Ao optar-se por uma aquisição bidimensional dupla, é necessário conceber a estrutura de calibração de forma a incluir ambos os planos. Define-se então quais os seus requisitos. É necessário garantir que:
1) Seja possível marcar, na estrutura de calibração, qualquer ponto dentro do espectro de medição do protótipo, ou seja X, = [0, 150] mm; Y = [-30; 30] mm; Z = [800;1800] mm (a partir da superfície superior da plataforma do protótipo);
2) A escala onde será efectuada a marcação deve ter uma resolução, na sua graduação, pelo menos metade da desejada para o protótipo (±1 milímetro). Como os valores a partir de 10-4 mm (ou
décima de milímetro) começam a ser imperceptíveis ao olho humano e, para além disso, a marcação de um ponto dificilmente é menor que meio milímetro, considera-se plausível pressupor um círculo com 0,5 mm de diâmetro, ou seja ± 0,25 mm;
3) O ponto de contacto entre a estrutura de calibração e o protótipo deve procurar simular o tipo contacto que irá existir entre o protótipo e o examinado.
Para evitar um aumento de complexidade, procuraram-se soluções que consigam ter ambos os planos na mesma estrutura, mantendo a perpendicularidade entre si.
Surgem então duas alternativas para a posição relativa dos planos (vista de cima):
1) Os planos estão em forma de canto visto de cima (Γ);
2) Os planos estão em forma de T visto de cima.
Na opção 1), a estrutura de calibração permite a aquisição em ambos os planos sem haver alteração da posição desta relativamente ao protótipo. No entanto, é impossível garantir que a estrutura de calibração possa representar todos os pontos dentro do espectro de medição do protótipo, pois se se centrar os pontos num dos planos, no outro plano ficariam numa das extremidades na escala (devido à sua forma em Γ) . Na segunda opção, esse problema seria ultrapassado, pois as aquisições em cada plano seriam diferentes. No entanto, a passagem para as aquisições no segundo plano implica uma rotação de 180º da estrutura de calibração relativamente ao protótipo. Para esta hipótese ser viável é necessário medir algumas distâncias, entre o protótipo e a estrutura de calibração, em pontos definidos de forma a poder-se fazer uma localização relativa entre ambos. Como só a segunda opção é que respeita os requisitos, escolhe-se a forma T (vista de cima).
É necessário uma área útil de medição de 60 mm x 1000 mm para o plano YOZ e de 150mm x 1000mm para o plano XOZ.
II.1.5.1 Escala
A escala necessária é representada por quadrículas com comprimento dos seus lados igual à resolução desejada, visto serem representações com graduação em ambas as dimensões variáveis de cada plano. A sua aplicação na estrutura de calibração pode ser feita de duas formas:
1) Gravação directamente na superfície que representasse cada um dos planos ou pela
2) Fixação de uma escala comercializada.
A opção 1) exige a construção uma escala com resolução máxima de 1 mm em duas áreas de 1000 mm x 60 mm e 1000mm x 150mm (60 000 quadrículas + 150 000 quadrículas), através de ferramentas e processos complexos e dispendiosos. Na opção 2) é necessário pesquisar quais as escalas comerciais disponíveis e como é que estas podem ser fixas na estrutura de calibração. Como a escala necessária para a estrutura de calibração tem de ter, no máximo uma resolução de 1mm, considera-se que pode haver condições de seguir a opção 2), visto haver papel quadriculado com uma resolução de 1 mm2: papel milimétrico. Esta escala em papel pode ser fixa à estrutura, por
colagem. Então considera-se o papel milimétrico a melhor opção. Para a fixação e suporte das folhas e posterior marcação dos pontos opta-se pela utilização de madeira, nomeadamente placas de madeira de contraplacado. Assim sendo, a estrutura não fica tão pesada (comparativamente com a utilização de outros materiais), a colagem das folhas de papel milimétrico é relativamente fácil e a fixação da marcação pode ser com uma extremidade pontiaguda inserida na madeira (como por exemplo um alfinete “push-in”).
