Metodología de evaluación de desviaciones geométricas 3D en piezas planas y volumétricas mediante Geomagic Control

i Trabajo Fin de Máster Máster Universitario en Ingeniería Industrial Metodología de evaluación de desviaciones geométricas 3D en piezas planas y volumétricas mediante Geomagic Control® Autor: Gonzalo Chaves Aguilera Tutor: Gabriel Centeno Báez Departamento de Ingeniería Mecánica y Fabricación Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Universidad de Sevilla Sevilla, 2017 ii iii Trabajo Fin de Máster Máster Universitario en Ingeniería Industrial Metodología de evaluación de desviaciones geométricas 3D en piezas planas y volumétricas mediante Geomagic Control® Autor: Gonzalo Chaves Aguilera Tutor: Gabriel Centeno Báez Profesor Contratado Doctor Departamento de Ingeniería Mecánica y Fabricación Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2017 iv Proyecto Fin de Máster: Metodología de evaluación de desviaciones geométricas 3D en piezas planas y volumétricas mediante Geomagic Control®. El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2017 El Secretario del Tribunal Autor: Gonzalo Chaves Aguilera Tutor: Gabriel Centeno Báez v A mi familia y amigos. vi vii Agradecimientos A mis padres, puesto que sin su apoyo el llegar hasta aquí habría sido imposible A mis amigos, por aguantarme y ayudarme en tantos momentos para finalmente sortear las dificultades encontradas por el camino. A mi tutor Gabriel Centeno Báez, por haberme permitido realizar con él éste proyecto y buscar huecos en su apretada agenda para ayudarme en todo lo que se encontraba en su mano. A los miembros del departamento de Ingeniería Mecánica y Fabricación, en especial a Marta y Ester por echarme tantas manos como he necesitado a la hora de pelearme con el escáner. Gonzalo Chaves Aguilera Sevilla, 2017 viii ix Resumen El objetivo principal de este trabajo es generar una metodología de escaneo mediante el uso de un escaner Geomagic Capture® y del programa Geomagic Control®, aplicando dicha metodología a casos reales de escaneo 3D de piezas de ensayo tipo de diferente geometría, incluyendo piezas planas, volumétricas, con agujeros, etc. Finalmente se deberá realizar un análisis de desviaciones geométricas en un caso de estudio real, consistente en una prótesis parcial fabricada mediante conformado incremental mono-punto con el objetivo de ser utilizada para la sustitución la parte frontal de un cráneo. Primero se realizará una introducción sobre la contextualización de los tipos de escáneres 3D que existen, situando el escáner Geomagic CaptureTM dentro de éste contexto, mostrando además su alcance y las capacidades que nos brinda. Tras ésto se pasará a un minucioso manual en el cual se explica paso por paso como usar dicho programa para poder realizar un escaneo completo y minucioso de cualquier tipo de elemento que se vaya a estudiar. Para una vez digitalizada la pieza y corregidos todos los defectos, proceder a la parte del manual de la comparación del modelo obtenido y el modelo teórico y por último la obtención de los resultados. Por último éste estudio se centrara principalmente en tres tipos de procedimientos, primero las consideradas piezas volumétricas, la cual se ejemplifica con un modelo realizado mediante impresión 3D y comparado con su modelo teórico, la cual se trata de la metodología con la menor dificultad. Y posteriormente se comentaran las llamadas “piezas planas”, dichas piezas, su característica principal será el pequeño espesor por el que estarán formadas. Para la ejemplificación de este tipo de piezas se usará un modelo creado mediante Formación Incremental (SPIF), la cual será finalmente comparada con el modelo teórico de su ensayo. Por último, se expondrá el estudio de piezas planas de test y volumétricas de referencia, usando para ello más concretamente un ensayo de “formación incremental” usado para la fabricación de prótesis craneales, puesto que existe una gran demanda de este tipo de prótesis, la gama de edades que las requieren es más amplia y se les requiere un cierto rendimiento. A todo ésto se le ha de sumar la complejidad de los contornos que las prótesis generales actuales no llegan a adaptarse a la perfección. Para poder llegar a observar el alcance que puede tener este tipo de prototipado rápido que actualmente se encuentra en estudio, debido a su menor costo de fabricación y mejor adaptación de dichas prótesis a cada individuo que las prótesis convencionales. Este apartado se centrará en la comparación de una prótesis real con el modelo teórico del cráneo al que serviría de prótesis con el consecuente estudio de desviaciones entre los dos modelos y sus conclusiones pertinentes. xvi xvii 2 Índice de Figuras Figura 1.1 Escáner 3D de contacto ............................................................................................................... 2 Figura 1.2 Escáner 3D time to flight: Scan station 2 .................................................................................... 3 Figura 1.3 Modo funcionamiento triangulación ........................................................................................... 4 Figura 1.4 Escáner 3D triangulación ............................................................................................................ 4 Figura 1.5 Escáner 3D diferencia de fase: Faro photon ............................................................................... 5 Figura 1.6 Escáner 3D luz estructurada: Geomagic capture ........................................................................ 6 Figura 1.7 Creación de avatares 3D ............................................................................................................. 8 Figura 1.8 Conservación del patrimonio con tecnologías 3D ...................................................................... 9 Figura 1.9 Escáner 3D en la industria .......................................................................................................... 9 Figura 1.10 iTero 3D Digital Scanner ........................................................................................................ 10 Figura 1.11 Escáner antropométrico .......................................................................................................... 10 Figura 2.1 Diagrama de flujo de metodología ............................................................................................ 14 Figura 2.2 Cuadro de control de escaneo ................................................................................................... 15 Figura 2.3 Cuadro de control de configuración .......................................................................................... 16 Figura 2.4 Trípode ...................................................................................................................................... 21 Figura 2.5 Toma de conexión del escáner .................................................................................................. 22 Figura 2.6 Conexión al ordenador .............................................................................................................. 22 Figura 2.7 Focos de la cámara y centro de patrón proyectado ................................................................... 23 Figura 2.8 Exposición baja, exposición alta y exposición .......................................................................... 23 Figura 2.9 Transformación de dispositivo .................................................................................................. 24 Figura 2.10 Mesa y pieza ambos con targets .............................................................................................. 24 Figura 2.11 Pieza con ruido ........................................................................................................................ 26 Figura 2.12 Pieza sin ruido ......................................................................................................................... 27 Figura 2.13 Zona seleccionada por error y deseleccionada ........................................................................ 27 Figura 2.14 Registro manual ...................................................................................................................... 28 Figura 2.15 Pieza fusionada ....................................................................................................................... 28 Figura 2.16 Cuadro llenar todo y llenar solo uno ....................................................................................... 29 Figura 2.17 Agujero antes y después de rellenar ........................................................................................ 29 Figura 2.18 Target sin marcar, marcado y eliminado ................................................................................. 30 Figura 2.19 Verde Test-Fusionado gestor de modelo ................................................................................ 31 Figura 2.20 Ventana estadísticas de las propiedades de alineación mejor adaptación ............................... 32 xviii Figura 2.21 Final de dos elementos alineados ............................................................................................ 32 Figura 2.22 Análisis de desviaciones 3D ................................................................................................... 