Modello numerico per la simulazione e l’ottimizzazione di controlli non distruttivi con ultrasuoni

I controlli non distruttivi basati sull’impiego di ultrasuoni sono ampiamente usati per la loro efficacia e affidabilità nel rilevamento di difetti. La generazione di onde ultrasonore e la propagazione in strutture di forma non regolare sono difficili da analizzare, soprattutto se la sorgente impiegata è un laser. Le tecniche numeriche per la simulazione del fenomeno reperibili in letteratura mostrano limiti di applicabilità per frequenze nel campo dei MHz e lunghezze d’onda molto corte. In questo lavoro presentiamo un metodo numerico in grado di risolvere accuratamente ed efficientemente problemi di generazione di onde ultrasonore tramite laser, con frequenze nel range dei MHz, e di propagazione in corpi relativamente estesi. La ricezione viene simulata con la propagazione degli ultrasuoni in aria, al fine di poter ottimizzare la configurazione completa per controlli non distruttivi con ultrasuoni senza contatto. Diverse configurazioni di ispezione sono state prima simulate tramite l’analisi numerica e poi riprodotte sperimentalmente per confrontare i risultati

Autonomous 3D geometry reconstruction through robot-manipulated optical sensors

Many industrial sectors face increasing production demands and the need to reduce costs, without compromising the quality. The use of robotics and automation has grown significantly in recent years, but versatile robotic manipulators are still not commonly used in small factories. Beside of the investments required to enable efficient and profitable use of robot technology, the efforts needed to program robots are only economically viable in case of large lot sizes. Generating robot programs for specific manufacturing tasks still relies on programming trajectory waypoints by hand. The use of virtual simulation software and the availability of the specimen digital models can facilitate robot programming. Nevertheless, in many cases, the virtual models are not available or there are excessive differences between virtual and real setups, leading to inaccurate robot programs and time-consuming manual corrections. Previous works have demonstrated the use of robot-manipulated optical sensors to map the geometry of samples. However, the use of simple user-defined robot paths, which are not optimized for a specific part geometry, typically causes some areas of the samples to not be mapped with the required level of accuracy or to not be sampled at all by the optical sensor. This work presents an autonomous framework to enable adaptive surface mapping, without any previous knowledge of the part geometry being transferred to the system. The novelty of this work lies in enabling the capability of mapping a part surface at the required level of sampling density, whilst minimizing the number of necessary view poses. Its development has also led to an efficient method of point cloud down-sampling and merging. The article gives an overview of the related work in the field, a detailed description of the proposed framework and a proof of its functionality through both simulated and experimental evidences

On the Finite Element Modeling of the Lumbar Spine: A Schematic Review

Finite element modelling of the lumbar spine is a challenging problem. Lower back pain is among the most common pathologies in the global populations, owing to which the patient may need to undergo surgery. The latter may differ in nature and complexity because of spinal disease and patient contraindications (i.e., aging). Today, the understanding of spinal column biomechanics may lead to better comprehension of the disease progression as well as to the development of innovative therapeutic strategies. Better insight into the spine’s biomechanics would certainly guarantee an evolution of current device-based treatments. In this setting, the computational approach appears to be a remarkable tool for simulating physiological and pathological spinal conditions, as well as for various aspects of surgery. Patient-specific computational simulations are constantly evolving, and require a number of validation and verification challenges to be overcome before they can achieve true and accurate results. The aim of the present schematic review is to provide an overview of the evolution and recent advances involved in computational finite element modelling (FEM) of spinal biomechanics and of the fundamental knowledge necessary to develop the best modeling approach in terms of trustworthiness and reliability

Contact between the components of a knee prosthesis: numerical and experimental study

The aim of this work is the analysis of the contact area in a knee prosthesis using two different approaches. In particular, the interface between the femoral component and the polyethylene insert has been studied both numerically and experimentally. The interest in studying the contact area is related to the fact that the wear of the polyethylene insert, due to the high contact pressures, represents one of the major causes of failure of the total knee prosthesis. The possibility to evaluate the contact area at different loads and mutual position between femur and tibia is, therefore, of fundamental importance to study the service life of a prosthesis and to improve its performance. The finite element numerical approach has required the acquisition, through reverse engineering, and CAD modelling of the prosthetic components. Then the FEM simulations have been developed considering two different load conditions. In order to compare the calculated data, the same load configurations have been used for experimental tests based on ultrasonic method. In this case, some preliminary tests were required to calibrate the system depending on the particular characteristics of materials, geometries and surface finish of the prosthesis.The results show a good correlation between the data obtained with the two different approaches and, consequently, a good level of reliability of the procedures developed for the numerical and experimental evaluation of the contact area. The numerical procedure can be used to determine the area for different angles and loads, but especially in the design phase. The ultrasonic technique can be used to validate the numerical data

Robotization of the IR-Thermographic technique – impact on the visualisation quality and considerations on the data workflow

Quality control automation is becoming increasingly popular in industrial production lines. Active thermography techniques are well-regarded for their adaptability, providing fast, non-contact, and full-field non-destructive evaluation. Automating thermographic evaluation can increase assessment speed and repeatability without sacrificing inspection accuracy. By using a robot arm to manipulate the thermographic setup, it becomes possible to inspect large components and refine scans on suspicious zones, even in parts with complex geometries. In this study, the performance of a new thermographic inspection platform is compared with a conventional setup to showcase the potential improvements. A plastic curved-shaped sample with artificial flat bottom hole defects is used as a benchmark for the comparison. The advantages and disadvantages of robotizing the infrared non-destructive setup are analyzed, and the impact of the data workflow and future research activities are also discussed

