Feature recognition & tool path generation for 5 axis step-nc machining of free form / irregular contoured surfaces

This research paper presents a five step algorithm to generate tool paths for machining Free form / Irregular Contoured Surface(s) (FICS) by adopting STEP-NC (AP-238) format. In the first step, a parametrized CAD model with FICS is created or imported in UG-NX6.0 CAD package. The second step recognizes the features and calculates a Closeness Index (CI) by comparing them with the B-Splines / Bezier surfaces. The third step utilizes the CI and extracts the necessary data to formulate the blending functions for identified features. In the fourth step Z-level 5 axis tool paths are generated by adopting flat and ball end mill cutters. Finally, in the fifth step, tool paths are integrated with STEP-NC format and validated. All these steps are discussed and explained through a validated industrial component.

Integration of cad/ tool path data for 5-axis step-nc machining of free form / irrregular contoured surfaces

This research paper presents the work on feature recognition, tool path data generation and integration with STEP-NC (AP-238 format) for features having Free form / Irregular Contoured Surface(s) (FICS). Initially, the FICS features are modelled / imported in UG CAD package and a closeness index is generated. This is done by comparing the FICS features with basic B-Splines / Bezier curves / surfaces. Then blending functions are caculated by adopting convolution theorem. Based on the blending functions, contour offsett tool paths are generated and simulated for 5 axis milling environment. Finally, the tool path (CL) data is integrated with STEP-NC (AP-238) format. The tool path algorithm and STEP- NC data is tested with various industrial parts through an automated UFUNC plugin.

Geometric properties of 2-dimensional minimal surfaces in a sub-Riemannian manifold which models the Visual Cortex

In this paper we study the notion of degree forsubmanifolds embedded in an equiregular sub-Riemannian manifold and we provide the definition of their associated area functional. In this setting we prove that the Hausdorff dimension of a submanifold coincides with its degree, as stated by Gromov. Using these general definitions we compute the first variation for surfaces embedded in low dimensional manifolds and we obtain the partial differential equation associated to minimal surfaces. These minimal surfaces have several applications in the neurogeometry of the visual cortex.

Fibronectin/phosphorylcholine coatings on fluorocarboned surfaces: a study upon adsorption and grafting processes

Depuis ces dernières décennies, le domaine des biomatériaux a connu un essor considérable, évoluant de simples prothèses aux dispositifs les plus complexes pouvant détenir une bioactivité spécifique. Outre, le progrès en science des matériaux et une meilleure compréhension des systèmes biologiques a offert la possibilité de créer des matériaux synthétiques pouvant moduler et stimuler une réponse biologique déterminée, tout en améliorant considérablement la performance clinique des biomatériaux. En ce qui concerne les dispositifs cardiovasculaires, divers recouvrements ont été développés et étudiés dans le but de modifier les propriétés de surface et d’améliorer l’efficacité clinique des tuteurs. En effet, lorsqu’un dispositif médical est implanté dans le corps humain, son succès clinique est fortement influencé par les premières interactions que sa surface établit avec les tissus et les fluides biologiques environnants. Le recouvrement à la surface de biomatériaux par diverses molécules ayant des propriétés complémentaires constitue une approche intéressante pour atteindre différentes cibles biologiques et orienter la réponse de l’hôte. De ce fait, l’élucidation de l’interaction entre les différentes molécules composant les recouvrements est pertinente pour prédire la conservation de leurs propriétés biologiques spécifiques. Dans ce travail, des recouvrements pour des applications cardiovasculaires ont été créés, composés de deux molécules ayant des propriétés biologiques complémentaires : la fibronectine (FN) afin de promouvoir l’endothélialisation et la phosphorylcholine (PRC) pour favoriser l’hémocompatibilité. Des techniques d’adsorption et de greffage ont été appliquées pour créer différents recouvrements de ces deux biomolécules sur un polymère fluorocarboné déposé par traitement plasma sur un substrat en acier inoxydable. Dans un premier temps, des films de polytétrafluoroéthylène (PTFE) ont été utilisés en tant que surface modèle afin d’explorer l’interaction de la PRC et de la FN avec les surfaces fluorocarbonées ainsi qu’avec des cellules endothéliales et du sang. La stabilité des recouvrements de FN sur l’acier inoxydable a été étudiée par déformation, mais également par des essais statiques et dynamiques sous-flux. Les recouvrements ont été caractérisés par Spectroscopie Photoéléctronique par Rayons X, immunomarquage, angle de contact, Microscopie Électronique de Balayage, Microscopie de Force Atomique et Spectrométrie de Masse à Ionisation Secondaire à Temps de Vol (imagerie et profilage en profondeur). Des tests d’hémocompatibilité ont été effectués et l’interaction des cellules endothéliales avec les recouvrements a également été évaluée. La FN greffée a présenté des recouvrements plus denses et homogènes alors que la PRC quant à elle, a montré une meilleure homogénéité lorsqu’elle était adsorbée. La caractérisation de la surface des échantillons contenant FN/PRC a été corrélée aux propriétés biologiques et les recouvrements pour lesquels la FN a été greffée suivie de l’adsorption de la PRC ont présenté les meilleurs résultats pour des applications cardiovasculaires : la promotion de l’endothélialisation et des propriétés d’hémocompatibilité. Concernant les tests de stabilité, les recouvrements de FN greffée ont présenté une plus grande stabilité et densité que dans le cas de l’adsorption. En effet, la pertinence de présenter des investigations des essais sous-flux versus des essais statiques ainsi que la comparaison des différentes stratégies pour créer des recouvrements a été mis en évidence. D’autres expériences sont nécessaires pour étudier la stabilité des recouvrements de PRC et de mieux prédire son interaction avec des tissus in vivo.

