[pt] Imprescindível para quaisquer aplicações de visão computacional ou realidade aumentada, a calibração de câmera é o processo no qual se obtém os parâmetros intrínsecos e extrínsecos da câmera, tais como distância focal, ponto principal e valores que mensuram a distorção ótica da lente. Atualmente o método mais utilizado para calibrar uma câmera envolve o uso de imagens de um padrão planar em diferentes perspectivas, a partir das quais se extrai pontos de controle para montar um sistema de equações lineares cuja solução representa os parâmetros da câmera, que são otimizados com base no erro de reprojeção 2D. Neste trabalho, foi escolhido o padrão de calibração aneliforme por oferecer maior precisão na detecção dos pontos de controle. Ao aplicarmos técnicas como transformação frontal-paralela, refinamento iterativo dos pontos de controle e segmentação adaptativa de elipses, nossa abordagem apresentou melhoria no resultado do processo de calibração. Além disso, propomos estender o modelo de otimização ao redefinir a função objetivo, considerando não somente o erro de reprojeção 2D, mas também o erro de colinearidade 2D. / [en] Crucial for any computer vision or augmented reality application, the camera calibration is the process in which one gets the intrinsics and the extrinsics parameters of a camera, such as focal length, principal point and distortions values. Nowadays, the most used method to deploy the calibration comprises the use of images of a planar pattern in different perspectives, in order to extract control points to set up a system of linear equations whose solution represents the camera parameters, followed by an optimization based on the 2D reprojection error. In this work, the ring calibration pattern was chosen because it offers higher accuracy on the detection of control points. Upon application of techniques such as fronto-parallel transformation, iterative refinement of the control points and adaptative segmentation of ellipses, our approach has reached improvements in the result of the calibration process. Furthermore, we proposed extend the optimization model by modifying the objective function, regarding not only the 2D reprojection error but also the 2D collinearity error.

[pt] O Método dos Elementos Discretos (Discrete Element Method - DEM) é uma técnica numérico computacional capaz de simular o comportamento macroscópico de um material via solução das equações do movimento de seus constituintes. Para uma correta predição deste comportamento são informados, como dados de entrada, as características mecânicas dos elementos: os chamados microparâmetros. Contudo, não existe uma receita que determine estes microparâmetros baseados somente nas respostas macroscópicas do material simulado, necessitando de um passo adicional conhecido como Calibração. Tentativa e erro, um método ineficiente por conta de seu fator de escala desfavorável, é o mais comumente utilizado nesta etapa. Este trabalho propõe uma nova abordagem utilizando-se do método de otimização global Generalized Simulated Annealing, minimizando-se a área quadrática normalizada entre as curvas experimentais e calculadas de tensão-deformação axial e deformações volumétrica-axial simultaneamente. Foram efetuadas comparações via ensaio triaxial para dados sintéticos e reais cujos resultados demonstram o aproveitamento e aplicabilidade da técnica proposta. / [en] The Discrete Element Method (DEM) is a numerical computational technique that simulates the macroscopic material behaviour by solving the equations of motion of its constituents. For a correct prediction of this behaviour, are set as input data the mechanical characteristics of the elements, the so-called microparameters. However, there is no recipe for determining these microparameters based solely on the macroscopic responses of the simulated material. It is required an additional step known as Calibration. The method widely used in this calibration is trial and error, although is an inefficient method due its unfavorable scale factor. This work proposes a new approach using the Generalized Simulated Annealing global optimization method, minimizing the normalized quadratic area between the experimental and calculated curves of the axial stress-strain and volumetric-axial deformations curves simultaneously. Comparison is done using triaxial tests for both synthetic and real data whose results demonstrate the usefulness and applicability of the proposed approach.

