ES1075480U - Dispositivo para escaneado 3d de arquetas de alcantarilla. - Google Patents
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Abstract
1. Dispositivo de escaneado 3D de arquetas de alcantarillas, caracterizado por estar constituido por un tubo vertical que penetra en el interior de la arqueta en cuyo extremo inferior acopla un cabezal sensor dotado de dos sensores RGB-D de patrón de luz infrarroja separados entre sí y enfocados en sentido contrario cierto ángulo respecto la vertical, y por un trípode posicionado en la boca de la arqueta que soporta el tubo vertical y le dota de un movimiento de giro de 360º respecto un eje vertical, acoplamiento desmontable entre el cabezal sensor y el tubo vertical consistente en una unión mecánica y conectores eléctricos que permiten la separación del tubo vertical y el cabezal sensor, sensores cuyo ángulo de línea de visión respecto la vertical está optimizado para lograr el máximo volumen de visión por cada rotación completa del tubo vertical.2. Dispositivo de escaneado 3D de arquetas de alcantarillas según reivindicación 1ª caracterizado por disponer de dos sensores RGB-D de luz estructurada fijados en los extremos de la vertical de un cabezal sensor en forma de "L" invertida que mantiene cada sensor en una posición excéntrica respecto el tubo vertical, y cuya línea de visión está contenida en un plano vertical que contiene el cabezal sensor, sensores cuyo ángulo de la línea de visión respecto la vertical está optimizado para la maximización del volumen escaneado en un giro de 360°, siendo el ángulo optimizado de unos 40° para sensores RGB-D de luz estructurada comunes.3. Dispositivo de escaneado 3D de arquetas de alcantarillas según reivindicación 1ª caracterizado por la eliminación de sombras en la imagen 3D por medio de una visión simultanea hacia abajo y hacia arriba de la arqueta.4. Dispositivo de escaneado 3D de arquetas de alcantarillas según reivindicación 1ª caracterizado por disponer de una sujeción del tubo vertical mediante la utilización de un trípode con mástil, tubo vertical que se mantiene en posición y a la altura adecuada sin intervención humana y permite la rotación del tubo vertical por medio de una sola mano del operario, y por disponer de un mini teclado sin cable situado en la muñeca del operario para el control del dispositivo, y de unas gafas monoculares LCD que permiten visualizar la imagen vista por el sensor en cada momento, todo ello con el fin de que una única persona sea capaz de manejar correctamente el dispositivo.
Description
Dispositivo para escaneado 3D de arquetas de
alcantarillas.
La presente invención hace referencia a un
dispositivo de escaneado 3D de arquetas de alcantarillas que utiliza
sensores RGB-D de patrón de luz infrarroja (IR)
estructurada. Está formado por un tubo vertical que se introduce en
la arqueta de alcantarilla y que soporta adecuadamente dos de tales
sensores. Tal dispositivo es de aplicación para la medición
automática de las secciones de las tuberías laterales de entrada y
salida de agua, necesarias para la simulación de redes de
alcantarillado. También aporta información sobre localización de
defectos o daños mediante las imágenes de la cámara RGB, esta
información puede ser utilizada en sistemas expertos de optimización
del mantenimiento de las redes de alcantarillado.
Estos nuevos sensores que llamaremos de forma
simplificada como sensores RGB-D de luz
estructurada, asignan a cada pixel de color de una cámara RGB una
profundidad calculada mediante el patrón de luz IR estructurada. Con
esta información se calcula una imagen 3D de la escena.
En la actualidad, los dispositivos de escaneado
3D de arquetas de alcantarillas utilizan métodos de visión
esteroscópica, con los que se consigue una nube de puntos 3D muy
poco densa, por esta razón no pueden de forma automatizada extraer
datos numéricos de la posición y sección de las bocas de entrada y
salida de agua. Poseen varías cámaras y objetivos de gran angular
libres de distorsión, que conlleva un alto coste del dispositivo
completo. Este alto coste es la razón por la que aún se sigue
utilizando el método menos sofisticado, que consiste en la entrada
en la arqueta de una persona, método que ponen en peligro la
seguridad del operario.
La presente invención mejora las características
de tales dispositivos de escaneado 3D de arquetas de alcantarillas,
ya que logra una alta densidad de puntos 3D, permitiendo la
generación automática de informes de las características espaciales
de la arqueta.
El invento que se preconiza está estructurado a
partir de un trípode dotado de un mástil vertical que se posiciona
sobre la boca de la arqueta de la alcantarilla, más un tubo vertical
que soporta adecuadamente un cabezal sensor compuesto por dos
sensores RGB-D de luz estructurada.
