Nghiên cứu ứng dụng công nghệ reverse engineering trong thiết kế khuôn mẫu, ứng dụng thiết kế, chế tạo bộ khuôn đùn gioăng cao su cho xe tải

Dựa trên những nhu cầu và thực trạng đã nêu ở trên và cơ sở những kiếnthức được trang bị trong quá trình học tập tại trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp, Đại học Thái Nguyêntác giả quyết

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KĨ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ

Số hóa b i ở Trung tâm Học li u ệ – ĐHT N

h t t p : //www l t c t nu e d u v n

ii

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Reverse Engineering trong thiết kế khuôn mẫu, ứng dụng thiết kế, chế tạo bộ khuôn đùn gioăng cao su cho xe tải”

được hoàn thành bởi tác giả Trần Tú Anh, học viên lớp cao học chuyên ngành Kỹ thuật Cơ

khí, lớp 16, khóa học 2013-2015, khoa Cơ khí,Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp, Đạihọc Thái Nguyên Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Ngoàiphần tài liệu tham khảo đã được liệt kê, tất cả các

số liệu đều trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Thái Nguyên, ngày 22 tháng 02 năm 2016

Trần Tú Anh

Số hóa b i ở Trung tâm Học li u ệ – ĐHT N

h t t p : //www l t c t nu e d u v n

iii

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS TS.Trần Minh Đức, người đã hướng dẫn và giúp

đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và hoàn chỉnhLuận văn

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với các thầy cô trong khoa Cơ khí – Trường Đạihọc Kỹ thuật công nghiệp, Đại học Thái Nguyên Xin cảm ơn Ban lãnh đạo khoa Cơ khícủa trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp, Đại học Thái Nguyênđã tạo điều kiện thuận lợi

để tôi hoàn thành Luận văn này

Tác giả cũng chân thành cảm ơnban lãnh đạo trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp,Đại học Thái Nguyên

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót,tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy (cô) giáo, các nhà

khoa học và các bạn đồng nghiệp

Tác giả luận văn

Thái Nguyên, ngày 22 tháng 02 năm 2016

Trần Tú Anh

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

- CAD (Computer Aided Design): Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính (CAD còn được định nghĩa là Computer Aided Design: Công cụ trợ giúp vẽ trên máy tính).

- CAM (Computer Aided Manufacturing): Lĩnh vực sử dụng máy tính để tạo

chương trình điều khiển hệ thống sản xuất, kể cả trực tiếp điều khiển các thiết bị, hệthống đảm bảo vật tư, kỹ thuật

- CNC (Computerized Numerical Control): Máy gia công điều khiển số có sự trợ

giúp của máy tính trong việc vận hành và lập trình gia công

- CMM (Coordinate Measuring Machine): Các thiết bị vạn năng có thể thực hiện

việc đo các thông số hình học theo phương pháp tọa độ, còn được gọi là máy quéthình

- RE (Reverse Engineering): Kỹ thuật ngược hay công nghệ chép

mẫu

- RP (Rapid Propotyping): Tạo mẫu nhanh, bao gồm các phương pháp

tạo mẫu nhanh

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Số liệu tiêu thụ các sản phẩm cao su 37Bảng 3.2 Các bước lập trình gia công nửa khuôn dưới trên máy phay CNC 56Bảng 3.4 Thành phần hợp kim của thép SKD61 61Bảng 3.5 Quy đổi mác thép theo các tiêu chuẩn trên thế giới 61Bảng 3.6 Mức hưởng của các biến đầu vào 68Bảng 3.7 Bảng lựa chọn mảng trực giao theo số cấp độ của biến đầu vào 68Bảng 3.8 Sơ đồ mảng trực giao thực hiện thí nghiệm 69Bảng 3.9 Bảng kết quả thí nghiệm 69Bảng 3.10: Bảng số liệu thông qua xử lý 71

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ chu kỳ phát triển sản phẩm 6

Hình 1.2 Quá trình từ sản phẩm cụ thể tới mô hình CAD 6

Hình 1.3 Sơ đồ ý tưởng của kỹ thuật RE 7

Hình 1.4 Quy trình lấy mẫu ô tô áp dụng công nghệ kỹ thuật ngược 8

Hình 1.5 Công nghệ RE dựng mô hình CAD cho các tác phẩm nghệ thuật 10 Hình 1.6 Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngược lấy mẫu hoa văn thủ công 10

Hình 1.7 Ứng dụng RE thiết kế lại, cải tiến mẫu mã sản phẩm 11

Hình 1.8 Ứng dụng công nghệ RE để thiết kế lại, phát triển sản phẩm 11

Hình 1.10 Ứng dụng thiết kế đảo chiều để tạo răng hàm 12

Hình 1.11 Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngược tạo mảnh sọ não dùng trong y học 12

Hình1.12 Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngược lấy mẫu mặt người và động vật 13