[pt] Esta dissertação tem por objetivo realizar a caracterização metrológica de scanners ópticos tridimensionais por projeção de luz estruturada com vistas à aplicação em ensaios de coletes balísticos. Técnicas de digitalização tridimensional vêm ganhando popularidade nas últimas décadas, entretanto o recente emprego de equipamentos de digitalização 3D em ensaios de coletes balísticos constitui uma nova aplicação para estes equipamentos, em especial na caracterização dos traumas originados pelos impactos de projéteis, o que motivou a realização do estudo. A metodologia empregada fundamentou-se nas pesquisas bibliográfica, documental, experimental e de laboratório que tiveram por objetivo coletar dados utilizando scanner por projeção de luz estruturada no contexto de ensaios de coletes balísticos e compará-los com valores de referência. Foram sugeridos processos de alinhamento, segmentação, filtragem e estabelecimento de planos de referência que se mostraram adequados ao tratamento das nuvens de pontos obtidas nos ensaios de coletes balísticos. Os resultados confirmaram os erros sistemáticos relatados na literatura para equipamentos de digitalização por luz estruturada e possibilitaram uma estimativa da incerteza de medição para o equipamento em questão. Concluiuse que os valores críticos de medição de traumas são corretamente medidos pelo instrumento de digitalização 3D e por meio da utilização do método sugerido para tratamento de nuvens de pontos neste contexto. / [en] This dissertation aims at performing the metrological characterization of three-dimensional optical scanners by structured light projection for application in ballistic vest tests. Three-dimensional scanning techniques have been gaining popularity in recent decades, however the recent use of 3D scanning equipment in ballistic vests testing is a new application for these devices, especially in the characterization of traumas caused by projectile impacts, which motivated the realization of the study. The methodology used was based on bibliographic, documentary, experimental and laboratory research aimed at collecting data using a structured light projection scanner in the context of ballistic vests tests and comparing them with reference values. Procedures for alignment, segmentation, filtering and establishment of reference planes were suggested, which proved to be adequate for the treatment of point clouds obtained from ballistic vest tests. The results confirmed the systematic errors reported in the literature for structured light scanning equipment and made it possible to estimate the measurement uncertainty for the equipment in question. It was concluded that the critical trauma measurement values are correctly measured by the 3D scanning instrument and by using the suggested method for treating point clouds in this context.

[pt] Atualmente nos veículos terrestres a melhora de seu desempenho é permanente. Esta melhora, em grande parte está relacionada com seus sistemas de controle. Para o desenho de sistema de controle, tais como, sistema eletrônico de estabilidade ou controle anti-capotagem é preciso prever o comportamento do veículo sob certas condições dinâmicas. Esta predição do comportamento dinâmico do veículo é feita por meio de modelos matemáticos que dependem diretamente de seus parâmetros, tais como a massa, a posição do centro da gravidade, os momentos de inércia entre outros. Tendo em consideração o contexto apresentado, os parâmetros dinâmicos do veículo tem um papel fundamental na melhora do desempenho do veículo, assim como a otimização de seus subsistemas. Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um procedimento de estimação dos parâmetros dinâmicos do veículo e a calibração do modelo matemático desenvolvido. Para o processo de estimação se desenvolvem dois modelos do veículo, um feito em MATLAB com 4 graus de liberdade (GDL) e ou outro é trabalhado como uma caixa preta (black-box), que é obtida por meio da biblioteca de ligações dinâmicas (DLL) de um programa de simulação veicular. Métodos de otimização, tais como Evolução Diferencial, Generalized Pattern Serach, Mesh Adaptative Pattern Search e Nelder Mead, são utilizados para estimar os parâmetros dinâmicos do veículo, isto por meio da minimização de um objetivo definido como a diferença entre a resposta real do veículo (obtida do programa de simulação veicular) e a calculada por cada método de otimização. Os parâmetros dinâmicos estimados com o melhor método de otimização, são inseridos no modelo matemático feito em MATLAB para calibrar o modelo. Finalmente, o modelo já calibrado é simulado com diferentes manobras para comprovar a robustez do método e a coerência dos parâmetros estimados. / [en] Nowadays, performance improvement on ground vehicles is prefominant. This improvement is highly correlated with its control systems. To design its control system, with parts as electronic system for stabilization or anti-rollover control, it is necessary to provide the behavior of the vehicle in certain dynamics conditions. This prediction, of the dynamics behavior of the vehicle, is done by mathematical models that depend directly on its dynamics parameters such as gravity center position, inertia moments, among others. Taking into account the actual background, dynamics parameters of the vehicle have an importante role in the improvement of vehicle s performance, as well as in the optimization of its subsystems. This thesis presentes the vehicle and calibration of the mathematical model developed. For the estimation step, two vehicle models were developed, the first one was done in MATLAB with 4 DOF and the other was treated as a black box, which is obtained by Dynamic-Link Libraries (DLLs) from the free vehicular simulation software. Optimization methods, such as Differential Evolution, Generalized Pattern Search, Mesh Adaptive Pattern Search and Nelder Mead, were used to estimate vehicle s dynamics parameters. The fitness function is defined as a difference between the real response of the vehicle (given by vehicular simulation software) and one calculated with each optimization method. The dynamics parameters estimated with the best optimization method are input for the mathematical model developed in MATLAB to calibrate the model. Finally, the calibrated model is simulated with different maneuvers, this is done to test the robustness of the method and the coherence of estimated parameters.

