Đồ án tốt nghiệp :Nguyên cứu ứng dụng công nghệ đo quét 3D quang học trong quá trình hàn và lắp ráp ô tô nhà máy ford Hải Dương

Đồ án Nguyên cứu ứng dụng công nghệ đo quét 3D quang học trong quá trình hàn và lắp ráp ô tô nhà máy ford Hải Dương Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng công nghệ quét 3D vào thực tiến nhà máy ở Hải Dương Công nghệ 3D Thiết kế ngược Khoa cơ khí Tốt nghiệp điểm cao

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 KHOA: CƠ KHÍ

LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình sản xuất luôn luôn có bộ phận kiểm tra chất lượng sản phẩm , bất kỳ sản phẩm nào sau khi sản xuất xong đều có sai lệch so với bản thiết kế Để đưa

ra thị trường hay sản xuất đồng loại đều phải được kiểm tra xem có đảm bảo điều kiệnlàm việc của nó hay không, có an toàn khi sử dụng hay không

Để sản phẩm sản xuất ra phải yêu cầu đúng như ý tưởng của ng thiết kế và đạt được các yêu cầu kĩ thuật người ta phải kiểm tra chúng sau khi sản xuất Tuy nhiên các

kĩ thuật đo truyền thống ngày nay được nhiều công ty áp dụng để kiểm tra hình dáng

và kích thước của sản phẩm nhưng theo thời gian yêu cầu đòi hỏi của thị trường cũng như chất lượng sản phẩm phải đạt được các kĩ thuật truyền thống này hiện ra một số hạn chế Các kĩ thuật này chỉ thuận lợi khi đo các kích thước hình học cụ thể, còn các

bề mặt phúc tạp như mặt cong ba chiều các biên hạng khác nhau nếu đo được thì nhiều khi phải đo nhiều thông số điều này dẫn đến mất thời gian và chi phí vào việc sản xuất đôi khi có những vị trí hay bề mặt phương pháp này cũng không thể kiểm tra được

Từ những đòi hỏi phải kiểm tra sản phẩm bới kĩ thuật kiểm tra truyền thống không đáp ứng được và cùng với sự phát triển không ngừng của các ngành khoa học

kĩ thuật đã thúc đẩy các nhà sản xuất tìm đến một phương pháp tối ưu hơn Tiến tới đó

là các công nghệ đo kiểm tra 3D được ra đời va phát triển ngày một mạnh mẽ , công nghệ 3D đã khắc phục được những khuyết điểm mà các phương pháp truyền thống không làm được Công nghệ 3D là công nghệ khá mới mẻ tại Việc Nam lên dù có nhiều ưu điểm nổi bật như vậy nhưng những hiểu biết của chúng ta về công nghệ này còn hạn chế

Xuất phát từ thực tế trên, đồ án này em đã xin nguyên cứu ứng dụng công nghệ quét và kiểm tra 3D đặc biệt ở đây em đang nguyên cứu và máy quét 3d quang học và phần mềm của hãng Gom ( Đức ) vào việc kiểm tra sản phẩm sau khi chế tạo, qua đó

có thể cho em và mọi người hiểu hơn về công nghệ này

Đồ án “ Nguyên cứu ứng dụng công nghệ đo quét 3D quang học trong quá trình hàn và lắp ráp ô tô nhà máy ford Hải Dương ”

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo Th.s xxx đã tận tình hướng dẫn

em trong suốt quá trình làm đồ án này

Em cũng xin chân thành cảm ơn đến các thầy, các anh tại trung tâm công nghệ 3Dtech đã giúp đỡ và tạo điều kiện về máy móc thiết bị để em có thể hoàn thành quá trình thực nghiệm trong điều kiện tốt nhất

khỏi thiếu sót Em mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo và các bạn để làm đồ án được hoàn thiện hơn và có ý nghĩ trong thực tiễn.

