Автоматизированная система бесконтактного обмера и обработки данных поверхности стопы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.19.05, кандидат технических наук Лаптев, Александр Александрович

• Лаптев, Александр Александрович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лаптев, Александр Александрович

Оглавление

Введение

Глава 1. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ И АППАРАТУРЫ ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ОБМЕРА ТЕЛ СО СЛОЖНОЙ ФОРМОЙ

ПОВЕРХНОСТИ

1.1 Обзор бесконтактных методов обмера

1.1 Фотографический метод

1.2 Метод «световых сечений»

1.3 Стереофотографический метод

1.4 Стробофотографический метод

1.5 Голографический метод

1.6 Метод эффекта муара (растрографический метод)

1.7 Стационарные бесконтактные ЗЭ-сканеры

2. Применение устройств для бесконтактного обмера в составе САБ\САМ

систем

Выводы по разделу

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ОБМЕРА ТЕЛ СО СЛОЖНОЙ ФОРМОЙ ПОВЕРХНОСТИ. СОЗДАНИЕ АЛГОРИТМА ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ

2.1 Анализ способов задания поверхностей

2.2 Методы аппроксимации контуров сечении тел со сложной формой поверхности

2.3 Разработка комплекса для бесконтактного обмера тел со сложной формой поверхности

2.3.1 Процесс подготовки оборудования и бесконтактного

2.3.2 Обработка фотографической информации для воспроизведения поверхности

2.3.3 Построения 3-х мерной модели колодки ручным способом

Выводы по разделу

ГЛАВА 3. ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ТРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ

КОЛОДКИ

3.1 Разработка метода создания виртуальной фигуры с использованием цифровых технологий

3.2 Получение и обработка цифровой информации о поверхности колодки

3.3 Воспроизведение трехмерной модели

3.4 Воспроизведение трехмерной сеточной модели со сложной формой поверхности в среде 3D Software Object Modeller

3.5 Погрешности при восстановлении поверхности сложной

формы

Выводы по разделу

ГЛАВА 4. БЕСКОНТАКТНЫЙ ОБМЕР И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ТРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ СТОПЫ

4.1 Получение и обработка фотографической информации стопы

4.2 Воспроизведение трехмерной модели стопы

4.3 Определение геометрических параметров стопы

Выводы по разделу

Общие выводы по работе

Список литературы

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизированная система бесконтактного обмера и обработки данных поверхности стопы»

Введение

Одним из наиболее важных и перспективных направлений научно-технического прогресса является автоматизация инженерного труда. Бурное развитие технической кибернетики и вычислительной техники позволяют в настоящее время решать вопросы, касающиеся создания системы комплексной автоматизации всех основных этапов производственного процесса включая и этапы инженерного труда.

Существующие механизмы получения антропометрических параметров стопы человека представляют собой трудоемкий и длительный процесс. Большинство существующих методов и аппаратных средств получения антропометрических данных отличаются технической сложностью, громоздкостью устройств, высокой стоимостью и требуют дорогостоящего обучения операторов, применения специального оборудования и программного обеспечения.

Антропометрическую информацию получают различными способами, обеспечивающими достаточную точность и полноту измерений, отличающихся скоростью считывания данных. Точность отображения полученных данных во многом определяется взаимодействием измерительного устройства со стопой. Контактные методы не обеспечивают достаточного быстродействия и с трудом поддаются автоматизации. При бесконтактных способах обмера стопы отображение поверхности исследуемого тела осуществляется без соприкосновения измерительных инструментов, что в конечном результате сказывается на точности полученных геометрических данных. Большинство современных бесконтактных методов обеспечивают возможность экспорта полученных данных в ЭВМ, однако обладают рядом недостатков, к которым относятся: необходимость использования поправочных коэффициентов в традиционной и цифровой фотограмметрии, слож-

ность настройки оборудования и влияние качества используемого оборудования на точность измерений, необходимость использования громоздких математических формул и создание специальных программных продуктов.

Цель и задачи работы.

Целью диссертационной работы является совершенствование процесса обмера колодок на основе разработки комплекса бесконтактного обмера стоп, обработки полученных данных, автоматизированного воспроизведения поверхности обувной колодки.

Для достижения поставленной цели в диссертации:

> проведен анализ бесконтактных методов получения антропометрических данных отечественными и зарубежными исследователями, выявлены основные направления их развития;

> реализован разработанный усовершенствованный бесконтактный метод получения антропометрических параметров стоп;

> разработаны:

- мобильная компактная установка для бесконтактного обмера стоп;

- метод воспроизведения трехмерной модели колодки и стопы;

- метод определения периметров и площадей как стандартных, так и произвольных сечений стопы и колодки;

Методы исследования.

