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CAPITOLO 1
Introduzione
Il know-how che le tecnologie digitali attualmente mettono a disposizione nei settori industriali è assai ampio ed è oggetto di continui sviluppi: tecnologie per l'acquisizione di dati tridimensionali e per il Reverse Modelling [1], prototipazione virtuale e rapida, tecniche sempre più sofisticate per la gestione integrata del progetto.
Negli ultimi anni le tecnologie per l’acquisizione di dati tridimensionali hanno cominciato a destare molto interesse soprattutto grazie ai sistemi ottici di digitalizzazione 3-D, in pratica degli Scanner 3-D che consentono di ricostruire digitalmente un oggetto reale.
La possibilità di disporre di “ modelli digitali 3D “ che rappresentino fedelmente la forma e le caratteristiche di oggetti reali è di fondamentale importanza soprattutto in quei settori a forte componente progettuale oltre che nei settori della bioingegneria e del design industriale.
Il grado di evoluzione che si è recentemente osservato ha poi permesso di superare i confini di taluni “ obiettivi strategici “ che a tali tecnologie erano generalmente associati, come la “ compressione dei costi di progettazione “ o del “ time-to-market “. In tale direzione lo sviluppo delle tecnologie ottiche per la digitalizzazione tridimensionale, affiancando il settore della modellazione assistita ( Computer Aided Design ), sta rivoluzionando le modalità di approccio nella elaborazione e nella gestione dei “ modelli digitali 3D “ [2].
Difatti attraverso queste tecnologie è possibile avere un controllo sulle variabili di progetto, nuove opportunità di testare e identificare i problemi prima e durante il ciclo stesso della progettazione ( invece che alla sua conclusione ) e la possibilità di ispezionare qualitativamente un prototipo prima della fase della produzione.
CAPITOLO 1. INTRODUZIONE
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Il Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Nucleare e della Produzione (DMNP) della facoltà d’Ingegneria dell’ Università di Pisa, avendo avvertito questi importanti cambiamenti che stanno interessando i vari settori dell’industria, già da alcuni anni impegna risorse nella ricerca riguardante le varie fasi della progettazione assistita di strutture meccaniche ed in modo particolare in un settore d’avanquardia ed in continua espansione come la Reverse Engineering applicata ai sistemi ottici di digitalizzazione 3D.
Nel settore della digitalizzazione tridimensionale il panorama hi-tech offre una vasta scelta di sistemi ad alte prestazioni che utilizzano procedure di rilevazione a contatto o senza contatto. I sistemi a contatto sono caratterizzati da lunghi e complessi processi di acquisizione punto-punto delle superfici. Le tecnologie ottiche permettono, invece, la rilevazione digitale 3D a campo intero di una superficie con sensibile riduzione dei tempi di scansione [9-10].
L’elevato costo dei dispositivi di acquisizione di alta qualità e la complessità delle operazioni di misura rappresentano un limite alla diffusione di queste tecnologie in ambito industriale.
L’attività svolta in questa tesi presenta lo sviluppo di un sistema a basso costo per l’acquisizione 3D senza contatto utilizzato nel processo di ispezione tipico della Reverse Engineering ( R.E. ) e nel controllo di qualità ( dimensionale e di forma ) su componenti di turbomacchine ottenuti per fusione.
Il dispositivo ottico utilizzato, basato su una tecnica a luce codificata [8-9], consta di un proiettore multimediale DLP per generare immagini a frange parallele bianche e nere e due telecamere digitali ( visione stereoscopica ) per acquisire le immagini della superficie codificata con la luce strutturata [10].
La tecnica impiegata usa una soluzione innovativa del metodo gray-code che consente di risolvere il problema delle corrispondenze, tipico dei dispositivi stereoscopici, utilizzando luce strutturata comprendente frange orizzontali e verticali codificate.
La luce strutturata è generata mediante il proiettore multimediale che non costituisce un elemento attivo del processo di misura pertanto non necessita di operazioni di taratura. Ciò consente di utilizzare proiettori DLP convenzionali, facilmente reperibili in commercio anche a basso costo, senza danneggiare l’accuratezza delle rilevazioni,
CAPITOLO 1. INTRODUZIONE sebbene tali apparecchiature siano tipicamente caratterizzate da elementi ottici di qualità non elevata.
Nel presente lavoro è stata pertanto analizzata la possibilità di introdurre le tecniche di R.E. coadiuvate dal sistema ottico stereoscopico per la digitalizzazione 3D tra le fasi che concorrono all’ottimizzazione del controllo di qualità nella progettazione di segmenti statorici di turbina dei propulsori aeronautici.
Nel dettaglio è stata svolta una analisi di fattibilità sulla possibilità di realizzare controlli dimensionali e di forma direttamente sul modello digitale acquisito ( nuvola di punti tridimensionale ), confrontandolo con la geometria CAD nominale ( fig. 1.1 ).
Figura 1.1 Diagramma delle fasi fondamentali di un processo di Reverse Engineering per controllo dimensionale e di forma tramite Scanner 3D a basso costo.
CAPITOLO 1. INTRODUZIONE
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La realtà industriale grazie alla quale è stata elaborata questa tesi è l’azienda
AVIO S.p.A. – Propulsione Aerospaziale,
che ha messo a dispozione il segmentostatorico, oggetto della scansione 3D e del controllo, le specifiche di progetto ed alcune misurazioni di controllo effettuate con le classiche Macchine di Misura a Coordinate ( CMM ).
