Sản phẩm mà em thực hiện thiết kế lại theo công nghệ thiết kế ngược đó chình là vỏ máy khoan phá. Chi tiết này nằm bên ngoài sản phẩm và có tác dụng che chắn , bảo vệ trước những ảnh hưởng ở bên ngoài.
Để số hóa sản phẩm em sử dụng máy quét ánh sáng trắng ATOS I tại Trung Tâm Dịch Vụ Công Nghệ 3D. Sau đó sử dụng phần mềm Rapid Form XO Redesign (XOR)để xây dựng hoàn chỉnh mô hình CAD cho sản phẩm.
Trần Ngọc Tú 25 Lớp:TựĐộng Hóa Thiết Kế Cơ Khí – K46
2.2. Số hóa sản phẩm bằng máy quét 3D ATOS I 2.2.1. Thiết bị số hóa ATOS I
Hình 2.2: Máy quét ánh sáng trắng ATOS I
Thiết bị quét 3D ATOS I tại Trung Tâm Dịch Vụ Công Nghệ 3D là thiết bị của hãng GOM (Đức). Hệ thống máy ATOS bao gồm: Máy ATOS I, máy tính, bàn xoay, các ống kính ngắm, cáp tín hiệu, bộ điều khiển bàn xoay ….
Khả năng linh hoạt .
ATOS I có thể đặt cố định, gắng trên giá di động hoặc lắp trên robot cho các ứng dụng kiểm tra tư động. Khi scan sản phẩm nhỏ, có thể thay đổi Môđun tiêu chuần bằng Môđun SO chỉ trong vài phút.
Thông số kỹ thuật chính của máy ATOS I. Cấu hình hệ thống Số điểm đo trong một lần scan Khoảng cách từ máy tới sản phẩm Thời gian 1 lần Scan Thể tích đo nhỏ nhất Thể tích đo lớn nhất Khoảng cách giữa các điểm đo ATOS I (2M) 2 triệu điểm 700 mm 1, 3 giây 40x30x30 mm 1000x800x800 mm 0,06 – 0,25 Trọng lượng máy Kích thước máy 440 x140 x 200 mm 4 kg Nhiệt độ làm việc Nguồn điện Máy tính kết nối
Kích thước vali chứa máy khi di chuyển Tổng trọng lượng khi di chuyển
0- 40 oc 110 hoặc 220V AC Laptop hoặc Midi Tower PC
550 x 800 x 300 mm 22 kg
Ứng dụng.
Thiết kế gọn và có khả năng scan rất nhanh nên ATOS I là một hệ thống di động
ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau :
Kiểm tra sản phẩm. Hàng không, ô tô. Tấm kim loại. Tua bin. Khuôn mẫu. Đồ gia dụng.
Gia công nhanh.
Các mẫu vật hội họa, kiến trúc. Các mô hình theo mẫu.
Thiết kế ngược.
Thiết kế ngược theo mẫu sản phẩm. Thiết kế mô hình tính toán phần tử hữu hạn theo mẫu .
Scan 3D.
Scan các sản phẩm trong đồ họa máy tin, y học, giáo dục .
27
2.2.2. Sử dụng phần mềm ATOS -V6.2.0.3
Đây là phần mềm kèm theo máy có chức năng điều khiển máy quét ,chuyển đổi dữ liệu sang các định dạng khác DXF, Ware font, STL, MGF, ASCII… Đọc dữ liệu ở các định dạng CAM, CAD, VDD, SCN, STL. Hiệu chỉnh dữ liệu quét, xuất file ảnh STL và một số đầu vào chuẩn cho các phần mềm xử lý dữ liệu, hiển thị dữ ở dạng Wireframe, Texture, Shading, đặt hệ tọa
độ chuẩn, hệ tọa độ thiết kế lý tưởng , hiển thị sai số lắp ghép các mảnh dữ liệu.
* Quá trình quét mẫu sản phẩm :
Bước 1 : Chuẩn hệ thống quét (lắp ráp máy quét, bàn quét, hệ thống
đường cáp truyền, khởi động máy tính ).
Bước 2 : Phủ nhẹ lên bề mặt chi tiết một lớp sơn màu trắng, dán lên trên các bề mặt tạo nên chi tiết các điểm tham chiếu (hình tròn), và đặt chi tiết lên bàn quét(bàn quét này có thể xoay tròn và di chuyển được ).
Bước 3 : Quét mẫu
Hình 2.3 : Hình vẽ thể hiện nội dung các bước khi quét mẫu
Nguyên tắc quét : Vì mẫu quét được hình thành bởi 2 mặt chính vì vậy khi quét chúng ta tiến hành quét tuần tự hai mặt, sau đó ghép 2 mặt với nhau (2 mặt ít nhất phải có 3 điểm chung) để tạo thành mẫu quét hoàn chỉnh. Khi đã thu
được hình dạng khá hoàn chỉnh của mẫu quét ta sẽ lưu file với đuôi STL,và chuyển sang các phần mềm thiết kế ngược để xây dựng lại mô hình CAD cho chi tiết .