34 Figura 2.23 Media color ............................................................................................................................. 34 Figura 2.24 Diferentes formas de visualización ......................................................................................... 35 Figura 2.25 Desviaciones con campana de Gauss ...................................................................................... 35 Figura 2.26 Cuadro de desviación .............................................................................................................. 36 Figura 2.27 Cuadro dialogo de sección a través de un objeto .................................................................... 37 Figura 2.28 Corte ........................................................................................................................................ 38 Figura 2.29 Cuadro de dialogo de crear dimensiones 2D y ejemplo acotación ......................................... 39 Figura 2.30 Display comparar .................................................................................................................... 39 Figura 2.31 Análisis de desviaciones bidimensional .................................................................................. 40 Figura 2.32 Export to pdf y editar plantilla ................................................................................................ 41 Figura 2.33 Opciones crear informe ........................................................................................................... 41 Figura 3.1 Ejemplo de pieza volumétrica ................................................................................................... 44 Figura 3.2 Escaneo cara delantera y elemento final ................................................................................... 44 Figura 3.3 Escaneo cara trasera y elemento final ....................................................................................... 45 Figura 3.4 Cara delantera y trasera sin ruido .............................................................................................. 45 Figura 3.5 Alineación de los grupos ........................................................................................................... 46 Figura 3.6 Alineación final ......................................................................................................................... 46 Figura 3.7 Pieza antes y después de aplicar registro global ....................................................................... 47 Figura 3.8 Configuración de fusionado ...................................................................................................... 47 Figura 3.9 Elemento fusionado .................................................................................................................. 48 Figura 3.10 Antes y después de rellenar agujero ........................................................................................ 48 Figura 3.11 Target sin seleccionar, target seleccionado y target eliminado ............................................... 48 Figura 3.12 Pieza con y sin targets ............................................................................................................. 49 Figura 3.13 Cuadro configuración reducir ruido y aplicado al elemento ................................................... 49 Figura 3.14 Punas igualadas ....................................................................................................................... 49 Figura 3.15 Cuadro configuración mesh doctor y aplicado en la pieza...................................................... 50 Figura 3.16 Test establecido ....................................................................................................................... 50 Figura 3.17 Cuadro de configuración, elementos sin alinear y alineados .................................................. 51 Figura 3.18 Referencias activadas .............................................................................................................. 51 Figura 3.19 Configuración sección a través de objeto y resultado ............................................................. 52 Figura 3.20 Configuración y acotación desviaciones entre modelo teórico y test ..................................... 52 Figura 3.21 Obtención de las desviaciones del elemento ........................................................................... 53 Figura 3.22 Pieza con anotaciones y resultados ......................................................................................... 54 xix Figura 3.23 Cuadro configuración comparar 2D, resultado y opciones ..................................................... 55 Figura 3.24 Ubicación carpeta comparaciones 2D ..................................................................................... 55 Figura 3.25 Informe creado por Geomagic ................................................................................................ 56 Figura 4.1 Ejemplo de pieza plana ............................................................................................................. 58 Figura 4.2 Pieza sin ruido ........................................................................................................................... 58 Figura 4.3 Alineación de los grupos ........................................................................................................... 59 Figura 4.4 Figura alineada .......................................................................................................................... 59 Figura 4.5 Cuadro configuración registro global y elemento antes y después de aplicar .......................... 59 Figura 4.6 Pieza fusionada con defectos .................................................................................................... 60 Figura 4.7 Antes y después de rellenar un agujero y pieza sin agujeros .................................................... 60 Figura 4.8 Pieza sin targets ......................................................................................................................... 61 Figura 4.9 Aplicaciones reducir ruido, relajar y eliminar verticales con su configuración ........................ 61 Figura 4.10 Pieza tras aplicar reducir ruido, relajar y eliminar verticales .................................................. 62 Figura 4.11 Aplicación mesh doctor .......................................................................................................... 62 Figura 4.12 Configuración alineación mejor adaptación y elemento antes y después de aplicarlo ........... 63 Figura 4.13 Sección a través de la pieza..................................................................................................... 64 Figura 4.14 Aplicación comparar 2D ......................................................................................................... 64 Figura 4.15 Pieza con comentarios agregados ........................................................................................... 65 Figura 4.16 Acotación desviación modelo teórico y real ........................................................................... 65 Figura 4.17 Desviaciones tridimensionales obtenidas ................................................................................ 67 Figura 4.18 Pieza con anotaciones ............................................................................................................. 67 Figura 4.19 Informe creado por Geomagic ................................................................................................ 68 Figura 5.1 Prótesis a escanear .................................................................................................................... 72 Figura 5.2 Escaneado final cara superior ................................................................................................... 72 Figura 5.3 Escaneo cara trasera .................................................................................................................. 73 Figura 5.4 Cara superior y traseras limpias de ruido .................................................................................. 73 Figura 5.5 Alineación de los grupos ........................................................................................................... 74 Figura 5.6 Alineación final ......................................................................................................................... 74 Figura 5.7 Cuadro configuración registro global y el elemento antes y después de aplicarse ................... 74 Figura 5.8 Resultados de aplicar registro global ........................................................................................ 75 Figura 5.9 Elemento con agujeros, antes y después de cerrar un agujero y elemento sin agujeros ........... 75 Figura 5.10 Elemento con y sin targets ...................................................................................................... 76 Figura 5.11 Aplicaciones reducir ruido, relajar y eliminar verticales con su configuración ...................... 76 Figura 5.12 Pieza tras aplicar reducir ruido, relajar y eliminar verticales .................................................. 