Tài liệu Ứng dụng scan 3d trong thiết kế ngược

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG ỨNG DỤNG SCAN 3D TRONG THIẾT KẾ NGƯỢC Mã số: TR:2020-18/KCN Chủ nhiệm đề tài: ThS. Trần Duy Nam Đồng Nai, 05/2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG ỨNG DỤNG SCAN 3D TRONG THIẾT KẾ NGƯỢC Mã số: TR:2020-18/KCN Đơn vị chủ trì (ký, họ tên) Đồng Nai, 05/2021 Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG (dùng cho Báo cáo tổng kết đề tài) 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Ứng dụng Scan 3D trong thiết kế ngược - Mã số: TR:2020-18/KCN - Chủ nhiệm đề tài: Trần Duy Nam Điện thoại: 0982085875 Email: [email protected] - Đơn vị quản lý về chuyên môn (Khoa, Tổ bộ môn): Khoa Công Nghệ - Thời gian thực hiện: 9 tháng (07/2020 đến 03/2021 ) 2. Mục tiêu: Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy Scan 3D trong thiết kế ngược 3. Nội dung chính: Thiết kế và chế tạo máy, nghiên cứu sử dụng phần mềm điều khiển máy 4. Kết quả chính đạt được (khoa học, đào tạo, kinh tế-xã hội, ứng dụng, ...) - Chế tạo ra máy, Scan được các sản phẩm cơ khí Ứng dụng Scan 3D trong thiết kế ngược LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật đặc biệt là khoa học máy tính đã làm thay đổi căn bản mọi mặt của đời sống xã hội. Từ giữa thế kỷ 20, khi công nghệ máy tính được đưa vào áp dụng trong sản xuất đã góp phần tự động hóa sản xuất, giải phóng sức lao động cho con người, tăng năng suất cũng như chất lượng sản phẩm. Theo đó là sự ra đời của phương thức sản xuất có sự trợ giúp của máy tính và các máy công cụ được tích hợp bộ điều khiển số. Ở Việt Nam, ngoài việc công nghệ CAD /CAM đã và đang được phát triển, ứng dụng rộng rãi trong các xí nghiệp, nhà máy. Thì vài năm trở lại đây công nghệ tạo mẫu nhanh (RPM) bước đầu đã được nghiên cứu và ứng dụng ở các viện nghiên cứu, các trung tâm công nghệ cao. Công nghệ tạo mẫu nhanh (RPM) là tổ hợp của CAD, kỹ thuật thiết kế ngược RE (Reverse Engineering), tạo mẫu nhanh RP (Rapid Prototyoing) và kỹ thuật chế tạo nhanh RT(Rapid Tooling) mà RP là kỹ thuật chủ chốt. Kỹ thuật RPM là kỹ thuật tạo nên sản phẩm mới, phù hợp với xu thế toàn cầu hóa các phương diện thị trường thương mại và sản xuất, đa dạng hóa sản phẩm, đổi mới sản phẩm mẫu mã nhanh, sản phẩm công nghệ cao, phù hợp với tính cạnh tranh của thị trường ngày càng khốc liệt. Đồ án " MÁY SCAN 3D ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC" sẽ tập trung vào nghiên cứu nắm bắt qui trình công nghệ thiết kế ngược và ứng dụng vào quá trình tạo mẫu nhanh, để bắt kịp sự phát triển của công nghệ. Trong quá trình làm đồ án mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng do hạn chế về kiến thức và thiết bị nên không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong được sự góp ý, bổ sung, đóng góp ý kiến của Thầy Cô và bạn đọc để đồ án hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể Thầy Cô trong khoa cơ khí chế tạo máy trường Đại Học Công Nghệ Đồng Nai đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo, tạo điều kiện cho chúng tôi trong suốt thời gian qua để chúng tôi có thể hoàn thành đề tài. 4 Ứng dụng Scan 3D trong thiết kế ngược MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................ 1 Danh mục hình ảnh.................................................................................................. 4 Danh mục các từ viết tắt .......................................................................................... 