SI22424A - Naprava in postopek za tridimenzionalno merjenje oblike telesa - Google Patents

Abstract

Predmet izuma je naprava in postopek za tridimenzionalno merjenje oblike telesa, predvsem oblike stopal v namen izdelave čim bolj prilegajočega se kopita in posledično udobnega čevlja, prednostnosmučarskega čevlja, nogi uporabnika. Naprava zamerjenje tridimenzionalne oblike telesa, predvsemoblike stopal po izumu, izkorišča princip meritve stopal, ki temelji na krožnem obhodu in rotaciji laserskega triangulacijskega merilnika, sestavljenega iz najmanj ene oz. dveh kamer (7, 8) in laserskega linijskega projektorja (9), osnovne in pohodne plošče (11) ter mehanizma za zagotavljanje krožnega in rotacijskega gibanja merilnega modula.

Description

NAPRAVA IN POSTOPEK ZA TRIDIMENZIONALNO MERJENJE

OBLIKE TELESA

Predmet izuma je naprava in postopek za tridimenzionalno merjenje oblike telesa, predvsem oblike stopal v namen izdelave čim bolj prilegajočega se kopita in posledično udobnega čevlja, prednostno smučarskega čevlja, nogi uporabnika. Izum spada v razred G 01 B 11/24 mednarodne patentne klasifikacije.

Tehnični problem, ki ga predložen izum uspešno rešuje je io konstrukcijska rešitev takšne naprave, ki bo omogočala v prvi vrsti sočasno meritev obeh stopal v normalni in pravilni sproščeni legi, točno merjenje v predelih prstov in pete ter enostavno in poceni izvedbo.

Poznanih je več vrst naprav za merjenje oblike teles z nepravilnimi oblikami. Tako je npr. iz patentnega dokumenta EP 0 422 946 poznana naprava za merjenje teles z nepravilnimi oblikami, med drugim kopita. Naprava izmeri površino kopita točko za točko tako, da kroži okrog kopita in se sočasno premika vzdolž njegove glavne osi. Merilni modul naprave je sestavljen iz dveh linijskih CCD kamer, ki sta simetrično razporejeni glede na točkovni laserski projektor. Iz dokumenta je razvidno, da je naprava zasnovana predvsem za mejenje kopit in sicer vsakega posamično. Postopek merjenja je dolgotrajen in kot tak ni primeren za merjenje živega, časovno spreminjajočega se telesa, kakršno je na primer stopalo.

Rešitev, ki jo opisuje patentni dokument EP 0 671 679 je v principu delovanja in namenu opisane naprave zelo podobna predhodno opisani, s to razliko, da je možno poleg rotacije in translatornega gibanja vzdolž merjenca rotirati tudi merilni modul okrog dveh medsebojno pravokotnih si oseh.

Patentni dokument PCT/US97/00985 (WO97/27451) opisuje napravo, ki je v svojem bistvu enaka prvo omenjeni, s to razliko, da je z njo možno meriti obliko stopala. Os krožnice merilnega modula mora približno sovpadati z vzdolžno osjo stopala (peta-sredinec). Površino vsakega io stopala posebej meri točko za točko.

Naprava po patentnem dokumentu PCT/EP97/05850 (WO98/18386) se uporablja za merjenje oblike stopal. Naenkrat naprava meri le eno stopalo, ki ga je potrebno vstaviti v luknjo pohodnega podesta. Merilni modul, ki je nameščen pod pohodnim podestom, izmeri stopalo tako, da is opravi 360° krožni hod. Merilni modul deluje na osnovi laserske triangulacije z linijsko osvetlitvijo površine stopala. Sestoji iz video kamere ter laserskega projektorja svetlobne ravnine. Tako je v trenutku izmerjen določen prerez stopala. Celotna površina stopala se rekonstruira na osnovi serije izmerjenih profilov. Naprava je nepraktična predvsem z vidika potrebe po vstavljanju noge v luknjo podesta, nadalje zaradi potrebnega prestopanja. Slabost je tudi nenaravna drža stopala med meritvijo, saj je drugo stopalo bistveno višje.

