Nghiên cứu ứng dụng công nghệ reverse engineering trong thiết kế khuôn mẫu, ứng dụng thiết kế

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 THUẬT

TRẦN TÚ ANH

NGIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ REVERSE ENGINEERING TRONG THIẾT KẾ KHUÔN MẪU, ỨNG DỤNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ KHUÔN ĐÙN GIOĂNG CAU SU

CHO XE TẢI

THÁI NGUYÊN, 2016

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, Đại học Thái Nguyên Tôi xin cam đoan đây là côngtrình nghiên cứu của riêng tôi Ngoài phần tài liệu tham khảo đã được liệt kê, tất cảcác số liệu đều trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nàokhác

Thái Nguyên, ngày 22 tháng 02 năm 2016Tác giả luận văn

Trần Tú Anh

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 vàhoàn chỉnh Luận văn

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với các thầy cô trong khoa Cơ khí – TrườngĐại học Kỹ thuật công nghiệp, Đại học Thái Nguyên Xin cảm ơn Ban lãnh đạokhoa Cơ khí của trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp, Đại học Thái Nguyênđã tạođiều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành Luận văn này

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

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi saisót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy (cô) giáo, các nhàkhoa học và các bạn đồng nghiệp

Thái Nguyên, ngày 22 tháng 02 năm 2016Tác giả luận văn

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, hệ thống 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 quét hình.

- 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 37

Bảng 3.2 Các bước lập trình gia công nửa khuôn dưới trên máy phay CNC 56 Bảng 3.4 Thành phần hợp kim của thép SKD61 .61

Bảng 3.5 Quy đổi mác thép theo các tiêu chuẩn trên thế giới .61

Bảng 3.6 Mức hưởng của các biến đầu vào 68

Bảng 3.7 Bảng lựa chọn mảng trực giao theo số cấp độ của biến đầu vào 68

Bảng 3.8 Sơ đồ mảng trực giao thực hiện thí nghiệm 69

Bảng 3.9 Bảng kết quả thí nghiệm 69

Bảng 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

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

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài:

Công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước trong những năm gần đâyđang được đẩy nhanh là một yêu cầu tất yếu cho sự phát triển của công nghiệp nóiriêng và nền kinh tế nói chung Và ngành công nghiệp ô tô đaSng được Đảng vàChính phủ hết sức quan tâm, tuy nhiên theo lộ trình cắt giảm thuế đến năm 2018 củaHiệp định Thương mại hàng hóa ASEAN (ATIGA), từ năm 2018, thuế suất thuếnhập khẩu ô tô nguyên chiếc (CBU) từ các nước Đông Nam Á sẽ giảm về 0% do

đó gây áp lực lớn cho ngành công nghiệp ô tô trong nước

Mặt khác tỷ lệ sản xuất nội địa hóa của các doanh nghiệp ô tô trong nước rấtthấp chỉ đạt từ 10 đến 30% tùy theo dòng xe Và các linh kiện được sản xuất tại ViệtNam chủ yếu 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 tổngquát là phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam trở thành ngành công nghiệpquan trọng của đất nước, đáp ứng tối đa nhu cầu thị trường nội địa về các loại xe tải,

xe khách thông dụng và một số loại xe chuyên dùng

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

ô tô trong nước

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 tƣợng nghiên cứu:

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

Nghiên cứucác lý thuyết liên quan đến khuôn đùn để từ đó có thể thiết kế và chếtạo được một bộ khuôn đùn.

