3D reconstruction of aerospace components with robotic ultrasonic inspection

Ultrasonic Testing (UT) plays an important role in industry scenario to detect flaws and defects, without damaging the material tested. The purpose of this technique is useful in re-work operations of high-value parts, where the re-work depends on the result of a previous inspection step. The Steyr’s Profactor GmBh company is contributing to the SeConRob project to develop a solution for cre- ating a 3D model of the parts inspected for the defect evaluation. The 3D model reconstruction involves the use of Voxelization techniques to obtain a complete volumetric reconstruction of the part. In the future, this 3D reconstruction will be used as an input for a Reinforcement Learning Model (RLM) designed to op- timize downstream processes, such as re-work operations. This thesis focuses on a limited part of the project, proposing a solution to obtain a 3D model recon- struction of a flat surface with two holes. The conducted experiment includes the software development to gather ultrasonic data and robot poses, analyze ultrasonic data, and voxelize the surface inspected. The reconstruction results are compared using two different data structure: voxel grid and octree grid. The results obtained represent the first step towards the wider goal of the SeConRob project, and the developed software can be also used to reconstruct surfaces with similar features.

Il test ad ultrasuoni riveste un ruolo fondamentale in ambito industriale per il rilevamento di difetti e imperfezioni, senza danneggiare il materiale analizzato. Questa tecnica risulta particolarmente utile nelle operazioni di rilavorazione di componenti ad alto valore, in cui l’intervento di riparazione dipende dai risul- tati di una fase ispettiva preliminare. L’azienda Profactor GmbH, con sede a Steyr, contribuisce al progetto SeConRob, il cui obiettivo è lo sviluppo di una soluzione per la creazione di un modello tridimensionale delle parti ispezion- ate, al fine di supportare la valutazione dei difetti. La ricostruzione 3D si basa sull’impiego di tecniche di voxelizzazione per ottenere una rappresentazione volumetrica completa del componente analizzato. In prospettiva futura, questo modello tridimensionale sarà utilizzato come input per un modello di Rein- forcement Learning finalizzato all’ottimizzazione dei processi a valle, come le operazioni di rilavorazione. Questa tesi si concentra su un sottoinsieme specifico del progetto, proponendo una soluzione per la ricostruzione tridimensionale di una superficie piana contenente due fori. L’esperimento condotto comprende lo sviluppo software per l’acquisizione dei dati ultrasonici e delle pose robotiche, l’analisi dei dati acquisiti e la voxelizzazione della superficie ispezionata. I risul- tati della ricostruzione sono stati confrontati utilizzando due diverse strutture dati: voxel grid e octree grid. I risultati ottenuti rappresentano un primo passo verso il raggiungimento degli obiettivi più ampi del progetto SeConRob. Inoltre, il software sviluppato può essere applicato anche alla ricostruzione di superfici con caratteristiche analoghe.