BR112019016903A2 - métodos para a medição do formato e para a construção de um modelo tridimensional da superfície interna de objetos ocos e dispositivo para a medição do formato - Google Patents

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Abstract

a presente invenção se refere a uma técnica de medição, destinada a medir o formato, as dimensões internas e a elasticidade dos sapatos. o método de medição aplicado consiste em utilizar as sondas com os indicadores, que criam firmeza na superfície a ser medida. para traçar o formato da superfície interna do sapato, uma câmera e uma tira de marcação plana são utilizadas. com base no total das imagens, um modelo tridimensional da superfície interna do sapato a ser controlado é construído, e as propriedades elásticas são determinadas na varredura do objeto com diferentes níveis de firmeza da sonda. o dispositivo é compreendido por um corpo, uma câmara instalada no mesmo, duas ou mais sondas com os indicadores e uma tira de marcação plana. a presente invenção possibilita aumentar a precisão, para reduzir a intensidade de trabalho e o tempo de medição.

Description

“MÉTODOS PARA A MEDIÇÃO DO FORMATO E PARA A CONSTRUÇÃO DE UM MODELO TRIDIMENSIONAL DA SUPERFÍCIE INTERNA DE OBJETOS OCOS E DISPOSITIVO PARA A MEDIÇÃO DO FORMATO” Campo da Invenção [001] Método para a medição do formato, dimensões e características de elasticidade da superfície interna de objetos ocos, método para a construção do modelo tridimensional dos objetos ocos, dispositivo para a medição do formato, dimensões e características de elasticidade da superfície interna de objetos ocos, e também a construção de modelos tridimensionais da superfície interna de objetos ocos.
Descrição Resumida da Invenção [002]A presente invenção se refere a uma técnica de medição e métodos de medição, podem ser utilizados na indústria de calçados, em especial, com dispositivos utilizados para a determinação das dimensões da maioria dos diferentes tipos de calçados, desde as botas até as sandálias.
Antecedentes da Invenção [003]Os métodos e o dispositivo podem ser utilizados na indústria de calçados, trajes e malhas ao medir, fabricar, projetar ou avaliar a qualidade do calçado (incluindo o anatômico / ortopédico), vestuário, chapelaria, assim como os produtos que devem oferecer um ajuste exato no corpo humano, tais como as palmilhas ortopédicas, órteses, próteses. Eles podem ser utilizados na vida cotidiana, na indústria do comércio quando oferecem no mercado, para comercializar e comprar remotamente os calçados, itens de vestuário, chapelaria que se encaixam nas características reais e exclusivas do corpo de cada cliente.
[004]Esses métodos e dispositivos também podem ser utilizados ao medir outros objetos de paredes finas: as tubagens, sifões, diversos vasos, túneis de qualquer formato e outros. O dispositivo pode medir os seguintes parâmetros: o perímetro, circunferência, ovalidade, desvio de formato e
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2/10 geometria do perfil.
[005]Existe um dispositivo para a determinação da superfície interna de um sapato, cujo princípio de operação é uma sonda rigidamente conectada a uma câmera, com um elemento de detecção na sonda, que entra em contato com a superfície a ser medida, a câmera, em seguida, é guiada por uma série de imagens 2D das marcas localizadas fora do objeto, a imagem é variável em relação à câmera. E um modelo 3D está sendo construído, de maneira programática, [US20100238271 A1,23 de setembro de 2010].
[006]As desvantagens do dispositivo mencionado acima são: a presença de apenas uma sonda de detecção, a necessidade de passar manualmente por toda a superfície, a distorção dos resultados de medição devido às diferentes magnitudes de pressão na sonda; a intensidade do trabalho e a duração das medições.
[007]O método para a detecção do formato tridimensional de espaços internos, tais como os sapatos ou tubos, é um método ótico, e existe um dispositivo para a realização de tal método [US 2005/0168756 A1, 4 de agosto de 2005].
Descrição Detalhada da Invenção [008]A presente invenção se refere a um método para a detecção, de maneira ótica do formato tridimensional dos espaços internos e os dispositivos para a realização do método. O princípio de operação do protótipo é que um material de encaixe de forma com as marcações é fixado à parede interna do espaço. A câmera está alojada dentro e tira uma série de imagens sobrepostas. As imagens são processadas através de um método fotogramétrico e um modelo 3D da superfície interna é obtido.