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ nhám bề mặt lòngkhuôn đùn khi gia công trên máy cắt dây CNC để từ đó tối ưu hóa được các thông

số khi gia công trên máy cắt dây CNC

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 lýthuyết về công nghệ kỹ thuật ngược (RE) và phần mềm ứng dụng Nghiên cứu lýthuyết về công nghệ CAD/CAM và các phần mềm ứng dụng Nghiên cứu lý thuyết

về máy cắt dây, các yếu tố ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt của khuôn đùn, nghiêncứu phương pháp quy hoạch 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 nghiệmgia công các chi tiết của khuôn trên máy phay CNC và cắt dây CNC, trong đó thínghiệm các mẫu trên máy cắt dây và xử lý số liệu để tìm ra được thông số tối ưu khigia 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 hìnhnghiên cứu trong và ngoài nước trên cơ sở đó tác giả chọn hướng nghiên cứu cho đềtài 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 đã ứng dụng phần mềm Inventor để thiết kế được bộ khuôn đùn từbiên dạng mặt cắt ngang của gioăng cao su đã thiết kế nhờ sử dụng công nghệReverse Engineering

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 thôngdụng có để lập trình gia công các chi tiết của khuôn Tác giả cũng tiến hành thínghiệm, nghiên cứu ảnh hưởng các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt khigia công lòng khuôn trên máy cắt dây CNC Sử dụng phương pháp quy hoạch thựcnghiệm Taguchi để tìm ra các thông số tối ưu để từ đó ứng dụng vào gia công lòngkhuôn 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

RE hiện tại chưa có tác giả nào nghiên cứu và đề cập đến Tài liệu chuyên sâu vềlĩnh vực này còn hạn hẹp chủ yếu là các tài liệu nước ngoài Các công ty sản xuấttrong 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: Nângcao độ chính xác biên dạng mặt cắt ngang của gioăng bằng việc ứng dụng côngnghệ Reverse 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 sảnxuất cụ thể, ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi để tối ưu hóathông số chế tạo từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm

5.2 Ý nghĩa thực tiễn.

Kết quả đề tài có thể ứng dụng và có thể kết hợp để chuyển giao công nghệcho các cơ sở sản xuất thực tế, do đó đề tài có giá trị thực tiễn

Kết quả của đề tài có thể làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành kỹ thuật

và những người làm việc trong lĩnh vực thiết kế chế tạo khuôn đùn

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 conngười ngày càng được nâng cao, kéo theo đó là nhu cầu của con người cũng ngàycàng nhiều và liên tục thay đổi từng ngày, từng giờ Do vậy càng ngày thì vòng đờicủa một sản phẩm (tức là thời gian từ khi nó xuất hiện trên thị trường đến khi khôngcòn được ưa chuộng bị thay thế bằng một sản phẩm khác) càng giảm Điều đó đòihỏi các nhà sản xuất nếu muốn tồn 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 thờibuổi cạnh tranh khắc nghiệt trên toàn cầu hiện nay, các nhà sản xuất luôn phải tìmkiếm phương thức sản xuất mới nhằm giảm thời gian phát triển sản phẩm, đáp ứngnhu cầu của người tiêu dùng Nhưng phương thức sản xuất được áp dụng từ bao thế

kỷ nay là một chu trình sản xuất truyền thống Theo phương pháp này thì thôngthường để chế tạo ra 1 sản phẩm, người thiết kế đưa ra ý tưởng 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 sảnxuất ra sản phẩm Phương pháp này còn được gọi là công nghệ sản xuất thuận(Forward Engineering) Từ những năm 90 cho tới nay, với sự phát triển của khoahọc 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

có sẵn 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 kỹthuật ngược (Reverse Engineering) được xem là một trong những kỹ thuật đạt hiệuquả kinh tế cao 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 sảnxuất thực tế đó là: chúng ta cần phải chế tạo những chi tiết, sản phẩm mà không cóbản vẽ hay mô hình CAD của chúng do các chi tiết đã được chế tạo từ rất lâu không

