Reverse Engineering
La creazione di modelli digitali di oggetti fisici è un’attività di notevole interesse in diversi settori: progettazione meccanica, design industriale, bioingegneria. Le tecnologie che consentono il rilievo di superfici di oggetti esistenti sono note con il termine “Reverse Engineering” (RE) o “Ingegneria Inversa”. Queste tecnologie sono utilizzate per ottenere rapidamente la descrizione matematica di un modello fisico non disponibile in formato CAD. Tipiche applicazioni comprendono la ricostruzione della forma di oggetti realizzati prima dell’avvento dei sistemi di modellazione tridimensionale, oggetti provenienti dallo studio di uno stilista o oggetti modificati manualmente dopo la loro costruzione. In questi casi, è utile e vantaggioso poter generare il modello virtuale del prototipo fisico attraverso il rilievo automatico della forma.
Negli ultimi anni il Reverse Engineering ha suscitato interesse anche in settori (bioingegneria, beni culturali) dove fino ad oggi, l’uso di tecnologie informatiche per la digitalizzazione e la ricostruzione di forma non è stato significativo. Il processo di Reverse Engineering comprende due fasi principali: il rilievo della forma (digitalizzazione 3D) e la ricostruzione matematica della superficie. In genere, la cattura dei dati di forme tridimensionali è effettuata con dispositivi composti da un sensore (ottico o meccanico), un sistema di movimentazione e un software per la conversione dei dati acquisiti in un insieme di punti, più o meno ordinato. L’insieme di punti è successivamente elaborato e convertito in uno schema di rappresentazione convenzionale.
3D scanning
L’attività di ricerca è stata focalizzata sulla messa a punto di un sistema ottico di digitalizzazione per il rilievo di superfici di forma libera. Sono state sviluppate e sperimentate due metodologie innovative basate sull’utilizzo della luce strutturata. La prima tecnica combina l’approccio classico del metodo gray-code con la teoria della geometria epipolare. La seconda metodologia è basata su un processo di doppia codifica della scena, acquisita con una coppia di telecamere digitali, proiettando frange verticali ed orizzontali codificate. Questo approccio consente di utilizzare proiettori multimediali convenzionali senza pregiudicare la precisione di misura.
Sono state inoltre sviluppate alcune tecniche di allineamento delle nuvole di punti, basate sulla teoria della fotogrammetria, che hanno consentito di rilevare oggetti completi di diverse tipologie e dimensioni.
Image Processing
La Computer Vision è la scienza che permette alle macchine di interpretare le immagini acquisite da macchine fotografiche o telecamere. L’interpretazione di un’immagine consiste nell’estrazione di particolari informazioni da essa per uno specifico scopo. Le applicazioni vanno dall’analisi sperimentale delle tensioni alla visione artificiale 2D o 3D.
La fotoelasticità ad esempio è un metodo sperimentale per determinare la distribuzione delle tensioni su un materiale. A differenza dei metodi analitici di determinazione di tensioni, la fotoelasticità consente di avere un’immagine ragionevolmente esatta della distribuzione delle tensioni anche intorno alle discontinuità brusche in un materiale. Il metodo è un sistema importante per la determinazione dei punti critici tensione in un materiale ed è spesso usato per la determinazione dei fattori di concentrazione di tensione nel caso di geometrie irregolari.
L’attività di ricerca in questo settore riguarda l’applicabilità della fotoelasticità tridimensionale a problemi di contatto hertziano. E’ stato studiato il caso di due cilindri con assi sghembi premuti lungo l’asse normale alle superfici di contatto. Sono state utilizzate le tecniche di congelamento delle tensioni, ed è stata effettuata l’analisi delle frange fotoelastiche con procedure automatiche applicando sia il metodo RGB che il metodo a variazione di fase. I risultati sperimentali sono stati confrontati con i risultati teorici della teoria di Hertz, e quelli numerici ottenuti applicando il metodo degli elementi finiti.
3D Medical Imaging
L’ancoraggio di protesi dentarie ad impianti dentali osteointegrati è ormai una procedura ben definita nell’ambito del trattamento clinico di patologie del sistema masticatorio. Negli ultimi anni, lo sviluppo di sistematiche CAD/CAM ha permesso di uniformare la procedura di progettazione e realizzazione di impianti dentali, garantendo il miglioramento della qualita’ funzionale della protesi. Tuttavia, un aspetto critico della procedura implantologica riguarda l’individuazione della posizione dell’impianto all’interno dell’arcata dentale.
E’ stata proposta una metodologia per la progettazione implantologica basata sull’utilizzo combinato di un sistema ottico per la scansione 3D di modelli dentali, e di un applicativo CAD dedicato alla modellazione di strutture protesiche.