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 20 tháng 6 năm 2014

Sinh viên thực hiện

VŨ CÔNG HIỆP

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3 KHOA: CƠ KHÍ

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

DANH MỤC MỘT SỐ THUẬT NGỮ 5

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH 6

Chương 1- Giới thiệu về đo lường, kiểm tra và phương pháp đo tọa độ 3 chiều 9

1.1- Các khái niệm cơ bản: 9

1.1.1-Khái niệm về đo lường mục đích của đo lường : 9

1.1.2 Kiểm tra và mục đích của kiểm tra sản phẩm : 10

1.2- Giới thiệu về phương pháp đo 3 chiều: 10

1.21 Quá trình phát triển : 10

1.2.2 Hệ tọa độ 3 chiều : 10

1.2.3 Sơ lược về các phương pháp đo quét 3 chiều 11

Chương 2 – Các phương pháp đo 3 chiều và phần mềm kiểm tra 13

2.1- Phương pháp đo tiếp xúc: 13

2.1.1-Máy đo tọa độ CMM 13

2.2 Phương pháp đo không tiếp xúc 18

2.2.1 Máy quét laser 18

2.2.2 Máy quét 3D quang học 22

2.3 Các loại phần mềm kiểm tra sản phẩm 25

2.3.1 Phần mềm Geomagic control .25

2.3.2 Phầm mềm SCENE LT 25

2.3.3 Phần mềm polyworks : 26

2.3.4 Phần mềm Gom inspect professional : 26

Chương 3 - Nguyên cứu máy quét 3D và phần mềm kiểm tra của hãng Gom 28

3.1 Nguyên lí làm việc 28

3.2 Cấu tạo 29

3.2.1 Máy quét : 29

3.2.2 Tay nắm quay hướng máy quét : 31

3.2.3Bộ phận gá đặt máy quét : 31

3.2.5 Hệ thống máy tính : 32

3.2.6 Đo các sản phẩm nhỏ 32

3.2.6 Đo các sản phẩm lớn 32

3.3 Giới thiệu cách sử dụng phần mềm Inspect professional 34

A.Mesh editing- Chỉnh sửa lưới điểm 36

1.Close Holes Interactively- Vá lưới điểm: 36

2 Smooth Mesh- Làm mịn lưới điểm 37

3 Thin mesh- Làm mỏng lưới điểm 38

4 Create Mesh Bridge- Kết nối dữ liệu 39

5 Repair Mesh- Làm mở khuyết tật 40

B.Chức năng Inspectiona- Kiểm tral 41

1.Create Alignment- Ghép dữ liệu cad và scan 42

2 Surface Comparison- Chọn bề mặt so sánh 43

3.Inspection Section- tạo mặt phẳng kiểm tra 44

4.Create Deviation Labels- Gẵn nhãn kiểm tra 44

5.Inspect General Information 45

6.Create Report Page -Xuất báo cáo 45

C.Chức năng tạo báo cáo 46

1.Cập nhật các trang báo cáo đã được chọn 47

2 Cập nhật tất cả các trang báo cáo 47

3 Tạo một trang tiêu đề cho báo cáo 48

4.Xuất báo cáo dạng file PDF 48

Chương 4 – Thực nghiệm và đánh giá quá trình hàn và lắp ráp ôtô nhà máy Ford Hải Dương ……… 49

4.1 Giới thiệu sơ lược về nhà máy lắp ráp Ford Hải Dương 49

4.2: Quá trình quét xe: Các bước cần thực hiện để thu thập dữ liệu 3D của xe sàn và thân xe 52

4.3 Kiểm tra sản phẩm 76

4.4 Báo cáo kết quả kiểm tra sản phẩm 76

Tài liệu tham khảo 77

Chương 5 - Kết luận 78

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5 KHOA: CƠ KHÍ

DANH MỤC MỘT SỐ THUẬT NGỮ

- CAD : Bản vẽ được vẽ đươi sự trợ giúp của máy tính

- SCAN: Bản quét dữ liệu của vật thể

- ZIC : Bộ phận gá đặt khung xe lên

- UNDER : Sàn xe

- UNDER BODY : Sàn xe khi được lắp các bộ phận

- CMM : Máy đo tọa độ tiếp xúc

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Hệ tọa độ 3 chiều.

Hình-2.1 Cấu tạo máy đo CMM

Hình 2.2- Cấu tạo đầu đo CMM.

Hình 2.3 Máy đo ba toạ độ của hãng DEA.

Hình 2.4-Máy đo ba toạ độ của hãng Brown & Sharpe.

Hình 2.5- Nguyên lí hoạt đ ộng máy đo laser.

Hình 2.6- Máy đo laser có thể thu đc 1 triệu điểm trong 1 giây.

Hình 2.7- Máy quét laser của hãng FARO.

Hình 2.8- Máy quét laser của hãng Romer.

Hình 2.9- Máy quét laser của hãng Kreon.

Hình 2.10- Máy quét 3d quang học của hãng GOM.

Hình 2.11- Máy quét 3d quang học của hãng Breuckmann.

Hình 2.11- Máy quét 3d quang học của hãng steinbichter.

Hình 3.1- Cách để máy quét nhận điểm

Hình 3.2 – Hình ảnh thực của vật thể và hình ảnh thu được sau khi quét

Hình 3.3- Cấu tạo máy quét GOM

Hình 3.4- Tay nắm chỉnh hướng máy quét

Hình 3.5- Bộ phận gá máy quét

Hình 3.6- Chụp ảnh tritop

Hình 3.7- lưới điểm tạo sau khi chụp tritop

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7 KHOA: CƠ KHÍ

Hình 3.8- Các bộ phận để chụp tritop.

Hình 3.9 – Tạo một dữ liệu mới

Hình 3.10- Giao diện của phần mềm

Hình 3.11- Điều chỉnh hướng nhìn vật thể

Hình 3.12 -Quy trình vá lưới điểm

Hình 3.13- Quá trình làm mịn lưới

Hình 3.14- Làm giảm lưới điểm

Hình 3.14- Tạo cầu và vá lưới điểm

Hình 3.15- Tinh chỉnh lưới và xóa khuyết tật

Hình 3.16 Kiểm tra thành phần mặt cắt

Hình 3.17-Các nhãn đã được gắn vào và hiện ra giá trị sai số

Hình 3.18- Các tính năng của I-Inspect

Hình 3.19- Giao diện tạo trang báo cáo

Hình 3.20- Tạo tên báo cáo.

Hình 4.1- Nhà máy lắp ráp ôtô Hải Dương

Hình 4.2-Chi tiết được hàn hai bên shop gun

Hình 4.3-Sau đó hàn hai bên cửa xe

Hình 4.4-Hàn bên trong nội thất xe

Hình 4.13- Lỗ tròn đã tạo xong trên file cad

Hình 4.5 -Sau đó ta được sản khung mái được hàn và hoàn thiện.

