DE9407378U1 - Device for producing objects on the basis of data which are determined from an optical detection of an object - Google Patents
Device for producing objects on the basis of data which are determined from an optical detection of an objectInfo
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Description
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BeschreibungDescription
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur EDV-unterstützten automatisierten Fertigung eines Gegenstandes, insbesondere auf eine Vorrichtung, dem die Negativform der Gestalt eines Mustergegenstandes zur Vorlage dient, die modifiziert werden kann.The present invention relates to a device for the computer-aided automated production of an object, in particular to a device which uses the negative form of the shape of a sample object as a template, which can be modified.
Um Gegenstände herzustellen, die der Vorlage eines Mustergegenstandes nachgebildet oder in einer modifizierten Gestalt davon gefertigt werden sollen, sind verschiedene Möglichkeiten bekannt. Es gibt die Möglichkeit der einfachen Kopierfertigung, bei der ein Gegenstand nach der Vorlage eines Mustergegenstandes kopiergefertigt wird, indem die Kontur des Mustergegenstandes abgefahren wird und über eine Mechanismus, wie beispielsweise einem Pantographen, auf die Bearbeitungsmaschine übertragen wird. Dabei ist es jedoch nicht direkt möglich, die Negativform des Gegenstandes herzustellen bzw. zu modifizieren. Allenfalls kann man den Maßstab verändern und den Gegenstand größer oder kleiner als den Mustergegertstand fertigen. Um eine Negativform herzustellen, ist es ein bekanntes Verfahren, einen Abdruck des Mustergegenstandes zu nehmen, und diesen als Vorlage zu verwenden. Dies ist jedoch ein Verfahren mit mehreren Arbeitsschritten, bei dem zudem viel Handarbeit erforderlich ist, und das folglich eine kostenintensive Möglichkeit darstellt. Eine weitere Möglichkeit liegt in der EDV-unterstützten Erfassung des Mustergegenstandes. Die Erfassung des Mustergegenstandes erfolgt dabei mechanisch mittels Abtaststifte. Diese geben entsprechend der abgetasteten Gestalt elektrische Signale ab, mit denen durch eine EDV-Anlage ein Datensatz der Negativform der Gestalt des Mustergegenstandes errechnet werden kann. Die mechanische Abtastung benötigt jedoch viel Zeit. Zudem sind die Abtaststifte hochempfindliche Meßaufhehmer, die zum Einen sehr teuer in der Anschaffung, uiidl zum Anderen sehr störanfällig sind.There are various ways of producing objects that are to be modelled on a sample object or manufactured in a modified form. There is the option of simple copy production, in which an object is copied from a sample object by tracing the contour of the sample object and transferring it to the processing machine using a mechanism such as a pantograph. However, it is not possible to directly produce or modify the negative form of the object. At best, the scale can be changed and the object can be made larger or smaller than the sample device. To produce a negative form, a well-known method is to take an impression of the sample object and use it as a template. However, this is a process with several work steps, which also requires a lot of manual work and is therefore a cost-intensive option. Another option is to use computer-assisted recording of the sample object. The sample object is recorded mechanically using tracing pins. These emit electrical signals corresponding to the scanned shape, which can be used by a computer system to calculate a data set of the negative form of the shape of the sample object. However, mechanical scanning takes a lot of time. In addition, the scanning pins are highly sensitive measuring sensors, which are very expensive to buy and very susceptible to interference.
Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu EDV-unterstützten automatisierten Fertigung eines Gegenstandes, insbesondere auf ein Verfahren, dem die Negativform der Gestalt eines Mustergegenstandes zur Vorlage dient, die modifiziert werden kann, zu schaffen, das frei von den vorstehend genannten Nachteilen ist.Accordingly, it is the object of the invention to provide a device for computer-aided automated production of an object, in particular a method for which the negative form of the shape of a sample object serves as a template, which can be modified, which is free from the disadvantages mentioned above.
Ein Vorteil der Erfindung ist es, daß die Modifizierung der Negativform des Mustergegenstandes interaktiv in der EDV-Anlage möglich ist, daß heißt, daß die Erfahrung eines Fachmannes auf diesem Gebiet mit eingebracht werden kann, wobei dieser damit in der Lage ist, viel mehr Gegenstände in der gleichen Zeit zu fertigen und somit viel effektiver und damit kostengünstiger zu arbeiten.One advantage of the invention is that the modification of the negative form of the sample object is possible interactively in the computer system, which means that the experience of a specialist in this field can be incorporated, which enables him to produce many more objects in the same time and thus work much more effectively and therefore more cost-effectively.
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Es soll angemerkt werden, daß diese Erfindung spezielf 'für'den orthopädischen Bereich
entwickelt wurde. Dabei soll jedoch klargestellt sein, daß diese Erfindung ebenso universell
in allen Bereichen der technischen Fertigung von Produkten einsetzbar ist, denen sich
ebenfalls die oben gestellte Aufgabe stellt.
5It should be noted that this invention was developed specifically for the orthopedic field. However, it should be made clear that this invention can also be used universally in all areas of the technical manufacture of products that also face the above-mentioned task.
5
Um die Aufgabe für den orthopädischen Bereich deutlich zu machen, soll nachfolgend dazu kurz Stellung genommen werden. Benötigt ein Mensch aufgrund von Fehlstellungen des Fußes oder durch Krankheit bedingt (z.B. Diabetes mellitus) orthopädische Hilfsmittel, um schmerzfrei gehen zu können, oder um diese Fehlstellung zu korrigieren, werden wahlweise Einlagen hergestellt, die zusätzlich in einen herkömmlichen Schuh eingelegt werden, oder es werden Spezialschuhe gefertigt, die individuell geformte Sohlen besitzen, die an den jeweiligen Fuß des Patienten angepaßt sind.In order to make the task for the orthopedic field clear, a brief statement will be made below. If a person needs orthopedic aids due to a misalignment of the foot or due to illness (e.g. diabetes mellitus) in order to be able to walk without pain or to correct this misalignment, either insoles are made that are additionally inserted into a conventional shoe, or special shoes are made that have individually shaped soles that are adapted to the patient's foot.
