Áp dụng công nghệ thiết kế ngược reverse engineering trên máy công cụ CNC 3 trục

Đo dò mô hình ô tô và mô hình mặt người Ứng dụng thiết kế ngược trong các lĩnh vực của đời sống Biểu đồ các quá trình hoạt động của hệ thống Vị trí cấu hình của ba máy quét R = 1040 mm,

Trang 1

-

ĐẶNG THỊ BỐN

ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC REVERSE ENGINEERING

TRÊN MÁY CÔNG CỤ CNC 3 TRỤC

CHUYÊN NGÀNH : CƠ ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CƠ ĐIỆN TỬ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS Nguyễn Thị Hồng Minh

Hà Nội – Năm 2011

Trang 2

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được luận văn này, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự ủng hộ, giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của các thầy

cô giáo, gia đình và bạn bè

Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Hồng Minh

- Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã tận tình định hướng, truyền cho tôi niềm đam mê nghiên cứu trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cán bộ nghiên cứu, nghiên cứu sinh, học viên đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới gia đình, bạn bè

và người thân đã động viên, khuyến khích giúp tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, ngày 28 tháng 09 năm 2011

Học viên

Đặng Thị Bốn

Trang 3

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 5

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 7

PHẦN MỞ ĐẦU 16

Chương 1 LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 19

1.1.Vai trò của thiết kế ngược 19

1.1.1 Thiết kế ngược là gì? 19

1.1.2 Tại sao phải thiết kế ngược 20

1.1.3 Một số ứng dụng thiết kế ngược 21

1.1.3.1 Sự ứng dụng thiết kế ngược trong tạo mẫu nhanh 21

1.1.3.2 Kỹ thuật ngược trong ứng dụng kỹ thuật quân sự 21

1.2 Các bước của thiết kế ngược 22

1.2.1 Quy trình kỹ thuật ngược 26

1.2.1.1 Giai đoạn quét hình 26

1.2.1.2 Xử lý các dữ liệu thu đuợc 26

1.2.1.3 Giai đoạn xây dựng mặt 27

1.2.1.4 Tạo mẫu 28

1.2.2 Các loại Máy quét 28

1.2.2.1 Hệ thống máy đo toạ độ CMM 29

1.2.2.2 Máy quét Laser 30

1.2.2.3 Máy quét dùng ánh sáng trắng 31

1.2.2.4 Đầu dò tích hợp trên máy CNC 32

1.3.Tồn tại trong thiết kế ngược 36

1.4 Đề xuất giải pháp 36

Chương 2 THIẾT KẾ NGƯỢC SỬ DỤNG DỮ LIỆU ĐO DÒ TỪ MÁY CNC 37

2.1 Xử lý dữ liệu đo dò 37

2.1.1 Phương pháp sử dụng đầu dò để đo quét 37

2.1.1.1.Thiết lập các thông số máy để bộ điều khiển nhận biết thiết bị đang sử dụng là đầu dò TS640 37

2.1.1.2.Thiết lập chế độ hoạt động của các chu trình dò 38

2.1.2 Yêu cầu của việc lập trình điều khiển đầu dò trên máy phay CNC ba trục 39

2.1.2.1 Yêu cầu chung 39

2.1.2.2.Yêu cầu kỹ thuật 39

2.1.3 Lọc dữ liệu điểm 41

2.1.3.1 Mục đích của lọc dữ liệu điểm 41

2.1.3.2 Đặc điểm của bộ lọc dữ liệu điểm 42

2.2 Thiết kế bề mặt sử dụng dữ liệu đo dò 52

Trang 4

2.2.1 Các phương pháp thiết kế sử dụng bộ dữ liệu điểm đo 52

2.2.1.1 Thiết kế các mặt cong dựa trên Bezier và B-Spline 52

2.2.1.2 Bề mặt Loft 54

2.2.1.3 Tam giác hoá bề mặt 55

2.2.2 Cụ thể hoá thuật toán thiết kế dùng STL 56

Chương 3 TRIỂN KHAI THUẬT TOÁN VÀ KẾT QUẢ 66

3.1 Lưu đồ thuật toán 66

3.1.1 Lưu đồ thuật toán lọc dữ liệu điểm 66

3.1.2 Lưu đồ thuật toán xây dựng bề mặt STL 68

3.1.3 Lưu đồ thuật toán đánh giá sai số khi xây dựng bề mặt 69

3.2 Thực nghiệm 70

3.2.1 Chọn mẫu thực nghiệm 70

3.2.2 Lập trình đo dò trên máy CNC.Máy Heidenhain TNC 72

3.2.3 Thực nghiệm lọc dữ liệu điểm 74

3.2.3.1 Bộ dữ liệu điểm đo được khi chưa lọc (dữ liệu điểm thô) 74 3.2.3.2 Phương pháp Lọc theo slope – base 76

3.2.4 Xây dựng bề mặt 90

3.2.5 Lập trình gia công mô phỏng trên phầm mềm mastercam X 92

3.2.6 Gia công trên máy trung tâm gia công CNC 94

Chương 4 KẾT LUẬN 95

4.1 Tóm tắt kết quả 95

4.2 Đánh giá 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 98

Trang 5

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Đặng Thị Bốn xin cam đoan nội dung trong quyển luận văn này với đề

tài “áp dụng công nghệ thiết kế ngược reverse engineering trên máy công cụ CNC” là công trình nghiên cứu và sáng tạo do chính tôi thực hiện với sự hướng dẫn

tận tình của TS Nguyễn Thị Hồng Minh – Viện Cơ khí – Trường Đại học Bách khoa Hà nội

Ngày 26/09/2011

Đặng Thị Bốn

Trang 6

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CMM Coordinate Measuring Machine Máy đo toạ độ 3 chiều

CAD Computer Aided Design Thiết kế với trợ giúp của máy tính CAM Computer Aided Manufacturing Sản xuất có trợ giúp của máy tính CNC Computer Numerical Control Điều khiển số bằng máy tính CAE Computer Aided Engineering Công nghệ trợ giúp của máy tính

ISO International Standards Organization Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế

DNC DNC Direct Numerical Control Điều khiển số trực tiếp

STL Standard Template Library Thư viện mã chuẩn

Trang 7

Đo dò mô hình ô tô và mô hình mặt người

Ứng dụng thiết kế ngược trong các lĩnh vực của đời sống

Biểu đồ các quá trình hoạt động của hệ thống

Vị trí cấu hình của ba máy quét (R = 1040 mm, j = 95°)

