Benchmarking Open-Source Libraries for 3D Object Comparison in Machining Part Quality Control and Assessment

Abstract

Este trabalho aborda a necessidade crítica de otimização de desempenho em plata formas de controle de qualidade para processos de usinagem, um desafio enfrentado pela gemineers GmbH, cujo software proprietário apresenta gargalos de performance ao lidar com geometrias complexas, como os blisks. A natureza fechada da solução atual impede otimizações diretas, motivando a busca por alternativas de código aberto mais eficientes e flexíveis. O objetivo principal desta pesquisa é realizar um Benchmar king de bibliotecas open-source para desenvolver uma alternativa de alto desempenho para a comparação de objetos 3D no controle de qualidade de peças usinadas. A me todologia do projeto combina o framework ágil Scrum para o desenvolvimento e uma abordagem estruturada de Benchmarking de processos para a avaliação sistemática das alternativas. Foram investigadas e implementadas soluções utilizando um conjunto de bibliotecas Python, incluindo Open3D, PyVista e Vedo, com foco em técnicas como ray casting e busca de vizinhos próximos para o cálculo de desvio geométrico. Os resultados demonstram que, embora a qualidade da malha de entrada seja um fator crítico para a precisão, uma abordagem híbrida que combina o carregamento rápido de arquivos do PyVista com o cálculo de distância por ray casting altamente eficiente do Open3D oferece uma alternativa que supera significativamente tanto o software pro prietário quanto as outras configurações testadas, com notável redução no tempo de execução e no consumo de memória. O impacto para a empresa é a validação de uma solução open-source de alto desempenho, que possibilita a substituição da ferramenta proprietária, aumentando a eficiência de sua plataforma de avaliação com gêmeos digitais e oferecendo maior flexibilidade arquitetônica para futuros desenvolvimentos.

This work addresses the critical need for performance optimization in quality control platforms for machining processes, a challenge faced by gemineers GmbH, whose pro prietary software exhibits performance bottlenecks when handling complex geometries, such as blisks. The closed-source nature of the current solution prevents direct optimiza tions, motivating the search for more efficient and flexible open-source alternatives. The main objective of this research is to perform a benchmarking of open-source libraries to develop a high-performance alternative for 3D Object comparison in the quality control of machined parts. The project’s methodology combines the agile Scrum framework for development and a structured process Benchmarking approach for the systematic evaluation of alternatives. Solutions were investigated and implemented using a set of Python libraries, including Open3D, PyVista and Vedo, focusing on techniques such as ray casting and nearest neighbor search for geometric deviation calculation. The results demonstrate that, although the quality of the input mesh is a critical factor for accuracy, a hybrid approach that combines the fast file loading of PyVista with the highly efficient distance calculation by ray casting from Open3D significantly outperformed both the proprietary software and the other tested configurations, with a notable reduction in execution time and memory consumption. The impact for the company is the validation of a high-performance open-source solution, which allows for the replacement of the proprietary tool, increasing the efficiency of its digital twin-based assessment platform and offering greater architectural flexibility for future developments.