Rilievo in tempo reale di difetti superficiali su corpi in movimento a velocità elevata con ultrasuoni senza contatto

Il rilievo di difetti superficiali durante le ispezioni periodiche è importante poiché in genere le sollecitazioni sono maggiori in superficie e possono accelerare la crescita delle discontinuità. I difetti superficiali possono essere rilevati utilizzando alcuni metodi tradizionali di controllo non distruttivo, quali correnti indotte, liquidi penetranti, polveri magnetiche ed ultrasuoni. Alcuni tra questi metodi possono essere usati solo in condizioni statiche; gli altri presentano delle limitazioni per l’ispezione dinamica. I progressi recenti nel campo dei sensori ultrasonori senza contatto ci hanno permesso di sviluppare un sistema semplice per l’ispezione in tempo reale di corpi in movimento a velocità elevata. Nel lavoro viene presentata la possibilità di usare, col sistema sviluppato, due metodologie, basate sugli ultrasuoni generati e ricevuti senza contatto con la struttura, per rilevare difetti superficiali su corpi in movimento a 100 km/h, così da poter effettuare l’ispezione anche in servizio. Una metodologia, basata sull’uso di laser e trasduttori senza contatto, utilizza i vantaggi delle onde superficiali generate con il laser; l’analisi viene fatta sull’onda riflessa, creata dall’interazione dell’onda superficiale con il difetto. Lo spessore superficiale ispezionato è selezionabile dalla lunghezza d’onda dell’onda superficiale generata. L’altra metodologia, basata sull’uso di trasduttori senza contatto, sfrutta gli svantaggi della trasmissione degli ultrasuoni all’interfaccia aria/metallo; l’analisi viene fatta sulla diffrazione dell’onda riflessa dalla superficie. L’esecuzione delle ispezioni risulta semplice con entrambe le tecniche. I risultati sperimentali indicano una buona efficienza delle due metodologie proposte per il rilievo, in tempo reale, di difetti superficiali su corpi in movimento ad alta velocità

Modello numerico per la simulazione e l’ottimizzazione di controlli non distruttivi con ultrasuoni

I controlli non distruttivi basati sull’impiego di ultrasuoni sono ampiamente usati per la loro efficacia e affidabilità nel rilevamento di difetti. La generazione di onde ultrasonore e la propagazione in strutture di forma non regolare sono difficili da analizzare, soprattutto se la sorgente impiegata è un laser. Le tecniche numeriche per la simulazione del fenomeno reperibili in letteratura mostrano limiti di applicabilità per frequenze nel campo dei MHz e lunghezze d’onda molto corte. In questo lavoro presentiamo un metodo numerico in grado di risolvere accuratamente ed efficientemente problemi di generazione di onde ultrasonore tramite laser, con frequenze nel range dei MHz, e di propagazione in corpi relativamente estesi. La ricezione viene simulata con la propagazione degli ultrasuoni in aria, al fine di poter ottimizzare la configurazione completa per controlli non distruttivi con ultrasuoni senza contatto. Diverse configurazioni di ispezione sono state prima simulate tramite l’analisi numerica e poi riprodotte sperimentalmente per confrontare i risultati

Contact between the components of a knee prosthesis: numerical and experimental study

The aim of this work is the analysis of the contact area in a knee prosthesis using two different approaches. In particular, the interface between the femoral component and the polyethylene insert has been studied both numerically and experimentally. The interest in studying the contact area is related to the fact that the wear of the polyethylene insert, due to the high contact pressures, represents one of the major causes of failure of the total knee prosthesis. The possibility to evaluate the contact area at different loads and mutual position between femur and tibia is, therefore, of fundamental importance to study the service life of a prosthesis and to improve its performance. The finite element numerical approach has required the acquisition, through reverse engineering, and CAD modelling of the prosthetic components. Then the FEM simulations have been developed considering two different load conditions. In order to compare the calculated data, the same load configurations have been used for experimental tests based on ultrasonic method. In this case, some preliminary tests were required to calibrate the system depending on the particular characteristics of materials, geometries and surface finish of the prosthesis.The results show a good correlation between the data obtained with the two different approaches and, consequently, a good level of reliability of the procedures developed for the numerical and experimental evaluation of the contact area. The numerical procedure can be used to determine the area for different angles and loads, but especially in the design phase. The ultrasonic technique can be used to validate the numerical data

modello numerico per la simulazione e l ottimizzazione di controlli non distruttivi con ultrasuoni

I controlli non distruttivi basati sull'impiego di ultrasuoni sono ampiamente usati per la loro efficacia e affidabilita nel rilevamento di difetti. La generazione di onde ultrasonore e la propagazione in strutture di forma non regolare sono difficili da analizzare, soprattutto se la sorgente impiegata e un laser. Le tecniche numeriche per la simulazione del fenomeno reperibili in letteratura mostrano limiti di applicabilita per frequenze nel campo dei MHz e lunghezze d'onda molto corte. In questo lavoro presentiamo un metodo numerico in grado di risolvere accuratamente ed efficientemente problemi di generazione di onde ultrasonore tramite laser, con frequenze nel range dei MHz, e di propagazione in corpi relativamente estesi. La ricezione viene simulata con la propagazione degli ultrasuoni in aria, al fine di poter ottimizzare la configurazione completa per controlli non distruttivi con ultrasuoni senza contatto. Diverse configurazioni di ispezione sono state prima simulate tramite l'analisi numerica e poi riprodotte sperimentalmente per confrontare i risultati