7 Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp....................................................................................... 8 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN .................................................................................. 10 1.1.Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................... 10 1.2.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .......................................................... 10 1.3.Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................ 11 1.4.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................... 11 1.5.Cơ sở phương pháp luận .................................................................................. 11 1.6.Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 12 1.7.Giới thiệu về Scan 3D ...................................................................................... 12 17.1.Khái niệm ...................................................................................................... 12 1.7.2.Lịch sử hình thành ........................................................................................ 12 1.7.3.Quá trình phát triển ....................................................................................... 13 1.7.4.Ưu và nhược điểm của công nghệ quét 3D .................................................... 15 1.8.Công nghệ thiết kế ngược ................................................................................ 20 CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................... 20 2.1.Quy trình công nghệ thiết kế ngược ................................................................. 20 2.2.Quy trình mô hình hóa sản phẩm có sẵn theo công nghệ thiết kế ngược ........... 22 2.2.1.Giai đoạn số hóa sản phẩm ........................................................................... 22 2.2.2.Giai đoạn xử lý số liệu dữ hóa ...................................................................... 22 5 Ứng dụng Scan 3D trong thiết kế ngược 2.2.3.Thiết kế lại trên cơ sở dữ liệu số hóa............................................................. 24 2.2.4.Tạo mẫu gia công chi tiết ............................................................................. 24 2.3.Phương pháp và thiết bị số hóa trong công nghệ thiết kế ngược ....................... 24 2.3.1.Phương pháp đo tiếp xúc............................................................................... 25 2.3.2.Phương pháp đo không tiếp xúc .................................................................... 27 2.4.Ứng dụng công nghệ quét 3D .......................................................................... 28 CHƯƠNG III. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ............................................................. 37 3.1.Máy Scan3D cầm tay Einscan Pro ................................................................... 37 3.2.Quá trình lắp ráp vận hành ............................................................................... 42 3.3.Các bước cài đặt phần mềm Einscan Pro ......................................................... 46 3.5.Các bước hiệu chuẩn camera ........................................................................... 47 CHƯƠNG IV. THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ....................................................... 