Hình 4.6- Lưới điểm của zic

Hình 4.12- Khai báo điểm xong

Hình 4.13- Lỗ tròn đã tạo xong trên file cad

Hình 4.14-Khai báo lỗ trên file scan

Hinh 4.15- Khai báo các điểm hoàn tất

Hình 4.16- Link dữ liệu cad và scan lại với nhau

Hình 4.17- Bảng yêu cầu chọn dữ liệu scan để link

Hình 4.18 – Kết quả thu được.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 9 KHOA: CƠ KHÍ

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐO LƯỜNG, KIỂM TRA VÀ PHƯƠNG

PHÁP ĐO TỌA ĐỘ 3 CHIÈU

1.1- Các khái niệm cơ bản:

1.1.1-Khái niệm về đo lường mục đích của đo lường :

Trong kĩ thuật nói chung các sản phẩm trước khi được chế tạo hay sản xuất đều phải bắt nguồn từ bản vẽ thiết kế trên may tính hay vẽ tay của người thiết kế Nhưng khi sản phẩm tạo ra nó sẽ không có kích thước đúng như trong bản vẽ ban đầu do có sự sai khác khi chế tạo do nhiều yếu tố như tay nghề người thiết kế, hayvấn đề về máy móc

Vì vậy khái niệm dung sai được ra đời Dung sai trong bản vẽ đặc trưng cho giới hạn hạn cho phép sai số của cho tiết được sản xuất so với bản thiết kế ban đầu

Để kiểm tra xem kích thước của chi tiết được sản xuất có nằm trong giới hạn cho phép của bản thiết kế không Người ta có thêm một khái niệm về đo lường

Đo lường là việc xác định độ lớn của các đại lượng vật lí hay những thứ có thể

so sánh được với nhau Trong vật lí và công nghệ, đo lường được thực hiện bằng cách so sánh giữa đại lượng vật lí cần đo với đại lượng vật lí cùng thể loại và chúng phải cùng ở điều kiện tiêu chuẩn Việc này giúp thể hiện được mối quan hệ giữa độ lớn và kích thước của vật nó cũng có thể cho biết sai số của vật thể đượcchế tạo Các phương tiện giúp thực hiện đo gọi là dụng cụ đo

Kỹ thuật đo lường mang một ý nghĩa lớn với sự phát triển của khoa học kĩ thuật nó thể diện cho trình độ phát triển của một đất nước Những nước càng pháttriển các thiết bị đo càng hiện đại và có tính chính xác cao qua đó có thể kiểm tra được tính an toàn của sản phẩm đã thiết kế.

Tùy theo nguyên lí làm việc của dụng cụ đo, xác định các giá trị đo mà người

ta có các phương pháp đo sau :

 Đo trực tiếp : là phương pháp đo mà giá trị của đại lượng được đo được xácđịnh tực tiếp theo chỉ số hoặc số đo trên dụng cụ đo Đo trưc tiếp cho kết qua ngay trên vạch chỉ thị của dụng cụ đo

 Đo gián tiếp: Dùng để xác định kích thước gián tiếp qua các kết quả đo các đại lượng liên quan đến đại lượng đo

 Đo phân tích: Dùng xác định các thông số của chi tiết một cách tiêng biệt, không phụ thuộc vào nhau

1.1.2 Kiểm tra và mục đích của kiểm tra sản phẩm :

Kiểm tra sản phẩm là công việc kiểm tra xem thuộc tính của vật thể sau khi chế tạo có sai lệch gì với bản thiết kế ban đầu không Trước khi đưa một sản phẩm

ra thị trường cũng cần phải kiểm tra kĩ lưỡng

Mục đích của kiểm tra nhằm đưa ra nhằm đảm bảo chất lượng của sản phẩm sau khi chế tạo Kiểm tra sẽ đưa ra giá trị dung sai của vật thể nếu sai lệch quá nhiều so với bản thiết kế sản phẩm đó sẽ được chế tạo lại hay chỉnh sửa để đảm bảo với thiết kế ban đầu từ đó nâng cao thêm chất lượng sản phẩm Ngoài ra việc kiểm tra đánh giá sản phẩm sẽ đưa ra cho ta xu hướng sản xuất của vật đó, nếu xu hướng sản xuất của vật thể đó càng xa giá trị thực nhiều ta phải điều chỉnh lại quá trình sản xuất

1.2- Giới thiệu về phương pháp đo 3 chiều:

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 11 KHOA: CƠ KHÍ

1.21 Quá trình phát triển :

Phương pháp đo truyền thông dựa sự dụng các công cụ đo và cho số liệu trực tiếp của sản phẩm Phương pháp này cho kết quá nhanh chóng và cho độ chính xác tương đối cao Tuy nhiên nó đòi hỏi nhiều vào thiết bị đo , dung cụ đo phải chính xác Hơn nữa phương pháp này còn bị hạn chế Nó cho kết quả chính xác khi đo các kích thước hình học cụ thể nhưng lại rất mất nhiều thời gian khi

đo những bề mặt cong phức tạp, cong ba chiều…

Điều này đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu hướng đến một phương pháp kiểm tra mới có thể khác phục được những nhược điểm của phương pháp đo kiểmtruyển thống Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật các nhà nghiên cứu khoa học đã phát minh và tiếp cận một phương pháp đo mới đó là sử dụng công nghệ đo quét 3D

Nó dựa trên nền tàng của hệ tọa độ 3 chiều

Hình 1.1-Hệ tọa độ 3 chiều

1.2.3 Sơ lược về các phương pháp đo quét 3 chiều

Đo quét dữ liệu 3D được tiến hành đo lấy dữ liệu hình dạng 3D thiết kếdưới dạng số hóa , sau đó sử dụng phần mềm chuyên dụng để kiểm tra trên nền tảng dữ liệu mà mà máy đo đã thu được Các máy đo này có tên gọi chung là máy

đo tọa độ (Coordinate Measuring Machine – CMM ) nó có thể thực hiện các việc

đo các thông số hình học theo phương pháp tọa độ Thông số cần đo được tính từ các tọa độ điểm đo Các loại máy này còn được gọi là máy quét hình vì chúng còndược dùng để quét hình dạng của các vật thể