[009]A desvantagem desta abordagem é a necessidade de fixar o material de marcação em toda a superfície a ser medida, isto é difícil, uma vez que é necessário fornecer um meio para aderir o material e a sua posterior
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3/10 remoção. Além disso, o formato real do objeto a ser medido pode ser distorcido se o material não for sólido.
[010]O resultado técnico do método anterior para a medição do formato, dimensões e propriedades elásticas da superfície interna de objetos ocos é aprimorar a precisão, reduzir a intensidade de trabalho e o tempo de medição.
[011]O resultado técnico é alcançado utilizando o método para a medição do formato, dimensões e propriedades elásticas da superfície interna de objetos ocos, em que, quando o dispositivo é inserido no objeto a ser medido, por conseguinte, uma câmera, através de indicadores localizados em sondas que criam um estado uniforme de tensão na superfície a ser medida, recebe os dados espaciais em relação a uma tira de marcação plana, com a qual um modelo tridimensional do espaço interno do objeto é construído, as suas dimensões são recebidas como resultado da medição do modelo tridimensional recuperado, e as propriedades elásticas são obtidas como resultado da varredura do mesmo objeto com força diferente e da medição do módulo de diferença entre as dimensões final e original do corpo deformado.
[012]O método existente sugere uma combinação de um método com contato e um sem contato de medição de objetos 3D. O dispositivo possibilita gerar um modelo digital tridimensional do objeto por meio da coleta de dados em relação ao seu formato e dimensões. Uma imagem de câmera é utilizada para extrair os dados 3D (coletando as informações em relação às dimensões e o formato da superfície dentro de seu campo de visão). Como resultado, uma nuvem de pontos geométricos da superfície do objeto é gerada.
[013]Uma precisão aprimorada é alcançada, em que ao mesmo tempo, a seção do objeto tubular elástico se restaura, sob o impacto da tensão de expansão mecânica exercida pelas sondas do dispositivo.
[014] Para fornecer ao objeto elástico um formato real, a superfície
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4/10 é de maneira uniforme expandida dentro dos limites da seção a ser medida através de um sistema de sondas elásticas.
[015] Para uma inserção inicial suave do dispositivo no objeto a ser medido, é utilizado um mecanismo de retração e extensão da sonda.
[016]As sondas que estão em um estado rígido são pressionadas firmemente para a superfície a ser medida, de maneira, no caso em que o material elástico será medido, ele irá recuperar o seu formato original, por conseguinte, aumentando a precisão das medições.
[017]Ao contrário do protótipo, sugerimos utilizar um material de marcação somente em um lado. A geração de um modelo 3D da superfície interna, no nosso caso, não deve ser atribuída às imagens do objeto a ser medido, mas às imagens das posições dos indicadores nas sondas em relação à tira de marcação plana. Além disso, as sondas estão dentro do espaço a ser medido em um estado rígido e esticam, de maneira uniforme, o material do objeto, o que possibilita medir seu formato original, não deformado.
[018]Os resultados da medição são emitidos na forma de uma nuvem de pontos, que cria um arquivo CAD (obj).
[019]O dispositivo está equipado com as sondas de medição como parte de seu mecanismo.
[020]A leitura das coordenadas dos eixos tridimensionais ocorre enquanto elas se movem ao longo da superfície interna do objeto. O dispositivo está equipado com uma câmera de vídeo ou foto, que possibilita receber as informações em relação à posição exata da ponta da sonda de varredura em tempo real nos três planos.
[021]A Figura 1 mostra o dispositivo em uma posição para a determinação do formato e das dimensões de um sapato.
[022]O resultado técnico do método para a construção de um modelo tridimensional da superfície interna de objetos ocos aumentou a
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5/10 precisão, redução da intensidade de trabalho e tempo de medição.
[023] Isto é alcançado utilizando um método em que a localização dos indicadores da sonda é reconhecida nos fotogramas da imagem de vídeo e contada utilizando o algoritmo matemático dos pontos de localização e um conjunto de pontos dos contatos da sonda com a superfície que gera o conjunto de seções atuais da superfície interna como um conjunto de pontos; nos fotogramas de vídeo, os elementos da tira de marcação são reconhecidos, definindo as coordenadas atuais e a orientação angular do dispositivo em relação à tira de marcação plana e se conectam à seção atual, a um sistema de coordenadas geral; combinando a seção gerada nos fotogramas, pela qual um modelo tridimensional da superfície interna é gerado como uma nuvem de pontos.
