Fixtureless geometric inspection of nonrigid parts using "generalized numerical inspection fixture"

Radvar-Esfahlan, Hassan (2014). Fixtureless geometric inspection of nonrigid parts using "generalized numerical inspection fixture". Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Free-form nonrigid parts form the substance of today’s automotive and aerospace industries. These parts have different shapes in free state due to their dimensional and geometric variations, gravity and residual strains. For the geometric inspection of such compliant parts, special inspection fixtures, in combination with coordinate measuring systems (CMM) and/or optical data acquisition devices (scanners) are used. This inevitably causes additional costs and delays that result in a lack of competitiveness in the industry.

The goal of this thesis is to facilitate the dimensional and geometrical inspection of flexible components from a point cloud without using a jig or secondary conformation operation. More specifically, we aim to develop a methodology to localize and quantify the profile defects in the case of thin shells which are typical to the aerospace and automotive industries.

The presented methodology is based on the fact that the interpoint geodesic distance between any two points of a shape remains unchangeable during an isometric deformation. This study elaborates on the theory and general methods for the metrology of nonrigid parts. We have developed a Generalized Numerical Inspection Fixture (GNIF), a robust methodology which merges existing technologies in metric and computational geometry, nonlinear dimensionality reduction techniques, and finite element methods to introduce a general approach to the fixtureless geometrical inspection of nonrigid parts.

Résumé traduit

Aujourd’hui les pièces mécaniques de forme libre et qui sont souples (non rigides) sont fréquentes dans les industries automobile et aéronautique. Ces pièces possèdent des formes significativement différentes à l'état libre que leurs formes nominales, telles que définies dans un modeleur numérique, en raison de leurs variations dimensionnelles et géométriques, l’effet de la gravité et les contraintes résiduelles induites par le procédé de fabrication. Pour l'inspection géométrique de ces pièces flexibles, des appareils d'inspection spécialisés tel que les gabarits de conformation, en combinaison avec les machines à mesure tridimensionnelle (MMT) et/ou des dispositifs d'acquisition de données optiques (scanners) sont utilisés. Ce qui se traduit immanquablement par des coûts et des délais additionnels qui se traduisent par une carence de compétitivité pour l’industrie.

L'objectif de cette thèse est de faciliter l'inspection dimensionnelle et géométrique des composants flexibles à partir d'un nuage de points sans l'aide d’un gabarit ou autre opération de conformation secondaire. Plus précisément, nous visons à développer une méthodologie pour localiser et quantifier les défauts de profil dans le cas des coques minces qui sont typiques pour les industries aéronautique et automobile.

La méthodologie présentée est basée sur le fait que la distance géodésique entre deux points d'une forme demeure invariante au cours d'une déformation isométrique (absence d’étirement, stretch). Cette étude développe donc la théorie générale, les méthodes et outils pour une métrologie des pièces non rigides en se basant sur l’hypothèse d’une déformation isométrique. Nous avons ainsi développé une méthode originale que nous avons nommée ‘Gabarit d'Inspection Numérique Généralisée (GNIF)’. C’est une méthodologie robuste qui utilise les découvertes et technologies récemment développées en géométrie métrique et algorithmique. Les techniques de réduction dimensionnelle non linéaire sont employées pour identifier les meilleures correspondances entre deux sets de points (CAD et nuage mesuré). Finalement, la méthode des éléments finis est employée en post-traitement pour ‘caler’ les deux nuages de points et produire un état numérique ‘virtuel’ d’une opération de conformation pour atteindre le but du projet qui est de développer une approche générale de l'inspection géométrique sans gabarit pour les pièces non rigides. La validation et l’exploration des performances métrologiques de notre approche sont réalisées sur des composants typiques de l’industrie.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillement of the requirements for the degree of doctor of philosophy" Bibliographie : pages 93-98.
Mots-clés libres:	Avions Pièces Inspection. Automobiles Pièces Inspection. dimensionnel, flexible, gabarit, généralisé, géométrique, GNIF, numérique, inspection assistée par ordinateur, pièce flexible, calage nonrigid par éléments finis, distance géodésique, techniques de réduction dimensionnelle non linéaire
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Tahan, Souheil-Antoine
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	02 avr. 2014 19:29
Dernière modification:	10 déc. 2016 16:44
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1294

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