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Medição Ăłptica, comparação e sinalização de superfĂcies com forma livre de grande extensĂŁo
Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de TecnolĂłgico, Programa de PĂłs-Graduação em Engenharia MecĂąnica, FlorianĂłpolis, 2010Muitas superfĂcies, como cascos de navio, "carenagens" de automĂłveis e aeronaves, assim como pĂĄs de rotores de turbinas hidrĂĄulicas ou de aerogeradores sĂŁo tĂpicos exemplos de superfĂcies com forma livre. Como qualquer peça produzida pela industria, peças que contenham superfĂcies livres tambĂ©m devem ser medidas para realizar seu controle geomĂ©trico, garantindo assim que a função do produto seja realizada de forma satisfatĂłria. Sistemas Ăłpticos de medição sĂŁo cada vez mais utilizados para a medição de superfĂcies livres. Isto se deve ao fato de mediçÔes por princĂpios Ăłpticos possuĂrem diversas vantagens: (a) medição sem contato; (b) rapidez de medição, onde milhĂ”es de pontos podem ser medidos em poucos segundos; (c) relativa portabilidade e (d) incertezas de medição comparĂĄveis a sistemas de medição com contato. Um sistema Ăłptico portĂĄtil, capaz de realizar a medição de superfĂcies livres de grande extensĂŁo, comparĂĄ-las com superfĂcie de referĂȘncia e ainda sinalizar localmente parĂąmetros de interesse atravĂ©s da projeção de mapas de cores na prĂłpria superfĂcie, foi desenvolvido no Ăąmbito da tese. O sistema funde os princĂpios de visĂŁo estĂ©reo passiva e ativa. Alvos circulares sĂŁo utilizados para concatenar nuvens de pontos tridimensionais em relação a um sistema de coordenadas global. Algoritmos desenvolvidos realizam o cĂĄlculo destas nuvens de pontos de forma intrinsecamente estruturada em uma Ășnica malha regular, possibilitando ainda utilizar um nĂșmero qualquer de cĂąmeras e um projetor de luz estruturada. A calibração do projetor, como uma cĂąmera invertida do ponto de vista da Ăłptica geomĂ©trica, possibilita calcular e projetar um mapa de cores na prĂłpria superfĂcie auxiliando o controle dimensional e o acompanhamento de intervençÔes. AvaliaçÔes experimentais, utilizando diversos tipos de padrĂ”es geomĂ©tricos e superfĂcies livres calibradas, demonstram a viabilidade e as vantagens de utilização dos mĂ©todos propostos.Many surfaces, such as ship hulls, fairing of automobiles and rotors of water or wind turbines are typical examples of free form surfaces. Like any pieces produced by industry, parts that contain free form surfaces should also be measured, to ensure that the product function is performed satisfactorily. Optical measuring systems are increasingly used for the measurement of free form surfaces. Measurement by optical principles have several advantages: (a) non-contact measuring, (b) speed of measurement, where millions of points can be measured in seconds, (c) high portability and (d) measurement uncertainties are comparable to contact measurement systems. A portable optical system, capable of measuring free form surfaces over large areas, comparing them with reference surfaces and locally project color maps on the surface to signal parameters of interest, was developed within the thesis. The system merges passive and active stereo vision. Circular targets are used to concatenate three-dimensional point clouds for a global coordinate system. Algorithms perform the calculation of these point clouds intrinsically structured into a single regular mesh, allowing also the use of any number of cameras and a structured light projector. The calibration of the projector, as an inverted camera, allows to calculate and design a color map, to signalize the surface, helping the dimensional control and monitoring of interventions. Experimental evaluations, using diferent kinds of geometric patterns and calibrated free form surfaces demonstrate the feasibility and the advantages of using the proposed methods