Dựa vào quan hệ giữa các đầu đo của máy CMM và chi tiết đo có thể chia thành hai loại là phương pháp đo tiếp xúc và phương pháp đo không tiếp xúc

Phương pháp đo tiếp xúc là phương pháp đo giữa đầu đo và bêh mặt chi tiết đo tồn tại một loại áp lực là áp lực đo Áp lực làm cho vị trí ổn định nên

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 13 KHOA: CƠ KHÍ

làm cho kết qua đo rất ổn định tuy nhiên khi có áp lực đo tại điểm tiếp xúc sẽ chịu một lực việc này sẽ không tránh khỏi sai số vì nó có thể làm chỗ tiếp xúc biến dạng đặc biệt là với những vật liệu mềm , mỏng , dễ biến dạng Thường thích hợp cho đo các bề mặt có độ cứng cao

Phương pháp đo không tiếp xúc là phương pháp không có chịu áp lực giữa các đầu đo và chi tiết Vì không có áp lực lên bề mặt chi tiếp lên bề mặt chitiết sẽ không bị biến dạng hay cào xước… pháp pháp này thường dùng để đo các chi tiết nhỏ ,mềm, mỏng, dễ biến dạng, các profile cong,.…

CHƯƠNG 2 : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO 3 CHIỀU VÀ

PHẦN MỀM KIỂM TRA 2.1- Phương pháp đo tiếp xúc:

2.1.1-Máy đo tọa độ CMM

Muốn đo được các điểm khác nhau trên những bề mặt của chi tiết ta, cần dịchchuyển đầu đo tới tiếp xúc với vật đo tại các điểm đó Trên máy, đầu đo được dịchchuyển theo 3 phương vuông góc với nhau ứng với 3 trục tọa độ trong hệ tọa độ Đềcácvuông góc Mỗi trục toạ độ thực chất là một sống trượt và một xe trượt, ba sống trượtnày vuông góc với nhau từng đôi một Có thể hiểu sự tương quan giữa hệ toạ độ máy

đo như sau:

- Hệ tọa độ Đề các bao gồm ba trục Ox, Oy, Oz vuông góc với nhau từng đôi mộttrong đó máy đo tọa độ ba chiều hệ đề các cũng gồm ba sống dẫn X, Y, Zvuông góc với nhau từng đôi một Trên mỗi trục đều có gắn thước đo chiều dài

Số đo xác định vị trí của xe trên sống dẫn

- Trục Ox tương đương với sống dẫn X, trên sống dẫn X là xe trượt X, xe trượt X

sẽ trượt đến từng điểm khác nhau trên trục X tạo ra tung độ điểm đo

- Trục Oy tương đương với sống dẫn Y, trên sống dẫn Y là xe trượt Y, xe trượt Y

sẽ trượt đến từng điểm khác nhau trên trục Y tạo ra hoành độ điểm đo

- Trục Oz tương đương với sống dẫn Z, trên sống dẫn Z là xe trượt Z, xe trượt Z

sẽ trượt đến từng điểm khác nhau trên trục Z tạo ra cao độ điểm đo

Như vậy giá trị X, Y, Z đã được hình thành và xác định cho mỗi điểm đo

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 15 KHOA: CƠ KHÍ

Hình-2.1-Cấu tạo máy đo CMM dạng cột.

B- Cấu tạo máy :

Máy CMM bao gồm 4 bộ phận chính sau :

Đầu đo

Đầu đo được gắn trên giá đầu đo lắp trên thân trượt theo phương Z Tại điểm

mà đầu đo chạm vào sẽ thu được toạ độ của 3 điểm đó theo phương X Y Z

Hình 2.2- Cấu tạo đầu đo CMM

Hệ thông điều khiển

- Tính toán dung sai

- Chọn và reset chuẩn

- Lưu và gọi chuẩn

- Nhập kích thước danh nghĩa và dung sai

- Xác đinh đường tâm, tâm vòng tròn của lỗ

- Chuyển đổi giữa các đơn vị đo lường

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 17 KHOA: CƠ KHÍ

2.1.2 Các hãng sản xuất :

- Máy đo ba toạ độ của hãng DEA

Hình 2.3-Máy đo ba toạ độ của hãng DEA

Là máy đo tọa độ CMM của hãng DAE ở Mỹ máy có mức độ tự động hóa cao, hệ thống dẫn động bằng máy có thể chuyển động cơ khi có chương trình điều khiển cài sẵn

Ưu điểm của máy là sử dụng sống dẫn hình tam giác do đó giảm số lượng đệm khí nằm trong máy Với điểm đặt trọng tâm của sóng tam giác thấp hơn so với sống dẫn hình chữ nhật do đó làm giảm quán tính khi dịch chuyển

- Máy đo ba toạ độ của hãng DEA

Hình 2.4-Máy đo ba toạ độ của hãng Brown & Sharpe Máy có kết cấu đơn giản dễ sử dụng đạt được độ chính xác cao Các sống dẫn

dạng hình hộp chữ nhật có hệ thống bật tắt khí cho mỗi trục nhằm hạn chế chuyển động theo các phương x.y.z Máy có thể tự động hóa cao

Ưu điểm :

 Điểm cần đo đạt được độ chính xác 0,1 micromet

 Tính tự động hóa cao, có thể tư động trong cả quá trình đo

 Đầu đo đa dạng phù hợp với các đối tượng đo

 Dễ dàng xử lí kết quả đo : Kết quả đo là các đại lượng curver thuận lợi cho tạo các mặt trên các phần mêm thiết kế 3D

