Sự khác biệt chủ yếu giữa thiết kế thuận và thiết kế ngược chính là công đoạn số hóa sản phẩm. Số hóa sản phẩm tức là phương thức thu thập dữ liệu hình học ban đầu của sản phẩm (Raw Geometric Data). Để số hóa sản phẩm, các máy quét hình (scan) để quét hình dạng vật thể được sử dụng. Dựa theo cách thức quét hình, thiết bị quét hình được phân ra 2
dạng chủ yếu: máy quét tiếp xúc (máy đo tọa độ Coordinate Measuring Machine – CMM), và
máy quét không tiếp xúc (Laser Scanner). Việc số hóa bề mặt 3D cho sản phẩm cũng được thực hiện theo hai phương pháp: phương pháp đo tiếp xúc, phương pháp không đo tiếp xúc.
a. Phƣơng pháp đo tiếp xúc
Là phương pháp sử dụng một đầu đo cơ khí trượt tiếp xúc trên bề mặt chi tiết theo quỹ đạo và lưới định trước, để liên tục ghi lại tọa độ nhận được. Công cụ chủ yếu của phương pháp này là các máy đo tọa độ 3 chiều (CMM).
Các máy CMM: sử dụng các đầu đo tiếp xúc với bề mặt cần đo, để xác định được số vị trí tiếp xúc với các tọa độ (x, y, z). Tập hợp các điểm này sẽ tạo thành các lưới điểm, vẽ và tạo nên hình dáng vật thể.
Có hai dạng máy đo tọa độ thông dụng trong CMM: máy đo bằng tay (đầu đo được dẫn động bằng tay), và máy đo CNC (đầu đo được điều khiển tự động bằng chương trình số).
Ưu điểm phương pháp đo tiếp xúc:
o Do nguyên tắc đo từng điểm trên đối tượng nên độ chính xác cao, hoạt động của
máy theo nguyên tắc hành trình nên máy có độ chính xác đến phần vạn (± 3 µm).
o Tính tự động hóa cao: có thể đo tự động trong cả quá trình.
o Kết quả đo cho các tập tin có nhiều định dạng tiêu chuẩn như: IGS, Step, STL,..
thích hợp các phần mềm thiết kế 3D.
o Dễ xử lý kết quả đo: Kết quả đo là tập hợp các đường cong thuận lợi tạo các mặt
trên các phần mềm thiết kế 3D.
o Đầu đo đa dạng phù hợp với các đối tượng đo.
Nhược điểm phương pháp đo tiếp xúc
o Hạn chế đo các rãnh hẹp, cạnh sắc có kích thước nhỏ hơn bán kính đầu đo.
o Tốc độ đo không cao: Chỉ từ 10 đến 1000 điểm/phút, chậm hơn nhiều so với công
nghệ quét bằng tia laser.
Để khắc phục, người ta đã chế tạo ra các máy đo không tiếp xúc, dùng laser tia X, siêu âm, ảnh video.
b. Phƣơng pháp đo không tiếp xúc
Phương pháp đo không tiếp xúc là phương pháp dùng tia laser, hoặc các tia quang học khác để đo hoặc chụp ảnh bề mặt vật cần đo. Sau đó dữ liệu được xử lí và hoàn chỉnh nhờ các phần mềm xử lí ảnh chuyên dùng.
Thiết bị số hóa chính là các loại máy quét laser và máy quét ánh sáng trắng. Máy quét có thể quét các vật từ gần tới xa, có thể đến 35 mét đối với máy quét laser.
Các máy quét laser: sử dụng chùm tia laser phát ra từ máy, chiếu vào vật thể; sẽ phản xạ trở lại bộ phận cảm biến thu. Tập hợp các tia phản xạ này giúp tạo dựng nên ảnh của vật thể. Hình dạng của toàn bộ vật thể được ghi lại bằng các dịch chuyển (hay quay) vật thể trong chùm tia laser (hoặc quét chùm laser ngang qua vật thể). Phương pháp này có độ chính xác kém hơn phương pháp tiếp xúc, song nhanh hơn và đầy đủ hơn. Dữ liệu thu được không phải là lưới điểm, mà là tập hợp các khối đám mây ảnh điểm. Đám mây điểm này sẽ chuyển sang lưới tam giác dùng để xây dựng các bề mặt chi tiết.
Hình 8.4: Thiết bị và mô hình số hóa sản phẩm từ máy quét laser.
Ưu điểm phương pháp đo không tiếp xúc
o Thời gian lấy mẫu nhanh, có thể lấy mẫu vật thể có kích thước lớn.
o Có thể lấy mẫu các vật thể làm bằng vật liệu mềm như: chất dẽo, xốp, sáp…
hay các vật thể bị biến dạng mà không làm biến dạng hay phá hủy mẫu cần đo. Nhược điểm phương pháp đo không tiếp xúc
o Độ chính xác không cao bằng phương pháp đo tiếp xúc, do có thể bị nhiễu nguồn sáng, bị che bới các vật thể khác trong quá trình quét.
Mỗi phương pháp đều có ưu, nhược điểm riêng nên sẽ được dùng trong từng trường hợp cụ thể. Cũng có thể kết hợp cả hai phương pháp để đạt hiệu quả cao nhất: số hóa bằng máy quét không tiếp xúc, sau đó kiểm tra sai số sản phẩm bằng máy đo tọa độ tiếp xúc.