77 Figura 5.13 Cuadro de configuración de mesh doctor y pieza antes y después de aplicar ......................... 77 xx Figura 5.14 Modelo teórico nube de puntos filtrada y modelo mallado ..................................................... 78 Figura 5.15 Modelo teórico sólido ............................................................................................................. 78 Figura 5.16 Pieza test y referencia en Geomagic ....................................................................................... 79 Figura 5.17 Ensayo escaneado y recortado ................................................................................................ 79 Figura 5.18 Alineación del punto n ............................................................................................................ 80 Figura 5.19 Alineación mejor adaptación .................................................................................................. 80 Figura 5.20 Comparar 2D ........................................................................................................................... 81 Figura 5.21 Comparación 2D ..................................................................................................................... 81 Figura 5.22 Acotación de la sección para realizar gráfica .......................................................................... 82 Figura 5.23 Posicionamiento de la prótesis sobre la zona a reemplazar .................................................... 85 Figura 5.24 Desviaciones tridimensionales obtenidas ................................................................................ 86 1 1 INTRODUCCIÓN 1.1 Tecnologías de escaneo 3D Un escáner 3D es un dispositivo que analiza cualquier elemento reuniendo datos sobre su forma y hasta en ocasiones su color, generando una nube de puntos y a partir de ésta nube de puntos se puede extrapolar la forma del objeto y se crean los modelos digitales tridimensionales, los cuales pueden llegar a ser usados en una gran variedad de campos. Actualmente las tecnologías de escaneo 3D se pueden dividir en dos grandes grupos en función de si existe contacto con el objeto o no, pueden ser considerados de contacto o sin contacto. Tipos de escáner 3D Escáner de contacto Palpadores Escáner sin contacto Activo Time to flight Triangulación Diferencia de fase Holografía conoscópica Luz estructurada Luz modulada Pasivo Estereoscópicos Silueta Modulo basado en imagen 2  Los escáneres 3D de contacto. Realizan un examen de la pieza apoyada mediante el uso de palpadores los cuales proceden a recorrer el elemento o simplemente captan diferentes puntos sobre el objeto. Esta tecnología es usada mayormente para la verificación de dimensiones en procesos de fabricación, pudiendo llegar a conseguir una precisiones típicas de 0,01 mm, pero cabe destacar que su principal desventaja es el consiguiente contacto con la pieza, la cual puede llegar a ser modificada por los palpadores o dañada, por lo que no es apto para objetos delicados o de gran valor y además en comparación con los escáneres 3D sin contacto son significativamente más lentos. Figura 1.1 Escáner 3D de contacto  Escáneres 3D sin contacto. Dentro de éste se pueden encontrar dos grandes grupos, los cuales difieren en si emiten algún tipo de señal para analizar su retorno que serán los llamados activos y los que no emiten ningún tipo de señal, los cuales serán los pasivos. o Escáner 3D activo. Se encuentra basado principalmente en una tecnología, la cual emite algún tipo de señal, siendo éstas habitualmente radiaciones electromagnéticas, las cuales son analizadas a su retorno. Dentro de esta tipología, cabe hacer referencia a los distintos tipos existentes:  Time of flight. También conocido como tiempo de vuelo, se basa principalmente en la emisión de un pulso de luz a la vez que se cronometra el tiempo que tarda en llegar al objeto y volver. Debido a que la velocidad de la luz es conocida, el escáner calcula la distancia hasta el punto como “(C*t)/2”, dependiendo la precisión de este 3 escáner al medir el tiempo de duración. Puede destacarse que suelen ser de alta precisión, generando una alta densidad de puntos y realizan un muestreo rápido, pudiendo llegar a medir entre 10.000 y 100.000 puntos por segundo. Éste tipo de escáner es muy usado para el estudio de especímenes paleontológicos debido al gran volumen que tienen capacidad de captar éstos, como se destaca en el artículo Das et al. (2017), el cual lo expone como una técnica rápida y rentable para el escaneo tridimensional y posterior replicación de dichos especímenes mediante otro tipo de técnicas como pueden ser las impresoras 3D. Figura 1.2 Escáner 3D time to flight: Scan station 2 (Disponible en http://www.usedlasertracker.com)  Triangulación. Ésta tecnología se basa en la incidencia de un haz de luz láser que incide sobre el objeto y a través de la cámara se busca la ubicación de dicho punto, puesto que dependiendo de a la distancia que golpea el láser sobre la superficie, el punto del láser aparecerá en diferentes posiciones del sensor de la cámara. Partiendo de que se conoce la distancia entre el emisor y el receptor, además del ángulo del vértice del emisor y el ángulo del vértice del receptor, con todo esto es posible determinarse la ubicación de cada punto en el espacio. Ésta tecnología posee una precisión muy elevada pero queda limitada en la práctica a una distancia del elemento de no más de 30 centímetros, pero obteniendo precisiones de milésimas de milímetros, dependiendo ésta directamente del ángulo formado en el punto, teniéndose en cuenta que la precisión más baja se dará cuanto este ángulo forme 90º . Entre otros usos, este tipo de escáner se han usado en el campo odontológico debido al reducido espacio para poder trabajar sin contacto, (Park et al., 2016). También es usado para la metrología de piezas pequeñas con superficies libres y de gran complejidad, llegando a automatizar este proceso obteniendo una gran resolución y calidad (Valigi et al., 2017). 4 Figura 1.3 Modo funcionamiento triangulación (Disponible en https://en.wikipedia.org) Figura 1.4 Escáner 3D triangulación (Disponible en http://www.3dimpresoras3d.com)  Diferencia de fase. Tecnología está basada en la emisión de un haz láser continuo y de potencia modulada, obteniéndose la diferencia de fase entre la luz emitida y la recibida por el receptor. El alcance de ésta tecnología se encuentra limitado por el modo de funcionamiento, puesto que al modular un haz con una frecuencia constante existe cierta ambigüedad al obtener la distancia proporcional a la longitud de onda usada, teniendo un rango de uso intermedio, no utilizandose a una distancia superior a 200 metros y poseyendo un error característico de unos 2 milímetros por cada 25 metros de distancia. Además, cuenta con una velocidad de capturas muy 5 elevada, llegando a conseguir velocidades de escaneo que rondan los 100.000 y 1 millón de puntos por segundo, dependiendo de la precisión. Figura 1.5 Escáner 3D diferencia de fase: Faro photon (Disponible en http://trosol.com)  Holografía conoscópica. Dicha tecnología se trata de una técnica interferométrica, donde un haz de luz reflejado por una superficie atraviesa un cristal que posee dos índices de refracción, uno será ordinario y fijo y el otro extraordinario, el cual será función del ángulo de incidencia del rayo en la superficie del cristal. Al atravesar el haz el cristal, como consecuencia de los dos índices de refracción se obtienen dos rayos paralelos, estos mediante una lente cilíndrica se hace que interfieran entre sí, esta interferencia será capturada por el sensor de la cámara obteniendo de ésta forma un patrón de franjas y a través de la frecuencia de ésta interferencia es posible determinar la distancia del objeto en el que se proyectó el haz. Cabe destacar en esta técnica su elevada precisión, mejores que una micra y además que es posible usarse con luz no coherente, por lo que no tiene que ser obligatoriamente un láser lo cual es algo obligatorio en el resto de tipos, tan solo es necesario que sea un foco monocromático.  