49 4.1.Các chế độ Scan của máy................................................................................. 49 4.1.1.Chế độ quét cố định trên bàn xoay ................................................................ 49 4.1.2.Thực hành Scan nhanh vật thể cầm tay để quét người ................................... 53 4.1.3. Kết quả sau 5 lần quét hình .......................................................................... 55 4.2. Ứng dụng phần mềm chỉnh sửa hình ảnh Geomagic Design X64 .................... 57 4.2.1 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Geomagic Design X64 ................................. 59 CHƯƠNG V. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................... 67 5.1.Kết luận ........................................................................................................... 67 5.2.Kiến nghị ......................................................................................................... 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 69 6 Ứng dụng Scan 3D trong thiết kế ngược DANH MỤC HÌNH ẢNH STT Tên hình vẽ TRANG Hình 1.1 Quy trình lấy mẫu áp dụng công nghệ thiết kế ngược Hình 1.1a Sản phẩm thực 18 18 Hình 1.1b Sản phẩm được sơn trắng để quét 18 Hình 1.1c Quét mẫu bằng máy Einscan-Pro 18 Hình 1.1d Mô hình sản phẩm sau khi quét 18 Hình 1.1e Mô hình hóa các bề mặt 18 Hình 1.1f Mô hình CAD xây dựng lại 18 Hình 2.1 Quy trình thiết kế thuận và quy trình thiết kế ngược 21 Hình 2.2 Mô hình hóa chi tiết mặt người Hình 2.2a Quét hình 23 23 Hình 2.2b Dữ liệu sau quét 23 Hình 2.2c Tối ưu hóa 23 Hình 2.2d Dựng các bề mặt 23 Hình 2.3 Phay mặt người trên máy CNC 24 Hình 2.4 Máy đo và đầu đo dùng trong phương pháp đo tiếp xúc 26 Hình 2.4a Máy đo tọa độ CMM 26 Hình 2.4b Đầu đo CNC 26 Hình 2.5 Mô hình máy quét ánh sáng trắng 27 Hình 2.6 Ứng dụng trong thiết kế ngược 29 Hình 2.7 Ứng dụng trong việc đo kiểm tra sản phẩm 29 Hình 2.8 Mô hình sản phẩm làm khuôn mẫu 30 Hình 2.9 Mô hình quy trình thiết kế cải tiến kiểu dáng 31 Hình 2.10 ứng dụng 3d trong việc thiết kế sản phẩm mới 32 Hình 2.10a Thiết kế nón bảo hiểm 32 Hình 2.10b Thiết kế xe ôtô 32 Hình 2.11 Ứng dụng quét 3d trong khảo cổ học Hình 2.11a Đầu tượng nhân sư 33 33 Hình 2.11b Tượng điêu khắc Lion of Mosul 3000 năm tuổi 33 7 Ứng dụng Scan 3D trong thiết kế ngược Hình 2.12 Hình 3.1 Bộ phận được quét và dựng lại dạng 3D Mặt đường, cầu, các công trình được quét và dựng lại bằng công nghệ quét 3D Hiện trạng thi công phần kỹ thuật toà nhà được dựng lại dưới dạng 3D Máy Scan 3D cầm tay EinScan Pro 38 Hình 3.2 Bộ cơ bản của máy Scan EinScan Pro 40 Hình 3.3 Bộ tùy chọn của máy Scan EinScan Pro 41 Hình 3.4 Cổng kết nối của máy scan 42 Hình 3.5 Kết nối đầu quét vào máy tính 42 Hình 3.6 Lắp đầu máy quét vào giá đỡ 43 Hình 3.7 Kết nối bàn xoay với máy tính 43 Hình 3.8 Tháo chụp bảo vệ 44 Hình 3.9 Lắp đặt camera màu 44 Hình 3.10 Kết nối cap tín hiệu 45 Hình 3.11 Hình ảnh kết nối thực tế hoàn chỉnh 45 Hình 3.12 Biểu tượng cài đặt chương trình 46 Hình 3.13 Biểu tượng phần mềm EinScan 46 Hình 3.14 Hiệu chuẩn camera 47 Hình 3.15 Kiểm tra camera sau khi đã hiệu chuẩn 47 Hình 3.16 Camera hoàn chỉnh 48 Hình 4.1 Khởi động phần mềm 49 Hình 4.2 Chọn chế độ quét Hình 4.3 Chọn chế độ quét không kết cấu 49 50 Hình 4.4 Quét và chỉnh sửa mẫu sau khi quét 51 Hình 4.5 Hiệu chỉnh chất lượng khối 52 Hình 4.6 Các bước lưu file 52 Hình 4.7 Chọn chế độ Scan và tên file lưu lại 53 Hình 4.8 