Algorithms for direct automatic drill wear evaluation

The evaluation of the state of wear of cutting tools is one of the most challenging problems in chip removal processes. Lots of solutions can be adopted ranging from indirect analyses of cutting parameters to direct inspection of the cutting tool morphology. The work developed in this master thesis can be contextualized in the field of direct methods for evaluating the state of wear of drill bits. Deeply in detail it is focused at the definition of algorithms and codes for automatically compare three and two-dimensional geometric features of drilling tools before and after their usage in order to evaluate the state of wear. In order to do so, already available codes will be exploited and novel criterions and algorithms will be introduced and developed. Sets of data to be analyzed are represented by triangulated clouds of points obtained by means of an Alicona InfiniteFocus focus variation measuring system. In addition, Matlab and CloudCompare v.2.6.3 software are employed to develop these kinds of algorithms and to manipulate data in order to obtain reliable and reusable results. Finally, a validation of the proposed method is presented by applying it to the real case of dental bone drills. This last step is a part of a wider experimental campaign undertaken by Politecnico di Milano.

La valutazione dello stato di usura di utensili da taglio è uno degli aspetti più rilevanti nello studio delle lavorazioni per asportazione di truciolo. A tale scopo diverse soluzioni possono essere adottate spaziando dall’analisi indiretta, effettuata tramite misurazione e valutazione dei parametri di taglio, all’analisi diretta basata sulla valutazione visiva della morfologia delle superfici dell’utensile (sia da nuovo che da usurato). Il lavoro sviluppato in questa tesi magistrale può essere contestualizzato nel campo dei metodi diretti per la valutazione dello stato di usura di punte a forare. In particolare, l’attenzione sarà concentrata nella definizione di algoritmi e codici di calcolo finalizzati alla comparazione di superfici e geometrie tridimensionali di punte a forare, prima e dopo il loro utilizzo, in modo tale da poterne valutare lo stato e lo sviluppo progressivo dell’usura. Per fare ciò, verranno sviluppati nuovi criteri ed algoritmi da affiancare a codici di calcolo preesistenti. L’oggetto dell’analisi sarà pertanto rappresentato da acquisizioni tridimensionali, ottenute tramite il sistema di misurazione ottica a variazione focale Alicona InfiniteFocus, delle nuvole di punti triangolate rappresentanti l’utensile nuovo ed usurato. Successivamente, i dati verranno manipolati ed analizzati tramite l’ambiente di calcolo Matlab ed il software di elaborazione dati CloudCompare v2.6.3 in modo tale da ottenere risultati attendibili e riutilizzabili in qualsiasi momento. In conclusione del lavoro sarà proposto un metodo di validazione degli algoritmi e dei codici di calcolo sviluppati basato sull’applicazione degli stessi al caso reale delle punte a forare per applicazioni odontoiatriche (chiamate in gergo anche “frese”). Quest’ultima fase rientra in un più ampio progetto di sperimentazione scientifica intrapreso dal Politecnico di Milano.