• No results found

ME 521 Computer Aided Design. 3. CAD Input Devices

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "ME 521 Computer Aided Design. 3. CAD Input Devices"

Copied!
42
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

3. CAD Input Devices

Yrd.Doç.Dr. Ahmet Zafer Şenalp

e‐mail: [email protected]

Makine Mühendisliği Bölümü

(2)

Computer System

Mainframe Computer and Graphics Terminals

€ Powerful

€ Inconvenient

€ High cost

Turn‐key CAD System

€ Dedicated computer systems for CAD applications, consisting of a super‐

mini computer and several design work stations.

€ Following the "central control concept"

€ Inconvenient and not powerful enough for complex 3D modeling.

Workstations & High‐End Personal Computers

€ Supporting multiple tasks

€ Supporting network and file‐sharing – convenient

€ Low costs

€ Present and trend

Dr. Ahmet Zafer Şenalp

(3)

Graphical Input

Alpha Numeric Input

Graphical Output

Alpha Numeric Output

Computer

(CAD Workstation, Computer Terminal,

(4)

¾Keyboard ¾Tablet/digitizer ¾Mouse ¾Trackball ¾Light pen ¾Touchpad ¾Touchscreen ¾Kontrol dials or knobs ¾Function switches ¾Joystick ¾Voice input ¾3D Data Acquisition Systems

Dr. Ahmet Zafer Şenalp

(5)

computer applications. They are typically employed to create & edit programs or to perform word processing  functions.

A typical keyboard is shown in the above figure. It is divided into four different areas • The first area " (A) " is for normal typewriting when entering text strings.

The second one " (B) " is the function key area for simplified handling of common operations. 

The third area " (C) " is composed by seperate cursor and control keys. This area presents several different  configurations depending on the supplier of the keyboard, including arrows, thumbwheels etc 

The fourth area " (D) " is the numeric keyboard for fast numerical digit input.

Working principals of keyboards are simple. A keyboard has typically two registers whose contents can be  read by the computer, one to set a status bit when a key has been struck the other to identify the key by its  character code.The value of the status bit is monitored in a continuous repetitive manner. When the user hits  a key, the status bit is set and application program is consequently interrupted to clear the status bit, 

followed by reading the corresponding code of the key character. The loop is repeated every time the user  strikes a key.

(6)

the way one draws images with a pencil and paper. These tablets may also be used to capture  data or handwritten signatures. It can also be used to trace an image from a piece of paper  which is taped or otherwise secured to the surface. Capturing data in this way, either by  tracing or entering the corners of linear poly‐lines or shapes is called digitizing.

A graphics tablet (also called pen pad or digitizer) consists of a flat surface upon which the user  may "draw" or trace an image using an attached stylus, a pen‐like drawing apparatus. The  image generally does not appear on the tablet itself but, rather, is displayed on the computer 

monitor. Some tablets however, come as a functioning secondary computer screen that you  can interact with directly using the stylus.

Some tablets are intended as a general replacement for a mouse as the primary pointing and  navigation device for desktop computers.

Dr. Ahmet Zafer Şenalp

(7)
(8)

Some of them use  magnetic field to determine x,y coordinates. Some of them use strain wave. Acoustic tablets use acoustic methods. Microphones are placed in x,y,z axis. Pointer will point to the end of a certain frequency ranges.  Microphones recieve this sound and x,y,z coordinates are determined according to recieving and  formation time of sound. 2 and 3 D applications are avalibale. Acoustic 3D tablet

Dr. Ahmet Zafer Şenalp

(9)

In computing, a mouse is a pointing device that functions by detecting two‐dimensional motion relative to its

supporting surface. Physically, a mouse consists of an  object held under one of the user's hands, with one or more buttons. It sometimes features other elements, such as "wheels", which allow the user to perform various

system‐dependent operations, or extra buttons or features that can add more control or dimensional input. The

mouse's motion typically translates into the motion of a 

cursor on a display, which allows for fine control of a 

graphical user interface.

First mousse of the world (1952)

The first computer mouse,

(10)

Operating an opto-mechanical mouse: 1. moving the mouse turns the ball.

2. X and Y rollers grip the ball and transfer movement 3. Optical encoding disks include light holes.

4. Infrared LEDs shine through the disks.

5. Sensors gather light pulses to convert to X and Y vectors.

Dr. Ahmet Zafer Şenalp

(11)

Cable Mouse In early times of computers mouse work by connecting to serial port. Recently this connection  is adopted to PS/2 port. Today, most cable mouse connects to the USB port of a computer  mouse. In addition, by means of various adapters, USB ports can be converted to PS / 2 or  vice versa. Cordless Mouse ¾ Infrared mouse: This mouse uses an infrared communication with the computer. System is  connected to computer’s  serial, PS/2 or USB port, and mouse connects to the system by  means of infrared rays. If an object is present between the mouse and the system mouse  movements won’t be detected. Today this type of mouse is no longer available in the market. ¾ Radio wave mouse: Different from infrared mouse this mouse use radio wave signals for  communication. Coverage areas is generally measured in tens of meters.   ¾ Bluetooth mouse: This mouse use Bluetooth cordless technology for communication. Has  advantages compared to above two types: Can be used wiyh every device as uses a standard  protocol (PC, Apple and even Pocket PC)

(12)

Types according to motion detection methods: ¾ Mechanical mice

Mechanical mice detects motion by means of a ball which can rotate by the mouse  movement. This ball is coated by rubber and inside core is metal. As dust can cover  the movement ball by passing time maintenance should be performed. 