Um die individuelle Einlage oder Sohle herstellen, wird dabei folgendermaßen vorgegangen:To produce the individual insole or sole, proceed as follows:
Als erstes wird ein Modell der Negativform des Fußes gewonnen. Dies geschieht beispielweise durch einen Gipsabdruck. Mit Hufe dieses Modells werden anschließend aus vorgefertigten, standardisierten Rohlingen die Einlagen, bzw. die Sohlen geformt. Dabei erfolgt die Modifizierung der Rohlinge üblicherweise in Handarbeit. Dieser Vorgang hat jedoch die eingangs erwähnten Nachteile. Folglich stellt sich die vorstehend genannte Aufgabe, ein Verfahren zu EDV-unterstützten automatisierten Fertigung eines Gegenstandes, insbesondere auf ein Verfahren, dem die Negätivform der Gestalt eines Mustergegenstandes zur Vorlage dient, die modifiziert werden kann, zu schaffen, das frei von den vorstehend genannten Nachteilen ist.First, a model of the negative form of the foot is obtained. This is done, for example, by means of a plaster cast. The hooves of this model are then used to form the insoles or soles from prefabricated, standardized blanks. The modification of the blanks is usually done by hand. However, this process has the disadvantages mentioned above. Consequently, the above-mentioned task of creating a method for computer-aided, automated production of an object, in particular a method that uses the negative form of the shape of a sample object as a template, which can be modified, and which is free of the disadvantages mentioned above.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Schutzanspruches 1 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführtThis object is achieved according to the invention by a device having the features of claim 11. Further advantageous features of the invention are listed in the subclaims
Das entwickelte Verfahren bietet den Vorteil der berührungslosen Objekterfassung. Daraus resultiert, daß der benötigte Zeitaufwand im Vergleich zu berührenden Digitalisierverfahren sehr gering ist. Aus der Berührungslosigkeit resultiert weiterhin die Möglichkeit Objekte abzutasten, deren Oberfläche oder Konsistenz zu weich für eine berührende Abtastung wären.The developed method offers the advantage of non-contact object detection. This means that the time required is very short compared to contact digitization methods. The non-contact nature also makes it possible to scan objects whose surface or consistency would be too soft for contact scanning.
Bei Wahl einer einfachen Lichtquelle ergibt sich als Vorteil, daß bei ausreichender Lichtintensität für die Projektion handelsübliche und günstige Lichtquellen verwendet werden können.The advantage of choosing a simple light source is that, provided the light intensity is sufficient, commercially available and inexpensive light sources can be used for the projection.
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Durch den Antrieb der Projektionseinrichtung" mittels eines Schrittmotors ergibt sich bei geringem technischem und finanziellem Aufwand eine hohe Steuerungspräzision.By driving the projection device using a stepper motor, a high level of control precision is achieved with little technical and financial outlay.
Bei Verwendung eines Schrittmotors können die notwendigen elektronischen Steuer- und Leistungskarten zugleich als Ausgabeeinheiten für die durch Schrittmotoren angetriebene Fertigungseinheit verwendet werden. Der modulhafte Aufbau bietet somit eine multifunktionelle Einheit.When using a stepper motor, the necessary electronic control and power cards can also be used as output units for the stepper motor-driven production unit. The modular design thus offers a multifunctional unit.
Durch die Verwendung einer Lichtschranke wird sichergestellt, daß der gesteuerte Projektionsantrieb bei Beginn seiner Bewegung eine definierte Ausgangslage besitzt. Weiterhin besteht bei Bedarf die Möglichkeit die Lichtschranke als Regelungsglied zu verwenden. Desweiteren bietet eine Lichtschranke finanzielle Vorteile gegenüber anderen regelungstechnischen Maßnahmen (z.B. Encoder).The use of a light barrier ensures that the controlled projection drive has a defined starting position at the start of its movement. Furthermore, it is possible to use the light barrier as a control element if required. Furthermore, a light barrier offers financial advantages over other control measures (e.g. encoders).
Die vorteilhafte Ausgestaltung der Justiereinrichtung als abnehmbare Einheit bietet den Vorteil, daß das zu bewegende Gesamtgewicht der Projektionseinrichtung erheblich verringert wird und somit die Dimensionierung des Schrittmotors kleiner und kostengünstiger ausfallt. Weiterhin können Kosten dadurch eingespart werden, daß die abnehmbare Justiereinrichtung nicht zur Standardausrüstung jedes einzelnen Geräts gehört.The advantageous design of the adjustment device as a removable unit offers the advantage that the total weight of the projection device to be moved is significantly reduced and the stepper motor is therefore smaller and more cost-effective. Costs can also be saved because the removable adjustment device is not part of the standard equipment of every individual device.
Die Herstellung des Linienrasters mittels eines phototechnischen Verfahrens bietet den Vorteil, daß die Herstellungskosten bei extrem hoher Genauigkeit sehr gering sind. Als Trägermaterial für das Linienraster fungiert eine dünne Kunststoffolie (Projektionsfolie). Im Falle der Alterung durch UV-Einfluß oder mechanischer Beschädigung bietet die Verwendung derselben die Möglichkeit des problemlosen und kostengünstigen Ersatzes.The production of the line grid using a phototechnical process offers the advantage that the production costs are very low while maintaining extremely high precision. A thin plastic film (projection film) serves as the carrier material for the line grid. In the event of aging due to UV influence or mechanical damage, the use of this film offers the possibility of a problem-free and inexpensive replacement.
