PL69300Y1 - Skaner białego światła strukturalnego - Google Patents

Abstract

Skaner białego światła strukturalnego do przestrzennego odwzorowywania kształtu oraz wymiarów skanowanych obiektów, zawiera stojak z przymocowaną przeźroczystą podstawą na umieszczanie na niej obiektów do skanowania. Stojak (11) zawiera zamontowane obrotowo ramię wodzące (12), o osi obrotu (14) prostopadłej do podłużnej osi ramienia (12) i równoległej do płaszczyzny podstawy (13). Po jednej stronie osi obrotu (14) ramię (12) ma zamocowany układ skanujący (15-17) o torze ruchu przebiegającym wokół podstawy (13), a po drugiej stronie osi obrotu (14) ramię (12) ma przeciwwagę (19). Układ skanujący (15-17) zawiera projektor (15) do wysyłania prążków białego światła strukturalnego w stronę podstawy (13) oraz dwie kamery (16, 17) do obserwacji prążków światła wysyłanych przez projektor, zamocowane z dwóch stron projektora (15) wzdłuż toru ruchu układu skanującego.

Description

Opis wzoru

Przedmiotem wzoru użytkowego jest skaner białego światła strukturalnego do przestrzennego odwzorowywania kształtu oraz wymiarów skanowanych obiektów.

Skanery światła strukturalnego służą do odwzorowywania skanowanego obiektu. Typowo, skanery wyposażone są w układ skanujący składający się z projektora do wyświetlania grupy prążków światła strukturalnego na skanowanym obiekcie oraz układu kamer, przykładowo kamer przemysłowych - do obserwacji prążków światła. Znane są trzy podstawowe metody łączenia skanów: (a) przez dopasowanie geometrii; (b) za pomocą markerów; (c) poprzez zorientowanie przestrzennego położenia skanów - stosowane przykładowo w układach ze stolikiem obrotowym, dla którego z dużą dokładnością można wyznaczyć kąt obrotu. Obrazy oświetlanego obiektu zarejestrowane przez kamery są następnie przesyłane do komputera, gdzie z wykorzystaniem odpowiedniego programu komputerowego analizuje się odkształcenia prążków na obiekcie, a następnie zespala się obrazy w jeden model, otrzymując końcowo przestrzenne odwzorowanie kształtu i wymiarów skanowanego obiektu.

Znane konstrukcje skanerów światła strukturalnego składają się z obudowy, przykładowo w postaci metalowego stojaka, do której zamontowany jest układ skanujący oraz podstawy na której umieszcza się obiekt na czas skanowania. W celu odwzorowania kształtu całego obiektu, skanowanie - czyli obserwację obiektu oświetlonego grupą prążków białego światła strukturalnego - wykonuje się z kilku ujęć, przy czym sposób obrazowania wynika z konstrukcji skanera.

Znane są konstrukcje skanerów składające się z nieruchomej podstawy oraz nieruchomego układu skanującego wyposażonego w zespół zintegrowanych układów skanujących rozmieszczonych w przestrzeni wokół skanowanego obiektu, co umożliwia obrazowanie obiektu - jednocześnie z kilku ujęć. Takie rozwiązanie zapewnia przeprowadzenie skanować z różnych ujęć bez konieczności poruszania obiektem oraz w stosunkowo krótkim czasie, niemniej jednak implementacja stosunkowo dużej liczby skanerów wpływa na wzrost ceny urządzenia. Tańsze konstrukcje skanerów składają się natomiast z pojedynczego nieruchomego układu skanującego oraz podstawy w postaci obrotowego stołu, który umożliwia obracanie obiektem w trakcie skanowania. Takie rozwiązanie pomimo, iż tańsze - nie może być uniwersalnie stosowane w przypadku skanowania organizmów żywych, na przykład ciała człowieka, ponieważ tkanki doznając przyspieszenia w wyniku ruchu obrotowego mogą mimowolnie poruszać się, co w konsekwencji może prowadzić do zniekształcania uzyskiwanych obrazów. W celu uniknięcia poruszania się tkanek w trakcie skanowania pacjenta, niektóre skanery mają konstrukcję z nieruchomą podstawą oraz głowicą skanującą zamontowaną na obrotowym ramieniu do wodzenia układem skanującym wokół ciała pacjenta.