Chọn chất lượng file 53 Hình 4.9 Tiến hành Scan 54 Hình 4.10 Kết thúc quá trình Scan 54 Hình 4.11 Kết quả sau 5 lần quét hình 56 Hình 4.12 Icon phần mềm 57 Hình 2.13 Hình 2.14 34 35 36 8 Ứng dụng Scan 3D trong thiết kế ngược Hình 4.13 Giao diện chính 57 Hình 4.14 Import tập tin 59 Hình 4.15 Công cụ Decimate 59 Hình 4.16 Công cụ Optimize Mesh 60 Hình 4.17 Công cụ Smooth 60 Hình 4.18 Công cụ Fill 61 Hình 4.19 Công cụ Sketch 61 Hình 4.20 Công cụ Extrude 62 Hình 4.21 Công cụ Convert To Mesh 63 Hình 4.22 Công cụ Boolean 64 Hình 4.23 Kết quả chỉnh sửa hình scan 65 9 Ứng dụng Scan 3D trong thiết kế ngược DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT - RE (Reverse Engineering) : Công nghệ thiết kế ngược hay công nghệ đảo chiều, công nghệ chép mẫu. - CAD (Computer Aided Design) : Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính (CAD còn được định nghĩa là Compurter Aided Drawing – Công cụ trợ giúp vẽ trên máy vi 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 . - CAE (Computer Aided Engineering): Tính toán kỹ thuật với sự trợ giúp của máy tính. CAD và CAE thường gắn liền với nhau vì thiết kế sản phẩm gắn liền với thử nghiệm, mô phỏng hoạt động của sản phẩm. - CAPP (Computer Aided Process Planning): Lĩnh vực sử dụng máy tính trợ giúp thiết kế quá trình công nghệ chế tạo sản phẩm (thường được gọi là chuẩn bị công nghệ). - RP (Rapid Propotyping): Bao gồm các phương pháp gia công tạo mẫu nhanh. - 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. 10 Ứng dụng Scan 3D trong thiết kế ngược KHOA CÔNG NGHỆ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc Đồng Nai, ngày tháng năm 2020 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI GVTH: Ths. Trần Duy Nam Tên đề tài: CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC MÁY SCAN 3D 1. Các số liệu, tài liệu ban đầu: 1.1. Mô hình máy theo thiết kế độ chính xác 0.05mm-0.1 mm, tốc độ scan 20fps30fps, quét sản phẩm có nhiều màu sắc. 1.2. Công nghệ Scan 3D- ứng dụng thiết kế ngược. 1.3. Sử dụng phần mềm chỉnh sửa Geomagic Deign X64. 2. Nội dung thực hiện đề tài: 2.1. Tìm hiểu, lựa chọn các phương án Scan thông dụng. 2.2. Tìm hiểu các phần mềm hỗ trợ Scan 3D. 2.3. Kết nối, vận hành các thiết bị. 3. Các sản phẩm dự kiến: 11 Ứng dụng Scan 3D trong thiết kế ngược 3.1. Mô hình máy hoàn chỉnh. 3.2. Hình ảnh thực nghiệm, bản trình chiếu, bản thuyết minh đồ án. 3.3. Máy Scan 3D. 1. Thời gian thực hiện: Theo quy định của bộ môn. GIẢNG VIÊN THỰC HIỆN (Ký, ghi rõ họ tên) 12 Ứng dụng Scan 3D trong thiết kế ngược CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật đặc biệt là khoa học máy tính đã làm thay đổi căn bản mọi mặt của đời sống xã hội.Từ giữa thế kỷ 20, khi công nghệ máy tính được đưa vào áp dụng trong sản xuất đã góp phần tự động hóa sản xuất, giải phóng sức lao động cho con người, tăng năng suất cũng như chất lượng sản phẩm. Theo đó sự ra đời của phương thức sản xuất có sự trợ giúp của máy tính và các máy công cụ được tích hợp bộ điều khiển số. Ở Việt Nam, ngoài việc công nghệ CAD /CAM đã và đang được phát triển, ứng dụng rộng rãi trong các xí nghiệp, nhà máy. Thì vài năm trở lại đây công nghệ tạo mẫu nhanh (RPM) bước đầu đã được nghiên cứu và ứng dụng ở các viện nghiên cứu, các trung tâm công nghệ cao. Công nghệ tạo mẫu nhanh (RPM)là tổ hợp của CAD, kỹ thuật thiết kế ngược RE (Reverse Engineering), tạo mẫu nhanh RP (Rapid Prototyoing)và kỹ thuật chế tạo nhanh RT(Rapid Tooling) mà RPlà kỹ thuật chủ chốt. Kỹ thuật RPM là kỹ thuật tạo nên sản phẩm mới, phù hợp với xu thế toàn cầu hóa các phương diện thị trường thương mại và sản xuất, đa dạng hóa sản phẩm, đổi mới sản phẩm mẫu mã nhanh, sản phẩm công nghệ cao, phù hợp với tính cạnh tranh của thị trường ngày càng khốc liệt. 