В работе использованы базовые положения системно-структурного и объектно-ориентированного подхода; методы математической интерполяции и аппроксимации линий поверхностей, начер-

тательной и аналитической геометрии. На отдельных этапах исследования в работе использованы основные положения, разработки САПР, методы проектирования систем визуальной информации, теоретические положения конструирования изделий из кожи.

Объектом исследования является стопа человека, а в качестве "эталонного " тела со сложной формой поверхности, на котором отрабатывали методику измерений, была выбрана обувная колодка.

Научную новизну диссертации составляют разработанные:

> метод бесконтактного обмера;

> комплекс бесконтактного обмера стоп;

> алгоритм воспроизведения трехмерной поверхности по фотографической информации;

> метод определения периметров и площадей стандартных и произвольных сечений.

Практическую значимость работы представляют:

> установка для бесконтактного обмера стопы;

> надежная, компактная и транспортабельная конструкция для бесконтактного обмера стопы;

> алгоритм последовательного воспроизведения трехмерной модели колодки и стопы;

> алгоритм определения периметров и площадей стандартных и произвольных сечений стопы и колодки.

Реализация результатов работы. Создан бесконтактный измерительный комплекс на основе лазерных источников излучения. Реализован разработанный алгоритм воспроизведения трехмерной моде-

ли стопы и колодки. Разработан и реализован алгоритм определения геометрических параметров не только стандартных сечений, но под произвольным углом наклона.

Апробация и внедрение результатов работы. Основные положения и результаты диссертации были доложены и получили положительную оценку на заседаниях кафедры художественного моделирования, конструирования и технологии изделий из кожи Московского государственного университета дизайна и технологии, на 58,60,61,62 и 63 научных конференциях студентов и аспирантов МГУДТ «Молодые ученые - XXI веку» (г. Москва, 2006 - 2011 гг.), Пмеждународной научно-практической конференции «Инновационные и наукоемкие технологии в легкой промышленности», посвященной 80-летию МГУДТ (г. Москва, 2010 г.).

Публикации. Основные положения проведенных исследований изложены в 11 -ти публикациях, 4 из которых напечатаны в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, выводов по каждой главе, выводов по работе, списка литературы, приложения. Объём диссертации составляет 147 страниц текста, 80 рисунков, 6 таблиц. Список использованной литературы содержит 99 наименований, российских и зарубежных авторов.

Заключение диссертации по теме «Технология кожи и меха», Лаптев, Александр Александрович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Показано что оборудование для бесконтактного обмера является технологически сложным продуктом, которое требует бережного отношения, долгой настройки и подготовки оборудования перед процессом обмера стопы и колодки.

2. Создан компактный, мобильный, надежный комплекс для проведения бесконтактного обмера тел со сложной формой поверхности. Произведены настройки оборудования.

3. Разработана структура расположения оборудования в активном состоянии. Проведены серии обмеров обувных колодок разных типов и размеров.

4. Предложен способ предварительной обработки фотографий для последующего программного воспроизведения модели стопы и колодки.

5. Разработан и реализован метод ручного воспроизведения тела со сложной формой поверхности. Предложена формула для расчета "глубины картины".

6. Разработан алгоритм последовательного моделирования трехмерной модели колодки и стопы с использованием отдельных элементов программной среды компании «Аскон». Произведена работа по устранению погрешностей обмера.

7. Достоинством полученной модели является возможность её экспорта в другие программные продукты для дальнейшего анализа.

8. Разработанный нами алгоритм дает возможность выбора метода аппроксимации (линейно-кусочная, кубическими сплайнами, полиномами).

9. Программно реализован разработанный алгоритм определения геометрических параметров стандартных и произвольных сечений тел со сложной формой поверхности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лаптев, Александр Александрович, 2012 год

Список литературы

1. Фукин В. А. Теоретические основы проектирования внутренней формы обуви. МГУДТ, М. 2000, 188 с.

2. Пашаев Б. С. Исследование и разработка метода получения обобщенных антропометрических данных с использованием бесконтактных способов обмера и ЭВМ. Дисс .к.т.н., М, 1982.

3. Пашаев Б. С, Фаминцин Б. М. Аппаратура для стереофотографической съемки плантарной части стопы. Ж. Кожевенно-обувная промышленность. 1978. №7. с. 49-50.