Naprava po patentnem dokumentu US 2004/0184040 deluje po fotogrametričnem principu. Merjena oseba stopi na pohodno ploščo, na kateri so narisane fotogrametrično razpoznavne oznake, s pomočjo katerih se merilni modul, ki sestoji iz kamere in osvetlitvenih luči, orientira v prostoru tako, da kamera posname poleg slike noge tudi omenjene oznake. Noga, oziroma katerokoli merjeno telo, mora biti med meritvijo prekrito s posebno elastično prevleko, na kateri so tudi narisane fotogrametrično razpoznavne oznake. Meritev poteka tako, da merilni modul opravi 360° krožni hod okrog noge. Slabost te inovacije se kaže io predvsem v tem, da je pred meritvijo potrebno obuti posebne nogavice, kar je zamudno, neekonomično, nenatančno (zaradi povečane velikosti) in nehigienično. Druga slabost pa izhaja iz samega merilnega principa in s tem povezane razpoznave fotogrametričnih vzorcev. Znano je, da je ta tehnika procesorsko zahtevna in občutljiva na morebitne motnje, kakršne is so na primer premik noge ali neustrezna osvetlitev prostorov v katerih poteka merjenje.

Glede na opisane izvedbe, nobena od njih ne rešuje zadovoljivo zastavljenega tehničnega problema.

Naprava za tridimenzionalno merjenje oblike telesa, predvsem oblike 2o stopal po izumu izkorišča princip meritve stopal, ki temelji na krožnem obhodu in rotaciji laserskega triangulacijskega merilnika sestavljenega iz dveh kamer in laserskega projektorja, osnovne in pohodne ploskve ter mehanizma za zagotavljanje krožnega in rotacijskega gibanja merilnega modula.

Napravo za tridimenzionalno merjenje oblike telesa, predvsem oblike stopal po izumu bomo podrobneje obrazložili na osnovi izvedbenega primera in pripadajočih slik, od katerih kaže:

slika 1	napravo za merjenje oblike telesa po izumu v aksonometričnem pogledu;
slika 2	napravo za merjenje oblike telesa po izumu v stranskem pogledu;

slika 3a, b, c, d zaporedje gibov merjena v postopku merjenja oblike

	telesa z napravo po izumu;
slika 4	shematski prikaz sence pri merjenju;
slika 5	shematski prikaz delovanja laserskega merilnega modula z eno kamero in laserskim linijskim
15	projektorjem;
slika 6	shematski prikaz delovanja laserskega merilnega modula z dvema kamerama in laserskim linijskim

projektorjem;

slika 7a blok shemo naprave za merjenje oblike telesa po izumu;

slika 7b blok shemo merilnega modula naprave za merjenje oblike telesa po izumu.

Naprava za tridimenzionalno merjenje oblike telesa, predvsem oblike stopal po izumu, deluje po osnovnem principu meritve stopal, ki temelji na krožnem obhodu in rotaciji laserskega triangulacijskega merilnika. Konstrukcijska izvedba naprave po izumu je prikazana na slikah 1 in 2, blok shema same naprave in merilnega modula pa na slikah 7a, 7b , medtem ko bomo s pomočjo slik 3a, b,c,d pojasnili njeno delovanje.

Postopek za merjenje oblike telesa, predvsem oblike stopal po izumu, je pri zaporedju gibov v primeru merjenja v smeri urinega kazalca v posameznih fazah naslednji:

io Začetek rotacije druge osi B (slika 3a). Ko se merilni modul 1 zasuče do kota, ko svetlobna ravnina seka prvo rotacijsko os A, se le-ta ustavi. Nato se začne krožno gibanje merilnega modula 1 okrog prve osi A (slika 3b). Krožno gibanje okrog prve osi A se zaključi in prične rotacija merilnega modula 1 okrog druge osi B (slika 3c). Konča se rotacija okrog druge osi B is (slika 3d).

Druga os B rotacije je dodana zaradi sence in s tem povezane nepokritosti merjenja na predelu notranje strani stopala, ko je med merilnim modulom 1 in omenjeno površino sosednja noga (slika 4). Nadalje je pokritost izboljšana z uporabo dveh simetrično nameščenih kamer 7,8 glede na lasersko ravnino (slika 6).

Merilni modul 1, temelječ na principu laserske triangulacije z linijskim osvetljevanjem površine, sestoji iz laserskega linijskega projektorja 9 in vsaj ene kamere 7. Laserski linijski projektor 9 osvetljuje merjeno telo s svetlobno ploskvijo. Presečišče med ploskvijo in površino merjenca imenujemo presečna krivulja. Osvetljeno površino posname optično zaznavalo - kamera - z drugega zornega kota. Na mestih presečnih krivulj se svetloba razpršeno odbija in del se je skozi objektiv kamere 7 preslika na senzorsko površino kamere. Premik merjene površine povzroči relativno spremembo lege slike presečne krivulje na zaznavalu. Na sliki določimo slikovne koordinate presečne krivulje, iz katerih na osnovi podatkov o kameri 7, laserskem linijskem projektorju 9 in njuni medsebojni legi izračunamo 3D koordinate točk na površini merjenca. Na sliki 5 je io prikazan princip delovanja laserskega merilnega modula z eno kamero 7.

