Con il termine “sistema a contatto”, si intende, un sistema che misura la posizione del punto con cui viene a contatto lo strumento; in questo senso, i pantografi digitali, detti anche tastato-
ri sono sistemi a contatto, dove, come
è ovvio, per poter misurare un punto diventa necessario poterlo raggiungere. Si tratta del sistema di rilievo digitale più vecchio ed elementare nella sua semplicità e tra tutti l’unico che ri- chieda una pianificazione di ciò che
effettivamente si va a misurare a monte dell’operazione stessa. Infatti, benché i software di gestione di questo tipo di strumentazione, rendano sempre più veloce e pratico il processo di rilievo, l’operatore non può certo permettersi di battere una quantità indefinita di punti presenti sull’oggetto per poi affittirne la densità in corrispondenza dei punti meno definiti, certo nul- la toglierebbe di operare in questa maniera, ma il processo complessivo non porta certo alla produzione di un modello chiaro e ottimizzato, con il rischio di una descrizione sommaria
Figg. 3/4 - Braccio pantografo Microscribe, di questo strumento esistono più modelli, diversi per livello di precisione e raggio d'azione raggiungibile dal braccio.
Fig. 5 - Modello tridimensionale digitale ottenuto dalle misurazioni di un gatto di ceramica.
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di alcune parti. In questo contesto risulta necessario eseguire un rilievo per linee guida o per sezioni, oppure, meglio ancora, secondo una combina- zione di queste due. Secondo questa procedura, si dovranno individuare sull’oggetto da rilevare una serie di linee di spina, tali da racchiudere tra loro superfici il più uniformi possibili per tipo di curvatura o andamento dei piani, e successivamente, eseguire delle sezioni attraverso queste superfi- ci in modo da scomporre l’oggetto in elementi rappresentabili attraverso gli
strumenti generici di un CAD evoluto. In sostanza quello che l’operatore deve fare è estrarre dall’oggetto tutti gli ele- menti guida che gli saranno utili per la sua successiva ricostruzione, e quindi il processo risulterà fortemente legato al software di destinazione di quanto rile- vato. Infatti un programma in grado di mettere a disposizione strumenti di di- segno avanzati, come superfici NURBS o Subdivision Surface, permetterà di sviluppare modelli sulla base delle procedure basate su linee guida e se- zioni, mentre l’impiego di CAD capaci di produrre esclusivamente geometria poligonale e Mesh non permetterà di rappresentare con facilità il modello geometrico dell’oggetto a meno di non rilevare un numero molto elevato di punti con significativi raffittimenti in corrispondenza delle parti con curvature maggiormente accentuate. Inoltre, i software CAD specializzati per l’interfacciamento con questi stru-
menti permettono l’utilizzo di funzioni specifiche molto efficaci, come la pos- sibilità di definire dei piani di sezione “virtuali” lungo l’oggetto, in questa maniera, ogni volta che il puntatore del braccio misuratore attraverserà quel piano il punto corrispondente verrà automaticamente registrato
producendo sequenze di punti perfet- tamente complanari.
I tastatori possono essere divisi in due gruppi molto diversi per campo d’uso e possibilità di applicazione, il primo gruppo, quello dei tastatori automatici è oggi pressoché sparito, in virtù dei costi e degli ingombri elevati, ed il se-
Figg. 6/8 - Esempi di applicazione di un braccio pantografo digitale, da sinistra: rilievo di oggetti, rilievi antropometrici, rilievo per ingegneria inversa.
Fig. 9 - Schema della composizione di un braccio pantografo Faro.
Fig. 10 - Puntali intercambiabili di un modello della Faro, la diversa forma serve a rispondere a diverse esigenze di misurazione.
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condo costituito dai modelli a braccio, è oggi molto diffuso. Nel primo caso si tratta di una macchina di grandi dimensioni, molto pesante e non fa- cilmente trasportabile, costituita da un ampio vano con un piano di appoggio basculante e un braccio mosso su tre assi, capace di raggiungere, spostando- si sulla verticale, un qualunque punto presente del vano sottostante; in questa maniera l’oggetto rilevato deve essere posto all’interno della macchina, che provvederà a toccare una maglia di punti secondo un passo prestabilito. Questo tipo di apparecchiatura offre
una elevata precisione e permette di misurare oggetti con dimensioni mas- sime di una automobile; ovviamente gli spazi di occlusione sono elevati in conseguenza del tipo di movimento e della poca versatilità, ma per un sistema pensato per la misurazione di oggetti liberamente posizionabili su un piano, si tratta di un problema modesto. Nel caso dei pantografi a braccio la macchina è dotata di una base di appoggio ed è normalmente dotata di aste con tre snodi, uno alla base, uno in mezzeria, ed un ultimo al raccordo con il puntale che deve entrare in contatto
con l’oggetto da misurare.
