ES2380531B1 - Escaner tridimensional sin contacto para la medicion de objetos - Google Patents

Escaner tridimensional sin contacto para la medicion de objetos Download PDF

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ELIO BERHANYER SL
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Abstract

Escáner tridimensional sin contacto para la medición de objetos.#El escáner está previsto para tomar medidas de un objeto a partir de una representación digital en tres dimensiones obtenida mediante el propio escáner. Comprende un bastidor fijo (1) y un bastidor móvil (2). El bastidor fijo (1) incorpora tres espejos en planos paralelos al del eje del movimiento, estando el espejo (3) situado horizontalmente para apoyo del objeto (13) a escanear , y los otros dos espejos (4) están situados a uno y otro lado del anterior, con una inclinación de 60°. El bastidor móvil (2) incluye una cámara (6) y una fuente de luz láser (7), incorporando dos parejas de espejos (10) y (11) para la cámara (6) y dos parejas de espejos (8) y (9) para la fuente de luz láser (7), permitiendo obtener líneas de corte (12) sobre el objeto (13) a medir y correspondiente representación del mismo.

Description

ESCÁNER TRIDIMENSIONAL SIN CONTACTO PARA LA MEDICIÓN DE OBJETOS OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un escáner tridimensional sin contacto para la medición de objetos, previsto para poder obtener una representación digital en tres dimensiones del obj eto escaneado y permitir, entre otras cosas, tomar medidas del objeto.
La invención tiene por objetivo reducir los costos de fabricación de un escáner tridimensional sin contacto, con total eficacia en su función! así como sencillez estructural y de uso.
El escáner, aunque está previsto para realizar mediciones de cualquier tipo de obj eto, está
fundamentalmente
previsto para el escaneado de pies y
permitir,
con el complemento de una base de datos
apropiada,
llevar a cabo la fabricación de calzados a
medida.
ANTECEDENTES
DE LA INVENCIÓN
Aunque
existen numerosos tipos de escáneres
tridimensionales sin contacto para obtener medidas de todo tipo de objetos, basados en la técnica de proyección de un plano de luz láser y proceso de imágenes obtenidas desde un plano distinto al proyectado, presentan como denominador común el utilizar más de una cámara y más de una fuente de luz láser, lo que supone por un lado el que se produzca contacto del plano del láser con el objeto a escanear, ya que parte del propio objeto le hace sombra, y por otro lado que la cámara no capta toda la línea de corte del plano láser con la superficie del objeto, ya que otras partes de éste tapan la línea.
A esto hay que añadir la complejidad estructural y de complementos necesarios en los escáneres tridimensionales conocidos, lo que lleva a un elevado costo de fabricación, de manera que en el caso de utilizarse para escanear, por ej emplo, un pie y poder obtener unas medidas del mismo, para llevar a cabo la fabricación de un calzado a medida,
al
colocar el pie sobre el escáner la pierna supone un
problema
en el escaneo.
DESCRIPCIÓN
DE LA INVENCIÓN
El
escáner tridimensional sin contacto obj eto de la
invención
presenta una serie de particularidades e
innovaciones
que permiten resolver los problemas e
inconvenientes
planteados con anterioridad, basándose en la
técnica de proyección de un plano y procesado de imágenes obtenidas desde un plano distinto al proyectado.
En tal sentido, el escáner de la invención presenta como primera característica de novedad la incorporación de una sola cámara y de una sola fuente de luz láser, lo que supone una simplificación del conjunto del escáner y por lo tanto una notable reducción de los costos de fabricación del mismo, así como una desaparición de determinados inconvenientes que se han comentado en el apartado anterior.
Estructuralmente, el escáner incluye dos bastidores, uno fij o e inferior y otro móvil y superior, desplazable este último respecto al anterior, efectuándose el desplazamiento en el plano horizontal, es decir que aunque el escáner pueda ser situado en cualquier posición en el espacio, se va a considerar que el movimiento es horizontal . En adelante se entenderá como eje de movimiento al vector de dirección que describe cualquier punto de la parte móvil durante el movimiento, y que según se acaba de decir, será horizontal .
El bastidor fijo incluye cuatro espejos, tres de ellos situados en planos paralelos al ej e del movimiento del bastidor móvil y otro situado perpendicularmente a dicho eje del movimiento, con la particularidad de que uno de los espejos paralelos al eje de movimiento está situado en un plano horizontal inferior y sobre él se sitúa el objeto a escanear, mientras que los otros dos espejos van situados lateralmente, es decir a uno y otro lado del espejo horizontal referido, con una angulación de 60° respecto de la horizontal.