V primeru merjenja kompleksnih (beri: razgibanih) površin je smiselno uporabiti konfiguracijo merilnega modula z dvema kamerama. Pokritost merjene površine se s tem izboljša (slika 6).

Na sliki 7a je prikazana blok shema naprave za trodimenzionalno is merjenje oblike telesa po izumu. Napravo sestavljajo mehanski sklopi kot so merilni modul 1, rotacijski mehanizem 2,2' za premikanje merilnega modula 1, napajalnik 3, računalnik 4, monitor 5 in tipkovnica 6. Merilni modul 1 sestavljajo kameri 7,8 in laserski linijski projektor 9.

Na računalnik 4 je dvosmerno priključen merilni modul 1 in preko 2o RS232 vmesnika 10 rotacijski mehanizem 2, 2' za premikanje merilnega modula 1. Na drugi strani je računalnik 4 povezan z monitorjem 5 in tipkovnico 6.

Naprava izmeri tridimenzionalno obliko stopal tako, da merjena oseba z obema stopaloma stopi na pohodno ploščo 11. Operater, oziroma kar merjena oseba sama sproži meritev s pritiskom na računalniško tipkovnico

6, oziroma na drug računalniško prepoznaven način (glasovno, posebna tipka, touch screen, itd). Računalnik 4 pošlje preko RS232 vmesnika 10 signal krmilni elektroniki rotacijskega mehanizma 2,2' za začetek gibanja kakor je prikazano na slikah 3 a, b, c in d. Krmilna elektronika rotacijskega mehanizma 2,2' pošilja preko vmesnika RS232 signale računalniku o tem, kdaj se dejansko prične oziroma zaključi posamezna faza gibanja, io Računalnik 4 namreč zajema sliko s kamer le v času enakomernega gibanja oziroma rotacije merilnega modula, torej v časovnih periodah, ki jih razmejujejo omenjeni signali krmilne elektronike. Po končanih vseh treh gibih se izvede obdelava zajetih podatkov, čigar rezultat predstavlja v prvi fazi oblak tridimenzionlnih točk, ki popisujejo površino obeh stopal. V is nadaljevanju se računalniško izvede analiza omenjenih točk z namenom določitve karakterističnih dimenzij, kakršne so dolžina ter višina, širina in obseh na posameznem prerezu posameznega stopala. Rezultati omenjene analize se grafično prikažejo na monitorju 5, natisnejo na papir in shranijo v bazo podatkov. S tem je meritev končana. V primeru merjenja stopal v prodajalnah se lahko računalniški algoritem nadaljuje še z izbiro čevlja, ki se najbolje prilega kupčevi nogi.

Z navedenim sosledjem gibanja merilnega modula in prikazano konstrukcijsko izvedbo naprave po izumu so dosežene naslednje prednosti pred obstoječimi vrstami merilnikov:

- predel prstov in pete je zelo dobro izmerjen, ker je smer merjenja približno pravokotna na površino pete oziroma prstov,

- sočasno se meri obe stopali, zaradi česar ni potrebno prestopanje osebe in, kar je najpomembnejše, obe stopali sta v pravilni, sproščeni legi, poleg tega pa je tudi krajši čas meritve;

- enostavna in poceni izvedba.

Claims (5)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Naprava za tridimenzionalno merjenje oblike telesa, označena s tem,

   5 da je sestavljena iz merilnega modula (1), rotacijskega mehanizma (2,2') za premikanje merilnega modula (1), napajalnika (3), računalnika (4), monitorja (5) in tipkovnice (6).
2. 2. Naprava za tridimenzionalno merjenje oblike telesa, po zahtevku 1 io označena s tem, da merilni modul (1) sestavljajo najmanj ena kamera (7) in laserski linijski projektor (9).
3. 3. Naprava za tridimenzionalno merjenje oblike telesa, po zahtevku 1

   15 označena s tem, da merilni modul (1) sestavljajo kameri (7, 8) in laserski linijski projektor (9).
4. 4. Postopek za tridimenzionalno merjenje oblike telesa,

   20 označen s tem, da se merjenje začne z rotacijo druge osi (B), pri čemer je na začetku merilni modul (1) zasukan približno 45° glede na smer proti prvi rotacijski osi (A) in ko se merilni modul (1) zasuče do kota, ko svetlobna ravnina seka prvo rotacijsko os (A), se le-ta ustavi, nakar se začne krožno gibanje merilnega modula (1) okrog prve osi (A) in ko se zaključi in prične rotacija merilnega modula (1) okrog druge rotacijske osi (B) , ki se nato zaključi pri obratu merilnega modula
5. 5 (1) za približno 45° glede na smer proti prvi rotacijski osi (A).