4. Лазерное оптическое и спектрамное прибостроение. Под ред. А.Д.Широнакова. Минск 1983, 223 с.

5. Patent N 5671055 (USA). Apparatus, system and method for laser measurement of an object shape. 23.9.1997.

6. Фукин В. А. Исследование и разработка метода проектирования внутренней формы обуви. Дисс., к.т.н., М., 1967. 186с.

7. Фарниева О. В. Разработка внутренней формы обуви для женского населения прибалтийских социалистических республик. Дисс. к.т.н., М., 1957.

8. Кочеткова Т. С, Ключникова В. М. Антропометрические и биомеханические основы конструирований изделий из кожи. М: Легпромбытиз-дат., 1991,190с.

9. Патент США № 37188.

10. Патент США№ 38834029.

11. Патент Англии № 1254424.

12. Патент Англии № 120091.

13. Патент Франции № 2103740.

14. Патент Франции № 1597634.

15. Патент Франции № 2048081.

16. Комиссаров А. Г., Голанд A. JL, Петренко В. Н. Современные средства измерения стопы и колодки. М., 1994, 43с.

17. А. С. 539576 СССР, МКИ А 43 DI/02, А61 В5/10. Прибор для определения формы стопы. БИ 1976, N 47.

18. Патент N 4604870 США. Способ и устройство для электронного измерения стопы. Опуб. 12.08.86. 48. Patent № 6289107 (USA).

19. Apparatus and method of measuring human extremities using peripheral illumination techniques. 11.9.2001.

20. Патент N 4538353 США. Электронное устройство для обмера стопы.

21. Опубликован 03.09.85. 50. Patent № 4662079 (USA). Process and apparatus for forming customized footwear. 05.05.1987.

22. http://www.aicon3d.com/press/press-comments.html [Электронный ресурс]

23. http://www.tesis.com.ru/equip/vstars/vstars_s8.php [Электронный ресурс]

24. Фукин В. А., Зыбин Ю. П. Бесконтактный метод получения контуров сечений со стопы и колодки. В кн. сб. трудов МТИЛП, М. 1967, вып. 33, с 142 - 146.

25. Омельченко H. М. Исследование и дальнейшая разработка метода проектирования внутренней формы обуви. Дисс., к.т.н., М., 1977.

26. Зыбин Ю. П. и др. Практикум по конструированию изделий из кожи. М. Легкая индустрия. 1972. с 320.

27. Стребельский Н. В. Разработка манекена для конструирования и контроля качества посадки мужской верхней одежды. Дисс., к.т.н., М., 1969.

28. Амонова 3. Т., Фаминцин Б. М., Коблякова Е. Б. Бесконтактный метод использования женских фигур для создания манекенов корсетных изделий. Эспресс инормации ЦНИИТЭИ - легпрома, 1976, № 7, с. 1-10. 62.

29. Шарован Н. И. и др. Использование возможности применения сте-реофотограмметрии при снятии мерки и конструкции обуви по индивидуальным заказам. Материалы конференции. Кишинев, 1974

30. http://www.cybercom.ru/products/aicon-systems/moveinspecthr [Электронный ресурс]

31. Ду Цзинь Сун. Разработка метода измерения и методики проектирования поясных изделий на конкретные фигуры. / Дисс., - 2005, 129 с.

32. http://www.aicon3d.de/ [Электронный ресурс]

33. Козачок А. Г., Солодин Ю. Н. Голографические методы измерений. Новосибирск. 1985, 76 с.

34. Новейшие использования лазера. Ханой, «Наука и техника», 2003

35. Родэ С. В. Разработка установки для исследования деформаций го-лографическим методом. / Доклад на юбилейной научной конференции МТИЛП. 1980 г.

36. Родэ С. В., Мягков В. Е. Голографическое исследование колебаний низких и инфранизких частот. / Тезисы доклада на конференции "Опыт исследования быстропротекающих процессов в механике и технологии текстильных машин". Пенза. 1981 г.

37. Родэ С. В., Мягков В. Е. Применение голографических методов к задачам технологии швейного производства. Сб. научн. трудов МТИЛП Проектирование и производство швейных изделий. Москва, стр. 67-81, 1982 г.

