Лазерный трекер. Создание цифровой модели бомбардировщика P-16.
Ноябрь 2017
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
« Окт    
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
27282930  

Лазерное сканирование

Использование лазерных сканирующих систем в создании цифровых моделей.

Эта история началась в далеком 1948 году: в это тревожное время Швейцария, всегда сохранявшая нейтралитет, оказалась окружена истерзанными Второй Мировой Войной странами. Опасаясь вооруженных конфликтов командование ВВС Швейцарии делает заказ на новые бомбардировщики, адаптированные к сложным швейцарским рельефам. Основные требования включали в себя сверхзвуковые скоростные характеристики, отличная маневренность и возможность взлетать и садится на коротких взлетно-посадочных полосах, типичных для альпийских регионов.

Лазерное сканирование Polyworks
Испытания первого прототипа были проведены в 1955 году.
Представленный тогда самолет имел революционный дизайн крыла с тонким профилем, уникальное сочетание закрылок, отклоняемых элеронов и подкрылок типа Крюгер, которые значительно увеличивают лифт.  В результате для взлета Р-16 было достаточно 500 м взлетно-посадочной полосы, а для посадки всего 300 метров. Швейцарские ВВС заказали 100 бомбардировщиков Р-16.

Однако, весь проект был обречен после двух крушений, связанных с незначительных механическими проблемами. В последствии революционный дизайн крыла и другие конструкторские особенности использовались при разработке первого гражданского реактивного самолета.

Да и сейчас конструкция Р-16 вызывает большой интерес у специалистов авиационной промышленности. Но к сожалению ни один из чертежей не сохранился, да и существует только один Р-16, являющийся экспонатом Музея авиации Дюбендорф возле Цюриха. Именно поэтому студент ETH в Цюрихе Марк Иммер взялся за проект создания цифровой модели этого старинного Швейцарского истребителя-бомбардировщика для анализа его аэродинамических свойств путем испытания уменьшенной модели в аэродинамической трубе. Сравнив все имеющиеся на тот момент существующие технологии, применимые для решения поставленной задачи, было определено, что только система Leica Т-Scan от Leica Geosystems может решить эту непростую задачу. Выбранное решение удовлетворяло одновременно по двум основным параметрам – это высокая точность сбора данных и способность сканирования больших площадей, что не мало важно, т.к. Р-16 имеет внушительные габариты – длина 14 метров, ширина 11 метров, высота 4 метра, а площадь крыла 30 квадратных метров. Изучив все особенности проекта всесторонне, Leica Geosystems приняла решение принять участие в этом научном проекте, связанным с историей Швейцарии, на общественных началах.

Для сканирования Р-16 была использована система абсолютного лазерного трекера AT901-LR  и лазерного сканера TScan. Лазерный сканер представляет собой переносную координатно-измерительную машину, которая использует лазерный луч для точного измерения и контроля крупногабаритных объектов. Измерения лазерным трекером выполняется посредством трех основных типов оснастки: высокоточных призм, беспроводных компактных щупов для контактных измерений или ручного сканера, как в случае с проектом Р-16.<
Лазерное сканирование Leica T-scan

Сверху на лазерный трекер AT901-LR  была установлена цифровая камера Leica TCamдля непрерывного отслеживания точного местоположения лазерного сканера Leica Т-Scan, захватывая изображения ИК-светодиодов, расположенных на ней. Leica TCam представляет собой специальную насадку-камеру с автоматическим оптическим зумом и мотором для углового перемещения в вертикальной плоскости, обрабатывающая изображения и данные ИК излучения.  Хочется отметить, что в следующих моделях лазерных трекеров удалось совместить эти две технологии в один корпус.
В корпус лазерного сканера TScan интегрированы отражатели и 10 ИК-светодиодов, которые вместе составляют систему измерений цели, позволяющие с высокой точностью измерять 6 параметров для определения положения и ориентации сканера относительно лазерного трекера. Эти 6 параметров включают в себя 3 координаты (X, Y и Z) и три параметра ориентации (тангажа, рыскания и крена). Все вместе эти параметры реализуют принцип измерений, основанный на шести степенях свободы (6dof).

Лазерное сканирование.
В течение двух рабочих дней было выполнено полное сканирование Р-16 и в общей сложности объем полученных данных составил порядка 40 миллионов точек.  Для создания 3D-модели, пригодной для приложений автоматизированного проектирования (CAD), данные, полученные с Leica Т-Scan, были импортированы в программное обеспечение PolyWorks — стандартный программный пакет для работы с облаками точек, полученных с Leica Т-Scan. В результате была создана полигональная модель самолета Р-16.

Используя современный функционал PolyWorks было выполнено усреднение всех точек, а после их соединили вместе для создания точной модели с сеткой. Затем модель было выполнено уравнивание и редактирования модели в результате чего была создана точная трехмерная модель самолета.

Проведенная работа открыла перед авиаконструкторами возможности выполнять расчёты и исследования летно-технических характеристик самолета, используя технологии моделирования.

© Перевод выполнен ООО фирма «ЮСТАС», при копировании материалов ссылка на источник обязательна.