Trang 12 Chương 1TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC1.1 Công nghệ thiết kế ngượcTừ những năm cuối của thế kỷ XX công nghệ thiết kế ngược đã được nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực p
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC
Công nghệ thiết kế ngược
Hình 1.1 Một số sản phẩm ứng dụng công nghệ thiết kế ngược
Trong công nghệ chế tạo truyền thống, quá trình sản xuất sản phẩm bắt đầu từ việc thiết kế mô hình CAD và gia công trên máy công cụ Tuy nhiên, trong thực tế, có những trường hợp cần chế tạo sản phẩm dựa trên mẫu có sẵn mà không có mô hình CAD tương ứng.
- Các tác phẩm đồ cổ
- Những chi tiết đã ngừng sản xuất từ lâu
- Những chi tiết không rõ nguồn gốc xuất xứ
- Những tác phẩm điêu khắc
- Những chi tiết phức tạp
Các bộ phận trong cơ thể con người và động vật được sử dụng trong kỹ thuật cấy ghép Trước đây, để tạo mẫu cho các sản phẩm này, người ta thường sử dụng phương pháp đo đạc, vẽ phác thảo hoặc dùng sáp, thạch cao để in mẫu Tuy nhiên, những phương pháp này có độ chính xác thấp, tốn nhiều thời gian và công sức, đặc biệt là với những chi tiết có hình dáng hình học phức tạp.
Với sự phát triển của công nghệ hiện đại, máy quét hình và máy đo 3 chiều CMM đã trở thành công cụ quan trọng trong việc quét hình sản phẩm Sau khi quét, các phần mềm chuyên dụng được sử dụng để phân tích và xử lý dữ liệu, giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong sản xuất.
CAD/CAM chuyên dụng cho việc xử lý dữ liệu quét, giúp tạo ra mô hình CAD 3D với độ chính xác cao, dưới dạng khối hoặc bề mặt.
Công nghệ CAD 3D cho phép chỉnh sửa linh hoạt và đa dạng, không chỉ trong thiết kế và chế tạo sản phẩm mà còn hỗ trợ nhiều ứng dụng khác nhau trong thiết kế ngược.
Đánh giá chất lượng sản phẩm thông qua việc so sánh mô hình CAD thu được sau khi quét với sản phẩm thực tế, từ đó điều chỉnh mô hình hoặc các thông số công nghệ nhằm tạo ra sản phẩm đáp ứng yêu cầu.
Mô hình CAD thu được từ quá trình quét có thể được sử dụng như một mô hình trung gian trong thiết kế sản phẩm Quá trình này bao gồm việc tạo mô hình thủ công bằng các vật liệu như đất sét, thạch cao, hoặc sáp, hoặc sử dụng máy tạo mẫu nhanh Sau khi hoàn thành, mô hình sẽ được quét lại để tạo ra một mô hình CAD mới, cho phép chỉnh sửa theo nhu cầu thiết kế.
CAD/CAM/CAE
Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, CAD/CAM/CAE đã trở thành công cụ thiết yếu trong ngành công nghiệp, hỗ trợ các nhà thiết kế và chế tạo sản phẩm trong việc phân tích, đánh giá và tối ưu hóa mẫu mã cũng như phương án gia công Đặc biệt, trong công nghệ thiết kế ngược, việc xử lý dữ liệu sau khi quét và xây dựng mô hình 3D không thể thiếu sự hỗ trợ của phần mềm CAD/CAM.
Khái niệm CAD/CAM đã tồn tại từ lâu và đang tiếp tục phát triển Ban đầu, CAD và CAM được sử dụng độc lập để thiết kế bản vẽ và lập trình bộ phận với sự hỗ trợ của máy tính Gần đây, hai khái niệm này đã được kết hợp để tạo ra phương pháp tích hợp CAD/CAM, giúp tối ưu hóa toàn bộ quá trình sản xuất từ thiết kế đến sản xuất Trong giai đoạn thiết kế, CAD/CAM bao gồm các hoạt động liên quan đến dữ liệu kỹ thuật như bản vẽ, mô hình, phần tử hữu hạn, và kế hoạch NC Trong sản xuất, các ứng dụng máy tính hỗ trợ lập kế hoạch quy trình, điều độ sản xuất, NC, CNC, quản lý chất lượng và lắp ráp.
CAD là hoạt động thiết kế sử dụng máy tính để tạo, sửa chữa hoặc trình bày thiết kế kỹ thuật, có mối liên hệ chặt chẽ với hệ thống đồ họa máy tính Việc sử dụng CAD mang lại nhiều lợi ích, bao gồm tăng hiệu quả làm việc cho người thiết kế, cải thiện chất lượng thiết kế và trình bày, cũng như tạo cơ sở dữ liệu cho sản xuất Quy trình thiết kế với CAD bao gồm các bước: tổng hợp để xây dựng mô hình động học, phân tích tối ưu hóa kỹ thuật, và tự động ra bản vẽ để trình bày thiết kế.