Die Ausgestaltung des Projektionseinrichtung hat den Vorteil, daß sie scheibenförmig ausgeführt ist. Durch die rotatorische Bewegung der Projektionsscheibe werden Totzeiten bei der Positionierung und derAufhahmesequenz minimiert.The design of the projection device has the advantage that it is disk-shaped. The rotary movement of the projection disk minimizes dead times during positioning and the recording sequence.
Die Projektionseinrichtung besteht aus zwei dünnen durchsichtigen Scheiben zwischen denen die Projektionsfolie eingespannt wird. Die Projektionsfolie ist somit gegen mechanische Beschädigung und Verschmutzung weitgehend geschützt. Dies trägt neben der mechanische berührunglosen Projektion zur Langlebigkeit des Bauteils bei.The projection device consists of two thin, transparent panes between which the projection film is clamped. The projection film is thus largely protected against mechanical damage and dirt. In addition to the mechanical contactless projection, this contributes to the longevity of the component.
Durch die Ausgestaltung der Projektionsscheiben in der Form, daß nicht am Projektionsvorgang beteiligtes Material ausgespart wird, kann das Massenträgheitsmoment und daraus resultierend die Schwungmasse der Projektionsscheiben verringert werden. Auch hieraus resultiert eine geringere Dimensionierung der Antriebseinheit.By designing the projection discs in such a way that material not involved in the projection process is left out, the moment of inertia and, as a result, the flywheel mass of the projection discs can be reduced. This also results in smaller dimensions of the drive unit.
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Die Ausfuhrung der Feinjustierung mit einer orthogonalen Vier-Punkt-Lagerung besitzt den
Vorteil, daß beim Justiervorgang die Lage des Linienrasters exakt ausgerichtet werden
kann.
5Carrying out the fine adjustment with an orthogonal four-point bearing has the advantage that the position of the line grid can be precisely aligned during the adjustment process.
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Die Verwendung des binär codierten Lichtansatzes (BcL) hat den Vorteil, daß eine berührungslose und schnelle Objekterfassung möglich ist. Dies ist hinsichtlich des geplanten Einsatzes in der Orthopädie deshalb wichtig, weil dort Patienten mit empfindlichen oder geschädigten Körperpartien geholfen werden soll. Desweiteren ist aufgrund der berührungslosen Objekterfassung eine optimale Hygiene möglich.The use of the binary coded light approach (BcL) has the advantage that it enables contactless and rapid object detection. This is important in view of the planned use in orthopedics, because patients with sensitive or damaged body parts are to be helped there. Furthermore, optimal hygiene is possible due to the contactless object detection.
Durch die Verwendung des sog. Phasen-Shift-Verfahrens in Kombination mit dem BcL wird eine höhere Genauigkeit des Verfahrens erzielt. Eine gesteigerte örtliche Auflösung ermöglicht eine größere Wiedergabegenauigkeit der Morphologie des Objektes.By using the so-called phase shift method in combination with the BcL, a higher accuracy of the method is achieved. Increased spatial resolution enables a greater accuracy of reproduction of the object's morphology.
Durch die Verwendung mehrerer Videocameras wird es möglich dreidimensionale Objekte von allen Seiten zu erfassen. Dadurch ist zum einen eine geschlossene Darstellung des Objektes möglich, zum anderen werden Informationen über die im Projektionsschatten liegenden Objektteile gewonnen.By using multiple video cameras, it is possible to capture three-dimensional objects from all sides. This enables a closed representation of the object, and also provides information about the parts of the object that lie in the projection shadow.
Durch die Kombination der Verwendung oben beschriebener Aufhahmeeinheit mit einer Bearbeitungsmaschine lassen sich sowohl Negativ- als auch Positivformen in sehr kurzer Zeit anfertigen. Weiterhin spielt die schnelle Reproduzierbarkeit des Werkstückes eine wichtige betriebswirtschaftliche Rolle.By combining the use of the above-described holding unit with a processing machine, both negative and positive molds can be produced in a very short time. Furthermore, the rapid reproducibility of the workpiece plays an important economic role.
Durch die Verwendung von verschiedenartigen vorgeformten Rohlingen läßt sich der Bearbeitungsaufwand nochmals reduzieren.By using different types of pre-formed blanks, the processing effort can be further reduced.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Figuren näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using a preferred embodiment with reference to the associated figures.
Fig. 1 zeigt die räumliche Darstellung des Gehäuses mit den wichtigsten Funktionskomponenten.Fig. 1 shows the spatial representation of the housing with the most important functional components.
Fig. 2 zeigt räumlich schematisch die Halte- und Sitzvorrichtungen des Gehäuses.Fig. 2 shows a spatial schematic of the holding and seating devices of the housing.
Fig. 3 zeigt im Querschnitt das Halbzeug des Gehäuserahmens mit den Befestigungen der Blechfüllungen.Fig. 3 shows a cross-section of the semi-finished housing frame with the fastenings of the sheet metal fillings.
Fig. 4 zeigt räumlich schematisch das Linsensystem "mit der Lichtquelle* und das Objektiv.Fig. 4 shows a spatial schematic of the lens system "with the light source* and the objective.
Fig. 5 zeigt in der Vorder- und Seitenansicht das Objektiv mit Halterung.Fig. 5 shows the lens with mount in front and side view.
Fig. 6 zeigt in der Vorderansicht (Schnitt) die Justiereinrichtung der Projektionsscheibe auf dem Flansch des Schrittmotors.Fig. 6 shows a front view (section) of the adjustment device of the projection disk on the flange of the stepper motor.