Skanery, które stosuje się do skanowania samych kończyn, na przykład klasyczne skanery przestrzenne mają konstrukcję, która wymaga ustawienia kończyny na podstawie w pozycji pionowej, w dodatkowym uchwycie usztywniającym, lub też obracania leżącą kończyną. Z literatury patentowej znane są konstrukcje skanerów białego światła strukturalnego, do przestrzennego odwzorowania kształtu i wymiarów skanowanych obiektów, w tym także kończyn pacjenta.

Przykładowo, z amerykańskiego opisu patentowego US7095886 znany jest skaner, który ma układ skanujący, zamontowany na obrotowym ramieniu, składający się z centralnie zamocowanej kamery oraz dwóch projektorów zamocowanych naprzeciwległe po jednej oraz po drugiej stronie kamery. Z amerykańskiego opisu patentowego US7742633 znany jest skaner do określania wymiarów stopy składający się z nieruchomego układu skanującego wyposażonego w część kamer do obserwacji obiektu oraz projektor do wyświetlania prążków światła. Skaner jest wyposażony ponadto w przezroczystą nieruchomą podstawę do umieszczania obiektów w celu skanowania. Cztery układy do obserwacji obiektu są zamocowane nad podstawą, natomiast pozostałe dwa układy do obserwacji obiektu zamocowane są pod podstawą. Ze względu na zastosowany przezroczysty materiał, obiekt jest widoczny zarówno dla kamer zamocowanych ponad jak i pod podstawą, przy czym taka konstrukcja wymaga implementacji stosunkowo dużej ilości kamer co wpływa na wysoką cenę urządzenia.

Celowym byłoby opracowanie skanera światła strukturalnego do przestrzennego odwzorowywania kształtu oraz wymiarów skanowanych obiektów, którego konstrukcja umożliwiałby przeprowadzenie skanowań z kilku różnych ujęć bez konieczności poruszania obiektem w trakcie skanowania, a jednocześnie zapewniała ograniczenie liczby zastosowanych kamer do obserwacji obiektu.

Skaner białego światła strukturalnego, według wzoru użytkowego, do przestrzennego odwzorowywania kształtu oraz wymiarów skanowanych obiektów, zawiera stojak z przymocowaną przezroczy- stą podstawą na umieszczanie na niej obiektów do skanowania. Skaner charakteryzuje się tym, że stojak zawiera zamontowane obrotowo ramię wodzące, o osi obrotu prostopadłej do podłużnej osi ramienia i równoległej do płaszczyzny podstawy. Po jednej stronie osi obrotu ramię ma zamocowany układ skanujący o torze ruchu przebiegającym wokół podstawy, a po drugiej stronie osi obrotu ramię ma przeciwwagę. Układ skanujący zawiera projektor do wysyłania prążków białego światła strukturalnego w stronę podstawy oraz dwie kamery do obserwacji prążków światła wysyłanych przez projektor, zamocowane z dwóch stron projektora wzdłuż toru ruchu układu skanującego.

Korzystnie, układ skanujący jest zamontowany do ramienia za pomocą wysięgnika równoległego do powierzchni podstawy.

Korzystnie, stojak skanera ma postać metalowego stelaża w kształcie graniastosłupa foremnego mającego w podstawie prostokąt.

Korzystnie, oś obrotu ramienia przebiega przez powierzchnię podstawy skanera.

Korzystnie, punkt podporu ramienia znajduje się przy krawędzi podstawy.

Korzystnie, punkt podporu ramienia znajduje się w geometrycznym środku ramienia.

Korzystnie, ramię jest zamontowane do stojaka za pomocą zawiasu obrotowego.

Korzystnie, układ skanujący jest zamontowany na jednym końcu ramienia, a przeciwwaga zamontowana jest na drugim końcu ramienia.

Przedmiot wzoru użytkowego został przedstawiony na rysunku, na którym:

Fig. 1 przedstawia schematycznie skaner w rzucie izometrycznym z przodu;

Fig. 2 przedstawia schematycznie skaner w rzucie izometrycznym z boku;

Fig. 3 przedstawia schematycznie skaner w rzucie izometrycznym z odchylonym od pionu ramieniem skanera;

Fig. 4 przedstawia schematycznie urządzenie w trakcie pracy.