Luz estructurada. Se trata de una tecnología basada en la proyección de un patrón de luz sobre un objeto y se analiza la deformación producida en dicho patrón debido a la geometría del objeto. El modelo podrá ser unidimensional o de dos dimensiones. El modelo unidimensional se encontrara formado por una línea, la cual al ser proyectada sobre el objeto se calculan todos los puntos de la línea usando una técnica semejante a la de triangulación y ésta línea barrerá a través del campo para reunir la información necesaria. En cuanto 12 13 2 METODOLOGÍA DE MEDICIÓN 2.1 Introducción a la metodología 2.1.1 Bloques Mediante la exposición de esta metodología de uso será posible realizar completamente el escaneo de cualquier tipo de pieza y su posterior comparación con su modelo teórico, el cual deberemos importar y tener con anterioridad, para así poder obtener las desviaciones existentes entre ambos. Se comenzará en un primer bloque indicando cómo se debe montar y conectar el escáner, de qué forma deben ser colocados los target en la mesa usada para los escaneos y por último dentro de éste bloque, se mostrará de qué forma se ha de enfocar el escáner hacia la pieza. Además en éste bloque se tendrá un apéndice en el cual se comenta que para ciertos materiales a escanear que debido a la naturaleza de los materiales que es fabricado dicho elemento o en su defecto por un tratamiento superficial reflejen la luz, por lo que no se podrá realizar un correcto escaneo, ya que las capturas que se obtengan estarán muy distorsionadas, será conveniente darles una capa de una laca específica para ello, la cual permitirá un correcto trabajo al disminuir los reflejos y a la vez sin dañar ni modificar la pieza. En el segundo bloque se procederá a instruir sobre la realización del escaneo de la pieza, teniendo la mayoría de veces varios grupos de escaneos, los cuales primero deberán ser pulidos de ruido, alineados y posteriormente fusionados. Dicho bloque contendrá un apéndice en el cual se comentará para los casos en los que hayan quedado target sobre la pieza la forma de eliminarlos. El tercer bloque estará basado en cómo importar un modelo teórico y la forma de alinearlo con la pieza escaneada. El cuarto bloque expondrá la forma de realizar una comparación 3D, con las distintas posibilidades de visualización y mostrando también como obtener la correspondiente campana de Gauss de desviaciones existentes entre el modelo teórico y la pieza escaneada. En el apéndice de este bloque se explicará la forma de obtener una mejor visualización mediante un ajuste del rango de desviaciones. Dentro del quinto bloque se mostrará la forma de realizar distintos cortes al conjunto para obtener en un plano 2D las desviaciones que se producen en dicho corte y de qué forma realizar mediciones sobre dicho plano. Por último, en el sexto bloque se explica cómo se podrán obtener los informes realizados por el programa, los cuales nos proporcionarán información de todo lo realizado en dicho trabajo. 14 Figura 2.1 Diagrama de flujo de metodología 2.1.1 Comandos principales  Escanear. La aplicación escanear dispondrá de un cuadro de herramientas mediante el cual se podrán realizar los ajustes necesarios para adaptar los parámetros a cada escaneo. Bloque 1 •Metodología de montaje y escaneo Bloque 2 •Eliminación de imperfecciones consiguiendo un elemento para comparar Bloque 3 •Metodos de alineación de elemento test y referencia Bloque 4 •Metodología obtencion de desviaciones de modelo 3D Bloque 5 •Metodología de obtención de desviaciones de modelo 2D Bloque 6 •Obtención de informes 15 Figura 2.2 Cuadro de control de escaneo A Visualización. B Etiqueta del escáner. C Comando de visión de la cámara izquierda o derecha. D Posición inicial de rotación del escáner de 360º. E Escanear. F Opciones de captura. G Configuración de exposición (las zonas rojas son brillos por lo tanto debe haber las menos zonas posibles sin llegar a reducir en exceso, puesto que también sería contraproducente). H Configuración de mesa giratoria, al igual que la posición inicial de rotación, solo serán posible usarse cuando se esté usando el método de ajuste perfecto. I Barra de estado. J Configuración. K Ayuda. 16 Dentro de las opciones de captura, cabe comentar las distintas posibilidades de escaneos: Escaneo sencillo Determina automáticamente los mejores ajustes de exposición y, a continuación escanea el objeto utilizando HDR si fuese necesario. HDR Captura múltiples imágenes para objetos brillantes o con múltiple colores. Alta sensibilidad Mejora los resultados de las superficies como el pelo, pero se reduce la precisión. Reducir distorsión facial Reduce la distorsión en escaneos de la cara. Último escaneo Muestra solo el escaneo más reciente. Eliminar el último escaneo Elimina el último escaneo. Dentro de la opción de configuración aparecerá otro cuadro de herramientas, el cual se encontrará compuesto por los siguientes elementos: Figura 2.3 Cuadro de control de configuración 17 A Estado del equipo. B Configuración de exposición. C Resolución de escaneo. D Transformación del dispositivo (métodos para registrar la posición de una pieza o alinear los escaneos en un único sistema. El método de marcadores de destino es el más eficaz hasta ahora). E Opciones avanzadas. F Atrás. G Ayuda. En cuanto a la aplicación de transformación del dispositivo es usada para registrar la posición del objeto o alinear los diferentes escaneos, existiendo varios métodos que podrán ser usados:  Esferas. Después de detectar el punto central de las esferas, calcula la matriz de transformación de tal forma que la distancia entre los puntos de referencia correspondientes se minimice, y entonces se usa la transformación para registrar la posición del objeto o para alinear los escaneos en un único sistema coordenado. Para registrar la posición del objeto con el método de las esferas, se requiere posicionar al menos tres esferas y deben ser visibles a la cámara en cada escaneo.  Ajuste perfecto. Calcula la matriz de transformación alineando los escaneos y usa la transformación para registrar la posición del objeto o para alinear los escaneos en un único sistema coordenado.  Marcadores de destino. Después de detectar los target en cada escaneo, calcula la matriz de transformación de tal forma que al menos cuatro target tienen que ser reconocidos para que se produzca la alineación. Entonces usa la transformación para registrar la posición del objeto o para alinear los escaneos en un único sistema coordenado.  Ubicación actual. Registra la posición del objeto usando la matriz de transformación calculada de la alineación del último escaneo.  Desplazamiento de pieza. Para realizar un zoom sobre la pieza tan solo es necesario girar la rueda del ratón. Si se desea rotar la pieza se debe pulsar la rueda del ratón y arrastrar sin soltar. Por último, si lo que se requiere es tan solo desplazar la pieza, esto se realizará dejando pulsados Alt y la rueda del ratón. 18  Elementos de selección. Con estos comandos es posible elegir la herramienta de selección que se quiera utilizar. Y estos comandos permitirán elegir las distintas formas de selección de capas. Tabla 2.1 Elementos de selección  Alinear. La aplicación “registro manual” permite al usuario crear una alineación con desviación mínima de dos o más análisis superpuestos definiendo puntos correspondientes en regiones superpuestas. La aplicación “registro global” es usada para que la pieza quede aún mejor alineada, de forma que reparte el error existente haciendo que el ajuste sea lo más preciso posible. Tabla 2.2 Comandos alinear  Fusionar. El uso de la aplicación “fusionar” convierte los grupos de escaneo en una única malla poligonal la cual ya podrá ser usada para compararla con un modelo teórico. Tabla 2.3 Comando fusionar 19  Reparar imperfecciones. Para eliminar las imperfecciones existentes en la malla poligonal existen ciertas aplicaciones. Suelen existir huecos en la malla, los cuales se procederán a rellenar para uniformizar la malla mediante la aplicación “llenar solo uno”. Para eliminar imperfecciones como targets y dejar la superficie uniforme se usa la aplicación “defeature”. Para compensar el ruido producido como error del escáner moviendo puntos a ubicaciones correctas se usa la aplicación “reducir ruido”. Para uniformizar la malla poligonal reduciendo los ángulos entre los polígonos individuales se usa la aplicación “relajar”. En caso que se desee igualar las puntas de un punto de la malla se usa la aplicación “eliminar verticales”. Es posible también reparar automáticamente las imperfecciones de una malla poligonal usando la aplicación “mesh doctor”. Tabla 2.4 Comandos reparar imperfecciones  Comparación modelo test y modelo teórico. Para importar un modelo teórico se hace clic en inicio y en la opción “importar”. Para alinear ambos modelos para posteriormente poder compararlos se usa la aplicación “alineación mejor adaptación”. La aplicación “entidad rápida” será usada para marcar rasgos sobre el modelo teórico. En cambio, la aplicación “creación automática”, transferirá automáticamente los rasgos que posea el modelo teórico al modelo test. Tabla 2.5 Comandos modelo test y modelo teórico 20  Análisis de dimensiones en 2D. Una opción es usar la aplicación “sección a través” mediante la cual se crea un plano para realizar un corte sobre ambos modelos y sobre el que se podrán medir las deviaciones existentes entre ambos. Otra opción es la aplicación “comparar 2D” donde se seleccionará otro plano donde se realizará la comparación, pero en este caso mediante un mapa de colores de las desviaciones. Tabla 2.6 Comandos análisis de dimensiones en 2D  Análisis de dimensiones en 3D. La aplicación “3D comparar” es un comando que proyecta los puntos de todas las caras del objeto Test en las caras correspondientes del objeto de referencia, mostrando la desviación en forma de mapa de codificación de color. En caso de querer analizar el grosor de la pared se usará la aplicación “evaluar grosor de pared”, donde el comando analizará el total del grosor del objeto. Tabla 2.7 Comandos análisis dimensiones en 3D  Crear informes. Para crear un informe detallado de todo el trabajo realizado se usa la aplicación “crear informe”, la cual permite crear y editar un informe de todo el trabajo realizado, permitiendo además la elección del formato en el que se desee guardar. Tabla 2.8 Comando crear informe 21 2.2 Metodología 2.2.1 Bloque I  Montaje y conexión del escáner. Para montar y conectar el escáner, primero abriremos el trípode, colocándolo de la forma más estable posible y con vista al tamaño de la pieza a escanear, puesto que posteriormente deberemos verificar el correcto enfoque, para lo cual es conveniente que la altura y distancia a la pieza sea la mínima indispensable, paso que se verificará posteriormente. Figura 2.4 Trípode Una vez colocado el trípode, se instala con sumo cuidado en la parte superior el escáner y dejándolo bien sujeto mediante su mecanismo de fijación. 