El mástil del trípode dispone de un tubo
interior rotativo que puede girar sobre la vertical, tubo interior
que posee en su parte superior una fijación por presión para tubos
circulares. El trípode tendrá una apertura de patas de al menos unos
80 cm de diámetro, ya que las bocas de las alcantarillas tienen
normalmente 60 cm de diámetro, y será preferentemente plegable y
ligero.
El tubo vertical, redondo metálico de una cierta
altura, desliza por dentro del mástil del trípode, y tiene la
función de posicionar los sensores a la altura y dirección de la
línea de visión deseadas. La altura del tubo vertical depende de la
profundidad a la que se necesite escanear las arquetas. Una vez
logrado el posicionamiento del tubo vertical a la altura deseada se
fija al mástil por medio de una fijación por presión sobre el tubo.
El tubo vertical está capacitado de rotación respecto la vertical
gracias al tubo interior rotatorio del trípode.
Por dentro del tubo vertical pasan dos cables
para la transmisión de la información desde el sensor al ordenador
portátil que almacenará la información, un cable para cada sensor.
Cada extremo de los cables tiene un conector. Para que el tubo pueda
pasar de forma cómoda por dentro del mástil del trípode los
conectores de la parte superior del tubo no sobresalen del diámetro
del tubo. El conector de la parte superior del tubo se conectará al
ordenador portátil y el conector de la parte inferior del tubo se
conectará al cabezal sensor.
El cabezal sensor está compuesto por un vástago
de eje vertical que une los dos sensores a cierta distancia entre sí
de manera que el sensor superior mira hacia el fondo de la arqueta y
el sensor inferior mira hacia la parte superior de la arqueta. El
ángulo de la línea de visión de los dos sensores respecto la
vertical es idéntico y está optimizado para lograr el máximo volumen
de visión por cada rotación de 360º del tubo vertical. El vástago se
fija a la parte inferior del tubo vertical mediante un acople de
cola de milano o similar. El conector de cada sensor se une al
respectivo conector inferior del cable del tubo vertical.
La configuración del dispositivo permite que la
operación de escaneado sea realizada por una única persona. Este
operador llevará un ordenador portátil en una mochila a la espalda y
podrá ver las imágenes del cabezal sensor en tiempo real mediante
unas gafas monoculares LCD, además actúa sobre el ordenador portátil
mediante un mini teclado sin cables que llevará en la muñeca. Las
gafas monoculares LCD evitan los reflejos del sol que se producen en
las pantallas de los ordenadores y que imposibilitan la visión.
Además al ser gafas monoculares permiten tener control del entorno
con el otro ojo.
Los sensores RGB-D de luz
estructurada tienen un ángulo de visión pequeño, tanto en apertura
vertical como horizontal, del orden de 50º en el eje horizontal y
40º en el eje vertical.
La rotación del tubo vertical posibilita el
completar los 360º de una arqueta aunque el ángulo de visión del
sensor sea de 50º, por medio de la grabación de una serie continua
de fotografías RGB-D. Tales fotografías se toman
adecuadamente para que tengan una cierta área de solapamiento con el
fin de que el programa de software pueda generar, mediante un
algoritmo de registrado, una imagen única 3D de los 360º. Los
sensores pueden capturar imágenes a una velocidad de 10 fps, pero
una velocidad de captura y grabación en disco de las imágenes de los
dos sensores una vez cada segundo es suficiente. La captura de 20
imágenes por cada vuelta completa es suficiente, de forma que según
lo anterior en 20 segundos capturamos toda la información 3D de una
sección de la arqueta de unos 80 cm de altura. Si tenemos que hacer
4 o 5 secciones, se puede tener escaneada una arqueta de
alcantarilla de 2 metros de altura en no más de un par de
minutos.
El ángulo de la línea de visión de los dos
sensores respecto la vertical está optimizado para lograr el máximo
volumen de visión por cada rotación del tubo vertical. Si el sensor
mira perpendicular a la vertical y considerando una altura máxima de
2 metros para una arqueta tendríamos que hacer más de 15 rotaciones
a diferentes alturas para obtener todos los puntos 3D de la arqueta.
