Diseño y fabricación de un prototipo de escáner láser 3D para la digitalización de piezas industriales

Abstract

[ES] La digitalización tridimensional basada en láser ha experimentado un crecimiento exponencial, ofreciendo soluciones cada vez más precisas y accesibles en diversas aplicaciones, desde la industria hasta la medicina. Estas tecnologías presentan varias limitaciones relacionadas con la precisión y resolución, el tamaño y la forma de los objetos escaneables, la velocidad de escaneo, el tiempo de procesamiento de datos y las restricciones de costo y accesibilidad que pueden limitar su adopción. En este contexto, surge la necesidad de diseñar y fabricar soluciones especializadas en la digitalización de objetos de cualquier tamaño dentro de un entorno controlado (libre de reflejos y ruido externo), con el propósito de facilitar procesos de modelado, impresión 3D, inspección de calidad, entre otros. El objetivo principal de este proyecto es desarrollar un prototipo de escáner láser 3D compacto, preciso y versátil, capaz de capturar con alta fidelidad y rapidez la geometría tridimensional de objetos pequeños, a un bajo coste de fabricación. Para lograr este propósito, se llevará a cabo un estudio exhaustivo de los diversos sistemas láseres que hay en el mercado, centrándose tanto en sus dimensiones físicas, en las prestaciones, así como en el precio. A continuación, se realizará un proceso de diseño del prototipo, seguido de la fabricación e integración de los componentes electrónicos y ópticos específicamente seleccionados. Estos componentes serán responsables de mover de forma sincronizada, y lo más rápido posible, el láser y el objeto bajo estudio, así como de la transmisión de los datos adquiridos al equipo de procesamiento, quien creará la nube de puntos del objeto. En cuanto al rango de tamaño de los objetos a escanear, se espera que el objeto tenga un máximo equivalente al de una botella de 1 litro. El tamaño mínimo será determinado durante el desarrollo del proyecto, y estará condicionado por las capacidades y características del láser seleccionado. Si el prototipo propuesto de escáner 3D resulta exitoso, se considerará diseñar uno de mayor tamaño para escanear piezas más grandes en futuros proyectos.

[CA] La digitalització tridimensional basada en làser ha experimentat un creixement exponencial, oferint solucions cada vegada més precises i accessibles en diverses aplicacions, des de la indústria fins a la medicina. Aquestes tecnologies presenten diverses limitacions relacionades amb la precisió i resolució, la grandària i la forma dels objectes *escaneables, la velocitat d'escaneig, el temps de processament de dades i les restriccions de cost i accessibilitat que poden limitar la seva adopció. En aquest context, sorgeix la necessitat de dissenyar i fabricar solucions especialitzades en la digitalització d'objectes de qualsevol grandària dins d'un entorn controlat (lliure de reflexos i soroll extern), amb el propòsit de facilitar processos de modelatge, impressió 3D, inspecció de qualitat, entre altres. L'objectiu principal d'aquest projecte és desenvolupar un prototip d'escàner làser 3D compacte, precís i versàtil, capaç de capturar amb alta fidelitat i rapidesa la geometria tridimensional d'objectes petits, a un baix cost de fabricació. Per a aconseguir aquest propòsit, es durà a terme un estudi exhaustiu dels diversos sistemes làsers que hi ha en el mercat, centrant-se tant en les seves dimensions físiques, en les prestacions, així com en el preu. A continuació, es realitzarà un procés de disseny del prototip, seguit de la fabricació i integració dels components electrònics i òptics específicament seleccionats. Aquests components seran responsables de moure de forma sincronitzada, i el més ràpid possible, el làser i l'objecte sota estudi, així com de la transmissió de les dades adquirides a l'equip de processament, qui crearà el núvol de punts de l'objecte. Quant al rang de grandària dels objectes a escanejar, s'espera que l'objecte tinga un màxim equivalent al d'una ampolla d'1 litre. La grandària mínima serà determinat durant el desenvolupament del projecte, i estarà condicionat per les capacitats i característiques del làser seleccionat. Si el prototip proposat d'escàner 3D resulta reeixit, es considerarà dissenyar un de major grandària per a escanejar peces més grans en futurs projectes.

[EN] Laser-based 3D scanning has experienced exponential growth, offering increasingly accurate and accessible solutions in a wide range of applications, from industry to medicine. However, these technologies have several limitations related to accuracy and resolution, size and shape of scannable objects, scanning speed, data processing time, and cost and accessibility constraints, which may limit their adoption. In this context, there is a need to design and manufacture specialized solutions for the digitization of objects of any size in a controlled environment (free from reflections and external noise) to facilitate modeling processes, 3D printing, quality inspection, among others. The main objective of this project is to develop a prototype of a compact, precise, and versatile 3D laser scanner capable of capturing the three-dimensional geometry of small objects with high fidelity and speed, at low manufacturing cost. To achieve this, a detailed study of the various laser systems on the market will be carried out, focusing on their physical dimensions, performance, and price. This will be followed by a prototype design process, followed by the manufacture and integration of specifically selected electronic and optical components. These components will be responsible for moving the laser and the object under study in synchrony and at the highest possible speed, as well as for transmitting the acquired data to the processing equipment that will generate the point cloud of the object. Regarding the size range of the objects to be scanned, it is expected that the object will have a maximum size equivalent to that of a 1-liter bottle. The minimum size will be determined during the development of the project and will depend on the capabilities and characteristics of the laser selected. If the proposed prototype 3D scanner is successful, a larger scanner capable of scanning bigger parts will be considered for future projects.