Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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Tipo: Tese
Título: Integração de visão computacional e fotogrametria para medição automática de anéis de pistão
Autor(es): NOGUEIRA, Vinicius Veloso Eleutério
Primeiro Orientador: PIMENTA, Tales Cleber
Resumo: O anel de pistão é uma peça crucial nos motores a combustão, que desempenha um papel vital ao vedar a lacuna entre os pistões e as paredes do cilindro. Essa vedação é imprescindível para evitar vazamentos de gases da câmara de combustão e regular a distribuição adequada do lubrificante. Com a evolução dos motores, operando com cada vez maior taxa de compressão e cada vez menos viscosidade dos lubrificantes, a precisão na fabricação dos anéis tornou-se imperativa. Deste modo, a manufatura destes elementos consiste na concepção de anéis que satisfaçam as complexidades do sistema de combustão, fabricados com precisão dimensional rigorosa. No processo de fabricação, a conformidade dos anéis às margens de erro do projeto é vital para evitar rejeições na análise de qualidade e o subsequente retrabalho. Isso requer, aliada à qualificação dos processos de fabricação, um sistema de medição confiável para otimizar a produção e garantir produtos de alta qualidade. Nesse contexto, este estudo examina o método de medição manual atualmente empregado e propõe uma abordagem automatizada distinta, visando aprimorar a consistência das medições e reduzir desperdícios. A proposta central é o desenvolvimento de um método alternativo de medição baseado em processamento de imagens. Esta abordagem oferece várias vantagens, incluindo automação otimizada, agilidade no processo e ausência de contato direto com as peças medidas. A pesquisa explora a criação de um dispositivo equipado com um sistema de visão de máquina que mede anéis de pistão por meio de imagens, garantindo a precisão requerida. O estudo integra técnicas estabelecidas de visão computacional com contribuições inéditas, incluindo modificações na detecção de bordas em subpixel, a estimação dos ângulos do contorno através de filtros de fase nula e ajustes no fluxo de execução do sistema. Além disso, empregando técnicas de fotogrametria, o sistema mapeia pontos da imagem no espaço tridimensional, corrigindo distorções, inclinações e distâncias entre o plano de medição e a câmera, onde também há a implementação de uma proposta de compensação de altura. O protótipo desenvolvido é validado através de testes de rastreamento com blocos padrão e comparações com equipamentos convencionais. Os resultados atestam a capacidade do protótipo em manter o rastreamento diante de diversas variações de tamanho, altura, posição e inclinação. Notavelmente, o método automatizado proposto se destaca em relação às medições manuais, especialmente na avaliação da abertura do anel. Em última análise, a implementação do método proposto neste trabalho é capaz de otimizar substancialmente o processo de fabricação de anéis de pistão, aprimorando a consistência e agilidade para atender aos requisitos de qualidade essenciais para esses componentes vitais nos motores a combustão.
Abstract: The piston ring is a critical component in internal combustion engines whichs plays a vital role by sealing the gap between pistons and cylinder walls. This sealing is indispensable to prevent gas leakage from the combustion chamber and to adequately control lubricant distribution. With the evolution of engines, operating with increasingly compression ratios and lower lubricant viscosities to maximize performance and effiency, precision in piston ring manufacturing has become imperative. Thus, the manufacturing of these elements entails designing rings that meet the complexities of the combustion system, manufactured with rigorous dimensional accuracy. In this manufacturing process, ensuring that the rings conform to the project’s error margins is essential to avoid rejections during quality analysis and subsequent rework. This necessitates, in conjunction with process qualification, a reliable measurement system to optimize production and guarantee highquality products. In this context, this study examines the presently employed manual measurement method and proposes a distinct automated approach aimed at enhancing measurement consistency and reducing waste. The central proposition is the development of an alternative measurement method based on image processing. This approach offers several advantages, including optimized automation, process agility, and the absence of direct contact with the measured components. The research explores the design of a machine vision system that measures piston rings through images, ensuring the required precision. The study integrates established computer vision techniques with novel contributions, including modifications in subpixel edge detection, estimation of contour angles using zero phase filters, and adjustments in the system’s execution flow. Additionally, the method employs photogrammetry techniques to map image points to the real world, correcting image distortions, inclinations, and relative distances between measurement points and the camera, as well as accounting for part height, throught the implementation of a proposed height compensation method. The developed prototype is validated through tracking tests using standard blocks and comparisons with conventional equipment. The results attest to the prototype’s ability to maintain tracking across various size, height, position, and inclination variations. Remarkably, the proposed automated method stands out compared to manual measurements, particularly in assessing ring opening. Ultimately, the implementation of this innovative method has the potential to substantially optimize the piston ring manufacturing process, enhancing consistency and agility to meet the essential quality requirements for these vital components in internal combustion engines.
Palavras-chave: Anel de pistão
Fotogrametria terrestre de curto alcance
Visão computacional
Visão de máquina
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELÉTRICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Elétrica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3955
Data do documento: 1-Nov-2023
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