Quá trình tam giác hóa đối với tập hợp điểm đầu vào

Hợp nhất hai lưới tam giác

Vá lỗ thủng từ lưới các tam giác

Quét hình đầu người

Quy trình thiết kế ngược

Hệ thống máy đo tọa độ CMM

Đầnu dò sử dụng trên máy CMM

Tích hợp đầu dò trên máy tiện

Tích hợp đầu dò trên máy phay

Quá trình đo dò trên sản phẩm

Sơ đồ kết nối đầu dò tới bộ điều khiển và máy CNC

Chu trình 427

Sơ đồ khối biểu diễn đầu dò

Biểu diễn các giá trị lọc theo phương pháp slope base

Biểu diễn các giá trị lọc theo phương pháp slope base (theo góc α)

Biểu diễn các giá trị lọc theo phương pháp slope base (chiều cao trung bình) Biểu diễn các giá trị lọc theo phương pháp slope base(kết hợp)

Trang 8

Biểu diễn các lỗi trong quá trình lọc

Biểu diễn quá trình lọc sau khi lọc và rút gọn

Biểu diễn các quy trình lọc khác nhau

Biểu diễn kết quả khi thực hiện theo 4 quy trình lọc theo kiểu

Biểu diễn kết quả khi thực hiện theo 4 quy trình lọc theo kiểu II

Minh họa hai mảnh Bezier dán lại với nhau

Bề mặt được tạo bằng phương pháp loft

Lưới tam giác Delaunay cùng sơ đồ Voronoi

Phép đảo cạnh (flip edge)

Kiểm tra điều kiện Delaunay dựa trên tổng hai góc đối diện

Các trường hợp phân rã thành các tam giác con

Biểu diễn sai số trên mặt phẳng khác nhau

Các loại sai số

Sơ đồ khối của module xác định sai số

Minh họa quá trình đo thực tế

Lưu đồ thuật toán lọc

Lưu đồ thuật toán xây dựng bề mặt STL

Lưu đồ thuật toán đánh giá sai số khi xây dựng bề mặt

Các sản phẩm mẫu

Đầu dò được lắp trên trục chính máy CNC

Quá trình đo dò trên máy CNC

Trung tâm gia công CNC DMC 1035 V

Bộ dữ liệu điểm của mặt phẳng khi chưa lọc

Bộ dữ liệu điểm của các bề mặt tròn xoay khi chưa lọc

Bộ dữ liệu điểm của các bề mặt lồi lõm khi chưa lọc

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt phẳng lọc theo chiều cao h (ε =0)

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt phẳng lọc theo chiều cao h (ε =0.1)

Trang 9

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt tròn xoay theo chiều cao h (ε =1)

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt lồi lõm theo chiều cao h (ε =1)

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt tròn xoay được lọc theo góc α

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt lồi lõm được lọc theo góc α

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt vuông phẳng được lọc theo góc α

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt phẳng được lọc theo sự kết hợp (ε = 0)

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt phẳng được lọc theo sự kết hợp (ε = 0.2)

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt tròn xoay được lọc theo sự kết hợp (ε = 0)

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt tròn xoay được lọc theo sự kết hợp (ε = 0.2)

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt tròn xoay được lọc theo sự kết hợp(ε = 5)

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt lồi lõm được lọc theo sự kết hợp (ε = 0)

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt lồi lõm được lọc theo sự kết hợp (ε = 0.2)

Dữ liệu điểm trong phần mềm meshlab

Quá trình xử lý dữ liệu điểm trong phần mềm meshlab

Tạo thành lưới tam giác STL và dạng bề mặt

Hình ảnh file Dư lieu do STL trong Mastercam X

Lập trình gia công trong Mastercam X

Mô phỏng quá trình gia công trong Mastercam X

File Dư lieu do xuất sang mã G – code

Trang 10

Hình 3.42 Thực hiện gia công trên trung tâm gia công CNC DMC 1035 V

Chu trình 427

Biểu diễn các giá trị lọc theo phương pháp slope base (theo góc α)

Biểu diễn các giá trị lọc theo phương pháp slope base (chiều cao trung bình) Biểu diễn các giá trị lọc theo phương pháp slope base(kết hợp)

Trang 11

Thực hiện gia công trên trung tâm gia công CNC DMC 1035 V

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt phẳng lọc theo chiều cao h (ε =0)

Trang 12

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt tròn xoay được lọc theo góc α

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt lồi lõm được lọc theo góc α

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt vuông phẳng được lọc theo góc α

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt tròn xoay được lọc theo sự kết hợp (ε = 0.2)

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt tròn xoay được lọc theo sự kết hợp(ε = 5)

Trang 13

Chu trình 427

Trang 14

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt phẳng lọc theo chiều cao h (ε =0)

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt phẳng lọc theo chiều cao h (ε =1)

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt tròn xoay theo chiều cao h (ε =1)

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt lồi lõm theo chiều cao h (ε =3)

Trang 15

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt lồi lõm theo chiều cao h (ε =10)

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt tròn xoay được lọc theo góc α

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt lồi lõm được lọc theo góc α

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt vuông phẳng được lọc theo góc α

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt phẳng được lọc theo sự kết hợp (ε = 2)

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt tròn xoay được lọc theo sự kết hợp (ε = 1)

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt tròn xoay được lọc theo sự kết hợp(ε = 10)

Bộ dữ liệu điểm của bề mặt lồi lõm được lọc theo sự kết hợp (ε = 1)

Thực hiện gia công trên trung tâm gia công CNC DMC 1035 V

Trang 16

PHẦN MỞ ĐẦU

- Lý do chọn đề tài

Khi tiến hành gia công một sản phẩm nào đó trên máy CNC thường phải có bản vẽ thiết kế của chi tiết và chương trình điều khiển gia công chi tiết đó Đối với những chi tiết đã có sẵn trên thị trường muốn chế tạo lại nhưng không sử dụng được bản vẽ thiết kế của chúng thì cần phải có sự hỗ trợ của máy đo tọa độ CMM hoặc máy quét laser Tuy nhiên, kinh phí để trả cho quá trình đo quét chi tiết mẫu trên máy CMM hoặc máy quét laser là rất lớn Đầu dò được tích hợp trên máy CNC với mục đích chính là kiểm tra tự động vị trí phôi và kích thước dụng cụ, nhằm tự động hóa gia công chi tiết Việc sử dụng đầu dò để đo quét chi tiết sẽ giúp cho máy CNC ngoài khả năng gia công chi tiết, nó còn có thể đo chi tiết như một máy CMM Do