Mô hình hình học trong CAD cho phép người dùng xây dựng và biểu diễn toán học các đối tượng một cách trực quan Người sử dụng có thể thao tác trên mô hình như biến dạng, phóng to, thu nhỏ hoặc tạo ra mô hình mới dựa trên mô hình cũ Điều này giúp thiết kế và thay đổi chi tiết một cách linh hoạt CAD hỗ trợ nhiều dạng mô hình, từ 2D đến 3D, giúp người dùng quan sát đối tượng từ nhiều góc độ khác nhau, thực hiện phân tích kỹ thuật về sức căng, lý hoá và nhiệt độ.
Mô hình sử dụng các dạng đường để minh họa vật thể có những hạn chế đáng kể, bao gồm việc không phân biệt được giữa các nét thấy và nét khuất, không nhận diện được các đường cong, và thiếu khả năng kiểm tra va chạm giữa các chi tiết Hơn nữa, mô hình này cũng gặp khó khăn trong việc tính toán các đặc tính vật lý của vật thể.
39TU Mô hình bề mặt
Mô hình 39T được xây dựng từ các điểm, đường và bề mặt, cho phép nhận biết và hiển thị các dạng đường cong phức tạp Nó có khả năng nhận diện bề mặt và cung cấp mô hình 3D với bề mặt bóng, đồng thời hiển thị tốt mô phỏng quỹ đạo chuyển động, như chuyển động của dụng cụ cắt trong máy công cụ hoặc chuyển động của các robot.
39TU Mô hình khối đặc
Mô tả hình dạng toàn khối của vật thể một cách rõ ràng và chính xác
Mô hình này mô tả các đường thấy và đường khuất của vật thể, hỗ trợ hiệu quả trong việc lắp ráp các phần tử phức tạp Nó còn có khả năng tạo mảng màu và độ bóng bề mặt, đồng thời cho phép người sử dụng kết hợp với các phần mềm chuyên dụng khác để biểu diễn mô hình và tạo ra hình ảnh sống động cho vật thể.
39TU Phân tích kỹ thuật mô hình
Sau khi hoàn thiện phương án thiết kế, mô hình CAD sẽ hỗ trợ việc biểu diễn các đặc tính của chi tiết thực tế Ví dụ, việc phân tích mô hình bao gồm tính toán các đặc tính vật lý như khối lượng, diện tích bề mặt, thể tích và trọng tâm Ngoài ra, phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng để tính toán sức căng và độ truyền nhiệt.
39TU Đánh giá thiết kế
Đánh giá thiết kế bao gồm việc tự động xác định kích thước chính xác và khả năng tương tác giữa các bộ phận Điều này rất quan trọng trong thiết kế lắp ráp để tránh việc hai chi tiết chiếm cùng một không gian Ngoài ra, việc kiểm tra động học cũng cần thiết, đòi hỏi khả năng mô phỏng các chuyển động trong CAD.
39TU Tự động phác thảo bản vẽ
Lĩnh vực hỗ trợ quan trọng thứ tư của CAD là khả năng tự động tạo ra các bản vẽ với độ chính xác cao và nhanh chóng, điều này đóng vai trò thiết yếu trong quá trình thiết kế và lập hồ sơ thiết kế.
39TNgày nay CAD được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khác nhau:
Cơ khí, xây dựng, kiến trúc, điện điện tử, y học, dệt may, thiết kế nhạc cụ -
39TỞ Việt Nam trong lĩnh vực cơ khí các phần mềm CAD phổ biến được sử dụng hiện nay là Autocad, Mechanical Destop, Inventor, Solidworks, Catia, Pro/Engineer
39TCAM là việc áp dụng công nghệ máy tính để lập kế hoạch, quản lý và điều khiển quy trình sản xuất Các ứng dụng của CAM được phân chia thành hai loại chính: lập kế hoạch sản xuất và điều khiển sản xuất.
39T- Lập kế hoạch sản xuất
Các hệ thống dữ liệu gia công máy tính hóa yêu cầu phát triển các chương trình máy tính để xác định điều kiện cắt tối ưu cho từng loại nguyên vật liệu Những tính toán này dựa trên dữ liệu thu thập từ thực nghiệm hoặc các tính toán lý thuyết liên quan đến tuổi thọ của dao trong các điều kiện cắt gọt khác nhau.
Lập trình cho máy công cụ là một công việc phức tạp và tốn thời gian, đặc biệt khi xử lý các chi tiết có hình dạng hình học phức tạp Việc sử dụng các phần post processor giúp thay thế lập trình thủ công, mang lại hiệu quả cao hơn Hệ thống CAM có khả năng tạo ra chương trình gia công tự động, cung cấp các lệnh điều khiển cho máy công cụ một cách chính xác và hiệu quả hơn so với phương pháp lập trình bằng tay.