Il braccio normalmente non presenta sistemi propri di memorizzazione dei dati, e di conseguenza il sistema deve essere collegato ad un computer per permettere di archiviare i dati via via che questi vengono raccolti. La con- nessione, in virtù del modesto flusso di dati dovuto al rilievo avviene in genere attraverso una porta seriale, e nei modelli più recenti, per aumentare la versatilità dello strumento, su porta
USB.
La mobilità del punto che rileva e la
snodabilità del macchinario rendo- no virtualmente assenti gli spazi di occlusione, ma i reali limiti fisici del braccio e la dimensione modesta, ma reale, della punta misuratrice rendono comunque impossibile, in determinate condizioni, la misurazione di alcune parti, per cui può risultare necessario riposizionare in maniera differente il braccio pantografo per raggiungere tutte le parti di ciò che si sta rilevan- do.
Alla stessa maniera, il braccio è vin- colato da un’estensione fisica, che nei
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Figg. 11/12 - Interfacciamento di un braccio pantografo Microscribe in due CAD tridimensionali: McNeel Rhinoceros e Think3 Thinkdesign.
modelli di maggior dimensione può arrivare a coprire un volume grosso modo sferico di tre metri di diametro, con centro nello snodo della base dello strumento.
All’aumentare della dimensione della sfera operativa del braccio, aumentano anche le dimensioni delle sezioni delle parti componenti l’apparecchiatura, e le caratteristiche dei materiali utilizzati
per la costruzione che devono essere tali da ridurre al minimo eventuali deformazioni fonte di riduzione della precisione della misurazione.
La referenziazione tra diverse cam- pagne eseguite da posizioni diverse del braccio viene effettuata il più delle volte battendo tre o più punti comuni, non allineati e indiscutibil- mente riconoscibili, comuni ogni due
campagne.
La precisione di un rilievo eseguito con questo tipo di strumentazione si aggira tra il mezzo centimetro e il millimetro per i modelli di massima accuratezza, che per lo più vengono utilizzati per operazioni di ingegneria inversa e per il rilievo di manufatti di modeste dimensioni, nonché per la prototipazione rapida di modelli di studio per elementi di design o per l’impiego in computer grafica. Il costo relativamente contenuto e la facilità di impiego hanno permesso una discreta diffusione di queste apparecchiature, al punto che alcuni software di modella- zione generici, come Mcneel Rhinoceros
3D e ink3 inkdesign hanno pre-
sentato nelle loro versioni più recenti funzioni di interfacciamento diretto ai modelli di braccio prodotti dalla
Microscribe1 e dalla Faro2 (tra i più
diffusi in assoluto).
I limiti principali di queste stru- mentazioni stanno nella necessità di raggiungere l’oggetto per poterlo misurare, nei tempi piuttosto elevati necessari per eseguirne la misurazione e nel bisogno di una postazione di lavoro tale da garantire stabilità all’apparec- chiatura una volta che questa entra in funzione, cosa difficilmente ottenibi- le, nel campo architettonico anche nel caso di poter disporre di una buona impalcatura. I principali pregi consi-
stono nella buona precisione, nel costo relativamente contenuto e nel modesto impegno richiesto nell’impiego della strumentazione.
Assimilabili a questo tipo di tecnologia è anche quella piuttosto ingegnosa, dei sistemi a pantografo che trasmettono un movimento ad una tavoletta grafi- ca collegata ad un computer con un software CAD operativo e in modali- tà disegno. Questo metodo, alquanto curioso, è una soluzione applicabile solo ad oggetti di piccole dimensioni, e non permette di ottenere un modello tridimensionale dell’oggetto ma solo la rappresentazione bidimensionale di profili dell’elemento rilevato. Si tratta di un sistema presumibilmente destinato a cadere in disuso, e che comunque non ha mai avuto una particolare diffusione.