Os pontos lidos pelo protótipo estarão marcados na superfície da pele ao longo da coluna vertebral. A pele humana não é uma superfície rígida e estática. A estrutura de calibração procura ser uma simulação dos pontos marcados. Logo, deverá levar em consideração que está a representar pontos marcados numa superfície flexível e dinâmica (pele humana). No entanto, nesta fase de concepção do protótipo, considera-se mais importante analisar a capacidade de medição de pontos bem definidos, pois no final será necessário determinar se esta capacidade responde às exigências do objectivo e só depois ponderar a relevância de se ter em consideração as características da pele humana. Assim sendo, os pontos têm de ser representados numa superfície rígida e de forma bem definida, permitindo que apenas a extremidade arredondada com diâmetro máximo de 1 mm (sonda) contacte o ponto representado. É agora necessário analisar cada plano individualmente. No plano YOZ, a coordenada X (profundidade) é constante e a marcação dos pontos pode ser feita e medida directamente no papel milimétrico, pois o contacto é estabelecido entre o ponto marcado na
folha de papel e a extremidade arredondada da sonda. No plano XOZ, a coordenada Y (desvio lateral) é constante. Contudo, o contacto não poderá ser feito com o papel pois este vai estar paralelo à régua do protótipo. Assim sendo, é necessário adicionar um elemento perpendicular a ambos, fixo ao papel milimétrico e com uma extremidade de contacto com o diâmetro máximo de 1 mm. Opta-se por se usar alfinetes “push-in”, pois estes são facilmente fixos ao papel milimétrico através da penetração da sua extremidade pontiaguda na madeira. Para criar uma extremidade de contacto nos alfinetes, usa-se como referência uma linha bem definida originária do molde em que estes foram fabricados. Por esmerilagem, uma das extremidades da topo do alfinete é desgastada, em torno dessa linha até a atingir um diâmetro menor que 1 mm. Assim sendo, a sonda contacta a extremidade moldada no topo de cada alfinete. O ponto marcado no papel milimétrico é a referência para a inserção da extremidade pontiaguda de fixação do alfinete. Torna-se necessário registar a posição relativa de diferentes pontos dos alfinetes, de forma a poder-se definir melhor a diferença entra a posição marcada no papel e a posição que o alfinete representa.
II.1.5.2 Marcação dos pontos
Falta então definir mais especificamente as dimensões do papel milimétrico e da madeira.
Para a escala cobrir a área útil de medição, o papel tem de ter um comprimento de 1000 mm. Esta dimensão em papel, nos formatos padrão comerciais, só é possível em rolo ou em formato A0. Não foi possível encontrar nenhuma das opções. Só estava disponibilizado em folhas no formato aproximado de A4 e com uma área útil de 300 mm x 200 mm. Então a alternativa foi acoplar um conjunto de 4 folhas em altura. Para garantir a continuidade da escala entre folhas, optou-se por sobrepor 50 mm de uma folha sobre a anterior e nos cantos da folha que ficar por cima, fizeram-se cortes com um ângulo de 45º de forma a ajustar uma folha à outra. Como a última folha não tem nenhuma sobreposta, a área útil de medição será de (250+250+250+300) mm x 200 mm, ou seja, 1050 mm x 200 mm. É necessário aferir esta escala, para se aceitar a sua utilização e fazer pequenas correcções caso seja necessário.
Para as placas de madeira, opta-se pela área de 1100 mm x 200 mm para o plano YOZ e de 1100 mm x 300 mm para o plano XOZ. A fixação do papel à madeira será feita com cola de batom.
Para a estrutura de suporte optou-se usar tubos de ferro de base quadrangular 30 mm x 30 mm cortados consoante a necessidade e nalgumas ligações entre eles eram reforçados com chapa (3mm de espessura) de ferro triangular (15 mm x 15 mm). A fixação da madeira à estrutura é feita por parafusos de cabeça sextavado interior fixos a porcas rebitadas nos tubos.
A base da estrutura tem a largura interna de 640 mm, assegurando-se que fica próximo da plataforma horizontal do protótipo e tem quatro apoios no solo, ajustáveis em altura. A altura total
da estrutura sem os apoios tem de ser de 1800 mm para que as placas de madeira preencham a altura desde 700 mm até aos 1800 mm.