đó sẽ giảm được giá thành và sai số chế tạo khi chỉ thao tác trên một máy duy nhất

Xuất phát từ nhận thức trên, qua quá trình thực tập em đã được tìm hiểu về đầu dò iTS 640 của hãng Heidenhain, cùng với những kết quả đã đạt được của đề tài trước

em đã lựa chọn nghiên cứu đề tài: “Áp dụng công nghệ thiết kế ngược Reverse

engineering trên máy công cụ CNC”

dựng nên thuật toán tạo đường dụng cụ với vùng đo toàn chi tiết có hình dạng bất

kỳ dựa trên dữ liệu CAD, thuật toán gióng đã được ứng dụng thành công mang lại khả năng mạnh mẽ hơn, phát triển được thuật toán và xác định được sai số

- Đề tài: “Tích hợp đầu dò trên máy công cụ CNC để đo quét chi tiết” của nhóm

các bạn sinh viên: Nghiêm Thị Thu Hiền, Lê Trung Dũng, Ngô Ngọc Chiến - chuyên ngành Cơ điện tử, khóa 48 Với đề tài này các bạn đã tìm hiểu và mô hình hóa được toàn bộ các bộ phận cơ bản của đầu dò, xây dưng nên thuật toán và chương trình điều khiển đầu dò và đo quét sản phẩm bằng đầu dò trên máy CNC

Trang 17

Tôi cũng đã tham khảo rất nhiều tài liệu và nhận thấy rằng công nghệ lập trình và gia công trên máy CNC đã trở nên phổ biến ở việt nam Những năm gần đây các đề tài nghiên cứu đã đề cập rất nhiều đến công nghệ lập trình gia công trên máy CNC, và việc áp dụng công nghệ thiết kế ngược trên máy CNC cũng được rất nhiều người quan tâm Trong đề tài: “ Nghiên cứu đánh giá độ chính xác tái tạo ngược khi sử dụng trung tâm gia công VMC – 85s” của bạn Nguyễn Tuấn Hưng chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy – Đại học Thái Nguyên đã xây dựng bề mặt

và thiết kế hoàn thành sản phẩm bằng công nghệ thiết kế ngược

Từ sự tích lũy và trau rồi kiến thức trên đã dần giúp tôi nghiên cứu và phát triển đề

tài “Áp dụng công nghệ thiết kế ngược Reverse engineering trên máy công cụ CNC” của mình

- Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu luận văn là có đủ kiến thức để có thể kiểm chứng lại giả thiết trên Muốn kiểm chứng được giả thiết, trước hết cần tìm hiểu về sự tương đồng về kết cấu của các loại máy CNC, CMM Sau đó là tìm hiểu quá trình gia công chi tiết trên các trung tâm gia công điều khiển số như: gá đặt, rà gá, gỗ phôi, hệ tọa độ phôi

Kế tiếp là các hệ thống CAD/CAM vì chúng liên quan mật thiết đến quá trình gia công và kiểm tra, nhờ vậy xác định các yêu cầu cụ thể cho chương trình, các hệ thống CAD/ CAM cũng đóng góp một phần giải pháp ý tưởng và công cụ phục vụ

đề tài Về chức năng điều khiển: máy CNC hoàn toàn có thể thực hiện các chức năng điều khiển như trên máy CMM Sau khi tìm hiều về kết cấu đầu dò tiếp xúc hồng ngoại, có thể thấy đầu dò là một loại thiết bị được chế tạo nhạy cảm với sự tác động của ngoại lực, có khả năng tự cân bằng trở lại khi ngoại lực không tác dụng lên kim dò nữa, do vậy tọa độ các điểm chạm tiếp xúc của đầu dò luôn được xác định một cách chính xác Dựa trên thuật toán của chương trình điều khiển máy CNC, thiết lập thuật toán lọc các dữ liệu điểm để tạo nên bộ dữ liệu điểm chính xác

- Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả

Nhiệm vụ của đề tài là tập trung nghiêu cứu, giải quyết bài toán tổng thể nhất đó là:

+ Đo quét chi tiết có bề mặt bất kỳ

Trang 18

+ Xây dựng thuật toán lọc dữ liệu điểm, và lập trình triển khai thuật toán

+ Xây dựng bề mặt gia công bằng phần mềm meshlab

+ Lập trình gia công hoàn thành sản phẩm

Các công việc chúng em đã thực hiện được cụ thể như sau:

+ Tìm hiểu về công nghệ thiết kế ngược, ứng dụng của công nghệ thiết kế ngược kết hợp với máy CNC Trước hết tìm hiểu quá trình gia công các trung tâm gia công tự động tại các xưởng cơ khi trong trường, nắm được cơ bản các bước gá đặt phôi, thiết lập hệ tọa độ phôi, cách thưc thực hiện chương trình gia công của máy Sau đó tìm hiểu các đặc điểm của CAM một gợi ý quan trọng cho ý tưởng thực hiện

+ Về thuật toán: Xây dựng thuật toán lọc các dữ liệu điểm đo toàn chi tiết có hình dạng bất kỳ dựa trên dữ liệu CAD, điều đó giải quyết hàng loạt vấn đề về vùng

đo đông thời loại bỏ được số lượng lớn vùng nguy hiểm, nâng cao đáng kể độ an toàn cho máy, khả năng tùy biến được nâng cao đáng kể Thuật toán lọc đã được ứng dụng thành công mang lại khả năng mạnh mẽ hơn

+ Về bề mặt: Xây dựng bề mặt dựa trên phần mềm meshlab tạo nên bề mặt theo STL, lập trình gia công trên máy CNC và hoàn thành sản phẩm

- Phương pháp nghiên cứu

Luận văn được thực hiện theo 2 phương pháp:

+ Phương pháp lý thuyết: Là phương pháp trình bày tổng quan về quy trình thiết kế ngược, các loại máy quét 3D, các ứng dụng của thiết kế ngược trong đời sống, và sự tích hợp đầu dò trên trung tâm CNC để thực hiện quá trình thiết kế ngược

+ Phương pháp thực nghiệm Triển khai các bước thiết kế ngược trên sản phẩm mẫu thực tế

