پديد آورنده :
هاتفي، كتايون سادات
عنوان :
پايش بيدرنگ فرآيند مدلسازي رسوبنشاني ذوبي با استفاده از پردازش تصوير و بهبود كيفيت ساخت با بهرهگيري از يادگيري ماشين
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
معماري سيستمهاي كامپيوتري
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
پانزده، 133ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
امير خورسندي
توصيفگر ها :
ساخت به شيوهي افزودني , چاپگر سهبعدي , بينايي كامپيوتر , نظارت بيدرنگ , ارزيابي كيفيت , پردازش تصوير
استاد داور :
رسول اميرفتاحي، نادر كريمي
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/03/28
رشته تحصيلي :
مهندسي كامپيوتر
دانشكده :
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/03/29
چكيده فارسي :
امروزه، فرآيند ساخت به شيوهي افزودني كه به عنوان چاپ سهبعدي نيز شناخته ميشود، نقش عمدهاي را در صنايع، بهداشتودرمان، هوانوردي و طيف گستردهاي از حوزههاي ديگر، ايفا مينمايد. توانايي نمونهسازي سريع و توليد محصولات با هندسههاي خاص، از مزاياي اصلي اين فناوري محسوب ميگردند كه سبب محبوبيت آن نيز شدهاند. البته، ميزان بازده و همچنين دقت عملكرد دستگاههاي ساخت به شيوهي افزودني، همواره از اهميت بالايي برخوردار بوده و ارتباط مستقيمي با كيفيت محصول ايجاد شده، زمان ساخت و همچنين انرژي و مواد مصرفي را دارا ميباشند. هنگاميكه در اين فرآيند از روشهاي برخط به منظور نظارت بر كيفيت محصول ساخته شده استفاده نگردد، وجود ايراد در پروسهي ساخت تا پايان فرآيند مشخص نخواهد شد كه اين سبب ميگردد تا محصول نهايي به دست آمده نتواند مورد استفاده قرار گرفته و زمان و هزينهي صرف شده به هدر رود. همچنين به علت زمان طولاني فرآيند، امكان نظارت انساني در طول پروسهي ساخت، وجود نخواهد داشت. از اين رو، تاكنون شيوههاي نظارت خودكار بر فرآيندهاي ساخت به شيوهي افزودني به منظور اطمينان از كيفيت محصولات در حال ساخت، توسط پژوهشگران ارائه شده است. با اين حال، اكثر شيوههاي ارائه شده، تنها قادر به شناسايي حالتهاي داراي ايراد و متوقفسازي فرآيند به منظور جلوگيري از اتلاف زمان و منابع مصرفي هستند. همچنين پژوهشهاي بسيار اندكي به منظور تسكين عوامل ايجاد كنندهي ايرادها و افزايش بازده فرآيند ساخت، انجام شده است. در اين پاياننامه، يك سيستم نظارت برخط در فرآيند مدلسازي رسوبنشاني ذوبي طراحي شده است. بخش ابتدايي سيستم نظارت پيشنهادي، با بهرهگيري از پردازش تصاوير، كيفيت لايههاي ايجاد شده توسط اين فرآيند را پايش نموده و با تحليل بافت لايههاي ايجاد شده، ويژگيهاي مناسب را استخراج كرده و لايههاي سالم و داراي ايراد را تفكيك مينمايد. به عبارتي، ويژگيهاي به دست آمده به عنوان ورودي براي الگوريتم يادگيري ماشين براي محاسبهي دقت روش پردازشي در تعيين لايههاي سالم و داراي ايراد، مورد استفاده قرار ميگيرند و طبقهاي كه دادههاي ورودي به آن تعلق دارند، تعيين ميشود. سپس، نوع ايرادها بر اساس بيرونريزي بيشتر از حد مطلوب وكمتر از حد مطلوب تعيين ميگردند. در نهايت، كنترلكنندهي حلقه بستهاي كه از اطلاعات به دست آمده استفاده مينمايد، دستورهاي تصحيح را بر اساس نتيجهي پردازش حاصل شده براي تنظيم پارامترهاي سيستم و كاهش تأثير عوامل ايجاد كنندهي ايراد، صادر مينمايد. در نتيجه، كيفيت لايههاي ايجاد شده در پروسهي مدلسازي رسوبنشاني ذوبي بهبود يافته و بازده فرآيند افزايش مييابد. مقايسهي نتايج روش پيشنهادي با نتايج گزارش شده در پژوهشهاي پيشين، حاكي از برتري روش پيشنهادي بر اساس معيارهاي كمي و نيز كيفي ميباشد. در بخش دوم، به منظور شناسايي هرگونه انحراف هندسي ايجاد شده، سيستم نظارت بيدرنگ مبتني بر بينايي كامپيوتر ارائه ميشود. سيستم پيشنهادي از طريق دريافت و تراز نمودن نقاط ابري اكتسابي توسط دو دوربين سهبعدي از قطعهي در حال ساخت، يك مدل سهبعدي با دقت بالا را ايجاد مينمايد. سپس مدل ايجاد شده با مدل طراحي شده به كمك رايانه، مورد مقايسه قرار گرفته و در صورت وجود ايراد هندسي، محل داراي انحراف هندسي به سرعت شناسايي شده و دستورهاي تصحيح متناظر به صورت بيدرنگ، ايجاد شده و به كنترلكنندهي چاپگر سهبعدي ارسال ميشوند. همچنين، تمامي مراحل به صورت خودكار و بيدرنگ، انجام ميشوند. نتايج به دست آمده در اين بخش، بهبودهاي قابل توجهي را نسبت به پژوهشهاي پيشين، در زمينهي افزايش اطمينان فرآيند مدلسازي رسوب نشاني ذوبي نشان ميدهند.