[024]Enquanto o dispositivo está sendo inserido no objeto a ser medido, as imagens são gravadas a partir da câmera. No processo de processamento adicional de cada imagem, a posição dos indicadores das sondas e dos fragmentos da imagem da tira de marcação plana é determinada. A Figura 2 mostra uma imagem de câmera, na qual a tira de marcação plana e os indicadores podem ser claramente observados, com base nas informações recebidas, é o que possibilita o processamento das imagens por meio de software e obter as coordenadas dos pontos do objeto para ser medido.
[025]Na imagem dos indicadores das sondas, é realizada uma pesquisa pelo canal de cor verde “G” da imagem na forma RGB (vermelho, verde, azul). A pesquisa é realizada em duas etapas. Em primeiro lugar, em uma varredura completa, os pixels da cor verde são memorizados. Em seguida, entre eles, por meio do método de Monte-Carlo, ele pesquisa por áreas de formato circular (em um raio de 5 pixels com um tamanho de imagem de 640 x 480 pixels) que compreende o número máximo de pixels verdes. Após encontrar o primeiro indicador, os pixels verdes pertencentes a ele são removidos da imagem
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6/10 principal e uma pesquisa pelo próximo indicador é executada. Se for impossível encontrar outra área circular preenchida com os pixels verdes, uma conclusão quanto à quantidade de indicadores no campo de visão é traçada.
[026]A gravação de vídeo é interrompida quando o número de indicadores no campo de visão reduz significativamente (em especial, a partir de 8 a 3), o que significa o endireitamento das sondas quando o dispositivo deixa o espaço a ser medido.
[027]Em cada imagem, os indicadores das sondas possibilitam obter as informações em relação à seção da superfície interna.
[028]A sequência de imagens possibilita receber um conjunto de seções da superfície interna - uma nuvem de pontos. Para combinar as seções entre si, é utilizada uma tira de marcação plana, o que possibilita o estabelecimento da localização de cada seção medida no espaço com precisão elevada.
[029] Uma vez que os indicadores estão distantes das extremidades das sondas, é realizada uma calibração preliminar, possibilitando a correlação da distância do indicador em pixels do centro ótico da imagem com o ângulo real entre o eixo da câmera e o ponto de contato da sonda na superfície interna.
[030]A imagem na tira de marcação é uma combinação aleatória de retângulos e elipses em preto e branco. As Figuras são distribuídas por dimensões de tal maneira que os pequenos fragmentos da imagem são únicos e não se repetem na mesma tira de marcação. Este requisito de exclusividade deve ser cumprido em um amplo intervalo de distâncias características: para os fragmentos de diferentes dimensões (em especial, os fragmentos quadrados de 2x2 mm2 a 20 x 20 mm2).
[031]Uma vez que as sondas possuem uma largura determinada, elas cobrem uma grande parte da imagem da tira de marcação plana. Por conseguinte, para determinar a posição do dispositivo, os fragmentos da imagem
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7/10 da tira de marcação são utilizados que estão localizados entre as sondas (em especial, quando se mede a parte da frente de um sapato) ou entre as extremidades das sondas (em especial, ao medir a parte de trás de um sapato).
[032] Para pesquisar os fragmentos das imagens das tiras de marcação, é utilizado o método de Monte Carlo com intervalos de estreitamento, possibilitando determinar as coordenadas χψ, γψ de um fragmento no sistema de coordenadas da tira de marcação, a dimensão de um fragmento de formato quadrado 3ψ, e para ligar esses parâmetros, com os parâmetros do fragmento na imagem provenientes da câmera: as coordenadas x, y, e os parâmetros trapezoidais, representando um fragmento quadrado distorcido quando observado em um ângulo (a diferença entre a borda superior e inferior, o deslocamento horizontal da borda superior em relação ao inferior, o ângulo de rotação trapezoidal como um todo). Como ponto de referência para a combinação dos fragmentos das imagens, é utilizada a soma dos quadrados das diferenças de intensidade dos pixels correspondentes.
