Hình 2.34 Mô hình cơ khí 3D 2.3.3 Phần gỗ 1. Tấm đế Vật liệu gỗ, kích thước 260x260x70. Hình 2.35 Tấm đế
Hình 2.36 Mô hình 3D 2. Tấm bìa Vật liệu gỗ, kích thước 350x240x5, vát mép 5x45ᴼ. Hình 2.37 Tấm bìa Hình 2.38 Mô hình 3D
3. Ống nối trục động cơ bàn máy
Vật liệu đồng ống, kích thước 70, đường kính Ø6,5.
Hình 2.40 Mô hình 3D
4. Thanh chữ U
Vật liệu nhôm, kích thước 230x13.
Hình 2.41 Thanh chữ U Hình 2.42 Mô hình 3D
5. Bàn máy
Vật liệu nhựa, đường kính Ø130x22.
2.3.4 Mô hình gỗ
Hình 2.45 Mô hình gỗ 3D
2.3.5 Mô hình hoàn chỉnh
Thiết kế mô hình CAD trong môi trường Solidworks 2012.
2.4 Thiết kế mạch điều khiển
Sơ đồ mạch điện quét laser.
Hình 2.47 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ laser và bàn máy
- Các linh kiện
1) Nguồn điện DC PIN (9V) 2) Công tắt K1, K2, K3, K4 3) Đèn sợi tóc Đ1, Đ2 (18V-0,05A) 4) Đèn LED Đ3 (5V-0,05A) 5) Tụ điện có phân cực C1 (220µF), C2 (10µF) 6) Diode D1 (1A) 7) IC 7805 (5VDC-1A) 8) Laser (5V)
9) Động cơ DC giảm tốc M1, M2 (12V-0,25A)
- Giải thích
+Mạch điện hình 2.47 bao gồm 2 mạch điện: mạch ổn áp 5VDC dùng IC 7805 để cấp nguồn cho laser và mạch điều khiển động cơ M1,M2.
+K1 là công tắc nguồn của toàn bộ mạch điện. K1 đóng, mạch ổn áp 5VDC kín (nguồn điện được cấp cho laser); K1 mở, toàn bộ mạch hở.
+K2 là công tắc thay đổi tốc độ quay của động cơ DC bằng cách thay đổi điện áp.
K2 ở vị trí 2 sử dụng điện áp 9V, động cơ quay chậm. K2 ở vị trí 1 sử dụng điện áp 18V, động cơ quay nhanh.
+K3 là công tắc thay đổi chiều quay của động cơ DC bằng cách thay đổi chiều dòng điện cấp cho động cơ. K3 ở vị trí 1, dòng điện sẽ đi qua M1 hoặc M2 theo chiều từ chân dương (+) đến âm (–) (động cơ quay theo chiều thuận) ; K3 ở vị trí 3, dòng điện sẽ đi qua M1 hoặc M2 theo chiều từ chân dương (–) đến âm (+) (động cơ quay theo chiều ngược); K3 ở vị trí 2, mạch điều khiển động cơ hở.
+K4 là công tắc lựa chọn động cơ làm việc. K4 ở vị trí 1, chỉ làm việc với động cơ M1; K4 ở vị trí 3, chỉ làm việc với động cơ M2; K4 ở vị trí 2, mạch điều khiển động cơ hở.
+Đ1 là đèn báo cho động cơ M1. +Đ2 là đèn báo cho động cơ M2.
+Đ3 là đèn báo trạng thái công tắc nguồn K1
+ Diode D1 có tác dụng bảo vệ: chỉ cho dòng điện đi theo một chiều (chiều vào chân VI), đảm bảo cho chân VI và chân dương (+) của tụ C1 luôn nối với cực dương của nguồn khi hoạt động. Trường hợp nối nhầm cực (chân VI và chân dương (+) của tụ nối với cực âm của nguồn) thì D1 sẽ không cho dòng điện chạy qua, mạch không hoạt động.
+Hai tụ C1 và C2 có tác dụng tích điện và phóng điện khi sụt áp góp phần ổn định điện áp.
