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3D 扫描技术解锁山地自行车数据

Pinkbike 是全球最大的山地自行车社区以及山地自行车行业的风向标。为了让全球的用户和读者受益,它与 Creaform 联手进行了一次悬挂分析。他们的博客系列《数字背后》由工程师出身的车手 Dan Roberts 负责撰写,是一个致力于深度分析悬挂的内容类别。
 
Creaform 非常支持 Dan Roberts 的想法,努力帮助他为热衷于自行车的读者提供丰富而准确的减震数字和数据。在计量行业,Creaform提供的扫描仪速度尤为突出。Creaform的工具不仅可以快速设置和快速扫描,无需表面处理,而且从定位目标点到 3D 渲染所需的时间也非常短。
 
于是,团队开始找一辆 Santa Cruz Megatower 自行车来进行分析。幸运的是,位于魁北克市的 Mathieu Performance 自行车店(距离 Creaform 总部几公里)有一辆现成的 Megatower 可供测量。
 
进入实际任务:Creaform 团队的任务是去上述自行车店,测量前叉和座管的支点、轴和管,并提取它们的几何尺寸。这时,毫无疑问,扫描仪的便携性起到了关键作用。因此,Creaform 在这个问题上是非常理想的合作伙伴。
 
1.快速设置和创建参考系
安装这个项目及其他任何项目所需的设备很方便,设备轻巧、无需严格固定在某处,只需要把自行车放在一个粘贴有定位目标点的纸板前面即可。
定位目标点是纸质的反光贴纸,用于为 3D 扫描仪在空间中的定位创建参考系。它们可以放置在被扫描的物体上,也可以放置在其周边环境中。为了确保最好的跟踪效果,还需要一些额外的目标点。
 
为了生成网格,扫描仪应始终在其视野内监测到至少三个目标点,但由于自行车的几何形状和材料体积通常比较松散,所以在自行车后面放了一个纸板来粘贴更多目标点。
 
HandySCAN 3D 的视野大约为 30 厘米 X 35 厘米,也就是说各目标点应以随机方式间隔 2-6 英寸进行粘贴。在本项目中,由于整个被扫描物体的某些部件表现出复杂的几何形状、不同的特征和各种纹理,因此目标点的位置相对较近,纸板和自行车上都有。
 
2.重新定义自行车悬挂的扫描精度
Creaform 的 HandySCAN 3D 被用于短连杆自行车的悬挂分析,拥有 0.025 毫米的局部精度。这意味着使用 HandySCAN 3D 对自行车进行扫描,可以发现设计公差和规格(根据制造商的数据)与实际自行车之间的微小差异。在自行车制造过程中的质量控制等应用中,这样的精度水平不仅可取,而且令人向往!
 
3.网格:计算、构建、处理
表面扫描的输出数据就是大家熟知的网格或网格文件。网格这个名称源于 3D 渲染对象的虚拟外观和感觉:一种由数百万个小三角形表面组成的编织网或金属丝网。在这个项目中,我们使用了 0.35 毫米的三角尺寸来采集我们需要提取的特征细节,但我们对网格进行了简化(即在平坦的区域上创建大三角形,在细节区域上保留小三角形)。
 
HandySCAN 3D 可以提供一个干净的网格表面,其三角形小到 0.1 毫米。这些三角形用于创建不同复杂程度的自行车表面。放大部件不难发现:形成网格的三角形数量取决于所需的细节水平和扫描的区域。可以参考下面的图像来观察扫描仪捕捉到的细节水平。

Creaform 整体解决方案中有一个特别方便的功能,就是实时网格。当扫描现实生活中的物体时,用户可以在 VXelements 软件界面中观察正在采集的确切数据。最后,这些数据将转化为一个方便的 STL 文件,供 CAD 软件使用。也就是说,用户可以在整个扫描过程中立即看到是否遗漏了某个表面或某个特征。
 
扫描的数据量可能相当大,因此系统智能选择简化处理来加快整个过程。在本项目中,需要采集的主要元素是前叉和座管的支点、轴和管。最终,从提取点采集的数据将用于显示自行车的几何形状和运动特性。
 
这听起来像是要花费很多精力才能得到自行车的 2D 草图,但它的速度非常快,而且精度非常好,我们可以监控自行车各个部件的公差。
 
——pinkbike.com
 
4.输出数据和导出到 CAD 软件
为了圆满完成扫描过程,用户可以使用 Creaform 专有的 VXmodel 软件模块将几何实体(如支点)直接导入用户首选的 CAD 软件中。该模块与 VXelements 无缝集成,因此能够确定最终的 3D 扫描数据。CAD 软件有所有必要的设计和建模功能,而 VXmodel 则提供了快速、无缝集成到基于扫描的设计流程中的必要工具。
扫描本身需要 15 分钟左右的时间,而整个过程从设置到最终的 3D 模型只用了不到一个小时。
——pinkbike.com
 
《数字背后》系列博客受读者青睐,源于其提出的数据真实且精准。Creaform 远程为 Dan Roberts 提供了精确测量他们团队努力想要表征的短连杆悬挂的方法。现在,Dan Roberts 已经完全掌握了数字,他对短连杆自行车进行了深入的运动学分析,确定了杠杆比、防下沉、防上升、轴线路径等的实际数字。



 
 
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