Dr. Ahmet Zafer Şenalp

(13)

¾ LEDed Optical  Mice

These types of mice enable motion by reflection of the LED emitted. Top version  models has 1000‐2000 dpi  resolution.

(14)

¾ Laser Optical  Mice

These types of mice enable motion by light emitted by laser light source. Bu tür  Appropriate choice for those desire high resolution. Resolution can be 3000 dpi  and more. If mice are categorized according to motion detection, most expensive  is the laser optical mouse.

Dr. Ahmet Zafer Şenalp

(15)

consists of an “upside‐down” mouse, in which the ball on the  bottom of the mouse has been turned up to the top. As the ball is  rolled by the hand of user it moves and the cursor on the screen. It  controls the position of the cursor on the screen with the direction  of rotation controlling the direction of cursor movement and the  distance the cursor travels controlled by the number of revolutions  of the ball. Also some functional buttons can be added to the  trackball similar to mouse. 9 In CAD applications large balled models are preferred for better  precision. Before the invention of touchpad the usage of trackball  was common in laptop computers. 9 With the end of 1990’s with the invention of scroll wheel that is  used in mice the usage of trackball is decreased.  9 Still used in cartography and similar applications.

The world's first trackball

invented by Tom Cranston,(1952)

(16)

¾A Lightpen is an input device which allows interaction  with a display from a computer screen.

The lightpens can be used to input data as well as to  draw as shown in the figure. The idea behind the lightpen is the familiarity of an ordinary writing. It is a direct and  natural form of input.

¾A light pen can work with any CRT‐based display, but not  with LCD screens.

¾A light pen is fairly simple to implement. A light pen works  by sensing the sudden small change in brightness of a point  on the screen when the electron gunrefreshes that spot. By  noting exactly where the scanning has reached at that 

moment, the X,Y position of the pen can be resolved. 

Dr. Ahmet Zafer Şenalp

(17)

First Light pen

(18)

A touchpad (also trackpad) is a pointing device consisting of specialized surface  that can translate the motion and position of a user's fingers to a relative position  on screen. They are a common feature of laptop computers and also used as a  substitute for a computer mouse where desk space is scarce. Touchpads vary in  size but are rarely made larger than 40 square centimeters

Touch pads consist of single plastic mylar membrane silkscreened with a silver

conductive grid and two resistive strips and  works in a similar way with touch screens  except the fact that it works on a flat 

pad. When a key is pressed, two electrical  resistances are reflected between a common  line and the x and y output lines.

Dr. Ahmet Zafer Şenalp

(19)

¾ The touch screen, namely touch‐sensitive‐screen, works by direct user‐interaction  with the CRT. A screen overlay is capable of sensing the physical contact of the 

operator's fingers or any other stylus on the screen.

¾ The screen overlay consists of transparent plates that fit over the screen and  can convert the touch of the user, by optical, electrical or acoustical methods, into digital information consisting of several screen coordinates.

¾ The touch sensitive screen is utilised mainly to choose one out of a set of options  presented in the panel. Just like on ATM machines, in industrial process control 

applications.

¾ It can also be used for drawing some shapes on the screen but since its accuracy  is not great compared to other input devices not used for this purpose much. 

Disadvantages:

± Extended use causes tired arms,  ± Smudges on screen, 

± Insufficient accuracy for CAD applications based  on pixel by pixel drawing. 

(20)

Dr. Ahmet Zafer Şenalp

(21)
(22)

The dials, which are used as valuators, are graphical devices adequate to input scalar  values to application programs. They are rotary potentiometers grouped in special 

assemblies most commonly used to control rotation or linear movements of objects 

displayed on a screen. When the user moves the dial, the voltage being output is changed.  The translation from voltage to digital information is made by analog‐to‐digital converters.  The dials can be programmed to input values into the graphics program. Beside this  some dials have a user‐programmable label. The label can indicate the function of the dial.  As the functions of the dials change in the program the labels can be changed interactively  so the functions of the dials are always clear.

Dr. Ahmet Zafer Şenalp

(23)

Buttons and function switches are either toggle or push‐button switches. They may  be either continuously closed, continuously open, or momentary‐contact switches. The  most common convenient type of function switch  incorporates both capabilities. Software   controlled lights indicating which switches or buttons are active are usually provided. 

Buttons and switches are frequently incorporated into other devices. Switches make the  on/off settings for input or mode of operations.

