Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật ngược trong thiết kế và kiểm tra các sản

LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT NGƢỢC 1.1 Giới thiệu kỹ thuật ngược 1.2 Phạm vi ứng dụng kỹ thuật ngược 1.3 Ưu nhược điểm kỹ thuật ngược 1.4 Các giai đoạn kỹ thuật ngược KẾT LUẬN CHƢƠNG II.: CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐO, QUÉT DỮ LIỆU VÀ MÁY SCAN 3D 2.1 Phương pháp đo tiếp xúc 2.2 Phương pháp đo không tiếp xúc 2.3 Máy quét mẫu 3D laser 2.3.1 Giới thiệu chung máy Scan Laser .9 2.3.2 Phạm vi ứng dụng 12 2.3.3 Ưu, nhược điểm máy quét hình Scan laser .12 2.4 Tìm hiểu sử dụng chức máy Scan 3D ViVid 9i 13 2.4.1 Các thiết bị máy Scan 3D Vivid - 9i 13 2.4.2 Các bước tiến hành kết nối .16 2.4.3 Thao tác sử dụng máy Scan ViVid 9i 17 KẾT LUẬN 21 CHƢƠNG III: PHẦN MỀM THIẾT KẾ NGƢỢC RAPIDFORM XOR 22 3.1 Giới thiệu chung phần mềm Rapidform XOR 22 3.2 Các lệnh hiển thị phần mềm Rapidform XOR3 23 3.3 Các chế độ phần mềm Rapidform XOR 29 LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY 3.3.1 Chế độ Mesh 29 3.3.2 Chế độ Region Group: 36 3.3.3 Chế độ Mesh Sketch 36 3.3.4 Chế độ Sketch: 37 3.3.5 Chế độ 3D Mesh Sketch: .37 3.3.6 Chế độ 3D Sketch: 38 3.4 Chế độ làm việc chung: 39 KẾT LUẬN 42 CHƢƠNG IV: PHƢƠNG PHÁP KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC HÌNH HỌC CÁC BỀ MẶT TỰ DO 43 4.1 Giới thiệu bề mặt tự 43 4.2 Phương pháp kiểm tra đánh giá kỹ thuật ngược .44 4.3 Quy trình đo kiểm sản phẩm phần mềm Geomagic 46 KẾT LUẬN 48 CHƢƠNG V: THỰC NGHIỆM ỨNG DỤNG KỸ THUẬT NGƢỢC TRONG THIẾT KẾ VÀ KIỂM TRA MẪU CÁNH QUẠT CHIP MÁY TÍNH 49 5.1 Thiết kế lại mẫu phần mềm Rapiform 49 5.1.1 Quét mẫu 49 5.1.2 Thiết kế lại sử dụng phần mềm Rapidform 50 5.2 Gia công chế tạo mẫu 57 5.3 Kiểm tra độ xác gia công phần mềm Geomagic .84 KẾT LUẬN 86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: So sánh kỹ thuật thuận kỹ thuật ngược Hình 1.2: Sơ đồ giai đoạn kỹ thuật ngược Hình 2.1: Máy đo đầu đo dùng phương pháp đo tiếp xúc Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý máy scan 3D 10 Hình 2.3 Nguyên lý làm việc máy scan 3D 11 Hình 2.4 Hình ảnh số máy quét laser 11 Hình 2.5 Sơ đồ cấu hình hệ thống máy scan 3D Vivid 9i 14 Hình 2.6 Mô hình phần trước thân máy 15 Hình 2.7 Mô hình phần sau thân máy 15 Hình 2.8 Bảng điều khiển máy scan Vivid 9i 16 Hình 2.9 Sơ đồ kết nối điện 17 Hình 2.10 Sơ đồ tháo nắp chắn tia laser 18 Hình 2.11 Thanh menu máy scan Vivid 9i 18 Hình 2.12 Cài đặt chế độ quét 18 Hình 2.13 Kết nối phần mềm rapidform với máy scan 19 Hình 2.14 Thiết lập kết nối với bàn xoay model: chọn bàn xoay muốn kết nối 20 Hình 3.1 So sánh thời gian thiết kế mô hình nhóm phầm mềm 23 Hình 3.2 Bảng feature thư mục free 24 Hình 3.3 Menu phụ thư mục tree 25 Hình 3.5 Menu phụ model 26 Hình 3.6 Bảng display 27 Hình 3.7 Đơn giản hóa xoay mô hình 28 Hình 3.8 Hiển thị ràng buộc sketch 28 Hình 3.9 Hiển thị điểm nút spline 28 Hình 3.10 Hình ảnh chế độ phần mềm rapidform xor 29 Hình 3.11 Chế độ mesh 29 Hình 3.12 Các công cụ chế độ mesh 29 LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY Hình 3.13 Lệnh fill holes 30 Hình 3.14 Sử dụng add bridge 30 Hình 3.15 Bảng chọn decimate 31 Hình 3.16 Chỉnh đường biên mô hình 31 Hình 3.17 Chỉnh mật độ lưới tam giác 31 Hình 3.18 Tùy chọn optimize