 Kết quả đo là các file có định dạng chuẩn như STL, IGS, …

Nhược Điểm :

 Khả năng linh động kém

 Bị hạn chế kích thước vật thể cần đo

 Không đo kiểm được mặt đáy của vật thể

 Việc đo kiểm các mặt bên không thuận lợi

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 19 KHOA: CƠ KHÍ

 Kích thước máy lớn cồng kênh và chiếm nhiêu không gian lắp đặt

 Cả máy và vật cần đo đều phải lắp cố định

 Không kiểm tra được độ chính xác của bề mặt freeform surface

 Do kích thước đường kính của đầu dò là cố định lên việc kiểm tra các khe rãnh

bị hạn chế

 Không phù hợp cho công nghệ chế tạo ngược

2.2 Phương pháp đo không tiếp xúc

2.2.1 Máy quét laser

2.2.1.1 Nguyên lí làm việc :

A- Nguyên lí chung

Bắn tia laser tới vật có tính phản hồi Chùm tia laser sau khi được bắn vào vật

sẽ phản xạ lại và được cảm biến thu lại Hình dạng của vật thể sẽ được hiện dần dần khi cho chùm tia laser chạy qua hết từng phần của vật thể

Hình 2.5- Nguyên lí hoạt đ ộng máy đo laser

B- Cách thức họa động

Máy quét 3D laser scan thu thập dữ liệu dưới dạng số sử dụng ánh sáng laser quét qua bề mặt đối tượng để ghi nhận kích thước và mối quan hệ không gian giữa các đối tượng khác nhau Máy có nguyên lí hoạt động như sau :

Từ đèn phát laser phát ra chùm tia laser

Đèn phát laser : có nhiệm vụ phát ra ánh sáng laser có bước sóng thích hợp sau

đó tia laser được chiếu vào vật thể cần quét Vật thể cần quét các tia đó sẽ được phản

xạ lại và được thấu kính thu lại

Thấu kính :có nhiệm vụ lo và hội tụ tia lazer được phản xạ lại từ bề mặt của chi tiết trên bề mặt của cảm biến CDD.

Hình 2.6- Máy đo laser có thể thu đc 1 triệu điểm trong 1 giây

Cảm biến CDD : có nhiệm vụ nhận tia laser được phản xạ từ bề mặt của chi tiết

cơ sở so sánh các góc lệch giữa chúng và đưa ra tín hiệu điện khác nhau

Xử lí của phần mềm máy tính : Máy tính với sự hỗ trợ của phần mềm có nhiệm

vụ nhận tín hiệu từ CDD

Xử lí của phần mềm máy tính : Máy tính với sự hỗ trợ của phần mềm của máy tính có nhiệm vụ thu nhận tín hiệu fCDDD gửi tới và xứ lí tín hiệu đó để đưa ra kết quả đám mấy điểm

Chỉ thị : Đưa ra kết quả chi tiết được xử lí từ máy tính là đám mây điểm

Thực chất về nguyên lí của scan giống như quá trình chụp ảnh thông thường nhưng chụp ảnh scan laser là quá trình chụp các vật thể ở dạng ảnh 3 chiều cảm biến trong khi đó nếu là chụp ảnh thông thường thì chỉ là ảnh 2D Scan laser sử dụng cảm biến laser và gắn vào một hệ thống đo, hệ thống này được định vị và được kiểm soát bằng máy tính, các máy đo dùng trong scan laser là các máy đo có thể gắn với các máyCNC từ 3 đến 5 trục có kích thước tương đối lớn kết cấu khá vững chắc hoặc có thể là

mô hình máy xách tay rất nhỏ gọn Với sự hỗ trợ của phần mềm kiểm soát quét lái cảm biến laser

Lướt trên bề mặt của vật cần quét bộ phận định vị 3D nằm ở trên bề mặt của bộ cảm biến sẽ ghi lại các tín hiệu phản hồi đưa ra bởi hệ thống quét theo góc phản xạ củatrùm ánh sáng được bề mặt của chi tiết phản xạ lại và tín hiệu này được so sánh với tham số mẫu, từ đó đưa ra kết quá của đám mây điểm

Tất cả cá hệ thống quét trong công nghệ dựa trên phép đạc tam giác Bản chất của công nghệ này là máy ảnh 2 chiều chụp ảnh dựa vào dải sáng laser như trong hình

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 21 KHOA: CƠ KHÍ

vẽ Giải ánh sáng được phát ra từ một đi ốt quang thông qua các bộ phận biến đổi quang học sau đó được chiếu vào bề mặt của vật quét tạo thành một mặt cắt trên phần

bề mặt được chiếu sáng, ánh sáng phản chiếu tạo ra các điểm ảnh trên đường chiếu được 1 trong 2 thấu kính thu lại

Khi chúng cắt nhau chúng tạo ra một ảnh 2 chiều hình ảnh này đươc CDD thu lại ghi nhận sau đó dựa vào tần số laser thu được ta xác định được tọa độ Z Chúng tạothành một tạm giác Sau đó các tam giác được tổng hợp lại và tạo ra một lưới điểm

C- Cấu tạo máy :

- Máy đo laser : phát ra các tia laser chiều vào vật thể và qua các ống kính cảm biến thu được dữ liệu của vật thể