* Quét mặt trên của chi tiết : Mặt trên của chi tiết bao gồm hình dạng của nhiều khối ở các vị trí khác nhau, chính vì vậy để thu được toàn bộ dữ liệu của mặt trên chúng ta cần tiến hành quét nhiều lần ở nhiều góc độ khác nhau. Sau mỗi lần quét chúng ta chỉ cần xoay bàn đi 1 góc nào đó (tùy thuộc vào kỹ
năng của người quét và bề mặt sẽ quét tiếp theo) để thu dữ liệu của các vùng tiếp theo. Với những vùng mà ánh sáng không thể tới được chúng ta có thể điều chỉnh tâm nguồn sáng và cũng có thể kê đệm chi tiết. Dữ liệu quét của mỗi vùng sẽđược máy tính tính toán và ghép lại với nhau sau mỗi lần quét, hình thành nên hình dạng mặt trên của chi tiết.
Hình 2.4 : Kết quả quét mặt trên của mẫu
* Quét mặt dưới : Hoàn toàn giống với mặt trên của chi tiết ta có kết quả
như hình vẽ dưới đây.
29
* Cắt bỏ phần thừa và ghép 2 mặt lại với nhau
+ Cắt bỏ phần thừa :
Trình tự : Chuột phải vào bất kỳ vị trí nào trên màn hình → Chọn Select through surface → Chọn vùng cần xóa → Vào Project → Deleted Select Point
→ Hiện ra hộp thoại → chọn OK.
+ Ghép hai mặt lại tạo thành mẫu quét hoàn chỉnh
Trước tiên chúng ta chọn một mặt làm tham chiếu Select Reence → dữ
Ctrl chọn điểm tham chiếu → chuột phải vào những điểm đã chọn → chọn
Select as Commom Ref.point.
Đối với mặt còn lại chỉ cần chọn điểm tham chiếu (điểm chung của 2 mặt)
→ Proiect → Tranformations ( ghép, ràng buộc mặt lại với nhau ). + Ghép các ảnh lại với nhau .
Vì mỗi mặt phải quét nhiều lần, mỗi lần là 1 ảnh, tuy phần mềm đã tự động ghép dữ liệu thu sau mỗi lần quét để tạo nên hình dạng của mỗi mặt nhưng
đểđảm bảo cho hình ảnh mẫu quét trơn chu, đẹp và thuận tiện cho bước thiết kế
mô hình CAD chúng ta sẽ tiến hành ghép các ảnh của 2 mặt lại với nhau.
Trình tự: Kích chuột phải vào mẫu → Select all → Project Complete Polygonization ( ghép các ảnh ) → OK.
Khi quét bất kỳ một mẫu nào không tránh khỏi nhưng sai số nhất định chính vì vậy mẫu sau khi quét chưa thật sự hoàn thiện có những chỗ cần chỉnh sửa. Phần mềm ATOS V6.2.0.3 cũng có tính năng chỉnh sửa những khuyết tật (do quá trình quét để lại) trong phạm vi nhất định.
Đến đây chúng ta đã hoàn thành công việc quét mẫu sản phẩm, công việc tiếp theo của chúng ta đó chính là Export sang file STL và thiết kế lại mô hình CAD cho chi tiết .
31
3.2. Ứng dụng phần mềm Rapid Form XO Redesign (XOR) thiết kế lại mô hình CAD trên cơ sở dữ liệu số hóa hình CAD trên cơ sở dữ liệu số hóa
3.2.1. Giới thiệu về phần mềm XOR
Rapid Form Xo Redesign (XOR) là phần mềm thiết kế ngược của hãng Rapid Form (Hàn Quốc). Đây là một giải pháp phần mềm hoàn chỉnh nhất xử lý dữ
liệu từ Scan- Sang – CAD. Rapid Form (XOR) thực hiện một quy trình tạo các mô hình CAD tham số từ các chi tiết của thế giới thực một cách nhanh chóng và dễ dàng bằng một quy trình thiết kế và giao diện quen thuộc với người sử dụng CADvới các đặc điểm chính là :
* Tạo các mô hình CAD tham số từ dữ liệu đám mây điểm SCAN.
Rapidform XO Redesign (XOR) 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 XOR cho phép các nhà sản xuất có được tham số thiết kế của hầu hết các chi tiết trong thế giới thực một cách dễ dàng và nhanh chóng, bao gồm các Features hình trụ hoặc các bề mặt cong tự do. Vì các mô hình CAD đã tạo trong XOR có đầy đủ các tham số, người thiết kế và người tính toán có thể hiệu chỉnh lại các tham số thiết kế của chi tiết để hoàn chỉnh mô hình sản phẩm bằng XOR hoặc hệ CAD bên dưới.
