Системы технического зрения для легкой промышленности

Технические науки/ 12.Автоматизированные системы управления на производстве.

к.т.н., доц. Петросова И.А., д.т.н., проф. Андреева Е.Г.

Московский государственный университет дизайна и технологии (МГУДТ)

Разработка системы технического зрения для легкой промышленности

Система Технического Зрения (СТЗ) предназначена для автоматического распознавания, определения координат, контроля внешнего вида объектов произвольной формы и включает в себя аппаратные и программные средства, которые позволяют получить высокую производительность и быстродействие работы оборудования .

В настоящее время системы технического зрения широко используются в медицине, физике, криминалистике, тяжелой промышленности, геологии, торговле и т.д.

В легкой промышленности также нашли свое применение системы технического зрения в виде систем, обеспечивающих получение точных размерных признаков и изучения формы поверхности тела человека, а в обувной промышленности для изучения формы и размерных характеристик конечностей.

Система технического зрения включает в себя следующие элементы:

· Know-how - основа системы, позволяющая получать точные размерные характеристики, как правило, это способ определения метрических величин по полученной с помощью считывающих устройств исходной информации;

· оборудование для бесконтактного получения информации о форме поверхности объекта, а именно разные типы считывающих устройств и систем трехкоординатного сканирования: оптических, электромагнитных, лазерных и т.д;

· программное обеспечение, позволяющее осуществлять получение, улучшение качества и предварительную обработку данных, с последующим анализом, и возможностью осуществлять управляющее воздействие с целью отображения результатов в виде доступном для экспорта в современные САПР;

· устройства для обработки и отображения полученной информации (компьютер);

· управляемое оборудование, с помощью которого осуществляется запись данных, осуществляется контроль и в случае необходимости, подается сигнал об отклонениях в процессе измерения.

Основным назначением систем технического зрения является получение исходной информации о форме поверхности объекта и его размерных характеристиках. Для этого используются внешние специализированные устройства ввода информации или считывающие устройства разных типов.

В легкой промышленности системы технического зрения позволяют получить исходную информацию, которая может быть использована для:

· определения размерных признаков фигуры человека в автоматическом или интерактивном режиме для целей конструирования одежды и обуви;

· построения 2D и 3D модели фигуры человека и его конечностей;

· построения художественного и технического эскиза модели изделия;

· визуализации фигуры индивидуального потребителя для адресного проектирования одежды с учетом внешнего облика и особенностей телосложения;

· построения 2D и 3D модели готового изделия на фигуре индивидуального потребителя.

По способу использования в автоматизированном производстве СТЗ могут быть разделены на:

· встраиваемые в технологическое оборудование;

· размещаемые стационарно в качестве измерительных станций рядом с рабочим местом конструктора;

· размещаемые удаленно в центре приема заказов, в этом случае информация о размерных признаках индивидуальной фигуры, может быть экспортирована в систему САПР с помощью удаленного доступа через Интернет.

Первая российская система технического зрения (система трехмерного сканирования МГУДТ) для легкой промышленности создана в Московском государственном университете дизайна и технологии на кафедре художественного моделирования, конструирования и технологии швейных изделий, при содействии Министерства промышленности и торговли РФ. В основе работы использован мусурометрический метод оцифровывания трехмерных объектов и измерения размерных параметров [1]

Трехмерная система сканирования МГУДТ состоит из материальной части, включающей серийно-выпускаемую цифровую аппаратуру, и программного обеспечения [2] позволяющего использовать оборудование в качестве измерительного комплекса.

В состав комплекса входят:

1) 12 камер, расположенных по дуге окружности под углом 15° к друг другу;

2) платформа для фигуры;

3) специальный фон, расположенный по дуге окружности за объектом;

4) система синхронизации работы оборудования, управляемая дистанционно;

5) компьютер и монитор.

Принципиальная схема размещения оборудования в стационарной трехмерной системе сканирования и внешний вид приведены на рис1.