Công tắc điều khiển Thiết bị làm việc Đèn báo làm việc Vị trí hoặc trạng thái K1 K2 K3 K4 M1 M2 Laser Đ1 Đ2 Đ3 Đóng 2 1 1 Quay chậm chiều thuận Dừng Sáng Sáng yếu Tắt Sáng Đóng 2 3 1 Quay chậm chiều ngược Dừng Sáng Sáng yếu Tắt Sáng Đóng 2 1 3 Dừng Quay chậm chiều thuận Sáng Tắt Sáng yếu Sáng Đóng 2 3 3 Dừng Quay chậm chiều ngược Sáng Tắt Sáng yếu sáng Đóng 1 1 1 Quay nhanh chiều thuận Dừng Sáng Sáng mạnh Tắt Sáng Đóng 1 3 1 Quay nhanh chiều ngược Dừng Sáng Sáng mạnh Tắt Sáng Đóng 1 1 3 Dừng Quay nhanh chiều thuận Sáng Tắt Sáng mạnh sáng Đóng 1 3 3 Dừng Quay nhanh chiều ngược Sáng Tắt Sáng mạnh sáng Đóng 2 or 1 1 2 Dừng Dừng Sáng Tắt Tắt Sáng Đóng 2 1 Đóng 2 2 Mở Bất kỳ vị trí nào Dừng Dừng Tắt Tắt Tắt Tắt Bảng 2.48 Bảng nguyên lý làm việc
CHƢƠNG 3 CHẾ TẠO THIẾT BỊ 3.1 Phần cơ khí
3.1.1 Trụ chính
Trụ chính là ống thép đường kính Ø25 dài 550mm, được vát 2 đầu. Chọn mua loại thép ống có đường kính đúng yêu cầu rồi cắt cho đạt kích thước, rồi vát hai đầu trên máy tiện. Sau khi gia công xong xong, dùng sơn đen quét lên trên bề mặt để chống gỉ và tăng tính thẩm mỹ.
Hình 3.1 Trụ chính đã chế tạo xong.
3.1.2 Chân đế
Chân đế bao gồm ống tròn đường kính Ø27 có vát mép 1 đầu và 3 chân làm bằng thép mỏng dày 2mm. Chọn loại ống thép có đường kính phù hợp rồi cắt cho đạt kích thước chiều dài, sau đó vát mép bên trong ống cho 1 đầu để dễ lắp ráp. Các chân được hàn vào ống và để tăng độ cứng vững nên gia cố thêm 3 lá thép mỏng có chiều dày 2mm xung quanh.
Dùng mũi khoan Ø10 để khoan 2 lỗ lắp bulong. Sau đó hàn 2 đai ốc M8 tại vị trí hai lỗ này. Hàn các tai vào hai bu lông M8 để dễ vặn. Sau khi hàn xong, dùng sơn đen phủ lên trên bề mặt toàn bộ chân đế.
Hình 3.2 Chân đế đã chế tạo.
3.1.3 Tấm đỡ camera
Cắt hơn ½ đường kính ống Ø27 sau đó mài bavia. Dùng 2 tấm thép mỏng, bề dày 3mm, vát mép 2 đầu, hàn vào ống sau khi đã cắt, dùng mũi khoan Ø8 khoan 2 lỗ trên 2 tấm thép phía trước.
Tấm thép phía sau cách làm giống như tấm trên, khoan 2 lỗ Ø8, hàn 2 bulong vào vị trí 2 lỗ. Cắt tấm thép , hàn tấm thép với 2 đầu bulong. Trên tấm thép khoan lỗ Ø5 để lắp webcam, sau đó tiến hành phủ sơn đen.
Hình 3.3 Tấm đỡ camera đã chế tạo.
3.1.4 Tấm đỡ giữ động cơ phía trên
Chọn thép ống đường kính Ø27, cắt hơn ½ đường kính ống, đồng thời cắt thêm 2 tấm thép mỏng bề dày 3mm, vát mép 2 đầu, hàn vào 2 cạnh của ống thép. Sau đó khoan 2 lỗ Ø8 để lắp bulong.
Hình 3.4 Tấm đỡ giữ động cơ phía trên đã chế tạo.
3.1.5 Tấm giữ mặt bên động cơ
Tấm thép cắt theo biên dạng nắp bảo vệ bánh vít, khoan 3 lỗ Ø6 để lắp 3 bulong. Tấm phía sau làm tương tự như tấm phía trước, 2 tấm thép hàn theo chữ L, mặt trước tấm thép, khoan 2 lỗ Ø8 để hàn bulong. Sau đó phủ sơn đen.
Hình 3.5 Tấm giữ mặt bên động cơ đã chế tạo.
3.1.6 Thanh giữ động cơ
Cắt lá thép dày 2mm theo bán kính áp sát mặt động cơ vào bánh vít. Hàn 1 thanh thép vật liệu Inox có đường kính Ø6. Mặt sau đập dẹp, khoan lỗ Ø5 để lắp bulong. Sau khi hàn xong, đưa sát mặt tấm thép vào phần gần bánh vít, định vị rồi vạch dấu, khoan 2 lỗ Ø3.
3.1.7 Kiền giữ động cơ phía sau
Động cơ mang từ tính, nên không dùng vật liệu thép, chọn vật liệu Inox được uốn theo bán kính của động cơ, sau đó dùng mũi khoan Ø5 khoan thủng 2 mặt.
Hình 3.7 Kiền giữ động cơ phía sau đã chế tạo.