còn bản vẽ, các sản phẩm không rõ xuất xứ, những mẫu vật thể được làm bằng tay,phù điêu hoặc các bộ phận cơ thể con người, động vật được thay thế như xương,mảnh sọ não… Hay đơn giản chỉ là sao chép lại kết quả của những sản phẩm đãkhẳng định tên tuổi trên thị trường (để giảm chi phí chế tạo mẫu) hoặc để cải tiếnsản phẩm đó theo hướng mới Trong khi theo chu trình thuận thì để tạo được mẫucủa những sản phẩm này, người ta phải đo đạc rồi phác lại hoặc dựng 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 đối với những 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 vềsản phẩm đã có sẵn (bao gồm thông tin về chức năng các bộ phận, đặc điểm về kếtcấu hình học, vật liệu, tính công nghệ) sau đó sử dụng dữ liệu thu được như là cơ sởtiến hành khôi phục lại mô hình CAD cho chi tiết hoặc phát triển thành sản phẩmmới, thông qua việc sử dụng 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 làthiết 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 từmột sản phẩm đã có sẵn Là bước đầu tiên cho quá trình tái thiết kế chế tạo sảnphẩm Vật mẫu sẽ được quan sát, đo đạc, thu thập các thông tin về chức năng, hìnhdáng, điều kiện làm việc…sau đó sẽ mô hình hóa trên máy tính tiến tới thiết lập quytrình chế tạo sản phẩm

Trong lĩnh vực chế tạo máy, công nghệ RE được định nghĩa là hoạt động tạo

ra sản phẩm từ các mẫu sản phẩm cho trước mà không có bản vẽ thiết kế hoặc đã bịmất hay không rõ ràng Sản phẩm mới được tạo ra trên cơ sở khôi phục nguyên vẹnhoặc phát triển lên từ thực thể ban đầu

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:

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

- Nhà chế tạo không còn chế tạo sản phẩm đó nữa, ví dụ sản phẩm đó đã lỗi thời, 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 hình

- 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 hoạt hình 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 lànhân tạo như xương, răng để thay thế trong kỹ thuật y học chỉnh hình hoặc để lập kếhoạch phẫu thuật

Công nghệ 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, 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 nhưCMM, máy quét laser hoặc camera số hóa bề mặt chúng ta sẽ có dữ liệu 3 chiều vềvật thể Sau đó nhờ các phần mềm CAD/CAM chuyên dụng để xử lý dữ liệu quét vàcuối cùng sẽ tạo được mô hình CAD 3D với độ chính xác cao Ngoài ra mô hình 3Dnày có thể được chỉnh sửa nếu cần để thay đổi hình dạng và kích thước cho phù hợpvới yêu cầu thực tế

Từ khi ra đời vào những năm 90 của thế kỷ trước tới nay, kỹ thuật công nghệ

RE ngày càng phát triển theo sự phát triển của các phần mềm CAD/CAM Nó luônđược quan tâm và cũng liên tục được cải tiến để đáp ứng nhu cầu của xã hội trênnhiều lĩnh vực sản xuất Reverse Engineering trở thành một bộ phận quan trọng củasản xuất hiện đại Đã có nhiều công ty của nhiều quốc gia ứng dụng hiệu quả và rấtthành 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 sảnxuất dựa trên sự sao chép, cải tiến các mẫu có sẵn trên thị trường của các hãng nổitiếng của Nhật, Hàn Quốc như Honda, Misubishi, Toyota

Sản phẩm thực

Mô hình quét 3D sản phẩm

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 cũngđược áp dụng vào sản xuất; một số công ty, nhà máy cơ khí đã được trang bị cácmáy CMM nhằm đo lường kiểm tra sản phẩm cơ khí như Honda Việt Nam,Vikyno Tuy nhiên 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 cácđơn đặt hàng của các đối tác làm một bộ khuôn cho một mẫu sản phẩm cho trước thì