[033] Para cada fotograma, é realizada uma pesquisa para três fragmentos de formato quadrado da imagem da tira de marcação: um principal, e com recuos apontando para cima e para a direita em relação ao fragmento principal. De acordo com as coordenadas χψ, γψ dos três fragmentos na tira de marcação plana, três coordenadas do centro ótico da câmera x a, y a, z a e a orientação angular do eixo ótico da câmera a a, β a, ya são calculados. Os últimos seis parâmetros possibilitam a determinação da posição das pontas das sondas no espaço, de maneira clara e com extrema precisão, e para adicionar os pontos gerados para esse fotograma a uma nuvem de pontos comum correspondente ao formato da superfície interna do objeto medido (Figura 3).
[034]O resultado técnico da utilização do dispositivo para a medição do formato, dimensões e propriedades elásticas da superfície interna de objetos ocos, assim como para a construção de um modelo tridimensional da
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8/10 superfície interna de objetos ocos, é o aprimoramento na precisão, a redução da intensidade do trabalho e do tempo de medição.
[035]O resultado técnico é alcançado utilizando um dispositivo que consiste em um corpo, uma câmera instalada nele, duas ou mais sondas com indicadores, assim como uma tira de marcação plana.
[036]A Figura 4 mostra o corpo (1), o eixo (2), a unidade de lente (3), a chave (4), a manivela (5), a sonda (6) com o indicador (7), o travamento (8) e os semi-anéis de fixação (9), a lente (10) e a câmera (11) conectada a um computador. No dispositivo existe um mecanismo que possibilita o bloqueio do ângulo de abertura das sondas elásticas de maneira a restaurar o formato das superfícies elásticas a serem medidas.
[037]Uma tira de marcação plana no formato de uma palmilha de sapato para a medição de um sapato, esta tira se destina ao posicionamento da imagem recebida da câmera, conforme mostrado no espaço da Figura 5.
[038]Uma imagem para a tira de marcação plana, dita imagem sendo gerada como uma combinação aleatória de retângulos e elipses pretos e brancos de diferentes dimensões, é mostrada na Figura 6.
[039]A sonda mostrada na Figura 7 possui um formato complexo que inclui uma haste na qual o movimento da manivela é transmitido, o eixo está localizado nos leitos do corpo em relação à qual ele gira, um eixo em formato convexo é lateral ao eixo, cujo início é flexível, de maneira a criar uma força de compressão ao estender as sondas, e na extremidade existe um arredondamento para evitar que o material seja riscado e para um melhor contato, na parte sólida do eixo estão localizadas um ou mais protuberâncias para os indicadores, cuja posição é monitorada por uma câmera no espaço tridimensional embutido no mecanismo.
[040]O software possibilita converter a nuvem de pontos capturada em um modelo tridimensional da superfície interna medida.
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9/10 [041 ]O dispositivo funciona da seguinte maneira. Movendo a manivela (5) na direção oposta à lente (10), as hastes das sondas (6) que se deslocam nas fendas da unidade de lente (3) reduzem o ângulo de abertura das sondas até que se toquem. Ao mesmo tempo, a chave (4), devido às propriedades elásticas, está em um estado de rigidez na superfície do corpo (1). Na posição retraída das sondas (6), o dispositivo é colocado dentro do objeto a ser medido. Movendo a manivela (5) na direção da lente (10), as sondas (6) se abrem para a força requerida, determinada por uma fenda no corpo (1) na qual a chave (4) encaixa no lugar, impedindo a inclinação das sondas quando se retira a força da manivela.
[042]A câmara (11) é ligada para a gravação e transmite a posição dos indicadores (7) em relação à tira de marcação para um computador. Através da manivela (5), o dispositivo é removido do objeto a ser medido, em que as sondas (6), devido à intensidade aplicada a elas, irão encontrar-se firmemente na superfície a ser medida. Após tirar as medidas, a câmera desliga. O computador converte as informações recebidas em um modelo 3D da superfície interna medida.
[043]As Figuras 8, 9, 10 mostram a posição do dispositivo ao se mover ao longo da superfície interna do objeto a ser medido (um sapato). A Figura 8 mostra o dispositivo que mede a biqueira de um sapato. A Figura 9 mostra a medição pelo dispositivo da parte traseira de um sapato. De maneira a mostrar a posição do dispositivo dentro do sapato, foi realizado um corte longitudinal do sapato. A Figura 10 mostra, uma seção transversal de um sapato, a medição pelo dispositivo da parte central de um sapato. A Figura 11 mostra, em um sapato com uma parte superior transparente, a posição das sondas do dispositivo ao medir a parte do dedo do pé. Na Figura pode ser observado que em todas as posições as sondas com os indicadores estão em contato apertado com a superfície interna do sapato.