Fig. 7 zeigt in der Vorderansicht die Projektionsscheibe. Die Positionen der
Projektionsbilder (BcL) sind vereinfacht dargestellt.
10Fig. 7 shows the front view of the projection screen. The positions of the projection images (BcL) are shown in a simplified manner.
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Das für den Einsatzzweck in der Orthopädie geplante Gerät, besteht baulich aus drei Komponenten:The device, which is intended for use in orthopedics, consists of three structural components:
1 Gehäuse1 housing
2 Projektionseinrichtung2 Projection device
3 Aufhahmeeinheit
203 Recording unit
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Das Gehäuse (Figur 1) wird als Aluminium-oder Edelstahl-Konstruktion ausgeführt. Es besteht aus einem tragendem Rahmen, der an den Seiten- und Stirnflächen mit Blechfüllungen versehen ist.The housing (Figure 1) is made of aluminum or stainless steel. It consists of a supporting frame with sheet metal fillings on the sides and front surfaces.
Die Oberseite des Gehäuses besteht aus einer planen Fläche, in die eine durchsichtige Glasplatte eingelassen ist. Durch diese Glasplatte wird sowohl die Projektion als auch die Aufnahme aus dem Inneren des Gehäuses durchgeführt. Da die Glasplatte parallel zum Strahlengang der Projektion angeordnet ist, muß eine Umlenkung des Strahlenganges erfolgen. Zu diesem Zweck wird in einem Winkel von 45° zum Strahlengang ein Spiegel angeordnet, der die Umlenkung und das orthogonale Auftreffen des Strahlenganges auf die Glasplatte bewirkt. Oberhalb und außerhalb des Gehäuses befindet sich das aufzunehmende Objekt in Form eines Fußes.The top of the housing consists of a flat surface into which a transparent glass plate is embedded. Both the projection and the recording from inside the housing are carried out through this glass plate. Since the glass plate is arranged parallel to the beam path of the projection, the beam path must be deflected. For this purpose, a mirror is arranged at an angle of 45° to the beam path, which causes the beam path to be deflected and hit the glass plate orthogonally. Above and outside the housing is the object to be recorded in the form of a foot.
Auf dem tragenden Rahmen sind Vorrichtungen (Figur 2) angebracht, die es dem Patienten ermöglichen, sich, je nach Aufhahmeform, möglichst entspannt und ungefährdet auf der Plattform aufzuhalten. Längsseitig sind dazu links und rechts Haltestangen angebracht, um dem Patienten das Stehen zu erleichtern (Aufhahmeform 1: im Stehen). Um eine Aufnahme im Sitzen (Aufhahmenfomi 2: ) zu ermöglichen, wird ein schwenkbares Polster auf demDevices (Figure 2) are attached to the supporting frame, which allow the patient to remain on the platform as relaxed and safe as possible, depending on the type of recording. There are support bars on the left and right sides to make it easier for the patient to stand (type of recording 1: standing). To enable recording while sitting (type of recording 2: ), a swivelling cushion is placed on the
Rahmen verschieblich angebracht. Schwenkbar und'verscnHebllch, um'allen Körpergrößen gerecht zu werden.Frame is attached so it can be moved. Can be swivelled and adjusted to suit all body sizes.
Der tragende Rahmen (Figur 3) des Gehäuses besteht aus massiven, runden Halbzeugen, die zwei zueinander senkrecht Schlitze besitzen. In diese Schlitze werden die Blechfüllungen eingebracht und mittels versenkten Schrauben in der Lage fixiert. Die Blechfullungen sind, bis auf die Oberseite und eine Stirnseite durchgängig und aus einem Teil gefertigt. Die Gehäusemaße und die Konstraktion sind so ausgelegt, daß ein sicherer Stand des Gehäuses am Boden erzielt wird.The supporting frame (Figure 3) of the housing consists of solid, round semi-finished products that have two slots perpendicular to each other. The sheet metal fillings are inserted into these slots and fixed in position using countersunk screws. The sheet metal fillings are continuous and made from one piece, except for the top and one end face. The housing dimensions and the contraction are designed so that the housing stands securely on the ground.
Um eine Kondensatbildung an der Glasplatte zu vermindern, wird diese mit einer Vorwärmeinrichtung versehen. Dazu werden an der Unterseite des Gehäuses Heizdrähte befestigt, die fur eine konstante Temperatur von 35-400C sorgen. Um einen übermäßig starken Wärmeabfluß über das Gehäuse zu verhindern, ist der Aufhahmerahmen der Glasplatte mit Teflonschienen abgedämmt.To prevent condensation on the glass plate, it is fitted with a preheating device. Heating wires are attached to the underside of the housing to ensure a constant temperature of 35-40 0 C. To prevent excessive heat loss through the housing, the frame holding the glass plate is insulated with Teflon rails.
Eine Stirnseite des Gehäuses dient als Aufnahme bzw. Einschubmöglichkeit fur die notwendigen Hardwarekomponenten (siehe 2. und 3.). Da die Einschöbe in elektroniküblicher 19"-Technik ausgeführt sind, werden die dafür notwendigen Schienen und Bohrungen im Gehäuse vorgesehen.One end of the housing serves as a receptacle or slot for the necessary hardware components (see 2. and 3.). Since the slots are designed using standard 19" electronics technology, the necessary rails and holes are provided in the housing.
Im Inneren des Gehäuses ist eine Trennwand zwischen der Projektions-/Aufhahmeeinheit und dem Spiegel vorgesehen.Inside the housing, a partition is provided between the projection/recording unit and the mirror.
