Systeme d'analyse de donnees d'inspection tridimensionnelles integre a un systeme CAO/FAO

One of the problems faced from the manufacturing industry refers to the optimal positioning of the blank parts within the machine-tool. The reference frame associated to the blank part on the machine-tool should be set in order to ensure sufficiency of material all along the programmed paths, which are generated from a particular design reference frame associated to a nominal model. Many factors can produce such undercutting problems, including the inappropriate positioning of the part on the machine-tool, the size deviation of the resulting blank from its manufacturing process, or even the oversize specification of the part, which is often designed too tight.

The main concern of this thesis is to develop a computer assisted tool, which can optimally balance the blank parts in order to establish an adequate reference frame on the machine-tool. The proposed technique does not only answer, yes or no, to the question "Is there enough material to machine this nominal part from this blank?", but is interested in determining how the unavoidable lack of material can be oriented in order to minimize the production costs. Much of the work existing in the three-dimensional alignment field of application cannot compute an appropriate reference frame based on this basis, which involves the unfeasible domain of solution simultaneously with the feasible domain of solution. From the proposed approach or solution, a software called "BALPART" is developed and integrated to the CAD/CAM software "ACIS".

The method proposed in this thesis, is an iterative process improving the solution in a way such that the constraints are satisfied with a decreasing order of priority. This process includes two important steps, one which best align the data set with respect to the CAD model, and the other which search for a best feasible or infeasible solution regarding the constraints to satisfy. This former step solves, at each iteration, an unconstrained and non linear least squares optimization problem with the Newton-Raphson iterative method. The constrained process involves the minimization of an artificial penalty function, specially developed to successively satisfy each constraint under its priority level. Both, a logarithmic and a root mean square artificial function, designed on this scheme. are compared in terms of results, efficiency, and functionality of the alignment process. (Abstract shortened by UMI.)

Alternate abstract:

L'un des problèmes rencontrés par l'industrie manufacturière concerne le positionnement optimal des pièces brutes au sein de la machine-outil. Le référentiel associé à la pièce brute sur la machine-outil doit être réglé de manière à assurer une suffisance de matière tout au long des trajectoires programmées, qui sont générées à partir d'un référentiel de conception particulier associé à un modèle nominal. De nombreux facteurs peuvent produire de tels problèmes de contre-dépouille, notamment le positionnement inapproprié de la pièce sur la machine-outil, l'écart de taille de l'ébauche résultante par rapport à son processus de fabrication, ou encore la spécification surdimensionnée de la pièce, qui est souvent conçue trop serrée.

L'objectif principal de cette thèse est de développer un outil assisté par ordinateur, capable d'équilibrer de manière optimale les pièces brutes afin d'établir un référentiel adéquat sur la machine-outil. La technique proposée ne répond pas seulement, oui ou non, à la question « Y a-t-il assez de matière pour usiner cette pièce nominale à partir de cette ébauche ? », mais s'intéresse à déterminer comment l'inévitable manque de matière peut être orienté afin de minimiser les coûts de production. Une grande partie des travaux existant dans le domaine d'application de l'alignement tridimensionnel ne peut pas calculer un cadre de référence approprié basé sur cette base, qui implique le domaine de solution irréalisable simultanément avec le domaine de solution réalisable. A partir de l'approche ou de la solution proposée, un logiciel appelé « BALPART » est développé et intégré au logiciel de CFAO « ACIS ».

La méthode proposée dans cette thèse, est un processus itératif améliorant la solution de manière à ce que les contraintes soient satisfaites avec un ordre décroissant de priorité. Ce processus comprend deux étapes importantes, l'une qui aligne au mieux le jeu de données par rapport au modèle CAO, et l'autre qui recherche la meilleure solution faisable ou infaisable en fonction des contraintes à satisfaire. Cette première étape résout, à chaque itération, un problème d'optimisation des moindres carrés non contraint et non linéaire avec la méthode itérative de Newton-Raphson. Le processus contraint implique la minimisation d'une fonction de pénalité artificielle, spécialement développée pour satisfaire successivement chaque contrainte sous son niveau de priorité. Les deux, une fonction artificielle logarithmique et quadratique moyenne, conçues sur ce schéma. sont comparés en termes de résultats, d'efficacité et de fonctionnalité du processus d'alignement. (Résumé abrégé par UMI.)