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10/10 [044]As Figuras 12 e 13 mostram que o campo de aplicação não é limitado aos calçados, e que o dispositivo pode medir as superfícies internas de roupas (mangas), bem como de objetos técnicos - os tubos.
[045]O dispositivo é capaz de fixar as sondas em diversas posições, no mínimo três: os braços fechados, meio abertos, totalmente abertos (ângulo de 100a). Isso possibilita que as sondas se abram com a firmeza necessária. Se o mesmo objeto de um material elástico for medido com firmeza diferente, suas propriedades elásticas podem ser facilmente determinadas, em especial, a magnitude da deformação absoluta igual ao módulo de diferença entre a dimensão final e inicial do corpo deformado. Por conseguinte, por meio do dispositivo, se torna possível medir as propriedades elásticas de tração de diferentes tipos de couro, tecido e outros materiais. As Figuras 14 e 15 mostram a medição da elasticidade de um punho de manga. Na Figura 14, com rigidez elevada, na Figura 15, com rigidez baixa. As Figuras 16 e 17 mostram uma imagem da câmera ao medir a elasticidade de um punho de manga. Nas Figuras 16 e 17, pode ser observado que a seção composta de pontos dos indicadores é maior na Figura A do que na Figura B.
[046]O dispositivo também possibilita controlar a qualidade de uma superfície e detectar os defeitos que apenas são visíveis ao esticar um material elástico. A Figura 18 mostra uma imagem de câmera, na qual a costura de uma camisa pode ser observada. Ao inserir o dispositivo na manga, o tecido é esticado e a costura é esticada, em que todos os defeitos podem ser percebidos através da câmera.

Claims (3)

  1. Reivindicações
    1. MÉTODO PARA A MEDIÇÃO DO FORMATO, dimensões e propriedades elásticas da superfície interna de objetos ocos caracterizado por, quando o dispositivo é inserido no objeto a ser medido, uma câmera, através de indicadores localizados em sondas que criam um estado uniforme de rigidez na superfície a ser medida, recebe os dados espaciais em relação a uma tira de marcação plana, por meio da qual é construído um modelo tridimensional do espaço interno do objeto, cujas dimensões são criadas como resultado da medição do modelo tridimensional recuperado, e as propriedades elásticas são obtidas como resultado da varredura do mesmo objeto com diferentes níveis de firmeza e medindo o módulo de diferença entre as dimensões final e original do corpo deformado.
  2. 2. MÉTODO PARA A CONSTRUÇÃO DE UM MODELO TRIDIMENSIONAL DA SUPERFÍCIE INTERNA DE OBJETOS OCOS, dito método caracterizado por consistir em detectar a posição dos indicadores das sondas em fotogramas de imagens de vídeo, calculando a posição dos pontos e do total de pontos de contato das sondas com a superfície através de um algoritmo matemático e obtendo um conjunto de seções atuais da superfície interna na forma de um conjunto de pontos; detectando nos elementos da imagem de vídeo os elementos do fotograma de marcação plana, determinando as coordenadas atuais e a orientação angular do dispositivo em relação à tira de marcação plana, e ligando a seção atual da superfície a um sistema comum de coordenadas; combinando as seções obtidas para uma série de fotogramas e criando um modelo tridimensional da superfície interna na forma de uma nuvem de pontos.
  3. 3. DISPOSITIVO PARA A MEDIÇÃO DO FORMATO, dimensões e propriedades elásticas da superfície interna de objetos ocos, caracterizado pela construção de um modelo tridimensional da superfície interna de objetos
    Petição 870190078897, de 14/08/2019, pág. 54/66
    2/2 ocos, o dispositivo consiste em um corpo, uma câmera instalada nele, duas ou mais sondas com os indicadores, assim como uma tira de marcação plana.
BR112019016903-2A 2017-02-17 2017-05-25 Método para a medição do formato e dispositivo para a medição do formato BR112019016903B1 (pt)

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