Технология изготовления металлических фальцевых кровель и 3D - моделирование

Итоговым продуктом, полученным с использованием технологии изготовления фальцевых соединений [2], является деталь и/или совокупность деталей из тонколистового металла, образующая кровельное покрытие крыши или облицовку фасада. Готовое изделие должно соответствовать нормативным требованиям в части безопасности, надёжности, обеспечения защиты здания от воздействия природных факторов, а также соответствовать эстетическим запросам заказчика [1].

В перспективе в результате широкого применения адаптированных для нужд отрасли средств проектирования (3D САПР) и современных средств измерения (3D-сканер) итоговый продукт будет изменяться. Изменения будут носить, как качественный, так и количественный характер.

Введение

В результате применения современных средств 3D-измерения и проектирования для повышения производительности труда и эффективности планирования решаются следующие задачи:

· создание и дальнейшее использование отечественного электронного банка типовых проектных решений и развёрток деталей для металлической фальцевой кровли на основе 3D САПР, например КОМПАС-3D [6].
· использование 3D-моделей в качестве управляющих программ для изготовления деталей металлической кровли на оборудовании с ЧПУ · увеличение точности изготовления деталей для улучшения качества кровли/облицовки

Очевидно, что в ближайшее время существующая практика применения оцифровки объектов с использованием фотограмметрии [5] и 3D-сканирования распространится в большей степени, в том числе и на металлическую фальцевую кровлю. Использование информации, полученной в результате автоматической обработки облаков точек, позволит минимизировать необходимость применения традиционных средств измерения таких, как рулетка, линейка, угломер, уровень и т.п. Дистанционные измерения, обеспечив достаточную точность, повысят уровень безопасности, что особенно актуально при выполнении кровельных работ.

Это предположение основывается на результатах опросов, проведённых среди подрядчиков кровельных работ, которые подтверждают, что существует потребность в использовании результатов 3D-моделирования для изготовления, как отдельных кровельных изделий из тонколистовых металлов, так и для планирования изготовления металлической кровли в целом.

Материалы и методы

Современная технология изготовления металлических фальцевых кровель [3; 4] начала формироваться в древности с появлением тонколистовых металлов и продолжает совершенствоваться до сих пор, в соответствии с новыми возможностями, обусловленными научно-техническим прогрессом и, в частности, развитием цифровых технологий.

Рассмотрим экспериментальное применение метода фотограмметрии [5] на примере создания 3D-модели навеса с последующим её использованием для проектирования и изготовления новой металлической фальцевой кровли. Для получения снимков использовалась компактная фотокамера с матрицей 12 МП. На первоначальном этапе было сделано 45 последовательных перекрывающихся фотографий по периметру объекта (фото 1; 2; 3). 


Фото 1. Навес справа

Фото 2. Навес посередине

Фото 3. Навес слева

На следующем этапе, полученные фотографии были обработаны при помощи свободно распространяемой программы для фотограмметрии Meshroom (рис. 1). В результате был получен файл формата OBJ, содержащий 3D геометрию.

Рис. 1. Рабочая область программы Meshroom

Следующим шагом, используя свободно распространяемую программу MeshLab (рис. 2), файл формата OBJ был преобразован в формат STL для обеспечения возможности создания 3D-модели в САПР КОМПАС. Программа MeshLab также позволила за счёт применения подходящих фильтров убрать лишние вершины и полигоны, уменьшив размер исходного файла более чем на порядок.


Рис. 2. Рабочая область программы MeshLab

Далее, используя инструменты КОМПАС-3D, была получена модель скатов навеса (рис. 3; 4; 5).

Рис. 3. Рабочая область КОМПАС-3D. Исходный импортированный полигональный объект.

Рис. 4. Преобразование исходного объекта в 3D-модель 

Рис. 5. 3D-модель скатов навеса

Полученные результаты

В результате после масштабирования модели была спланирована раскладка кровельных картин (деталей) с учётом выбора подходящих типов фальцевых соединений и их расположения на скатах в соответствии с технологическими особенностями, характерными для данного типа кровли в совокупности с узлами примыкания к стенам и жёлобом (рис. 6; 7; 8).

Рис. 6. Устройство настила/обрешётки

Рис. 7. Расположение фальцев

Рис. 8. Изображения типов фальцев; узла примыкания к стене и жёлоб

Контрольные замеры показали, что ошибка измерения составила около 15 мм. Таким образом, не смотря на относительно невысокие технические характеристики фотокамеры и небольшое количество снимков, были получены измерения достаточной точности, что позволило спроектировать металлическую фальцевую кровлю.

Вывод


Рассмотренный подход, подтверждённый проведенным экспериментом с использованием метода фотограмметрии, реализованного при помощи программ обработки изображений, может быть использован для проектирования металлических фальцевых кровель, в том числе и криволинейных форм.

Для повышения точности измерений потребуется увеличить количество фотоснимков, обрабатываемых программой, создающей облако точек.

Литература

1. СП 17.13330.2017 Кровли
2. RHEINZINK - Руководство по устройству металлической кровли с применением техники фальца. - М., 2-е издание, 2008.
3. UK Guide to Good Practice in Fully Supported Metal Roofing and Cladding2nd Edition, Federation of Traditional Metal Roofing Contractors
4. Нуштаев Юрий. Технология двойного фальца. Трубы и проходки на кровле. – К.: ЛОТОС, 2018 – 288 с.
5. Чибуничев А. Г.Фотограмметрия: учебник для вузов. М.: Изд-во МИИГАиК, 2022 328 с.: ил.
6. Моделирование листовых деталей в системе КОМПАС-3D Методические указания для студентов машиностроительных специальностей Разработчик — А. В. Рандин, Д. А. Коршунов, Ульяновский государственный технический университет