An Integrated Reverse Engineering Approach for Accuracy Control of Free-Form Objects

• Autorzy: Pathak V. K. , Nayak C. , Singh A. K. , Chaudhary H.

Identyfikatory

DOI

10.1515/meceng-2016-0037

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie zintegrowanych metod inżynierii odwrotnej do kontroli dokładności wykonania obiektów o dowolnych kształtach

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Computer-aided tools help in shortening and eradicating numerous repetitive tasks that reduces the gap between digital model and actual product. Use of these tools assists in realizing free-form objects such as custom fit products as described by a stringent interaction with the human body. Development of such a model presents a challenging situation for reverse engineering (RE) which is not analogous with the requirement for generating simple geometric models. Hence, an alternating way of producing more accurate three-dimensional models is proposed. For creating accurate 3D models, point clouds are processed through filtering, segmentation, mesh smoothing and surface generation. These processes help in converting the initial unorganized point data into a 3D digital model and simultaneously influence the quality of model. This study provides an optimum balance for the best accuracy obtainable with maximum allowable deviation to lessen computer handling and processing time. A realistic non trivial case study of free-form prosthetic socket is considered. The accuracy obtained for the developed model is acceptable for the use in medical applications and FEM analysis.

PL

Narzędzia wspomagania komputerowego pomagają skrócić lub wyeliminować powtarzające się wielokrotnie zadania w procesie redukowania różnic pomiędzy rzeczywistym produktem a jego modelem cyfrowym. Ich zastosowanie pomaga realizować obiekty o dowolnych kształtach, takie jak produkty dopasowane indywidualnie, przeznaczone do ścisłego współdziałania z ciałem człowieka. Opracowanie modeli podobnego rodzaju stanowi dla inżynierii odwrotnej wyzwanie nieporównywalnie trudniejsze od tego, jakim jest tworzenie modeli o prostych formach geometrycznych. Biorąc powyższe pod uwagę, autorzy zaproponowali alternatywną drogę tworzenia dokładniejszych modeli trójwymiarowych. W celu realizacji tego zadania trójwymiarowe chmury punktów są przetwarzane drogą filtracji, segmentacji, wygładzania siatki i generacji powierzchni. Zastosowane procesy przetwarzania pomagają przekształcić początkowy nieuporządkowany zbiór danych w model trójwymiarowy, wpływając jednocześnie na jakość tego modelu. W pracy zaproponowano kompromis pomiędzy osiąganiem najlepszej dokładności przy dopuszczalnych odchyłkach a zmniejszeniem obciążenia komputera i czasu przetwarzania danych. Rozważono realistyczny, nietrywialny przypadek modelu o złożonym kształcie – trzonu protezy kończyny. Dokładność uzyskanego modelu okazała się wystarczająca do zastosowań medycznych oraz do celów analizy MES.

Słowa kluczowe

EN

surface accuracy; computer-aided tools; free form shapes; reverse engineering

PL

dokładność powierzchni; narzędzia wspomagania komputerowego; dowolne kształty; inżynieria odwrotna

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. LXIII, nr 4
• Strony: 647--663
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Pathak V. K.

• Malaviya National Institute of Technology, Jaipur, Rajasthan-302017, India

autor

Nayak C.

• Malaviya National Institute of Technology, Jaipur, Rajasthan-302017, India

autor

Singh A. K.

• Malaviya National Institute of Technology, Jaipur, Rajasthan-302017, India

autor

Chaudhary H.

• Malaviya National Institute of Technology, Jaipur, Rajasthan-302017, India

Bibliografia

• [1] M. Sokovic and J. Kopac. Re (reverse engineering) as necessary phase by rapid product development. Journal of Materials Processing Technology, 175(1):398–403, 2006.
• [2] E. Solaberrieta, O. Etxaniz, R. Minguez, J. Gorozika, L. Barrenetxea, and E. Sierra. Virtual production of dental prostheses using a dental virtual articulator. International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM), 9(1):19–30, 2015.
• [3] M. Fantini, F. De Crescenzio, and L. Ciocca. Design and rapid manufacturing of anatomical prosthesis for facial rehabilitation. International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM), 7(1):51–62, 2013.
• [4] K.D. Creehan and B. Bidanda. Computer-aided reverse engineering of the human musculoskeletal system. Virtual and Physical Prototyping, 1(2):83–91, 2006.
• [5] R. Pandey and L.N. Pattanaik. A fuzzy qfd approach to implement reverse engineering in prosthetic socket development. International Journal of Industrial and Systems Engineering, 17(1):1–14, 2014.
• [6] Y.P. Lin, C.T. Wang, and K.R. Dai. Reverse engineering in CAD model reconstruction of customized artificial joint. Medical Engineering & Physics, 27(2):189–193, 2005.
• [7] A. Amin, S. Suresh, A. Sanghrajka, S.R. Cannon, T.W.R. Briggs, and P. Unwin. Custom-made endoprosthetic reconstruction of the distal humerus for non-tumorous pathology. Acta orthopaedica Belgica, 74(4):446–450, 2008.
• [8] Y. Jun and S. Park. Polygon-based 3D surgical planning system for hip operation. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 12(1):157–160, 2011.
• [9] V.K. Pathak, A.K. Singh, M. Sivadasan, and N.K. Singh. Framework for automated GD&T inspection using 3D scanner. Journal of The Institution of Engineers (India): Series C, pages 1–9, 2016.
• [10] M. Dujovny, R. Evenhouse, C. Agner, F.T. Charbel, L. Sadler, and D. McConathy. Preformed prosthesis from computed tomography data: Repair of large calvarial defects. In E.C. Benzel and S.S. Rengachary, editors, Calvarial and Dural Reconstruction, pages 77–88. American Association of Neurological Surgeons, Park Ridge, III, 1999.
• [11] Materialise, case: Modeling and design of a custom made cranium implant for large skull reconstruction before a tumor removal, http://www.materialise.com/materialise/view/en/421308, 2001.
• [12] L.M. Galantucci, G. Percoco, and U. Dal Maso. Coded targets and hybrid grids for photogrammetric 3d digitisation of human faces. Virtual and Physical Prototyping, 3(3):167–176, 2008.
• [13] J. Roca-Pardiñas, H. Lorenzo, P. Arias, and J. Armesto. From laser point clouds to surfaces: Statistical nonparametric methods for three-dimensional reconstruction. Computer-Aided Design, 40(5):646–652, 2008.
• [14] J-P. Pernot, G. Moraru, and P. Véron. Repairing triangle meshes built from scanned point cloud. Journal of Engineering Design, 18(5):459–473, 2007.
• [15] B.R. Barbero. The recovery of design intent in reverse engineering problems. Computers & Industrial Engineering, 56(4):1265–1275, 2009.
• [16] J. Kofman and K. Borribanbunpotkat. Hand-held 3d scanner for surface-shape measurement without sensor pose tracking or surface markers. Virtual and Physical Prototyping, 9(2):81–95, 2014.
• [17] V.K. Pathak and A.K. Singh. Alignment based inspection framework for additive manufactured parts. In C.S. Mandal, D.K.and Syan, editor, CAD/CAM, Robotics and Factories of the Future: Proceedings of the 28th International Conference on CARs & FoF 2016, pages 335–344. Springer, 2016.
• [18] D. Gibson. Parametric feature recognition and surface construction from digital point cloud scans of mechanical parts. Master’s thesis, University of Oklahoma, 2004.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)