PLAN DE REALIZARE A PROGRAMULUI DE CERCETARE Doctorand: Alexandru Dumitrache Conductor tiinific: Prof. dr. ing. Theodor Borangiu Domeniul fundamental: tiine inginereti Domeniul: Ingineria Sistemelor Denumirea proiectului de cercetare: Tehnici optimale de descriere complet a formelor complexe 3D prin scanare robotizat n vederea reproducerii inline i a controlului de calitate Obiective generale:

Dezvoltarea i optimizarea de algoritmi, tehnici de explorare i soluii pentru achiziia

i procesarea primar informaiilor tridimensionale de tip nor de puncte n vederea mbuntirii calitii datelor obinute prin scanare laser;

Conducerea optimal a unui mecanism redundant cu 7 grade de libertate n vederea scanrii laser, respectnd un set de criterii de calitate precum netezimea traiectoriei, evitarea coliziunilor, a configuraiilor singulare n lanul cinematic, reducerea timpului de scanare i a consumului de energie.

Dezvoltarea unor algoritmi de generare a traiectoriilor pentru maini de frezat cu comand numeric pornind de la modele de suprafa de tip hart de profunzime; optimizarea acestor algoritmi n sensul uniformizrii sarcinii sculei achietoare n timpul frezrii, minimizrii timpului de frezare i mbuntire a calitii suprafeei obinute prin frezare;

Conceperea, testarea i validarea unui set de indicatori de calitate msurabili prin scanare laser, n scopul efecturii controlului de calitate al pieselor obinute prin prelucrare prin achiere i al automatizrii procesului de reglare, aliniere i calibrare a mainii de frezare cu comand numeric;

Proiectarea i dezvoltarea unui sistem de reproducere a obiectelor existente avnd suprafee tridimensionale complexe pe o main de frezat cu comand numeric; implementarea, testarea i validarea algoritmilor menionai pe acest sistem;

Descrierea proiectului Acest proiect i propune integrarea i optimizarea de tehnici de digitizare a obiectelor existente cu suprafee tridimensionale complexe, generare automat a traiectoriilor de prelucrare a materialelor brute n vederea reproducerii modelelor 3D disponibile n format digital, cu metode de inspecie bazate pe vederea tridimensional. Rezultatul va fi un sistem integrat de inginerie invers i prototipare rapid, reunind o main de frezare cu comand numeric cu 4 axe de micare, un bra robotic antropomorfic, o mas rotativ i un senzor laser 3D funcionnd pe principiul triangulaiei.

Etapele realizrii proiectului de cercetare 1. Studiu comparativ al tehnicilor de achiziie i prelucrare a informaiilor 3D a obiectelor existente, a metodelor de generare de traiectorii de frezare pornind de la modele tridimensionale i a tehnicilor de inspecie prin vedere tridimensional n vederea controlului calitii. n aceast etap se vor studia tehnicile de digitizare tridimensional, cu accent asupra metodelor optice, a strategiilor de prelucrare primar, aliniere i filtrare al datelor obinute prin scanare, de tip nor de puncte, precum i transformarea acestor date n formate utilizabile n medii industriale de tip CAD/CAM. De asemenea, vor fi analizate metodele dezvoltate pe plan mondial pentru reproducerea fizic a modelelor tridimensionale n format digital, precum i tehnicile de verificare a gradului de acuratee al obiectului fizic obinut, n raport cu modelul ideal disponibil n format digital. 2. Proiectarea, optimizarea i implementarea strategiilor de scanare tridimensional pe un mecanism robotic redundant cu 7 grade de libertate Aceast etap i propune integrarea unui scanner laser, a unui robot industrial antropomorfic cu 6 grade de libertate i a unei mese rotative, obinnd un sistem de scanare flexibil care s permit achiziia de informaii 3D pe toate feele unui obiect existent. Deoarece mecanismul de poziionare al scannerului laser n raport cu obiectul scanat este redundant, este necesar proiectarea unei strategii de planificare a micrii acestui sistem n vederea executrii micrilor de explorare predefinite (explorare pe gril, explorare cilindric sau semisferic), exploatnd redundana pentru a satisface urmtoarele criterii de calitate:

- netezimea micrilor mesei rotative i a braului robot, limitnd viteza i acceleraia acestora

- evitarea singularitilor n lanul cinematic - evitarea coliziunilor dintre braul robotic, scanner, masa rotativ i obiectul

analizat - minimizarea timpului de scanare

3. Proiectarea, optimizarea i implementarea unui modul software pentru realizarea fizic a modelelor tridimensionale existente n format digital prin frezare pe o main numeric; integrarea mainii numerice i a software-ului dezvoltat n sistemul de scanare laser n aceast etap va fi dezvoltat un pachet software pentru generarea automat a traiectoriilor de frezare pentru o main automat comandat numeric. Vor fi dezvoltai algoritmi pentru:

- transformarea modelelor 3D disponibilie n format digital (nor de puncte obinut prin scanare sau model de suprafa de tip mesh obinut prin orice metod) ntr-un format de tip hart de profunzime, care poate descrie adecvat suprafeele care se pot obine prin prelucrarea pe o frez vertical cu 3 axe carteziene;

- generarea traiectoriilor de frezare (degroare i finisare) pentru hri de profunzime complexe (cu grad ridicat de detalii);

- extinderea metodelor de frezare bazate pe harta de profunzime la maini de frezat cu mai multe axe de micare, inclusiv de rotaie

- optimizarea procesului de degroare n vederea meninerii constante a sarcinii frezei n timpul procesului de prelucrare, minimizrii timpului de frezare i obinerii unui grad de calitate ridicat al suprafeei prelucrate

4. Conceperea, testarea i validarea unor indicatori de calitate msurabili cu ajutorul scanrii laser, n vederea verificrii calitii i toleranelor pieselor obinute prin frezare i a alinierii automate a mainii de frezat n aceast etap se va folosi sistemul de scanare laser pentru a evalua calitatea pieselor obinute prin frezare. n mod curent, acest lucru este realizat prin compararea modelului digital n format CAD cu datele obiute prin scanare. Se va urmri dezvoltarea unor indicatori care s permit evaluarea posibilitii de mbinare a dou piese pereche. De asemenea, se va avea n vedere dezvoltarea unor indicatori care s evidenieze posibile erori n alinierea mainii numerice pe care a fost realizat piesa inspectat, i s ofere informaii care s ajute la reglarea acesteia. n final se urmrete dezvoltarea unei proceduri de aliniere automat a mainii de frezare, reducnd considerabil att timpul pierdut de ctre operator prin alinierea manual a acesteia, ct i acurateea n reglarea mainii. 5. Redactarea tezei de doctorat

Propunere de cuprins:

Introducere 1. Stadiul pe plan mondial al sistemelor de generare a informaiilor 3D pentru descrierea

suprafeelor complexe 2. Realizarea pattern-urilor de micare combinat senzor dispozitiv de prezentare a

modelelor 3. Achiziia i prelucrarea primar a informaiilor de tip nor de puncte n vederea

obinerii unei descrieri de tip hart de profunzime 4. Metode i tehnici de generare a traiectoriilor de prelucrare pe maini CNC n vederea

reproducerii formelor complexe 5. Descrierea prin trsturi a suprafeelor tridimensionale n vederea efecturii

controlului de calitate 6. Rezultate experimentale i concluzii Bibliografie

6. Susinerea tezei de doctorat

Susinerea tezei n cadrul Catedrei de Automatic i Informtic Industrial din UPB Susinerea public a tezei