28 Figura 2.14 Registro manual Se dispondrá en el apartado “fijado” uno de los grupos y en el flotante otro, pudiendo ahora en las dos ventanas superiores seleccionar los puntos que se requieran, usando como mínimo tres puntos para que realice la alineación, cuanto más precisos sean los puntos en los dos grupos de escaneo mejor alineada quedará la pieza. Esto se realizará hasta que se considere que se posee una correcta alineación donde terminaremos clicando en OK. En la pantalla de trabajo el cuadro de la izquierda los puntos rojos son los escaneados y los puntos naranjas los que supone el programa y en el cuadro de la derecha, los puntos verdes son los escaneados y los azules los supuestos. Una vez realizada la alineación, aunque no es necesario usar esta aplicación, es conveniente, puesto que “registro Global” nos terminará de adaptar los grupos mediante una interpolación y ajuste del error repartirá dicho error creado obteniendo un resultado bastante satisfactorio, o de no ser así es posible cancelarse. En la tolerancia se debe poner un valor muy bajo para que el ajuste sea lo más preciso posible. Una vez definidos los parámetros clic en OK.  Fusionado. Una vez se disponga de los grupos alineados, estos grupos podrán ser ya fusionados convirtiéndolos en una malla poligonal, donde pasarán a comportarse como un único elemento. Para ello se seleccionaran los grupos deseados y se clicará en “fusionar”, pasando a formar todos los grupos parte de la misma nube de puntos, la cual ya se podrá comparar con su correspondiente modelo teórico. Figura 2.15 Pieza fusionada 29  Rellenar agujeros. Cuando ya se tiene el elemento fusionado, la gran mayoría de veces se podrá apreciar en ciertos bordes la existencia huecos que pueden ser debidos entre otras cosas al eliminar el ruido que se haya eliminado en exceso, y por tanto se hubiese eliminado parte de la pieza, esto es algo que sucederá con bastante frecuencia en los vértices al unir dos caras. Para rellenarlos se procederá teniendo marcado el elemento fusionado, en la ventana “polígonos” tendremos dos opciones, “llenar todo” o “llenar uno a uno”. Figura 2.16 Cuadro llenar todo y llenar solo uno Es preferible usar la aplicación “llenar uno solo” para poder ir verificando como se rellena cada agujero y poder seleccionar el modo de cobertura más adecuado para la malla en cada caso determinado, aunque también es posible usar la aplicación “llenar todo” con la cual tendremos que tener cuidado de que no nos rellene zonas a las que realmente no les falta material. Seleccionado ya la el tipo de cobertura que se le va a realizar a la malla y la opción en el caso de “llenar uno solo”, se selecciona el agujero deseado. Una vez cerrado éste agujero se procederá uno a uno con el resto. Figura 2.17 Agujero antes y después de rellenar  Eliminación de targets o triángulos seleccionados y rellenar la geometría resultante. En el escaneo habitualmente se dispondrán targets sobre la superficie de la pieza para realizar un mejor escaneo, con lo cual entes de proceder a comparar con la pieza teórica es recomendable eliminar éste defecto que tendremos sobre la pieza, para lo cual, usando cualquiera de las aplicaciones de selección, se marcará la zona del target. En la pestaña “polígonos” se usará la aplicación “defeature”, la cual eliminará el target y dejará la superficie totalmente uniforme y sin ningún rastro del target. 30 Figura 2.18 Target sin marcar, marcado y eliminado  Compensar el ruido. Para compensar el ruido como error del escáner moviendo puntos a ubicaciones correctas es posible usar la aplicación “reducir ruido” dentro de polígonos.  Uniformizar malla poligonal. La malla poligonal es posible uniformizarla reduciendo los ángulos entre polígonos individuales mediante la aplicación “relajar” que se encuentra en polígonos.  Igualar puntas. Igualar puntas de un solo punto de una malla poligonal se realiza mediante la aplicación “Eliminar Verticales” la cual se encuentra en polígonos.  Reparar automáticamente imperfecciones. Es posible reparar automáticamente las imperfecciones de una malla poligonal usando la aplicación “Mesh doctor” que se encuentra dentro de polígonos 2.2.3 Bloque III  Importar modelo teórico. Una vez que ya se tiene la pieza totalmente digitalizada, para poder realizar su comparación y análisis de desviaciones con su correspondiente modelo teórico es preciso primero importarlo al programa. El modelo teórico deberá ser un archivo tipo “part”, el cual, para importarlo se clicará en el menú principal para desplegarlo y una vez ahí clicar en “importar” donde se seleccionará el archivo deseado para importar. 31 Una vez importado el archivo, aparecerá la nueva pieza importada en azul sin ningún tipo de referencia, por lo cual el siguiente paso será alinearla con el elemento escaneado.  Alineación de pieza escaneada y modelo teórico. Realizada ya la importación de la pieza, se ha de proceder a una alineación de ambos modelos, puesto que sin dicha alineación será imposible realizar un correcto análisis de desviaciones. Para proceder a ello será muy importante activar primero “establecer Test”, para realizar esto tan solo será necesario clicar con el botón derecho en el gestor de modelo sobre el elemento fusionado, y una vez aquí clicar en “establecer Test”, una vez realizado esto el elemento fusionado aparecerá en verde con la palabra “Test” delante en el gestor de modelo. Figura 2.19 Verde Test-Fusionado gestor de modelo Una vez activado “Test” ya se puede proceder a iniciar la alineación, para comenzar en “alineación” se usará la aplicación “alineación del punto N”, este paso solo será necesario para facilitar la alineación de ambos elementos en ciertos casos. En dicha aplicación tendremos un display similar al usado para la alineación de varios grupos escaneados, “registro manual”, usado con anterioridad. En este display lo que se tendrá serán tres ventanas, en las que en una aparecerá el modelo teórico, en otra el elemento fusionado, y en la última, ambos elementos para poder ir verificando la correcta alineación. La forma de proceder será la misma que la mencionada anteriormente de “registro manual”, se seleccionará un punto concreto en la ventana del elemento importado, para después situar ese mismo punto en la ventana del elemento fusionado, debiéndose realizar este procedimiento con un mínimo de tres puntos y un máximo de los que se consideren suficientes para la correcta alineación sin resultar dichos puntos excesivos y a la vez contraproducentes. Para finalizar este procedimiento de alineación, si ha resultado satisfactorio se clicará en “OK” y si se quisiese desechar dicha alineación clicar en “Cancelar”. Tras esto, se pasará a comentar la parte más importante de este apartado, dicha aplicación será “Alineación mejor adaptación”, la cual mediante un método de ajuste perfecto y un numero de iteraciones y tolerancias predeterminadas por el usuario realizará un reparto del error del ajuste hasta obtener la mejor alineación posible. Siendo recomendable para ajustar el tamaño de la muestra y la tolerancia poner unos 5000 triángulos y 0.0001mm respectivamente. 32 Una vez determinadas las propiedades requeridas para la alineación se clicará en aplicar para que el programa proceda a realizar las iteraciones, si el resultado no fuese el requerido, es decir, el error medio o la alineación realizada no fuesen los deseados, debido a una configuración de las propiedades que no fuesen adecuadas u otros motivos, se podrá volver a introducir otras nuevas propiedades y volver a aplicar. Figura 2.20 Ventana estadísticas de las propiedades de alineación mejor adaptación Si por el contrario es satisfactoria, se clicará en “OK” para terminar y guardar dicha alineación. Será posible jugar con las opciones de “comprobar simetría”, “solo ajustes finos” o “montajes de alta precisión” para unas mejores alineaciones. Figura 2.21 Final de dos elementos alineados  Crear rasgos. Para ello primero marcar la referencia en el gestor de modelo, posteriormente en inicio hacer clic en “entidad rápida”. Cuando el modelo se encuentre activado aparecerá en naranja. Los rasgos se crearan simplemente haciendo clic en las caras del CAD, una vez realizado para salir pulsar ESC. 33 Después, usar en inicio la aplicación “creación automática”, con la que se transferirá automáticamente los rasgos del objeto de referencia al de test, una vez realizado hacer clic en aplicar. Si se desea saber si la correspondencia de los rasgos se ha hecho de forma correcta se hará abrirá dentro de herramientas la aplicación “correspondencia”, de esta forma se puede comprobar pinchando en cada cara del CAD si los puntos se han asociado de forma correcta.  