Trang 19

Chương 1 LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

1.1.Vai trò của thiết kế ngược

1.1.1 Thiết kế ngược là gì?

Thông thường để gia công chế tạo sản phẩm thì người ta thiết kế mô hình CAD rồi đem sang máy công cụ để gia công Trong thực tế, đôi khi người ta cần chế tạo theo những mẫu có sẵn mà chưa (hoặc không) có mô hình CAD tương ứng, những chi tiết đã ngừng sản xuất từ lâu, những chi tiết không rõ xuất xứ Để tạo được mẫu của những sản phẩm này, trước đây người ta tiến hành đo đạc rồi vẽ phác lại hoặc dùng sáp, thạch cao để in mẫu Các phương pháp này cho độ chính xác không cao, tốn nhiều thời gian và công sức, đặc biệt là những chi tiết phức tạp Ngày nay người ta đã sử dụng máy quét hình để quét hình dáng của chi tiết sau đó nhờ các phần mềm CAD/CAM chuyên dụng để xử lý dữ liệu quét và cuối cùng sẽ tạo được mô hình CAD 3D với độ chính xác cao Mô hình 3D này có thể được chỉnh sửa nếu cần Ngoài việc tái sử dụng sản phẩm, kỹ thuật ngược còn có một số ứng dụng sau:

- Kiểm tra chất lượng sản phẩm bằng cách so sánh mô hình CAD với sản phẩm gốc, từ đó điều chỉnh mô hình hoặc các thông số công nghệ để tạo ra sản phẩm đạt yêu cầu

- Mô hình CAD được sử dụng như là mô hình trung gian trong quá trình thiết

kế bằng cách tạo sản phẩm bằng tay trên đất sét, thạch cao, sáp … rồi quét hình để tạo mô hình CAD Từ mô hình CAD này người ta sẽ chỉnh sửa theo ý muốn

- Reverse engineering cho phép tối ưu hoá các sản phẩm trước khi đưa vào sản xuất

Công nghệ reverse engineering là quá trình tái tạo một mô hình từ một mô hình gốc

- Thuật ngữ này có thể được áp dụng cho thiết kế phần mềm, điện tử, và trong trường hợp cụ thể là để làm mẫu cơ khí bằng việc phối hợp các dữ liệu điểm nằm trên các bề mặt Một số thiết bị có thể được sử dụng để tạo ra các tọa độ: quét

Trang 20

laser, cấu trúc máy quét ánh sáng, số hoá vũ khí và thiết bị thăm dò cảm ứng, nhưng kết quả cuối cùng là cho ra bộ dữ liệu đám mây điểm

Trong nhiều trường hợp, chúng ta có thể có một đối tượng/sản phẩm vật lý

mà không có các chi tiết kỹ thuật kèm theo như bản vẽ, thông số kỹ thuật,… Quá trình tạo ra các bản sao từ chi tiết/cụm chi tiết hoặc sản phẩm mà không có bản vẽ, tài liệu hoặc các mô hình từ máy tính được gọi là kỹ thuật ngược Kỹ thuật ngược cũng được định nghĩa như là một quá trình nhận dữ liệu một mô hình CAD từ các

dữ liệu điểm 3D thu được bằng việc quét/số hóa chi tiết hoặc sản phẩm hiện có

Hình 1.1 Đo dò mô hình ô tô và mô hình mặt người

1.1.2 Tại sao phải thiết kế ngược

- Thiết kế ngược với khả năng kết hợp và tái sử dụng các mẫu thiết kế cũ

- Hỗ trợ việc khôi phục lại mẫu sản phẩm đã bị mất tài liệu hướng dẫn

- Các mạch tích hợp có bản quyền hoặc quá lỗi thời nên tạo ra sản phẩm mới với chíp hiện có sử dụng công nghệ Re để thiết kế lại sản phẩm

- Tạo ra mô hình CAD để phục vụ gia công từ một mẫu vật thật (Tạo dữ liệu

để tân trang hoặc chế tạo chi tiết không có dữ liệu CAD, hoặc dữ liệu CAD bị mất)

- Quá trình đo kiểm so sánh giữa mô hình CAD và kết quả gia công

Reverse engineering là một phương thức nghiên cứu để làm mới các sản phẩm tương thích được rẻ hơn so với những gì có trên thị trường

Trang 21

- Tạo dữ liệu 3D từ một cá thể, một mô hình hoặc một sản phẩm điêu khắc

và tạo mới hoặc tái chế tác phẩm nghệ thuật

Kỹ thuật ngược đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như chế tạo máy, thiết kế công nghiệp, thiết kế nữ trang

1.1.3 Một số ứng dụng thiết kế ngược

1.1.3.1 Sự ứng dụng thiết kế ngược trong tạo mẫu nhanh

Với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp tạo mẫu nhanh (RP) việc áp dụng công nghệ thiết kế ngược ngày càng trở nên quan trọng

- Thiết kế ngược là yếu tố cơ bản cho sự hình thành nên vật mẫu trong công nghệ RP, sử dụng kỹ thuật đo 3D chính xác, nhanh, tạo ra được toạ độ các biên dạng đo và xây dựng lại các bề mặt CAD 3D

1.1.3.2 Kỹ thuật ngược trong ứng dụng kỹ thuật quân sự

- Với việc áp dụng công nghệ thiết kế ngược đã tạo ra được rất nhiều sản phẩm phục vụ trong chiến đấu, trong kỹ thuật quân sự

Ví dụ: Quân đội Đức có đã phân tích và thiết kế lại những cái can tupolev thành can đựng xăng dầu với thiết kế reverse engineering tuyệt vời và đã đưa vào sử dụng

- Trong cuộc chiến tranh tại Nhật Bản, Máy bay B - 29 của Mỹ buộc phải hạ cánh vì những chiếc máy bay B - 29 này đã bị sao chép giống nhau bằng công nghệ Reverse engineering

Dưới đây là hình ảnh các ứng dụng của thiết kế ngược với các lĩnh vực khác nhau của đời sống

Trang 22

Hình 1.2 Ứng dụng thiết kế ngược trong các lĩnh vực của đời sống

1.2 Các bước của thiết kế ngược

Hệ thống này về cơ bản gồm ba bước: Thu thập dữ liệu của đối tượng thực dưới dạng các điểm, lên kết các dữ liệu và tái tạo lại mô hình của đối tượng thực trong không gian ba chiều Hình 1.2 mô tả quá trình hoạt động của hệ thống các dữ liệu của đối tượng thực được thu thập sử dụng 3 thiết bị quét (scanner) dưới dạng một tập hợp các điểm (cloud points) trong không gian ba chiều Từ các dữ liệu điểm xây dựng nên một lưới tam giác để liên kết các điểm trong không gian 3 chiều sử dụng thuật toán ICP với heuristics Mô hình của đối tượng thực được số hóa hoàn toàn sau khi thực hiện một số bước tinh chỉnh như làm mịn (bóng), vá lỗ thủng,

hoặc chia nhỏ lưới tam giác (subdivision) để tăng cường chi tiết hóa mô hình số

Trang 23

Hình 1.2 Biểu đồ các quá trình hoạt động của hệ thống

- Thu thập dữ liệu

Trong hình 1.2, hệ thống thu thập dữ liệu sử dụng 3 máy quét ba chiều (3D scanners) dựa trên kỹ thuật đo của moiré để tái tạo lại mô hình mẫu Khoảng cách giữa mô hình và các máy quét là R bằng 1040 mm, và góc tương quan giữa các máy quét j là 950 Các máy quét liên tục chép lại các hình ảnh, máy quét đầu tiên chép lại hình ảnh phía trước, hai máy quét còn lại chép lại ảnh bên trái và phải của đối tượng