Hình 1.13 Sử dụng công nghệ RE để thiết kế trong Game 13

Hình 2.1 Cấu tạo máy CMM 17

Hình 2.2 Quét bằng máy CMM so với quét bằng laser 18

Hình 2.3 Một số máy điển hình quét bằng ánh sáng trắng 20

Hình 2.4 Quy trình xử lý dữ liệu quét của Geomagic 22

Hình 2.5 Quy trình làm việc của Rapidform 23

Hình 2.6 Sơ đồ công nghệ kỹ thuật ngược trên Rappitform 24

Hình 2.7 Máy scan hình tốc độ cao ATOS I (2M) 26

Hình 2.8 Các bộ phận làm việc chính của ATOS I (2M) 28

Hình 2.9 Khả năng linh hoạt của máy 29

Hình 2.10 Hệ thống máy 30

Hình 2.11 Khởi động phần mềm ATOS v6.2.0-3 30

Hình 2.12 Giao diện làm việc của phần mềm ATOS v6.2.0-3 31

Hình 2.13 Kết quả quét mẫu thu được 31

Hình 2.14 Nhập dữ liệu quét vào phần mềm 32

Hình 2.15 Sửa lỗi quét bằng công cụ Healing wizard 32

Hình 2.16 Phân vùng tự động bằng công cụ Auto Seginent 34

Số hóa b i ở Trung tâm Học li u ệ – ĐHT N

h t t p : //www l t c t nu e d u v n

vii

Hình 2.17 Kết quả thu được sau khi phân vùng hoàn chỉnh 34

Hình 2.18 Phác thảo biên dạng Sketch1 35

Hình 2.19 Kết quả tạo khối bao quanh bên ngoài bằng lệnh Extrude 35

Hình 2.20 kết quả tạo khối bao quanh bên ngoài bằng lệnh Extrude 36

Hình 2.21 Phân tích độ chính xác của sản phẩm thiết kế 36

Hình 2.22 Dây truyền đùn gioăng cao su [6] 39

Hình 2.23 Máy đùn gioăng cao su 42

Hình 2.24 Chuyển đổi dữ liệu trực tiếp từ phần mềm Rapidform sang Inventor 43

Hình 2.25 Kích thước nửa khuôn dưới tiêu chuẩn 44

Hình 2.26 Kích thước nửa khuôn trên tiêu chuẩn 45

Hình 2.27 Bộ khuôn thiết kế hoàn chỉnh trên phần mềm Inventor 46

Hình 3.1 Bản vẽ kỹ thuật của nửa khuôn trên 49

Hình 3.2 Giao diện phần mềm MasterCam 50

Hình 3.3 Mũi khoan và các thông số hình học 50

Hình 3.4 Thông số về chế độ cắt mũi khoan 51

Hình 3.5 Các thông số trên phần mềm MasterCam 51

Hình 3.6 Mô phỏng gia công khoan nửa khuôn trên 52

Hình 3.7 Tạo mã điều khiển máy phay CNC 52

Bảng 3.1 Các bước lập trình gia công 31 lỗ Ф5 trên máy phay CNC 53

Hình 3.8 Bản vẽ kỹ thuật nửa khuôn dưới 53

Hình 3.9 Mở dữ liệu nửa khuôn dưới 54

Hình 3.10 Thông số hình học dao phay ngón 55

Hình 3.11 Chế độ cắt dao phay ngón 55

Hình 3.12 Các thông số trên phần mềm MasterCam 55

Hình 3.13 Nguyên lý gia công tia lửa điện 57

Hình 3.14 Máy cắt dây GOLDSUN GS 60

Hình 3.15 Các thông số trên bảng điều khiển của máy cắt dây 67

Hình 3.16 Ứng dụng phần mềm Minitab để tính toán 71

Hình 3.17 Đồ thị biểu diễn giá trị trung bình bằng phần mềm Minitab 72 Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn S/N giá trị trung bình bằng phần mềm Minitab 73

Số hóa b i ở Trung tâm Học li u ệ – ĐHT N

Mặt khác tỷ lệ sản xuất nội địa hóa của các doanh nghiệp ô tô trong nước rất thấpchỉ đạt từ 10 đến 30% tùy theo dòng xe Và các linh kiện được sản xuất tại Việt Nam chủyếu là các loại phụ tùng đơn giản giá trị thấp

Quy hoạch phát triển ngành được Thủ tướng phê duyệt đã chỉ rõ mục tiêu tổng quát

là phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam trở thành ngành công nghiệp quan trọngcủa đất nước, đáp ứng tối đa nhu cầu thị trường nội địa về các loại xe tải, xe khách thôngdụng và một số loại xe chuyên dùng

Do đó việc nghiên cứu, thiết kế,chế tạo khuôn để tạo ra những thiết bị, phụ tùngcủa các dòng xe tải là rất cần thiết, làm tăng khả năng nội địa hóa các sản phẩm,tăng khả năng cạnh tranh và tự chủ công nghệ của các doanh nghiệp sản xuất ô tô trongnước

Dựa trên những nhu cầu và thực trạng đã nêu ở trên và cơ sở những kiếnthức được trang bị trong quá trình học tập tại trường Đại học Kỹ thuật công

nghiệp, Đại học Thái Nguyêntác giả quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dung công nghệ Reverse Engineering trong thiết kế khuôn mẫu, ứng dụng thiết kế, chế tạo

bộ khuôn đùn gioăng cao su cho xe tải”.

2 Mục đích và đối tượng nghiên cứu:

Giải pháp nâng cao độ chính xác khi thiết kế biên dạng mặt cắt ngang của gioăngcao su nhờ ứng dụng công nghệ Reverse Engineering

Số hóa b i ở Trung tâm Học li u ệ – ĐHT N

3 Phương pháp nghiên cứu:

Tác giả kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm

Nghiên cứu lý thuyết về vật liệu, khuôn đùn gioăng cao su Nghiên cứu lý thuyết vềcông nghệ kỹ thuật ngược (RE) và phần mềm ứng dụng Nghiên cứu lý thuyết về côngnghệ CAD/CAM và các phần mềm ứng dụng Nghiên cứu lý thuyết về máy cắt dây, cácyếu tố ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt của khuôn đùn, nghiên cứu phương pháp quyhoạch thực nghiệm để tối ưu hóa các thông số gia công

Thực nghiệm đo các mẫu sử dụng máy đo 3D và xử lý kết quả Thực nghiệm giacông các chi tiết của khuôn trên máy phay CNC và cắt dây CNC, trong đó thí nghiệm cácmẫu trên máy cắt dây và xử lý số liệu để tìm ra được thông số tối ưu khi gia công

4 Tóm tắt nội dung đề tài

Nội dung luận văn gồm 4 chương cơ bản:

Chương 1 Tổng quan về công nghệ Reverse Engineering: Chương này tác giả trình bày tổng quan về công nghệ kỹ thuật ngược (Reverse Engineering) trên cơ sở lý

thuyết như: Vai trò, ứng dụng, ưu nhược điểm của công nghệ, tình hình nghiên cứu trong

và ngoài nước trên cơ sở đó tác giả chọn hướng nghiên cứu cho đề tài của mình

Chương 2 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Reverse Engineering để thiết kế bộ khuôn đùn gioăng cao su: Chương này tác giả đã trình bày các cơ sở lý thuyết về vật

liệu, công nghệ gia công và cơ sở thiết kế khuôn đùn gioăng cao su Từ đó, tác giả đãứng dụng phần mềm Inventor để thiết kế được bộ khuôn đùn từ biên dạng mặt cắtngang của gioăng cao su đã thiết kế nhờ sử dụng công nghệ Reverse Engineering

Số hóa b i ở Trung tâm Học li u ệ – ĐHT N

h t t p : //www l t c t nu e d u v n

3

Chương 3 Thiết kế vàchế tạo khuôn đùn gioăng cao su: Chương này tác giả

trình bày việc ứng dụng phần mềm Mastercam, một phần mềm CAM thông dụng có

để lập trình gia công các chi tiết của khuôn Tác giả cũng tiến hành thí nghiệm, nghiêncứu ảnh hưởng các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt khi gia công lòng khuôntrên máy cắt dây CNC Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi để tìm racác thông số tối ưu để từ đó ứng dụng vào gia công lòng khuôn trên máy cắt dây

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

5.1 Ý nghĩa khoa học.

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo khuôn đùn gioăng cao su ứng dụng công nghệ REhiện tại chưa có tác giả nào nghiên cứu và đề cập đến Tài liệu chuyên sâu về lĩnh vựcnày còn hạn hẹp chủ yếu là các tài liệu nước ngoài Các công ty sản xuất trong nước chỉ

sản xuất được những loại khuôn đùn đơn giản, chất lượng thấp Vì vậy đề tài “Nghiên cứu ứng dung công nghệ Reverse Engineering trong thiết kế khuôn mẫu, ứng dụng thiết

kế, chế tạo bộ khuôn đùn gioăng cao su cho xe tải”có đóng góp mới và ý nghĩa khoa học

nhất định

Đề tài cũng đưa ra một số giải pháp nâng cao chất lượng của khuôn như: Nâng cao

độ chính xác biên dạng mặt cắt ngang của gioăng bằng việc ứng dụng công nghệReverse Engineering và nghiên cứu ảnh hưởng một số yếu tố công nghệ đến độ nhám

bề mặt khi gia công lòng khuôn trên máy cắt dây CNC trong điều kiện sản xuất cụ thể,ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi để tối ưu hóa thông số chế tạo

từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm

Số hóa b i ở Trung tâm Học li u ệ – ĐHT N

h t t p : //www l t c t nu e d u v n

4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ

REVERSE ENGINEERING.