CNC (Computer Numerical Control)
Với sự phát triển của khoa học công nghệ, đặc biệt trong lĩnh vực điều khiển số và tin học, các nhà chế tạo máy đã ứng dụng hệ thống điều khiển tin cậy hơn, với tốc độ xử lý nhanh và giá thành thấp cho máy cắt kim loại Điều khiển số với sự hỗ trợ của máy tính (CNC) đã trở thành một bước tiến quan trọng trong công nghệ chế tạo máy Trong quá trình chế tạo, gia công chi tiết đóng vai trò quyết định đến chất lượng và giá thành sản phẩm.
Một trong những thành tựu quan trọng nhất của tiến bộ khoa học - kỹ thuật là tự động hóa sản xuất, đặc biệt là sản xuất linh hoạt thông qua dây chuyền mềm Trong hệ thống này, máy công cụ điều khiển số CNC đóng vai trò quan trọng, giúp giảm khối lượng gia công, nâng cao độ chính xác và hiệu quả kinh tế, đồng thời rút ngắn chu kỳ sản xuất Do đó, nhiều quốc gia trên thế giới đã và đang ứng dụng rộng rãi máy công cụ điều khiển số trong lĩnh vực cơ khí chế tạo.
Trong môi trường sản xuất hiện đại, việc kết hợp các máy CNC thành một tổ hợp giúp tối ưu hóa hiệu quả, cho phép thực hiện nhiều thao tác trên một bộ phận Máy CNC hiện nay được điều khiển trực tiếp từ các bản vẽ thiết kế trong phần mềm CAM, giúp chuyển đổi nhanh chóng từ thiết kế sang sản xuất mà không cần bản vẽ in từng chi tiết CNC có thể được xem như các phân đoạn của hệ thống robot công nghiệp, được thiết kế để thực hiện nhiều thao tác trong quy trình sản xuất.
Hiện nay, máy công cụ điều khiển số CNC đang được sử dụng phổ biến tại Việt Nam để chế tạo các chi tiết cơ khí, đặc biệt là khuôn mẫu chính xác và chi tiết vũ khí phục vụ cho ngành công nghiệp quốc phòng Bên cạnh đó, máy CNC cũng được ứng dụng trong đào tạo nghề, nhằm cung cấp nguồn nhân lực chất lượng cao cho sản xuất trong tương lai.
Hình 1.4 M ối quan hệ giữa CAD/CAM và CNC
Công nghệ thiết kế ngược đang trở nên phổ biến ở Việt Nam và trên thế giới nhờ xu hướng sản xuất tự động hóa Các máy CNC được liên kết để hình thành mạng lưới sản xuất linh hoạt FMS Sự hỗ trợ từ các phần mềm CAD/CAM/CAE đã làm cho công nghệ CNC trở nên linh hoạt, giúp doanh nghiệp thích ứng nhanh chóng với những thay đổi liên tục về mẫu mã và chủng loại sản phẩm từ khách hàng.
Chương 2CÁC THIẾT BỊ VÀ PHẦN MỀM SỬ DỤNG TRONG
Các thiết bị sử dụng trong công nghệ thiết kế ngược
Trong công nghệ thiết kế ngược, thu thập dữ liệu về hình dáng hình học của sản phẩm là công việc quan trọng nhất Để có được các dữ liệu này, cần phải sử dụng các thiết bị lấy dữ liệu về hình dáng hình học, và với công nghệ hiện đại, công nghệ quét hình dạng sản phẩm được áp dụng rộng rãi Công nghệ quét hình dạng này bao gồm hai phương pháp chính là phương pháp quang học và phương pháp cơ học, mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và ứng dụng riêng trong thiết kế ngược.
2.1.1 Các thiết bị dùng phương pháp quang học
Phương pháp quang học sử dụng ánh sáng laser hoặc ánh sáng trắng để quét bề mặt vật thể Cả hai thiết bị này đều áp dụng phương pháp quét không tiếp xúc, mang lại độ chính xác cao trong việc thu thập dữ liệu.
Laser, viết tắt của "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", có nghĩa là khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức Đây là loại ánh sáng đặc biệt, thuộc sóng điện từ trong dãy ánh sáng nhìn thấy Chùm tia laser có đặc điểm là ánh sáng đơn sắc với bước sóng xác định và góc phân kỳ rất nhỏ, trong đó bước sóng phụ thuộc vào vật liệu phát ra tia laser.
Máy quét laser có khả năng đo các vật thể từ khoảng cách gần đến 35 mét, với độ chính xác lên tới 25 micron ở khoảng cách 5 mét Thiết bị này thu thập dữ liệu tọa độ nhanh chóng và dễ dàng vận hành Đặc biệt, máy quét laser rất hiệu quả trong việc đo đạc các vật thể lớn như ô tô và xe máy.
Máy quét laser hoạt động bằng cách phát tia laser tới mục tiêu có tính phản hồi, với ánh sáng phản hồi quay trở lại thiết bị đo Hình dạng của vật thể được ghi lại thông qua việc dịch chuyển đầu đo hoặc quay vật thể trong chùm ánh sáng Độ chính xác và tốc độ đo của máy quét laser vượt trội so với các thiết bị đo tọa độ khác, cho phép người sử dụng thực hiện các phép đo nhanh chóng và hiệu quả Phần mềm quét phân tích dữ liệu và hiển thị kết quả dưới nhiều định dạng khác nhau Độ nhạy của thiết bị là yếu tố quyết định độ chính xác, và máy quét 3D bằng laser được sử dụng phổ biến vì không gây ảnh hưởng đến sức khỏe hay ô nhiễm môi trường khi quét trên cơ thể sống.