đa số việc số hóa mô hình lấy dữ liệu đều thực hiện một cách thủ công, đo vẽ bằngtay Việc ứng dụng các thiết bị số hóa công nghệ cao chuyên dụng, các phần mềmthiết kế ngược được sử dụng vẫn chưa nhiều Chỉ có ở một số ít công ty có thể làmtheo hợp đồng như Trung tâm dịch vụ công nghệ 3Dtech – Công ty TNHH thiết bịcông nghệ và giáo dục tân tiến (AIE), công ty Hoàng Quốc, hay các viện, cáctrường đại học như Học viện Kỹ Thuật Quân Sự, Đại học Giao Thông Vận Tải, Đạihọc Bách Khoa TP Hồ Chí Minh trang bị máy CMM Beyond A504 của hãngMitutoyo, Đại học Cần Thơ có máy quét 3D hiện đại của hãng Konica, Đại học KỹThuật Công Nghiệp Thái Nguyên có máy đo CMM 544 và máy tạo mẫu nhanhSpectrum 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 chitiết có độ phức tạp cao) một cách nhanh chóng và chính xác Công nghệ RE đápứng tối đa được 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 hayphân tích các đặc điểm nét vẽ của các kiệt tác hội họa, điêu khắc Thông thường vớinhững chi tiết yêu cầu cao về tính thẩm mỹ, sản phẩm được mô hình hóa bởi cácnhà mỹ thuật (Stylist) trên các chất liệu như gỗ, chất dẻo, đất sét…Tuy nhiên các tácphẩm hay các kiệt tác nghệ thuật chỉ có một và là ý tưởng duy nhất của một nhànghệ thuật, nhà thiết kế nào đó trong khi ai cũng muốn được có, muốn được thưởngthức chúng Nhu cầu thị trường đòi hỏi các sản phẩm phải có một số lượng lớn theomột vài phong cách, hay sản phẩm của một số nhà thiết kế mà tác phẩm của họ đãđược khẳng định trên thị trường Để đáp ứng nhu cầu đó thì cần phải có được môhình CAD của sản phẩm mong muốn Việc này chỉ có thể thực hiện bằng công nghệđảo chiều Với các thiết bị máy móc hiện đại cùng sự trợ giúp của máy tính, chúng

ta có thể xây dựng được các dữ liệu CAD giống hệt mô hình thật do các nhà mỹthuật 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

về thời gian không cho phép chúng ta khi chế tạo một mẫu mã mới có thể bắt đầuchu trình sản xuất từ khâu phác thảo thiết kế tới tính toán, tối ưu, chế thử, kiểm tra,kiểm nghiệm mới đưa vào sản xuất Vì vậy quá trình trên tốn rất nhiều thời gian vàcông sức Do vậy mà chúng ta phải thiết kế sản phẩm từ các mẫu đã được tối ưu, đạtcác tiêu chuẩn kiểm tra trên cơ sở đó ta thiết kế lại phù hợp với yêu cầu mới để cóđược một mẫu mã mới Như vậy sẽ giảm được thời gian thiết kế, rút ngắn thời gianđưa sản phẩm vào thị trường tức là giảm được thời gian của chu trình sản xuất Vớinhu cầu thị trường thay đổi liên tục từng ngày như hiện nay công ty nào sớm đưa rađược mẫu mã mới sẽ chiếm được thị phần và giành lợi nhuận cao nhất Còn công tynào đưa ra được sản phẩm chậm hơn sẽ không còn cơ hội có được lợi nhuận Dovậy mà công nghệ kỹ thuật ngược sẽ là trọng tâm của công nghệ thiết kế sản phẩmtrong 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 nhàsản xuất 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 nhàthiết kế ra chúng đã làm mất, làm hỏng, hoặc không muốn cung cấp tài liệu thiết kế.Đặc biệt là khi sản phẩm có hình dạng rất phức tạp, khó miêu tả như hình dạngngười, hình dạng con vật…