Skaner 10 zawiera stojak 11, który może mieć postać metalowej ramy o kształcie graniastosłupa foremnego, na przykład prostopadłościanu bądź sześcianu. Stojak 11 ma zamocowaną przezroczystą podstawę 13 do umieszczania na niej obiektów do skanowania 22, która może mieć kształt płaskiej płyty, na przykład wykonanej ze szkła lub przezroczystego tworzywa sztucznego, np. polimetakrylan metylu). Stojak 11 ponadto zawiera obrotowo zamocowane ramię wodzące 12 do poruszania się w jednej płaszczyźnie, o osi obrotu 14 prostopadłej do podłużnej osi ramienia wodzącego 12 i równoległej 14 do płaszczyzny podstawy 13, a korzystnie o osi obrotu 14 ramienia 12 przebiegającej przez płaszczyznę podstawy 13.

Punkt podporu 20 ramienia wodzącego 12 w stojaku 11 może mieć postać zawiasu obrotowego 20, którego część nieruchoma jest zamocowana do stojaka 11, a część ruchoma jest zamocowana do ramienia wodzącego 13. Punkt podporu 20 może być zlokalizowany w geometrycznym środku ramienia 12 lub też może być przesunięty względem geometrycznego środka ramienia 12, korzystnie w okolicy krawędzi podstawy 13, przy czym konstrukcja stojaka 11 oraz lokalizacja punktu podporu ramienia 20 w stojaku 11 zapewniają swobodny obrót ramienia 12 po kołowym torze ruchu przebiegającym w jednej płaszczyźnie, przykładowo (jak przedstawiono na Fig. 2) w płaszczyźnie yz. Ramię wodzące 12 może się obracać wokół osi obrotu 14 o dowolny kąt, w szczególności może wykonywać wielokrotne obroty wokół tej osi.

Ramię wodzące 12 ma z jednej strony osi obrotu 14 zamocowany układ skanujący 15, 16, 17, wystający z ramienia w stronę podstawy 13 o torze ruchu przebiegającym wokół podstawy 13 w jednej płaszczyźnie, przy czym tor ruchu układu skanującego 15, 16, 17 jest równoległy względem toru ruchu ramienia 12.

Układ skanujący 15, 16, 17, zwany także głowicą skanującą, zawiera projektor 15 skierowany w stronę podstawy 13, do wyświetlania w stronę podstawy 13 białego światła strukturalnego oraz dwie kamery 16, 17 skierowane w stronę podstawy 13 do obserwacji prążków światła. Korzystnie, elementy składowe układu skanującego: projektor 15 oraz kamery 16, 17 są rozmieszczone w jednej linii -wzdłuż toru ruchu ramienia wodzącego 13, przy czym kamery 16, 17 są zamocowane po jednej oraz po drugiej stronie projektora 15. Układ skanujący 15, 16, 17 może być przykładowo zamontowany do ramienia wodzącego 12 za pomocą wysięgnika w postaci metalowego prostokątnego ramiaka 18 wystającego z ramienia w stronę podstawy 13 i równoległego do osi obrotu ramienia 14. Kierunek ruchu ramienia skanera 12, stanowiący jednocześnie kierunek ruchu układu skanującego 15-17, przedstawiono na Fig. 3, 4 za pomocą strzałki 23.

Ramię obrotowe 12 ma ponadto przeciwwagę 19, zamocowaną do ramienia 12 obrotowego, po drugiej stronie osi obrotu 14, względem położenia układu skanującego 15-17.