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Công nghệ thiết kế ngược và hệ thống máy scan giúp ích, cải thiện thực tiễn cho nhiều lĩnh vực trong cuộc sống hiện nay. Giúp cho việc tạo mẫu sản phẩm hoặc phục hồi các chi tiết mẫu một cách nhanh nhất mà không cần đo đạc, giúp tiết kiệm thời gian cho việc thiết kế sản phẩm. Nó kết hợp với công nghệ in 3D giúp nhanh chóng tạo ra mẫu sản phẩm nhanh hơn các phương pháp truyền thống trước đó. 13 Ứng dụng Scan 3D trong thiết kế ngược 1.3. Mục tiêu nghiên cứu Ứng dụng các phương pháp scan của máy scan 3D nhằm tạo ra các sản phẩm mẫu nhanh chóng , chỉnh sửa các sản phẩm mẫu tạo ra để ứng dụng cho công nghệ in 3D. 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu  Máy Scan 3D EinScan-Pro.  Phần mềm chỉnh sửa hỗ trợ máy scan Geomagic Deign X64. Phạm vi nghiên cứu  Kết nối các thiết bị của máy scan 3D và kết nối máy scan 3D với máy tính.  Phương pháp scan cố định trên bàn xoay (fixture) và phương pháp scan3D bằng tay.  Sử dụng phần mềm hỗ trợ Geomagic Deign X64 để chỉnh sửa file Scan3d nhằm tạo ra file in 3D.  Tạo ra sản phẩm có độ chính xác 0.05mm-0.1mm, quét sản phẩm có nhiều màu sắc.  Giới hạn vùng làm việc (Scan): 135 x 100mm – 225 x 170mm  Chiều sâu quét: 100mm 1.5. Cơ sở phương pháp luận Từ việc nghiên cứu máy scan và tạo ra sản phẩm bằng máy scan 3D, so sánh với các phương pháp thiết kế tạo mẫu truyền thống tìm ra những ưu điểm mới của phương pháp scan, tối ưu hóa việc chỉnh sửa file scan để tạo ra sản phẩm in được mượt và chính xác hơn. 14 Ứng dụng Scan 3D trong thiết kế ngược 1.6. Phương pháp nghiên cứu Tham khảo tài liệu hướng dẫn của nhà sản xuất để kết nối thiết kết nối thiết bị của máy scan. Nguồn tài liệu từ GVHD, nhà sản xuất, internet. Sử dụng máy scan để scan vật thể cố định và scan bằng chế độ scan tay. Dùng phần mềm chỉnh sửa Geomagic Deign X64 để chỉnh sửa file scan. 1.7. Giới thiệu về Scan 3D 1.7.1. Khái niệm Scan 3D là quá trình chuyển đổi một đối tượng thực thành mô hình 3D. Kỹ thuật này nắm bắt thông tin như hình dạng, kết cấu, màu sắc và các chi tiết khác của đối tượng được quét. Máy quét 3D thu thập thông tin về đối tượng được quét cũng như môi trường (ví dụ: phòng) nơi đối tượng có mặt. Bên cạnh các đối tượng, con người cũng có thể được quét 3D. Máy quét 3D về cơ bản tạo ra bản sao kỹ thuật số của một đối tượng trong thế giới thực. Bản sao kỹ thuật số hoặc tệp 3D này sau đó có thể được chỉnh sửa và in 3D theo yêu cầu của người dùng. Các tệp quét 3D thường tương thích với phần mềm CAD và phần mềm máy in 3D. Đôi khi, một số điều chỉnh nhất định có thể cần thiết trong phần mềm CAD để làm cho tệp quét 3D tương thích. Một lần quét là không đủ để tạo lại một mô hình hoàn chỉnh của đối tượng được quét. Thông thường, hàng trăm lần quét là cần thiết để nắm bắt tất cả thông tin từ các khía cạnh và góc độ khác nhau. Tất cả các lần quét này sau đó phải được tích hợp thông qua một hệ thống tham chiếu chung được gọi là căn chỉnh. Cuối cùng, các lần quét riêng lẻ được hợp nhất để tạo lại mô hình cuối cùng. Toàn bộ quá trình tập hợp các lần quét riêng lẻ và hợp nhất chúng được gọi là đường ống