Hình 1.3 Vị trí cấu hình của ba máy quét (R = 1040 mm, j = 95°)

- Liên kết dữ liệu thu thập được

Tam giác hóa (triangulation) là phương pháp dựng hình trong không gian 2D

và 3D Các quá trình tam giác hóa sẽ được thực hiện với dữ liệu đầu vào là tập hợp hỗn độn các điểm đã thu thập được Một số sách giáo khoa và bài báo đã giới thiệu

kỹ về thuật toán này Thuật toán tam giác hóa có thể trình bày tóm tắt như sau:

Trang 24

Hình 1.4 Quá trình tam giác hóa đối với tập hợp điểm đầu vào

Cho một tập hợp điểm đầu vào, Thuật toán tam giác hóa bằng cách lấp kín cái lớp vỏ bên ngoài của mô hình bằng các tam giác Các đỉnh của tam giác là tập hợp điểm đầu vào và hình tròn ngoại tiếp quanh mọi tam giác là không chứa bất kỳ điểm nào khác ở bên trong các hình tròn, xem mô tả trong hình 1.4

Hình 1.5 Hợp nhất hai lưới tam giác

Sau khi các lưới tam giác được sinh ra từ các tập hợp điểm, bước tiếp theo là qúa trình đồng nhất các lưới tam giác tới cùng một hệ tọa độ Nếu toàn bộ dữ liệu được chép dùng một thiết bị quét hình giới hạn quay là sáu chiều tự do với độ chính xác cao thì chúng ta có thể đồng nhất chúng bằng phần mềm cung cấp bởi chính thiết bị này Tuy nhiên, thiết bị này rất đắt, do đó chúng ta có thể dùng thiết bị rẻ hơn với giới hạn quay là hai chiều tự do, đây chính là lý do mà chúng ta phát triển

hệ thống với ba thiết bị quét hình đơn Cùng với việc chọn thiết bị này, chúng ta đã

Trang 25

phát triển một phần mềm phụ trợ cho việc đồng nhất các dữ liệu đã được chép hình Phần mềm này không bị phụ thuộc vào vị trí và hướng quét của máy quét hình

Bước tiếp theo của đồng nhất dữ liệu đã là hợp nhất các lưới đã được đồng nhất thành một lưới tam giác mô tả đầy đủ mô hình mẫu (đầu người) với đầy đủ các thông tin về hình thái của nó Bằng một phương pháp tương đối, Phương pháp này rất hiệu quả đối với việc hợp nhất nhiều lưới tam giác thành một lưới đồng nhất nhưng vẫn mô tả được hình thái của mô hình mẫu một cách hoàn thiên Hình 1.5

mô tả quá trình hợp nhất hai lưới tam giác với ba bước căn bản: 1) Tìm đường giao giữa hai luới, 2) Cắt bỏ một phần chung giữa hai lưới, và 3) Tạo lại đường bao cho

cả hai lưới

- Tái Tạo Lại Mô Hình Ba Chiều Hoàn Chỉnh

Trong các hệ thống sử dụng các thiêt bị với chi phí rẻ (máy quét giới hạn quay hai chiều) chỉ có thể quét ba lần phía trước, bên trái và phải của hình mẫu Hơn nữa các hình đối tượng thực thường rất phức tạp với các lỗ hổng và phần lõm vào rất nhỏ Phần thiếu hụt của các tam giác trong quá trình quét cần phải được vá

và được tạo dựng lại để cho ra một mô hình số hóa hoàn chỉnh trên máy tính

Hình 1.6 Vá lỗ thủng từ lưới các tam giác

Hình 1.6 là một ví dụ về vá lỗ hổng Các lỗ hổng được vá bằng các tam giác phẳng Đầu tiên thực hiện chia nhỏ tam các tam giác phẳng và sau đó làm mịn với

các tam giác lân cận Từ lưới tam giác này hệ thống sẽ sinh ra một tập lệnh chỉ dẫn cho máy CNC tạo khuôn cho hình mẫu

Trang 26

Hiện nay công nghệ đảo ngược (reverse engineering), từ một mẫu hình bị hỏng chúng ta sử dụng máy quét giới hạn quay hai chiều tự do để sao chép lại mẫu hình Dữ liệu chép lại là tập các điểm trong không gian 2D và 3D, những tập điểm này không có tổ chức Từ các tập hợp điểm chúng ta tam giác hóa và thực hiện một

số thao tác tinh chế như là: liên kết dự liệu, vá các lỗ hổng, làm mịn bề mặt Sau một chuỗi các qúa trình xử lý, chúng thu được một lưới các tam giác đặc tả về mẫu hình Từ lưới tam giác này hệ thống sẽ sinh ra một tập lệnh chỉ dẫn cho máy CNC thực hiện gia công vật mẫu

1.2.1 Quy trình kỹ thuật ngược

Quy trình kỹ thuật ngược có thể được chia làm các giai đoạn sau:

1.2.1.1 Giai đoạn quét hình

Dùng máy quét hình để quét hình dáng của vật thể Có thể dùng máy quét dạng tiếp xúc(như máy đo toạ độ Coordinate Measuring Machine -CMM) hoặc máy quét dạng không tiếp xúc (máy quét laser)

Khi sử dụng máy CMM thì đầu dò tiếp xúc với bề mặt cần đo Mỗi vị trí đo

sẽ cho một điểm có toạ độ (x, y, z) Tập hợp các điểm đo sẽ cho một đám mây các điểm

Khi sử dụng máy quét laser thì chùm tia laser từ máy chiếu vào vật thể sẽ phản xạ trở lại cảm biến thu được dữ liệu điểm Hình dạng của toàn bộ vật thể được ghi lại bằng cách dịch chuyển hay quay vật thể trong chùm ánh sáng hoặc quét chùm ánh sáng ngang qua vật Phương pháp này cho độ chính xác kém hơn phương pháp tiếp xúc