Użyteczność konstrukcji skanera 10 przejawia się tym, że ramię 12 w trakcie wodzenia układem skanującym 15, 16, 17 zapewnia przemieszczanie się projektora oraz kamer wokół przezroczystej podstawy 13 w kierunku góra-dół - zataczając okręgi wokół skanowanego obiektu, stroną skanującą zwróconą niezmiennie w kierunku przezroczystej podstawy 13 (a zatem w kierunku skanowanego obiektu 23). Kierunek, w którym zwrócony jest układ skanujący, oznaczono schematycznie na Fig. 1 oraz Fig. 4 za pomocą pionowej strzałki 24. Zastosowany przezroczysty materiał podstawy 13 umożliwia oświetlanie obiektu zespołem prążków zarówno od góry jak i od dołu - od strony podstawy (Fig. 4, 22, 24) - za pomocą światła przechodzącego przez podstawę 13, oraz obserwowanie prążków na obiekcie za pomocą kamer 16, 17 od góry oraz od dołu podstawy - poprzez przezroczysty materiał podstawy 13. Skaner 10 według wzoru użytkowego jest przystosowany do współpracy z dowolnym komputerem, wyposażonym w konwencjonalny program umożliwiający łączenie płaskich obrazów w obraz trójwymiarowy za pomocą markerów fotogrametycznych (nie przedstawiono na rysunku). Przykładowo skaner 10 może być wyposażony w bezprzewodowy nadajnik do przesyłania obrazów z kamer 16, 17 bezpośrednio do komputera, lub też układ skanujący 15-17 może być połączony z komputerem za pomocą kabla. Ponadto, ramię 12 skanera 10 może być wyposażone w dowolny konwencjonalny układ napędowy, zapewniający obrotowy ruch ramienia 12, a korzystnie umożliwiający osiągnięcie stałej prędkości obrotowej ramienia 12. Dodatkowo, zastosowana w konstrukcji przeciwwaga 19 stanowi element równoważący masę układu skanującego, wpływając na obniżenie wartości siły jaką należy przyłożyć w celu obrotu ramieniem 12, a także stabilizuje obrotowy ruch ramienia. Konstrukcja ramienia 12 do wodzenia układem skanującym umożliwiła ograniczenie liczby układów (głowic) skanujących niezbędnych do zeskanowania obiektu w różnych ujęciach 22. Ramię wodzące 12 o osi obrotu równoległej do płaszczyzny podstawy z układem skanującym wystającym w stronę podstawy o torze ruchu układu wodzącego przebiegającego wokół podstawy 13 zapewnia stałą odległość układu skanującego od obiektu oraz obrazowanie obiektu z kilku rożnych ujęć. Konstrukcja skanera jest szczególnie użyteczna do skanowania wybranych części ciała pacjenta, a w szczególności części kończyn, na przykład dłoni lub przedramienia, jak również całej ręki, co jest uzależnione od dobranej długości ramienia wodzącego 12 układu skanującego 15-17 oraz od wymiarów podstawy 13. Konstrukcja skanera według wzoru użytkowego umożliwia zatem eliminację dodatkowych głowic (układów skanujących), obniżając całkowity koszt urządzenia. Dodatkowo, konstrukcja skanera 10 umożliwia, w zależności od potrzeb, zamontowanie drugiego układu skanującego (głowicy skanującej) w miejsce przeciwwagi 19.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia ochronne

   1. Skaner białego światła strukturalnego do przestrzennego odwzorowywania kształtu oraz wymiarów skanowanych obiektów, zawierający stojak z przymocowaną przezroczystą podstawą na umieszczanie na niej obiektów do skanowania, znamienny tym, że stojak (11) zawiera zamontowane obrotowo ramię wodzące (12), o osi obrotu (14) prostopadłej do podłużnej osi ramienia (12) i równoległej do płaszczyzny podstawy (13), przy czym po jednej stronie osi obrotu (14) ramię (12) ma zamocowany układ skanujący (15-17) o torze ruchu przebiegającym wokół podstawy (13), a po drugiej stronie osi obrotu (14) ramię (12) ma przeciwwagę (19), przy czym układ skanujący (15-17) zawiera projektor (15) do wysyłania prążków białego światła strukturalnego w stronę podstawy (13) oraz dwie kamery (16, 17) do obserwacji prążków światła wysyłanych przez projektor, zamocowane z dwóch stron projektora (15) wzdłuż toru ruchu układu skanującego.
2. 2. Skaner według zastrz. 1, znamienny tym, że układ skanujący (15-17) jest zamontowany do ramienia (12) za pomocą wysięgnika (18) równoległego do powierzchni podstawy (13).
3. 3. Skaner według zastrz. 1, znamienny tym, że stojak (11) skanera (10) ma postać metalowego stelaża w kształcie graniastosłupa foremnego mającego w podstawie prostokąt.
4. 4. Skaner według zastrz. 1, znamienny tym, że oś obrotu (14) ramienia (12) przebiega przez powierzchnię podstawy (13) skanera.