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 cácsinh vật thời tiền sử dựa trên các hóa thạch cổ thu được trong đất, đá hay trong băng

mà không hề làm tổn hại hay phá hoại mẫu hóa thạch đó Thiết kế ngược còn chophép chúng 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

bộ phận cơ thể phù hợp cho từng bệnh nhân trong thời gian ngắn để thay thế chocác khuyết tật, các bộ phận bị hỏng, bị tổn thương, bị hư hại do tai nạn hoặc do bẩmsinh như xương, 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

kế tạo 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 giảitrí, mô phỏng như thiết kế các nhân vật trong thiết kế game 3D, tạo các môi trườnggiao diện ảo trong game phục vụ giải trí, làm phim ảnh hay mô phỏng một quá trìnhnào đó phục 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 Nóichung cứ ở đâu cần thiết kế lại đưa ra mô hình CAD thì ở đó có thể áp dụng côngnghệ RE Xu hướng của nền sản xuất hiện đại hướng đến tiêu chí JIT (Just – In –Time: là tiêu chí rút ngắn thời gian chế tạo sản phẩm) Với tiêu chí này khoảng thờigian từ lúc đặt hàng sản phẩm cho đến khi có sản phẩm thật đã được rút ngắn rấtnhiều, có thể tính theo ngày, theo giờ thay vì tính theo quý, theo tháng hay theo tuầnnhư trước kia Với tính ưu việt về thời gian và độ chính xác của mình công nghệthiết kế ngược hứa hẹn sẽ là công nghệ 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 sảnphẩm, từ đó điều chỉnh mô hình hoặc các thông số công nghệ để tạo ra sản phẩm đạtyêu 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 đểtạo mô hình 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

RE hiện tại chưa có tác giả nào nghiên cứu và đề cập đến Tài liệu chuyên sâu vềlĩnh vực này còn hạn hẹp chủ yếu là các tài liệu nước ngoài Các công ty sản xuấttrong nước chỉ sản xuất được những loại khuôn đùn với biên dạng đơn giản.Nghiêncứu hệ số điều chỉnh biên dạng khuôn đùn gioăng cao su[8] Tác giả thực hiệnnghiên cứu phương pháp tìm hệ số điều chỉnh khuôn đùn cao su bằng quy hoạchthực nghiệm Trên cơ sở lý thuyết và thực nghiệm, nhóm tác giả đề xuất xây dựngphần mềm tính toán hệ số điều chỉnh biên dạng khuôn đùn cao su để tìm hệ số điềuchỉnh và biên dạng điều chỉnh của khuôn và tác giả có sử dụng máy đo 3 chiềuCMM để đo các biên dạng gioăng cao su dạng 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 gầnđây các 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 khuônđùn [15] Đặc biệt trong lĩnh vực khuôn mẫu thì rất nhiều các đề tài nghiên cứu ứngdụng cho lĩnh vực khuôn ép nhựa và chưa có đề tài ứng dụng cho lĩnh vực khuônđùn 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 chọnhướng nghiên 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 độCMM (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 đượcgọi là máy quét hình vì chúng 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 đođược làm bằng đá granit, đầu đo được gắn trên giá đầu đo lắp trên thanh trượt theophương 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

kế trước cho từng loại thông số cần đo Mỗi hãng chế tạo máy CMM đề có viếtriêng cho các máy của mình những phần mềm khác nhau Mỗi phần mềm có thể cónhiều môđun riêng 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

để xác định tọa độ các điểm trên một bề mặt của vật thể Dạng tiếp xúc mũi dò tiếpxúc trực tiếp với vật thể, mỗi vị trí tiếp xúc cho ta tọa độ một điểm Quét hết bề mặtcho ta một tập hợp mây điểm hay một contour Khi đầu đo được điều chỉnh đến mộtđiểm đo nào đó thì 3 đầu đọc sẽ cho ta biết 3 tọa độ X, Y, Z tương ứng với độ chínhxác có thể lên đến 0.1 micromet Các thông số cơ bản được quan tâm của máy làcác 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 ofRadiation nghĩa là quá trình khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức Laser làloại ánh sáng có đặc tính đặc biệt, là loại sóng điện từ nằm trong dãy ánh sáng cóthể nhìn thấy được Bản chất của chùm tia laser là chùm ánh sáng đơn sắc có bướcsóng rất ngắn và góc phân kỳ rất nhỏ Bước sóng phụ thuộc vào vật liệu phát ra tialaser