1.1.Giới thiệu về công nghệ Reverse Engineering

1.1.1 Sự cần thiết của công nghệ RE.

Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì đời sống của con ngườingày càng được nâng cao, kéo theo đó là nhu cầu của con người cũng ngày càng nhiều vàliên tục thay đổi từng ngày, từng giờ Do vậy càng ngày thì vòng đời của một sản phẩm(tức là thời gian từ khi nó xuất hiện trên thị trường đến khi không còn được ưa chuộng bịthay thế bằng một sản phẩm khác) càng giảm Điều đó đòi hỏi các nhà sản xuất nếu muốntồn tại và phát triển thì phải liên tục cải tiến mẫu mã và sản phẩm, phải nhanh chóng đưa

ra thị trường được sản phẩm mới Trong thời buổi cạnh tranh khắc nghiệt trên toàn cầuhiện nay, các nhà sản xuất luôn phải tìm kiếm phương thức sản xuất mới nhằm giảm thờigian phát triển sản phẩm, đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng Nhưng phương thức sảnxuất được áp dụng từ bao thế kỷ nay là một chu trình sản xuất truyền thống Theophương pháp này thì thông thường để chế tạo ra 1 sản phẩm, người thiết kế đưa ra ýtưởng về sản phẩm đó, phác thảo ra sản phẩm, tiếp theo là quá trình tính toán thiết kế,chế thử, rồi kiểm tra, hoàn thiện phác thảo, để đưa ra phương pháp tối ưu, cuối cùng

là công đoạn sản xuất ra sản phẩm Phương pháp này còn được gọi là công nghệ sảnxuất thuận (Forward Engineering) Từ những năm 90 cho tới nay, với sự phát triển củakhoa học công nghệ, xuất hiện một dạng sản xuất mới theo một chu trình mới, đi ngượcvới sản xuất truyền thống, đó là chế tạo sản phẩm theo hoặc dựa trên một sản phẩm cósẵn Vì vậy nên quy trình này có tên gọi là công nghệ kỹ thuật ngược (ReverseEngineering) hay cũng được hiểu là công nghệ chép mẫu Hiện tại công nghệ kỹ thuậtngược (Reverse Engineering) được xem là một trong những kỹ thuật đạt hiệu quả kinh tếcao nhất trong việc rút ngắn chu kỳ phát triển sản phẩm

Công nghệ kỹ thuật ngược ra đời từ một nhu cầu rất thường gặp trong sản xuấtthực tế đó là: chúng ta cần phải chế tạo những chi tiết, sản phẩm mà không có bản vẽhay mô hình CAD của chúng do các chi tiết đã được chế tạo từ rất lâu không

Số hóa b i ở Trung tâm Học li u ệ – ĐHT N

h t t p : //www l t c t nu e d u v n

5

còn bản vẽ, các sản phẩm không rõ xuất xứ, những mẫu vật thể được làm bằng tay, phùđiêu hoặc các bộ phận cơ thể con người, động vật được thay thế như xương, mảnh sọnão… Hay đơn giản chỉ là sao chép lại kết quả của những sản phẩm đã khẳng định têntuổi trên thị trường (để giảm chi phí chế tạo mẫu) hoặc để cải tiến sản phẩm đó theohướng mới Trong khi theo chu trình thuận thì để tạo được mẫu của những sản phẩmnày, người ta phải đo đạc rồi phác lại hoặc dựng sáp, thạch cao để in mẫu Các phươngpháp này cho độ chính xác không cao, tốn nhiều thời gian và công sức, đặc biệt là đối vớinhững chi tiết phức tạp

1.1.2 Định nghĩa về công nghệ RE.

Công nghệ kỹ thuật ngược là: quá trình phân tích, thu thập được thông tin về sảnphẩm đã có sẵn (bao gồm thông tin về chức năng các bộ phận, đặc điểm về kết cấu hìnhhọc, vật liệu, tính công nghệ) sau đó sử dụng dữ liệu thu được như là cơ sở tiến hành khôiphục lại mô hình CAD cho chi tiết hoặc phát triển thành sản phẩm mới, thông qua việc sửdụng CAD/RP/CNC để ứng dụng chế thử mẫu, hoàn thiện và chế tạo sản phẩm mới Thiết

kế này có thể là bản sao của thiết kế ban đầu hoặc là thiết kế hoàn toàn mới

theo định nghĩa của công ty SCANSITE

-Như vậy công nghệ kỹ thuật ngược thực chất là quá trình tạo mô hình 3D từ mộtsản phẩm đã có sẵn Là bước đầu tiên cho quá trình tái thiết kế chế tạo sản phẩm Vậtmẫu sẽ được quan sát, đo đạc, thu thập các thông tin về chức năng, hình dáng, điều kiệnlàm việc…sau đó sẽ mô hình hóa trên máy tính tiến tới thiết lập quy trình chế tạo sảnphẩm

Trong lĩnh vực chế tạo máy, công nghệ RE được định nghĩa là hoạt động tạo ra sảnphẩm từ các mẫu sản phẩm cho trước mà không có bản vẽ thiết kế hoặc đã bị mất haykhông rõ ràng Sản phẩm mới được tạo ra trên cơ sở khôi phục nguyên vẹn hoặc pháttriển lên từ thực thể ban đầu

Số hóa b i ở Trung tâm Học li u ệ – ĐHT N

h t t p : //www l t c t nu e d u v n

6

Hình 1.1 Sơ đồ chu kỳ phát triển sản phẩm

Hình 1.2 Quá trình từ sản phẩm cụ thể tới mô hình CAD

1.1.3 Quá trình ứng dụng công nghệ RE.

Sau đây là một số lý do giải thích cho việc phải sử dụng công nghệ RE:

nữa

- Khách hàng cần sản phẩm từ nhà chế tạo, sản xuất bản gốc không tồn tại

- Nhà chế tạo không còn chế tạo sản phẩm đó nữa, ví dụ sản phẩm đó đã lỗithời, quá cũ

- Tài liệu thiết kế của sản phẩm gốc bị mất hoặc không bao giờ tồn tại

- Tạo dữ liệu để tân trang hoặc chế tạo chi tiết không có dữ liệu CAD, hoặc dữliệu CAD đã lỗi thời hoặc bị mất

- Kiểm tra hoặc so sánh - quản lý chất lượng chi tiết đã chế tạo với mô hìnhCAD

- Loại trừ một số đặc điểm không tốt của sản phẩm

- Làm mạnh thêm những đặc tính tốt của một sản phẩm dựa trên việc sử dụnglâu dài

- Phân tích tính năng tốt và xấu của sản phẩm bên phía đối thủ cạnh tranh

- Khám phá con đường mới để cải thiện hiệu suất sản phẩm và tính năng.

- Tạo dữ liệu 3D từ một cá thể, một mô hình, hoặc một sản phẩm điêu khắc đểtạo, lấy tỷ lệ hoặc tái chế tác phẩm nghệ thuật

- Tạo dữ liệu 3D từ một cá thể, một mô hình, hoặc tác phẩm điêu khắc cho hoạthình trong các trò chơi game hoặc phim ảnh

- Kiến trúc công trình, các tài liệu hướng dẫn xây dựng và đo lường

- Tạo bằng chứng và xây dựng hiện trường phạm tội

- Thiết kế và chế tạo những sản phẩm mà vật mẫu là những thứ không phải là nhântạo như xương, răng để thay thế trong kỹ thuật y học chỉnh hình hoặc để lập kế hoạchphẫu thuật

Công nghệ kỹ thuật ngược đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhưchế tạo máy, thiết kế công nghiệp, thiết kế nữ trang, y học …

Ý tưởng ban đầu của kỹ thuật ngược được chỉ ra ở sơ đồ dưới đây:

MÔ HÌNH VẬT LÝ

SỐ HÓA VẬT THỂ

MÔ HÌNH TRÊNMÁY TÍNH

Hình 1.3 Sơ đồ ý tưởng của kỹ thuật RE

Từ vật mẫu, bằng các thiết bị số hóa 3 chiều như máy đo tọa độ 3 chiều như CMM,máy quét laser hoặc camera số hóa bề mặt chúng ta sẽ có dữ liệu 3 chiều về vật thể Sau

