ES2223473T3 - Metodo de asignacion de un patron decorativo bidimensional a una superficie tridimensional. - Google Patents

Abstract

Método de asignación de un patrón decorativo bidimensional a una superficie de un objeto (10) tridimensional, comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas: - definir la forma de la superficie del objeto (10) empleando una función de correlación que define las coordenadas (R) tridimensionales de ubicaciones en dicha superficie como función de pares (u, v) de coordenadas de la superficie bidimensional; - definir el patrón decorativo como una serie de puntos (P) especificados en términos de pares (xp, yp) de coordenadas del patrón bidimensional; - asignar cada uno de los puntos (P) del patrón decorativo a ubicaciones en la superficie del objeto (10) asignando primero un par (u, v) de coordenadas de la superficie bidimensional a cada punto (P) del patrón decorativo y empleando luego la función de correlación para asignar las correspondientes coordenadas (R) tridimensionales a cada uno de estos pares (u, v) de coordenadas de la superficie bidimensional.

Description

Método de asignación de un patrón decorativo bidimensional a una superficie tridimensional.

La invención se refiere a un método de asignación de un patrón decorativo bidimensional a una superficie de un objeto tal como la carcasa de un electrodoméstico. Normalmente, un producto de consumo, tal como un electrodoméstico o una máquina de afeitar, se fabrica en serie, y como resultado, el producto se pone a la venta como uno de una serie de productos uniformes. Sin embargo, es de esperar que los compradores quieran comprar productos personales únicos, diferentes de los productos comprados por otra gente. Por ejemplo, cuando compre una máquina de afeitar o un electrodoméstico, el comprador querrá obtener un producto personal. El comprador quiere que el producto diga algo de él o ella y que lo distinga de los demás.

El diseño y la fabricación de productos únicos están reñidos con las necesidades de fabricación en serie y sus beneficios, tales como un bajo coste y un control de calidad consistente. Como resultado, normalmente un producto se pone a la venta, o bien como uno de una serie de productos uniformes a un precio razonablemente bajo, o bien el comprador tiene que encargar que se fabrique individualmente un producto personal único para él o ella a un precio considerablemente mayor. Si fuese posible ofrecerle al comprador el poder para encargar la fabricación de su producto personal único, al tiempo que se conservasen las ventajas esenciales de la fabricación en serie, podría satisfacerse una demanda significativa.

Los productos pueden singularizarse y personalizarse aplicando decoraciones exclusivas sobre su superficie. Una técnica conocida de fabricación para decorar productos tridimensionales implica pegar decoraciones bidimensionales sobre la superficie de los productos (siendo los propios productos objetos tridimensionales no planos y rígidos). Por ejemplo, un método de aplicación de una decoración a cerámicas se describe en un artículo de C.K. Chua, W. Hoheisel, G. Keller y E. Werling, titulado "Adapting decorative patterns for ceramic tableware" y publicado en el Computing & Control Engineering Journal, octubre 1993, páginas 209 a 217. Este artículo trata del diseño y la producción de las llamadas "calcomanías": adhesivos impresos con patrones decorativos que se pegan sobre objetos tales como platos, etc. Los patrones decorativos están formados por una repetición de un patrón básico. El artículo se centra en la generación de la repetición y las adaptaciones necesarias para conformarse a la forma del objeto. Estas adaptaciones incluyen adaptar a escala el patrón básico para que se produzca un número entero de patrones básicos a lo largo de un borde del objeto, la adaptación para conseguir una disposición circular del patrón básico sobre una superficie del objeto, etc.

Tal como puede observarse, la aplicación de la decoración requiere familiaridad con la forma del objeto y algo de pericia para adaptar la decoración plana a la forma del objeto. En el método conocido, esto debe ser realizado por un experto que esté familiarizado con el proceso de diseño y la forma del objeto. Ofrecer el servicio de un experto de este tipo al comprador que quiere encargar un producto personal único no es consistente con la necesidad de diseñar y fabricar el producto a bajo coste.

Además, el método conocido se limita a la aplicación de decoraciones sobre superficies que son esencialmente planas, de manera que puedan extenderse sobre una superficie plana. Las decoraciones no son fácilmente aplicables (a bajo coste) a otras superficies que tengan una curvatura más compleja. La adaptación a la curvatura de los objetos se limita a doblar el plano de la decoración alrededor de la superficie del objeto. Esto presenta problemas si la superficie del objeto es curva en más de una dirección en una ubicación en la superficie sobre la que se aplica la decoración, tal como por ejemplo sobre una superficie con forma de paraboloide hiperbólico. En ese caso, el patrón no puede seguir la superficie sin sufrir deformaciones tales como cambios en los ángulos entre líneas en la decoración. La adaptación a una superficie así con curvatura en dos direcciones podría realizarse proyectando la decoración sobre la superficie, tal como si fuera a través de una diapositiva, estando definidas las ubicaciones del patrón por la intersección entre la superficie y los rayos a través del patrón en la diapositiva. Sin embargo, esto también da lugar a deformaciones no deseables en caso de una superficie con curvatura en dos direcciones, por ejemplo, en las proximidades a puntos singulares donde los rayos intersecan la superficie con un ángulo grande a su normal.

