Medição de desgaste de inserto de usinagem in loco utilizando um sistema de visão computacional

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: David Lelis Filho
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Minas Gerais
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://hdl.handle.net/1843/75988
Resumo: Machining plays an important role in manufacturing, involving the removal of material to give the desired shape, dimensions and finish to products. An obstacle to the increase of productivity in machining is the downtime generated by planned and unplanned interruptions, particularly the replacement of worn or prematurely failed cutting tools, which can represent a considerable portion of the total production time. To reduce these effects, computer vision techniques have been used to monitor the evolution of tool wear. However, traditionally, the application of these techniques are carried out with the machine stopped, which affects production time. The present work proposes the construction of a low-cost computer vision system to measure the flank wear of milling inserts in loco and compare two different lighting methods, one that uses only one image of the insert and the other that uses a combination of three images. All procedures involving from image acquisition to wear determination are performed using a dedicated low-cost system (Raspberry Pi and camera module v2). The firmware was developed using open source programming language and libraries (Python). The system was validated through bench tests and in a machining center. Tool wear measurement were carried out on different types of inserts and compared the results of the proposed system with measurements carried out using an optical microscope, through the normalized error test. The results showed that the method that uses the combination of three images of the insert is the most advantageous, with a success rate of 100% for average flank wear and 92% for maximum flank wear in the tests conducted in the machining center.
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The present work proposes the construction of a low-cost computer vision system to measure the flank wear of milling inserts in loco and compare two different lighting methods, one that uses only one image of the insert and the other that uses a combination of three images. All procedures involving from image acquisition to wear determination are performed using a dedicated low-cost system (Raspberry Pi and camera module v2). The firmware was developed using open source programming language and libraries (Python). The system was validated through bench tests and in a machining center. Tool wear measurement were carried out on different types of inserts and compared the results of the proposed system with measurements carried out using an optical microscope, through the normalized error test. The results showed that the method that uses the combination of three images of the insert is the most advantageous, with a success rate of 100% for average flank wear and 92% for maximum flank wear in the tests conducted in the machining center.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorporUniversidade Federal de Minas GeraisPrograma Institucional de Internacionalização – CAPES - PrIntMedição de desgasteVisão computacionalUsinagemMedição in locoBaixo custoSistema embarcadoEngenharia mecânicaEngenharia econômicaCusto-benefícioMediçãoDesgaste mecânicoUsinagemVisão por computadorSistemas embutidos de computadorMedição de desgaste de inserto de usinagem in loco utilizando um sistema de visão computacionalIn loco measurement of machining insert flank wear using a computational vision systeminfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisDavid Lelis Filhoinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGhttp://lattes.cnpq.br/4742262126228479Antônio Augusto Torres Maiahttp://lattes.cnpq.br/4340315896207802Pedro Bastos CostaAlexandre Mendes AbrãoRicardo Poley Martins FerreiraA usinagem desempenha um papel crucial na fabricação, envolvendo a remoção de material para dar forma, dimensões e acabamento desejado aos produtos. Um obstáculo para aumentar a produtividade na usinagem é o tempo de inatividade gerado por interrupções planejadas e não planejadas, com destaque para a substituição de ferramentas de corte desgastadas ou com falhas prematuras. Estudos mostram que essas interrupções podem representar uma parcela considerável do tempo total de produção das máquinas-ferramenta. Para diminuir estes efeitos, técnicas de visão computacional têm sido utilizadas para acompanhar a evolução do desgaste da ferramenta. No entanto, tradicionalmente, a aplicação destas técnicas é realizada com a máquina parada o que afeta o tempo de produção. O presente trabalho propõe a construção de um sistema de visão computacional de baixo custo para medir o desgaste de flanco de insertos de usinagem in loco e compara dois métodos de iluminação distintos, um que utiliza somente uma imagem do inserto e outro que utiliza uma combinação de três imagens. Todos os procedimentos envolvidos desde a aquisição da imagem até a determinação do desgaste são feitos utilizando um sistema dedicado de baixo custo (Raspberry Pi e câmera module v2). O firmware foi desenvolvido utilizando linguagem de programação e bibliotecas de código aberto (Python). O sistema foi validado por meio de ensaios em bancada e na área de trabalho de um centro de usinagem. Foi realizada a medição de desgaste em diferentes tipos de insertos e por meio do teste de erro normalizado comparou-se os resultados do sistema proposto com medições realizadas utilizando um microscópio óptico. Os resultados mostraram que o método que utiliza a combinação de três imagens do inserto é a mais favorável, com uma taxa de acertos de 100% para as medições de desgaste de flanco médio e 92% para as medições de desgaste de flanco máximo nos ensaios no centro de usinagem.0000-0001-5982-1741BrasilENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICAPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecanicaUFMGORIGINALDissertação_David_Lelis_Filho.pdfapplication/pdf22637515https://repositorio.ufmg.br//bitstreams/2bd06079-670c-40a0-ad78-2bd96cb97f5b/downloadd7616f72d931971e57b41b743f0bff81MD51trueAnonymousREADLICENSElicense.txttext/plain2118https://repositorio.ufmg.br//bitstreams/61bb41d8-d8da-4189-b948-90699d02c834/downloadcda590c95a0b51b4d15f60c9642ca272MD52falseAnonymousREAD1843/759882025-09-08 21:32:57.738open.accessoai:repositorio.ufmg.br:1843/75988https://repositorio.ufmg.br/Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oairepositorio@ufmg.bropendoar:2025-09-09T00:32:57Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)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