ΜΕΛΕΤΗ, ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΟΥ ΣΑΡΩΤΗ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΩΝ

Abstract

Η τεχνολογία της τρισδιάστατης σάρωσης είναι μια διαδικασία ανάλυσης, αντιγραφής και μετατροπής αντικειμένων ή χώρων του πραγματικού κόσμου σε ψηφιακά μοντέλα που περιέχουν γεωμετρικές και χρωματικές πληροφορίες. Ένας τρισδιάστατος σαρωτής μπορεί να χρησιμοποιεί διάφορες υπάρχοντες τεχνολογίες, η καθεμία με τους δικούς της περιορισμούς, πλεονεκτήματα και κόστος. Σημαντικό ρόλο παίζει η διαφάνεια και η ανακλαστικότητα των αντικειμένων που μπορούν να ψηφιοποιηθούν με τις αντίστοιχες κατηγορίες. Η τεχνολογία αυτή βρίσκει εφαρμογή στην παραγωγή ταινιών και βιντεοπαιχνιδιών, για την καταγραφή και αναγνώριση κινήσεων, αντίστροφη μηχανική, επιθεώρηση και ποιοτικό έλεγχο προϊόντων καθώς και την ιατρική. Αντικείμενο αυτής της πτυχιακής εργασίας είναι η μελέτη, ο σχεδιασμός, η κατασκευή και ο προγραμματισμός ενός τρισδιάστατου σαρωτή. Ο σαρωτής διαθέτει έναν αισθητήρα απόστασης που κινείται στον κάθετο άξονα και μία περιστρεφόμενη τράπεζα, έτσι με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται η δειγματοληπτική μέτρηση σημείων συντεταγμένων της επιφάνειας ενός αντικειμένου. Ένας μικροελεγκτής Arduino Nano κατάλληλα προγραμματισμένος ελέγχει την διαδικασία σάρωσης και αποθηκεύει τις μετρήσεις σε μία κάρτα μνήμης ή τις στέλνει σε πραγματικό χρόνο μέσω καλωδίου USB στον υπολογιστή. Το λογισμικό που έχει υλοποιηθεί σε Python αναλαμβάνει να εξάγει το νέφος σημείων της επιφάνειας από τις αποθηκευμένες μετρήσεις και στην συνέχεια ένα πρόγραμμα σε MATLAB ενσωματωμένο στην εφαρμογή επιχειρεί να ανακατασκευάσει την επιφάνεια του αντικειμένου. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνονται αναφορές σε εισαγωγικές έννοιες όπως η αντίστροφη μηχανική και τεχνολογίες σχεδίασης ανάλυσης και ελέγχου παραγωγής, καθώς και διαφόρων υπαρχόντων τεχνολογιών τρισδιάστατης σάρωσης. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφονται διάφοροι αλγόριθμοι ανακατασκευής επιφανειών με δεδομένο το νέφος σημείων της επιφάνειας. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται ανάλυση της αρχής λειτουργίας του σαρωτή, του ελέγχου των βηματικών κινητήρων και των πρωτοκόλλων επικοινωνίας τα οποία χρησιμοποιούνται μεταξύ του κεντρικού μικροελεγκτή της διάταξης και των περιφερειακών. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρέχονται πληροφορίες σχετικά με διάφορους μικροελεγκτές και αισθητήρες του εμπορίου και γίνεται η αρχική σχεδίαση καθώς και η υλοποίηση του ηλεκτρονικού κυκλώματος της διάταξης σάρωσης. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται ψηφιακός σχεδιασμός των μηχανικών μερών της κατασκευής στο σχεδιαστικό πρόγραμμα Solidworks και τα επιμέρους κομμάτια τυπώνονται σε τρισδιάστατο εκτυπωτή. Η διάταξη τελικά συναρμολογείται με τα ηλεκτρονικά στοιχεία. Στο έκτο κεφάλαιο υλοποιείται το λογισμικό του σαρωτή το οποίο αποτελείται από το μέρος που εκτελείται στον μικροελεγκτή, και την εφαρμογή στην πλευρά του υπολογιστή χτισμένο σε Python μαζί με ενσωματωμένο έναν κώδικα σε MATLAB για την ανοικοδόμηση της επιφάνειας. Ο πηγαίος κώδικα μεταγλωττίζεται και δημιουργείται και το εκτελέσιμο αρχείο εγκατάστασης της εφαρμογής στο Inno Setup. Στο έβδομο κεφάλαιο εκτελείται μία ολοκληρωμένη διαδικασία σάρωσης, από το φυσικό αντικείμενο μέχρι το ψηφιακό μοντέλο. Τέλος αναφέρονται τα συμπεράσματα και οι προτάσεις βελτίωσης της διάταξης καθώς παρέχονται τα μηχανολογικά σχέδια, το σχηματικό διάγραμμα κυκλώματος καθώς και ο πηγαίος κώδικας.