Desarrollo de una plataforma mecánica de dos grados de libertad para la asistencia en la digitalización 3D de piezas mecánicas

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Título : Desarrollo de una plataforma mecánica de dos grados de libertad para la asistencia en la digitalización 3D de piezas mecánicas
Autor : Fernández Santana, Gianmarco
Game Valencia, Allison Delia
Director de Tesis: Cortez Saravia, David Mateo
Resumen traducido: Three-dimensional scanning has gained relevance in fields such as reverse engineering, computer-aided design, and digital manufacturing; however, commercial equipment remains expensive and has limited accessibility in educational and technological institutions with restricted budgets in Ecuador. This thesis presents the development of an automated two-degree-of-freedom (pan-tilt) mechanical platform, built mainly from recycled aluminum obtained from beverage cans through sand casting, to assist in multi-angle image acquisition for low-cost photogrammetry processes. The general objective was to design and implement a mechanism capable of automatically controlling the position and orientation of a 16 Mpx Arducam IMX519 camera, integrated with a Raspberry Pi 4B with Pi-Shield, NEMA 17 stepper motors, and A4988 drivers, together with LED lighting and a polarizer to reduce reflections. Recyclable materials and low-cost components were used, achieving an estimated budget lower than that of comparable commercial scanners. The platform ensures stable trajectories, improving image overlap and enhancing the quality of the three-dimensional reconstruction through the open-source software OpenScanCloud (image acquisition followed by the generation of point clouds, meshes, and textures in .OBJ/.STL formats). Validation tests conducted with mechanical parts demonstrate a significant reduction in geometric errors and artifacts compared to scans performed using photogrammetry applications on mobile devices (such as Polycam, 3D Scanner App, or similar). This improvement is achieved through automated control of lighting intensity using adjustable LEDs within the acrylic enclosure, allowing the light level to be adapted according to the type of object and its surface characteristics. In this way, detail capture is optimized, reflections are minimized, and the overall quality of the reconstructed 3D models is improved. The results promote educational accessibility and replicability in low-resource environments.
Resumen : El escaneo tridimensional ha ganado relevancia en ingeniería inversa, diseño asistido por computadora y manu-factura digital, pero los equipos comerciales resultan costosos y de acceso limitado en instituciones educativas y tecnológicos con presupuestos restringidos en Ecuador. Esta tesis presenta el desarrollo de una plataforma mecánica de dos grados de libertad (pan-tilt) automatizada, construida principalmente con aluminio reciclado de latas de bebidas mediante fundición con arena, para asistir en la captura de imágenes multiángulo en procesos de fotogrametría de bajo costo. El objetivo general fue diseñar e implementar un mecanismo que controle de manera automática la posición y orientación de una cámara Arducam IMX519 de 16 MPX, integrada con una Raspberry Pi 4B con Pi-Shield, motores paso a paso NEMA 17 y controladores A4988, junto con iluminación LED y un polarizador para reducir reflejos. Se emplearon materiales reciclables y componentes de bajo costo, logrando un presupuesto estimado inferior al de escáneres comerciales comparables. La plataforma garantiza trayectorias estables, mejorando la superposición de imágenes y la calidad de la reconstrucción tridimensional mediante el software de código abierto OpenScanCloud (toma de fotografías para una posterior generación de nube de puntos, malla y textura en formatos .OBJ/.STL). Las pruebas de validación con piezas mecánicas demuestran una reducción significativa de errores geométricos y artefactos en comparación con escaneos realizados mediante aplicaciones de fotogrametría en teléfonos móviles (tales como Polycam, 3D Scanner App o similares). Este avance se logra gracias al control automatizado de la intensidad de la iluminación mediante Leds ajustables dentro de la caja de acrílico, lo que permite adaptar el nivel de luz según el tipo de pieza y sus características superficiales. De esta forma se optimiza la captura de detalles, se minimizan reflejos y se mejora la calidad general de los modelos 3D reconstruidos. Los resultados promueven la accesibilidad educativa y la replicabilidad en entornos de bajos recursos.
Palabras clave : ESCANEO 3D
FOTOGRAMETRÍA
PLATAFORMA PAN-TILT
ALUMINIO RECICLADO
BAJO COSTO
Fecha de publicación : 2026
URI : http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/32835
Idioma: spa
Pertenece a las colecciones: Grado

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