Рис.1. Принципиальная схема стационарной системы трехмерного сканирования (а) и внешний вид трехмерной системы сканирования МГУДТ (б)

Система выполняет следующие функции: 1)получение информации со считывающих устройств или внешнего носителя для генерации трехмерной модели; 2)построение и отображение сгенерированной трехмерной модели; построение и отображение сечений сгенерированного трехмерного изображения в горизонтальной, фронтальной и сагиттальной плоскостях; 3)измерение расстояний на поверхности сканированного изображения между любыми точками сканированной модели в интерактивном режиме; 4)измерение проекционных, обхватных и дуговых размерных признаков; 5)сохранение результатов измерений; экспорт полученных данных в системы автоматизированного проектирования одежды.

Программа разработана как кроссплатформенная, т.е. может быть установлена под разными операционными системами: Windows, Linux, MacOS.

Сканированная фигура отображается на экране монитора в виде построенного через указанную точку сечения с правой стороны и трехмерного изображения с левой стороны (рис.2). При дальнейшей работе можно вращать и масштабировать модель в правой и левой стороне области, выбирая любые необходимые точки для проведения измерений.

Рис. 2 Изображения сканированной фигуры

Технические характерситики системы трехмерного сканирования МГУДТ приведены в табл.1.

Таблица 1.

Технические характеристики системы трехмерного сканирования МГУДТ

№	Наименование характеристики	Значение показателя
1	Формат сохраняемых данных и объем информации (мБ)	Стандартный: текстовый (строка на точку). Объем информации для одного изображения: не архивированный – около 1 МБ, в архиве - 55 Кб
2	Экспорт в форматы	IV, CGM, PLY, DXF (в перспективе STL и OBJ).
3	Количество точек в облаке	Около 300 тысяч, в зависимости от площади поверхности фигуры.
4	Возможность автоматического или интерактивного определения антропометрических точек	Интерактивная: прямой выбор точек указанием мыши или выбор сечения, а затем на нём точек.
5	Возможность измерения расстояний между случайно выбранными точками	Существует
6	Положение сканируемой фигуры (поза измеряемого)	Стоит прямо, без напряжения, сохраняя привычную осанку, руки опущены вдоль тела, кисти сжаты, в руках ограничители, не позволяющие рукам прикасаться к телу. Ноги слегка раздвинуты. Позиция стоп обозначена на платформе.
7	Время сканирования и последующей обработки информации	Время сканирования - 1/400 секунды (снимок). Время обработки информации, включая генерацию трехмерной модели - 1-30 минут (в зависимости от настроек).
8	Возможность импорта результатов в САПР	Существует
9	Габаритные размеры	Помещение с площадью - не менее 9 м²
10	Внешние условия, требования к внешнему освещению	Необходимо отсутствие на человеке предметов одежды синего цвета. Затемнение помещения не требуется
11	Погрешность измерения длин, обхватов	Для длин - не более 1 мм, для обхватов - не более 2 мм

Разработанные системы трехмерного сканирования являются составной частью единой САПР одежды в трехмерной среде. САПР предназначена для проектирования внешней формы и конструкций базовых моделей женской плечевой и поясной одежды в виртуальной среде на основе информации, полученной с помощью систем трехмерного сканирования МГУДТ. При проектировании конструктору предоставляется возможность использования новых, выбора архивных или типовых размерных признаков фигуры, вида и силуэтного решения модели одежды, дополнительных параметров.

Литература

1. Патент РФ № 2311615 РФ «Способ бесконтактного определения проекционных размеров объекта и получения его трехмерной модели», Петросова И.А., Коблякова Е.Б. бюл. №33, 2007.

2. Программа для ЭВМ № 2010617018 «Бесконтактный измерительный комплекс» Петросова И.А, Андреева Е.Г, Клочков Р.С. Свидетельство о регистрации от 20.10.2010г.