El documento US 5.556.491 describe además un método para fabricar elementos adhesivos a aplicar a una superficie tridimensional para decorar la superficie, comprendiendo los elementos, elementos bidimensionales a adherirse a zonas de dicha superficie tridimensional.

Lo que se necesita es un método que ofrezca productos personalizados a compradores de productos individuales de una manera que permita un precio consistente con la fabricación en serie.

Entre otros, es un objeto de la invención hacer que sea factible económicamente producir un objeto con una decoración personalizada a demanda del comprador.

Entre otros, es un objeto de la invención prever un procedimiento de aplicación de decoraciones con menos distorsiones sobre una superficie que sea curva en más de una dirección.

Otro objeto de la invención es simplificar la aplicación de distintos patrones decorativos sobre superficies con la misma forma.

Otro objeto de la invención es posibilitar la producción de objetos decorados por encargo, para pedidos recibidos tras la definición de la superficie mientras la producción de objetos ya está en marcha.

El método de asignación de un patrón decorativo bidimensional a una superficie de un objeto tridimensional según la invención comprende:

- definir la forma de la superficie del objeto empleando una función de correlación que define las coordenadas tridimensionales de ubicaciones en dicha superficie como una función de pares de coordenadas de la superficie bidimensional;

- definir el patrón decorativo como una serie de puntos especificados en términos de pares de coordenadas del patrón bidimensional;

- asignar cada uno de los puntos del patrón decorativo a ubicaciones en la superficie del objeto asignando primero un par de coordenadas de la superficie bidimensional a cada punto del patrón decorativo y empleando luego la función de correlación para asignar las correspondientes coordenadas tridimensionales a cada uno de estos pares de coordenadas de la superficie bidimensional.

Al emplear la definición de la forma del producto, la decoración se correlaciona con y se aplica sobre la superficie del objeto automáticamente. La forma se diseña en común para una serie de objetos, y la correlación se realiza automáticamente por ordenador, lo que permite la fabricación y el diseño a costes próximos a los de la fabricación en serie. Además, al comprador se le ofrece la oportunidad de especificar la decoración empleando una red de conmutación tal como Internet.

Preferiblemente, la forma de la superficie se define utilizando los parámetros de una función de correlación de dos dimensiones a una superficie tridimensional, tal como una función NURBS (B Spline Racional No Uniforme). De este modo, los puntos en la superficie se encuentran en las mismas posiciones relativas que los puntos con los que se correlacionan distintos puntos en las dos dimensiones. El uso de parámetros facilita determinar la correlación de las posiciones en el patrón con los puntos en la superficie.

El mapa que se emplea para conformar la superficie se reutiliza para asignar puntos de un patrón a ubicaciones en la superficie a fin de controlar la operación de aplicación de la decoración. Esto también evita problemas con puntos individuales. Se ha descubierto que esto reduce deformaciones poco atractivas. Preferiblemente, se utiliza una función NURBS (función B Spline Racional No Uniforme) para definir la forma del objeto. Una función de este tipo define los vectores R de coordenadas de ubicaciones en la superficie como una función de coordenadas (u,v) de la superficie bidimensional. El movimiento puede ser a lo largo de líneas que componen el patrón. Esto minimiza la cantidad de movimiento requerida, ya sea a expensas de calcular posiciones relativas para cada patrón diferente.

Con la invención, la fabricación de una serie de objetos puede comenzar antes de conocerse el patrón que va a aplicarse a un objeto de la serie. El patrón puede recibirse independientemente de la forma del objeto. Esto posibilita económicamente vender objetos tales como electrodomésticos o productos de cuidado personal con un diseño personalizado. El comprador encarga un producto de este tipo y presenta su decoración personal como una descripción de una imagen. Esta descripción se envía a una fábrica, donde el patrón se aplica al producto sujetando el objeto en relación con una herramienta de aplicación de decoraciones de manera que puedan controlarse las posiciones relativas en términos de coordenadas del diseño.