Re-alinear el objeto de test y el objeto de referencia. Para comenzar, dentro de inicio abrir la aplicación “RPS alineación”, una vez abierto se hará clic en una lista de puntos de referencia y posteriormente clic en su elemento homologo, haciendo flinalmente clic en “crear par”. Es posible hacer restricciones en los tres ejes, pero estas restricciones se realizaran en pares, y este proceso se podrá repetir con todos los rasgos que se posean y una vez finalizado clicar en OK. Una vez realizado esto ya se puede proceder a re-alinear, para ello hacer clic en la aplicación “alineación basada en entidades”, la cual se encuentra en inicio, donde se unirán los rasgos de la lista de “fijado” y “flotar” creando un par. 2.2.4 Bloque IV Una vez en este bloque, después de tener los modelos correctamente alineados se entra en el punto más importante de este bloque y a su vez uno de los puntos más importantes de toda la metodología, el cual será la comparación de los modelos.  Realización de la comparación 3D. Primero, para comenzar se realizará un análisis de las dimensiones en 3D, para ello se marcará la referencia en el gestor de modelo, y en dimensiones 3D abrir “crear dimensiones 3D”. Una vez realizado esto, se procede a establecer un plano de trabajo, seleccionando en definir el plano de características del objeto y elegir el plano deseado donde se proyectaran las mediciones. Después seleccionar “primer extremo” y elegir 34 el tipo de dimensión que se quiera realizar, para ello hacer clic primero en un plano y posteriormente en el otro, si se clica en “siguiente” se podrán seguir realizando mediciones, pero si no se desea clicar en OK. Para transferir dichas mediciones realizadas al objeto Test, en dimensiones 3D abrir “evaluar dimensiones 3D”, después clicar en aplicar y OK. Una vez finalizado esto ya se podrá marcar la referencia en el modelo, y abriendo la aplicación “ajustes de ubicación” que se encuentra en herramientas, se creara un conjunto de puntos que serán usados en el siguiente paso, además los parámetros de la rejilla podrán ser modificados como convenga. Ahora se procederá a dicha comparación, para ello dentro de análisis se usará la aplicación “3D comparar”. Este comando proyecta los puntos de todas las caras del objeto de Test en las caras correspondientes del objeto de Referencia, mostrando la desviación en forma de mapa de codificación de color. Esta aplicación generará una asignación de colores tridimensionales de las diferencias entre los dos modelos, para ello se completarán las propiedades de la comparación que se vaya a realizar en el cuadro de dialogo de 3D comparar. Una vez dispuestas dichas propiedades se procederá a realizar la comparación 3D, donde se obtendrá un primer resultado de las desviaciones obtenidas, pudiéndose obtener distintas visualizaciones del resultado obtenido aplicándose la más adecuada conforme esta se adapte a dicha necesidad. Figura 2.22 Análisis de desviaciones 3D  Distintas formas de visualización. Dentro de los distintos requerimientos de las formas a exponer los resultados que pueden llegar a existir, aquí se contemplaran los que pueden realizarse con este programa. Será posible modificar el rango de gama de colores el cual se usa para exponer los resultados modificando “media color”. Figura 2.23 Media color 35 O mediante el “display” es posible hacer que el modelo desaparezca y solamente quede la figura de las desviaciones, quedando el modelo en forma de esqueleto para poder tener una mejor visualización de las desviaciones producidas en el modelo. Esto se realizará usando “referencia de color”, “puntos de test de color” y “desviaciones de color”. Figura 2.24 Diferentes formas de visualización  Campana de Gauss de desviaciones. Otra de las opciones existentes es la campana de Gauss de las desviaciones de la comparación 3D, la cual nos provee de la distribución de las desviaciones obtenidas en función de los límites descritos. Para introducir dicha campana de Gauss en el rango de desviaciones simplemente será necesario clicar con el botón derecho sobre la leyenda y activar “histograma”. Figura 2.25 Desviaciones con campana de Gauss 36  Crear anotaciones. Para crear anotaciones lo primero será marcar “result” en el gestor de modelo, una vez marcado abrir en inicio la aplicación “crear anotaciones”. La finalidad de este comando es crear anotaciones en la pantalla, que describan la comparación en 3D de los puntos de interés especificados en el conjunto de ubicación realizado en el paso anterior. Es posible modificar los datos que aparecen en las anotaciones mediante “editar display”. Todas estas anotaciones serán posible verlas en el gestor de modelo, dentro de la carpeta “result”, en la subcarpeta denominada “vistas anotación”. Cabe mencionar que en cada anotación se mostrará la media de la desviación en un radio determinado alrededor del punto analizado.  Apéndice. Cabe comentar como apéndice en este bloque, que para un mejor rango de resultados de la comparación 3D es muy recomendable intentar ajustar el rango de la máxima desviación lo máximo posible dentro de lo posible, puesto que si este rango varía mucho del que posee dicha comparación los resultados a la hora de la representación no serán todo lo exactos posible y pudiendo además si el rango se encuentra muy alejado estas desviaciones se verán de forma imprecisas, ya que el rango de desviaciones que realmente importa no podrá apreciarse con toda la exactitud posible debido a haber puesto una deviación máxima demasiado elevada hace que este rango aumente también y converjan demasiados puntos en esa zona. Figura 2.26 Cuadro de desviación 2.2.5 Bloque V 37  Realización de corte. Para obtener más información acerca de las diferencias entre los modelos es posible realizar un corte sobre ambos modelos, para poder obtener de esta forma un plano en perspectiva de la zona elegida y poder obtener así datos más concretos de desviaciones. Puestos a realizar un corte, lo primero que se debe hacer será realizar el plano por el cual se quiere realizar dicho corte, para ello se seleccionara en la parte de análisis la aplicación “sección a través”. Una vez dentro de esta aplicación mediante las opciones de “ubicación de sección” se crea el plano por el cual se desea realizar dicha sección. Dentro de las opciones de dialogo en “ver control” se podrá modificar el nombre de la sección y en “opciones” se podrás seleccionar para que el corte se le haga a ambos modelos o tan solo a uno. Figura 2.27 Cuadro dialogo de sección a través de un objeto Una vez creado el plano deseado es necesario clicar en “calcular” para que el programa proceda a realizar el corte y mostrarlo, si el resultado no fuese satisfactorio se podrá modificar el plano de corte y volver a calcular, para de esta forma cuando se obtiene el corte deseado se clicará en “OK” para que dicho corte quede guardado y puedan realizarse posteriormente todas las acotaciones necesarias sobre éste. 44 3.2 Caso de estudio El caso de estudio elegido para el ejemplo en piezas volumétricas es un elemento fabricado mediante impresión 3D. Figura 3.1 Ejemplo de pieza volumétrica Para comenzar, una vez conectado, colocado el escáner, dado una capa de espray anti reflejos a la pieza y colocados los targets, se coloca dicha pieza en la mesa de trabajo giratoria y se procederá a realizar el escaneo de la primera cara. Figura 3.2 Escaneo cara delantera y elemento final 45 Una vez terminado el escaneo de la cara superior se procederá a darle la vuelta a la pieza y capturar la cara trasera. Figura 3.3 Escaneo cara trasera y elemento final Después de haber realizado todos los grupos de capturas necesarios se procede a eliminar de ruido cada uno de ellos para de esta forma poder alinear mejor y obtener posteriormente una mejor comparación de los elementos. Figura 3.4 Cara delantera y trasera sin ruido 46 Tras eliminar con la mayor cautela y paciencia posible el ruido de los grupos, se pasa a realizar su correspondiente alineación. Primero, a través de la aplicación registro manual, asegurándose antes de abrir la aplicación de que todos los grupos que se desean alinear se encuentran marcados. Figura 3.5 Alineación de los grupos Para una correcta alineación los puntos que se marquen en ambos grupos deberán ser en lo correspondiente a su situación global en cada uno de los grupos lo más exacto posible. Figura 3.6 Alineación final 47 Cuando ya se ha realizado ésta primera alineación se pasará a usar “registro global”, donde se repartirá el error cometido anteriormente alineando y mediante un numero de iteraciones y tolerancia predeterminadas se conseguirá que quede lo más exacto posible. Figura 3.7 Pieza antes y después de aplicar registro global Una vez se tienen ambos elementos perfectamente alineados y con el error lo más repartido posible se pasará a fusionar todos los grupos para de esta forma obtener un único elemento, el cual será una malla poligonal que podrá ser comparada con modelos teóricos. Será recomendable establecer valores bajos de desviación para que la pieza quede lo mejor fusionada posible. Figura 3.8 Configuración de fusionado 48 Tras configurar las condiciones del fusionado y realizarlo la malla poligonal resultante aun tendrá ciertos defectos como agujeros de no haber podido cerrar la malla, targets u otros defectos. Figura 3.9 Elemento fusionado Teniendo en cuenta éstos defectos que aún tiene dicha malla, se procede en primer lugar a cerrar los agujeros existentes, para ello se usará la aplicación “llenar