Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48197
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Monitoramento do processo de manufatura aditiva por deposição à arco, utilizando algoritmo de aprendizagem e fusão de sensores
Alternate title (s): Process monitoring of wire arc additive manufacturing, using a learning algorithm and sensor susion
Author: Oliveira, Jean Carlos de
First Advisor: Vilarinho, Louriel Oliveira
First member of the Committee: Finzi Neto, Roberto Mendes
Second member of the Committee: Braga, Eduardo de Magalhães
Third member of the Committee: Carvalho, Sheila Medeiros de
Fourth member of the Committee: Finzi Neto, Roberto Mendes
Summary: O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de monitoramento do processo de manufatura aditiva por deposição à arco (MADA), para auxiliar a etapa de inspeção de peças fabricadas, através da previsão e indicação de regiões potencialmente defeituosa. A solução integra sistema de aquisição e instrumentação, algoritmo de aprendizagem, fusão de sensores, clusterização de anomalias e validação cruzada com imagem radiográfica. O planejamento experimental contemplou a deposição de paredes, em aço carbono e aço inoxidável, com diferentes estratégias de deposição, indução controlada de instabilidades e a aquisição das séries temporais das variáveis de processo: tensão e corrente de soldagem, vazão do gás de proteção, velocidade de alimentação, velocidade de deposição, intensidade luminosa do arco e sons de deposição. A detecção de anomalias foi concebida através de pipelines interativos de análise, algoritmo de aprendizagem baseado em Autoenconder LSTM e utilização de dois indicadores de eventos anômalos: Limiar de Amplitude (eventos de grande intensidade no erro de reconstrução) e Limiar de Volatilidade (eventos de flutuações persistentes). Posteriormente aplicou-se a estratégia de fusão de sensores e clusterização (KMeans) de características híbridas (estatísticas e wavelet) com aplicação da redução de dimensionalidade (PCA) para obtenção de grupos com assinaturas/perfis compatíveis a regiões com probabilidade aumentada de ocorrência de defeitos. A validação do sistema foi realizada através da sobreposição das predições sobre a imagem radiográfica das peças fabricadas, permitindo assim a comparação das regiões indicadas pelo sistema de previsão e as áreas defeituosas efetivamente evidenciadas.
Abstract: This work presents the development of a process-monitoring system for Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) to support the inspection stage of fabricated parts by predicting and indicating potentially defective regions. The solution integrates a data acquisition and instrumentation system, a machine-learning algorithm, sensor fusion, anomaly clustering, and cross-validation with radiographic imaging. The experimental plan comprised the deposition of walls in carbon steel and stainless steel, using different deposition strategies, controlled induction of instabilities, and the acquisition of time series for the process variables: welding voltage and current, shielding-gas flow rate, wire feed speed, travel (deposition) speed, arc luminous intensity, and deposition acoustic signals. Anomaly detection was designed through interactive analysis pipelines, a learning algorithm based on an LSTM Autoencoder, and two indicators of anomalous events: an Amplitude Threshold (large-magnitude events in the reconstruction error) and a Volatility Threshold (persistent fluctuation events). Subsequently, a sensor-fusion strategy and clustering (K-Means) of hybrid features (statistical and wavelet-based) were applied, together with dimensionality reduction (PCA), to obtain groups with signatures/profiles consistent with regions exhibiting an increased probability of defect occurrence. System validation was performed by overlaying the predictions onto the radiographic images of the fabricated parts, thereby enabling comparison between the regions indicated by the prediction system and the defective areas actually observed.
Keywords: MADA
WAAM
Monitoramento de processo
Process monitoring
Autoenconder LSTM
LSTM autoencoder
Detecção de anomalias
Anomaly detection
Fusão de sensores
Sensor fusion
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO
Subject: Engenharia mecânica
Algorítmos
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: OLIVEIRA, Jean Carlos de. Monitoramento do processo de manufatura aditiva por deposição à arco, utilizando algoritmo de aprendizagem e fusão de sensores. 2025. 165 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.645.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.645
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48197
Date of defense: 31-Oct-2025
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
ODS::ODS 12. Consumo e produção responsáveis - Assegurar padrões de produção e de consumo sustentáveis.
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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