[pt] A representação do comportamento de materiais elastoplásticos a partir de modelos com múltiplas superfícies de plastificação é uma alternativa para representar o comportamento de materiais como concreto, rochas e solos, que apresentam diferentes tipos de resposta não linear, a depender do estado de tensão atuante. No entanto, o emprego desses modelos requer a definição de muitos parâmetros que, por vezes, não possuem significado físico. Além disso, a implementação de modelos elastoplásticos com multiplas envoltórias traz complexidades adicionais. O emprego desse tipo de modelo requer um esquema robusto de integração das equações de evolução das variáveis plásticas. Nessa pespectiva, é apresentado um algoritmo de mapeamento de retorno baseado em um método de otimização sem restrições, o método de Newton-Raphson com busca unidimensional. Propõe-se uma expressão para o tensor constitutivo elastoplástico consistente para modelos com múltiplas superfícies de plastificação. Adicionalmente, apresenta-se uma metodologia de calibração dos parâmetros de tais modelos a partir da solução de um problema de otimização, solucionado via algoritmo genético. Para melhor compreender os parâmetros envolvidos nesse algoritmo, desenvolve-se um estudo paramétrico, solucionando uma série de problemas de otimização global. A robustez e eficácia dos algoritmos são avaliadas por meio de aplicações, dentre elas algumas disponíveis na literatura, num modelo constitutivo idealizado para concreto, rochas e solos: Cap Model. Por fim, calibrase tal modelo, considerando dados experimentais disponíveis na literatura. Assim, este trabalho tem como objetivo contribuir para viabilizar o emprego de modelos elastoplásticos complexos em problemas de engenharia. / [en] Elastoplastic models with multiple plastic surfaces is an alternative to represent the nonlinear behavior of materials such as concrete, rocks and soils. The nonlinear response of these materials depends highly on the stress state. However, these models require the definition of many parameters which do not always have physical meaning. In addition, the implementation of elastoplastic models represented by multiple plastic surfaces brings additional complexities to the analysis. The use of this type of model requires a robust numerical integration scheme of the elastoplastic evolution equations. This work presents two contributions. The first contribution is a robust return mapping algorithm for a multisurface plasticity model in general stress space known as closest point projection algorithm. The return mapping algorithm is based on a numerical method for unconstrained optimization. In this scenario, it is adopted the Newton-Raphson method with line search. A consistent tangent modulus for multisurface plasticity is also proposed. The second contribution is a methodology for parameter calibration. This methodology is formulated as an optimization problem, with the solution obtained through a genetic algorithm. A parametric study is developed in order to better undestand specific parameters of the algorithm, solving global optimization problems. Robustness and effectiveness of the proposed algorithm are evaluated through numerical examples applied to a constitutive model used for modelling concrete, rocks and soils: Cap Model. Applications available in the literature are analysed. Lastly, the parameters of this model are calibrated using experimental data avaliable in the literature. Thus, this work aims at improving the feasibility of the use of complex elastoplastic models in engineering problems.

