Geometrical inspection of flexible parts using intrinsic geometry

Radvar-Esfahlan, Hassan (2010). Geometrical inspection of flexible parts using intrinsic geometry. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

The tolerancing of mechanical parts is one of the major problems in mode mindustry . It's economic consequences are important to the manufacturing sector which sustains major transformations imposed by market globalization and technology evolution (CAD, CMM, 3D Scanners, etc.). Today, we know that product performance optimization requires a consideration of the inherent variations in manufacturing processes, hence quality control throughout the development process and manufacturing. Currently, the geometric inspection oiflexible (or nonrigid) mechanical parts, such as thin-walled skins of airplane or car bodies is still limited to the use of relatively expensive special inspection fixtures, which simulate the use state, applying the same constraints that reflect assembly information. Subsequently, contact measuring or scanning is performed. Simulating this use state means that, deformation effects due to flexibility are eliminated. In this way, defects in the manufacturing process are detectable.

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.

To this end, we implemented an idea that we call Numerical Inspection Fixtures. We use geodesic distances to detect the intrinsic similarities between a part in a free state which includes the effects of gravity, intemal constraints and manufacturing defects, and the same part as nominally defined by a CAD model. This thesis develops the theoretical foundation of the proposed methods and related algorithms. We used an approach already used in medical image processing to identify minimum geodesic distance and statistics (Multidimensional Scaling) to analyze the similarities and dissimilarities between two objects, as well as the finite element method to reach a general approach for the inspection of nonrigid parts. Two methods are proposed with numerical validations.

Résumé traduit

Le probleme du tolerancement des pieces mecaniques est decisif pour I'industrie de pointe. Ses incidences economiques sont importantes pour le secteur manufacturier qui subit des transformations profondes imposees par la globalisation des marches et revolution constante des technologies (CAO, CMM, 3D Scanner, etc.). U est admit aujourd'hui que I'optimisation des performances des produits requiert la prise en compte des variations inherentes aux processus de fabrication, d'ou le controle de la qualite a travers le processus de developpement et de fabrication. Dans le cas des composantes dites 'flexibles' (ou non rigides), par exemple des pieces mecanique a parol minces comme le revetement d'un avion ou d'une auto, I'usage industriel actuel est limite encore a I'utilisation de gabarit de conformite, relativement couteux, qui contraignent la geometric de la piece a un etat qui reflete 1'assemblage. Par la suite, des mesures par contact directe ou par scanner sont effectuees. C'est ainsi I'industrie elimine I'effet des deformations dues a la flexibilite de la piece pour tenter de detecter les defauts dus au procede de fabrication.

Le projet propose a pour objectif de faciliter les operations d'inspection dimensionnelle et geometrique des composantes flexibles a partir d'un nuage de points, et ce, sans recours a un gabarit ou des operations secondaires de conformation. Plus specifiquement, nous visons le developpement d'une methodologie qui permettra de localiser et de quantifier les defauts de profil dans le cas des coques minces typique des industries aerospatiales et automobiles.

Pour arriver a cet objectif, nous mettons en oeuvre une idee que nous appelons Numerical Inspection Fixture. Nous utilisons les distances geodesiques pour detecter la similarite intrinseque entre une piece a I'etat libre qui inclus les effets de gravite, des contraintes internes et des defauts de fabrication, et la meme piece telle que definie nominalement par un modele CAO. Ce memoire developpe le fondement theorique de cette methode et les algorithmes qu'y sont relies. Nous employons une approche, deja employe dans le domaine de I'imagerie medicale, pour identifier les distances geodesiques minimales (geometric metrique), les statistiques {Multidimensional Scaling - MDS) pour analyser les similarites et dissimilarites entre deux objets, ainsi que la methode d'elements finis (FE) pour aboutir a une approche generate et original pour I'inspection de pieces geometriques non rigides. Deux methodes y sont proposees avec des validations numeriques.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for a master's degree in mechanical engineering". Bibliogr. : f. [65]-67.
Mots-clés libres:	Industries de pointe. Coques (Ingénierie) Industries aérospatiales. Véhicules automobiles Industrie. Composante, Défaut, Dimensionnel, Distance, Flexible, Géodésique, Géométrie, Géométrique, Inspection, Intrinsèque, Piéce, Profil, Tolérancement, fast marching method, multidimensional scaling
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Tahan, Souheil-Antoine
Codirecteur:	Codirecteur Chatelain, Jean-François
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	21 mars 2011 14:53
Dernière modification:	14 févr. 2017 21:19
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/657

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