Không giống như máy CMM thường là hệ máy đặt cố định, ngay cả với máyCMM cầm tay, việc đo đòi hỏi nhiều công sức và không đơn giản; các máy quétlaser 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 sánhvới 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 đođược 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 khôngảnh hưởng gì đến sức khoẻ hay làm ô nhiễm môi trường

 Ưu và nhược điểm:

- 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 gọngàng và đơn giản, các máy cầm tay có thể quét được ở những góc ngách, chỗcao mà các 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

có thể lên đến hàng triệu điểm Tọa độ của những điểm này được hệ thống tính toán

và kết quả thu được là đám mây điểm dày đặc, mặt cắt nhiều đường hay mô hình đagiác

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 quansát của máy quay đặt ở đỉnh Các góc và khoảng cách giữa nguồn sáng và máy quaykhông đổi, hướng của tia sáng là xác định Trong hình trên nếu cửa xe di chuyểngần hơn, máy quay 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 cóhình dạng 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 độcao, tạo ra các mẫu đa giác, tái tạo bề mặt, sắp xếp để thiết kế bằng máy tính và chobáo 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 cũng cho phép sắp xếp các đám mây điểm cho các mô hình thiết kế bằngmáy tính (CAD) và các tính toán phục vụ cho báo cáo về biểu màu

 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 máy COMET 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 sảnphẩm từ dữ liệu được quét trên các máy laser, máy quét ánh sáng trắng, và trên cácmáy đo CMM

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

ModelDesign (các phần mềm này chỉ có môdun xử lý đám mây điểm, và tạo lướicòn các bước tạo bề mặt phải chuyển sang làm trên các phần mềm khác), và khôngchuyên (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

đủ công 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 côngviệc đòi hỏi phải có nhiều thời gian và công sức, trong quá trình làm luận vănvới tàiliệu và thời gian có hạn do vậy số lượng phần mềm tìm hiểu được của tác giảcònhạn chế

Sau đây tác giả xin trình bày giới thiệu sơ qua về một số phần mềm thiết kếnày sau 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

hệ thống thiết kế cơ khí dẫn đầu trong nghành công nghiệp với những công cụ vượttrội để tạo mẫu và chỉnh sửa các dữ liệu 3D Với quy trình làm việc khép kín tạo môhình 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 táitạo ra các kiểu CAD với tham số trực tiếp từ các dữ liệu quét 3D Là một giải phápphần mềm mới mà nó cho phép tạo ra đầy đủ các tham số của vật thể CAD và các

bề mặt không mẫu từ dữ liệu quét 3D và dữ liệu mạng lưới đa giác với giao diệndùng cấp độ tốt nhất Công nghệ quét 3D kết hợp với Geomagic studio cung cấpcho nhà sản xuất tự do, linh hoạt và đạt được hiệu quả cao nhất Geomagic rất nổitiếng 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

để tương thích với các ứng dụng của CAD.Các đặc trưng thiết kế thông thườngcung 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:

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: phầnmềm này có ưu điểm là giao diện đẹp, thân thiện, khả năng thiết kế nhanh hơn cácphần mềm khác rất nhiều nhờ vào sự xắp xếp và bố trí các công một cách có hệthống và hợp lý

2.2.2 Phần mềm Rapidform Redesign XOR

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

chi tiết của thế giới thực, chúng có thể bị mất các định nghĩa features trong quá trình

xử lý sản xuất hoặc không có mô hình CAD Công nghệ quét 3D và RapidformRedesign XOR cho phép các nhà sản xuất có được các tham số thiết kế của bất kỳchi tiết nào của thế giới thực một cách dễ ràng, bao gồm các features hình trụ hoặccác bề mặt cong tự do Vì các mô hình CAD đã tạo trong Rapidform Redesign XOR

có đầy đủ các tham số, người thiết kế và người tính toán có thể hiệu chỉnh lại cáctham số thiết kế của chi tiết của thế giới thật để hoàn chỉnh mô hình của sản phẩmbằng 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:

Dữ liệu quét 3D

Nhập dữ liệu quét 3Ddạng lưới tam giác hoặcđám mây điểm

Phân vùng cho đối tượng.

