Reverse Engineering

Introduzione:
La necessità di riprodurre la geometria degli elementi creati manualmente dai modellisti è ormai sentita nelle moderne infrastrutture produttive che necessitano del modello matematico (CAD3D) accurato sia per la fase di prototipazione che per i successivi processi di sviluppo e lavorazione nonché per l'interazione con i fornitori. Il data base del CAD tridimensionale costituisce pertanto una solida base di partenza per tutto il ciclo produttivo e gioca un ruolo di primaria importanza nel processo di sviluppo del prodotto.

Peculiarità delle creazioni dei designer industriali è la complessità delle forme da realizzare, non descrivibili con entità geometriche standard. I prodotti infatti, oltreché possedere le caratteristiche funzionali definite dai progettisti, devono essere dotati anche di un valore estetico e devono essere di forte richiamo per il pubblico.

Esistono sul mercato dei pacchetti software che consentono di disegnare forme non matematiche i quali sono i grado, a partire da un semplice disegno bidimensionale, di modellare un oggetto tridimensionale; tuttavia il lavoro da svolgere è particolarmente oneroso specie in presenza di forme complesse e ricche di dettagli.

Un possibile aiuto può venire dalle tecniche di Reverse Engineering (RE) che consentono di recuperare delle forme già esistenti ed eventualmente effettuare delle operazioni di modifica su esse. Questa attività permette inoltre di recuperare il patrimonio di forme (modelli fisici) che ciascuna Azienda possiede inserendole in un data-base dove rimarranno sino a che non siano giudicate utili; solo a quel momento verranno prelevate, elaborate, modificate se necessario e quindi processate per l’utilizzo.

 

Con il termine Reverse Engineering (RE) si individua una metodologia che consente, partendo dal modello fisico, di risalire alla sua descrizione matematica. Dalla nuvola di punti, ottenuta dal processo di tastatura con o senza contatto, è quindi possibile matematizzare l'elemento, realizzare uno shading o generare un file STL idoneo alla successiva prototipazione.

Rappresenta dunque un'evoluzione di quanto avveniva nel passato nelle officine di costruzione stampi, con i primi sistemi di copiatura che permettevano esclusivamente la replicazione senza modifiche dei master realizzati nelle modellerie.

Il riprodurre per intero il modello matematico dell’oggetto solido in questione può essere sentito in varie circostanze:

  1. nel caso di reperti archeologici può fornire una soluzione rapida ed efficiente per duplicare e conservare campioni di difficile manipolazione, può permettere di creare una banca dati accessibile anche a notevoli distanze, infine può essere utile per creare imballaggi;

    (modello matematico)
    (modello fisico)

  2. nell’ambito industriale permette di chiudere il loop tra CAD-CAM e prototipazione rapida PR, e molto spesso costituisce il punto di partenza per un nuovo progetto, oppure per il rinnovamento estetico del prodotto;
  3. in campo biomedico consente di preparare modelli di organi e parti anatomiche, utili per la preparazione di protesi o per l’addestramento del personale ;
  4. per la realizzazione di modelli adatti al corpo umano (calzature, guanti, casco,..);
  5. per generare un modello CAD se si ha a disposizione il modello realizzato a mano dal modellista, oppure dal designer;
  6. per la creazione di archivi di componenti standardizzati utili ad accelerare le operazioni di progettazione nell’industria.

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Il ciclo della Reverse Engineering

Per ricostruire la geometria tridimensionale di un oggetto si deve seguire un ciclo composto da quattro fasi.

Il punto di partenza per il processo di costruzione del modello è l’acquisizione di nuvole di punti, cioè di punti nello spazio appartenenti alle superfici del solido.

Successivamente si cerca di estrarre dalla nuvola di punti, in modo automatico o semiautomatico, un insieme di primitive CAD che approssimano il solido. Il file contenente le informazioni ottenute dal dispositivo di rilevazione deve essere preliminarmente ottimizzato attraverso opportuni filtri; solo successivamente la nuvola di punti può essere convertita in un formato neutro (IGES, VDA, STEP, …) od importata direttamente nel software utilizzato per la modellazione.

A tal fine è indispensabile l'intervento di un operatore esperto che operi verificando e correggendo eventuali errori. A partire dal modello matematico realizzato, le operazioni successive consentono di generare modelli STL da inviare ai sistemi di prototipazione o di generare formati grafici per successivi trattamenti (rendering) o ancora per generare il database delle forme acquisite.

Metodi e dispositivi di rilevazione dei punti

Parlando di sistemi per il rilievo dei punti sui modelli fisici il pensiero corre subito alle macchine di misura delle coordinate (CMM) oppure ai tastatori meccanici montati su fresatrici a controllo numerico. Effettivamente questi sono molto diffusi, affidabili e precisi, incominciano però ad essere sostituiti da nuovi sistemi senza contatto, non altrettanto precisi, che in parte risolvono il problema della lentezza dei sistemi tradizionali.

Esistono sul mercato diversi sistemi di cattura dei punti sui solidi, che differiscono tra di loro essenzialmente per velocità, precisione, dimensioni del volume di lavoro.

è necessario distinguere tra sistemi di digitalizzazione e sistemi di scansione.

Con il termine digitalizzazione si intende il rilievo delle coordinate di alcuni punti, su di un elemento fisico, i cui valori nominali sono preventivamente definiti e memorizzati nel codice che pilota la macchina di misura o la fresatrice attrezzata con tastatore meccanico.

Viceversa con scansione si intende l'acquisizione continua delle coordinate di punti in un volume di lavoro preventivamente definito, in questo caso i movimenti della macchina utensile o della macchina di misura sono comandati dalla sonda che si muove su di una superficie ignota. Spesso però questi due termini vengono confusi, tanto che abitualmente si utilizza il termine di scansione anche per indicare l’acquisizione dei dati relativi a punti discreti.

Entrambi i sistemi sono normalmente costituiti da:

  • dispositivo di tastatura con o senza contatto, cioè dall’insieme di trasduttori e sonde che consentono di rilevare i punti;
  • apparato di supporto e trasporto, che permette il posizionamento nello spazio del trasduttore, rilevandone la posizione e l’orientamento, consentendo quindi il rilievo di oggetti di varie forme e dimensioni;
  • posizionatore del pezzo costituito, qualora esista, da una tavola rotante sulla quale si blocca il componente da rilevare.

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