(24)

Clasical Joystick: Literally only 1 or 2 button +  direction, functions as a control tool

Dr. Ahmet Zafer Şenalp

(25)

Input output functions: In old times control devices only reflect  the choice of the player to the game but by improving  technology joysticks are changed and  joysticks that response to  sense are developed.  These respond according to the  movement they sense and generally vibration property is  presented  by game devices such as PlayStation (dual shock)  Example: A crash in a car race is responded by the vibration of  the joystick. Second generation joysticks have more than two buttons and have  perfect ergonomic structure, the routing function is analog and detects  all kinds of precise orientation and most important is that it is a control  device with input output function. analog controlled nintendo; first 64 then game cube applied

(26)

The best example to the last generation joysticks: Nintendo wii control device ¾ Cordless control  ¾ Input output function ¾ Sensing function: Sensing function enables the player’s the movements to be  sensed and converted to the game.  Example: In a tennis play the movement of player’s hand is simulated as a  movement of tennis  racket

Dr. Ahmet Zafer Şenalp

(27)
(28)

A voice entry system (VDE) consists of a microphone  attached to a speech  recognition device, which in turn transmits voice command information to a 

computer. As it can be understood from its name VDE working principal is data entry  through voice commands. When user sounds a command, the command is 

interpreted according to a preprogrammed definition of its meaning.

Dr. Ahmet Zafer Şenalp

(29)

ƒ 2D Image: (for each pixel: X and Y coordinates and light intensity). 

The intensity could be gray (8 bits: 0 – 255) or color RGB (24 bits).

ƒ 3D Range Image/Data from Range Sensing Devices and 3D Camera –

data points defined by their x, y, z coordinates (cloud point data).

• Mechanical probe (measurement and scanning)

• Laser scanning

¾ Triangulation‐based range sensing devices ¾ Time‐of‐flight based range sensing devices

ƒ Machine vision based CAD model generation for:

• reverse engineering

• machine vision and intelligent robot

• vehicle size measurement and traffic monitoring

• scanning of 3D object, human body, and art work

(30)

Scanning of Clay Model to Obtain Surface Data

Design Details Using CAD System Dr. Ahmet Zafer Şenalp

(31)
(32)

Dr. Ahmet Zafer Şenalp

(33)

• 3D Range Sensors (3D Cameras): 3D Cloud Data Points

– Triangulation‐based: visible laser light,

short range, accurate

– Time‐of‐flight‐based: laser light & micro wave, long range, less accurate

• Processing of 3D Range Data

– 3D Cloud Data Points 

Cross‐section‐based CAD Model

– Generation of a Complete Description for Objects and Workspace –

Sensor Fusion

• Forming a Surface Model and Carrying out Reverse Engineering

– Cross‐section ‐based CAD Model 

Surface Model 

CNC Machining; 

RP; etc. 

(34)

Dr. Ahmet Zafer Şenalp

(35)
(36)

Implemented at BC Ferries Terminal

• Real‐time Vehicle Dimension Measurement

• Complex Vehicle Shapes

• Dimensions Measured at Speeds up to 120 km/hr

• Adverse Weather Conditions

• Height and Width Accuracy: 15 cm

• Length Accuracy: 30 cm

Dr. Ahmet Zafer Şenalp

(37)
(38)

Dr. Ahmet Zafer Şenalp

(39)
(40)

Dr. Ahmet Zafer Şenalp

(41)
(42)

Geometric Modeling Based on 3D Scanning

• Challenges:

– Accuracy/Lighting/Range (Selecting Right 3D Sensing Tech)

– Occlusion (Obstruction)/Multiple View Fusion

– Multiple Level Modeling: Cloud Data Points/Crosssections/

Surfaces/Solid

• Applications:

– Reverse Engineering (e.g. Face Mask)

– Size Measurement (e.g. Moving Vehicle)

– Object Recognition (e.g. Moving Vehicle)

– 3D Log CAD Model Generation

– 3D Sculpture Documentation

– Shoe Making

– Character Modeling in Movies/Computer Games

Dr. Ahmet Zafer Şenalp

References

Related documents

The three districts (Gozamen, Hulet eju and Sinan) of East Gojjam zone were selected based on the potential of sheep distribution in their production environment.. Hulet eju is

The Commission must publish a list of aircraft operators which on or after 1 January 2006 performed an aviation activity listed in Annex I of Directive 2003/87/EC that specifies the

Sterilized seeds were germinated in sterile vermiculite in a growth chamber and the resulting seedlings sampled for fungal endophytes eight days later.. Shoots includes leaves and

Applying Cox’s methodology, the Partnership calculated housing affordability in the nation’s 20 most populous metro areas using median house- hold income data from the ACS

The G-BA came to a resolution on whether an additional benefit of brolucizumab compared with the appropriate comparator therapy could be determined on the basis of the dossier of the

The nature and purpose of this qualitative study using a metatheoretical design was to explore a link between the theoretical paradigms of servant leadership and self- leadership

B2B Competition and Milestone Funding Reimbursement • Tape any/all receipts to a blank sheet of paper—ALL OF THE EDGES—DO NOT STAPLE, BUNCH TOGETHER, OR HAND THEM IN ONE LARGE

o INTA shall be entitled to terminate this Agreement in the event that the Exhibitor fails to adhere to the Rules or to any other rules and regulations governing the Exhibition. o