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Dimensional metrology of non-rigid parts without specialized inspection fixtures

Sabri, Vahid (2017). Dimensional metrology of non-rigid parts without specialized inspection fixtures. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Quality control is an important factor for manufacturing companies looking to prosper in an era of globalization, market pressures and technological advances. Functionality and product quality cannot be guaranteed without this important aspect. Manufactured parts have deviations from their nominal (CAD) shape caused by the manufacturing process. Thus, geometric inspection is a very important element in the quality control of mechanical parts. We will focus here on the geometric inspection of non-rigid (flexible) parts which are widely used in the aeronautic and automotive industries. Non-rigid parts can have different forms in a free-state condition compared with their nominal models due to residual stress and gravity loads. To solve this problem, dedicated inspection fixtures are generally used in industry to compensate for the displacement of such parts for simulating the use state in order to perform geometric inspections. These fixtures and the installation and inspection processes are expensive and time-consuming. Our aim in this thesis is therefore to develop an inspection method which eliminates the need for specialized fixtures. This is done by acquiring a point cloud from the part in a free-state condition using a contactless measuring device such as optical scanning and comparing it with the CAD model for the deviation identification. Using a non-rigid registration method and finite element analysis, we numerically inspect the profile of a non-rigid part. To do so, a simulated displacement is performed using an improved definition of displacement boundary conditions for simulating unfixed parts. In addition, we propose a numerical method for dimensional metrology of non-rigid parts in a free-state condition based on the arc length measurement by calculating the geodesic distance using the Fast Marching Method (FMM). In this thesis, we apply our developed methods on industrial non-rigid parts with free-form surfaces simulated with different types of displacement, defect, and measurement noise in order to evaluate the metrological performance of the developed methods.

Titre traduit

Métrologie dimensionnelle des pièces non rigides sans gabarit de conformation

Résumé traduit

Le contrôle de qualité est un facteur important pour les entreprises manufacturières qui cherchent à prospérer à l’époque de la mondialisation, des pressions du marché et des progrès technologiques. La fonctionnalité et la qualité des produits ne peuvent pas être garanties sans cet aspect important. Les pièces fabriquées possèdent des déviations par rapport à leur forme nominale (CAO) à cause des variations inhérentes des processus de fabrication. Ainsi, l'inspection géométrique est un élément très important dans le contrôle de la qualité des pièces mécaniques. Nous allons nous concentrer ici sur l'inspection géométrique des pièces non-rigides (souples) qui sont largement utilisées dans les industries aéronautique et automobile. Les pièces non-rigides peuvent avoir des formes différentes dans une condition à l'état libre par rapport à leurs modèles nominaux en raison de l’effet des contraintes résiduelles et de la gravité. Pour résoudre ce problème, les gabarits de conformation, dédiés pour l'inspection, sont généralement utilisés dans l'industrie pour compenser le déplacement de ces pièces pour simuler l'état d'utilisation afin d'effectuer les inspections. Ces gabarits de conformité et les processus de l’installation et de l'inspection sont coûteux ; ils prennent beaucoup de temps. Notre objectif dans cette thèse est donc de développer une méthode d'inspection qui élimine le besoin des gabarits spécialisés. Ceci se fait par l’acquisition d’un nuage de points de la pièce à l'état libre en utilisant un appareil de mesure sans contact tel qu'un scanner optique et en le comparant au modèle CAO pour l'identification de déviations. En utilisant une méthode de localisation non-rigide et une analyse d’éléments finis, nous vérifions numériquement le profil d'une pièce non-rigide. Pour ce faire, un déplacement simulé est effectué en utilisant une définition améliorée des conditions aux limites de déplacement pour simuler des pièces non-fixées. Aussi, nous proposons une méthode numérique de métrologie dimensionnelle de pièces non rigides à l'état libre basée sur la mesure de la longueur d'arc en calculant la distance géodésique à l'aide de la méthode de « Fast Marching » (FMM). Dans le cadre de cette thèse, nous appliquons nos méthodes développées sur des pièces industrielles non-rigides avec des surfaces de forme libre simulées avec différents types de déplacement, de défaut, et de bruit de mesure dans le but d’évaluer les performance métrologique des méthodes développées.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for the degree of doctor of philosophy". Bibliographie : pages 113-116.
Mots-clés libres: Métrologie. Machines Pièces. Usines Qualité Contrôle. Montages (Génie mécanique). Tolérance aux fautes (Ingénierie). Détection de défaut (Ingénierie). Qualité Contrôle. aéronautique, automobile, géométrique, inspection, pièce, dimensionnement et tolérancement géométrique (GD&T), tolérance de profil, localisation, conditions d'assemblage
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Tahan, Souheil-Antoine
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Pham, Tan
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 26 avr. 2017 18:09
Dernière modification: 26 avr. 2017 18:09
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1878

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