- XOR có các công cụ thông minh để có được các tham số thiết kế dữ liệu quét 3D – Redesign Assistant TM
- Thiết kế lại với các dung sai độ lệnh do người sử dụng định nghĩa –
AccuracyAnalyzer.
- Nhận dạng thông minh và căn chỉnh dữ liệu quét 3D sang hệ thống tọa độ
thiết kế - Align WizardTM
- Giảm thời gian thiết kế bằng cách sử dụng dữ liệu quét 3D làm cơ sở thiết kế
- Sử dụng các dữ liệu đầu ra với đầy đủ lịch sử mô hình hóa trong các hệ
CAD,CAM,CAE …
- Các chức năng mô hình hóa lại mô hình dạng Mesh(lưới),dạng Freeform Surface(mặt cong tự do) và dạng khối tham số(parametric solid).
- Khả năng mô hình hóa dạng Solid và dạng bề mặt tiêu chuẩn như Extrude,
Round, Revolve, Sweep và Loft.
- Cập nhật các mô hình CAD hiện có để thay đổi trong môi trường xây dựng chi tiết - CAD-to-Scan Refit.
* Các lợi thế của 3D Scanning của XOR
- Các công cụ thiết kế được sử dụng để tạo các mô hình trong XOR cũng tương tự như trong các ứng dụng CAD khác. Người thiết kế đang làm việc với
SolidWork, CATIA, Pro/Engineer hoặc Unigraphics có thể bắt đầu mô hình hóa ngay lập tức trong XOR. Các feature phục vụ để làm việc trong XOR và công nghệ quét 3D sẵn dùng cho thiết kế, cho phép người thiết kế sử dụng dữ
liệu Scan 3D để làm cơ sở thiết kế, làm tăng chất lượng mô hình CAD sản phẩm.
- Quy trình thiết kế thông minh không cần phải Scan toàn bộ chi tiết.
- Tạo các mô hình CAD chất lượng cao từ các dữ liệu Scan không hoàn chỉnh.
- Tiết kiệm thời gian xử lý bằng cách xóa bỏ các lưới đa giác và các bề mặt nhiễu.
- Các mô hình có khả năng chỉnh sửa trong cả Rapidform XO Redesign và các hệ CAD lớn.
* Giải pháp phần mềm hoàn chỉnh nhất từ Scan - sang – CAD
Rapidform XO Redesign là một giải pháp phần mềm mới hoàn chỉnh, nó cung cấp cách tiếp cận mới, các xử lý nhóm, để xây dựng mô hình CAD tham số
từ dữ liệu Scan. XOR tạo các mô hình chất lượng cao một cách tiện lợi cho các
ứng dụng tạo mẫu nhanh, gia công CNC, CAE và xuất sang các ứng dụng CAD khác để hiệu chỉnh.
- Chức năng thiết kế khép kín end – to – end từ dữ liệu lưới sang mô hình CAD.
33
- Hỗ trợ cho mọi quy trình thiết kế ngược, đưa ra các ghi chú thiết kế (việc lấy ra các tham số thiết kế) hoặc tạo ra bản sao chính xác.
- Tối ưu hóa tức thì dữ liệu lưới cho các hướng sử dụng RP, CAM, CAE và phát triển ảo.
- Khả năng mô hình hóa với độ tinh vi cao nhưng vẫn tận dụng các feature
mô hình hóa khối và bề mặt quen thuộc.
- Khả năng tinh chỉnh dữ liệu lưới để tạo các lưới chất lượng cao.
- Chỉ cần nhấn một nút để chuyển nhanh sang các ứng dụng kiểm tra & phân tích thiết kế.
- Tự động chia lại lưới cho việc tạo ra các mô hình chức năng CAE,Scan-to- CAE.
3.2.2. Các chế độ làm việc của Rapid form XOR
XOR có 6 chế độ làm việc(mode). Mỗi một chế độ có các kiểu tạo ra hiệu chỉnh hoặc hiệu chỉnh riêng của mình.ảnh dưới đây sẽ chỉ cho ta thấy các chế độ.
Hình 2.7 : Các chếđộ làm việc của Rapid Form XOR
- Mesh (lưới): Trong chế độ Mesh, ta có thể hàn đầy các phần không hoàn chỉnh của dữ liệu dạng lưới bằng công cụ Heal Wizard. Fix Normal,Fill Holes, làm mịn bề mặt với công cụ Smooth, giảm lưới điểm Decimate, làm trơn toàn bộ dữ liệu Enhance, tối ưu hóa dữ liệu lưới Optimize Mesh và các công cụ
khác. Bạn cũng xó thể hiệu chỉnh các biên dạng,tái tạo các lưới tam giác cho
FEM, RP hoặc Machining, XOR có thêm nhiều chức năng để tạo ra các dữ liệu hoàn chỉnh. Hay cho phép tinh chỉnh lại bề mặt lưới,tối ưu hóa lưới trước khi sử
lý thành dạng solid hay surface.