UMáy quét laser Handy Scan
Máy quét laser Handy Scan và thiết bị quét ATOS sử dụng ánh sáng whitelight để quét các đối tượng lớn và nhỏ một cách hiệu quả Quá trình số hoá thành file 3D diễn ra nhanh chóng, cho phép đối tượng quét có thể được cầm nắm và di chuyển tự do mà vẫn đạt độ chính xác cao Điều này giúp quét được những đối tượng có kích thước lớn và độ phức tạp cao, như các chi tiết của máy bay và tàu thuỷ.
Thông số kỹ thuật cơ bản của máy Handy Scan
Kích thước bao 172 x 260 x 216 mm (6.75 x 10.2 x 8.5 in) Đại lượng đo 25,000 measures/s
Lo i ạ tia las er II ( đảm bảo độ an toàn cho m t) ắ Độ chớnh xỏc Đến 40 àm Độ phân gi i theo tr c Z 0,05 mm ả ụ
ISO 20 àm + 0,1 L/100 Độ sâu của trường nhìn 30 cm (12 in)
U Thiết bị quét 3D tốc độ cao ATOS I
Hình 2 Máy quét 2 tốc độ cao ATOS I
Máy scan ATOS sử dụng nguyên lý đo đạc tam giác, với đầu project phát ra vân sáng trắng đen chiếu lên vật thể Hai camera ghi lại ánh sáng phản xạ, từ đó phần mềm tính toán và tái tạo bề mặt 3D dưới dạng lưới tam giác Dữ liệu quét có thể xuất sang nhiều định dạng khác nhau Trong quá trình quét, các thông số như rung động, cường độ ánh sáng và tình trạng đầu project được quản lý và điều chỉnh bằng phần mềm Chỉ trong khoảng 1,3 giây, hai camera của ATOS thu được toàn bộ vân sáng phản xạ, cho phép máy scan dữ liệu nhanh chóng và chính xác các kích thước của sản phẩm.
Thông số kỹ thuật cơ bản của máy ATOS
Cấu hình hệ thống ATOS I
S ố điểm đo trong một lần scan 2 triệu điểm
Khoảng cách từ máy đến sản phẩm 700 mm
Thể tích đo nhỏ nh t ấ 40 x 30 x 30 mm
Thể tích đo lớn nh t ấ 1000 x 800 x 800 mm
Kho ng ả cách giữa các điểm đo 0,06 – 0,25 mm
UMáy quét se 3D Vivid 910 la r
Thiết bị quét 3D Vivid 910 là sản phẩm nổi bật của hãng Konica Minolta (Nhật Bản) Hệ thống máy Vivid 910 bao gồm: hố quay 3D, máy tính điều khiển, bệ xoay, các ống kính quang học, thành phần và các phụ tùng khác như bộ nguồn, cáp tín hiệu và bộ điều khiển bàn xoay.
Hình 2.3 Máy quét se 3D Vivid 910 la r
Vivid 910 được trang bị 3 ngưỡng khối lượng các yếu tố chính cho phép chụp ảnh 3D với kích thước vật thể lên tới 640x480 mm Đây là kích thước tối đa cho một lần chụp Thiết bị có khả năng điều chỉnh chụp từng phần, giúp ghép ảnh hiệu quả, đồng thời tối ưu hóa kích thước và độ chính xác của hình ảnh.
Thông s và kí hi u c a 3 ố ệ ủ thấu k h máy quét laser 3D Vivid 910 ín
Thấu kính Kích thước vật đo (mm)
Phạm vi đo tốt nhất (mm)
Kí hiệu (Tiêucự: f) Đo gần Đo xa
TELE 200x150 600 1200 S (f 25 mm) MIDDLE 400x300 1200 2500 M (f 14 mm) WIDE 640x480 >2000 L (f = 8 mm)
2.1.1.2 Thiết bị quét dùng ánh sáng trắng
Máy quét COMET 250 là thiết bị phổ biến trong phương pháp quét 3D Sử dụng phép đo tam giác với ánh sáng trắng, hệ thống này phù hợp cho các bộ phận nhỏ cần độ chính xác cao, như các tác phẩm điêu khắc Với kỹ thuật chiếu sáng giao thoa, COMET tạo ra đám mây dữ liệu dày đặc và chính xác, giúp dễ dàng tạo ra mô hình 3D của vật thể.
COMET thực hiện số hóa bề mặt hình học theo từng khu vực nhỏ, với các vùng dữ liệu có mật độ cao được sắp xếp theo hàng Nhờ áp dụng nhiều kỹ thuật khác nhau, hệ thống này trở nên linh hoạt và hiệu quả hơn trong việc xử lý dữ liệu.