[pt] Esta pesquisa de mestrado tem por objetivo avaliar a confiabilidade metrológica de sensores eletrolíticos (eletroníveis) utilizados para determinar desvios angulares de elementos de estruturas de engenharia civil. A motivação pelo trabalho decorreu da percepção de que usuários de eletroníveis nem sempre consideram a importância do processo de calibração e das incertezas que lhe são associadas na confiabilidade de suas medições. A metodologia utilizada consistiu em avaliar, com o rigor metrológico, um processo de calibração de conjuntos de eletroníveis montados em uma barra rígida, porém pivotada em uma de suas extremidades assim permitindo deslocamentos angulares. O resultado das análises de dados de quatro calibrações típicas de um conjunto de 36 eletroníveis, agrupados de nove em nove, permitiu mostrar que a expressão das incertezas associadas à medição constitui-se em fundamento essencial para assegurar a confiabilidade metrológica dos eletroníveis, assim validando um método de descarte de eletroníveis fora da tolerância admissível para uma determinada aplicação em engenharia. Dentre as conclusões do trabalho foi possível qualificar o tratamento estatístico dos níveis de incerteza como uma estratégia suficientemente robusta para validar o eletronível como instrumento fidedigno para medição de ângulo com um nível de confiança adequado à sua aplicação em engenharia civil. / [en] This master s research aims to evaluate the metrological reliability of electrolytic tilt sensors (electrolevels) used to determine angular deviations of components of civil engineering structures. The motivation for the work arises from the perception that users of electronic devices do not necessarily consider the importance of the calibration process and the uncertainties that are associated to it in the reliability of their measurements. The methodology used consisted in evaluating, with the metrological rigor, a process of calibration of sets of eletronics mounted on a rigid bar, but pivoted at one of its ends thus allowing angular displacements. The result of the data analyzes of four typical calibrations of a set of 36 electrolevels, grouped in four batches of nine sensors each, allowed to show that the expression of the uncertainties associated with the measurement constitutes an essential fundament to assure the metrological reliability of the electrolevels, therefore validating a method of disposal of electrolevels outside the permissible tolerance for a given engineering application. Among the conclusions of the study, it was possible to qualify the statistical treatment of the levels of uncertainty as a sufficiently robust strategy to validate the electrolevel as a reliable instrument for angle measurement with a level of confidence appropriate to its application in civil engineering.

[pt] No Brasil, a medição de petróleo é regulada pela ANP e pelo INMETRO. O Regulamento Técnico de Medição de Petróleo e Gás Natural exige que os medidores de vazão de petróleo sejam calibrados nas condições mais próximas das encontradas no local de medição, tanto para o fluido (massa específica e viscosidade) quanto operacionais (vazão, pressão e temperatura). Replicar todas estas condições nos laboratórios de calibração nacionais é muito complicado e dispendioso. Assim, neste trabalho foram avaliados os comportamentos de 7 medidores Altosonic V calibrados com 5 tipos de fluidos (oural, condensat, fuel, heavy fuel e água). Os fatores de calibração dos medidores foram submetidos a avaliações estatísticas e curvas de calibração foram ajustadas buscando identificar possíveis tendências de comportamento. Após supor-se que vazões e viscosidades teriam influência na aleatoriedade dos fatores, chegou-se à conclusão que, utilizando as calibrações de fábrica (fingerprint) do medidor, que cobrem toda a faixa de viscosidade e vazão de medição com a utilização do número de Reynolds, os limites requeridos por norma de erros para medição fiscal de são atendidos. Assim, sugere-se que as verificações periódicas do Altosonic V sejam feitas com o fluido disponível no laboratório de calibração, observando a coerência dos fatores obtidos nesta calibração e na calibração inicial, buscando o atendimento aos limites legais da aplicação. / [en] In Brazil, the measurement of oil is regulated by ANP and INMETRO. The Technical Regulation for Petroleum and Natural Gas requires that the oil flow meters be calibrated in conditions close to those found at the measurement site, both regarding the fluid (density and viscosity) and operational conditions (flow rate, pressure and temperature). It is very difficult to replicate all these conditions in national calibration facilities and expensive too. Thus, this study evaluated the behavior of 7 Altosonic V meters calibrated with 5 types of fluids (oural, condensat, fuel, heavy fuel and water). The calibration factors of the meters were subjected to statistical evaluation and calibration curves were fitted looking for possible behavior trends. Supposing that flow rates and viscosities would influence randomly the factors, a conclusion was reached that, by using the factory meter calibrations (fingerprint), that cover the entire measurement range of viscosity and flow rates, by using Reynolds number, the required by norm fiscal measurement error limits are met. Thus, it is suggested that periodic checks of Altosonic V could be made with the fluid available in the calibration facility, verifying the consistency of the factors obtained in this calibration and in the fingerprint, aimed at complying with the legal limits of the application.