- Region group (nhóm, phân vùng): Trong chế độ Region group, ta có thể phân vùng dữ liệu. Các miền được nhóm lại bằng cách phân tích bề mặt của dữ liệu lưới, các vùng đó được dùng để tạo ra các mặt, hình tham chiếu và v.v…
- Mesh Sketch (lưới phác thảo): Trong chế độ Mesh Sketch, ta có thể lấy ra thông tin các bộ phận và tạo ra phác thảo từ các đoạn của dữ liệu lưới. Các phác thảo đó được dùng để tạo ra các khối đặc hoặc các bề mặt của chi tiết.
- Sketch (bản phác thảo): Trong chế độ Sketch Mode, ta có thể vẽ đường thẳng, cung, đường cong, vẽ tròn mép mà không cần dữ liệu mới. Có thể dùng
Sketch như là môđun CAD của các phần mềm khác.
- 3D Mesh Sketch (phác thảo lưới 3D): Trong chế độ 3D Mesh Sketch ta có thể vẽ các mô hình 3D trên khoảng không, chính ra các phần tử chi tiết hoặc tạo ra các đường giao tuyến giữa các vật thể. Các đường giao tuyến đó có thể
dùng để tạo lên các mặt hay khối đặc.
3.2.3. Quá trình sử dụng phần mềm XOR trong xử lý dữ liệu scan, xây dựng mô hình CAD cho chi tiết mẫu quét mô hình CAD cho chi tiết mẫu quét
Phân tích mô hình : Dữ liệu thu được dạng thô có nhiều khuyết tật ta sẽ
chỉnh sửa, tối ưu dữ liệu và phân vùng trước khi dựng mô hình CAD. Mô hình có dạng khối nên ta sẽ tạo khối trụ bao kín chi tiết sau đó căn cứ dữ liệu lưới ta dựng các bề mặt, các khối Extrude từ các phác thảo. Dùng các mặt , các khối này ta cắt hoặc ghép, lấy đối xứng tạo thành chi tiết.
Qúa trình sử lý dữ liệu số hóa được thực hiện như sau :
3.2.3.1. Xử lý lưới dữ liệu (Mesh Editing)
Nhập mô hình quét: Từ màn hình làm việc, họn Insert/Import, rồi lấy mô hình từ vị trí đã đặt. Nhấn đúp chuột vào mô hình rồi vào chế độ Mesh bằng cách ấn vào biểu tượng trên Tool bar hoặc nhấn Tool/Mesh tool, xuất hiện các biểu tượng trên Tool bar → Dùng các công cụ này để làm sạch bề mặt lưới( tính năng của các dụng cụ đã được trình bày trong phần Mesh của mục 3.2 trang 29)
Hình 2.8 : Các công cụ xử lý dữ liệu
Tùy từng file quét mà chúng ta sử dụng các công cụ cho thích hợp trong mẫu quét này em dùng một vài tính năng công cụ như :
35
- Tìm lại dữ liệu điểm mà dữ liệu tam giác chồng chéo lên nhau và xóa bỏ
phần đó đi bằng công cụ Fend Defech
- Tự động tìm các dữ liệu rời rạc và liên kết chúng lại với nhau Healing Wizard
- Làm bóng các bề mặt Smooth - Giảm số lượng lưới tam giác Decimate
- Tối ưu hóa dữ liệu lưới Optimize Mesh
Hình dưới đây thể hiện kết quả của của các công cụ xử lý dữ liệu sau khi quét.
3.2.3.2. Phân mảng vùng dữ liệu (Region Group)
Kích hoạt biểu tượng Region Group trên Task bar hoặc theo đường dẫn Tool/Region Tools, rên Tool bar xuất hiện các biểu tượng sau, tương ứng với các công cụ cho việc phân vùng :
Để phân vùng tựđộng ta chọn (Auto segment)
Hình 2.10: Phân vùng tựđộng
Việc phân vùng tự động chưa hoàn chỉnh vì có nhiều mặt tự do, khó cho việc thực hiện các bước sau này, do đó tiếp tục việc phân vùng bằng tay. Chọn
Tool\Mesh tool\Spilt. Chuyển con trỏ chuột sang chếđộ Paint Brush ( kích hoạt
Select\Mode\Pain Brush).
Giảm kích cỡ của chổi rồi phân những vùng lớn thành vùng nhỏ hơn, theo những định dạng cơ bản: mặt phẳng, phần mặt trụ, mặt tự do có hình dạng đơn