Hình 2.4 Hệ thống đo COMET
Phần mềm này có chức năng xử lý đám mây điểm nhanh chóng, tạo mẫu đa giác, tái tạo bề mặt và sắp xếp thiết kế bằng máy tính Ngoài ra, nó còn hỗ trợ báo cáo biểu mầu và nhập dữ liệu cho mọi hệ thống CAD.
Hình 2.5 Nguyên lý nhận điểm
Quá trình quét bằng tia laser hoặc ánh sáng trắng dựa trên nguyên lý tam giác, trong đó nguồn sáng ở đáy chiếu một điểm vào tầm quan sát của máy quay ở đỉnh Vì góc và khoảng cách giữa nguồn sáng và máy quay là cố định, hướng tia sáng cũng được xác định, nên kích thước bề mặt ánh sáng có thể tính toán được Nếu cửa xe di chuyển gần hơn, máy quay sẽ ghi nhận điểm đánh dấu ở vị trí thấp hơn, dẫn đến độ dày tính toán được sẽ lớn hơn.
Hệ thống số hóa 3 chiều COMET 250 có kích thước chiếu là 230x180x250 mm và độ chính xác lên tới +/-0,06mm Trong mỗi lần chiếu, hệ thống có khả năng đo 420.000 điểm chỉ trong 30 giây Đối với các vật thể lớn hoặc có hình dạng phức tạp, cần thực hiện nhiều lần chiếu để đảm bảo tất cả các bề mặt được đo đầy đủ Không có giới hạn về số lần chiếu cũng như các khu vực đo, cho phép sắp xếp tổng thể các vùng được số hóa một cách linh hoạt.
COMET số hóa các bề mặt hình học theo từng vùng nhỏ, tạo ra một hệ thống linh hoạt với các vùng dữ liệu cao được sắp xếp theo nhiều kỹ thuật khác nhau Sau khi quét, phần mềm COMET tổng hợp các vùng này để hình thành một dải mây điểm 3 chiều không cố định, có thể chứa hàng triệu điểm Tọa độ của các điểm này được tính toán, tạo ra một đám mây điểm dày đặc với nhiều đường và mô hình đa giác Định dạng xuất ra bao gồm AC, ASCII, TXT, DXF, VDA, IGES, OBJ và STL, đồng thời phần mềm còn hỗ trợ sắp xếp các đám mây điểm cho mô hình CAD và các tính toán phục vụ báo cáo về biểu màu.
U Sự khác nhau giữa hệ thống dùng ánh sáng trắng và hệ thống dùng laser
Các phần mềm sử dụng trong công nghệ thiết kế ngược để sử lý dữ liệu
dữ liệu sau khi quétvà lập trình gia công
2.2.1 Phần mềm Geomagic studio Đây là một trong các phần mềm sử lý dữ liệu nhanh chóng và rất tiện lợi đựơc dùng nhiều trong các công ty thiết kế chuyên nghiệp, là hệ thống thiết kế cơ khí dẫn đầu trong nghành công nghiệp với những công cụ vượt trội để tạo 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 phần mềm hàng đầu trong việc chỉnh sửa và tái tạo các kiểu CAD từ dữ liệu quét 3D Phần mềm này cho phép tạo ra đầy đủ các tham số của vật thể và bề mặt khuôn mẫu từ dữ liệu quét 3D, với giao diện mạng lưới đa giác tốt nhất Sự kết hợp giữa công nghệ quét 3D và Geomagic Studio mang lại hiệu quả cao nhất cho các nhà sản xuất.
Bắt đầu từ mô hình thật với Geomagic Studio giúp rút ngắn quy trình thiết kế mà không cần nhập kích thước và hình dáng Công cụ này là đòn bẩy hiệu quả cho việc chuẩn bị mô hình phân tích, mô hình CAD và các ứng dụng khác.
Geomagic Studio giúp tạo bề mặt phức tạp nhanh chóng và hiệu quả, khắc phục nhược điểm của các công cụ CAD truyền thống Bằng cách sử dụng dữ liệu quét ba chiều từ bề mặt vật thật, phần mềm tự động tạo ra bề mặt, tiết kiệm thời gian và công sức Ngoài ra, các công cụ hiệu chỉnh nâng cao của Geomagic Studio cho phép xử lý mô hình số hoá một cách tối ưu hơn.
Kết nối giữa mô hình số và thực tế là điều cần thiết trong thiết kế, giúp đảm bảo rằng mô hình số phản ánh chính xác thực tế Geomagic Studio hỗ trợ quy trình này, giảm thiểu sự thay đổi trong thiết kế ngay cả khi sản phẩm đã được đưa vào sử dụng.
Sử dụng công nghệ Geomagic Studio để tạo mô hình từ vật thật giúp nâng cao hiệu quả phân tích tính toán so với các công cụ tính toán động lực học chất lưu và phần tử hữu hạn dựa trên mô hình CAD Điều này cho thấy rằng mô hình CAD hoàn thiện không luôn phản ánh chính xác toàn bộ quá trình, và việc áp dụng công nghệ mới có thể cải thiện độ chính xác trong phân tích.