Opcionalmente, en determinados casos! se podrían
incorporar otros espejos para ver determinadas
singularidades del objeto, de manera que en cualquier caso
el número y disposición de los espejos dependerá del objeto
5
a escanear y de las propiedades que se quieran resaltar.
Además, en correspondencia con la superficie
horizontal inferior del comentado bastidor fij o del
escaner 1 se ha previsto la disposición de un elemento de
referencial de medidas conocidas, el cual puede ir montado
10
de forma permanente o bien de forma desmontable,
utilizándose en ambos casos para ajuste del escáner y/o
para comprobar que las medidas realizadas en cada ciclo
están dentro de una tolerancia .
En cuanto al bastidor móvil, el mismo incluye medios
15
de montaje y deslizamiento longitudinal respecto del
bastidor fijo, incorporando aquél en uno de sus extremos la
fuente de luz láser y la cámara, mientras que el otro
extremo queda en correspondencia con la zona de posicionado
de apoyo del objeto a escanear, presentando un tramo
2 O
intermedio abierto para evitar determinadas partes altas
del objeto y no deseables para realizar el escaneado .
En dicho bastidor móvil o desplazable van montados
cuatro espejos para la fuente de luz láser y cuatro espejos
para la cámara, de manera que los primeros de ellos están
25
previstos para incidencias de los rayos del haz láser y su
reflej o, para obtener con ello un haz láser en un plano
vertical, para lo cual se ha previsto que dos de esos
cuatro espejos para la fuente de luz láser estén montados
en la parte interna de los laterales del bastidor móvil,
30
dispuestos en un plano vertical y por lo tanto
perpendicular al plano horizontal y original del haz de luz
láser, mientras que los otros dos espejos van montados en
la parte opuesta a la de montaje de la fuente de luz láser
y dispuestos enfrentadamente respecto de dicha fuente de
35
luz láser, con una inclinación de 45°, sobre cuya segunda
pareja de espejos incide el haz de luz láser previamente
reflej ado en la primera parej a de espej os laterales, para
obtenerse un haz de luz láser en el plano vertical, que obviamente será un plano perpendicular al plano de luz láser original, definiéndose éste como el plano en el que se genera el haz de luz láser.
En cuanto a los cuatros espejos de la cámara, dos de ellos van montados centralmente en el propio bastidor móvil, frente a la cámara, y con una leve divergencia entre sí, produciéndose el reflej o hacia la segunda parej a de espejos para la cámara, situados a uno y otro lado de la zona o parte donde montada tal cámara, haciendo que los rayos reflejados se proyecten hacia el objeto que se pretende escanear.
De esta manera, en cada punto del ej e del movimiento se puede obtener el perfil del obj eto, según la línea de corte que establece la intersección del plano del haz de luz láser con el plano de medida, entendiéndose como plano de medida el plano en el que el haz de luz láser corta la superficie del objeto a escanear, de manera que desplazando el bastidor móvil se podrán obtener todas las líneas de corte del objeto que sean necesarias para la medida tridimensional de ésta .
Por último decir que el espejo vertical del bastidor fijo, previsto para poder ver la zona del objeto opuesta a la de ubicación de la cámara y de la fuente de luz láser, puede ser sustituido por una pareja de espejos que podrían ir montados, por ejemplo, en el bastidor móvil y en correspondencia con las dos zonas laterales de éste.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva un juego de dibuj os en base los cuales se comprenderán más fácilmente las innovaciones y ventajas del escáner tridimensional sin contacto realizado de acuerdo con el objeto de la invención.
Figura 1.-Muestra una representación esquemática del escáner objeto de la invención.
Figura 2. -Muestra una vista según una perspectiva general del bastidor fijo correspondiente al escáner de la invención.
Figura 3.-Muestra una vista en perspectiva del bastidor móvil que forma parte del mismo escáner representado en la figura 1.
Figura 4. -Muestra un detalle en perspectiva de la forma de obtener las líneas de corte sobre el correspondiente objeto situado sobre el escáner.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Como se puede ver en las figuras referidas, el escáner de la invención comprende dos bastidores 1 y 2, el primero de ellos como bastidor fij o y el segundo como bastidor móvil respecto al anterior. El conjunto del escáner está previsto para ser utilizado en una posición en la que el desplazamiento del bastidor móvil 2 es lineal en un plano
horizontal,
aunque dicho escáner puede ser situado en
cualquier otra posici
ón en el espacio.
En
el bastidor fij o 1 van montados tres espej os en
planos paralelos al eje del movimiento del bastidor móvil
2. Uno de dichos espejos 3 va dispuesto inferiormente en un plano horizontal y constituye la superficie de apoyo del objeto 13 que se pretende escanear. Otros dos espejos 4 van dispuestos a uno y otro lado del espejo horizontal 3, con un ángulo de 60° respecto de la horizontal, mientras que el cuarto espejo 5 está dispuesto en vertical, y además perpendicularmente al eje del movimiento.