Estos y otros aspectos ventajosos de la invención se describirán por medio de realizaciones ilustrativas, aunque no exhaustivas, de la invención utilizando las siguientes figuras.

La figura 1 muestra un objeto y una herramienta para modificar las propiedades de una superficie del objeto.

La figura 2 muestra un diagrama de un sistema para controlar la modificación de las propiedades de la superficie.

La figura 3 muestra un diagrama de flujo de un método de modificación de las propiedades de la superficie.

La figura 1 muestra un objeto 10 que tiene una superficie que es curva en dos direcciones. Por ejemplo, la ubicación L en la superficie es un punto del mínimo en el que la superficie tiene una curvatura convexa en una primera dirección y una curvatura cóncava en una segunda dirección perpendicular a la primera dirección.

La figura 1 también muestra esquemáticamente una herramienta 12 colocada con relación al objeto 10 para modificar las propiedades de la superficie del objeto 10. La herramienta 12 es un láser, por ejemplo, colocado a lo largo de la normal a la superficie del objeto 10 en la ubicación L a una distancia predeterminada de la ubicación L. Otros ejemplos de herramientas podrían ser un cabezal portabrocas, un cabezal de electroerosión, un cabezal de impresión por chorro de tinta, etc. Preferiblemente, estas herramientas se llevan a una posición y orientación predeterminadas con respecto al punto L de la superficie donde va a modificarse el objeto. Por ejemplo, el láser se emplea para eliminar materia de la superficie en el punto L o para inducir una reacción en una capa fotosensitiva en la superficie en el punto L.

La figura 2 muestra un diagrama de un sistema para controlar la modificación de las propiedades de la superficie del objeto 10. El sistema contiene una estación 20 de diseño, una estación 22 de conformación de objetos, una estación 24 de modificación de superficies, una estación 28 de introducción de patrones y una estación 26 de control de la modificación de superficies.

Un diseñador utiliza la estación de diseño para diseñar la forma de la superficie del objeto. La forma de la superficie está definida por una función que asigna coordenadas R de la superficie a pares (u,v) de coordenadas de la superficie bidimensional. Un ejemplo preferido de una función de este tipo es la función utilizada para definir una superficie NURBS. Una superficie NURBS define las coordenadas R de puntos en la superficie por medio de funciones de dos coordenadas (u,v) de la superficie bidimensional:

R = Sum Pi*Fi(u,v)

Aquí Pi es las coordenadas de los denominados puntos de control que sirven como parámetros para definir la forma de la superficie. La expresión para R asigna un valor R a cada valor de las coordenadas (u,v) de la superficie, y el valor R asignado a un conjunto continuo de coordenadas (u,v) de la superficie define una superficie en el espacio tridimensional.

La forma diseñada de la superficie se transfiere a la estación de conformación de objetos, donde se emplea para fabricar una serie de objetos con una superficie que tiene la forma diseñada. Aunque la estación de conformación de objetos se muestra como una estación única, normalmente estará compuesta por una serie de equipos que funcionan en distintos momentos, tal como un torno controlado por control numérico que fabrica un molde para el objeto utilizando los parámetros de la forma diseñada y una máquina de moldeo para moldear una serie de objetos en el molde.

Independientemente del procedimiento de conformación propiamente dicho, la estación 28 de introducción de patrones recibe una entrada de patrón. Ésta consiste en información que describe una imagen bidimensional, por ejemplo, en términos de un mapa de bits con valores de color y/o intensidad para un conjunto de píxeles (puntos) en la imagen, o en términos de los parámetros de un número de líneas en un plano bidimensional que juntas forman la imagen. Puede emplearse uno cualquiera de entre una serie de formatos para representar esta información, por ejemplo, un formato postscript (TM) o JPEG, etc.

La entrada de patrón se transfiere de la estación 28 de introducción de patrones a la estación 26 de control de la modificación de superficies.

Pueden emplearse varios tipos de estaciones como estación 28 de introducción de patrones. Por ejemplo, la estación 28 de introducción de patrones puede ser un PC (ordenador personal) en el que el patrón se genera escaneando una imagen con un escáner, o con un programa de dibujo. El patrón puede transferirse a la estación 26 de control de la modificación de superficies a través de Internet.

La estación 26 de control de la modificación de superficies puede contener una serie de dispositivos tales como un servidor de la world wide web, con una página WWW que le permite a un cliente encargar un electrodoméstico o un dispositivo para el cuidado personal (por ejemplo, una máquina de afeitar eléctrica) con una decoración personalizada. Esta página WWW prevé el establecimiento de transacciones en las que el cliente autoriza al fabricante al pago por el objeto y presenta el patrón que debería aplicarse al objeto. Al final de la transacción, la estación de control de la modificación de superficies contiene el patrón.