quét 3D. 1.7.2. Lịch sử hình thành Công nghệ Scan 3D quay trở lại, xa hơn nhiều so với bạn có thể nghĩ. Những người Ai Cập cổ đại đã tạo ra một hệ thống cho nó khi họ muốn bản sao của những người đã truyền sang thế giới bên kia trong cộng đồng của họ. Và vì vậy, họ đã đưa ra một quy trình trong đó họ tạo ra các tấm thạch cao của những cái đầu ướp xác 15 Ứng dụng Scan 3D trong thiết kế ngược chết của họ. Điều này rất mới lạ đối với nhân loại nói chung vì các vật liệu mà quá trình này yêu cầu để đạt được một mức độ chính xác đáng kể bao gồm vải lanh và thạch cao. Cả hai thứ này đều rất khó để ra đời vào thời điểm đó và vì vậy chỉ những người giàu có nhất trong xã hội mới có thể quét người theo cách tốn kém và mất thời gian như vậy. Mặc dù các dịch vụ Scan 3D có cảm giác như công nghệ mới nhất, nó đã là một sự quan tâm của nhân loại đã được phát triển trong một thời gian rất dài. Vì vậy, một trong những cách tốt nhất để đánh giá và hiểu tầm quan trọng và phức tạp của nó là bằng cách nhìn lại và trải qua các bước khác nhau để có thể đạt được mức độ mà nó đã đạt được. 1.7.3. Quá trình phát triển Một trong những nhân tố quan trọng trong việc phát triển các dịch vụ Scan 3D tinh vi, như bạn có thể đã giả định, là sự ra đời của công nghệ laser. Nếu không có nó, các dịch vụ quét 3d này sẽ không thể truy cập được vì chúng ta phải dựa vào các hệ thống quét 3d cồng kềnh như chụp ảnh, trong đó bạn cần một loạt các camera có độ phân giải cao được đặt cẩn thận. Nhiều điều đã xảy ra cho đến khi dẫn đến các công nghệ Scan 3d. Vào thời kỳ đầu của máy quét 3D, cụ thể là 1960 , các phương pháp được đưa ra liên quan đến nó đơn giản hơn nhiều so với những tiến bộ tuyệt vời mà chúng ta đang thấy ngày nay. Chẳng hạn, không có thứ gọi là phần mềm, chỉ có phần cứng để dựa vào. Vào thời điểm đó, họ chủ yếu dựa vào việc sử dụng phối hợp máy chiếu, máy ảnh và ánh sáng, và có lẽ bạn cũng có thể phỏng đoán, họ đã rất nỗ lực và kiên nhẫn để các nhà khai thác tạo ra, với độ chính xác đáng kể, có thể sử dụng kết quả cho một mục đích dự định hữu ích nhất định. Có một chặng đường dài để đi. Điều bạn phải ghi nhớ là đây là lúc bình minh của máy tính. Khi các thiết bị vận hành này đi vào phương trình, một số mô hình thực sự phức tạp có thể được tạo ra không giống với bất kỳ thứ gì đã thấy trước đây. Không có nó, các dịch vụ quét laser 3D tốt nhất đã được thực hiện với việc triển khai cái được gọi là đầu dò tiếp xúc, hoạt động bằng cách cảm nhận nó cách xung quanh và theo cách này, dữ liệu được biên soạn. Có những tiến bộ thực sự đang được thực hiện, nhưng như bạn có 16 Ứng dụng Scan 3D trong thiết kế ngược thể nghĩ rằng cách tiếp cận này lần lượt kéo theo một quy trình rất rút ra mà không cho vay theo tất cả các yêu cầu có xu hướng đi kèm với cả thiết kế và sản xuất. Một đầu dò tiếp xúc không phải là lý tưởng, ngoài việc chậm đến mức không tưởng như nó phải chạm hàng ngàn lần để hoàn thành liên kết của nó,nó cũng không thể làm việc với các chất mềm như trong quá trình nó có thể thay đổi hình dạng của đối tượng thông qua các prodding cần thiết. Một điều nó đã làm là nâng cao những kỳ vọng mà chúng ta sẽ nghĩ rằng chúng ta có thể đạt được. Các dịch vụ quét laser 3D vẫn còn khá sơ khai trong một số năm, cho đến giữa thập niên 80 khi một số người am hiểu công nghệ bắt đầu tìm ra cách kết hợp sử dụng chùm tia laser, ánh sáng trắng và thủ thuật tạo bóng gọn gàng để có kết quả chính xác hơn trong