mesh 32 Hình 3.19 Điều chỉnh độ mịn lưới tam giác 32 Hình 3.20 Các mức độ hiệu chỉnh sharpaness 32 Hình 3.21 Các mức độ hiệu chỉnh overall smoothness 33 Hình 3.22 Hiện thị bề mặt bị lỗi 33 Hình 3.23 Bề mặt với cạnh hở 34 hình 3.24 Bề mặt với cạnh hở 34 Hình 3.25 Bề mặt bị lỗi dạng đường hầm 34 Hình 3.26 Phân vùng lại bề mặt lỗi 34 Hình 3.27 Minh họa điền tự động vùng bị thiếu 35 Hình 3.28 Điểu chỉnh mức độ mịn 35 Hình 3.29 Hiệu chỉnh mật độ lưới tam giác 35 Hình 3.30 Minh họa giao mặt phẳng đám mây điểm 36 Hình 3.31 Các lựa chọn spline đám mây điểm 38 Hình 3.32 Các lệnh chế độ làm việc chung 39 Hình 3.33 Mặt phẳng tham chiếu 39 Hình 3.34 Bảng chọn select filter 39 Hình 3.35 Align liệu đám mây điểm 40 Hình 3.36 Lệnh với mô hình dạng solid 41 Hình 3.37 Lệnh với mô hình dạng surface 41 Hình 4.1 Sơ đồ vòng tròn vùng bề mặt trơn, liên tục bề mặt tự 44 Hình 4.2 Quy trình kiểm tra đánh giá kỹ thuật ngược 45 Hình 4.3 Kết so sánh phần mềm geomagic 47 Hình 5.1 Cánh quạt chíp máy tính 49 LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY Hình5.2 Máy scan 3D vivid 9i 50 Hình 5.3 Tạo vector cánh quạt 51 Hình 5.4 Sketch biên dạng phần bầu quạt 52 Hình 5.5 Lệnh revolve tạo phần bầu quạt 52 Hình 5.6 Xây dựng bầu cánh quạt từ sketch 53 Hình 5.7 Dùng lệnh surfaceloft tạo cánh quạt 53 Hình 5.8 Dùng lệnh meshfit tạo cánh quạt 54 Hình 5.9 Xây dựng biên dạng bao quanh cánh quạt 54 Hình 5.10 Mô hình cánh quạt 55 Hình 5.11 dùng lệnh pattem 55 Hình 5.12 Bảng so sánh mô hình thiết kế đám mây điểm 56 Hình 5.13 Mẫu thiết kế phần mềm rapidform xor 57 Hình 5.14 Stock setup cánh quạt 58 Hình 5.15 Phôi gia công 58 Hình 5.16 2D toolpaths - facing 59 Hình 5.17 Chain manager - facing 59 Hình 5.18 Define tool - face mill 60 Hình 5.19 Cut parameters 61 Hình 5.20 Depth cuts 61 Hình 5.21 Linking parameters 62 Hình 5.22 Planes wcs 63 Hình 5.23 Coolant - facing 63 Hình 5.24 Đường chạy dao mô ph ng - facing 64 Hình 5.25 2D toolpaths – contour 64 Hình 5.26 Chain manager – contour 65 Hình 5.27 Define tool – contour 66 Hình 5.28 Đường chạy dao mô ph ng – contour 67 Hình 5.29 Surface rough – parallel 67 Hình 5.30 Drive- surface rough parallel 68 LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY Hình 5.31 Check- surface rough parallel 69 Hình 5.32 Define tool - surface rough parallel 69 Hình 5.33 Planes - surface rough parallel 70 Hình 5.34 Surface parameters - surface rough parallel 70 Hình 5.35 Rough parallel parameters - surface rough parallel 71 Hình 5.36 Cuts depths - surface rough parallel 71 Hình 5.37 Đường chạy dao gia công thô mặt 72 Hình 5.38 Surface finish contour 72 Hình 5.39 Drive - surface finish contour 73 Hình 5.40 Containment - surface finish contour 74 Hình 5.41 Define tool - surface finish contour 75 Hình 5.42 Surface parameters - surface finish contour 76 Hình 5.43 Finish contour parameters - surface finish contour 77 Hình 5.44 Đường chạy dao contour cánh quạt 78 Hình 5.45 Surface finish radial 78 Hình 5.46 Drive - surface finish radial 79 Hình 5.47 Check - surface finish radial 79 Hình 5.48 Define tool - surface finish radial 80 Hình 5.49 Đường chạy dao mặt cánh 81 Hình 5.50 Đường chạy dao mô ph ng cánh quạt 81 Hình.5.51 Post processing cánh quạt 82 Hình 5.52 Chương trình gia công NC 83 Hình 5.53 Mẫu gia công bề