Mô hình hóa Feature

Thiết kế mô hình CAD

từ mô hình lưới

Điều chỉnh các

bề mặt lưới

Tự động taonhanh các bềmặt

Mô hình hóa và tối ưu hóa lưới

Tạo các mô hìnhtối ưu cho CAE

Tạo mẫu nhanh, gia công CAM, RP, Milling

Kiểm tra độ chính

xác.Phân tích sai số

của toàn bộ quá trình

sử lý,thiết kế

Chuyển đổi sang các hệ CAD

Xuất các mô hình Solid tham

số sang nhiều định dạng đuôi

Rapidform XOR là một ứng dụng phần mềm hoàn chỉnh cho phép tạo những

mô hình CAD từ dữ liệu quét 3D Với Rapidform XOR ta có thể mở dữ liệu từ bất

kỳ máy quét 3D nào và có thể chỉnh sửa một cách nhanh chóng, các mô hình tham

số solid của hầu như bất kì đối tượng vật lý nào Những mô hình này có thể đượcchuyển từ XOR thành các ứng dụng CAD phổ biến như SolidWorks, Siemens NX

và Pro/ENGINEER với đầy đủ những tính năng Không giống như các thế hệ phầnmềm thiết kế ngược thuộc thế hệ thứ 2, XOR có thể chính sửa và thiết kế chi tiếtgiống như một phần mềm CAD khác XOR có thể xuất dữ liệu mô hình dưới dạngParasolid, STP, IGS và STL để sử dụng trong 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 hìnhCAD từ các đám mây điểm và lưới đa giác XOR sẽ tối ưu hóa dữ liệu quét vàogồm các tính năng chỉnh sửa sau đó có thể trực tiếp sử dụng cho gia công, thay đổithiết kế, mô phỏng, phân tích Các mô hình tạo ra trong XOR không chỉ dừng ởdạng bề mặt NURBS, mà bề mặt đó còn được thao tác, chỉnh sửa, cập nhật và thayđổi bất cứ lúc nào Và mỗi mô hình tạo ra trong Rapidform XOR có mức độ chínhxác rất cao nhờ công cụ Analyzer luôn kiểm tra độ sai lệnh so với dữ liệu gốc quamỗi 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 củanhững tính năng này

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

hệ thống CAD khác.

Sau khi quét dữ liệu 3D của đối tượng, sau khi thiết kế một phần trongRapidform XOR ta có thể truyền mô hình đó với đầy đủ tham số và lịch sử thiết kếcủa nó qua công cụ LiveTransfer XOR tới SolidWorks, Siemens NX và Pro /ENGINEER Các ứng dụng khác có thể mở các mô hình 3D được tạo ra trong XORbằng cách sử dụng định dạng chuẩn công nghiệp như Parasolid, STP và IGS

- 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 lýthông minh, các lệnh được thực thi nhanh chóng, hơn nữa ta không cần phải dànhnhiều thời gian làm sạch hoặc chỉnh sửa các đám mây điểm hoặc lưới đa giác XORthiết kế dựa trên dữ liệu quét của đối tượng, ta có thể dễ dành tạo ra các biên dạngsketch sau đó thao tác các lệnh extrude, sweep để tạo ra đối tượng hình học của nó,hơn thế nữa với chức năng phân vùng tự động ta có thể dùng các vùng này vào việctạo ra các đối tượng hình học Nhờ đó mà ta có thể tiết kiệm được rất nhiều thờigian cho việc thiết kế

2.3 Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngƣợc 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 Trungtâm dịch vụ công nghệ 3Dtech – Công ty TNHH thiết bị công nghệ và giáo dục tântiến AIE Hệ thống 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 scan 3D tốc độ cao ATOS I là kết quả của hơn 10 năm nghiên cứu, phát triển vàtích lũy kinh nghiệm thực tế Dựa trên phiên bản ATOS Standard, ATOS I được thiết

kế lại và hoàn toàn sử dụng những công nghệ mới nhất ATOS I tiếp tục chứng minh

là thiết bị scan dựa trên công nghệ 2 camera của GOM có tốc độ cao, độ chính xáccao và là hệ thống scan 3D quang học di động