thời gian ít hơn đáng kể Trở ngại thực sự cần phải vượt qua để tạo ra bước nhảy vọt trong thời đại hiện đại không chỉ nằm ở quy trình dịch vụ quét 3d mà còn là phần mềm giúp tổ chức dữ liệu thích hợp thành một hình ảnh hữu ích, hoặc bản đồ dữ liệu. Trong giai đoạn này, có ba loại công nghệ quang học, đó là cảm biến vùng, sọc và điểm, với sọc là ứng cử viên hàng đầu trong đó một loạt các bản quét 3d sẽ được thực hiện từ các vị trí khác nhau sẽ giúp nó xác định được kích thước của đối tượng được phân tích. Như bạn có thể tưởng tượng việc điều hòa dữ liệu từ ba lần quét không phải là điều dễ thực hiện nhất vì bạn phải loại bỏ dữ liệu trùng lặp và sàng lọc tất cả các điểm dữ liệu không cần thiết để cuối cùng bạn chỉ có hàng triệu điểm dữ liệu xác định đối tượng mà nó nghi vấn . Quét laser 3D được phát triển trong nửa cuối thế kỷ 20 trong nỗ lực tái tạo chính xác bề mặt của các vật thể và địa điểm khác nhau. Công nghệ này đặc biệt hữu ích trong các lĩnh vực nghiên cứu và thiết kế. Công nghệ quét 3D đầu tiên được tạo ra vào những năm 1960. Các máy quét ban đầu đã sử dụng đèn, máy ảnh và máy chiếu để thực hiện nhiệm vụ này. Do những hạn chế của thiết bị, nó thường mất rất nhiều thời gian và công sức để quét các đối tượng một cách chính xác. Sau năm 1985, chúng được thay thế bằng máy quét có thể sử dụng ánh sáng trắng, laser và bóng để thu được một bề mặt nhất định. 17 Ứng dụng Scan 3D trong thiết kế ngược Với sự ra đời của máy tính, có thể xây dựng một mô hình rất phức tạp, nhưng vấn đề xảy ra với việc tạo ra mô hình đó. Các bề mặt phức tạp đã thách thức các biện pháp băng, vì vậy trong những năm tám mươi, ngành công cụ chế tạo đã phát triển một đầu dò tiếp xúc, cho phép tạo ra một mô hình chính xác, nhưng nó rất chậm. Mục đích là tạo ra một hệ thống, để thu được cùng một lượng chi tiết nhưng với tốc độ cao hơn, dẫn đến một ứng dụng hiệu quả hơn - các chuyên gia hàng đầu bắt đầu phát triển công nghệ quang học, bởi vì việc sử dụng ánh sáng nhanh hơn nhiều so với đầu dò vật lý. 1.7.4. Ưu và nhược điểm của công nghệ quét 3D a.Ưu điểm  Kết cấu nhỏ gọn: Máy quét 3D kết cấu nhỏ gọn có thể xách tay rất tiện lợi.  Gá đặt đơn giản: Khi Scan laser thì chi tiết cần scan không cần phải gá đặt cầu kì mà có thể được đặt trên bàn hoặc có một vị trí bất kì trong không gian vì khi đo dụng cụ đo không tiếp xúc vào vật đo hơn nữa máy đo tự điều chỉnh tiêu cự của thấu kính cho phù hợp với khoảng cách thay đổi tương đối giữa máy đo và vật được đo. Cho ra kết quả nhanh.  Dễ dàng xử lí kết quả: Cho ra kết quả là đám mây điểm rất dễ dàng xử lí trên các phần mềm xử lý điểm chuyên dụng như: Geomegic, Catia…  Đo được nhiều những vật có độ phức tạp mà máy đo thông thường không thể đo được.  Độ phân giải cao.  Quét được nhiều kích thước sản phẩm khác nhau như toà nhà, tượng đài…  Có thể quét được các mẫu dạng mềm như xà phòng, đất nặn…  Có thể kiểm tra các bề mặt và so sánh với các điểm. 18 Ứng dụng Scan 3D trong thiết kế ngược b. Nhược điểm  Trước khi đo những bề mặt có màu không phản quang phải sơn lại màu cho chi tiết đó nên có thể làm ảnh hưởng đến những chi tiết mẫu có yêu cầu thẩm mỹ cao về màu sắc.  Mặc dù được sử dụng rất nhiều cho các ứng dụng đo, kiểm tra nhưng Scan Laser không thể đo chính xác từng micromet.  