đó nhờ các phần mềm CAD/CAM chuyên dụng để xử lý dữ liệu quét và cuối cùng sẽ tạođược mô hình CAD 3D với độ chính xác cao Ngoài ra mô hình 3D này có thể được chỉnhsửa nếu cần để thay đổi hình dạng và kích thước cho phù hợp với yêu cầu thực tế

Số hóa b i ở Trung tâm Học li u ệ – ĐHT N

h t t p : //www l t c t nu e d u v n

8

Từ khi ra đời vào những năm 90 của thế kỷ trước tới nay, kỹ thuật công nghệ REngày càng phát triển theo sự phát triển của các phần mềm CAD/CAM Nó luôn được quantâm và cũng liên tục được cải tiến để đáp ứng nhu cầu của xã hội trên nhiều lĩnh vực sảnxuất Reverse Engineering trở thành một bộ phận quan trọng của sản xuất hiện đại Đã cónhiều công ty của nhiều quốc gia ứng dụng hiệu quả và rất thành công công nghệ này

Có thể thấy Trung Quốc là một quốc gia điển hình Nhiều loại sản phẩm như xe máy, ô

tô, hàng loạt đồ gia dụng, đồ chơi đã được sản xuất dựa trên sự sao chép, cải tiến cácmẫu có sẵn trên thị trường của các hãng nổi tiếng của Nhật, Hàn Quốc như Honda,Misubishi, Toyota

Sản phẩm thực

Mô hình quét 3D sản phẩm Sản phẩm được sơn trắng

và dán điểm để quét mẫu

Hình 1.4 Quy trình lấy mẫu ô tô áp dụng công nghệ kỹ thuật ngược

Ở Việt Nam, trong một số năm trở lại đây công nghệ kỹ thuật ngược cũng được

áp dụng vào sản xuất; một số công ty, nhà máy cơ khí đã được trang bị các máy CMMnhằm đo lường kiểm tra sản phẩm cơ khí như Honda Việt Nam, Vikyno Tuynhiên phần lớn vẫn chưa mang tính chuyên nghiệp Ví dụ như các

công ty sản xuất, chế tạo khuôn cho các mặt hàng nhựa, cơ khí thường khi nhận các đơnđặt hàng của các đối tác làm một bộ khuôn cho một mẫu sản phẩm cho trước thì đa sốviệc số hóa mô hình lấy dữ liệu đều thực hiện một cách thủ công, đo vẽ bằng tay Việcứng dụng các thiết bị số hóa công nghệ cao chuyên dụng, các phần mềm thiết kế ngượcđược sử dụng vẫn chưa nhiều Chỉ có ở một số ít công ty có thể làm theo hợp đồng nhưTrung tâm dịch vụ công nghệ 3Dtech – Công ty TNHH thiết bị công nghệ và giáo dục tântiến (AIE), công ty Hoàng Quốc, hay các viện, các trường đại học như Học viện Kỹ ThuậtQuân Sự, Đại học Giao Thông Vận Tải, Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh trang bị máyCMM Beyond A504 của hãng Mitutoyo, Đại học Cần Thơ có máy quét 3D hiện đại củahãng Konica, Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên có máy đo CMM 544 và máy tạomẫu nhanh Spectrum Z510 nhưng chủ yếu vẫn là phục vụ cho học tập và nghiên cứu.

1.2 Các ứng dụng phổ biến của công nghệ RE.

Với tính ưu việt của mình, là mô hình hóa được nhiều loại chi tiết (kể cả chi tiết có

độ phức tạp cao) một cách nhanh chóng và chính xác Công nghệ RE đáp ứng tối đađược các nhu cầu đa dạng của thị trường trong rất nhiều lĩnh vực:

- Trong lĩnh vực nghệ thuật, công nghệ RE được thể hiện ở việc sao chép hay phântích các đặc điểm nét vẽ của các kiệt tác hội họa, điêu khắc Thông thường với những chitiết yêu cầu cao về tính thẩm mỹ, sản phẩm được mô hình hóa bởi các nhà mỹ thuật(Stylist) trên các chất liệu như gỗ, chất dẻo, đất sét…Tuy nhiên các tác phẩm hay cáckiệt tác nghệ thuật chỉ có một và là ý tưởng duy nhất của một nhà nghệ thuật, nhà thiết

kế nào đó trong khi ai cũng muốn được có, muốn được thưởng thức chúng Nhu cầu thịtrường đòi hỏi các sản phẩm phải có một số lượng lớn theo một vài phong cách, hay sảnphẩm của một số nhà thiết kế mà tác phẩm của họ đã được khẳng định trên thị trường

Để đáp ứng nhu cầu đó thì cần phải có được mô hình CAD của sản phẩm mong muốn.Việc này chỉ có thể thực hiện bằng công nghệ đảo chiều Với các thiết bị máy móc hiệnđại cùng sự trợ giúp của máy tính, chúng ta có thể xây dựng được các dữ liệu CAD giốnghệt mô hình thật do các nhà mỹ thuật tạo ra với dung sai rất nhỏ

Hình 1.5 Công nghệ RE dựng mô hình CAD cho các tác phẩm nghệ thuật.

Hình 1.6 Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngượclấy mẫu hoa văn thủ công

- Công nghệ RE có vai trò rất lớn trong cải tiến mẫu mã sản phẩm Yêu cầu vềthời gian không cho phép chúng ta khi chế tạo một mẫu mã mới có thể bắt đầu chutrình sản xuất từ khâu phác thảo thiết kế tới tính toán, tối ưu, chế thử, kiểm tra, kiểmnghiệm mới đưa vào sản xuất Vì vậy quá trình trên tốn rất nhiều thời gian và công sức

Do vậy mà chúng ta phải thiết kế sản phẩm từ các mẫu đã được tối ưu, đạt các tiêu chuẩnkiểm tra trên cơ sở đó ta thiết kế lại phù hợp với yêu cầu mới để có được một mẫu mãmới Như vậy sẽ giảm được thời gian thiết kế, rút ngắn thời gian đưa sản phẩm vào thịtrường tức là giảm được thời gian của chu trình sản xuất Với nhu cầu thị trường thay đổiliên tục từng ngày như hiện nay công ty nào sớm đưa ra được mẫu mã mới sẽ chiếmđược thị phần và giành lợi nhuận cao nhất Còn công ty nào đưa ra được sản phẩm chậmhơn sẽ không còn cơ hội có được lợi nhuận Do vậy mà công nghệ kỹ thuật ngược sẽ làtrọng tâm của công nghệ thiết kế sản phẩm trong tương lai

Mô hình quét mẫu sản phẩm Mô hình CAD thu được khi thiết kế lại.

Hình 1.7 Ứng dụng RE thiết kế lại, cải tiến mẫu mã sản phẩm

Công nghệ RE còn được sử dụng khi cần thay thế một chi tiết, bộ phận mà nhà sảnxuất không còn cung cấp, chúng ta phải chế tạo lại chúng mà không hề có bản vẽ thiết

kế Hay khi muốn sản xuất theo một mẫu mã tối ưu trên thị trường mà nhà thiết kế rachúng đã làm mất, làm hỏng, hoặc không muốn cung cấp tài liệu thiết kế Đặc biệt là khisản phẩm có hình dạng rất phức tạp, khó miêu tả như hình dạng người, hình dạng convật…

Hình 1.8 Ứng dụng công nghệ RE để thiết kế lại, phát triển sản phẩm

- Trong khảo cổ học, công nghệ RE cho phép khôi phục hình dạng của các sinhvật thời tiền sử dựa trên các hóa thạch cổ thu được trong đất, đá hay trong băng màkhông hề làm tổn hại hay phá hoại mẫu hóa thạch đó Thiết kế ngược còn cho phépchúng ta tạo dựng lại các mẫu tượng cổ, khôi phục lại các công trình kiến trúc, nghệ thuật

cổ đã bị tàn phá trong lịch sử

Hình 1.9 Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngượctrong khảo cổ học.