38. Родэ С. В., Морозов М. А. Получение голографических топограмм обувной колодки. Сб. научн. трудов МТИЛП Совершенствование техники и технологии и улучшение качества изделий легкой промышленности. Москва, стр. 98-101, 1986 г

39. www.zcorp.com/ru/ [Электронный ресурс]

40. http://polhemus.com/ [Электронный ресурс]

4L Киселев С. Ю., Родэ С. В. Методика получения информации о план-тарной поверхности стопы с помощью муар-эффекта. Сб. научн. трудов МТИЛП Техника, технология и улучшение качества изделий легкой промышленности. Москва, стр. 10-13, 1990г.

42. Клякотко H. М., Родэ С. В. Применение муар-эффекта для конструирования обуви специального назначения. КОП. 3, 1993 стр. 34-36.

43. Родэ С. В., Киселев С. Ю. Бесконтактный обмер стопы с использованием муар-эффекта. Доклад на всероссийском семинаре Лазеры в технологических системах, г. Пушкин 1994г.

44. Миронов В. П., Борисов А. В., Родэ С. В., Нуртдинов Д. И. Автоматизация процесса оконтуривания топографических линий муаровой картины. \ Тезисы доклада на всероссийской научно-технической конференции - Фотометрия и ее метрологическое обеспечение М. 1996г, стр.58.

45. Миронов В. П., Борисов А. В., Родэ С. В., Нуртдинов Д. И. Автоматизация процесса обработки муаровой картин". KOIT №3, 1997 г, стр. 31-33.

46. Родэ С. В., Привалов А. А., Нуртдинов Д. И. Совершенствование процесса автоматизации обработки муаровой картины. КОП, №5, 1997г, стр. 15-16.

47. Киселев С. Ю. Разработка элементов САПР технологической оснастки обуви. Дисс., к.т.н., М. МТИЛП, 1990,173 с.

48. www.breuckmann.com/ [Электронный ресурс]

49. Олег Татарников // Журнал Компьютер Пресс. 2001, № 7 С. 139; 2002, № 12. С. 15-17, №9. С. 18-20; 2003, № 11. С. 14-22.

50. Pat. 5671055 USA. Apparatus, system and method for laser measurement of an object shape. 1997.

51. Pat. 5712803 USA. Method of acquiring and digitizing objects through a transparent wall. 1998.

52. www.renishaw.com w.graphics.stanford.edu; w.simple3d.com [Электронный ресурс]

53. w.nvision3d.com; w.arrowscan.com; w.iqvolution.com; w.profsurv.com; w.agocg. ac.uk; w. sharpshape.com; w. vorum.com/Footware_Systems; w.laserfit.com; .shoemaster.co.uk; w. virtual3dtech.com; www.3ddigitalcorp.com; w.shapegrabber.com [Электронный ресурс]

54. http://www.delcam.com/ [Электронный ресурс]

55. http://www.shoemaster.co.uk/index.php?option=com_content&view=arti cle&id;=96&Itemid=245&lang=en [Электронный ресурс]

56. http://www.shoemaster.co.uk/index.php?option=com_content&view==arti cle&id=l 22&Itemid:=217&lang=en [Электронный ресурс]

57. http://www.ideas.be/2Dscanner_3Dscanner_PodoView_DigiTab_FootSca nner_FTSl_FTS2_FTS4_SoleScanner_ArmScanner_2D_scanner_3D.aspx [Электронный ресурс]

58. http://www.indiamart.com/aryan-cadcam/ [Электронный ресурс]

59.Долматовский Г. В. Методика теоретической разработки поверхностей. М.: ВНИИТЭ, 1970г.

60.Кузнецов Н. С. Начертательная геометрия. М., 1981г.

61.Котов И. И. и др. Алгоритмы машинной графики. М., 1977г.

62.Фукин В. А. и др. Теоретические основы геометрического моделирования поверхности обувной колодки. М., 1992г.

63.Фукин В. А. и др. О математической модели поверхности колодки // Ко-жевенно-обувная промышленность. 1979. №7. С. 53-55.

64.Петров С. В., Медведева Т. В. Авторское свидетельство на программный продукт №920078. Программа синтеза цифровых моделей поверхностей объектов сложной формы.

65.Фукин В. А. Теоретические основы проектирования внутренней формы обуви.-М.: МГУДТ, 2000., 188 с.

66.Яковлев Б. А. и др. Влияние исходных данных на точность аппроксимации тригонометрическими полиномами // Изв. вузов. Технология легкой промышленности. 1977, № 3., С 56-59.

67.Яковлев Б. А. и др. Составление математической модели контура стельки на основе тригонометрических полиномов. //Кожевенно-обувная промышленность. 1979, № 7., С. 53-55.