Problems in Algebraic Vision

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Levier synthétique de silice : une approche pour fonctionnaliser les surfaces hydroxylées

La présente recherche couvre les premiers essais d’une nouvelle méthode de fonctionnalisation chimique de surfaces hydroxylées. La méthode consiste à faire réagir ladite surface avec un réactif en excès, le tétrachlorure de silicium (SiCl4), rendant celle-ci chimiquement réactive à n’importe quel alcool externe ajouté par la suite au milieu. L’alcool externe modifie les propriétés de surface du substrat dépendamment de sa composition. Une multitude de fonctionnalités chimiques peuvent être présentes sur l’alcool externe et ce sont elles qui dictent les nouvelles propriétés de surface. Dans l’étude présente, les substrats étudiés ont été la cellulose microcristalline commerciale (MCC), la fibre de chanvre délignifiée et la corde de lin. La MCC est une cellulose fortement hydrolysée et purifiée ayant une structure cristalline la rendant insoluble. L’absence d’impuretés pouvant engendrer des interférences est la raison majeure pour laquelle ce substrat a été employé en premier. Avec des alcools tels que le 1-décanol, le 10-undécènol et le PEG-400, les propriétés de surfaces ont été ajustées et ont permis les premières applications comme substrat fibreux dans des composites de LDPE et de PLA. Une fois modifiés avec le 1-décanol et le 10-undécènol, les substrats ont montré des propriétés surfaciques hydrophobes n’absorbant plus l’eau et montrant des angles de contacts supérieurs à 90o avec celle-ci. Des mélanges à 17 et à 50 % massiques de ces substrats modifiés ont donc été faits avec le LDPE et une caractérisation complète des composites a été effectuée. Les tests mécaniques des composites modifiés de 17 % massique de MCC et de corde ont démontré une claire adhésion substrat-matrice par l’augmentation de la contrainte maximale ainsi que de l’élongation à la rupture. Pour ce qui est des substrats avec PEG-400, la fonctionnalisation a été démontrée et des composites MCC-PLA ont été faits. La modification de la MCC a engendré un changement des propriétés mécaniques sans toutefois surpasser le PLA de départ. Néanmoins, dans tous les cas, l’adhésion substrat-matrice a été améliorée par la réaction et a pu être démontrée par l’étude des fractures et des coupes microtomes au MEB. Finalement, la dispersion et les interactions à l’intérieur des composites de MCC à 17 et à 50 % ont été observées par rhéologie. Les composites modifiés ont montré une meilleure dispersion comparativement aux composites de MCC qui eux engendrent même la formation de réseau substrat-substrat.

An algoritmh for the estimation of 3D surfaces using competitive learning

This paper addresses the estimation of object boundaries from a set of 3D points. An extension of the constrained clustering algorithm developed by Abrantes and Marques in the context of edge linking is presented. The object surface is approximated using rectangular meshes and simplex nets. Centroid-based forces are used for attracting the model nodes towards the data, using competitive learning methods. It is shown that competitive learning improves the model performance in the presence of concavities and allows to discriminate close surfaces. The proposed model is evaluated using synthetic data and medical images (MRI and ultrasound images).

Analysis of surfaces for characterization of fungal burden: does it matter?

Objectives: Mycological contamination of occupational environments can be a result of fungal spores’ dispersion in the air and on surfaces. Therefore, it is very important to assess it in both types of the samples. In the present study we assessed fungal contamination in the air and in the surface samples to show relevance of surfaces sampling in complementing the results obtained in the air samples. Material and Methods: In total, 42 settings were assessed by the analysis of air and surfaces samples. The settings were divided into settings with a high fungal load (7 poultry farms and 7 pig farms, 3 cork industries, 3 waste management plants, 2 wastewater treatment plants and 1 horse stable) and a low fungal load (10 hospital canteens, 8 college canteens and 1 maternity hospital). In addition to culture-based methods, molecular tools were also applied to detect fungal burden in the settings with a higher fungal load. Results: From the 218 sampling sites, 140 (64.2%) presented different species in the examined surfaces when compared with the species identified in the air. A positive association in the high fungal load settings was found between the presence of different species in the air and surfaces. Wastewater treatment plants constituted the setting with the highest number of different species between the air and surface. Conclusions: We observed that surfaces sampling and application of molecular tools showed the same efficacy of species detection in high fungal load settings, corroborating the fact that surface sampling is crucial for a correct and complete analysis of occupational scenarios.