Este inconveniente lo podemos minimizar haciendo que mire con un
cierto ángulo hacia abajo. Este ángulo optimizado, considerando que
las paredes de la arqueta no están nunca a menos de 30 cm del eje
central de la arqueta, es de unos 40º. Que el sensor mire con esta
inclinación puede provocar sombras cuando alguna tubería sobresale
del hueco de la arqueta, para evitar estas sombras se utiliza el
segundo sensor que mira hacia arriba con el mismo ángulo. También
para aumentar la altura de visión en una rotación se posiciona el
sensor, no en el eje de rotación, sino más alejado de la pared hacia
donde mira. Esta configuración, que mira con un ángulo de
inclinación grande y posiciona el cabezal sensor más atrás del eje
de rotación, permite salvar la dificultad de que estos sensores no
pueden ver a una distancia menor de 60 cm. Con esta configuración se
obtienen alturas de visión de 1 metro con la pared a 30 cm del eje
central de la arqueta, y de unos 80 cm con la pared a 50 cm del eje
central de la arqueta. Considerando una arqueta estándar de 1 metro
de diámetro y no más de 2 metros de altura, tendríamos que hacer un
número de solo 4 o 5 rotaciones para tener escaneada toda la
arqueta.
La descripción del dispositivo efectuada en el
punto anterior está complementada con una serie de dibujos que
destacan los aspectos y puntos más característicos del invento,
dibujos que son ilustrativos y se recogen al final como parte
integrante de la propia memoria descriptiva. Estos dibujos
contribuyen a una mejor comprensión del alcance de la invención, a
la vez que sirven como punto de referencia para comprender
exactamente el dispositivo para escaneado 3D de arquetas de
alcantarillas. Con este fin los dibujos que se acompañan
representan:
La figura 1. Muestra según una representación
esquemática, una vista en perspectiva del dispositivo completo en
donde se observa un corte de la arqueta de alcantarilla y todos los
elementos que conforman el dispositivo.
La figura 2. Muestra, también según una
representación esquemática, una vista en perspectiva del cabezal
sensor y el tubo vertical, encontrándose desacoplados.
A la vista de las comentadas figuras, puede
observarse como el dispositivo de la invención se constituye a
partir de un trípode (1) equipado con un mástil (2) vertical tubular
circular localizado en el vértice superior del trípode, de manera
que por dentro del mástil (2) del trípode (1) se desplaza
verticalmente un tubo vertical (3) redondo que sujeta el cabezal
sensor (4) conformado esencialmente por dos sensores (5) y elementos
soportantes. El trípode (1) se encuentra sobre y centrado en la boca
de una arqueta de alcantarilla (6) de manera que la apertura de
patas (7) del trípode será mayor que el diámetro de las arquetas a
inspeccionar por medio del dispositivo.
El mástil (2) está equipado con un tubo interior
(8) que sobresale por la parte superior del mástil (2), capacitado
de rotación interior al mástil (2) respecto un eje vertical y dotado
en su parte superior de una fijación (9) por presión para tubos
circulares.
El tubo vertical (3) alargado, de sección
preferentemente circular y de altura suficiente para la inspección
de las arquetas consideradas, desliza por el interior del mástil (2)
del trípode (1) y posee la función de posicionar el cabezal sensor
(4) a la profundidad en la arqueta y la dirección de la línea de
visión deseadas. El tubo vertical (3) desliza sobre el tubo interior
(8) por medio de la acción de un operario, y tras alcanzar la altura
deseada, el tubo vertical (3) se fija a la altura deseada por medio
de la fijación (9) por presión. El tubo vertical (3), tras ser
fijado en altura, accionado por el operario, es capaz de girar
respecto un eje vertical merced al giro del tubo interior (8)
respecto al mástil (2).
Dos cables (10) terminados en un conector (11)
para cada sensor (5) circulan por el interior del tubo vertical (3)
para la transmisión de la información desde cada sensor (5) hasta un
ordenador portátil situado fuera de la alcantarilla, ordenador que
almacenará la información recogida por los sensores (5). Los
conectares (11) no sobresalen del diámetro del tubo vertical (3) con
el fin de que el tubo vertical (3) pueda ser extraído de forma
sencilla del interior del tubo interior (8).
El cabezal sensor (4), con forma de "L"
invertida, está compuesto por un vástago (12) de eje vertical
localizado excéntrico respecto el eje del tubo vertical (3), vástago
(12) que une los dos sensores (5) a cierta distancia vertical entre
sí, de manera que el sensor (5) superior capta el fondo de la
arqueta de alcantarilla (6) y el sensor (5) inferior capta la parte
superior de la arqueta de alcantarilla. El ángulo de la línea de
visión (13) de los dos sensores (5) respecto la vertical es idéntico
y optimizado para lograr el máximo volumen de visión por cada
rotación de 360º del tubo vertical (3). El cabezal sensor (4) se
fija a la parte inferior del tubo vertical (3) mediante un acople
(14), preferentemente un acople de cola de milano o similar. Dos
conectares de cabezal (15) sobresalen en la parte superior del
cabezal sensor (4) de manera que los conectares (11) del tubo
vertical (3) se unen a los conectares de cabezal (15) respectivos
tras el acoplamiento por medio del acople (14).