68.Фукин В. А., Буй В. X. Развитие теории и методологии проектирования внутренней формы обуви. - М.: Изд. Московского государственного университета дизайна и технологии, 2006.-214 с.

69.Фукин В. А., Соловьев Н. Л. Применение тригонометрического интерполирования для серийного проектирования поперечных сечений обувной колодки с использованием ЗЦВМ // Кожевенно-обувная промышленность. 1974, №1. С. 46-49.

70.Фукин В. А., Омельченко Н. Н. Радиусографическое построение серии контуров поперечно-вертикальных сечений обувных колодок // Изв. вузов. Технология легкой промышленности. 1978. № 2. С. 92-95.

71. Бопеев А. Д. Фукин В. А., Зыбин Ю. П. Метод радиусографической аппроксимации поперечного сечения обувной колодки // Изв. вузов. Технология легкой промышленности. 1973. № 1. С. 76-78.

72.Фукин В. А., Костылева В. В., Лыба В. П. Проектирование обувных колодок. -М.: Легпробытиздат, 1987. 85 с.

73.Гараев М. М. Разработка подсистемы автоматизированного проектирования и изготовления оснастки для каркасных формованных деталей обуви. Автореферат, дис. на соискание учен, степени канд. тех. наук. М., 1999.

74.Шарипова Е. И. Автоматизация проектирования внутренней формы обуви. Автореф. дис. на соискание учен, степени канд. тех. наук. М.: МГУДТ, 2002.

75.Семенов А. А. Автоматизированное проектирование технологической оснастки обувного производства. - М.: МГУДТ, 2001. 152 с.

76.Добрышман Е. М., Фукин В. А, Костылева В. В., Рогожин А Ю. Аппроксимация сплайнами контуров сечений обувной колодки // Изв. вузов. Технология легкой пром-сти. 1981. № 2. С. 73-75.

77. Кисел ев С. Ю. Разработка элементов САПР технологической оснастки обуви. Автореф. дис. на соиск. учен, степ, канд. техн. наук. М.: МТИЛП, 1990. 173 с.

78.Киселев С. Ю. Автоматизированное проектирование и изготовление технологической оснастки для производства обуви и протезно-ортопедических изделий. - М.: МГУДТ, 2003. 126 с.

79.Сторожева М. В. Проектирование внутренней формы обуви на основе машиной графики. Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. М., 1987. 169 с.

80.Меледин А. Б., Журба Ю. И. и др. Справочник фотографа. М.: Легпром-бытиздат, 1989г.

81.Шашлов Б. А. Теория фотографических процессов. МГАП. //Мир книги. 1993г.

82.Покровская О. В. Метод проектирование одежды на основе визуализации внешнего облака заказчика: Дис., к.т.н. МГУДТ., 2002г.

83.Дэвид Буш. Цифровая фотография и работа с изображением. М., 2004г.

84. А. Н. Божко. Photoshop CS самоучитель. М., 2004г.

85. Тучкевич Евгения. Adode Photoshop CS5, БХВ-Петербург, 2011 г.

86.Кен Милберн, Рон Рокуэлл, Марк чемберс. Цифровая фотография библия пользователя. М., 2003г.

87. Лаптев А. А. Погрешности при восстановлении поверхности сложной формы [Текст] // Тезисы докл. 61-й науч. конф. студ. «Молодые ученые - XXI веку». - 2009. - С. 186,187.

88. Шляхтина С. Объемные модели из фотографий [Текст] // Компьютер Пресс.- 2006.- №9 - С. 23-28.

89. http://www.real2virtual.com/modspec3.htm [Электронный ресурс].

90. http://www.anything3d.com [Электронный ресурс].

91. http://www.photomodeler.com [Электронный ресурс].

92.Акилова 3. Т. Проектирование корсетных изделий. М., 1979г.

93.Николай Полещук. Auto CAD 2004 разработка приложении и адаптация. Санкт-Петербург. 2004г.

94.Шилова Г. М., Хрящев В. Г. Моделирование и создание Auto CAD. Санкт-Петербург. 2003г.

9 5. Мише ль Матоссян. 3DS МАХ для windows. M., 2004г. 96.Эрон Росс. Освоение 3ds Мах 5. М. 2004г.

97.Кундерт-Гиббс Дж„ Освоение Maya 8.5, M. 928 е.,2007 г.

98.Дэн Аблан. LightWave 6/7. M., 2003г.

99. Гуревич А. Б. Учебник аналитической геометрии для втузов /А. Б. Гуре-вич. - М.: Физматгиз, 1953 - 163с.