Với mođun Fashion, người dùng có thể tập trung vào việc thiết kế lại, giúp đạt được độ chính xác cao hơn và dễ dàng xây dựng lại bề mặt.
Phần mềm tự động nhận diện và phân tích các bề mặt khác nhau, từ đó tạo ra các bề mặt cong ba chiều phức tạp Việc phân tích bề mặt và đường cong giúp giảm đáng kể thời gian tạo định dạng ban đầu, cho phép người dùng tập trung vào các tính năng quan trọng khác.
UQuy trình xử lý dữ liệu quét của Geomagic studio:
Hình 2.11 Quy trình xử lý dữ liệu quét
Dụng cụ tạo mô hình này tương thích hoàn hảo với các ứng dụng CAD, mang đến hỗ trợ thiết kế hiệu quả và nhiều tính năng vượt trội.
- Các đặc trưng của Geomagic studio:
+ Tự động làm sạch và nối mạng lưới
+ Liên kết tự động với dụng cụ liên kết thông minh
+ Vận hành mạng lưới với cấp độ tốt nhất
+ Kiểm soát độ phân giải và độ mịn của chi tiết
- Sự đồng bộ hoá quét tới CAD:
+ Cập nhật các mô hình CAD gốc để xây dựng lại chi tiết
+ Nhập dữ liệu quét vào các định dạng file CAD khác nhau
+ Tự động nhập các định dạng file CAD
+ Lặp lại kiểu CAD theo kiểu mạng lưới
+ Thiết kế lại trong vùng cho phép
- Thiết kế từ dữ liệu quét 3D:
+ Thực hiện nhiều thao tác với dữ liệu quét 3D
+ Tạo các kiểu CAD với tham số từ dữ liêu quét 3D
+ Gửi đầy đủ các mô hình cơ sở từ nhiều hệ thống khác nhau
+ Đạt được mục đích thiết kế và xác định các tham số thiết kế
+ Tham số hoá các mô hình CAD từ dữ liệu quét 3D
Ngoài ra Geomagic studio còn một số các ưu điểm nổi bật khác như:
Phần mềm này sở hữu giao diện đẹp và thân thiện, cho phép người dùng thiết kế nhanh chóng hơn so với các phần mềm khác nhờ vào việc sắp xếp và bố trí các thanh công cụ một cách hợp lý và có hệ thống.
RapidformXOR là phần mềm phổ biến trong công nghệ thiết kế ngược, cho phép tạo mô hình tham số từ dữ liệu quét một cách hiệu quả Phần mềm này giúp người thiết kế ghi chú và xác định các tham số thiết kế cho các chi tiết thực tế, bao gồm cả hình trụ và bề mặt cong tự do Với các mô hình CAD được tạo ra trong RapidformXOR, người thiết kế và kỹ sư có thể điều chỉnh các chi tiết của sản phẩm để hoàn thiện mô hình một cách dễ dàng và chính xác.
- Quét 3D/STL dạng lưới tam giác hoặc mô hình lưới đa diện
- Chia miền: ự động hoặc tác động chia mô hình lưới thành các miền T trên cơ sở các vùng feature.
- Căn chỉnh: ìm ra các hệ toạ độ chính của mô hình T
- Làm sạch lưới: àm sạch các khuyết tật và tạo các mô hình lưới kín L
- Khai triển thông số thiết kế: Nhận dạng và định nghĩa các tham số mô hình hoá feature
- Mô hình hoá feature: Thiết kế mô hình CAD bằng việc xây dựng các feature tham số từ mô hình lưới
Công cụ phân tích độ chính xác (Accuracy Analyzer) giúp kiểm tra và phân tích sai số trong toàn bộ quy trình thiết kế, đảm bảo rằng mô hình CAD luôn nằm trong giới hạn dung sai cho phép.
Điều chỉnh bề mặt trên lưới giúp tự động tạo ra các bề mặt chất lượng cao một cách nhanh chóng và chính xác Với tính năng bề mặt NURES, người dùng có thể định nghĩa lưới đường cong để đạt được kết quả tối ưu.
- Mô hình hoá và tối ưu hoá lưới: ạo các mô hình lưới tối ưu cho T CAE, tạo mẫu nhanh hoặc sản xuất
U Xuất dữ liệu gia công:
Chuyển đổi dữ liệu sang các hệ CAD cho phép xuất các mô hình solid tham số sang nhiều ứng dụng CAD khác nhau, đồng thời giữ nguyên đầy đủ lịch sử mô hình hóa.