- Máy tính : Dữ liệu thu được hiển thị trên máy tính và được sử lí trên máy tính

- Đường dây cáp : kết nối giữa máy đo laser và máy tính

- Thẻ nhớ

2.2.1.2 Các hãng sản xuất:

- Máy quét laser của hãng FARO

Hình 2.7- Máy quét laser của hãng FARO

Là máy quét laser của hãng FARO sản xuất tại Mỹ có hệ thống máy quét laser

đa dạng từ loại cầm tay để đo những vật nhỏ đến loại có kích thước lớn độ phân giải cao để đo nhưng vật lớn hay các kích thước lớn Khoảng cách đo được các vật ở xa không ngừng được cải tiến Máy có thể len lỏi để quét các vật nhỉ chi tiết nhỏ hay vật lớn và các công trình kiến trúc, trong các hầm mỏ, lĩnh vự xây dựng

- Máy quét laser của hãng ROMER

Hình 2.8- Máy quét laser của hãng Romer

Là máy quét laser do hexagon phát triển

Máy quét có khả năng thu thập và phân tích hơn 230000 điểm từ đó tạo dựng lên bề mặt của vật thể Ngoài dã dữ liệu quét có thể hiện ngày lên bản Cad để so sánh trực tiếp dựa vào bảng mã màu

- Máy quét laser của hãng Kreon

Hình 2.9- Máy quét laser của hãng Kreon

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 23 KHOA: CƠ KHÍ

Là máy quét laser sản xuất tại pháp Với các tính năng quét sản phẩm thông thường và cho hình ảnh 3d của vật thể

- Quét được cả những chi tiết có kích thước,chi tiết tinh xảo có nhiều lỗ, hốc…

- Cả chi tiết sẽ được quét hoàn toàn từ bề mặt biên dạng của vật thể đến vị trí các

- Yêu cầu người dùng có kĩ năng cao

- Khi gá đặt lại, quét những vật kích thước quét lần 2 có thể gây ra sai số tương đối lớn

2.2.2 Máy quét 3D quang học

2.2.2.1 Nguyên lí hoạt động :

Projector phát ra chùm ánh sáng với các vân sáng chiếu lên bề mặt của sản phẩm Những vân sáng này khi chiếu vào bề mặt sản phẩm sẽ phản xạ lại Khi đó hai thấu kính 2 bên sẽ thu lại những vân sáng phản xạ đó Dữ liệu thu được chuyển tải trựctiếp vào máy tính Sau đó chúng được xử lí trên phần mềm dựa trên tính toán, các côngthực mà phần mềm đã lập trình Chúng sẽ dựng lại vật thể ở dạng 3D Với camera có

độ phân giải cao trong 1 lần chụp chúng có thể thu lại được 6 triệu điểm trong 1 lần chụp

2.2.2.2 Cấu tạo :

- Thân máy

- Camera trái phải

- Projecter

- Dây cáp

- Bộ phận giá đỡ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 25 KHOA: CƠ KHÍ

2.2.2.3 Các nhà sản xuất:

- Máy quét 3d quang học của hãng GOM

Hình 2.10- Máy quét 3d quang học của hãng GOM

Là hãng máy quét 3D quang học của Đức dùng công nghệ ánh sáng xanh với

hệ thống ATOS , độ chính xác của nó có thể đạt đến 0,01mm và độ đậm đặc đám mây điểm lên tới 0,05mm

- Máy quét 3d quang học của hãng Breuckmann

Hình 2.11- Máy quét 3d quang học của hãng Breuckmann

Breuckmann là hãng sản xuất máy quét 3D ánh sáng trắng xách tay 3D Hệ

thống đo lường ành sáng trắng 3D tạo ảnh đều được thiết kế cho 3 mục đích : Ứng dụng công nghiệp, cơ thể con người, và nghệ thuật văn hóa, Mặt khác MPT cấp bằng sáng chế ( kỹ thuật chiếu thu nhỏ ) có lợi thế của tam giác để tạo ra các hình ảnh được xử lí cao nhất có thể

Hình 2.11- Máy quét 3d quang học của hãng steinbichter

Là hãng máy quét 3D quang học của Pháp có ứng dụng công nghệ ánh sáng

xanh vào việc đo quét Máy có thể đo nhiều loại hình dạng khác nhau

2.2.2.3 Các tính năng chính :

- Có khẳ năng Scan toàn bộ bề mặt sản phẩm

- Dữ liệu quét được so sánh trực tiếp với bản CAD thiết kế

- Các báo cáo có thể xuất ra dưới nhiêu dạng khác nhau

- Không cần thiết lập tọa độ vật đo

- Có thể kiểm tra được độ đảo , song song, đồng trục và nhiều loại dung sai hình học khác trong một lần kiểm tra

2.2.2.4 Ưu điểm, nhược điểm

- Độ chính xác không cao bằng đo tiếp xúc CMM

- Khó khi quét nhưng mẫu quá nhỏ hay lỗ quá sâu

- Với những vật có độ bóng, trong suốt cần phun phủ mới có thể quét được

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 27 KHOA: CƠ KHÍ

2.3 Các loại phần mềm kiểm tra sản phẩm.

2.3.1 Phần mềm Geomagic control

Geomagic control là phầm mềm mang tính toàn diện cao khả năng kiểm tra

mạnh mẽ có thể phục vụ kiểm tra chính xác ở nhà lĩnh vực khác nhau

Nó có thể kiểm tra chính xác với tốc độ nhanh và toàn diện , khả năng xuất báo cáo tự động về chất lượng của công trình xây dựng, các chi tiết chế tạo lần đầu , kiểm tra trong sản xuất nó có thể kết hợp với máy quét CMM và máy quét laser

Phần mềm cũng cấp các công cụ cho CAD và phân tích mặt phẳng giúp các nhà sản xuất nhanh chóng kiểm tra chất lượng sản phẩm và các vẫn đề xảy ra trong quá trình sản xuất Dễ dàng kiểm tra các khuôn mẫu với tính chính xác cao, chỉ ra các điểm nơi bị lỗi của khuôn để khắc phục

Các tính năng chính

- Đơn giản và dễ dàng cho người dùng tìm hiểu

- Công cụ đo lường trực quan 2D cũng như 3D

- Có chức năng Draw-To- CAD liên kết với AutoCAD (<2013, yêu cầu FARO điện toán đám mây cho AutoCAD )

- Hoàn toàn sử dụng dữ liệu quét laser chia se từ một máy chủ , chia sẻ web của SCENE

- Hộp chọn để điều khiển trực quan đám mây điểm trong trường nhìn 3D

3D và 2D.