mặt cánh quạt chip máy tính 83 Hình 5.54 Tách biên cánh quạt từ đám mây điểm 84 Hình 5.55 Tách biên dạng surface cánh quạt 85 Hình 5.56 Kết so sánh phần mềm Geomagic 86 LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác, trừ phần tham khảo ghi rõ luận văn Tác giả Phạm Văn Huân LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY LỜI CẢM ƠN Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy Bùi Ngọc Tuyên nhiệt tình hướng dẫn thực đề tài Tác giả gửi lòng biết ơn chân thành tới thầy cô Bộ môn Gia công vật liệu & Dụng cụ cắt _ Viện Cơ khí Đại học Bách Khoa Hà Nội Tác giả xin cảm ơn Ban Giám Hiệu Nhà Trường Viện Đào Tạo Sau Đại Học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn Mặc dù thân thực cố gắng trình thực đề tài, chắn không tránh kh i có thiếu sót Tác giả mong nhận góp ý đóng góp từ thầy cô giáo bạn đồng nghiệp Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Tác giả luận văn Phạm Văn Huân LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT RE (Reverse Engineering : Kỹ thuật ngược PC (Point Cloud : Đám mây điểm Scan: Quét, số hóa bề mặt Surface: Bề mặt Solid: Khối rắn CMM: Coordinate Measuring Machine Freeform Surface: Bề mặt tự LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện để nâng cao suất, độ xác chế tạo đơn giản hóa quy trình công nghệ, giải pháp công nghệ kỹ thuật ngược ngày sử dụng rộng rãi nước phát triển giới công ty nước tin tưởng áp dụng Kỹ thuật ngược Reverse engineering giải pháp kỹ thuật mang lại hiệu kinh tế cao, rút ngắn trình phát triển sản phẩm Bên cạnh đó, quản lý chất lượng sản phẩm phận quan trọng quy trình sản xuất ngày Việc đảm bảo sản phẩm sản xuất ý tưởng người thiết kế đạt kích thước theo yêu cầu kỹ thuật thách thức trình sản xuất Ngày nay, nhiều công ty sử dụng công nghệ scan 3D thay cho kỹ thuật kiểm tra truyền thống để đo kiểm bề mặt chi tiết cong phức tạp, bề mặt tự Do vậy, tìm hiểu thiết bị phần mềm ứng dụng đại trường vấn đề cấp thiết cho học viên chúng em để đáp ứng nhu cầu thực sản xuất Với tận tình giúp đỡ định hướng nghiên cứu TS Bùi Ngọc Tuyên, tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật ngược thiết kế kiểm tra sản phẩm khí cấu thành từ bề mặt tự do” Mục tiêu thực đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu chủ yếu đề tài là: - Làm chủ chức phần mềm Rapidform XOR, thiết kế mô hình sản phẩm thực tế - Tìm hiểu máy quét 3D - Tìm hiểu quy trình quét mẫu thiết kế mô hình với kỹ thuật ngược - Tìm hiểu quy trình kiểm tra sản phẩm khí cấu thành từ bề mặt tự LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY Hình 5.40 Containment - Surface Finish Contour Bảng Surface Finish Contour / Tool parameters Chọn Select library tool / Filter/ Tool types / Endmill Ở nguyên công phay tinh contur biên dạng cánh quạt ta chọn dao phay ngón Ø mm bảng Tool parameters ta chọn thông số sau: chiều quay trục quay thuận, tốc độ trục 2500 vòng/phút , tốc độ tiến dao 200 mm/phút , tốc độ hạ dao 90 mm/phút , tốc độ rút dao 90 mm/phút 74 LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY Hình 5.41 Define Tool - Surface Finish Contour Bảng Surface Finish Contour / Surface parameters chọn thông số hình 75 LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY Hình 5.42 Surface parameters - Surface Finish Contour Bảng Surface