- Tương thích với tất cả các hệ CAD lớn bao gồm CATiA, Pro/E, USG, Solidworks…
- Xuất dữ liệu ra máy gia công như: Máy gia công, máy in 3D, tạo mẫu nhanh
- Các định dạng file hỗ trợ: XRL, XDL, MDL, FCS, iCF, RPS, STL, OBJ, PLY, 3DS, WRL (VRML), iGES, STEP, VDAS, file mô hình của Parasolid (X_T, X_B)
- Tự động chỉnh sửa và làm sạch
- Chỉnh sửa mặt lưới nâng cao
- Các công cụ chỉnh sửa và làm sạch chuyên nghiệp và dễ sử dụng
- Căn chỉnh dữ liệu scan 3D sang hệ toạ độ thiết kế lý tưởng
Các công cụ thiết lập hệ tọa độ có khả năng tương tác cao, cho phép xây dựng các đối tượng chuẩn và hệ tọa độ tham chiếu một cách nhanh chóng và chính xác.
- Tối ưu hoá các dữ liệu lưới nhanh chóng cho các hướng sử dụng RP, CAM và CAE
- Điều khiển độ phân giải chi tiết (giảm đi và chia nhỏ)
- Điều khiển độ trơn nhẵn của mặt lưới (toàn bộ và từng vùng)
- Tự động chia lại lưới cho mô hình của chức năng CAE
- Nâng cao khả năng mô hình hoá và tối ưu hoá dữ liệu lưới
- Các công cụ chưa từng thấy để rút ra các tham số thiết kế từ dữ liệu scan 3D
- Sử dụng lưới như là các tham số thiết kế ngược
- Tự động chia vùng lưới
Thiết kế, chế tạo chi tiết vũ khí ứng dụng công nghệ thiết kế ngược
Công nghệ thiết kế ngược đã được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực quân sự, không chỉ giúp rút ngắn thời gian phát triển và cải tiến sản phẩm, mà còn là phương thức hiệu quả để tận dụng thiết kế của đối phương trong việc chế tạo vũ khí, từ đó giảm thiểu chi phí nghiên cứu Mỹ và Israel dẫn đầu trong lĩnh vực này, tiếp theo là Nga và Trung Quốc Tại Việt Nam, phần lớn vũ khí hiện có đều do Liên Xô cũ và Trung Quốc viện trợ, và việc tái tạo một số chi tiết là cần thiết do thiếu tài liệu thiết kế ban đầu Đồng thời, nhu cầu thiết kế và chế tạo vũ khí tân tiến ngày càng cấp thiết Việc tiếp cận công nghệ mới để tận dụng kết quả nghiên cứu từ các quốc gia khác là giải pháp hợp lý, do đó, nghiên cứu ứng dụng công nghệ thiết kế ngược trong chế tạo vũ khí là cần thiết để sửa chữa và cải tiến trang bị quân sự.
Dưới đây trình bày ví dụ về ứng dụng công nghệ thiết kế ngược trong thiết kế chế tạo chi tiết thân tay cò súng chống tăng B41.
Việc ứng dụng công nghệ thiết kế ngược yêu cầu sử dụng các chi tiết mẫu đã có sẵn hoặc mô hình mẫu Dưới đây là thông tin chi tiết về việc cần thiết kế lại mẫu thân tay cò súng chống tăng B41.
Hình 3.1 Chi tiết mẫu thân tay cò súng chống tăng B41
Qui trình thiết kế ngược bao gồm các giai đoạn sau:
- U Giai đoạn quét hình lấy dữ liệu từ chi tiết mẫu: U Tiến hành quét chi tiết mẫu lấy được dữ liệu là một file dữ liệu điểm.
Hình 3.2 Dữ ệ li u quét của thân tay cò súng chống tăng B41
Dữ liệu sau khi quét gồm tập các điểm (đám mây điểm) Đám mây điểm này phải được chuyển sang dạng lưới tam giác để xây dựng mặt.
Giai đoạn chỉnh sửa dữ liệu quét bao gồm việc sửa lỗi, vá lưới và tối ưu hóa lưới Quá trình này cũng liên quan đến việc phân vùng và tạo ra các bề mặt 3D hoàn chỉnh cho chi tiết.
Hình 3.3 Sửa lỗi dữ ệ li u quét
Hình 3.4 Vá lưới và tối ư u hóa lưới
Hình 3.5 Phân vùng dữ uliệ
Hình 3.6 Tạo các surfaces v dà ựng hình
Sau khi chỉnh sửa hoàn thiện các dữ liệu quét ta sẽ nhận được mô hình 3D của chi tiết thân tay cò súng chống tăng B41 hoàn chỉnh.
Hình 3.7 ô hìnhM 3D của chi tiết thân tay cò súng chống tăng B41
PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC SẢN PHẨM ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC
Sai số trong giai đoạn quét thu thập dữ liệu
Trong giai đoạn quét, máy quét có nhiệm vụ thu thập dữ liệu chi tiết mẫu, bao gồm hình dáng hình học và kích thước Máy quét laser hoạt động dựa trên nguyên lý nhận ánh sáng phản xạ khi tia laser chiếu vào chi tiết mẫu mà không tiếp xúc trực tiếp.