Cả 2 phương pháp đều cho dữ liệu vì chi tiết gồm tập các điểm (đám mây điểm) Đám mây điểm này phải được chuyển sang dạng lưới tam giác để xây dựng mặt

1.2.1.2 Xử lý các dữ liệu thu đuợc

Trang 27

- Là một trong các giai đoạn rất quan trọng trong RE, nhiều hệ thống số hoá 3D khác được phát triển, nổi bật nhất là máy đo toạ độ (CMM), máy quét Lazer, Camera CCD

- Khi máy tính hỗ trợ thiết kế (CAD) đã trở nên phổ biến hơn, kỹ thuật đảo ngược trở thành một phương pháp hữu hiệu để tạo ra một mô hình 3D ảo của một phần vật chất hiện có để sử dụng trong 3D CAD, CAM, CAE hoặc phần mềm khác Quy trình thiết kế ngược liên quan đến việc đo lường một đối tượng sau đó Reconstructing nó như một mô hình 3D Các đối tượng vật lý có thể được đo bằng cách sử dụng công nghệ quét 3D như CMM, quét laze, cấu trúc ánh sáng kỹ thuật

số, các dữ liệu tự đo, sử dụng như một đám mây điểm, thiếu thông tin về topo và do

đó thường được chế biến và mô hình hoá thành các dạng khác có thể sử dụng như một lưới tam giác Một bộ bề mặt NURBS hoặc một mô hình CAD

1.2.1.3 Giai đoạn xây dựng mặt

Giai đoạn này bao gồm 3 bước:

1 Xây dựng lưới tam giác từ đám mây điểm

2 Đơn giản hoá lưới tam giác bằng cách giảm số lượng tam giác và tối ưu hoá vị trí các đỉnh và cách kết nối các cạnh của mỗi tam giác trong lưới sao cho các đặc điểm hình học không thay đổi

3 Chia nhỏ lưới (đã được đơn giản hoá) để tạo bề mặt trơn theo ý muốn Kết quả là ta được một bề mặt trơn và được chuyển thành file CAD với các định

Trang 28

NC (Với CAM)

Hình 1.8.Quy trình thiết kế ngược

1.2.2 Các loại Máy quét

Có hai loại cơ bản của máy quét 3D có sẵn, Tiếp xúc và không tiếp xúc Các loại đầu tiên của máy quét bao gồm đầu dò chạm giống như cánh tay máy được số hoá Các thiết bị này thu thập dữ liệu bằng cách chạm vào bề mặt của đối tượng và thu thập các thông tin về vị trí tương đối của các điểm tiếp xúc

Trang 29

Hình 1.9 Quét bằng máy CMM

Những máy quét này xác định khoảng cách tương đối từ máy quét đến bề mặt ở đây thường sử dụng toạ độ Z Các vị trí máy quét thường dẫn đến các sự di chuyển để thu thập các toạ độ X và Y

Loại không tiếp xúc là các loại máy quét laser, máy quét sử dụng ánh sáng nhìn chung loại máy laser hoặc thậm chí một vài trường hợp siêu âm dựa trên máy quét Một thiết bị phụ khác của loại không tiếp xúc của máy quét có cấu trúc các loại ánh sáng Những máy quét làm việc với một cường độ khác nhau cụ thể của hình ảnh và nhiều ánh sáng của đối tượng từ các vị trí được biết đến Một thuật toán toán học sau đó sẽ được sử dụng để tạo ra một bề mặt với bộ dữ liệu điểm đo được Điều này về cơ bản tái tạo bề mặt 3D có thể nhìn thấy của đối tượng Tốc độ và tính chính xác của máy quét là rất khác nhau tùy thuộc vào mô hình và hệ thống điều khiển của máy CNC Ngoài ra, máy quét chia sẻ các thuộc tính từ một trong những nhà sản xuất khác

1.2.2.1 Hệ thống máy đo toạ độ CMM

Máy đo toạ độ là tên gọi chung của các thiết bị vạn năng có thể thực hiện được việc đo các thông số hình học

Máy đo toạ độ thường đo theo 3 phương chuyển vị X, Y, Z Bàn đo được làm bằng đá Grannit Đầu đo được gắn trên giá

gắn trên thân trượt theo phương Z, Khi đầu đo điều chỉnh đến một điểm nào đó th 3 đầu đọc sẽ cho ta biết 3 toạ độ X, Y, X

tương ứng với độ chính xác có thể lên tới 0,1mcromet

Trang 30

Hình 1.10 Hệ thống máy đo tọa độ CMM

Hình 1.11 Đầu dò sử dụng trên máy CMM

1.2.2.2 Máy quét Laser

Để nâng cao độ chính xác và giảm chi phí của kỹ thuật RE và nhiệm vụ kiểm tra Máy quét laze chụp lên đến 50.000 điểm

Hình 1.12 Máy scaner 3D

Trang 31

Một máy quét 3D là thiết bị phân tích một đối tượng thực để thu thập dữ liệu của đối tượng, các đối tượng thu thập thược xây dựng kỹ thuật số, các mô hình 3 chiều, các thiết bị này được sử dụng rộng rãi của các ngành công nghiệp giải trí trong việc sản xuất phim và chơi game, chỉnh hình và chân tay giả, reverse engineering , kiểm soát chất lượng/ kiểm tra

Rất nhiều công nghệ khác nhau được sử dụng để xây dựng các thiết bị quét 3D, Tuy nhiên có những phương pháp để quét các đối tượng sang bóng, như bao phủ chúng với một lớp mỏng bột màu trắng sẽ giúp photon ánh sáng hơn để phản ánh về các máy quét Máy quét laser có thể gửi tỷ photon ánh sang hướng về một đối tượng và chỉ nhận được một tỷ lệ phần trăm nhỏ của các hạt photon trở lại thông qua quang học mà họ sử dụng Các phản xạ của một đối tượng dựa trên màu sắc của vật thể

Mục đích của máy quét 3D thường được để tạo ra đám mây điểm của mẫu

hình học trên bề mặt của đối tượng, các điểm này sau đó có thể được sử dụng để

ngoại suy hình dạng của các đối tượng

Hình 1.13 Nguyên lý scan 3D cho đối tượng

1.2.2.3 Máy quét dùng ánh sáng trắng

Máy đo thông dụng của phương pháp này là máy COMET 250 Bằng

phép đo tam giác (triangulation) dùng ánh sáng trắng, hệ thống máy chuyên

ứng dụng cho các bộ phận nhỏ, đòi hỏi chính xác cao như các hình điêu khắc

Trang 32

bằng tay Bằng kỹ thuật chiếu dùng ánh sáng giao thoa, COMET tạo ra đám

mây dữ liệu chính xác và dày đặc, từ đó tạo điều kiện để tạo ra mô hình 3D

của vật thể

COMET số hóa bề mặt hình học theo từng vùng nhỏ Các vùng dữ liệu

tập trung cao được sắp xếp thẳng hàng với nhiều kỹ thuật khác nhau, chính

điều này đã làm cho nó trở thành một hệ thống linh hoạt

Hình 1.14 Máy quét sử dụng ánh sáng trắng.

