СБОРНЫЙ 3D-СКАНЕР ДЛЯ УЧЕБНЫХ ЦЕЛЕЙ

Полезная модель относится к области оптических измерительных устройств и может быть использована для изготовления сборного 3d-сканера для учебных целей, выступающего в роли тренировочного обучающего стенда и тренажера для учебного процесса.
Известна конструкция устройства для бесконтактного определения трехмерных координат объекта (3d-сканер), (патент на полезную модель RU №130388, МПК G01B 15/00 (2006.01), включающая блок излучения ультразвукового сигнала в направлении объекта и блок приема отраженного от объекта ультразвукового сигнала, в результате работы которых осуществляется бесконтактное измерение трехмерных координат объекта.
Недостатком известного 3d-сканера является невозможность использования других видов источников излучения, таких как источник лазерного либо светового излучения. Так же к недостаткам относится необходимость вращения либо перемещения объекта по отношении к сканеру для создания его полной 3d-модели.
Известна конструкция устройства технологической головки промышленного робота (патент на полезную модель RU №139379, МПК B25J 11/00 (2006.01)), включающая систему контроля поверхности обрабатываемого изделия. Она отличается тем, что в нее дополнительно введены кронштейн крепления навесного оборудования и система компьютерного зрения промышленного робота, содержащая лазерный 3D-сканер и лазерный дальномер. При этом кронштейн крепления навесного оборудования выполнен с возможностью совместного расположения на нем лазерной головки, системы компьютерного зрения промышленного робота и системы контроля поверхности обрабатываемого изделия. Причем система компьютерного зрения представляет собой лазерную систему измерения поверхностного рельефа обрабатываемого изделия, выполненную с возможностью построения его трехмерной модели и последующей возможностью ее обработки системой управления промышленного робота.
Недостатком данного технического решения является высокая сложность конструкции и наличие большого количества устройств, крепящихся к кронштейну, не позволяющему менять их взаимное расположение относительно друг друга и не обеспечивающему возможность движения устройства вдоль объекта.
Известно устройство бесконтактного измерения профиля фаски торца трубы (заявка RU №2009144636 А, МПК G01B 11/08 (2006.01), заключающиеся в том, что для измерения профиля фаски торца объекта используется вращающийся вокруг торца объекта лазерный оптический триангуляционный 3D сканер, который отличается тем, что сканер расположен на вращающейся вокруг торца объекта направляющей и не требует вращения объекта для получения замеров профиля фаски во всех сечениях объекта, проходящих через ось объекта.
Недостатком известного устройства является узкая специализация и ограниченная область применения, обусловленная тем, что устройство имеет возможность исключительно вращательного движения триангуляционного сканера вокруг объекта преимущественно цилиндрической либо вытянутой и продолговатой формы и невозможность использования в качестве основного метода сканирования с возможностью движения конструкции вдоль объекта.
Задачей полезной модели является создание тренировочного обучающего стенда и тренажера для учебного процесса, позволяющего на примере использования 3d-сканирования, определять трехмерные координаты различных помещаемых перед сканером объектов, методом проецирования тонкой сфокусированной линии на объект и анализом данных отраженного излучения, поступающих на приемник, а также использовать в качестве источника и приемника излучения различные устройства, крепящиеся к опоре-подставке, обеспечивающей возможность изменения их взаимного расположения и движение всей конструкции вдоль объекта.
Техническим результатом сборного 3d-сканера для учебных целей является расширение ассортимента.
Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что сборный 3d-сканер содержит приемник отраженного от объекта сканирования излучения и источник излучения, проецирующий на объект вертикальную сфокусированную линию, закрепленные между собой универсальными креплениями на подвижной опоре-подставке, выполненной в виде рельса, перемещающейся вдоль объекта сканирования и имеющей одинаковые высоту и ширину, обеспечивающей возможность их взаимного расположения и движения всей конструкции вдоль объекта, причем источник и приемник излучения закреплены так, что их оптические центры находятся на одной высоте над опорой-подставкой, в качестве источника излучения использован лазер, направленный в сторону объекта под прямым углом относительно движущейся опоры-подставки, в качестве улавливающего устройства использовано электронное устройство захвата изображений web-камера, расположенная под углом 45 градусов относительно движущейся опоры-подставки по направлению к объекту.