+ Thông số kỹ thuật của máy:

- Độ phân giải camera:

- Khoảng cách từ máy đến sp:

- Số điểm đo/1 lần scan:

- Thời gian/1 lần scan:

- Diện tích đo nhỏ nhất:

- Diện tích đo lớn nhất:

- Khoảng cách giữa các điểm đo:

- Kích thước máy quét:

- Khối lượng máy quét:

- Nhiệt độ làm việc:

- Nguồn điện:

- Kích thước vali chứa máy khi di chuyển:

- Tổng trọng lượng khi di chuyển:

440 x 140 x 200 mm3.4kg

bị đo cơ khí khác

+ Tính công nghệ:

Chỉ trong 1,3 giây 2 camera của ATOS có thể thu được toàn bộ vân sángphản xạ từ bề mặt sản phẩm đo ATOS I có khả năng đặc biệt thiết kế nhanh nhưngrất chính xác quét 3 chiều đối tượng Máy scan ATOS hoạt động dựa trên nguyên lýphép đo tam giác Đầu project phát ra vân sáng trắng đen chiếu lên vật scan, 2

camera sẽ ghi lại ánh sáng phản xạ, dựa trên dữ liệu này và các công thức quanghọc, phần mềm sẽ tính toán và dựng lại bề mặt 3D của vật scan dưới dạng lưới tamgiác Dữ liệu này có thể xuất sang nhiều định dạng khác nhau Trong quá trình scan,các thông số liên quan như rung động, cường độ ánh sáng, tình trạng của đầu projectđều được quản lý và điều chỉnh bằng phần mềm Tất cả các hệ thống ATOS I trướckhi cũng cấp cho khách 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

trong 1 vali để thuận lợi trong di chuyển ATOS I có thể dễ dàng thiết lập và sẵnsàng sử dụng trong vài phút Cải thiện khả năng di động và giảm thời gian scan nênATOS I đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng hàng ngày của các kỹ sư thiết kế vàquản lý chất lượng sản phẩm.

+ Khả năng linh hoạt:

ATOS I có thể đặt cố định, gắn trên giá di động hoặc lắp ráp trên robot chocác ứng dụng kiểm tra tự động Khi scan các sản phẩm nhỏ, có thể thay môđun tiêuchuẩn bằng 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.

Lắp ráp máy quét, bàn quét, hệ thống đường cáp truyền, khởi động máy tính.Đặt chi tiết lên bàn quét, nếu cần thiết có thể dùng đất sét (theo máy) để gá đặt chitiết sao cho 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 chitiết các điểm tham chiếu (hình tròn màu đen có chấm trắng ở giữa) và đặt chi tiếtlên bàn quét (bàn quét này có thể xoay tròn và di chuyển được để có thể quét được ởmọi 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

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

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 dụng các 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

Các lỗi trên bề mặt tiếp tục được chỉnh sửa một cách tự động Chọn

Tools/Mesh Tools/Fill Holes hoặc kích vào biểu tượng trên thanh Toolbar để điền

đầy những lỗ 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

số lượng 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

bỏ các nhiễu (làm min bề mặt)

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

ưu dữ liệu lưới

Sau cùng là kích vào nút OK ở góc dưới bên phải màn hình để thoát khỏi chế độ Mesh Tiếp tục chuyển sang bước thứ hai: Xây dựng bề mặt

Phân mảng vùng dữ liệu.

Kích vào biểu tượng Region Group trên thanh Toolbar hoặc theo đườngdẫn Tools/Region Tools, trên thanh Toolbar xuất hiện các biểu tượng sau, tương ứngvới các công cụ cho việc phân vùng