[pt] Os procedimentos de calibração de transdutores piezoelétricos, abordados pela base normativa de ensaios de munições leves, carecem de detalhes cruciais para assegurar a confiabilidade metrológica nas medições de pressão transiente dessas munições leves. Diante deste fato, cabe aos laboratórios, como requisito para a acreditação segundo a norma ISO/IEC 17025:2017, comprovarem a eficácia dos métodos empregados, sobretudo nas calibrações, o que motivou a realização do estudo. A abordagem metodológica baseou-se em pesquisas bibliográficas, documentais, experimentais e de laboratório, visando a coleta de dados conforme as etapas de avaliação dos métodos de calibração. Inicialmente realizou-se a avaliação de certificados de calibração de transdutores piezoelétricos, estudando, sobretudo, as características da regressão linear adotada pela base normativa nos procedimentos de calibração. Nesta etapa, a pesquisa propôs a adoção da incerteza do ajuste como parâmetro principal de avaliação de transdutores piezoelétricos, mostrando sua viabilidade em relação ao erro de linearidade. Em seguida, foi realizada a caracterização e modelagem da cadeia de medição de pressão transiente, composta por transdutor piezoelétrico e amplificador de carga. A modelagem permitiu a simulação de diferentes metodologias de calibração, resultando na previsão de erros, e proporcionando a avaliação da influência do amplificador de carga nas medições de pressão transiente. Por último, foram comparadas duas metodologias distintas de calibração, destacando a importância de sistemas automatizados de calibração para maior confiabilidade metrológica. / [en] The calibration procedures of piezoelectric transducers, addressed by the normative basis of small arms ammunition testing, lack crucial details to ensure metrological reliability in the transient pressure measurements of these small arms munitions. In view of this fact, it is up to the laboratories, as a requirement for accreditation according to ISO/IEC 17025:2017 standard, to prove the effectiveness of the methods used, especially in calibrations, which motivated the study. The methodological approach was based on bibliographic, documentary, experimental and laboratory research, aiming at data collection according to the stages of evaluation of calibration methods. Initially, the evaluation of calibration certificates of piezoelectric transducers was carried out, studying, above all, the characteristics of the linear regression adopted by the normative basis in the calibration procedures. At this stage, the research proposed the adoption of fit uncertainty as the main parameter for the evaluation of piezoelectric transducers, showing their feasibility in relation to linearity error. Then, the characterization and modeling of the transient pressure measurement chain, composed of a piezoelectric transducer and a charge amplifier, was performed. The modeling allowed the simulation of different calibration methodologies, resulting in the prediction of errors, and providing the evaluation of the influence of the charge amplifier on transient pressure measurements. Finally, two different calibration methodologies were compared, highlighting the importance of automated calibration systems for greater metrological reliability.