چكيده انگليسي :
Nowadays, additive manufacturing which is also known as 3d printing, plays a major role in industries, healthcare, avionics and etc. The main advantages of this technology that make it popular are the ability rapid prototyping and producing final products with special geometries. Of course, the efficiency and accuracy of additive manufacturing machines has been always of great importance and are directly related to the product quality, manufacturing time, and also the amount of energy and materials consumed.
Fused deposition modeling (FDM) is a low-cost conventional additive manufacturing method that is less reliable and thus more error prone in comparison to other additive manufacturing methods. Without using any monitoring methods to control the quality of products in this process, probable defects and faults in the manufacturing process are not detected up to the end of the process. As a result, the final product cannot be used and the time and cost are wasted. On the other hand, monitoring the process is not possible for the operator because of significant process time. Therefore, researchers have presented some automated methods so far for monitoring the process and ensuring the quality of products. Most of these try to detect defects and stop the process to decrease the waste of time and resources. There are also few methods that try to compensate defects and increase the production yield in this manufacturing method.
In this thesis, an online monitoring system is designed for FDM machines. The first part of the system is based on the image processing techniques to monitor the quality of layers produced by the FDM process. Defects are identified by analyzing the texture of produced layers. Furthermore, proper process parameters are extracted to continue the process while keeping the desired degree of quality. To explain more, the extracted features are used as inputs to a machine learning algorithm to separate the flawless and defective layers. Then detected defects are classified into two different categories of over-extrusion and under-extrusion. Finally, a closed-loop controller uses this information to issue compensation commands and tuning the process parameters in the next layer to reduce the effect of defects. In this manner, the overall quality of the final product in addition to the process efficiency are improved. The comparison between the results of the proposed method and previous methods shows the superiority of the proposed method in terms of quantitative and qualitative criteria.
As the second part, a real-time computer vision-based monitoring system is presented to identify any geometrical deviations in the printed object. The proposed method extracts a high-precision 3D model by aligning and merging different point clouds taken by two 3D cameras which covers the entire printing platform. Then this model is compared to the reference CAD model. If any defects (geometric deviation) are detected, the location of that defect is sent to the controller and the corresponding corrective commands are generated and sent to the 3D printer controller. All the steps are carried out automatically and in a real-time behavior. The evaluation results in this section also shows the significant improvements in the reliability of the FDM process compared to the previous methods.
استاد راهنما :
امير خورسندي
استاد داور :
رسول اميرفتاحي، نادر كريمي