Alternativamente, la estación 26 de control de la modificación de superficies puede contener un terminal situado en una tienda al por menor, donde un cliente puede presentar el patrón y encargar su objeto. En este caso, el minorista se ocupa de la transacción y envía el patrón a la estación de control de la modificación de superficies, por ejemplo, también a través de Internet, aunque también puede utilizarse una línea módem punto a punto o incluso un servicio físico de entrega.

La estación 26 de control de la modificación de superficies recibe el patrón y lo emplea para controlar la estación 24 de modificación de superficies. En este proceso, se correlacionan posiciones en el patrón con ubicaciones en el objeto. Con este fin, se reutiliza la información que describe la función empleada para definir la forma del objeto para la estación 22 de conformación de objetos. Se asignan unas coordenadas (xp,yp) de puntos P en el patrón a dos coordenadas (up,vp) de superficie bidimensional (por ejemplo, utilizando una relación lineal: (up,vp) = (u0+a*x-b*y,v0+c*x+d*y)), y el punto P en el patrón se asocia con las coordenadas R de la ubicación L que se asigna a las coordenadas (up,vp) de superficie.

El objeto 10 se sujeta en un portaobjetos móvil (no mostrado) para que pueda cambiarse la posición del objeto 10 en relación con la herramienta 12 bajo el control de la estación de control de la modificación de superficies a fin de que se sepan las coordenadas R de la ubicación de la interacción entre la herramienta 12 y la superficie del objeto 10. Alternativamente, la herramienta 10 puede moverse con relación al objeto 10, o ambos pueden moverse uno en relación con el otro.

La herramienta 12 se coloca con relación a la ubicación L en la superficie del objeto 10 que corresponde a las coordenadas R para que la ubicación L se convierta en el punto de interacción entre el objeto 10 y la herramienta 12. Por ejemplo, esto se realiza empleando las componentes vectoriales de la normal para la superficie en el punto L. Estas componentes vectoriales se calculan por medio de las derivadas de la función que asigna coordenadas tridimensionales a las coordenadas (u,v) de superficie bidimensional. En este ejemplo, el objeto se mueve para que la normal quede alineada con el eje de la herramienta (por ejemplo, el haz en el caso de una herramienta láser), con la ubicación L en el eje a una distancia predeterminada de la herramienta (por ejemplo, en el foco de la óptica del láser). A continuación, la superficie se modifica en la ubicación L activando la herramienta (por ejemplo, irradiando la superficie).

Se ha descubierto que esta manera de correlacionar el patrón sobre la superficie proporciona una manera natural de correlación sin distorsiones perturbadoras, especialmente cuando se emplean superficies NURBS para definir la forma del objeto.

La herramienta 12 y el objeto 10 se colocan secuencialmente una en relación con el otro en una serie de posiciones relativas, de manera que las ubicaciones L correspondientes a una serie de puntos en el patrón se pongan sucesivamente en el punto de interacción de la herramienta 12 y el objeto 10. La superficie se modifica en cada ubicación L según el patrón.

En caso de que el patrón esté compuesto por un número de líneas, el objeto y la herramienta pueden colocarse sucesivamente de manera que las ubicaciones L(t) correspondientes a puntos P(t) sucesivos en una línea pasen por el punto de interacción sucesivamente. Por tanto, la estación 24 de modificación de superficies traza la línea a lo largo de la superficie del objeto 10. De nuevo, las coordenadas (x(t),u(t))de puntos P(t) se correlacionan con las coordenadas (u(t),v(t)) de superficie, y la función R=F(u(t),v(t)) que se empleó para conformar la superficie se reutiliza para calcular las coordenadas de los sucesivos puntos de interacción.

Alternativamente, la estación 26 de control de la modificación de superficies mueve el objeto 10 y la herramienta 12 a posiciones relativas en una sucesión independiente del contenido del patrón, a lo largo de una serie de ubicaciones L que corresponden a una serie de pares (ui,vi) de coordenadas de superficie (i=0...). Por ejemplo, explorando la superficie. Los sucesivos pares de coordenadas se emplean entonces para recuperar el contenido del patrón l(u,v) para las posiciones (ui,vi), y el contenido l(u,v) se utiliza para modular la interacción entre la herramienta y la superficie del objeto 10 en el momento en que la ubicación L asignada a las coordenadas (ui,vi) se encuentra en el punto de interacción.

