Inspection des pièces flexibles sans gabarit de conformation

Aidibe, Ali (2014). Inspection des pièces flexibles sans gabarit de conformation. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le travail présenté dans le cadre de cette thèse porte sur l’automatisation de l’inspection dimensionnelle et géométrique d’une catégorie spécifique de pièces dites flexibles (ou souples). L’objectif principal est de manipuler ce type de composantes et leur nuage de points, qui représentent un scan pris à l’état libre, de manière virtuelle dans le but d’éliminer l’utilisation couteuse des gabarits de conformité et qui posent des problèmes de productivité pour les entreprises manufacturières. La thèse est organisée par articles. Le travail est reparti sur quatre phases. Les premières trois phases sont présentées par trois articles de revue et la quatrième phase est présentée dans une annexe.

La première phase de ce travail est une amélioration substantielle du module d’identification d’un outil d’inspection mathématique existant « IDI : The Iterative Displacement Inspection » et qui a été développé par l’équipe de recherche qui travaille sous la direction du professeur Tahan à l’ÉTS. Le module d’identification vise à distinguer les défauts qui sont dus au processus de fabrication des déformations qui sont dues à la flexibilité de la pièce (effets de gravité et effets des contraintes résiduelles). Nous proposons de remplacer le module original par un nouveau qui est basé sur les statistiques extrêmes. Nous démontrons que le nouveau module réduit considérablement les erreurs de type I et II. En plus, contrairement à la méthode d’identification de l’IDI, la méthode proposée n’exige aucun seuil spécifié par l’utilisateur.

Dans la deuxième phase de ce travail, nous proposons une approche originale pour quantifier la flexibilité/rigidité des composantes mécaniques. Nous introduisons un facteur qui représente le rapport entre le déplacement maximal résultant de la déformation de la pièce et sa tolérance de profil et nous présentons le tout sur une échelle logarithmique. Trois différentes zones ont été définies donnant une idée claire à l’industrie manufacturière de la situation des pièces sur l’échelle de la flexibilité. Par la suite, nous proposons une nouvelle méthode pour l’inspection des pièces flexibles sans gabarit de conformation : la méthode « IDB-CTB: Inspection of Deformable Bodies by Curvature and Thompson-Biweight ». Cette approche combine l’estimation de la courbure gaussienne, une des propriétés intrinsèques de la surface et qui est invariante sous les transformations isométriques, avec une méthode d’identification basée sur les statistiques extrêmes (Thompson-Biweight test). Le faible pourcentage d’erreur obtenue au niveau de l’estimation du défaut de profil ainsi que de l’aire de la zone de défaut reflète l’efficacité de l’approche.

Dans la troisième phase de cette thèse, nous proposons une autre approche, originale et complémentaire à celle de la deuxième phase. En plus de la détection des défauts de profil, nous visons à détecter les défauts de localisation. Nous introduisons deux critères qui correspondent aux spécificités des pièces mécaniques souples : la conservation de la distance curviligne et la minimisation entre deux objets (distance de Hausdorff). Nous adaptons et nous automatisons l’algorithme Coherent Point Drift, un puissant algorithme de recalage non rigide très employé dans l’imagerie médicale et d’animation, pour qu’il satisfasse ces deux critères. Nous obtenons de résultats satisfaisants en appliquant cette troisième approche sur une pièce flexible typique du secteur aérospatial.

La conclusion de cette thèse résume les contributions scientifiques générées par nos travaux sur l’inspection des pièces flexibles ainsi que les perspectives en relation avec ce sujet. En annexe, nous présentons une interface graphique (GUI) qui a été créée pour manipuler les approches proposées ainsi que la banque des études de cas développée dans le cadre du stage industriel effectué chez Bombardier Aéronautique.

Résumé traduit

In this thesis, we focus on the automation of the fixtureless geometric inspection of non-rigid (or compliant) parts. The primary objective of this project is to handle virtually this type of component and their point cloud, which represents a scan taken in a Free State condition, by eliminating the use of very expensive and complicated specialized fixtures posing productivity problems for manufacturing companies. This topic is a very high interest in the transport sector and, more specifically, in the aerospace one in order to significantly improve its productivity and its degree of competitiveness. The thesis is organized by articles. The study is divided over four phases. The first three phases will be represented by three journal papers and the fourth phase is presented as an appendix.

The first phase of this work is intended to improve the identification module of an existing inspection mathematical tool « IDI: The Iterative Displacement Inspection » which has been developed by the research team working under the supervision of professor Tahan at ÉTS. The identification module aims to distinguish between defects that are due to the manufacturing process and deformations that are due to the flexibility of the part (gravity and residual stress effects). We propose to replace the original module with a new one which is based on the extreme value statistical analysis. We demonstrate that the new module remarkably reduces the type I and type II errors. In addition, unlike the identification method of the IDI, the proposed one does not require a user-specified threshold based on a trial and error process.

In the second phase of this study, we propose an original approach to measure the flexibility/rigidity of the mechanical components. We introduce a factor that represents the ratio between the maximum displacement resulting from the deformation of the part and its profile tolerance and we present the results in a logarithmic scale. Three different régions were defined as giving a clear idea to the manufacturing industry about the situation of the parts on the flexibility scale. Subsequently, we propose a new fixtureless inspection method for compliant parts: the IDB-CTB « Inspection of Deformable Bodies by Curvature and Thompson-Biweight » method. This approach combines the Gaussian curvature estimation, one of the intrinsic properties of the surface which is invariant under isometric transformations, with an identification method based on the extreme value statistics (Thompson-Biweight Test). The low percentage error in defect areas and in profile deviations estimated reflects the effectiveness of our approach.

In the third phase of this thesis, we propose a novel method that can be considered as complementary to the IDB-CTB approach. In addition to the profile deviations, we aim to detect the localization defects. We introduce two criteria that correspond to the specification of compliant parts: the conservation of the curvilinear distance and the minimization between two objects (Hausdorff Distance). We adapt and automate the Coherent Point Drift; a powerful non-rigid registration algorithm widely used in medical imagery and animation, for satisfying these two criteria. We obtain satisfying results by applying the third approach on a typical aerospace sheet metal.

The conclusion of this thesis summarizes the scientific contributions through our work on the fixtureless inspection of compliant parts and the perspective related with it. In the appendix, we introduce a graphical user interface (GUI) created to handle the proposed approaches as well as the case studies bank developed in the training at Bombardier Aerospace Inc.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thèse par articles présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie" Bibliographie : pages 107-111.
Mots-clés libres:	Avions Pièces Inspection. Métrologie. conformité, dimensionnel, géométrique, souple, recalage, tolérancement, inspection, métrologie, gabarit de conformation
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Tahan, Souheil-Antoine
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	07 mai 2014 16:00
Dernière modification:	11 mars 2017 00:41
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1301

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