Dental Tech - I sensori a luce strutturata nella scansione industriale

Dr. Gabriele Graziosi*

*Nato a Milano nel 1973. Formazione ingegneristica al Politecnico di Milano. Appassionato di tecnologia, nel primo impiego assembla e tara strumenti per la misura di temperatura per poi passare alla progettazione assistita da calcolatore per la stessa azienda. Nel 2000 comincia la sua avventura con GOM, prima come responsabile di prodotto per poi passare alle vendite. Diviene direttore commerciale nel 2010, per poi passare ad Amministratore delegato nel 2018 ed infine Presidente del consiglio di amministrazione nel 2019.

Intervistiamo il Dr. Gabriele Graziosi, esperto di metrologia e Presidente del Consiglio di Amministrazione di GOM Italia, Azienda Leader nella scansione 3D.

Dr. Graziosi, ci può dare una breve descrizione di chi è GOM e di cosa si occupa?

GOM è una società del gruppo ZEISS specializzata nella tecnologia di misurazione industriale di coordinate 3D, tomografia computerizzata 3D e testing 3D. GOM definisce a livello internazionale gli standard per la metrologia ottica 3D. In tutto il mondo, la società aiuta i clienti ad aumentare la qualità del prodotto, ottimizzare i processi e aumentare la produttività (Figura 1).

Quale è il principio di un sensore a luce strutturata?

Un sensore a luce strutturata è composto da una coppia di telecamere ed un proiettore di luce. Il proiettore proietta una luce blu a banda stretta. Le telecamere sono dotate di filtri che lasciano entrare solo la stessa luce blu. Il proiettore proietta diversi modelli di frangia che, nel tempo, creano codici di luce specifici per ogni punto della superficie dell'oggetto da misurare. Le telecamere "leggono" il codice luminoso creato dai diversi modelli di frange. Poiché ogni punto ha un codice luminoso unico nel tempo, ogni telecamera può identificare chiaramente ogni punto sulla superficie dell'oggetto da misurare. Poiché la distanza esatta e l'angolo tra le telecamere sono noti (attraverso la calibrazione), il sensore può misurare la posizione di ogni punto nello spazio 3D attraverso la triangolazione (Figura 2, 3)

Fig. 2,3. Principio di funzionamento di sensori a luce strutturata.

Quale è stata l’evoluzione di questi sensori e lo stato dell’arte?

I sensori a luce strutturata compaiono per la prima volta sul mercato intorno alla metà deli anni ’90 per soddisfare una esigenza specifica, la trasposizione di un modello fisico “prototipo” in un modello digitale “CAD 3D” (Reverse Engineering) . Nel passato questa attività era demandata a sistemi di misura a coordinate, ma il dato ottenuto era povero di informazioni, solo pochi punti potevano essere acquisiti o alcune sezioni ed il processo di digitalizzazione era frutto di interpolazioni che si discostavano dalla realtà. Con lo sviluppo di nuove tecnologie nel campo dell’elettronica, dell’ottica e del software i sensori sono diventati sempre più veloci, precisi ed accurati. Questo sviluppo ha fatto sì che l’applicazione principale, nell’utilizzo di questi sensori, non sia più la copiatura ma il controllo qualità, dove esiste già un modello matematico dell’oggetto acquisito da utilizzare come riferimento. La scansione rappresenta invece il modello fisico da comparare per individuare le differenze da imputare a errori costruttivi dell’oggetto stesso. Il passaggio dalla luce bianca alla luce blu ha fatto in modo che si riducessero a zero le interferenze ambientali durante l’acquisizione, tali sorgenti sono diventate sempre più potenti riducendo al minimo la necessità di opacizzare superfici non collaborative.

Quale tipo di accuratezza ci si può aspettare da un sensore a luce strutturata?

Ogni sensore GOM è certificato rispettando la normativa VDI 2634 Parte 3, non è possibile però dare un valore univoco all’accuratezza di un sensore. Tale valore dipende dalla tipologia del sensore, dal volume di misura applicato ed anche dalla misura effettuata. In generale, per la tipologia del sensore e per il volume di misura applicabile nell’ambito medico dentale, parliamo di una accuratezza di circa 5 micron (MPE con superficie collaborativa).

Quale ritiene che sia il sistema migliore (con il rapporto qualità/prezzo) nell’ambito medico dentale?

Il nuovo sensore GOM Scan 1 (Figura 4) rappresenta la porta di ingresso al mondo dei sensori GOM. Questo sensore ha ereditato gran parte delle caratteristiche dei sensori di fascia alta, potendo beneficiare degli ultimi sviluppi sul mercato dei componenti hardware e del software. Con un’ottima risoluzione delle telecamere è in grado di rilevare un altissimo livello di dettaglio e grazie al software integrato effettuare un post-process sulla mesh risultante alleggerendola per poter essere gestita con facilità all’interno dei software dedicati al mondo dentale. In poche parole, una soluzione estremamente interessante a livello di costo ma senza compromessi in termini di performance. In aggiunta è possibile utilizzarlo in combinazione con una tavola rotante sincronizzata al sistema, tramite il software integrato, per effettuare acquisizioni automatiche senza l’ausilio di un operatore (Figura 5).

Fig. 4,5. Il sensore a luce strutturata GOM1.

Concludiamo questa intervista con uno sguardo al futuro, come li immagina i sensori futuri di nuova generazione?

Sicuramente è difficile pensare di poter superare le accuratezze che già ora sono state raggiunte, ma credo non ci sia limite allo sviluppo tecnologico. Inoltre, le sorgenti luminose giocheranno un ruolo molto importante, sia in termini di potenza e di definizione migliorando la capacità di acquisizioni in condizioni critiche, come le superfici a specchio o trasparenti. Non è semplice prevedere il futuro, ma di una cosa sono sicuro, GOM ci sta già lavorando per proporre sempre qualcosa di innovativo al mercato.

Pubblicato su Infodent Ottobre 2021 - Rubrica Dental Tech