En determinados casos especiales, para poder ver determinadas singularidades y dependiendo también de las características del objeto a escanear, el número de espejos podría ser otro y la disposición de los mismos diferente a la comentada.
Por su parte, el bastidor móvil 2 incorpora una cámara 6 y una fuente de luz láser 7 montadas en una zona opuesta a la de ubicación del espej o vertical 5. En tal bastidor
móvil 2 van montados dos grupos de espejos, correspondiendo un grupo para la cámara 6 y otro grupo para la fuente de luz láser 7.
En relación con el grupo de espej os correspondientes para la cámara 6, comprende cuatro espejos, dos de ellos 10 dispuestos enfrentadamente a la propia cámara 6 con leve divergencia para que los rayos que incidan en los mismos se proyecten hacia otros dos espejos 11 situados con una leve inclinación de convergencia entre sí hacia abajo, para proyectar precisamente los rayos hacia el objeto a escanear situado sobre la parte inferior o superficie horizontal del bastidor fij o 1, superficie que corresponde, como se ha dicho con anterioridad, al espejo 3. La disposición de los espejos 11 para la cámara 6 corresponde a un emplazamiento a un lado y otro de dicha cámara 6, pero siempre montados sobre el bastidor móvil 2.
Por su parte, el grupo de espej os para la fuente de luz láser 7 comprende dos espejos laterales 8 situados verticalmente sobre el bastidor móvil 2, para que el haz de rayos láser que se proyecta originalmente según un plano horizontal incida sobre dichos espej os 8 y se proyecten sobre otros dos espej os 9, también para la fuente de luz láser 7, estando esta segunda pareja de espejos 9 situada enfrentadamente a la fuente de luz láser 7 pero con inclinación descendente de 45°, determinando que el plano de proyección horizontal de luz láser se convierta en un plano vertical.
De acuerdo con lo comentado, desde la fuente de luz láser 7 del bastidor móvil 2 se proyecta un haz de luz láser en un plano perpendicular al eje del movimiento! que se denomina plano de medida (plano en el que el haz de luz láser corta la superficie del objeto 13 a escanear) , de manera que la cámara 6 montada igualmente en el bastidor móvil verá la línea de corte 12 correspondiente a la intersección entre el haz de luz láser del plano de medida, comentado con anterioridad, y la superficie del objeto 13 a escanear, de manera que la vista de esa línea de corte 12
desde la cámara 6 dependerá del perfil del objeto 13 para permitir el establecimiento de la medida de éste.
En cada punto del ej e de movimiento se puede obtener el perfil del objeto 13 en la intersección o corte con el plano de medida, de manera que desplazando el bastidor móvil se podrán obtener todas las líneas de corte 12 del objeto 13 que sean necesarias para la medida tridimensional de éste.
Por su parte, el haz de luz láser se reflej a en los espejos 3 y 4 del bastidor fijo 1, de manera que al ser dichos espejos 3 y 4 paralelos al eje de movimiento y por lo tanto perpendiculares al plano de medida, los reflejos no se saldrán del plano de medida, colaborando tales reflejos a que el haz de luz láser llegue a toda la línea de corte 12 del plano de medida con la superficie del objeto 13.
Por otro lado, los espejos laterales 8 del bastidor móvil 2, situados perpendicularmente al plano del haz de luz láser, redirigen los rayos del haz de luz láser siempre en el plano horizontal, para conseguir un plano tupido horizontal de rayos láser de múltiples direcciones, todo ello de manera tal que el número y disposición de esos
espejos
8 puede ser variable, dependiendo de la aplicación
concreta del propio escáner.
Dicho
plano horizontal del haz de luz láser se
convierte en un plano vertical mediante los espejos 9 del bastidor móvil 2, de manera que gracias a los espej os verticales y laterales para el láser y de los espejos del bastidor fijo, la línea de unión de los espejos 9 no tiene por qué ser continua, y de hecho en la realización mostrada como ejemplo de realización preferente, el bastidor móvil 2 presenta su extremo opuesto al de la cámara 6 y fuente de luz láser 7 un corte o abertura, es decir un espacio para evitar que si objeto 13 es de mayor altura que la correspondiente al propio bastidor móvil, no choque con éste.
También cabe decir que la cámara 6 debe estar alejada
del correspondiente plano de medida para poder apreciar el perfil del obj eto 13 en su intersección con el plano de medida.