2 Projektionseinheit2 Projection unit
Die Projektionseinheit läßt sich baulich in zwei Gruppen unterteilen.The projection unit can be structurally divided into two groups.
2.1 Linsensystem mit Objektiv und Lichtquelle
2.2 Schrittmotor mit Projektorscheibe2.1 Lens system with objective and light source
2.2 Stepper motor with projector disc
2.1 Linsensystem mit Objektiv und Lichtquelle2.1 Lens system with objective and light source
Das Linsensystem (Figur 4) besteht aus einem Parabolspiegel, einer aspärischen Linse, einem Wärmeschutzfilter und einer Feldlinse. Zwischen dem Parabolspiegel und der ashärischen Linse ist die Lichtquelle in Form einer 24V-Halogenbime angeordnet. Das komplette Linsensystem mit der Lichtquelle wird in einem separaten kleinen Gehäuse aus Aluminium untergebracht. Das Linsengehäuse wird somit modular in die KonstruktionThe lens system (Figure 4) consists of a parabolic mirror, an aspherical lens, a heat protection filter and a field lens. The light source in the form of a 24V halogen bulb is arranged between the parabolic mirror and the aspherical lens. The complete lens system with the light source is housed in a separate small housing made of aluminum. The lens housing is thus integrated into the construction in a modular manner.
eingebracht und kann modular als Ersatzteil ausgetauscht'werden. IrI *dem# Linsengehäuse befinden sich seitlich gefrässte Schlitze zur Aufnahme der einzelnen Komponenten. In Höhe der Lichtquelle ist eine Aussparung zur Aufnahme eines Ventilators im Gehäuse vorgesehen. Vor der Feldlinse wird die Möglichkeit vorgesehen eine Blende anzubringen, um den Strahlengang vor dem Objektiv zu beieinflussen.and can be replaced modularly as a spare part. There are milled slots on the side of the lens housing to accommodate the individual components. At the level of the light source, a recess is provided in the housing to accommodate a fan. In front of the field lens, there is the option of attaching a diaphragm to influence the beam path in front of the lens.
Das Objektiv (Figur 5) befindet im Abstand der Gegenstandsweite vor dem Linsensystem. Die Brennweite des Objektives beträgt bei einem gegebenen Abbildungsverhältnis(lO) 50-60mm. Das Objektiv befindet sich in einer Aufnahme, die am Gehäuseboden verschraubt ist. Die Aufnahme besitzt in der Höhe des durchtretenden Strahlenganges eine Bohrung mit Gewinde, zur Halterung des Objetivs. Das Verschieben des Objektives zur Fokussierung geschieht durch Drehung des Objektives im Gewinde. Nach erfolgter Fokussierung wird die Lage des Objektives durch Klemmschrauben in der Aufnahme fixiert. Hinter den Linsen des Objektives befindet wieder eine Blende, um die einfallende Lichtintensität zu steuern.The lens (Figure 5) is located at the distance of the object distance in front of the lens system. The focal length of the lens is 50-60mm for a given image ratio (10). The lens is located in a holder that is screwed to the bottom of the housing. The holder has a hole with a thread at the height of the beam path passing through it to hold the lens. The lens is moved for focusing by turning the lens in the thread. After focusing, the position of the lens is fixed in the holder using clamping screws. Behind the lenses of the lens there is another aperture to control the incident light intensity.
2.2 Schrittmotor mit Projektionsscheibe2.2 Stepper motor with projection screen
Der Schrittmotor befindet sich in einer schwingungsentkoppelten Aufnahme oberhalb des Linsensystems. Die Schrittmotoraufhahme besitzt eine radiale Verstellmöglichkeit, um die Ruhelage im Vollschrittbetrieb einzustellen. Auf die Antriebswelle des Schrittmotors wird ein Aluminiumflansch aufgebracht. Die Welle-Nabe-Verbindung stellt hierbei eine Paßfeder nach DIN 6885-1 her. Die axiale Sicherung wird durch eine radiale Fixierschraube (Madenschraube) auf die Schrittmotorwelle hergestellt.The stepper motor is located in a vibration-decoupled mount above the lens system. The stepper motor mount has a radial adjustment option to set the rest position in full-step operation. An aluminum flange is attached to the drive shaft of the stepper motor. The shaft-hub connection is created by a key according to DIN 6885-1. The axial securing is achieved by a radial fixing screw (grub screw) on the stepper motor shaft.
Auf den Flansch werden die beiden Projektionscheiben (Figur 7) aus durchsichtigem extrudierten Acrylglas aufgeschraubt. Um eine Justierung der Projektorscheiben zu ermöglichen, muß die Verscliraubung zunächst lose erfolgen und dient mehr der Führung. Zwischen den beiden Projektorscheiben befindet sich eine, im phototechnischen Verfahren hergestellte Folie mit des zu projizierenden Balkencodes. Die beiden Projektorscheiben werden miteinander verschraubt und die dazwischenliegende Folie geklemmt. Aufgrund geringerer Massenträgheitsmomente werden die Projektionsscheiben ausgespart und die Verschraubungen an den Projektorscheiben mittels Kunststoffschrauben ausgeführt.The two projection screens (Figure 7) made of transparent extruded acrylic glass are screwed onto the flange. To enable adjustment of the projector screens, the screw connection must initially be loose and serves more as a guide. Between the two projector screens there is a film, produced using a phototechnical process, with the bar code to be projected. The two projector screens are screwed together and the film in between is clamped. Due to lower mass moments of inertia, the projection screens are left out and the screw connections on the projector screens are made using plastic screws.