Behavioral equivalence of hidden k-logics: an abstract algebraic approach

This work advances a research agenda which has as its main aim the application of Abstract Algebraic Logic (AAL) methods and tools to the specification and verification of software systems. It uses a generalization of the notion of an abstract deductive system to handle multi-sorted deductive systems which differentiate visible and hidden sorts. Two main results of the paper are obtained by generalizing properties of the Leibniz congruence — the central notion in AAL. In this paper we discuss a question we posed in [1] about the relationship between the behavioral equivalences of equivalent hidden logics. We also present a necessary and sufficient intrinsic condition for two hidden logics to be equivalent.

Hospital surfaces contamination with antineoplastic drugs: influence of cleaning procedures

Introduction: The raising frequency of cancer diseases is leading to a widespread application of antineoplastic drugs, thus increasing the probability of workplace surfaces contamination. Most of these drugs are classified by the International Agency for Research on Cancer as known or suspected human carcinogens. Skin absorption is the main route for antineoplastic drugs exposure in occupational settings, therefore cleaning protocols have paramount influence in surfaces contamination and, consequently, in exposure. The aim of this study was to assess surfaces contamination in a Portuguese chemotherapy unit before and during drug administration, in both preparation and administration facilities. Methods: Samples were collected by wipe-sampling from potentially contaminated surfaces selected by previous protocol observation. Samples were analyzed by HPLCDAD. Cyclophosphamide (CP), 5-fluorouracil (5FU), and paclitaxel (PTX) were used as surrogate markers for surfaces contamination for all cytotoxic drugs. Results: From the 34 samples collected before any preparation and administration activities, 41.2% were contaminated with 5-FU (4.0-84.7 ng/cm2) and 23.5% of the samples were contaminated with CP (19.8-139.6 μg/cm2). Only 2 samples presented contamination by PTX (5.9%) with a maximum value of 3.7 ng/cm2. Of the 37 samples collected during preparation and administration of antineoplastic drugs, 48.7% were contaminated with 5-FU (1.9-88.7 ng/cm2) and 24.3% with CP (12.0-93.9 μg/cm2). None of the samples showed contamination with PTX. Discussion: Data showed differences in contamination levels before and after the handling of antineoplastic drugs in preparation and in administration settings. These results point out the importance of cleaning procedures. This is well in accordance to previous studies that showed how the type of cleaning procedures and products used can be determinant for surfaces decontamination.

Performance en fluage des assemblages antiglissement avec des surfaces métallisées dans les ponts en acier

Les éléments des ponts en acier sont exposés à de sévères conditions environnementales, tel l’épandage de sels déglaçant sur les routes. Ces éléments ont besoin d’un niveau suffisant de protection contre la corrosion afin de préserver leur intégrité à long terme. Une solution efficace, devenue populaire au Canada, est la métallisation. La métallisation est un revêtement anticorrosion formé par projection thermique de métal, généralement du zinc, sur la surface à protéger. La protection fournie au substrat d’acier est assurée par une barrière physique et une protection galvanique. Pour le calcul des assemblages boulonnés antiglissement, les codes de conception, tel le code Canadien sur le calcul des ponts routiers CAN/CSA S6-14, spécifient, en fonction des conditions des surfaces de contact désirées, un coefficient de glissement à utiliser. Actuellement, ces codes ne fournissent aucun coefficient de glissement entre deux surfaces métallisées. Donc, il est pratique courante pour les fabricants de ponts en acier de masquer les surfaces de contact des joints boulonnés avant de métalliser, ce qui est très couteux pour l’industrie puisque ce travail doit se faire manuellement. Récemment, des études ont évalué la résistance au glissement à court terme d’assemblages antiglissement ayant des surfaces de contact métallisées. Les résultats ont révélé une résistance au glissement supérieure aux assemblages sur acier nu grenaillés. Dans la présente recherche, la performance en fluage des assemblages antiglissement métallisés a été caractérisée pour s’assurer qu’une résistance en glissement de Classe B soit toujours valide à long terme. L’effet de la relaxation de la force de serrage sur la charge de glissement a aussi été évalué. Les résultats ont démontré une bonne performance en fluage. Aussi, les résultats ont révélé que la relaxation de la force de serrage n’a pas d’impact significatif sur la résistance au glissement des assemblages antiglissement métallisés. Les conclusions de cette étude pourraient bien influencer de futures révisions des codes de conception et avoir un impact sur l’industrie de l’acier en Amérique du Nord.Mots clés : Assemblage boulonné antiglissement, métallisation, pont routier en acier, fluage, relaxation