1.2.2.4 Đầu dò tích hợp trên máy CNC

Đầu dò là một thiết bị đúng hơn là một sensor dùng trong đo lường trong lĩnh vực cơ khi nói chung Bản chất đầu dò là một sensor đo lường, bằng cách phát ra tín hiệu có thể sử lý được khi thiết bị chạm vào bề mặt bất kỳ

Đầu dò thường kết hợp với các máy CNC và CMM ( máy đo ba tọa độ) để

xác định chính xác vị trí đầu dò chạm vào chi tiết, với chức năng cơ bản như thế,

đầu dò có phạm vi ứng dụng to lớn trong việc đo lường trong cơ khí nói chung và

các nghành đặc thù

Hình 1.15: hình ảnh đầu dò

Trang 33

* Cấu tạo của đầu dò

Đầu dò chạm có nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào chức năng công dụng nên có nhiều kiểu dáng khác nhau nhằm phù hợp với từng yêu cầu cụ thể

Ở đây em giới thiệu về đầu dò dùng trong máy CNC vì tính phổ biến và ứng dụng cao của nó

Hệ thống đầu dò tích hợp trong máy CNC cũng như các loại đầu dò thông dụng khác được chia làm hai phần cơ bản:

Cảm biến : là phần hoạt động trực tiếp của hệ thống đầu dò, có chức năng

phát ra tín hiệu đặc trưng có thể là quang học hoặc điện khi chạm vào bề mặt bất kỳ

Cấu tạo gồm ba phần chính:

+ Chuôi côn: dùng để gá và kẹp chặt đầu

dò lên trục chính của máy

+ Kim dò: là bộ phận tiếp xúc của hệ

thống đối với đôi tượng đo gồm hai phần là thân

và đầu cầu

+ Thân: là bộ phận chính của cảm biến có

chức năng phát tín hiệu khi đầu dò hoạt động

Hình 1.16: Cấu tạo chung của đầu dò

Hệ thống truyền dẫn tín hiệu: để một đầu dò có thể giao tiếp với hệ thống

điều khiển (CNC) của máy Tín hiệu phải đi từ đầu dò đến bộ điều khiển nhằm kết nối kim dò cùng với các bộ phận hay dụng cụ, tương tự tín hiệu phải đi từ bộ điều khiển tới đầu dò để điều khiển các chức năng của đầu dò Lối đi của các tín hiệu đó được thực hiện bởi hệ thống truyền dẫn( transmission system) việc chọn hệ thống truyền dẫn phụ thuộc loại đầu dò là loại máy nhằm đồng bộ hóa dữ liệu

Trang 34

Hình 1.17: Hệ thống truyền dẫn tín hiệu

* Tích hợp đâu dò để đo quét chi tiết trên máy CNC

Tích hợp đầu dò trên máy công cụ CNC tức là bổ xung thêm vào máy cung

cụ CNC đầu dò, việc đó được thực hiện khi bổ xung thêm cho máy CNC các loại đầu dò khác nhau Lúc này đầu dò sẽ đóng vai trò là những cảm biến được gắn trên may, có thể gắn trực tiếp hoặc nơi đặc biệt như ụ chứa dao Đầu dò được tích hợp trên máy CNC hoạt động khi được gắn trực tiếp vào đầu trục chính hoặc là vị trí đặc biệt trên máy công cụ CNC, tiếp đến kết nối đầu dò với bộ điều khiển để trao đổi tín hiệu giữa bộ điều khiển và máy

Hình 1.18: Tích hợp đầu dò trên máy tiện

Trang 35

Hình 1.19 Tích hợp đầu dò trên máy phay Mục đích chung:

Bản chất của đầu dò là các cảm biến có chức năng đo đạt nên mục đích cơ bản nhất của tích hợp đầu dò trên máy CNC là đo các kích thước yêu cầu quan trọng ảnh hưởng tới quá trình gia công và điều chỉnh máy

Tích hợp đầu dò trên các máy CNC đặc biệt là trên các máy phay và trung tâm gia công giúp giảm giá thành sản phẩm qua việc giúp giảm các máy móc đi cùng để kiểm tra và giảm thời gian mất mát trong quá trình gia công Đồng thời tăng độ chính xác và tin cậy trong gia công

Các mục đích cụ thể:

Cài đặt dụng cụ: dùng calip và nhập dữ liệu bù bằng tay khiến mất thời gian

và rất dễ xảy ra lỗi Hệ thống cài đặt dụng cụ bằng đầu dò thì dễ dàng thiết lập trên các trung tâm gia công CNC tiện và phay

Lợi ích mang lại bao gồm: tiết kiệm thời gian và giảm thời gian chết đáng kể, xác định chính xác đường kính và chiều dài, tự động bù, khử lỗi cài đặt, phát hiện gãy vỡ của dụng cụ

Gá đặt phôi: Đầu dò được gá lên trực chính của máy phay hoặc mâm tiện

của máy tiện trợ giúp quá trình gá đặt phôi

Lợi ích mang lại bao gồm: giảm thời gian chết, tự động cố định gióng và quay chi tiết, loại trừ lỗi do gá đặt bằng tay, tăng khả năng mềm dẻo

Trang 36

Kiểm tra chi tiết khi gia công: đầu dò gá trên trục chính hoặc mân tiện cũng

có thể dùng trong trong chu trình đo và kiểm tra, việc dùng các thiết bị đo bằng tay liên quan đến tay nghề hoặc dùng máy CMM thì đắt đỏ

Lợi ích của mang lại khi kiểm tra bằng đầu dò: Tự động đo, tăng độ tin cậy, giảm thời gian chết từ việc chờ đợi kết quả