- Giao diện phủ hợp với nhiều sản phẩm phần mềm công nghệ cụ thể

- Chức năng App Manager cho một cách thức dễ dàng để dùng được các chức năng của SCENE LtT

2.3.3 Phần mềm Polyworks

Phần mềm có thể xử lí tất cả các phép đo bạn có thể theo dõi xử lí lưới điểm trên một công cụ nền tảng duy nhất Ngoài ra nếu các phần mềm khác tập trung vàokiểm soát chiều thì phần mềm còn cung cấp cho người dùng khả năng tạo ra các hoạt động ảo nhằm mục đích kiểm tra được các nhiễu và xung động

Các tính năng chính

- Hỗ trợ đầy đủ các thiết bị thăm dò đơn điểm

- So sánh với bản CAD thiết kế

- Gồm các công cụ kiểm soát thống kê

- Có thể nhập dữ liệu CAD ở các định dạng IGES, STEP, SAT…

- Tăng độ chính xác bằng công nghệ chia lưới để giảm nhiễu cho bản scan

- Cắt và kiểm tra trên các mặt cắt đó

- Có khả năng tham số hóa các đám mấy điểm và thiết bị thăm dò đơn điểm

- Khả năng tự động hóa cao

2.3.4 Phần mềm Gom inspect professional :

Là phần mềm kiểm tra cung cấp các tính năng kiểm tra và đánh giá sản phẩm dựa trên dữ liệu đã thu được là các đám mấy điểm đã được quét bởi máy quét laser

máy quét ánh sáng xanh, ánh sáng trắng và các nguồn khác

Phần mềm có thể chuyển đổi dữ liệu đám mây điểm vào dữ liệu lưới 3D sau đó cung cấp các chức năng để kiểm tra dữ liệu đó Kiểm tra bằng cách so sánh dữ liệu đã được quét với dữ liệu đầu vào là bản CAD phân tích tại các vùng các điểm Đưa ra các bảng màu sắc để chỉ ra dung sai của chúng

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 29 KHOA: CƠ KHÍ

Các chức năng của phần mềm :

- Phầm mềm có thể đọc được nhiều dịnh dạng khác nhau như

- Cung cấp các chức năng xử lí lưới điểm 3D : làm mịn, mỏng, làm đầy lỗ, làm chư dữ liệu quét được tốt hơn

- Kiểm tra được các điểm, đường, trụ, các lỗ, bề mặt có biên dạng khác nhau,

- Có thể kiểm tra được đường kích, khoảng cách, các góc,

- Phân tích được khả năng biến dạng của vật thể

- GS&T phân tích dựa trên tiêu chuẩn ISO 1101 và tiêu chuẩn ASME Y14.5

- Bác cáo được xuất ra dưới dạng bảng, và đuôi PDF

- Độ cong trên cơ sở kiểm: tuôn ra và phân tích khoảng cách, phân tích bề mặt, kiểm tra về hình thức và tính tự động,

- Phân tích xu hướng / SPC

- Phân tích phần 2D

- Chức năng kiểm tra: kích thước, kích thước ảo, góc, đường kính,

- Báo cáo: kiểm tra chuẩn xác, rõ ràng các sản phẩm đánh giá chất lượng có thể đưa ra bảng để so sánh ngoài ra còn có thể tạo nhiều loại mẫu báo cáo khác

nhau như dạng bảng, cột 3D

CHƯƠNG 3 : NGUYÊN CỨU MÁY QUÉT 3D VÀ PHẦN MỀM KIỂM TRA

CỦA HÃNG GOM

3.1 Nguyên lí làm việc.

Hình 3.1- Cách để máy quét nhận điểmTại projector phát ra phát ra ánh sáng chiếu xuống một điểm tạo ra các vân sáng chiều xuống điểm đó Sau đó vân sáng phản xạ lại và được 2 camera hai bên thu lại Hai camera sẽ thu lại tọa độ x y z của của điểm đó Trong một bước chụp có thể tìm được tọa độ của rất nhiều điểm với nguyên tác xử lí điểm theo phương pháp dạc tam giác cứ hai điểm chúng ta sẽ tìm thêm được điểm thứ ba Với sự xử lí đã được lập trìnhsẵn của phần mềm theo phương pháp này ba điểm sẽ tạo lên một tam giác các tam giáckết nối với nhau chung 1 cạnh sẽ tạo thành lưới điểm mang hình dạng của vật thể cần chụp

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 31 KHOA: CƠ KHÍ

Hình 3.2 – Hình ảnh thực của vật thể và hình ảnh thu được sau khi quét

Dựa vào các điểm được dán trên vật cần đo hay xung quánh vật cần đo.Chúng là các điểm refferent point hay còn gọi là các điểm định vị (các điểm này có độ tương phản giúp máy quét ghi nhận ) Hệ thông máy quét của Gom sẽ ghi nhận lại các điểm