Auf die Projektorscheiben wird nun die Justiereinheit (Figur 6) aufgeschraubt. Zwei zueinander ortogonale Feder-Schraube-Systeme sorgen für die radiale Lagerung auf dem Flansch. Der Flansch ist aus diesem Grunde als Vierkant ausgeführt. Die Justierbewegung erfolgt radial über jeweils eine Schraube und einer gegenüberliegenden Feder. Die aus dieser Justierbewegung resultierende parallele Bewegung des zweiten Feder-Schraube-Systems, wird durch das Gleiten des zweiten Systems auf dem Flanschvierkant ausgeglichen. DieThe adjustment unit (Figure 6) is now screwed onto the projector disks. Two orthogonal spring-screw systems ensure radial support on the flange. For this reason, the flange is designed as a square. The adjustment movement is carried out radially via a screw and an opposing spring. The parallel movement of the second spring-screw system resulting from this adjustment movement is compensated by the sliding of the second system on the flange square. The
•2»•2»
•2» ·•2» ·
gesamte Justierbewegung überträgt sich auf die Koppelungtrojektorscneiben/Flansch. Aus diesem Grunde wird die lose Verschraubung der Projektorscheiben mit dem Flansch erst nach erfolgter Justierung endgültig vorgenommen. Die Justiereinrichtung wird nach dem Justieren abgenommen und trägt so zur Verringerung des Massenträgheitsmomentes bei.The entire adjustment movement is transferred to the projector disk/flange coupling. For this reason, the loose screw connection of the projector disks to the flange is only carried out after the adjustment has been completed. The adjustment device is removed after the adjustment and thus contributes to reducing the mass moment of inertia.
3 Aufnahmeeinheit3 Recording unit
Die Aufhahmeeinheit besteht aus einer Schwarz-Weiß-Kamera und einer PC-Videokarte mit Bildspeicher. Die Kamera besitzt eine Auflösung von 512x512 Pixel, und ist komplett mi Objektiv in einem montagefertigen Gehäuse untergebracht. Die Kamera wird in einem Winkel von ca. 30° zum Projektionsstrahlengang angeordnet. Der Objektivmittelpunkt entspricht der Bildmitte der Kamera und wird in der gleichen Höhe wie der Mittelstrahlengang der Projektion angebracht. Die Kamera wird über eine Halterung am Gehäuseboden verschraubt. Die Videokarte wird in einem externen Computer untergebracht und über Signalkabel miteinander verbunden.The recording unit consists of a black and white camera and a PC video card with image storage. The camera has a resolution of 512x512 pixels and is housed in a ready-to-assemble housing complete with lens. The camera is positioned at an angle of approx. 30° to the projection beam path. The lens center corresponds to the center of the camera image and is mounted at the same height as the center beam path of the projection. The camera is screwed to the base of the housing using a bracket. The video card is housed in an external computer and connected to each other using signal cables.
Funktionsbeschreibung für das im Ausführungsbeispiel genannte Gerät
20 Functional description for the device mentioned in the example
20
Der funktionelle Ablauf besteht im wesentlichen aus folgenden Punkten:The functional process essentially consists of the following points:
Referenzfahrt
Positionieren des ObjektesReference run
Positioning the object
Beleuchten des Objektes mit schwarz/weiß kodierten LinienIlluminate the object with black/white coded lines
Einfangen des entstehenden Bildes mittels der Videokamera
Auswertung und Berechnung der dreidimensionalen ObjekthöheCapturing the resulting image using the video camera
Evaluation and calculation of the three-dimensional object height
Bevor das Objekt beleuchtet wird, muß eine Referenzfahrt für die mittels des Schrittmotors angetriebene Projektionsscheibe durchgeführt werden. Dazu läuft die Projektionsscheibe ausgelöst durch ein Steuerprogramm mit niedriger Frequenz leer. Eine Lichtschranke meldet über ein digitales Signal das Überfahren einer speziellen Markierung an das Steuerprogramm zurück. Aus der Kenntnis des Verdrehwinkels zwischen der Lichtschrankenstellung und der orthogonalen Lage des ersten Projektionsbildes errechnet das Steuerprogramm die zu verfahrenden Schritte bzw. Winkel für den Schrittmotor. Der Schrittmotor wird somit in seine Ausgangsstellung gefahren. Dieser Vorgang muß nach jedem Ein- und Ausschalten des Gerätes oder nach einer Störung (z.B Schrittverlust durch Überlastung) unbedingt wiederholt werden, da nur aus einer exakte Nullage heraus kalibrierte Bilder entstehen können. Aus diesem Grunde wird die Referenzfahrt automatischBefore the object is illuminated, a reference run must be carried out for the projection screen driven by the stepper motor. To do this, the projection screen runs idle at a low frequency, triggered by a control program. A light barrier reports the crossing of a special marking back to the control program via a digital signal. From the knowledge of the angle of rotation between the light barrier position and the orthogonal position of the first projection image, the control program calculates the steps or angles to be moved for the stepper motor. The stepper motor is thus moved to its starting position. This process must be repeated every time the device is switched on and off or after a fault (e.g. loss of steps due to overload), since calibrated images can only be created from an exact zero position. For this reason, the reference run is carried out automatically.
nach jedem Einschalten durchgeführt. Im Falle* einer* vermuteten Störung ist softwareseitig eine Option "Referenzfahrt" vorgesehen, um jederzeit eine Ausgangslagenüberprüfung durchzuführen.carried out after each switch-on. In the event of a suspected fault, a "reference run" option is provided on the software side to carry out an initial position check at any time.