3.1.8 Khớp nối
Chọn vật liệu nhựa, gia công trên máy tiện, kích thước quy định trong bản vẽ, dùng mũi khoan Ø3 khoan 2 lỗ ở 2 bên, một đầu dùng để nối với trục vít me, đầu còn lại được nối với trục động cơ.
Hình 3.8 Khớp nối đã chế tạo.
3.1.9 Đồ gá laser
Chọn vật liệu nhựa, gia công trên máy tiện truyền thống, sau đó khoan tâm. Dùng mũi khoan Ø2.5, sau khi khoan taro mũi Ø3 để lắp vít cố định laser phía bên trong, đảm bảo laser bị trượt ra bên ngoài. Mặt đầu khoan lỗ Ø4 để lắp ống cầu chì.
Hình 3.9 Đồ gá laser đã chế tạo.
3.1.10 Bìa gỗ
Chọn tấm gỗ có bề dày 5mm, mài bóng, vát mép 5x45ᴼ ở mặt bên, khoan 8 lỗ Ø4 để lắp vít. Để khoan chính xác vị trí các lỗ, áp sát bản lề lá vào mặt bên sau khi đã vát mép. Sau đó vạch dấu và khoan. In giấy calip tiêu chuẩn trong thư viện David-Laser scanner 3.1.0, điều chỉnh 2 tấm bìa calip sao cho 2 mặt bên đối xứng nhau cố định dùng keo dán vào vị trí các góc của tấm bìa.
Hình 3.10 Mặt trước. Hình 3.11 Mặt sau.
3.1.11 Tấm đế
Cắt 4 tấm gỗ dày 10mm, vát mép 4 bên. Dùng đinh đóng thành khối hộp, định vị khoan lỗ Ø12 để lắp trục động cơ lên trên, khoan 2 lỗ Ø3 để giữ động cơ, để khoan chính xác, tốt nhất nên tháo vỏ động cơ ra ngoài, đặt vỏ động cơ cơ chứa 3 lỗ có ren phía dưới tấm đế rồi dùng tay cố định lại, lấy bút bi chấm 2 điểm trên vỏ động cơ đến khi nào 2 điểm đó xuất hiện phía dưới
tấm đế, lấy ra và khoan. Sau khi khoan xong, lắp động cơ lên, dùng vít M3 vặn xuống. Vặn vừa tay để tránh bị nứt lên bề mặt đế.
Dùng 2 thanh nhôm chữ U để lắp xuống mặt đế, khoan 6 lỗ Ø4.
Hình 3.12 Mặt trên tấm đế.
Hình 3.13 Mặt dưới tấm đế.
3.1.12 Khớp nối
Chọn mua ống đồng rỗng theo như thiết kế với đường kính Ø8, vát mép 2 đầu, dùng mũi khoan Ø3 để khoan 2 lỗ có kích thước xác định.
3.1.13 Bàn máy
Vật liệu nhựa, gia công trên máy tiện, kính thước quy định trong bản vẽ yêu cầu, khoan tâm. Khoan lỗ Ø3 để bắt vít M3 cố định bàn máy và khớp nối trục động cơ.
Hình 3.15 Bàn máy đã chế tạo.
3.2 Phần điện và laser
3.2.1 Hộp điều khiển
Vỏ bảo vệ linh kiện điện tử được làm từ nhôm, sau đó uốn lại, mặt trên và mặt bên khoan 4 lỗ Ø4 để lắp 2 nửa trên và nửa dưới khối hộp.
Hình 3.16 Hộp điều khiển đã chế tạo. Có các nút điều khiển
Hình 3.17 Vị trí nút điều khiển đã chế tạo.
công tác có 3 vị trí
Vị trí 1 là điều khiển động cơ M1 (động cơ laser), vị trí thứ 2 ở chế độ về không, vị trí thứ 3 điều khiển động cơ M2 (động cơ bàn máy).
công tắc có 3 vị trí
- Động cơ laser : Vị trí „+‟ điều khiển trục quay cùng chiều kim đồng
hồ, đèn xanh sáng bình thường. Vị trí „0‟ động cơ dừng quay. Vị trí „-‟ điều khiển trục quay ngược chiều kim đồng hồ, đèn vàng sáng bình
thường.
công tắc 2 vị trí
Vị trí S „Slow‟ tốc độ động cơ quay chậm, trường hợp này chỉ áp dụng
khi đang quét vật thể, đèn vàng sáng hơn bình thường. Vị trí F „Fast‟ tốc độ động cơ quay nhanh, áp dụng khi tia laser ngoài vùng quét vật thể và muốn
duy chuyển nhanh thì ấn sang chế độ này, đèn xanh sáng hơn bình thường.
- Động cơ bàn máy : Khi đang ở vị trí „+‟, động cơ quay bàn máy cùng chiều kim đồng hồ, đồng thời kết hợp 2 nút Slow, Fast. Tốt nhất là để chế độ Slow. Khi ở vị trí „-‟, động cơ quay bàn máy ngược chiều kim đồng hồ.
