rápida al contenido escaneado y exportarlo a su programa habitual de CAD-CAM.) 12 Fuente: (accendi. s. 2011) 4.f.Software NumiSoft Fuente: (accendi. Numisoft es el software de procesado de datos incluido con el escáner Optinum. Optinum crea nubes de puntos. etc.f. Ilustración 6. Ilustración 5.NOOMEO OPTIMUM 3D Fuente : (DEVELOP 3D. Los tipos de formato que produce nuestro software son nubes de puntos XYZ on ASCII y mallas tales como OBJ. STL. SOFTWARE NUMISOFT 12Numisoft es el software de adquisición de datos que acompaña al escáner 3D Optinum. s.5. Como resultado del proceso de escaneado.) 11 . Una vez se ha realizado el escaneado del objeto. s.f. a través de razonamiento abductivo de su estructura. nos permite obtener la base de fabricación. función.) Ingeniería inversa 13La ingeniería inversa es el proceso de descubrir los principios tecnológicos de un dispositivo. instalación o concepción de cualquier objeto. 2009) 12 . software o proceso. Principales características • Alineación de nubes de puntos 3D • Reconstrucción automática del modelo 3D • Funcionalidades de limpieza de nubes de puntos • Refinado de aristas • Muestreado por puntos óptimos • Muestreado adaptativo de nubes de puntos • Exportación a formatos de fichero ASCII y XYZ • Comparación entre STL CAD importados y nubes de puntos • Proceso de reconstrucción del modelo controlada por usuario • Alineación por geometría y/o textura • Autoguardado contínuo a prueba de fallos • Nivel de grises disponible para cada punto Generación de una imagen tridimensional de un objeto Ilustración 7.4. programación. objeto o sistema.5.Generación de una imagen tridimensional Fuente: (accendi.1. forma y/o operación. 13 Fuente: (Navarro. alojarse. PROCEDIMIENTO 1. .14Diseñar piezas u objetos que deban encajar. protectores. .. a su vez conectar el cargador de NOOMEO OPTIMUM si se requiere. para su mejora. . etc.) . Seleccionar un modelo 3D 3.Obtener un CAD de una pieza creada a mano o que haya sufrido alteraciones. minería. Conectar el NOOMEO OPTIMUM al PC. . blisters.Fabricar de nuevo dicha pieza (única o en serie). para el "packaging" de los objetos escaneados.Utilizar el CAD de una pieza validada. Fuente: (Navarro. 2009) 14 13 . Revisar el manual del Scanner Optinum 3D para su correcta manipulación. .Obtener modelos informatizados del terreno. 5. arquitectónica. que de algún modo guarden similitud con la original. (Prótesis médicas o dentales de cualquier tipo). . . . etc. (Arquitectura. para realizar informes dimensionales de producciones en serie.Crear un archivo informatizado. etc. es el de obtener un archivo CAD 3D del objeto o pieza de muestra. . fijarse. en las piezas digitalizadas.Fabricar envases. 2. o para el diseño de una pieza de características similares.Obtener datos informatizados de escenarios o piezas implicadas en accidentes o crímenes.Obtener un CAD de una pieza de arte.El principal cometido de la ingeniería inversa (en lo que a captación de formas se refiere).Analizar o estudiar dicha pieza. (Prototipos). etc.Fabricar piezas relacionadas con la pieza de muestra. geología. para con él poder: . Ilustración 8 4. Verificar la conexión entre el NOOMEO OPTINUM y el PC 14 . Crear un nuevo archivo Ilustración 10 6. Ilustración 9 5. Ejecutar el software Numi Soft que permitirá visualizar el escaneo del modelo 3D. Repetir el procedimiento anterior hasta rotar completamente alrededor de la figura. Ilustración 12 12. verificar que el láser se encienda para realizar el proceso de escaneado. 10.7. Buscar que las dos luces del scanner estén suficientemente cerca para formar una v. Ubicar el modelo sobre una superficie lisa y obscura 9. Encender el NOOMEO OPTIMUM dando doble disparo. el punto de inicio será el punto de referencia que se deberá seguir para todo el proceso de escaneo. 8. Elegir un punto sobre el modelo 3D sobre el que se apuntará el láser del scanner. dar un solo disparo y esperar que se capture la primera imagen Ilustración 11 11. 15 . Realizar varias capturas del modelo. los puntos de disparo deben ser consecutivos al punto inicial o punto de referencia. Ilustración 13 13. Ajustar escala de grises en la opción grayscale filter y seleccionar vista previa. Una vez finalizado el escaneado. seleccionar Point Cloud y escoger la opción Fine Reconstruction. Ilustración 14 14. esperar a que el proceso termine 16 . si es el resultado deseado dar clic en Aceptar para terminar el proceso. Una vez terminado el proceso. repetir los pasos 14 y 15. Ilustración 15 15. observar el resultado. Seleccionar la Opcion Merge Clouds. Ilustración 17 17 . Ilustración 16 16. Ilustración 18 18. exportar el resultado como un archivo XYZ para su futuro post. Revisar el resultado final. 18 . Post procesar el escaneo. Seleccionar la opción operación Nube de puntos e iniciar el proceso de malla. debe ser una sola nube de puntos compacta.procesado. procesarlo en software SolidWorks.17. Abrir el software y elegir el archivo guardado en el paso anterior Ilustración 19 19. Ilustración 20 20. 