Сущность полезной модели поясняется чертежами: на фиг. 1 изображен сборный 3d-сканер для учебных целей, вид спереди; на фиг. 2 изображен сборный 3d-сканер для учебных целей, вид сверху; на фиг. 3 изображен сборный 3d-сканер для учебных целей, вид сзади; на фиг. 4 изображен сборный 3d-сканер для учебных целей в процессе работы.
Сущность полезной модели заключается в том, что сборный 3d-сканер для учебных целей содержит (фиг. 1) приемник (1) отраженного от объекта сканирования излучения и источник излучения (2), проецирующий на объект вертикальную сфокусированную линию, закрепленные между собой универсальными креплениями (3) на подвижной опоре-подставке (4), выполненной в виде рельса (8), перемещающейся вдоль объекта сканирования, и обеспечивающей возможность изменения их взаимного расположения и движения всей конструкции вдоль объекта, имеющей высоту (а) и ширину (b), причем источник и приемник излучения закреплены так, что их оптические центры находятся на одной высоте (h) над подвижной опорой-подставкой, опора подставка обеспечивает возможность изменения взаимного расположения источника и приемника относительно друг друга или замены этих элементов для возможности реализации иных целей, в зависимости от желаний и требований пользователя, в качестве источника излучения может быть использовано любое светочувствительное устройство, в частности лазер (2), направленный в сторону объекта под прямым углом относительно движущейся опоры-подставки (4), в качестве улавливающего устройства может быть использовано любое электронное устройство захвата изображений, например web-камера (1), расположенная под углом 45 градусов относительно движущейся опоры-подставки по направлению к объекту. В качестве блока обработки информации выступает персональный компьютер.
Сборный 3d-сканер для учебных целей в работе представлен на фиг. 4. Источник излучения (2), в частности лазер, закреплен универсальными креплениями (3) к опоре-подставке (4) и проецирует на объект сканирования (6) вертикальную тонкую сфокусированную линию (7), совпадающую по своему направлению с прямой (АВ) и так же перпендикулярной к направлению опоры-подставки (4). Приемник излучения (1) (web-камера), отраженного от объекта (6), закреплен универсальными креплениями (3) к опоре-подставке (4) и фиксирует характер преломления линии (7), падающей на объект (6). Далее информация передается на ПК, и с помощью специального программного обеспечения вычисляются трехмерные координаты сканируемого объекта, и строится точная 3-мерная компьютерная модель объекта.
Сборный 3d-сканер для учебных целей (фиг. 2), вид сверху, в котором приемник излучения (1) и источник (2) закреплены на опоре-подставке (4) на расстоянии (D) друг от друга напротив сканируемого объекта (6) с помощью универсальных креплений (3) и специальных посадочных мест (5). Закрепление должно производиться таким образом, чтобы прямая (АВ), образуемая источником излучения, была перпендикулярна опоре-подставке, имеющей ширину (b), общую длину (L) и длину движущейся части (1), а прямая (СВ), образуемая приемником и объектом сканирования, составляет с опорой-подставкой острый угол, равный 45 градусам.
Из рисунка видно, что: АС=d; ВАС=90°; ACB=АВС=45°. При таком способе крепления элементов сборного 3d сканера для учебных целей на опору подставку расстояние между оптическими центрами источника и приемника излучения получается меньше расстояния (D).
Сборный 3d-сканер для учебных целей (фиг. 3), вид сзади, в котором приемник излучения (1) web-камера, и источник излучения (2) лазер, закреплены на опоре-подставке (4), имеющей длину (L) и высоту (а), на расстоянии (D) друг от друга и на высоте, общей для источника и приемника оптической оси (h) над опорой-подставкой с помощью универсальных креплений (3).
Сборный 3d-сканер для учебных целей может выступать в роли тренировочного обучающего стенда и тренажера для учебного процесса, представленный сборной моделью, с возможностью контроля всех его технических характеристик в процессе сборки, является мобильным и компактным устройством, дает возможность использования и изучения его функций, выполняемых по обеспечению получения результатов 3d-сканирования, способствуя разностороннему развитию пользователя устройства и развивая его аналитические способности и позволяющего на примере использования 3d-сканера понять принцип действия подобных устройств и научить пользователя находить оптимальные решения возникающих перед ним творческих и технических задач.
Сборный 3d-сканер для учебных целей отличается простотой изготовления, возможностью наблюдения результатов сканирования на мониторе в режиме реального времени, не требует сложного программного обеспечения, по сравнению с традиционным 3D сканером выигрывает по цене, состоит из легкой эргономической конструкции, позволяющей легко переносить устройство.