uno solo” teniendo en cuenta las características de cada agujero. Figura 3.10 Antes y después de rellenar agujero Cuando ya se han eliminado todos los agujeros uno a uno, se pasará a eliminar los targets que habían sido colocados anteriormente sobre dicha pieza, para ello primero se marcará el target y seguidamente se activará la aplicación “defeature” la cual dejará la zona totalmente uniforme. Figura 3.11 Target sin seleccionar, target seleccionado y target eliminado 49 Figura 3.12 Pieza con y sin targets Ahora, para compensar el ruido creado como error del escáner, mediante la aplicación “reducir ruido” se moverán puntos a ubicaciones correctas configurando los parámetros dependiendo de los requerimientos. Figura 3.13 Cuadro configuración reducir ruido y aplicado al elemento En el caso que se desee reducir los ángulos entre polígonos individuales de la malla poligonal se usará la aplicación “relajar”. También si lo que se requiere es igualar las puntas de un punto de una malla poligonal se usará la aplicación “verticales” Figura 3.14 Punas igualadas 50 En cambio, si se desea reparar automáticamente las imperfecciones de una malla poligonal se puede usar la aplicación “mesh doctor”, la cual realizara la reparación de todas las imperfecciones atendiendo a su propio criterio. Figura 3.15 Cuadro configuración mesh doctor y aplicado en la pieza Después de haber eliminado las imperfecciones existentes en la pieza ya será posible compararla con el modelo teórico, para lo cual será necesario importar dicho modelo. Para poder alinear y comparar el elemento escaneado con el CAD será necesario establecer como “test” el objeto escaneado, para ello se clicará sobre el con el botón derecho en el gestor de modelo y se activará “establecer test”. Figura 3.16 Test establecido Dispuesto esto, se procede a alinear ambos objetos, para ello se usará la aplicación “alineación mejor adaptación”, donde se configurará el número de triángulos y las tolerancias. 51 Figura 3.17 Cuadro de configuración, elementos sin alinear y alineados Si se desean crear rasgos, primero se activará la aplicación “entidad rápida” y se marcaran los rasgos deseados sobre el CAD, para posteriormente con la aplicación “creación automática” se transferirán automáticamente dichos rasgos al objeto test. Figura 3.18 Referencias activadas Dentro ya de los análisis dimensionales, se procederá primero a realizar un análisis de las dimensiones del grosor en 2D, para lo que se realizará primero una sección con la aplicación “sección a través del objeto”, con la que se seleccionara el plano de corte. 52 Figura 3.19 Configuración sección a través de objeto y resultado Y mediante la aplicación “dimensiones 2D” se podrán realizarar las acotaciones necesarias. Figura 3.20 Configuración y acotación desviaciones entre modelo teórico y test Para analizar dimensiones en 3D existe un comando que proyecta los puntos de todas las caras del objeto test en las caras correspondientes al objeto teórico, mostrando mediante un mapa de codificación de color las desviaciones entre los puntos. Para ello se usará la aplicación “3D comparar” donde se ajustaran los parámetros deseados en su cuadro de configuración para obtener finalmente la comparación. 53 Figura 3.21 Obtención de las desviaciones del elemento Si se desean realizar anotaciones sobre los resultados, primero se deberá marcar sobre el gestor de modelo “result” y posteriormente abrir la aplicación “crear anotaciones” donde se realizaran las anotaciones deseadas de la forma comentada anteriormente. 60 Una vez se tienen ambos elementos perfectamente alineados y con el error existente lo más repartido posible se pasará a fusionar todos los grupos para de esta forma obtener un único elemento, el cual será una malla poligonal que podrá ser comparada con modelos teóricos. Será recomendable establecer valores bajos de desviación para que la pieza quede lo mejor fusionada posible. Tras configurar las condiciones del fusionado y realizarlo, la malla poligonal resultante aún tendrá ciertos defectos como agujeros de no haber podido cerrar la malla, targets u otros defectos. Figura 4.6 Pieza fusionada con defectos Teniendo en cuenta éstos defectos que aún posee dicha malla, se procede en primer lugar a cerrar los agujeros existentes, para ello se usará la aplicación “llenar uno solo” teniendo en cuenta las características de cada agujero. Figura 4.7 Antes y después de rellenar un agujero y pieza sin agujeros 61 Cuando ya se han eliminado todos los agujeros uno a uno, se pasará a eliminar los targets que habían sido colocados anteriormente sobre dicha pieza, para ello primero se marcará el target y seguidamente se activará la aplicación “defeature” la cual dejará la zona totalmente uniforme. Figura 4.8 Pieza sin targets Ahora, para compensar el error creado por el ruido del escáner al realizar una captura, mediante la aplicación “reducir ruido” se moverán puntos a ubicaciones correctas, también se reducirá el ángulo entre polígonos individuales de la malla poligonal mediante la aplicación “relajar” y se igualaran las puntas de un punto de la malla poligonal con la aplicación “eliminar verticales”. Figura 4.9 Aplicaciones reducir ruido, relajar y eliminar verticales con su configuración 62 Figura 4.10 Pieza tras aplicar reducir ruido, relajar y eliminar verticales En cambio, si se desea reparar automáticamente las imperfecciones de una malla poligonal se puede usar la aplicación “mesh doctor”, la cual realizara la reparación de todas las imperfecciones atendiendo a su propio criterio. Figura 4.11 Aplicación mesh doctor Una vez se han eliminado todas las imperfecciones existentes en la pieza ya será posible compararla con el modelo teórico, para lo cual será necesario importar dicho modelo. Para poder alinear y comparar el elemento escaneado con el CAD será necesario establecer como “test” el objeto escaneado, para ello se clicará sobre el con el botón derecho en el gestor de modelo y se activará “establecer test”. Dispuesto esto, se procede a alinear ambos objetos, para ello se usará la aplicación “alineación mejor adaptación”, donde se configurará el número de triángulos y las tolerancias. 63 Figura 4.12 Configuración alineación mejor adaptación y elemento antes y después de aplicarlo Si se desean crear rasgos, primero se activará la aplicación “entidad rápida” y se marcaran los rasgos deseados sobre el CAD, para posteriormente con la aplicación “creación automática” se transferirán automáticamente dichos rasgos al objeto test. Dentro ya de los análisis dimensionales, se procederá primero a realizar un análisis para comparar las dimensiones en 2D, para lo que se realizará primero una sección con la aplicación “sección a través del objeto”, con la que se seleccionara el plano de corte y mediante la aplicación “comparar 2D”, en dicha aplicación se marcará 3D desviación para este caso. 64 Figura 4.13 Sección a través de la pieza Figura 4.14 Aplicación comparar 2D Es posible realizar también anotaciones de la misma forma que se ha comentado anteriormente, y además, dichas comparaciones se podrán encontrar en una subcarpeta llamada comparaciones 2D que se encontrará dentro de “result”. 65 Figura 4.15 Pieza con comentarios agregados De dicha sección realizada será posible realizar una gráfica que represente la desviación del modelo teórico con respecto al modelo real, para lo cual se procede acotando toda la sección realizada y obteniendo la desviación existente en cada punto, con lo cual se podrá obtener dicha gráfica. Figura 4.16 Acotación desviación modelo teórico y real 66 Tabla 4.1 Deformación corte pieza SPIF frente a modelo teórico Posición elemento (mm) Desviación (mm) 0 2,149 1,6601 1,3619 2,9373 1,0922 3,9462 1,0192 4,7017 0,9968 5,546 0,9824 6,6295 0,9663 7,568 0,953 8,4487 0,9415 9,303 0,9328 10,2185 0,9317 11,2834 0,9529 12,2289 0,9868 13,3458 1,0322 14,4786 1,0775 15,5174 1,1265 16,5099 1,1846 17,3247 1,226 18,4176 1,2732 19,4691 1,3089 21,0459 1,3291 Tabla 4.2 Datos desviación del modelo 67 Para analizar dimensiones en 3D existe un comando que proyecta los puntos de todas las caras del objeto test en las caras correspondientes al objeto teórico, mostrando mediante un mapa de codificación de color las desviaciones entre los puntos. Para ello se usará la aplicación “3D comparar” donde se ajustaran los parámetros deseados en su cuadro de configuración para obtener finalmente la comparación. Figura 4.17 Desviaciones tridimensionales obtenidas Si se desean realizar anotaciones sobre los resultados, primero se deberá marcar sobre el gestor de modelo “result” y posteriormente abrir la aplicación “crear anotaciones” donde se realizaran las anotaciones deseadas de la forma comentada anteriormente. Figura 4.18 Pieza con anotaciones 68 Por último, Geomagic ofrece la posibilidad de obtener un informe sobre todo lo realizado, para ello se marcaran primero los formatos en los que se deseen dichos informes y se abrirá la aplicación “crear informe”, tras lo cual se creará y guardará dicho informe donde se le haya marcado. Figura 4.19 Informe creado por Geomagic Para concluir, de este tipo de ensayo cabe destacar la gran capacidad de obtener desviaciones sobre pequeños grosores mediante comparaciones en 2D, las cuales pueden llegar a ser muy útiles en ensayos donde su geometría es simétrica, y pudiéndose llegar finalmente mediante la obtención de graficas de desviaciones a comparar los resultados de distintos ensayos. 