悬挂问题的重要性:形创3D 扫描技术解锁山地自行车数据

国际金属加工网 2020年12月09日

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。他们最新的博客系列《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。

在丰富的技术信息和产品数据的背景下,博主们正在寻找一些新的技术来更快、更有效地分析 Santa Cruz Megatower 等短连杆山地自行车,比如来测量减震曲线、车头角度、五通高度、垂度等。此时,有趣的事情发生了。远在瑞士的 Dan Roberts 联系到了我们公司,我们公司主要开发、生产并销售 3D 扫描仪等计量仪器和逆向工程软件。

虽然地理上的距离足以让 Creaform 和 Pinkbike 的合作搁浅,但 Roberts 的极客精神油然而生。该项目得以继续,全都是为了不辜负那些追求高科技内容和精准数据的热血骑手。

以下是 Pinkbike 的计量历程,旨在为自行车爱好者提供准确的测量值和可靠的数据。

由于连杆定义了即时中心位置,所以短连杆自行车的支点哪怕是微小的变化,都会对自行车的特性产生巨大的影响。团队总结如下:“在 Megatower 型号之前,我们一直分析的是较长连杆的自行车,所以我们的测量精度足以应付这些测量任务。”

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,我们提供的扫描仪速度尤为突出。我们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。

现在进入实际任务: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。

在这个项目中使用 3D 扫描技术还意味着要有非常高的体积定位精度,而该解决方案在这方面提供了令人满意的结果,它从自行车一端到另一端的距离精度为 0.1 毫米。他们不知道,这对分析来说已经绰绰有余,而且与自行车行业可达到的制造公差相比,它还要更精确一些。

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。

1.jpg

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重新定义山地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。您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。

如您所料,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。

– [暂不可见]

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。

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特点和优势:准确、快速、多功能、便携、无需表面处理

《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。

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。

– [暂不可见]

回过头来看,读者们完全可以信赖《数字背后》系列博客内容的准确性,因为博主们为了确保所有自行车和设计的测量准确性和可靠性用了杀手锏。

最后,通过这一合作,他们获得了短连杆悬挂的精确数据,这为更有效地定位支点并使实际物体更接近设计规格创造了条件。但实际上,他们只是触及了 3D 扫描在山地自行车行业的潜力的冰山一角。

所有行业的制造商都可以从 3D 扫描技术中受益,使用这种技术来验证概念,检测和比较部件,并开发智能产品设计。

Pinkbike 和 Creaform 在此特别感谢 Santa Cruz,感谢他们对讨论持开放态度以及在追求精确性和一致性方面的贡献。同样我们还要感谢魁北克市的 Mathieu Performance 自行车店,他们非常友好地让我们在这个项目中使用他们的 Santa Cruz Megatower 自行车。最后,还要感谢 Dan Roberts,他在他的《数字背后》文章中提到了 Creaform 3D 扫描技术。Dan Roberts 曾在 Scott Sports 担任高级自行车工程师,他创立了 Garage Bike Project 公司,这是一家位于瑞士 Champéry 的面向自行车行业的工程咨询公司。

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关于 CREAFORM

Creaform 开发、制造并销售 3D 便携式及自动化测量技术产品,专门从事工程服务。公司提供创新应用解决方案,如 3D 扫描、逆向工程、质量控制、无损检测、产品开发和数值模拟 (FEA/CFD)。公司的产品和服务面向各大行业,例如汽车航空航天、消费品、重工业、医疗保健、制造业、石油与天然气、发电业以及研究与教育。

Creaform 的总部和制造运营地位于加拿大魁北克省莱维斯 (Lévis),在莱维斯和法国的格勒诺布尔 (Grenoble) 都设有创新中心,在加拿大、美国、墨西哥、巴西、法国、德国、意大利、西班牙、中国、日本、韩国、泰国和新加坡都拥有直销业务。Creaform 是 AMETEK 公司旗下部门 AMETEK Ultra Precision Technologies 的一员,AMETEK 系全球领先的电子仪器和机电设备制造商,年销售额达 50 亿美元。

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( CREAFORM形创 )

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