- Trong y học công nghệ kỹ thuật ngược cho phép chúng ta có thể tạo ra các bộphận cơ thể phù hợp cho từng bệnh nhân trong thời gian ngắn để thay thế cho cáckhuyết tật, các bộ phận bị hỏng, bị tổn thương, bị hư hại do tai nạn hoặc do bẩm sinh nhưxương, khớp, răng hàm, mảnh sọ não…

Hình 1.10 Ứng dụng thiết kế đảo chiều để tạo răng hàm

Mô hình CAD Chương trình gia công Khuôn bằng nhôm

Hình 1.11 Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngượctạo mảnh sọ não dùng trong y học

- Trong thời trang công nghệ thiết kế ngược trợ giúp đắc lực cho các nhà thiết kếtạo các trang phục, các mẫu mã theo hình dáng con người

Hình1.12 Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngượclấy mẫu mặt người và động vật.

- Công nghệ kỹ thuật ngược còn được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực giải trí,

mô phỏng như thiết kế các nhân vật trong thiết kế game 3D, tạo các môi trường giaodiện ảo trong game phục vụ giải trí, làm phim ảnh hay mô phỏng một quá trình nào đóphục vụ cho một mục đích nào đó

Hình 1.13 Sử dụng công nghệ RE để thiết kế trong Game

Công nghệ RE còn được áp dụng trong rất nhiều các lĩnh vực khác nữa Nói chung

cứ ở đâu cần thiết kế lại đưa ra mô hình CAD thì ở đó có thể áp dụng công nghệ RE Xuhướng của nền sản xuất hiện đại hướng đến tiêu chí JIT (Just – In – Time: là tiêu chí rútngắn thời gian chế tạo sản phẩm) Với tiêu chí này khoảng thời gian từ lúc đặt hàng sảnphẩm cho đến khi có sản phẩm thật đã được rút ngắn rất nhiều, có thể tính theo ngày,theo giờ thay vì tính theo quý, theo tháng hay theo tuần như trước kia Với tính ưu việt

về thời gian và độ chính xác của mình công nghệ thiết kế ngược hứa hẹn sẽ là côngnghệ thiết kế chủ đạo của nền sản xuất

1.4 Ưu và nhược điểm của công nghệ RE a Ưu

điểm của công nghệ RE.

- Kiểm tra chất lượng sản phẩm bằng cách so sánh mô hình CAD với sản phẩm,

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

- Giảm bớt thời gian chế tạo dẫn tới năng suất cao

- Chế tạo được nguyên mẫu mà không cần bản thiết kế

b Nhược điểm của công nghệ RE.

- Cần có công nghệ hiện đại là các loại máy quét hình

- Giá thành cao

1.4 Khái quát về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo khuôn đùn gioăng cao su ứng dụng công nghệ REhiện tại chưa có tác giả nào nghiên cứu và đề cập đến Tài liệu chuyên sâu về lĩnh vựcnày còn hạn hẹp chủ yếu là các tài liệu nước ngoài Các công ty sản xuất trong nước chỉsản xuất được những loại khuôn đùn với biên dạng đơn giản.Nghiên cứu hệ số điềuchỉnh biên dạng khuôn đùn gioăng cao su[8] Tác giả thực hiện nghiên cứu phươngpháp tìm hệ số điều chỉnh khuôn đùn cao su bằng quy hoạch thực nghiệm Trên cơ sở lýthuyết và thực nghiệm, nhóm tác giả đề xuất xây dựng phần mềm tính toán hệ số điềuchỉnh biên dạng khuôn đùn cao su để tìm hệ số điều chỉnh và biên dạng điều chỉnh củakhuôn và tác giả có sử dụng máy đo 3 chiều CMM để đo các biên dạng gioăng cao sudạng đơn giản

1.4.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Cùng với sự phát triển của công nghệ kỹ thuật ngược, Trong những năm gần đâycác đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngược vào trong lĩnh vực

khuôn mẫu và cơ khí chính xác ngày càng có nhiều các nhà nghiên cứu thực hiện [10],[11],[12],[13],[14] Một số tác giả thì nghiên cứu tối ưu dòng chảy trong khuôn đùn [15].Đặc biệt trong lĩnh vực khuôn mẫu thì rất nhiều các đề tài nghiên cứu ứng dụng cho lĩnhvực khuôn ép nhựa và chưa có đề tài ứng dụng cho lĩnh vực khuôn đùn cao su.

1.5 Kết luận chương 1

Chương này tác giả trình bày tổng quan về công nghệ kỹ thuật ngược

(Reverse Engineering)trên cơ sở lý thuyết như: Vai trò, ứng dụng, ưu nhược điểm của

công nghệ, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước trên cơ sở đó tác giả chọn hướngnghiên cứu cho đề tài của mình

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ REVERSE ENGINEERING ĐỂ THIẾT KẾ BỘ KHUÔN ĐÙN CAO SU

2.1 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Reverse Engineering

2.1.1.Ứng dụng phương pháp đo tiếp xúc a

Cấu tạo.

Điển hình của thiết bị được sử dụng cho phương pháp này là máy đo tọa độ CMM(Coordinate Measuring Machine) Máy CMM là tên gọi chung của các thiết bị vạn năng

có thể thực hiện 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 vìchúng còn được dùng để quét hình dáng của vật thể

Máy đo tọa độ thường là các máy đo 3 phương chuyển vị X, Y, Z Bàn đo được làmbằng đá granit, đầu đo được gắn trên giá đầu đo lắp trên thanh trượt theo phương Z

Máy đo CMM thường thiết kế với 4 phần chính:

Hình 2.1 Cấu tạo máy CMM.

Để dễ dàng cho việc tính toán kết quả đo, kèm theo máy là phần mềm thiết kếtrước cho từng loại thông số cần đo Mỗi hãng chế tạo máy CMM đề có viết riêng chocác máy của mình những phần mềm khác nhau Mỗi phần mềm có thể có nhiều môđunriêng biệt ứng dụng cho từng loại thông số cần đo

b Nguyên lý hoạt động.

Các máy đo tọa độ CMM hoạt động theo nguyên lý dịch chuyển một đầu dò đểxác định tọa độ các điểm trên một bề mặt của vật thể Dạng tiếp xúc mũi dò tiếp xúc trựctiếp với vật thể, mỗi vị trí tiếp xúc cho ta tọa độ một điểm Quét hết bề mặt cho ta mộttập hợp mây điểm hay một contour Khi đầu đo được điều chỉnh đến một điểm đo nào đóthì 3 đầu đọc sẽ cho ta biết 3 tọa độ X, Y, Z tương ứng với độ chính xác có thể lên đến 0.1micromet Các thông số cơ bản được quan tâm của máy là các hành trình đo theo trục

X, Y, Z; độ phân giải và trọng lượng vật đo

2.1.2 Ứng dụng phương pháp đo không tiếp xúc a

Phương pháp quét bằng laser.