đó trên các mỗi lần chụp chúng như sự kết nối các giữa hai lần chụp qua đó tạo mỗi liên kết giữa hay lần chụp Liên tiếp như vậy dữ liệu của vật cần đo sẽ hiện ra một

Cấu hình hệ

Tuy là các dòng máy quét khác nhau nhưng

chúng đều có chung cấu tạo như sau:

1.Thấu kính của máy chiều

1 Thấu kính của camera trái phải

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 33 KHOA: CƠ KHÍ

3.2.4 Bộ phận kết nối

3.2.7 Đo các sản phẩm lớn

Khi đo quét các sản phẩm lớn, ATOS thường sẽ lắp với các bộ gá đặt di chuyểnđược Nhưng để dữ liệu sau khi quét không bị sai số quá nhiều so với sản phẩm hãng GOM đã phát triển ra hệ thống TRITOP Hệ thông TRITOP là hệ thông quan trắc

thông qua việc chụp ảnh

Hình 3.6- Chụp ảnh tritop

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 35 KHOA: CƠ KHÍ

Những bức ảnh chứa các điểm reference poit và các điểm code Từ máy ảnh chúng được đưa vào máy tính, máy tính có chức năng nhận biết và tập hợp các điểm

đó tạo thành lưới điểm không gian mang hình dáng của vật thể

Hình 3.7- lưới điểm tạo sau khi chụp tritop

Hệ thống TRITOP đơn giản thường có những bộ phận sau :

nhưng ở đây máy quét của Gom thay đổi được thể tích quét đó cũng chính là thay đổi được độ phân giải

- Chất lượng dữ liệu quét tốt, chính xác thậm chí cả đối nhưng vật lớn nhưng máy quét laser không làm được do độ phân giải kém hơn

- Quét được toàn bộ bề mặt của chi tiết, các biên dạng cong… hơn so với máy CMM không quét được

- Kích thước quét là không giới hạn do kết hợp với công nghệ quan chắc làm

giảm sai số trong quá trình quét trong khi đó máy laser cần gá đặt lại sẽ gây ra nhiều sai số và sai số lớn

- Với công nghệ ánh sáng xanh và hệ thông máy quét Triper Scan làm hạn chế được ảnh hương của ánh sáng môi trường xung quanh ngoài ra nó còn có tác dụng quét được cả những vật phản xạ hay hấp thụ ánh sáng

- Tính tự động hóa cao do có thể kết hợp với bàn xoay, các đồ gá di động hay có định được điều khiển bằng máy tính

- Cho phép người dùng chỉnh sửa để bù, đắp vá lại những chỗ máy quét không nhìn thấy được ngoài ra còn có thể giảm số điểm được chụp việc này giúp cho

dữ liệu được nhẹ hơn

- Có thể quét được các lỗ các hốc tối đa nhất nhờ tích hợp thêm với công nghệ đobằng đầu do tiếp xúc

- Mãy đã được lập trình sẵn không đòi hỏi qua cao ở tay nghề của người vận

hành máy

- Máy đo và phần mềm đều do hãng Gom phát triền lên không cần thêm đến sự can thiệp thêm của phần mềm thứ 3

3.3 Giới thiệu cách sử dụng phần mềm Inspect professional.

Đầu tiên kích đúp vào biểu tượng của phần mềm ngoài destop để khởi động

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 37 KHOA: CƠ KHÍ

Sau đó nó hiện ra giao diện sau :

Hình 3.9 – Tạo một dữ liệu mới

Bấm Open… để mở một dữ liệu đã có sẵn

New Project để tạo một dự án mới

New Stage Project

Khi bấm không gian làm việc của phầm mềm :

Hình 3.10- Giao diện của phần mềm

Ở vùng làm việc các ngường dùng có thể có điều chính góc cách xem 3D các góc cạnh của vật thể cần kiểm tra.

Hình 3.11- Điều chỉnh hướng nhìn vật thể

Bạn có thể tùy chỉnh để xem ở các tọa độ theo trục X Y Z , xem ở các góc thích hợp

A.Mesh editing- Chỉnh sửa lưới điểm

Công cụ cho phép người dùng xử lí dữ liệu đã được quét trước đó Cụ thể ở đây là xử lí lưới điểm Các chức năng chính của công cụ này như sau :

Theo nguyên tắc từ trái quá phải :

1 Close Holes Interactively- Vá lưới điểm :

Dữ liệu thu được sau khi quét có thể bị khuyết những mảng những lỗ nhỏ Công

cụ này cho phép người dùng tiến hành vá các lỗ thủng này để bề mặt được hoàn chỉnh Ở đây người dùng có thể vá hoàn toàn hay vá 1 phần nhỏ của lỗ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 39 KHOA: CƠ KHÍ

Hình 3.12 -Quy trình vá lưới điểm

2 Smooth Mesh- Làm mịn lưới điểm.

Thanh công cụ cho phép người sử dụng có thể làm mịn lưới ở khu vực được

chọn có bề mặt không được nhẵn và mịn trên dữ liệu quét

Khi thực hiện bằng smooth mesh những dấu hằn trên bề mặt sẽ được làm mờ đi đáng kể

Hình 3.13- Quá trình làm mịn lưới

3 Thin mesh- Làm mỏng lưới điểm

Thanh công cụ này cho phép người dùng làm giảm, mỏng lưới trên dữ liệu file đã quét Người dùng có thể chọn một khu vực hay toàn bộ dữ liệu để làm giảm mỏng lưới Bằng cách đó dữ liệu sau khi quét lưu lượng sẽ giảm đi đáng kể