En cuanto a los espejos 10 y 11 para la cámara 6, los mismos permiten dividir la imagen en varias zonas de interés, cada una de las cuales puede ver una parte de la línea de corte 12 del plano de medida con la superficie del objeto, desde un ángulo diferente, de manera que las zonas de interés que se obtengan por visión directa o por visión en los espejos 10 y 11 del bastidor móvil 2 con los espejos 3 y 4 del bastidor fijo 1, tendrán la peculiaridad de que únicamente dependen del perfil del objeto 13 en el plano de medida y son independientes de la posición relativa del bastidor fij o 1 y del bastidor móvil 2 . En el caso de utilizar el espejo vertical 5 del bastidor fijo 1, la zona de interés dependerá del avance, aunque la geometría deberá ser coherente con el resto de la imagen. Por avance se entiende la distancia que se desplaza un punto cualquiera del bastidor móvil 2 de la posición que tiene ese mismo punto cuando dicho bastidor móvil 2 está en una posición arbitraria que se toma como origen.
En el caso de utilizar espejos fijos no paralelos y no perpendiculares al eje del movimiento, la interpretación de cada imagen servirá únicamente para esa imagen, aunque con la disposición y número de espejos 3, 4 Y 5 que se ha previsto, es posible mirar desde ambos lados separándose del centro, mejorando con ello el ángulo con el que se ve la línea de corte 12, proporcionando además una imagen de interés.
Por último decir que para ajustar y calibrar el escáner, se ha previsto opcionalmente un elemento de referencia de dimensiones conocidas, que puede ir montado de forma permanente o de forma desmontable sobre el bastidor fijo 1.

Claims (4)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-ESCÁNER TRIDIMENSIONAL SIN CONTACTO PARA LA MEDICIÓN DE OBJETOS, que estando previsto para poder obtener una representación digital en tres dimensiones y permitir tomar medidas del obj eto a escanear, se caracteriza porque incluye un bastidor fijo (1) Y un bastidor móvil (2) desplazable linealmente sobre el anterior, con la particularidad de que sobre el bastidor fijo (1) va dispuesto un espejo inferior (3) en un plano horizontal de apoyo para el objeto (13) a escanear, presentando a uno y otro lado de dicho espej o horizontal
    (3)
    sendos espejos (4) a 60°, estando dispuestos los espejos (3) y (4) en planos paralelos al del eje del movimiento del bastidor móvil (2); habiéndose previsto que en el bastidor móvil (2) vayan montadas una cámara (6) y una fuente de luz láser (7), así como dos grupos de espejos, un grupo para la cámara (6) y otro grupo para la fuente de luz láser (7), comprendiendo el grupo de espejos para la cámara (6) dos espejos centrales (10) enfrentados a dicha cámara y con leve divergencia entre sí, y dos espejos
    (11)
    enfrentados a los anteriores, con una disposición a uno y otro lado de la propia cámara (6) Y con una leve inclinación y convergencia hacia abaj o, mientras que el grupo de espejos para la fuente de luz láser (7) comprende dos espejos laterales verticales (8) y dos espejos (9) a 45° respecto de la horizontal y perpendiculares a los anteriores.
  2. 2.-ESCÁNER TRIDIMENSIONAL SIN CONTACTO PARA LA MEDICIÓN DE OBJETOS, según reivindicación 1, caracterizado porque el bastidor fijo (1) además de los espejos (3) y (4) incluye un cuarto espejo (5) dispuesto verticalmente y de forma perpendicular al eje del movimiento.
  3. 3.-ESCÁNER TRIDIMENSIONAL SIN CONTACTO PARA LA MEDICIÓN DE OBJETOS, según reivindicación 1, caracterizado porque la fuente de luz láser (7) está montada sobre el bastidor móvil (2) con una disposición en la que el plano del haz de luz proyectada es perpendicular al eje del movimiento, proyectando originalmente el haz en un plano
    horizontal transformable en un plano vertical por reflexión de dicho haz sobre los espejos (8) y (9) , determinándose una línea de corte (12) en el objeto (13) a escanear r por intersección entre el plano del haz de luz láser 5 originalmente proyectado y la superficie del propio objeto
    (13)
  4. 4.-ESCÁNER TRIDIMENSIONAL SIN CONTACTO PARA LA MEDICIÓN DE OBJETOS, según reivindicación 2, caracterizado porque el espejo vertical (5) del bastidor fijo (1) es
    10 susceptible de ser sustituido por una pareja de espejos laterales previstos en el bastidor móvil (2). 5.-ESCÁNER TRIDIMENSIONAL SIN CONTACTO PARA LA MEDICIÓN DE OBJETOS, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque opcionalmente incluye un elemento de
    15 referencia de dimensiones conocidas, para el ajuste y calibrado del propio escáner, disponiéndose dicho elemento de referencia sobre el espej o horizontal inferior (3) del bastidor fijo (1) con carácter permanente o desmontable.
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