Hình 1.20 Quá trình đo dò trên sản phẩm

1.3.Tồn tại trong thiết kế ngược

- Tồn tại chức năng của phần mềm bao gồm xử lý đám mây điểm với tốc độ cao, tạo ra các mẫu đa giác, tái tạo bề mặt, sắp xếp để thiết kế bằng máy tính

- Nhập các máy đo toạ độ với chi phí cao, chưa khai thác hết các chức năng của máy, sản phẩm chưa đảm bảo chất lượng cũng như hiệu quả kinh tế

- Sử dụng phương pháp dò điểm thủ công nhiều, nên không gia công được các chi tiết phức tạp, hình dáng và chất lượng sản phẩm kém

1.4 Đề xuất giải pháp

Với các máy đo toạ độ CMM, và máy quét Laze đáp ứng được các yêu cầu của RE tuy nhiên để tận dụng được hết khả năng của máy CNC giảm chi phí cũng như thời gian thực hiện gá đặt, vấn đề đặt ra là làm thế nào để tạo ra một thiết bị có thể thực hiện được vai trò của máy đo toạ độ tích hợp ngay trên máy CNC Nhiệm

vụ của đề tài này là khai thác hết các chức năng của đầu dò trong việc đo quét các chi tiết giống như một máy đo toạ độ CMM mục đích để tránh sai số, nâng cao độ

Trang 37

Chương 2 THIẾT KẾ NGƯỢC SỬ DỤNG DỮ LIỆU ĐO DÒ TỪ MÁY CNC

2.1 Xử lý dữ liệu đo dò

2.1.1 Phương pháp sử dụng đầu dò để đo quét

Để thực hiện đo dò trên máy CNC trước hết cần thực hiện kết nối đầu dò tới

bộ điều khiển và máy CNC

Hình 2.1 Sơ đồ kết nối đầu dò tới bộ điều khiển và máy CNC

Sơ đồ kết nối đầu dò tới bộ điều khiểnvà máy CNC: Đầu dò truyền tín hiệu TS640 truyền tín hiệu hồng ngoại tới thiết bị truyền/nhận tín hiệu SE 640, sau đó tín hiệu được truyền dẫn qua dây cáp và các phần tử kết nối tới bộ điều khiển của máy CNC Nếu mở rộng vùng đo bằng cách sử dụng đồng thời 2 SE 640 thì tín hiệu truyền cần phải qua tín hiệu xử lý APE642 trước khi tín hiệu được đưa tới bộ điều khiển của máy CNC

2.1.1.1.Thiết lập các thông số máy để bộ điều khiển nhận biết thiết bị đang

sử dụng là đầu dò TS640

Các bước thực hiện như sau:

Trước khi điều khiển đầu dò, ta cần thiết lập các thông số máy để bộ điều khiển nhận biết thiết bị đang sử dụng là đầu dò TS640.Các bước tiến hành như sau :

- Chọn chế độ vận hành bằng tay bằng cách bấm phím :

Trang 38

2.1.1.2.Thiết lập chế độ hoạt động của các chu trình dò

• MP6010: lựa chọn loại tín hiệu truyền nhận

Truyền bằng cáp: 0

Truyền bằng tín hiệu hồng ngoại: 1

• MP6120: Tốc độ dịch chuyển đầu dò (1 to 3000 [mm/ph])

• MP6150: tốc độ dịch chuyển nhanh(1 to 300 000 [mm/ph])

* Ứng dụng chu trình đo trong module điều khiển đầu dò

Yêu cầu: dò chi tiết theo trục Z và lưu giá trị đo vào file để xây dựng lại bề mặt chi tiết

Qua tìm hiểu các chu trình tự động trên hệ điều kiển HEIDENHAIN iTNC530 thì chu trình 427 hoàn toàn phù hợp với yêu cầu trên

Chu trình 427 : Tự động đo tọa độ 1 điểm theo 1 trục

Chu trình tìm ra tọa độ điểm tiếp xúc theo một trục nhất định và lưu giá trị vào một thông số hệ thống

Bộ điều khiển TNC di chuyển nhanh đầu dò đến vị trí bắt đầu chu trình 1 và

giữ khoảng cách bằng với khoảng an toàn thiết lập

Trang 39

Sau đó bộ điều khiển TNC di chuyển đầu dò chạm vào chi tiết và đo giá trị thu được

Cuối cùng bộ điều khiển TNC di chuyển đầu dò trở về vị trí an toàn và lưu giá trị đo được vào tham số Q

2.1.2 Yêu cầu của việc lập trình điều khiển đầu dò trên máy phay CNC ba trục

Với bài toán đặt ra là lập trình điều khiển đầu dò, đo dò chi tiết từ dữ liệu CAD và hiển thị kết quả đường dụng cụ để kiểm tra thì việc điều khiển đầu dò có các yêu cầu sau

2.1.2.1 Yêu cầu chung

+ Đọc dữ liệu cad dưới dạng STL

+Gióng hệ tạo độ CAD về trùng với hệ tọa độ gia công

+ Từ dữ liệu đầu vào tạo chương trình đo

2.1.2.2.Yêu cầu kỹ thuật

Chương trình sử dụng chu trình đo tự động 427 làm chu trình cơ bản cho chương trình tạo file điều khiển đầu dò

Các thông số đầu vào:

- Dữ liệu CAD của chi tiết cần đo được lưu dưới dạng STL

- Dữ liệu định vị được lưu dưới dạng file STL trong đó chứa tọa độ của một tam giác định vị gồm có tọa độ và thông tin của:

+ Tọa độ của điểm gốc phôi

Hình 2.2 Chu trình 427

Trang 40

+ Phương và chiều của hệ trục tọa độ X,Y trên phôi

- Các thông số của phép đo:

+ Chiều cao an toàn

+ Hướng tiến dụng cụ: song song hoặc zig zag

+ Mật độ theo hai hướng X, Y

+ Loại và vị trí vùng nguy hiểm

-Gióng hệ tọa CAD về trùng với hệ tọa độ không gian gia công

- Xác định vùng đo của chi tiết dựa vào dữ liệu CAD nhập vào

- Tính toán các điểm đo dựa vào vùng đo và vùng nguy hiểm cùng với các thông số của phép đo

Các thông số đưa ra:

-Hiển thị vùng đo, đường dụng cụ trên màn hình đồ họa

- Cho phép xem trước kết quả và chỉnh sửa các thông số đo

-File chương trình điều khiên đầu dò chứa các mã lệnh 427

Sơ đồ khối của toàn bộ module điều khiển đầu dò

Định dạng
Số trang	98
Dung lượng	2,55 MB