Analysis of Automotive Cybersecurity - Attack surfaces and users’ privacy concerns

Modern automobiles are no longer just mechanical tools. The electronics and computing services they are shipping with are making them not less than a computer. They are massive kinetic devices with sophisticated computing power. Most of the modern vehicles are made with the added connectivity in mind which may be vulnerable to outside attack. Researchers have shown that it is possible to infiltrate into a vehicle’s internal system remotely and control the physical entities such as steering and brakes. It is quite possible to experience such attacks on a moving vehicle and unable to use the controls. These massive connected computers can be life threatening as they are related to everyday lifestyle. First part of this research studied the attack surfaces in the automotive cybersecurity domain. It also illustrated the attack methods and capabilities of the damages. Online survey has been deployed as data collection tool to learn about the consumers’ usage of such vulnerable automotive services. The second part of the research portrayed the consumers’ privacy in automotive world. It has been found that almost hundred percent of modern vehicles has the capabilities to send vehicle diagnostic data as well as user generated data to their manufacturers, and almost thirty five percent automotive companies are collecting them already. Internet privacy has been studies before in many related domain but no privacy scale were matched for automotive consumers. It created the research gap and motivation for this thesis. A study has been performed to use well established consumers privacy scale – IUIPC to match with the automotive consumers’ privacy situation. Hypotheses were developed based on the IUIPC model for internet consumers’ privacy and they were studied by the finding from the data collection methods. Based on the key findings of the research, all the hypotheses were accepted and hence it is found that automotive consumers’ privacy did follow the IUIPC model under certain conditions. It is also found that a majority of automotive consumers use the services and devices that are vulnerable and prone to cyber-attacks. It is also established that there is a market for automotive cybersecurity services and consumers are willing to pay certain fees to avail that.

Investigating wetting characteristics on microstructured surfaces for superhydrophobicity and metal microcasting

The engineering of liquid behavior on surfaces is important for infrastructure, transportation, manufacturing, and sensing. Surfaces can be rendered superhydrophobic by microstructuring, and superhydrophobic devices could lead to practical corrosion inhibition, self-cleaning, fluid flow control, and surface drag reduction. To more fully understand how liquid interacts with microstructured surfaces, this dissertation introduces a direct method for determining droplet solid-liquid-vapor interfacial geometry on microstructured surfaces. The technique performs metrology on molten metal droplets deposited onto microstructured surfaces and then frozen. Unlike other techniques, this visualization technique can be used on large areas of curved and opaque microstructured surfaces to determine contact line. This dissertation also presents measurements and models for how curvature and flexing of microstructured polymers affects hydrophobicity. Increasing curvature of microstructured surfaces leads to decreased slide angle for liquid droplets suspended on the surface asperities. For a surface with regularly spaced asperities, as curvature becomes more positive, droplets suspended on the tops of asperities are suspended on fewer asperities. Curvature affects superhydrophobicity because microscopic curvature changes solid-liquid interaction, pitch is altered, and curvature changes the shape of the three phase contact line. This dissertation presents a model of droplet interactions with curved microstructured surfaces that can be used to design microstructure geometries that maintain the suspension of a droplet when curved surfaces are covered with microstructured polymers. Controlling droplet dynamics could improve microfluidic devices and the shedding of liquids from expensive equipment, preventing corrosion and detrimental performance. This dissertation demonstrates redirection of dynamic droplet spray with anisotropic microstructures. Superhydrophobic microstructured surfaces can be economically fabricated using metal embossing masters, so this dissertation describes casting-based microfabrication of metal microstructures and nanostructures. Low melting temperature metal was cast into flexible silicone molds which were themselves cast from microfabricated silicon templates. The flexibility of the silicone mold permits casting of curved surfaces, which this dissertation demonstrates by fabricating a cylindrical metal roller with microstructures. The metal microstructures can be in turn used as a reusable molding tool. This dissertation also describes an industrial investment casting process to produce aluminum molds having integrated microstructures. Unlike conventional micromolding tools, the aluminum mold was large and had complex curved surfaces. The aluminum was cast into curved microstructured ceramic molds which were themselves cast from curved microstructured rubber. Many structures were successfully cast into the aluminum with excellent replication fidelity, including circular, square, and triangular holes. This dissertation demonstrates molding of large, curved surfaces having surface microstructures using the aluminum mold. This work contributes a more full understanding of the phenomenon of superhydrophobicity and techniques for the economic fabrication of superhydrophobic microstructures.