船體3D掃描逆向工程實例

GAJETA是一艘來自克羅地亞的小型的傳統漁船,是木製的,長約7-12米,常在地中海亞得裡亞海沿岸的島嶼之間捕魚和運輸。該船的優點在於它圓形的船 頭和船尾,及較高的承載能力和良好的適航性,使其特別適用於波濤洶湧的大海。然而,國外製造商在大量生產更便宜的塑膠船,以致這類船隻的數量正在急劇減 少。

在這僅存的少數幾個克羅地亞船廠中,有一家座落於Nerezine島上的羅西尼亞小鎮,是專門從事施工和修理木船。熱衷於這8米長GAJETA的美麗和適 航性,Lekic一家決定重新開始生產這類木製的小船。他們有性能良好的小船,並擁有製造木船的基礎設施及相關知識經驗。現在,有了現代科技的幫助,他們 希望重振傳統造船業。

製造木船是一個很大的挑戰。船的框架有肋,樑和龍骨,這些決定了船的形狀,穩定性和適航性。在過去,經驗豐富的工匠製作這些木框架是根據猜測和經驗,但成功率也挺高。

一個可靠的方法來建造一個性能良好的新船,就是複制一條已經證實是成功的船。將船樑的範本和形狀複製下來,然後轉到船廠重新生產。這就是我們常說的逆向工程

現代技術簡化並加快了具有重複性特點產品的生產製造。為了能夠製造一個可用的Nerezine 船,克羅地亞公司TOPOMATIKA利用GOM的TRITOP攝影測量系統對船的形狀的進行逆向工程所需的3D掃描量測。

為了準確地定義船體的形狀,約300個參考點(有黑底白點的膠紙)貼於船上(Fig1)。然後,用數碼相機記錄來自各個方向的圖像,然後錄入筆記本電腦。該TRITOP軟件自動識別參考點並編碼以得到高精確度的圖像。

所有圖片參考點位置確定後,系統會自動分配圖片上的獨立的標記,並準確計算3D參考點的位置。標定尺的實際長​​度是被ultra-precisely認證的辦公室校準過,並提供適當的縮放。

TRITOP的測量結果顯示為許多精確的參考點點坐標在全域坐標系統中。

Fig.1 為攝影測量做準備

Fig.2顯示了船體測量點的位置(紅點)和記錄的FIG像(黃色)時的攝像機位置。黃色的線表示從各個攝像機拍攝的位置到測量點。這些線的交點定義了點 在空間的確切位置, 而且能確定所有測量點並清楚顯示在空間中的精確位置(坐標X,Y和Z軸)來定義小船的三維形狀。因此,船的尺寸(例如,它的長度- Fig3)也已經確定。用表面重建的軟件定義各個曲面。這些表面可以完全定義成船體的CAD模型。

Fig.2 在TRITOP軟體中參考點
(紅色)和相機位置(黃色)
Fig.3 攝影測量的結果,測量點定義船的船體形狀

Fig.4 顯示了基於FIG片測量參考點而計算成型的船的3D模型。FIg.5 例舉了船體的特徵線(三個平面平行的部分)。

Fig.4 據photogrammetrically
計算船的三維模型
FIg.5 船體的特性線

現在,很容易將CAD模型根據客戶特定的要求進行修改。根據CAD數據和部分線路,設計人員可以很容易地精確定義肋骨和船體等配套元素。FIg.6所示肋 的形狀和頂殼邊緣的位置。綠色區域(右側)顯示了肋骨弓,船尾肋顯示為黃色。一台數控銑床可以使用CAD數據直接按照肋的形狀加工木料。對於量小的單,, 在CAD中定義的肋骨的形狀然後列印出來,直接對木頭進行手動加工。

FIg.6

我們可以快速、靈活並精確的使用TRITOP來測量船體。使顧客願望得以完成,而且可以優化並執行生產。

我們想感謝Nerezine shipyard對TOPMATIKAR信任,並允許發表這篇報告。


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