Laser là từ viết tắt của Light Amplification by Stimulated Emission of

Radiation nghĩa là quá trình khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức Laser là loạiánh sáng có đặc tính đặc biệt, là loại sóng điện từ nằm trong dãy ánh sáng có thể nhìnthấy được Bản chất của chùm tia laser là chùm ánh sáng đơn sắc có bước sóng rất ngắn

và góc phân kỳ rất nhỏ Bước sóng phụ thuộc vào vật liệu phát ra tia laser

Không giống như máy CMM thường là hệ máy đặt cố định, ngay cả với máy CMMcầm tay, việc đo đòi hỏi nhiều công sức và không đơn giản; các máy quét laser lại có thể

đo các vật từ gần tới xa đến 35 mét, có thể đạt độ chính xác khoảng

25 micron (0.001 inch) với khoảng cách 5 mét

Độ chính xác và tốc độ đo của máy quét Laser là điểm khác biệt khi so sánh với các thiết bị đo tọa độ CMM Người sử dụng có thể nhanh chóng thực hiện các

phép đo với ít nguyên công nhất, nên máy quét laser là một trong những thiết bị đo được sử dụng phổ biến nhất.

Độ nhạy của thiết bị luôn là nhân tố quan trọng thỏa mãn nhu cầu quét hình3D bằng laser Nếu quét bằng laser lên vật thể sống ví dụ như người thì cũng không ảnh hưởng gì đến sức khoẻ hay làm ô nhiễm môi trường

 Ưu và nhược điểm:

+ Ưu điểm:

- Máy laser có thể thu thập dữ liệu toạ độ với tốc độ cao và yêu cầu vận hành đơngiản Đối với các vât thể lớn như xe máy, ô tô … có thể dễ dàng, nhanh chóng đo đạc vớimáy quét laser Có thể đo các vật từ gần tới xa đến 35 mét, có thể đạt độ chính xáckhoảng 25 micron (0.001 inch) với khoảng cách 5 mét

- Phương pháp này có thể lấy mẫu các vật thể làm bằng vật liệu mềm như chất dẻo,xốp, sáp …hay các vật thể bị biến dạng mà không làm biến dạng hay phá hủy mẫu cần đo

- Nói chung dùng phương pháp laser cơ động và linh hoạt hơn rất nhiều so vớiphương pháp CMM đặc biệt là tốc độ quét rất nhanh.Các thiết bị quét laser rất gọn gàng

và đơn giản, các máy cầm tay có thể quét được ở những góc ngách, chỗ cao màcác máy khác không quét được

Hình 2.2 Quét bằng máy CMM so với quét bằng laser

- Quét bằng laser lên vật thể sống ví dụ như người thì cũng không ảnh hưởng

gì đến sức khoẻ hay làm ô nhiễm môi trường

Có khả năng phát hiện màu sắc

+ Nhược điểm:

- Độ chính xác không cao bằng các loại máy CMM

- Hạn chế bởi bề mặt trong suốt hoặc phản chiếu

Việc quét dù là dùng tia laser hay ánh sáng trắng đều dựa trên nguyên lý phépđạc tam giác Ở biểu đồ trên, nguồn sáng ở đáy chiếu một điểm nằm trong tầm quan sátcủa máy quay đặt ở đỉnh Các góc và khoảng cách giữa nguồn sáng và máy quay khôngđổi, hướng của tia sáng là xác định Trong hình trên nếu cửa xe di chuyển gần hơn, máyquay sẽ nhìn thấy điểm được đánh dấu nằm ở dưới nữa

Mỗi lần chiếu đo được hàng nghìn điểm/1giây Với những vật lớn hay vật có hìnhdạng phức tạp cần có nhiều lần chiếu để đảm bảo tất cả các bề mặt đều được đo.Không có hạn chế về số lần chiếu cũng như các vùng để đo với mỗi vật

Chức năng của phần mềm theo máy 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 và cho báo cáo

về biểu mầu, nhập dữ liệu cho bất kì hệ thống CAD nào

Định dạng cung cấp là AC, ASCII, TXT, DXF, VDA, IGES, OBJ và STL Phần mềm cũngcho phép sắp xếp các đám mây điểm cho các mô hình thiết kế bằng máy tính (CAD) và cáctính toán phục vụ cho báo cáo về biểu màu

Số hóa b i ở Trung tâm Học li u ệ – ĐHT N

h t t p : //www l t c t nu e d u v n

20

 Phân loại:

Có hai loại: máy cầm tay và máy cố định

Hệ thống máy quét điển hình cho phương pháp này gồm có hệ thống máyCOMET 250, hệ thống máy GOM…

a) COMET Measuring System b)Máy ATOS I (2M)

Hình 2.3 Một số máy điển hình quét bằng ánh sáng trắng

 Ưu và nhược điểm:

- Không chính xác bằng máy đo tiếp xúc

- Giá thành chi phí cao

2.2 Giới thiệu một số phần mềm thông dụng trong công nghệ RE

Hiện nay có rất nhiều các phần mềm ứng dụng cho việc thiết kế ngược sản phẩm

từ dữ liệu được quét trên các máy laser, máy quét ánh sáng trắng, và trên các máy đoCMM

Các phần mềm chuyên nghiệp có Geomagic, Rapidform, VX CAD/CAM, Catia,SolidWork , bán chuyên có MeshWorks, FlexScan3D, BioBuild, 3D Shop

Số hóa b i ở Trung tâm Học li u ệ – ĐHT N

h t t p : //www l t c t nu e d u v n

21

ModelDesign (các phần mềm này chỉ có môdun xử lý đám mây điểm, và tạo lưới còncác bước tạo bề mặt phải chuyển sang làm trên các phần mềm khác), và không chuyên(không có modun thiết kế đảo chiều) như: Mastercam, [13]

Mỗi phần mềm trên đều có những ưu, nhược điểm riêng như: có phần mềmmạnh về xử lý bề mặt (surface) nhưng lại yếu về khối (solid) hay phần mềm có đầy đủcông cụ hỗ trợ cho việc xử lý thiết kế phần mềm kia thì lại không có

Việc tìm hiểu được hết và sử dụng được hết tất cả các phần mềm này là công việcđòi hỏi phải có nhiều thời gian và công sức, trong quá trình làm luận vănvới tài liệu vàthời gian có hạn do vậy số lượng phần mềm tìm hiểu được của tác giảcòn hạn chế

Sau đây tác giả xin trình bày giới thiệu sơ qua về một số phần mềm thiết kế nàysau đây:

2.2.1 Phần mềm Geomagic Studio

Đây là một trong các phần mềm xử lý dữ liệu nhanh chóng và rất tiện lợi Là hệthống thiết kế cơ khí dẫn đầu trong nghành công nghiệp với những công cụ vượt trội đểtạo mẫu và chỉnh sửa các dữ liệu 3D Với quy trình làm việc khép kín tạo mô hình cao cấp

và là một trong những giải pháp thiết kế chính xác

Geomagic Studio là một trong những phần mềm hàng đầu về chỉnh sửa và tái tạo

ra các kiểu CAD với tham số trực tiếp từ các dữ liệu quét 3D Là một giải pháp phần mềmmới mà nó cho phép tạo ra đầy đủ các tham số của vật thể CAD và các bề mặt khôngmẫu từ dữ liệu quét 3D và dữ liệu mạng lưới đa giác với giao diện dùng cấp độ tốt nhất.Công nghệ quét 3D kết hợp với Geomagic studio cung cấp cho nhà sản xuất tự do, linhhoạt và đạt được hiệu quả cao nhất Geomagic rất nổi tiếng về khả năng tạo bề mặt, nó

có các công cụ rất mạnh cho việc tái tạo và xử lý bề mặt

Dụng cụ được dùng để tạo ra các mô hình trong sẽ được nhân ra ngay lập tức đểtương thích với các ứng dụng của CAD.Các đặc trưng thiết kế thông thường cung cấp

hỗ trợ cực kì hiệu quả và mang lại nhiều tính năng ưu việt

Quy trình chỉnh sửa dữ liệu quét của Geomagic studio:

Số hóa b i ở Trung tâm Học li u ệ – ĐHT N

h t t p : //www l t c t nu e d u v n

22

Hình 2.4 Quy trình xử lý dữ liệu quét của Geomagic

Ngoài ra Geomagic studio còn một số các ưu điểm nổi bật khác như: phần mềmnày có ưu điểm là giao diện đẹp, thân thiện, khả năng thiết kế nhanh hơn các phần mềmkhác rất nhiều nhờ vào sự xắp xếp và bố trí các công một cách có hệ thống và hợp lý

2.2.2 Phần mềm Rapidform Redesign XOR

RapidformXO Redesign cũng là một trong các phần mềm được dùng nhiều trongcông nghệ đảo chiều Tạo mô hình tham số từ dữ liệu quét scan rất hiệu quả, cho phépngười thiết kế đưa ra các ghi chú thiết kế và các tham số thiết kế của các

Số hóa b i ở Trung tâm Học li u ệ – ĐHT N

h t t p : //www l t c t nu e d u v n

23

chi tiết của thế giới thực, chúng có thể bị mất các định nghĩa features trong quá trình xử lýsản xuất hoặc không có mô hình CAD Công nghệ quét 3D và Rapidform Redesign XORcho phép các nhà sản xuất có được các tham số thiết kế của bất kỳ chi tiết nào của thếgiới thực một cách dễ ràng, bao gồm các features hình trụ hoặc các bề mặt cong tự do Vìcác mô hình CAD đã tạo trong Rapidform Redesign XOR có đầy đủ các tham số, ngườithiết kế và người tính toán có thể hiệu chỉnh lại các tham số thiết kế của chi tiết của thếgiới thật để hoàn chỉnh mô hình của sản phẩm bằng Rapidform Redesign XOR

Quy trình làm việc trên Rapidform được minh họa trên hình sau:

Hình 2.5 Quy trình làm việc của Rapidform

Ta sẽ thấy rõ trên sơ đồ sau:

Số hóa b i ở Trung tâm Học li u ệ – ĐHT N

Phân vùng cho đối tượng Tự

động hoặc tác động chia mô

Khai triển thông số thiết kế

Mô hình hóa và tối ưu hóa lưới

Tạo các mô hìnhtối ưu cho CAE

Mô hình hóa Feature

Thiết kế mô hình CAD từ

Chuyển đổi sang các hệ CAD Xuất

các mô hình Solid tham số sangnhiều định dạng đuôi CADkhác

Rapidform XOR là một ứng dụng phần mềm hoàn chỉnh cho phép tạo những môhình CAD từ dữ liệu quét 3D Với Rapidform XOR ta có thể mở dữ liệu từ bất kỳ máyquét 3D nào và có thể chỉnh sửa một cách nhanh chóng, các mô hình tham số solid củahầu như bất kì đối tượng vật lý nào Những mô hình này có thể được chuyển từ XORthành các ứng dụng CAD phổ biến như SolidWorks, Siemens NX và Pro/ENGINEER vớiđầy đủ những tính năng Không giống như các thế hệ phần mềm thiết kế ngược thuộcthế hệ thứ 2, XOR có thể chính sửa và thiết kế chi tiết giống như một phần mềm CADkhác XOR có thể xuất dữ liệu mô hình dưới dạng Parasolid, STP, IGS và STL để sử dụngtrong các ứng dụng CAD/CAM/CAE.

- Tham số những mô hình CAD từ dữ liệu Scan 3D.

Rapidform XOR sử dụng kỹ thuật mô hình hóa bề mặt để tạo ra các mô hình CAD

từ các đám mây điểm và lưới đa giác XOR sẽ tối ưu hóa dữ liệu quét vào gồm cáctính năng chỉnh sửa sau đó có thể trực tiếp sử dụng cho gia công, thay đổi thiết kế, môphỏng, phân tích Các mô hình tạo ra trong XOR không chỉ dừng ở dạng bề mặt NURBS,

mà bề mặt đó còn được thao tác, chỉnh sửa, cập nhật và thay đổi bất cứ lúc nào Và mỗi

mô hình tạo ra trong Rapidform XOR có mức độ chính xác rất cao nhờ công cụ Analyzerluôn kiểm tra độ sai lệnh so với dữ liệu gốc qua mỗi giai đoạn thiết kế

- Nắm bắt được ý tưởng thiết kế.

Rapidform tự động dò tìm các tính năng 3D của đối tượng như: revolves (trònxoay), extrude, sweep hay fillet trên dữ liệu quét và nó có thể tạo ra bề mặt của nhữngtính năng này

- Chức năng truyền dữ liệu động với đầy đủ lịch sử thiết kế của mô hình sang

- Giảm thời gian cho việc thiết kê một sản phẩm.

Với Rapidform XOR ta có thể tiếp cận nhanh chóng với các công cụ xử lý thôngminh, các lệnh được thực thi nhanh chóng, hơn nữa ta không cần phải dành nhiều thờigian làm sạch hoặc chỉnh sửa các đám mây điểm hoặc lưới đa giác XOR thiết kế dựa trên

dữ liệu quét của đối tượng, ta có thể dễ dành tạo ra các biên dạng sketch sau đó thao táccác lệnh extrude, sweep để tạo ra đối tượng hình học của nó, hơn thế nữa với chức năngphân vùng tự động ta có thể dùng các vùng này vào việc tạo ra các đối tượng hình học Nhờ đó mà ta có thể tiết kiệm được rất nhiều thời gian cho việc thiết kế

2.3 Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngược để thiết kế biên dạng gioăng cao su

2.3.1 Thiết bị sử dụng đo mẫu

Tác giả sử dụng hệ thống máy ATOS I (2M) của hãng GOM (Đức) tại Trung tâm dịch

vụ công nghệ 3Dtech – Công ty TNHH thiết bị công nghệ và giáo dục tân tiến AIE Hệthống máy này được thể hiện trong hình dưới đây:

Hình 2.7 Máy scan hình tốc độ cao ATOS I (2M)

Tốc độ và độ chính xác là 2 yếu tố quan trọng đối với thiết bị scan 3D Thiết bị scan3D tốc độ cao ATOS I là kết quả của hơn 10 năm nghiên cứu, phát triển và tích lũy kinhnghiệm thực tế Dựa trên phiên bản ATOS Standard, ATOS I được thiết kế lại và hoàntoàn sử dụng những công nghệ mới nhất ATOS I tiếp tục chứng minh là thiết bị scan dựatrên công nghệ 2 camera của GOM có tốc độ cao, độ chính xác cao và là hệ thống scan 3Dquang học di động.