Yêu cầu trên đế máy cần phải vững chắc, cân bằng máy và không rung. 1.8. Công nghệ thiết kế ngược Trong lĩnh vực sản xuất, thông thường để chế tạo ra một 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 sản xuất ra sản phẩm. Đây chính là chu trình sản xuất truyền thống, là phương pháp sản xuất đã được áp dụng từ bao thế kỷ nay. Phương pháp này còn được gọi là công nghệ sản xuất thuận (Forward Enineering). Trong vài chục năm trở lại đây với sự phát triển với sự phát triển của công nghệ, xuất hiện một dạng sản xuất theo một chu trình mới, đi ngược với sản xuất truyền thống, đó là chế tạo sản phẩm theo hoặc dựa trên một sản phẩm có sẵn. Quy trình này gọi là công nghệ thiết kế ngược (Reverse Engineering) hay cũng được hiểu là công nghệ chép mẫu hay công nghệ chế tạo ngược. Công nghệ này ra đời dựa trên nhu cầu sản xuất thực tế, đôi khi người ta cần chế tạo sản phẩm theo những mẫu có sẵn mà chưa (hoặc không) có mô hình CAD tương ứng như các chi tiết không rõ xuất xứ, những phù điêu, bộ phận cơ thể con người, động vật. Hay đơn giản chỉ là sao chép lại kết quả của những sản phẩm đã khẳng định tên tuổi trên thị trường (để giảm chi phí chế tạo mẫu) hoặc để cải tiến sản phẩm đó theo hướng mới. Để tạo được mẫu của những sản phẩm này, trước đây người ta phải đo đạc rồi vã 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. Ngày nay người ta đã sử dụng máy quét hình để số hóa hình dáng của chi tiết sau đó các phần mềm CAD/CAM chuyên dụng để 19 Ứng dụng Scan 3D trong thiết kế ngược xử lý dữ liệu số hóa cuối cùng sẽ tạo ra được mô hình CAD 3D cho chi tiết với độ chính xác cao. Mô hình CAD này cũng có thể chỉnh sửa nếu cần. Trên phạm vi rộng công nghệ thiết kế ngược được định nghĩa là hoạt động bao gồm các bước phân tích để lấy thông tin về sản phẩm đã có sẵn (bao gồm thông tin về chức năng các bộ phận, đặc điểm về kết cấu hình học, vật liệu, tính công nghệ) sau đó tiến hành khôi phục lại mô hình CAD cho chi tiết hoặc phát triển thành sản phẩm mới, sử dụng CAD/RP/CNC để chế tạo sản phẩm. Công nghệ thiết kế ngược đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như hóa học, điện tử, xây dựng, cơ khí, y học, nghệ thuật. Ví dụ trong xây dựng, chúng ta luôn học hỏi kỹ thuật thiết kế cũng như thi công của những công trình hoàn thiện (Succeessful building/brige) của thế giới để giảm thiểu những sai sót. Giảm thời gian thiết kế và tăng thêm những ưu việt cho những công trình của mình. Trong lĩnh vực cơ khí chế tạo, công nghệ thiết kế ngược 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 bị mất hay không rõ dàng. Sản phẩm mới được tạo ra trên cơ sở khôi phục nguyên vẹn hoặc phát triển lên từ thực thể ban đầu. Từ khi ra đời vào những năm 90 của thế kỷ trước, công nghệ thiết kế ngược ( Reverse Engineering) đã được nghiên cứu, áp dụng trong nhiều lĩnh vực phát triển nhanh sản phẩm, đặc biệt là trong lĩnh vực thiết kế mô hình 3D từ mô hình đã có sẵn nhờ sự trợ giúp của máy tính. Kỹ thuật thiết kế ngược ngày càng phát triển theo sự phát tiển của các phần mềm CAD/CAM. Nó luôn được quan tâm và cũng liên tục được cải tiến để đáp ứng để đáp ứng nhu cầu của xã hội trên nhiều lĩnh vực sản xuất. RE trở thành 1 bộ phận quan trọng của sản xuất hiện tại. Đã có nhiều công ty của nhiều quốc gia ứng dụng hiệu quả và rất thành công công nghệ này. Có thể thấy Trung Quốc là một điển hình. Nhiều sản phẩm như xe máy, ô tô, máy móc hàng loạt đồ gia dụng, đồ chơi đã được sản xuất dựa trên sự sao chép các mẫu có sẵn trên thị trường của các hãng nổi tiếng của Nhật, Hàn Quốc như Honda, Misubishi, Toyota. (Hình 1.1 là một ví dụ minh họa) 20