4.3 Conclusiones Las piezas planas a la hora de su digitalización el mayor problema que presentan es debido a su grosor, puesto que a la hora de la digitalización el incorrecto montaje conlleva a desviaciones conclusiones incorrectas. Otro de los grandes problemas de este tipo de piezas se dan sobre los modelos con formas simétricas, los cuales una vez escaneados es muy complicado saber por ejemplo a que esquina corresponde cierto escaneo, lo cual puede llevar a unir de forma incorrecta los grupos, situando de esta forma deformaciones en lugares que realmente no le corresponden dando resultados falsos a la hora de la comparación con el modelo teórico. Cabe la posibilidad de evitar estos errores mediante el uso de técnicas ciertamente rudimentarias pero eficaces, como por ejemplo, sobre ensayos donde la información que es realmente importante se encuentra contenida en la zona deformada, es posible marcar la superficie de la placa plana mediante un punzón realizando marcas que permitan identificar sin ningún tipo de problema con que esquina se estaría trabajando, teniendo en cuenta siempre que dichas superficies no deben contener información relevante acerca del ensayo. 69 Al tratarse la mayoría de este tipo de piezas de modelos simétricos a veces es muy complicado observar si ciertas capturas el programa se encuentra alineándolas de forma correcta, puesto el escalonamiento producido a veces será casi inapreciable. Una forma de evitar dicho error, a la vez que ayudar a la correcta alineación será la colocación de algunos targets sobre la superficie de la pieza, lo cual además de valer para una mejor identificación y alineación de las capturas, pueden estos valer para solucionar el problema anterior de saber con qué esquina se está trabajando, puesto que los targets quedarán marcados en el modelo, y una vez después de fusionar los grupos es posible eliminar dichos targets de la pieza sin haber tenido que modificarla o dañarla. 76 Cuando ya se han eliminado todos los agujeros uno a uno, se pasará a eliminar los targets que habían sido colocados anteriormente sobre dicha pieza, para ello primero se marcará el target y seguidamente se activará la aplicación “defeature” la cual dejará la zona totalmente uniforme. Figura 5.10 Elemento con y sin targets Ahora, para compensar el error creado por el ruido del escáner al realizar una captura, mediante la aplicación “reducir ruido” se moverán puntos a ubicaciones correctas, también se reducirá el ángulo entre polígonos individuales de la malla poligonal mediante la aplicación “relajar” y se igualaran las puntas de un punto de la malla poligonal con la aplicación “eliminar verticales”. Figura 5.11 Aplicaciones reducir ruido, relajar y eliminar verticales con su configuración 77 Figura 5.12 Pieza tras aplicar reducir ruido, relajar y eliminar verticales En cambio, si se desea reparar automáticamente las imperfecciones de una malla poligonal se puede usar la aplicación “mesh doctor”, la cual realizara la reparación de todas las imperfecciones atendiendo a su propio criterio. Figura 5.13 Cuadro de configuración de mesh doctor y pieza antes y después de aplicar Una vez se han eliminado todas las imperfecciones existentes en la pieza ya será posible compararla con el modelo teórico, pero para éste caso particular existe un problema puesto que el modelo teórico que se posee es un modelo de nube de puntos, lo cual no será posible comparar con nuestro elemento, por lo tanto, se usará el programa Catia para a través de la nube de puntos existente crear un sólido para poder realizar dicha comparación. Para comenzar, debido a la gran cantidad de puntos que tiene dicho modelo para que se pueda crear un buen mallado sin que de problemas el programa se realiza un filtrado de puntos y se eliminan ciertas imperfecciones, tras lo cual se realiza el mallado de la nube. 78 Figura 5.14 Modelo teórico nube de puntos filtrada y modelo mallado Debido a que el elemento tiene excesiva información innecesaria que podrá causar problemas al crear el sólido o posteriormente al realizar la alineación o comparación se toma la decisión de crear un sólido solo de la parte superior del cráneo, la cual incluirá toda la zona de estudio donde irá situada la prótesis. Figura 5.15 Modelo teórico sólido Tras crear el sólido con Catia ya será posible importar el archivo “part” a Geomagic Capture para proceder a realizar la alineación y diferentes estudios. 79 Figura 5.16 Pieza test y referencia en Geomagic Antes de proceder a la alineación de ambos elementos, para facilitar el trabajo al programa y evitar la aparición de errores, debido a que del ensayo escaneado tan solo la zona deformada sería la prótesis, y por tanto coincidirá con el modelo teórico del cráneo. Para ello, mediante la aplicación “recortar” se selecciona la parte que interesa para el estudio y se recorta. Figura 5.17 Ensayo escaneado y recortado Para poder alinear y comparar el elemento escaneado con el CAD será necesario establecer como “test” el objeto escaneado, para ello se clicará sobre el con el botón derecho en el gestor de modelo y se activará “establecer test”. Para conseguir una mejor alineación entre ambos modelos a diferencia del resto de casos primero se realizará una “alineación del punto n” para conseguir una primera alineación, ya que uno de los elementos es mucho mayor que el otro, si se realizase directamente una “alineación mejor adaptación” es posible que 80 el programa terminase las iteraciones y no consiguiese colocar los elementos. Por ello se procede a situar los puntos con la mayor exactitud posible. Figura 5.18 Alineación del punto n Tras haber realizado la primera aproximación se realizará una “alineación mejor adaptación”, donde se configuraran el número de iteraciones, las tolerancias y además para este caso se marcará la opción de “solo ajustes finos” con lo que se conseguirá una perfecta alineación de ambos elementos. Figura 5.19 Alineación mejor adaptación Dentro ya de los análisis dimensionales, se procederá primero a realizar un análisis para comparar las dimensiones en 2D, para lo que se realizará primero una sección con la aplicación “sección a través del objeto”, con la que se seleccionara el plano de corte y mediante la aplicación “comparar 2D”, en dicha aplicación se marcará 3D desviación para este caso. 81 Figura 5.20 Comparar 2D Figura 5.21 Comparación 2D Se podrá realizar también anotaciones de la misma forma que se ha comentado anteriormente, y además, dichas comparaciones se podrán encontrar en una subcarpeta llamada comparaciones 2D que se encontrará dentro de “result”. De dicha sección realizada será posible realizar una gráfica que represente la desviación del modelo teórico con respecto al modelo real, para lo cual se procede acotando toda la sección realizada y obteniendo la desviación existente en cada punto, con lo cual se podrá obtener dicha gráfica. 82 Figura 5.22 Acotación de la sección para realizar gráfica Tabla 5.1 Deformación entre prótesis craneal y cráneo 83 Posición elemento (mm) Desviación (mm) 0 1,4666 2,4633 0,896 5,3684 0,5674 7,9222 0,5733 10,5567 0,5927 13,2421 0,504 15,8333 0,4466 18,8623 0,208 21,7905 -0,0671 24,5652 -0,239 27,0959 -0,2865 29,738 -0,2765 32,1687 -0,1595 34,4272 0,0056 37,0838 0,2843 39,8412 0,5662 42,0426 0,7279 44,2088 0,7809 47,0163 0,7816 50,0519 0,7256 52,9485 0,6484 Tabla 5.2 Datos de desviación del modelo Se podría llegar a realizar un mejor ajuste de las desviaciones máximas para que de esta forma aunque las desviaciones internas se incrementen las máximas disminuirían. 84 Tabla 5.3 Deformación entre prótesis craneal y cráneo con datos modificados Posición elemento (mm) Desviación (mm) 0 0,87655 2,4633 0,30595 5,3684 -0,02265 7,9222 -0,01675 10,5567 0,00265 13,2421 -0,08605 15,8333 -0,14345 18,8623 -0,38205 21,7905 -0,65715 24,5652 -0,82905 27,0959 -0,87655 29,738 -0,86655 32,1687 -0,74955 34,4272 -0,58445 37,0838 -0,30575 39,8412 -0,02385 42,0426 0,13785 44,2088 0,19085 47,0163 0,19155 50,0519 0,13555 52,9485 0,05835 Tabla 5.4 Datos de desviación del modelo modificados 85 De esta forma los resultados se encontrarían muy cercanos a los expuestos por Centeno et al., 2017. Figura 5.23 Posicionamiento de la prótesis sobre la zona a reemplazar Tabla 5.5 Cepas principales de la prótesis craneal dentro de la zona de formación por SPIF (procedente del articulo Centeno et al., 2017) Para analizar dimensiones en 3D existe un comando que proyecta los puntos de todas las caras del objeto test en las caras correspondientes al objeto teórico, mostrando mediante un mapa de codificación de color las desviaciones entre los puntos. Para ello se usará la aplicación “3D comparar” donde se ajustaran los parámetros deseados en su cuadro de configuración para obtener finalmente la comparación. 92 Park, H.-S., Shah, C., & Shah, R. (2016). AN ENHANCED DEVELOPMENT OF 3D INTRA-ORAL SCANNER USING FRINGE-PROJECTION TECHNIQUE FOR DENTISTRY. Web of Science, 2(UNSP V002T02A036). Obtenido de https://apps.webofknowledge.com/full_record.do?product=WOS&search_mode=GeneralSearc h&qid=6&SID=P1LcHXXY3UZnfzADVXt&page=1&doc=3&cacheurlFromRightClick=no Rioux, M., Bird, T., & Girolami, M. 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