Ist die Projektionsscheibe In Ihrer Ausgangslage bestimmt, kann mit der eigentlichen Aufnahme begonnen werden. Da die auf der Projektionsscheibe angebrachte Anzahl der Bilder abhängig ist von der Auflösungsgenauigkeit des Objektes, kann die Anzahl der zu durchfahrenden Bilder variieren. Zur symbolhaften Erklärung des Funktionsprinzips des Binär Codierten Lichtansatzes (BCL), wird auf das Beiblatt 1 verwiesen. Im weiteren wird auf das Funktionsprinzip des BCL nicht genauer eingegangen.Once the projection screen has been determined in its initial position, the actual recording can begin. Since the number of images on the projection screen depends on the resolution accuracy of the object, the number of images to be scanned can vary. For a symbolic explanation of the functional principle of the binary coded light approach (BCL), please refer to Supplementary Sheet 1. The functional principle of the BCL will not be discussed in more detail below.
In dieser Funktionsbeschreibung wird eine Bildsequenz von 12 Bildern beschrieben. Es werden acht Bilder mit 2 bis 128 Linien direkt zur Projektion verwendet. Bei einer Projektionsfläche von ca. 350x200 mm kann somit in Längsrichtung eine Auflösung von 2,73 mm ereicht werden. Das entspricht einer Ortsauflösung von 55 Punkten pro Quadratzentimeter. Jeweils zwei der Bilder in orthogonaler Stellung dienen als Negativdarstellung des Originalbildes lediglich der Justierung der Projektionsscheibe auf dem Schrittmotor und werden nicht zur Projektion herangezogen. Die beiden Bilder links und rechts neben dem Bild in der Ausgangslage mit der höchsten Teilung (128 Linien) werden für das Phasen-Shift-Verfahren herangezogen und sorgen bei dessen Verwendung nochmals für eine gesteigerte Auflösegenauigkeit.This functional description describes an image sequence of 12 images. Eight images with 2 to 128 lines are used directly for projection. With a projection surface of approx. 350x200 mm, a resolution of 2.73 mm can be achieved in the longitudinal direction. This corresponds to a spatial resolution of 55 points per square centimeter. Two of the images in an orthogonal position serve as a negative representation of the original image only for adjusting the projection screen on the stepper motor and are not used for projection. The two images to the left and right of the image in the initial position with the highest pitch (128 lines) are used for the phase shift process and, when used, ensure even greater resolution accuracy.
Das Objekt wird auf der Glasscheibe positioniert. Die Referenzfahrt wurde durchgeführt und das Objekt wird jetzt mit dem ersten Bild beleuchtet. Die entstehende Abbildung wird mit der Videokamera aufgenommen und in einer Datei abgespeichert. Während des Abspeicherns wird der Schrittmotor programmgesteuert zum nächsten Bild verfahren. Dieser zeitlich ineinandergreifende Vorgang beschleunigt die gesamte Aufnahmezeit um die Verfahrzeit des Schrittmotors. Die Ablaufsequenz Abbilden-Aufhahme-Abspeichern-Verfahren wird sooft wiederholt bis die benötigte Anzahl von Bildern erreicht ist ( hier: acht Bilder).The object is positioned on the glass pane. The reference run has been carried out and the object is now illuminated with the first image. The resulting image is recorded with the video camera and saved in a file. During saving, the stepper motor is program-controlled to move to the next image. This temporally interlocking process accelerates the entire recording time by the movement time of the stepper motor. The sequence of image-record-save-process is repeated until the required number of images is reached (here: eight images).
Aus den gespeicherten Daten wird nun mittels einer Programmsequenz (Beiblatt 1) das dreidimensionale Objekt berechnet.The three-dimensional object is now calculated from the stored data using a program sequence (Appendix 1).
Da eine sehr hohe örtliche Auflösung erzielt wird, ist dafür Sorge zu tragen, daß das Objekt möglichst unbewegt den Aufhahmevorgang durchläuft. Am Beispiel des Objektes Fuß sollte der Anwender die in dem Ausführungsbeispiel erwähnten Vorrichtungen benutzen, um unnötige Verzerrungen des Objektes zu vermeiden.Since a very high spatial resolution is achieved, it is important to ensure that the object goes through the recording process as still as possible. Using the example of the object foot, the user should use the devices mentioned in the example to avoid unnecessary distortions of the object.
.5..5.
Je nach Ausfuhrung des Gerätes sind die Daten im (ierät selbst*oder scnon Jh einem extern angeschlossenen Computer !gespeichert. Im Falle einer internen Speicherung müssen die Daten via serieller Datenübertragung oder Transport mittels Speicherdisketten in eine externe Rechenanlage übertragen werden. Hier beginnt nun die nachträgliche Datenmanipulation.Depending on the device design, the data is stored in the device itself or on an externally connected computer. In the case of internal storage, the data must be transferred to an external computer via serial data transfer or transport using storage disks. This is where subsequent data manipulation begins.
Das aufgenommene Objekt wird nun am Bildschirm dargestellt. Dazu können je nach Anwenderwunsch die unterschiedlichsten Grundtypen von Einlagenrohlingen eingeblendet werden. Die Software bietet eine Vielzahl von Manipulationsmöglichkeiten, die in der Praxis der Formgebung des Einlagenrohlings durch den orthopädisch ausgebildeten Fachmann entsprechen. Dabei versteht sich das System als Werkzeug und dreidimensionale Hilfestellung für den Fachmann, nicht als dessen Substitution.The recorded object is now displayed on the screen. Depending on the user's wishes, the most diverse basic types of insole blanks can be displayed. The software offers a variety of manipulation options that correspond in practice to the shaping of the insole blank by the orthopedically trained specialist. The system sees itself as a tool and three-dimensional assistance for the specialist, not as a substitute for him.
Die in der Datenbank des Programmes enthaltenen Rohlinge können mit unserem Gerät und einer entsprechenden Softwareoption vom Anwender selbst erzeugt werden und erhöhen somit die individuellen Einsatzmöglichkeiten des Systems.The blanks contained in the program's database can be created by the user himself using our device and a corresponding software option, thus increasing the individual application possibilities of the system.