[pt] Atualmente é cada vez mais importante que uma empresa ganhe destaque, garantindo maior competitividade no seu mercado. Independentemente da área de atividade, ações de melhoria dos serviços e ou produtos, que aprimorem (i) qualidade dos serviços, (ii) aumentem a competitividade e (iii) aumentem poder de penetração, são cada vez mais valorizadas. Nesse cenário, laboratórios de ensaio e calibração acreditados (LECA) buscam manter e aumentar a qualidade dos seus serviços, o que se reflete tanto na satisfação por parte dos clientes quanto na obtenção e manutenção de acreditação. Desta forma, a presente dissertação visa propor um modelo hibrido (Kaizen e Lean Six Sigma) de avaliação da melhoria contínua da qualidade para laboratórios de ensaio e calibração, contribuindo para o aperfeiçoamento dos processos e as análises realizadas em LECA, visando tanto a redução de custos e desperdícios quanto a garantia da qualidade pós acreditação. Para tanto, foi realizada uma pesquisa survey com profissionais que atuam em diferentes setores de LECA de forma a se obter um perfil dos desafios associados a qualidade dos mesmos. Os resultados obtidos permitiram calcular o nível de maturidade de cada requisito analisado, identificando o requisito Pessoal como o de maior prioridade (menor maturidade). Com base nos resultados foi proposto tanto um modelo de avaliação continua da qualidade a ser empregado em LECA quanto recomendações de gestão da qualidade. / [en] Currently, it is increasingly important for a company to stand out, ensuring greater competitiveness in its market. Regardless of the field of activity, actions aimed at improving services and/or products, which enhance (i) service quality, (ii) competitiveness, and (iii) market penetration, are increasingly valued. In this scenario, testing and calibration laboratories (TCL) seek to maintain and increase the quality of their services, which is reflected both in customer satisfaction and in obtaining and maintaining accreditation. Thus, this dissertation aims to propose a hybrid model (Kaizen and Lean Six Sigma) for evaluating continuous quality improvement for testing and calibration laboratories, contributing to the improvement of processes and analyses conducted in TCL, aiming at both cost and waste reduction and ensuring post-accreditation quality. To this end, a survey was conducted with professionals working in different TCL sectors in order to obtain a profile of the challenges associated with their quality. The results obtained allowed the calculation of the maturity level of each analyzed requirement, identifying the Personnel requirement as the highest priority (lowest maturity). Based on the results, both a continuous quality evaluation model to be employed in TCL and quality management recommendations were proposed.

[pt] Plantas industriais necessitam de algum tipo de medição, em especial a indústria química e de óleo e gás, que empregam em maior quantidade medidores de vazão, sobretudo os de princípio ultrassônico por sua maior confiabilidade. O desempenho metrológico desse tipo de medidor é sensível a imperfeições no perfil de escoamento, e por isso é recomendado que atendam aos requisitos de instalação quanto à distância de trechos retos especificados pela norma. No entanto, em alguns casos tais recomendações não conseguem ser atendidas devido ao espaço físico compacto, mas mesmo assim é mantida a instalação de tais instrumentos em locais inadequados. Por este motivo, a avaliação dos impactos provocados pelas incertezas de medição ocasionadas por irregularidades no perfil de escoamento torna-se relevante. O presente trabalho mostrou que após vários testes com o medidor de vazão do tipo clamp-on de dois canais, instalado em variadas posições longitudinais após seguidos trechos de curva na tubulação, é possível a partir de trechos retos equivalentes a 20 diâmetros utilizar o medidor como um medidor padrão itinerante para calibração de outros medidores de vazão dispostos em linha localizados adequadamente no campo, denominado calibração in-situ. Os resultados dos testes atingiram níveis de incerteza de vazão inferiores a 1 por cento, especificada para calibração de medidores operacionais. O trabalho também mostrou que o uso do fator do medidor numa calibração pode minimizar a influência da flutuação do escoamento sobre a incerteza de medição do medidor, estimando mais realisticamente sua incerteza na ausência de flutuações. / [en] Industrial plants need some kind of measurement, especially chemical and oil and gas industries, which uses a large amount of flow meters, mainly those that uses ultrasonic principle due to their greater reliability. The metrological performance of this type of meter is sensitive to imperfections present in the flow profile, and therefore must comply the installation requirements relative to the distance of straight sections without objects that cause any kind of disruption in the flow. However, in some cases such recommendations are not met due to the compact physical space, which does not preclude the installation of such instruments. For this reason, the evaluation of impacts on the uncertainties of measurement caused by irregularities in the flow becomes relevant. This work shows that using a two channels clamp-on flow meter, installed in various longitudinal positions after consecutive bend sections in the pipe, it is possible to, distance starting from 20 diameters, use the meter as the standard traveling meter for calibration of others flow meters arranged in-line, properly located in the field, process called in-situ calibration. The test results provided an uncertainty less than 1 percent, which is usually specified for operational meters. This work also shows that the meter factor can be used to minimize the influence of the flow rate fluctuation on the uncertainty of measurement, and thus to estimate more realistically its value when there is no fluctuation.