Khi điều kiện ánh sáng, khoảng cách từ máy đến chi tiết mẫu, màu sắc và độ lớn của chi tiết thay đổi, kết quả đo sẽ khác nhau Ngoài ra, thiết bị quét cũng có sai số do quá trình chế tạo và lắp ráp, cùng với các linh kiện của máy Những sai số này rất khó xác định một cách chính xác và cụ thể.
Sai số trong giai đoạn xử lý dữ liệu quét
Trong giai đoạn quét dữ liệu, chúng ta thu được tập hợp đám mây điểm, nhưng dữ liệu này chưa đủ để tái tạo bề mặt chi tiết Để xây dựng bề mặt hoàn chỉnh, cần xử lý lại dữ liệu quét, trong đó có thể phát sinh sai số do việc điều chỉnh các phần dữ liệu chưa thu thập đầy đủ Sai số cũng có thể xuất hiện do trình độ và kinh nghiệm của người thiết kế trong việc xử lý dữ liệu Để giảm thiểu sai số trong giai đoạn này, cần tăng mật độ đám mây điểm bằng cách thực hiện nhiều lần quét, giúp lấp đầy các phần còn thiếu từ các lần quét trước, đồng thời sử dụng người thiết kế có đủ trình độ và kinh nghiệm trong xử lý dữ liệu quét.
Sai số trong giai đoạn gia công cơ
Sai số trong giai đoạn gia công trên máy CNC rất nhỏ và phụ thuộc vào độ chính xác của từng máy Các sai số này bao gồm sai số của hệ thống công nghệ như máy, dao và phôi Mặc dù sai số này nhỏ, nhưng nó vẫn ảnh hưởng đến độ chính xác của sản phẩm thiết kế ngược Để khống chế sai số, cần điều chỉnh chính xác hệ thống công nghệ.
Trong khuôn khổ luận văn, tác giả tiến hành đánh giá sai số của sản phẩm thiết kế ngược bằng cách so sánh sản phẩm ứng dụng với chi tiết mẫu dựa trên các kích thước tương ứng Qua những so sánh này, độ chính xác của sản phẩm khi áp dụng công nghệ thiết kế ngược sẽ được đánh giá Bảng dưới đây trình bày một số kích thước bao và kích thước lắp ghép cơ bản của chi tiết mẫu cùng sản phẩm ứng dụng, nhằm hỗ trợ việc đánh giá độ chính xác trong quá trình thiết kế ngược.
Kích thước Chi ti t mế ẫu Sản phẩm ứng dụng Sai số tuyệt đối
Qua kiểm tra và so sánh một số ký thuật số, chúng ta xác định rằng các số liệu nằm trong giới hạn sai số cho phép của chi tiết mẫu Điều này cho thấy chi tiết ứng dụng công nghệ thiết kế ngược trong thiết kế và chế tạo sản phẩm đã đáp ứng yêu cầu đề ra.
Với đề tài "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thiết kế ngược trong thiết kế, chế tạo các chi tiết có hình dạng phức tạp và yêu cầu kỹ thuật cao", tác giả đã hoàn thành nghiên cứu và đạt được những kết quả đáng kể, góp phần nâng cao hiệu quả trong quá trình thiết kế và sản xuất các chi tiết phức tạp.
Dựa trên hệ thống thiết bị bao gồm máy quét laser 3D Vivid 910 và trung tâm gia công tại Trường Cao đẳng công nghiệp quốc phòng, đề tài đã khai thác và ứng dụng công nghệ cao trong thiết kế ngược Nghiên cứu đánh giá độ chính xác của thiết kế ngược khi sử dụng máy quét laser, với kết quả sẽ được áp dụng trực tiếp trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
- Ứng dụng các phần mềm Geomagic studio, Rapidform XOR, Delcam,
Mastercam là phần mềm chuyên dụng để xử lý dữ liệu quét từ máy quét laser, giúp xây dựng mô hình bề mặt và thiết kế chương trình gia công cho các chi tiết có hình dáng hình học phức tạp.
- Ứng dụng công nghệ cao trong thiết kế và chế tạo chi tiết vũ khí
Đề tài này là cơ sở quan trọng cho việc nghiên cứu độ chính xác trong thiết kế và chế tạo vũ khí Mặc dù lĩnh vực này còn mới mẻ và tài liệu tham khảo bằng tiếng Việt còn hạn chế, nhưng việc thực hiện nghiên cứu vẫn gặp khó khăn do trình độ của tác giả và thời gian thực hiện có hạn, dẫn đến khả năng xuất hiện sai sót trong quá trình nghiên cứu.
Kiến nghị
Trong tương lai, tác giả sẽ tiếp tục phát triển kết quả luận văn với định hướng nghiên cứu so sánh độ chính xác của thiết kế ngược trong việc thiết kế và chế tạo các chi tiết vũ khí, sử dụng công nghệ máy quét laser 3D và máy đo tọa độ CMM.
Tác giả rất mong nhận được sự hướng dẫn và ý kiến đóng góp từ các thầy để đề tài có thể hoàn thiện hơn và có tiềm năng phát triển trong tương lai.