UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ – CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ – CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
TÓPICOS ESPECIAIS EM ENGENHARIA MECÂNICA TM179 ENGENHARIA REVERSA PROF.: Dalberto Dias da Costa Lab. Usinagem – Departamento de Engenharia Mecânica

2 Ementa: (Unidades didáticas): Modelagem de sólidos e superfícies
Ementa: (Unidades didáticas): Modelagem de sólidos e superfícies. Modelagem por B-rep, triângulos e nuvem de pontos. Formatos abertos para representação e transferência de modelos geométricos (STEP e STL). Técnicas para engenharia geométrica reversa: digitalização em máquinas de medir por coordenadas; tomografia computadorizada e digitalização por laser. Processos para prototipagem rápida.   BIBLIOGRAFIA Chang, TC, Wysk, Wang, HP. Computer-Aided manufacturing. Prentice Hall, Lee, K. Principles of CAD/CAM/CAE systems. Addison-Wesley, Zeid, I. Mastering CAD/CAM. McGraw-Hill Science/Engineering/Math Mäntylä, M. An Introduction to Solid Modeling. Computer Science Press Revistas especializadas: Computer Aided Design Rapid Prototyping Journal.  

3 Engenharia convencional
Engenharia Reversa pode ser entendida como um conjunto de métodos para criação de um modelo de um objeto, ou de um sistema, a partir da análise e de sua estrutura. Esse modelo criado não consiste em cópia do objeto, ou sistema, analisado mas sim em uma abstração do mesmo, a partir da qual a sua função e o seu comportamento podem ser derivados. Engenharia convencional modelo objeto Engenharia reversa objeto modelo

4 Engenharia Geométrica Reversa ou Engenharia Reversa de Formas
Segmentação e ajuste Pré-processamento Aquisição de dados Modelo CAD Prototipagem ou criação de um molde Adaptado de Varady, T et al.

5 MÉTODOS PARA DIGITALIZAÇÃO
(Aquisição de dados) SEM CONTATO COM APALPADORES ACÚSTICOS MAGNÉTICOS ÓTICOS Braços robóticos MMC Medição por ultrassom Ressonância magnética Triangulação laser-camera ccd Luz estruturada Fotogrametria Interferometria (laser trackler) Tomografia Adaptado de Varady, T et al.

6 MODELAGEM DOS PRODUTOS
PRODUTO X COMPONENTE Fonte: Fonte:

7 MODELAGEM DE UM COMPONENTE
INFORMAÇÕES TECNOLÓGICAS GEOMETRIA & TOPOLOGIA Forma Dimensões Relações topológicas Material Tratamento das superfícies Textura Propriedades mecânicas/elétricas Tolerâncias geométricas e dimensionais Quantidade ...

8 MODELAGEM GEOMÉTRICA MODELOS FÍSICOS (JÁ EXISTENTES) CRIAÇÃO
Desenho e dimensionamento em sistemas CAD/CAE Desenho e dimensionamento manuais Modelos físicos (Esculturas) Engenharia reversa (digitalização e adaptação) Modelagem Digital Geometria Computacional Entidades Geométricas Estrutura de dados e Formatações Representações

9 recortes, splines, offsets
MODELAGEM DIGITAL ELEMENTOS GEOMÉTRICOS BÁSICOS (ponto, linha, círculo, cônicas, arcos e polígonos simples) Imagens ou nuvem de pontos Transformações 2D (rotação, translação, escala espelhamento, cisalhamento) Interseções, arredondamentos, recortes, splines, offsets Entidades 2D complexas (polígonos complexos; contornos; curvas de forma livre,..) Extrusão  Rotação Varredura  Loft Analíticas e/ou Polinominas (NURBS) superfícies sólidos Básicos e/ou poliedros Espessamento; offset; arredondamentos; ... União, interseção, subtração, features, cascas arredondamentos, ... Sólidos complexos ou montagens

10 REPRESENTAÇÕES Decomposição – um conjunto de pontos é representado como uma coleção de objetos simples combinados por uma operação de “colagem”. Construção – um conjunto de pontos é representado por uma combinação de conjuntos primitivos de pontos. Cada primitivo é representado como uma instância de um tipo de sólido primitivo. Fronteiras – um conjunto de pontos é representado por meio de sua fronteira. A fronteira de um conjunto tridimensional de pontos é uma superfície bidimensional que usualmente é representada como uma coleção de faces.  Martti Mäntylä – An introduction to solid modelling

11 DECOMPOSIÇÃO EM CÉLULAS
DECOMPOSIÇÕES ENUMERAÇÃO ESPACIAL DECOMPOSIÇÃO EM CÉLULAS O espaço ocupado pelo sólido é preenchido por pequenos cubos (voxels) O espaço ocupado pelo sólido é definido pela colagem de pequenas células (formas diferentes)

12 Construtive Solid Geometry (CSG)
diferença cilindro união cubo esfera Árvore CSG

13 Boundary representation (B-rep)
Fonte: T-C Cahng & Wysk

14 ENTIDADES GEOMÉTRICAS
MODELO MATEMÁTICO PONTO R3 - (x,y,z) Linha (reta) R3 - Círculo Cruvas (Bezier cúbica) Representação computacional ???

15 ESTRUTURA DE DADOS E FORMATOS
ACIS B-rep CAD-kernel PARASOLID FORMATOS *Proprietários fechados (ex: sldprt, dwg) *Proprietários abertos (ex: dxf, stl) *Neutros (ex: IGES, STEP)

16 B-rep – estrutura de dados no formato STEP
(Standard for the Exchange of Product model data)

17 B-rep – arquivo em formato STEP
(Standard for the Exchange of Product model data)

18 STL (Standard Tessellation Language)

19 EXERCÍCIOS 1 - Modelagem de poliedros com estrutura B-rep e “leitura”
no formato STEP 2 – Modelagem de poliedros por meio de triângulos e “leitura” no formato STL Sugestão: Sólidos platônicos Cubo Tetraedro Octaedro Dodecaedro Icosaedro

20 X Y Z ENGENHARIA REVERSA (DIGITALIZAÇÃO POR CONTATO) Nuvem de pontos
Coordenadas cartesianas X Y Z 125,123 129,851 15,85 124,355 145,135 123,665 151,857 122,324 158,458 121,785 164,477

21 (DIGITALIZAÇÃO SEM CONTATO)
ENGENHARIA REVERSA (DIGITALIZAÇÃO SEM CONTATO)

22 (NUVEM DE PONTOS E MODELAGEM 3D)
ENGENHARIA REVERSA (NUVEM DE PONTOS E MODELAGEM 3D)

23 Processamento de imagens
Pré-processamento Detecção de bordas Segmentação Vetorização Segmentação de imagens médicas utilizando o software Mimics – Fonte: Bazan, 2004