+ Thông số kỹ thuật của máy:

- Độ phân giải camera: 2.000.000 pixels

- Khoảng cách từ máy đến sp: 350 mm

- Số điểm đo/1 lần scan: 2.000.000 điểm

- Thời gian/1 lần scan: 1,3 giây

- Diện tích đo nhỏ nhất: 120 x 96 mm2

- Diện tích đo lớn nhất: 1000 x 800 mm2

- Khoảng cách giữa các điểm đo: 0,06 ÷ 0,25 mm

- Kích thước máy quét: 440 x 140 x 200 mm3

- Khối lượng máy quét: 4kg

- Nhiệt độ làm việc: 0o ÷ 40o C

- Nguồn điện: 110 hoặc 240V AC

- Kích thước vali chứa máy khi di chuyển: 550 x 800 x 300 mm3

- Tổng trọng lượng khi di chuyển: 22 kg

- Máy tính kết nối: Laptop hoặc Midi Tower PC

Cũng như các hệ thống scan ATOS khác của GOM, ATOS I là thiết bị scan quanghọc linh hoạt Với hơn 2000 hệ thống ATOS được lắp đặt trên toàn thế giới, thiết bị scanATOS là một phương pháp đo được sử dụng rộng rãi bên cạnh các thiết bị đo cơ khí khác

+ Tính công nghệ:

Chỉ trong 1,3 giây 2 camera của ATOS có thể thu được toàn bộ vân sáng phản

xạ từ bề mặt sản phẩm đo ATOS I có khả năng đặc biệt thiết kế nhanh nhưng rất chínhxác quét 3 chiều đối tượng Máy scan ATOS hoạt động dựa trên nguyên lý phép đo tamgiác Đầu project phát ra vân sáng trắng đen chiếu lên vật scan, 2

Số hóa b i ở Trung tâm Học li u ệ – ĐHT N

h t t p : //www l t c t nu e d u v n

28

camera sẽ ghi lại ánh sáng phản xạ, dựa trên dữ liệu này và các công thức quang học,phần mềm sẽ tính toán và dựng lại bề mặt 3D của vật scan dưới dạng lưới tam giác Dữliệu này có thể xuất sang nhiều định dạng khác nhau Trong quá trình scan, các thông sốliên quan như rung động, cường độ ánh sáng, tình trạng của đầu project đều đượcquản lý và điều chỉnh bằng phần mềm Tất cả các hệ thống ATOS I trước khi cũng cấp chokhách hàng phải đạt chứng chỉ VDI 2634

Dưới đây là hình ảnh các bộ phận làm việc chính của hệ thống ATOS I:

1 Camera trái và phải

Số hóa b i ở Trung tâm Học li u ệ – ĐHT N

h t t p : //www l t c t nu e d u v n

29

trong 1 vali để thuận lợi trong di chuyển ATOS I có thể dễ dàng thiết lập và sẵn sàng sửdụng trong vài phút Cải thiện khả năng di động và giảm thời gian scan nên ATOS I đặcbiệt phù hợp cho các ứng dụng hàng ngày của các kỹ sư thiết kế và quản lý chất lượngsản phẩm

+ Khả năng linh hoạt:

ATOS I có thể đặt cố định, gắn trên giá di động hoặc lắp ráp trên robot cho cácứng dụng kiểm tra tự động Khi scan các sản phẩm nhỏ, có thể thay môđun tiêu chuẩnbằng môđun SO (Small Object) chỉ trong vài phút

Hình 2.9 Khả năng linh hoạt của máy

- Gia công nhanh: các mẫu vật hội họa, kiến trúc, các mô hình theo mẫu

- Scan 3D: scan các sản phẩm trong đồ họa máy tính, y học, giáo dục…Tạo

mô hình số cho các mẫu vật

2.3.2 Quét mẫu chi tiết gioăng cao su.

Quá trình quét mẫu chi tiết vỏ máy khoan phá bằng máy scan hình ATOS I

+ Bước 1: Chuẩn bị hệ thống máy quét.

Số hóa b i ở Trung tâm Học li u ệ – ĐHT N

h t t p : //www l t c t nu e d u v n

30

Lắp ráp máy quét, bàn quét, hệ thống đường cáp truyền, khởi động máy tính Đặtchi tiết lên bàn quét, nếu cần thiết có thể dùng đất sét (theo máy) để gá đặt chi tiết saocho có thể quét được nhiều bề mặt, khe hốc

+ Bước 2: Chuẩn bị chi tiết mẫu.

Phủ lên bề mặt chi tiết một lớp sơn trắng, dán lên trên các bề mặt tạo nên chi tiếtcác điểm tham chiếu (hình tròn màu đen có chấm trắng ở giữa) và đặt chi tiết lên bànquét (bàn quét này có thể xoay tròn và di chuyển được để có thể quét được ở mọi góc độ,quét nhiều lần)

Hình 2.10 Hệ thống máy

+ Bước 3: Khởi động máy scan ATOS I:

- Khởi động máy tính sau đó khởi động phần mềm ATOS v6.2.0-3

Hình 2.11 Khởi động phần mềm ATOS v6.2.0-3

Số hóa b i ở Trung tâm Học li u ệ – ĐHT N

h t t p : //www l t c t nu e d u v n

31

Hình 2.12 Giao diện làm việc của phần mềm ATOS v6.2.0-3

+ Bước 4: Tiến hành scan chi tiết mẫu.

Hình 2.13 Kết quả quét mẫu thu được

Như vậy đã hoàn thành công việc quét mẫu sản phẩm, tiếp theo Export sang file STL và thiết kế lại mô hình CAD cho chi tiết

2.3.3 Xử lý dữ liệu quét trên phần mềm Rapidform.

- Nhập dữ liệu quét (Import file):

Nhập mô hình quét: từ màn hình làm việc, chọn Insert/Import rồi chọn file quét

mô hình từ vị trí đã đặt

Số hóa b i ở Trung tâm Học li u ệ – ĐHT N

h t t p : //www l t c t nu e d u v n

32

Hình 2.14 Nhập dữ liệu quét vào phần mềm

- Chỉnh sửa dữ liệu lưới điể (Mesh Editing):

Kích vào biểu tượng trên thanh Toolbar hoặc vào Tools/Mesh Tools, xuất hiện

các biểu tượng trên thanh công cụ Toolbar như hình dưới đây:

Dùng các công cụ này để làm sạch bề mặt lưới, tùy từng mẫu quét mà sử dụngcác công cụ chỉnh sửa thích hợp

Để sửa lỗi do quá trình quét trên bề mặt lưới kích vào biểu tượng

hoặc kích theo đường dẫn Tools/Mesh Tools/Healing wizard, kích OK ở góc phải màn hình hoặc nhấn Enter để phần mềm tự động chỉnh sửa.

Hình 2.15 Sửa lỗi quét bằng công cụ Healing wizard

hổng trên mô hình Kích vào nút(Don`tClose

Controls) để lựa chọn lỗ liên tục và kích lần lượt vào các lỗ hổng đó Các lỗ hổng

sẽ được điền đầy theo lựa chọn đi kèm: theo bề mặt phẳng, cong hay bề mặt trơn Có

thể dùng để nhận dạng và di chuyển tới các lỗ hổng

Ta có thể sử dụng công cụ Tools/Mesh Tools/Global Remesh để tam giác

hóa các bề mặt và nâng cao chất lượng cho các bề mặt Kích hoạt tùy chọn Make Clean And Manifold Solid Mesh để máy tự động tạo một lưới sạch kín Chỉ dùng tùy chọn này cho các lưới kín Kích OK thu được các lưới tam giác có kích cỡ vừa phải và đều đặn.

Kích chọn Tools/Mesh Tools/Decimate hoặc kích biểu tượng để giảm bớt sốlượng các mặt bằng việc hợp nhất các đỉnh Lựa chọn mức độ giảm là 50%

Kích chọn Tools/Mesh Tools/Enhance hoặc kích vào biểu tượng để loại bỏcác nhiễu (làm min bề mặt)

Kích chọn vào biểu tượng hay Tools/Mesh Tools/Optimize Mesh để tối ưu