Ist die endgültige Form des Einlagenrohlings durch die Manipulation festgelegt, wird die Einlage dem Patienten durch ein Patientenblatt zugewiesen und gespeichert. Diese Information steht dem Anwender jederzeit zur Verfugung und ermöglicht ihm kostengünstige Reproduktionen. Um den durch die hohe örtliche Auflösung bedingten Rechenaufwand zu verringern, besteht die Möglichkeit die Einlagenform durch geeignete kubische Interpolationen anzunähern und abzuspeichern.Once the final shape of the insole blank has been determined through manipulation, the insole is assigned to the patient on a patient sheet and saved. This information is available to the user at any time and enables cost-effective reproductions. In order to reduce the computing effort required due to the high spatial resolution, it is possible to approximate and save the insole shape using suitable cubic interpolations.
Die Koordinaten der abzubildenden Einlagenform können nun einer computergesteuerten Bearbeitungsmaschine übergeben werden. Der eigentliche Fertigungsvorgang wird somit sehr kostengünstig reproduzierbar und fehlerfrei gestaltet.The coordinates of the insole shape to be reproduced can now be transferred to a computer-controlled processing machine. The actual manufacturing process is thus made very cost-effective, reproducible and error-free.
Bezugszeichenliste zu G 94 07 378.3List of reference symbols for G 94 07 378.3
Figur 1: Gehäuse mit Komponenten Figure 1: Housing with components
1. Spiegel1. Mirror
2. Glasplatte2. Glass plate
3. Projektor3. Projector
4. Kamera4. Camera
5. Projektionsstrahlen5. Projection rays
6. Aufhahmestrahlen6. Recording rays
7. Rahmen7. Frame
8. Blechfullung8. Sheet metal filling
9. Trennwand9. Partition wall
10. Objekt10. Object
Figur 2: Halte- und Sitzvorrichtungen Figure 2: Holding and seating devices
1. Haltestangen1. Handrails
2. Gehäuseoberseite2. Top of the case
3. Schwenkbare Sitzfläche3. Swivel seat
4. Schwenkrichtung4. Swivel direction
5. Verschiebemöglichkeit5. Possibility of relocation
6. Verschiebemöglichkeit6. Possibility of relocation
1. Halbzeug1. Semi-finished product
2. Boden- oder Deckenplatte2. Floor or ceiling plate
3. Füllung3. Filling
4. Klemmschrauben4. Clamping screws
5. Gefräßte Schlitze5. Milled slots
Figur 4. Linsensystem mit Lichtquelle und Obiektiv Figure 4. Lens system with light source and objective
1. Parbolspiegel1. Parbolic mirror
2. Lichtquelle2. Light source
3. Asphärische Linse3. Aspherical lens
4. Wärmefilter4. Heat filter
5. Feldlinse5. Field lens
6. Objektiv mit Blende6. Lens with aperture
7. Linsengehäuse7. Lens housing
-2--2-
1. Objektiv1. Lens
2. Halterung2. Bracket
3. Fixierschraube3. Fixing screw
4. Bodenbefestigung4. Floor fixing
5. Objektivgewinde5. Lens thread
Figur 6.Figure 6.
1. Justierschraube1. Adjustment screw
2. Federstift2. Spring pin
3. Montagebohrung3. Mounting hole
4. Gleithülse4. Sliding sleeve
Claims (1)
5 Protection claims
5
die Lichtquelle ein Laser istDevice according to claim 2, dgd
the light source is a laser
die optische Erfassungseinrichtung mit einer Projektionsvorrichtung ausgestattet istDevice according to claim 1, dgd
the optical detection device is equipped with a projection device
Vorrichtung gemäß Anspruch 26, dgd die Feinjustierung eine orthogonale 4-Punkt-Lagerung besitzt27.
Device according to claim 26, dgd the fine adjustment has an orthogonal 4-point bearing
Vorrichtung gemäß Anspruch 42, dgd die Negativform durch gegossene oder geschäumte Modelle erzeugt wird43.
Device according to claim 42, dgd the negative mold is produced by cast or foamed models
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19949407378 DE9407378U1 (en) | 1994-05-04 | 1994-05-04 | Device for producing objects on the basis of data which are determined from an optical detection of an object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19949407378 DE9407378U1 (en) | 1994-05-04 | 1994-05-04 | Device for producing objects on the basis of data which are determined from an optical detection of an object |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE9407378U1 true DE9407378U1 (en) | 1994-09-01 |
Family
ID=6908197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19949407378 Expired - Lifetime DE9407378U1 (en) | 1994-05-04 | 1994-05-04 | Device for producing objects on the basis of data which are determined from an optical detection of an object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9407378U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE202004019552U1 (en) * | 2004-12-18 | 2006-04-20 | Digi Point Gmbh | Object imaging and measuring device, particularly for imaging clothing items being worn without imaging the wearer or background, with means for filtering out background information to create a final image |
| DE19634254B4 (en) * | 1995-09-04 | 2009-06-10 | Volkswagen Ag | Optical-numerical method for determining the entire surface of a three-dimensional object |
-
1994
- 1994-05-04 DE DE19949407378 patent/DE9407378U1/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19634254B4 (en) * | 1995-09-04 | 2009-06-10 | Volkswagen Ag | Optical-numerical method for determining the entire surface of a three-dimensional object |
| DE202004019552U1 (en) * | 2004-12-18 | 2006-04-20 | Digi Point Gmbh | Object imaging and measuring device, particularly for imaging clothing items being worn without imaging the wearer or background, with means for filtering out background information to create a final image |
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