3D Metrology of parts with complex shapes by optical sensors : An application for crankshaft balancing - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2013

3D Metrology of parts with complex shapes by optical sensors : An application for crankshaft balancing

Métrologie 3D de pièces de formes complexes par moyens optiques : Une application à l'équilibrage de vilebrequins

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Abstract

Research works aims to propose a flexible method for balancing crankshafts. Nowadays, the crankshaft unbalance measurement is performed using balancing machines, which are highly dependent on the geometry and on the typology of crankshafts. Then, it seems worthwhile to replace the mechanical measuring equipment by a contactless measurement system for digitizing the surface geometry of the part. This would allow a flexible measurement of the mechanical parts. In this context, we highlighted two major problems: the calculation of unbalance from noisy and incomplete digitized data, and the choice of acceptable scanning systems in relation to required balance quality. The second problem also includes the development of a path planning strategy for 3D scanning of mechanical parts which respects the demands of quality and cycle time of production line. A method for unbalance calculation based on voxels was developed. A protocol for qualifying digitizing sensors was also established. This one is based on quality indicators previously developed at our laboratory (LURPA). Some new quality indicators to take into account the geometric complexity of crankshafts were also proposed. The method of path planning is also based on voxelization, an adaptive voxelization, in which the voxel size is adjusted according to the industrial needs while maintaining the characteristics of the field of view of the sensor. The overall approach of balancing by measuring the external skin geometry of mechanical parts was validated by digitizing 7 crankshafts with two different 3D scanning systems.
Les travaux de thèse ont pour objectif de proposer une méthode flexible de mesure de balourds des vilebrequins. A l'heure actuelle, la mesure des balourds des vilebrequins est réalisée à l'aide de machines d'équilibrage, qui sont très dépendantes de la géométrie et de la typologie des vilebrequins. De ce constat, il semble intéressant de remplacer ces moyens de mesure mécanique par des moyens de mesure de géométrie de la peau plus flexibles vis-à-vis des typologies de pièces. Ces travaux ont mis en évidence les deux problématiques majeures : le calcul des balourds sur données bruitées et incomplètes issues de la numérisation, le choix des systèmes de numérisation acceptables vis-à-vis de l'équilibrage, et la planification de trajectoires de mesure respectant des contraintes de qualité et de temps de cycle. Une méthode de calcul de balourds à partir de données discrètes et basée sur une voxélisation a été développée. Un protocole d'évaluation de capteurs a été mis en place. Celui-ci est constitué d'indicateurs de qualité préalablement développés au Lurpa et de nouveaux indicateurs permettant de prendre en compte la complexité géométrique des vilebrequins. La méthode de planification de trajectoires s'appuie sur une voxélisation adaptative dans laquelle la taille des voxels est réglée en fonction du besoin. Les caractéristiques de la fenêtre de mesure du capteur sont prises en compte. La démarche globale d'équilibrage par mesure de la géométrie externe a été validée grâce à la numérisation de 7 vilebrequins avec deux différents systèmes de numérisation.
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Dates and versions

tel-00942486 , version 1 (05-02-2014)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00942486 , version 1

Cite

Alexandre Zuquete Guarato. Métrologie 3D de pièces de formes complexes par moyens optiques : Une application à l'équilibrage de vilebrequins. Sciences de l'ingénieur [physics]. École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2013. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00942486⟩
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