La figura 3 resume las etapas del método según la invención. En una primera etapa 31, los parámetros de la función que relaciona coordenadas de superficie bidimensional con coordenadas tridimensionales. En una segunda etapa 32, el objeto se fabrica con una superficie conformada según la función. En una tercera etapa 33, se recibe un patrón. En una cuarta etapa 34, se asocian puntos en el patrón con ubicaciones en el objeto correlacionando los puntos en el patrón con coordenadas (u,v) de superficie bidimensional y asignando coordenadas R tridimensionales a estas coordenadas (u,v) de acuerdo con la función según la cual se ha conformado la superficie del objeto. En una quinta etapa 35, se modifican las propiedades de la superficie del objeto según el patrón en las ubicaciones determinadas a partir de la función según la cual se conformó el objeto.

Claims (12)

1. Método de asignación de un patrón decorativo bidimensional a una superficie de un objeto (10) tridimensional, comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas:

- definir la forma de la superficie del objeto (10) empleando una función de correlación que define las coordenadas (R) tridimensionales de ubicaciones en dicha superficie como función de pares (u,v) de coordenadas de la superficie bidimensional;

- definir el patrón decorativo como una serie de puntos (P) especificados en términos de pares (xp,yp) de coordenadas del patrón bidimensional;

- asignar cada uno de los puntos (P) del patrón decorativo a ubicaciones en la superficie del objeto (10) asignando primero un par (u,v) de coordenadas de la superficie bidimensional a cada punto (P) del patrón decorativo y empleando luego la función de correlación para asignar las correspondientes coordenadas (R) tridimensionales a cada uno de estos pares (u,v) de coordenadas de la superficie bidimensional.

2. Método según la reivindicación 1, comprendiendo además el método las siguientes etapas:

- fabricar el objeto (10) como parte de una serie de productos, todos con la forma definida;

- poner el objeto (10) a la venta a través de una red pública de conmutación;

- instalar un ordenador (28) para recibir un pedido para el objeto (10) a través de la red pública de conmutación, permitiendo además el pedido al usuario especificar el patrón decorativo a aplicar al objeto (10);

- recibir el pedido en combinación con el patrón decorativo a través del ordenador;

- aplicar el patrón decorativo a la superficie en las ubicaciones asignadas según se determinaron en la etapa de asignación;

- entregar el objeto (10) al comprador en respuesta al pedido.

3. Método según la reivindicación 1, comprendiendo además el método las siguientes etapas:

- definir la forma de la superficie del objeto (10) empleando la función de correlación, según lo cual la función de correlación permite definir superficies que se curvan en al menos dos direcciones transversales alrededor de una ubicación en dicha superficie;

- fabricar el objeto (10) que comprende dicha superficie conformada empleando la función de correlación;

- explorar por una serie de posiciones en el patrón durante la etapa de asignación;

- colocar una herramienta (12) de modificación de superficies y la superficie una en relación con la otra en ubicaciones (L) asignadas, relativas, sucesivas, en la superficie según se determinaron en la etapa de asignación;

- modificar la superficie con la herramienta (12) de modificación de superficies en las ubicaciones (L) asignadas, relativas, sucesivas, para aplicar el patrón decorativo a la superficie.

4. Método según la reivindicación 2, en el que el pedido comprende una selección de dónde se correlaciona la decoración con la superficie, determinándose la función de correlación dependiendo de la selección.

5. Método según la reivindicación 2, en el que el pedido comprende una selección de una posición del patrón relativa a un origen de las coordenadas (u,v) de la superficie bidimensional empleadas para definir la forma.

6. Método según la reivindicación 3, en el que el mapa define la forma de la superficie en términos de una función B Spline Racional No Uniforme.

7. Método según la reivindicación 3, calculándose las posiciones relativas a partir de coordenadas de la ubicación tridimensional con la que están correlacionadas las posiciones sucesivas y orientándose a lo largo de una dirección predeterminada relativa a normales a la superficie en esas ubicaciones.

8. Método según la reivindicación 3, en el que dicha exploración es a lo largo de líneas de exploración predeterminadas independientes de un contenido del patrón, calculándose las posiciones relativas independientemente de dicho contenido del patrón.

9. Método según la reivindicación 3, en el que dicho patrón comprende una línea a lo largo de la cual la superficie va a modificarse uniformemente, siendo dicha exploración a lo largo de dicha línea, calculándose las posiciones relativas dependiendo del patrón.

10. Método según la reivindicación 1 y 3, realizándose dicha definición del patrón independientemente de la conformación de la superficie.

11. Método según la reivindicación 10, realizándose dicha definición del patrón posteriormente a la fabricación de los objetos que comprenden dicha superficie.

12. Método según la reivindicación 10, transmitiéndose dicho patrón a lo largo de una red pública de conmutación.