Adicionalmente se dispone de los elementos
complementarios para hacer funcionar correctamente el dispositivo
para escaneado 3D de arquetas de alcantarillas tales como topes,
manecillas, fuente de alimentación para el cabezal sensor, nivel de
burbuja de dos ejes para ajustar las piernas del trípode de forma
que el tubo vertical esté en la vertical de la arqueta, brújula
digital que nos permita empezar la rotación siempre en la misma
orientación, GPS bluetooth que proporciona la información de la
localización exacta de la arqueta al ordenador portátil, luz led
blanca en caso de necesidad de iluminación artificial en arquetas
profundas, etc.
No se considera necesario hacer más extensa esta
descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el
alcance de la invención y las ventajas que de la misma se
derivan.
Los materiales, forma, tamaño y disposición de
los elementos serán susceptibles de variación siempre y cuando ello
no suponga una alteración en la esencialidad del invento.
Los términos en que se ha redactado esta memoria
deberán ser tomados siempre en sentido amplio y no limitativo.
Claims (4)
1. Dispositivo de escaneado 3D de arquetas de
alcantarillas, caracterizado por estar constituido por un
tubo vertical que penetra en el interior de la arqueta en cuyo
extremo inferior acopla un cabezal sensor dotado de dos sensores
RGB-D de patrón de luz infrarroja separados entre sí
y enfocados en sentido contrario cierto ángulo respecto la vertical,
y por un trípode posicionado en la boca de la arqueta que soporta el
tubo vertical y le dota de un movimiento de giro de 360º respecto un
eje vertical, acoplamiento desmontable entre el cabezal sensor y el
tubo vertical consistente en una unión mecánica y conectores
eléctricos que permiten la separación del tubo vertical y el cabezal
sensor, sensores cuyo ángulo de línea de visión respecto la vertical
está optimizado para lograr el máximo volumen de visión por cada
rotación completa del tubo vertical.
2. Dispositivo de escaneado 3D de arquetas de
alcantarillas según reivindicación 1ª caracterizado por
disponer de dos sensores RGB-D de luz estructurada
fijados en los extremos de la vertical de un cabezal sensor en forma
de "L" invertida que mantiene cada sensor en una posición
excéntrica respecto el tubo vertical, y cuya línea de visión está
contenida en un plano vertical que contiene el cabezal sensor,
sensores cuyo ángulo de la línea de visión respecto la vertical está
optimizado para la maximización del volumen escaneado en un giro de
360º, siendo el ángulo optimizado de unos 40º para sensores
RGB-D de luz estructurada comunes.
3. Dispositivo de escaneado 3D de arquetas de
alcantarillas según reivindicación 1ª caracterizado por la
eliminación de sombras en la imagen 3D por medio de una visión
simultanea hacia abajo y hacia arriba de la arqueta.
4. Dispositivo de escaneado 3D de arquetas de
alcantarillas según reivindicación 1ª caracterizado por
disponer de una sujeción del tubo vertical mediante la utilización
de un trípode con mástil, tubo vertical que se mantiene en posición
y a la altura adecuada sin intervención humana y permite la rotación
del tubo vertical por medio de una sola mano del operario, y por
disponer de un mini teclado sin cable situado en la muñeca del
operario para el control del dispositivo, y de unas gafas
monoculares LCD que permiten visualizar la imagen vista por el
sensor en cada momento, todo ello con el fin de que una única
persona sea capaz de manejar correctamente el dispositivo.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES201100805U ES1075480Y (es) | 2011-08-31 | 2011-08-31 | Dispositivo para escaneado 3d de arquetas de alcantarilla |
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|---|---|---|---|
| ES201100805U ES1075480Y (es) | 2011-08-31 | 2011-08-31 | Dispositivo para escaneado 3d de arquetas de alcantarilla |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES1075480U true ES1075480U (es) | 2011-10-18 |
| ES1075480Y ES1075480Y (es) | 2012-01-26 |
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES1075480Y (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3156359A4 (en) * | 2014-06-13 | 2018-04-04 | Mitsubishi Electric Corporation | Device for measuring elevator hoistway dimensions, and method for measuring same |
-
2011
- 2011-08-31 ES ES201100805U patent/ES1075480Y/es not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3156359A4 (en) * | 2014-06-13 | 2018-04-04 | Mitsubishi Electric Corporation | Device for measuring elevator hoistway dimensions, and method for measuring same |
| US10151577B2 (en) | 2014-06-13 | 2018-12-11 | Mitsubishi Electric Corporation | Elevator hoistway dimension measuring apparatus and measuring method therefor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES1075480Y (es) | 2012-01-26 |
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| PC1K | Transfer of utility model |
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Effective date: 20211227 |