Finish Contour / Finish Contour parameters để chọn phương pháp cắt, chiều quay dao 76 LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY Hình 5.43 Finish Contour parameters - Surface Finish Contour Từ Operations Manager / Toggle display on selected operations ta đường chạy dao hình 77 LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY Hình 5.44 đường chạy dao contour cánh quạt Bƣớc Gia công tinh mặt cánh (Surface Finish - Radial) Từ Toolpaths / Surface Finish / Radial xuất bảng Surface Finish Radial hình Hình 5.45 Surface Finish Radial Từ Operations Manager/ Geometry để chọn Drive surface cho nguyên công phay Surface Finish Radial Chọn Drive chọn mặt hình 78 LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY Hình 5.46 Drive - Surface Finish Radial Chọn Check Hình 5.47 Check - Surface Finish Radial 79 LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY Bảng Surface Finish Radial/ Tool parameters Chọn Select library tool/ Filter / Tool types/ Endmill2 Chọn dao phay ngón Ø mm , R đỉnh dao mm , bảng Tool parameters ta chọ thông số sau bảng Tool parameters ta chọn thông số sau: chiều quay trục quay thuận, tốc độ trục 3000 vòng/phút , tốc độ tiến dao 120 mm/phút , tốc độ hạ dao 65 mm/phút , tốc độ rút dao 65 (mm/phút) Hình 5.48 Define Tool - Surface Finish Radial Bảng Surface Finish Radial/ Surface parameters Finish Radial parameters chọn thông số bước 80 LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY Hình 5.49 đường chạy dao mặt cánh Qua nguyên công ta đường chạy dao mô ph ng hình Hình 5.50 đường chạy dao mô ph ng cánh quạt 81 LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY Bƣớc Xuất m NC (Code) Từ Operations Manager/ Post selected operations / Xuất bảng Post processing Hình.5.51 Post processing Cánh quạt Nhấn chọn Ok trình xuất file.NC 82 LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY Hình 5.52 Chương trình gia công NC Hình 5.53 Mẫu gia công bề mặt cánh quạt chip máy tính 83 LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY 5.3 Kiểm tra độ xác gia công phần mềm Geomagic Bƣớc 1: Quét lại mẫu gia công Dùng máy quét để quét lại mẫu gia công, xuất file dạng đám mây điểm Bƣớc 2: Tách biên dạng đám mây điểm bề mặt cánh quạt mẫu quét Nhập liệu đám mây điểm Scan vào phần mềm Rapidform theo đường dẫn: Insert/Import/ FileGiaCong.STL Chọn chế độ Mesh để tách riêng biên dạng cánh quạt Chọn công cụ Paint Brush quét chọn vùng điểm cần xóa, sau chọn phím Delete để xóa Cuối lại phần biên dạng cánh quạt dùng để so sánh độ lệch Xuất liệu đám mây điểm dạng STL: Export/MauGiaCong.STL Hình 5.54 Tách biên cánh quạt từ đám mây điểm Bƣớc 3: Tách biên dạng bề mặt cách quạt file thiết kế ban đầu Trên phần mềm Rapidfom, dùng lệnh Surface Offset chọn vào bề mặt cánh quạt file thiết kế, chọn giá trị Offset = mm, để copy biên dạng cánh quạt file thiết kế Xuất biên dạng cánh quạt dạng file IGS, Export/ CanhQuat.IGS 84 LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY Hình 5.55 Tách biên dạng Surface cánh quạt Bƣớc 4: So sánh độ lệch phần mềm Geomagic Nhập liệu cần so sánh lên phần mềm Geomagic + Nhập liệu Scan cánh quạt từ file gia công: Import/MauGiaCong.STL + Nhập đồng thời liệu tách cánh quạt từ file thiết kế: Getting Started/Import/CanhQuat.IGS Chọn vào CanhQuat, chọn Alignment/ Best Fit Alignment Phần mềm tự động ghép khít liệu Scan liệu Surface Tiếp theo, thị so sánh độ lệch: Analysis/ Deviation Phần mềm tính toán đưa kết so sánh độ lệch đám mây điểm file thiết kế ban đầu - Độ lệch lớn nhất:  0.0185mm - Độ lệch trung bình:  0.0078mm - Độ lệch chuẩn: 0.0083mm 85 LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY Hình 5.56.Kết so sánh phần mềm Geomagic KẾT LUẬN Trong chương này, tác giả trình bày nội dung thực nghiệm dùng phần mềm Rapidform để thiết kế lại chi tiết cánh quạt chíp máy tính, đồng thời xây dựng chương trình NC gia công cánh quạt thực so sánh độ lệch file gia công file mô hình CAD thiết kế lại 86 LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Trong đề tài luận văn tác giả nghiên cứu tìm hiểu trình RE hoàn chỉnh, xây dựng quy trình ứng dụng kỹ thuật ngược thiết kế kiểm tra mẫu có bề mặt tự Tác giả trình bày công dụng ý nghĩa mô đun phần mềm thiết kế ngược Rapidform XOR Ngoài ra, tác giả thực nghiệm ứng dụng quy trình RE với mô hình mẫu cánh quạt chip máy tính, với đầy đủ giai đoạn * Giai đoạn thiết kế lại quạt chíp máy tính: - Số hóa bề mặt: dùng máy Scan 3D ViVid 9i để quét mẫu - Thiết kế lại mô hình quạt chíp phần mềm Rapidform XOR - Kiểm tra đánh giá sai số thiết kế phần mềm Rapidform XOR * Giai đoạn kiểm tra độ xác gia công: - Thiết kế lại mô hình cánh quạt để làm mô hình gia công - Lập trình, xuất chương trình gia công NC với phần mềm MaxterCAM - Số hóa mẫu gia công - So sánh độ lệch gia công với phần mềm Geomagic Sai số trình quét mẫu phụ thuộc vào loại máy quét, đạt độ xác 0.05mm - 0.1mm Sai số thiết kế lại Rapidform đạt khoảng  0.1 mm Phương pháp mang lại hiệu cao chi tiết cấu thành từ bề mặt tự cánh quạt, cánh turbine… KIẾN NGHỊ Với thời gian kinh phí hạn chế nên tác giả dừng lại việc thực nghiệm so sánh mô hình quạt chíp máy tính Hướng phát triển đề tài tìm hiểu thêm nhiều mô hình đánh giá sai số trình 87 LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY TÀI LIỆU THAM KHẢO TS.Bùi Ngọc Tuyên, Bài giảng “Kỹ thuật ngược tạo mẫu nhanh” cho học viên cao học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 2010) GS.TSKH.Bành Tiến Long – TS Bùi Ngọc Tuyên, Lý thuyết tạo hình bề mặt ứng dụng kỹ thuật khí R Hammerquist, Fall 2003, “Curves and Surfaces for Point Clouds: Important Reverse Engineering Techniques for the Reconstruction of Physical Models”, Mec572 Geometric Modeling for CAD/CAM VARADY, T MARTIN, R COXT, J Reverse engineering of Geometric models an introduction Computer aided design (1997); Vol 29, No pp 255-268 Byoung K Choi, Surface Modeling for CAD/CAM, Elsevier Science Publishers B.V (1991) http://www.rapidform.com/ http://www.geomagic.com/ 88 ... trình ứng dụng kỹ thuật ngược thiết kế, kiểm tra mẫu có bề mặt tự - Tìm hiểu ứng dụng phần mềm Rapidform XOR kỹ thuật ngược, luận văn trình bày ứng dụng phần mềm việc xử lý đám mây điểm thiết kế. .. đo góc… Việc ứng dụng máy quét phần mềm kỹ thuật ngược giải pháp thích hợp để kiểm tra sản phẩm cách nhanh chóng hiệu - Ứng dụng kỹ thuật ngược lĩnh vực khí mang lại hiệu kinh tế kỹ thuật to lớn,... thuật ngược kỹ thuật thuận sau: Hình 1.1: So sánh kỹ thuật thuận kỹ thuật ngược Bản chất kỹ thuật ngược sử dụng thiết bị quét 3D kết hợp với phần mềm thích hợp để tái tạo lại vẽ thiết kế dạng