19 . Seleccionar la nube de puntos a utilizar y establecer su orientación Ilustración 21 21. Eliminar la cantidad de ruido necesaria para una forma más precisa del modelo. Ilustración 23 23. 20 . Ilustración 22 22. Finalizar la operación y revisar que la figura esté completada. Eliminar elementos ajenos a la nube de puntos del modelo. es muy fácil de usar. mediante la modificación de impurezas y escalas grises. que permiten mejorar el escaneado. de esta manera se evitó que el programa se cuelgue por falta de espacio y poder realizar el procedimiento sin interrupción. Este software es de gran utilidad para poder diseñar y construir sólidos que son difíciles. se basa en la digitalización de figuras 3D. Ilustración 24 6. El Scanner Noomeon 3D. 21 . es decir que crea un conjunto de nubes de puntos de acuerdo a las tomas realizadas para su construcción. El software Numisoft contiene algunas propiedades. ANALISIS DE RESULTADOS El software Numisoft. en el cual se puedo eliminar el ruido. Numisoft además nos permite guardar el archivo en un formato XYZ permitiéndonos abrirlo mediante SOLIDWORKS y proceder a realizar el post-procesado. sin embargo requiere de ciertas características por parte del PC puesto que en este caso surgieron inconvenientes como por ejemplo el programa se colgaba y se cerraba perdiéndose en muchos casos el trabajo realizado o tardando más de lo previsto a pesar de estos imprevistos o nos permite realizar fácilmente el desarrollo y procedimiento del escaneado. Además el software Numisoft necesita de un sistema operativo Windows 7 para funcionar correctamente. al no haber espacio de almacenamiento en la pc del laboratorio se hizo necesario un dispositivo de almacenamiento externo (pendrive usb). así como también complementar las partes huecas mediante mallas para tener un mejor acabado. Al momento de escanear tener presente que se debe realizar un solo disparo rápido evitando realizar dos disparos debido a que esto ocasiona que se apague el NOOMEO OPTIMUM. por lo cual en esta parte del proceso se deben corregir todas las fallas producidas por el usuario y la complejidad del modelo escaneado. El escáner NOOMEO OPTINUM y el software Numisoft son las herramientas necesarias para una modelación en 3D a través de un escáner del mismo tipo. El escáner permite obtener imágenes del objeto. 8. recordar que no se debe mover la pieza sino el NOOMEO OPTIMUM. por lo cual debemos guiarnos de su manual no cometer errores en la manipulación de los escáner. CONCLUSIONES Los dos tipos de escáner en 3D tienen aplicaciones definidas: los de contacto son especializados en cuanto a precisión. 22 . A pesar de tener un excelente escáner no es suficiente para realizar un escaneado ideal por lo cual se utiliza un software (SOLIDWORK) con la finalidad de complementar y eliminar el ruido del modelo que se está escaneado. mientras que los de no-contacto pueden utilizarse en aplicaciones mucho más rápida y que no dañan el objeto. ya que el escáner no puede obtener imágenes 100% precisas sobre el modelo. estas imagen se reconstruyen en el software como una nube de puntos los mismos que dan la forma de nuestra pieza física. Cada tipo de escáner tiene sus propias especificaciones para obtener un modelo de 3D. El post-procesado es la parte del escaneo más extensa y que requiere de la mayor atención de quien lo realice. RECOMENDACIONES Tener cuidado con los cables de conexión entre el NOOMEO OPTIMUM y el PC para el scanner puesto que si se llega a desconectar se perderá la comunicación.7. provocando que el programa deje de funcionar y por se pierda el trabajo realizado hasta ese momento. Para facilitar el escaneado de la pieza se debe procurar que sea blanca y colocarlo sobre una base negra para que contraste la luz y capte mejor los detalles de la pieza a escanear. El software Numisoft nos permite realizar el prototipado de piezas 3D especialmente de solidos a su vez recibe la información proveniente del scanner NOOMEO OPTINUM. develop3d.com/communities/posts/que-es-la-ingenieria-inversa-1003685192 Pérez. Obtenido de http://sabia. Para realizar el escaneo de la pieza se debe enfocar bien los puntos formando una ´V´ antes de realizar el disparo .tecnonauta. FRAX DESING.udc. (27 de Septiembre de 2015). Obtenido de http://www.com/articulos/2015/01/12/como-funciona-un- escaner3d/#/vanilla/discussion/embed/?vanilla_discussion_id=0 Sabia . Obtenido de http://www. Obtenido de http://www. XING.com/reverseengineering/noomeo-optinum Frax. S. (18 de Marzo de 2009).tic.f.).además establecer una secuencia de tomas para evitar crea nuevos archivos que reiniciaran el proceso.es/gc/Contenidos%20adicionales/trabajos/Hardware/scanner3D/Esca ner3 D. (s. BIBLIOGRAFÍA accendi. J. TECNONAUTA.mibqyyo.). Obtenido de https://www. J. (5 de Mayo de 2014). C. Navarro. 9. Mi bq y yo.html 23 . (2 de Enero de 2015).f.accendi. (2 de Enero de 2011). Obtenido de http://www.com/notas/1888-escaner-3d Rodríguez S. (s.xing.es/escaneres-3d/numisoft/ DEVELOP 3D. A.