3.2.2 Laser
Khi chọn mua laser cần phải chú ý một vài đặc điểm sau:
+ Quan sát nguồn sáng khi rọi, cái nào ánh sáng bị nhòe thì loại + Ánh sáng yếu, bị chập chờn thì tốt nhất nên loại bỏ.
Khi chọn mua nên kiểm tra hệ thống bên trong laser, xem có bị chạm hay không. Các nút bấm có nguyên vẹn hay không. Để thử nghiệm thành công, tốt nhất nên mua dự phòng 10 chiếc. Quét vật thể trong thời gian lâu nếu dùng pin kèm theo thì thời gian sử dụng rất ngắn, độ ổn định không cao. Do đó khi mua về tháo pin ra lấy kéo cắt cho đến phần lò xo, dùng mỏ hàn thiếc hàn một đầu dây điện vào lò xo, phần phía sau laser khoan lỗ Ø3 để bắt vít, nối đầu dây điện còn lại vào bulong được lắp trên vỏ laser. Để phân biệt dễ dàng khi lắp mạch điện, tốt nhất nên chọn loại dây điện có 2 màu khác nhau.
3.3 Lắp ráp
3.3.1 Lắp ráp cơ khí
Đặt trụ chính đường kính Ø25 vào lỗ Ø27 của chân đế, dùng 2 bulong siết chặt trụ chính, phía dưới lắp tấm gá webcam dùng vít M5 cố định webcam, phía trên lắp tấm gá động cơ laser sau đó siết chặc bulong cố định tấm gá webcam và tấm gá động cơ laser.
Hình 3.19 Lắp ráp cơ khí
3.3.2 Lắp ráp gỗ
Đặt 2 tấm gỗ vào vị trí của 2 thanh nhôm chữ U, dùng vít M3 mài ngắn lắp khớp nối động cơ, sau đó lắp bàn máy lên trên.
Hình 3.20 Lắp ráp gỗ
3.3.3 Lắp ráp tổng thể và kết nối thiết bị với máy tính
Kết nối webcam với máy tính cho đến khi phần mềm nhận được webcam, kết nối laser quét vào máy tính thông qua cổng giao tiếp USB.
CHƢƠNG 4 QUÉT THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH THIẾT BỊ 4.1 Cài đặt phần mềm David-Laser Scanner
Để quét vật thể, trước hết phải cài phần mềm David-Laser Scanner của hãng DAVID Vision Systems. Phần mềm này được tải miễn phí từ trang web của hãng. Trong đồ án này, phiên bản 3.1.0 của phần mềm được sử dụng. Việc cài đặt phần mềm rất đơn giản. Sau khi nhấp chuột chạy file DAVID_Setup_3.1.0.exe, theo các hướng dẫn trên cửa sổ cài đặt để hoàn tất việc cài đặt.
4.2 Quét thử nghiệm
4.2.1 Điều chỉnh phần mềm
Khởi động phần mềm
Nhấp vào biểu tượng trên destop máy tính sau khi cài đặt. Giao diện David-Laser Scanner Version 3.1.0
1. Tab Hardware Setup
Điều chỉnh phần cứng
Vào mục Classic DAVID Setup hình 4.2
Nhấp vào Customize, chọn Line-Laser trong mục Light Source , tiếp tục chọn free/hand-held trong mục Laser Motion như hình 4.3.
Hình 4.2 Classic David Setup Hình 4.3 Customize
2. Tab Camera Calibration
Hình 4.4 Camera Calibration Hình 4.5 Tên camera kết nối Hiệu chỉnh Camera (webcam) như sau:
+ Lựa chọn loại camera (webcam) để quét, chọn Vimicro USB2.0 UVC PC Camera (900C5FDE3), đây là tên của Webcam mà máy tính nhận được.
+ Chọn độ phân giải webcam là 800x600, 30fps (gồm nhiều độ phân giải khác nhau do Webcam của hãng SSK quy định).
- Chọn khổ giấy A3 trong mục Calibration
- Dùng thước đo tỉ lệ khoảng cách trên tấm bìa calip như hình 4.6
- Nhập giá trị đo được vào mục Calibr. Scale[mm] với giá trị là 145mm như hình 4.7.
Điều này rất quan trọng nó quyết định độ chính xác, tương quan vị trí hình học.
Hình 4.6 Thước đo tỷ lệ
Hình 4.7 Nhập tỷ lệ bìa calip
Để cho webcam bắt điểm chính xác trên tấm bìa calip nên bật đèn sáng. Phần mềm hiện thông báo webcam đã bắt được điểm thành công (có kèm theo các dấu x màu xanh và màu đỏ ngay tại vị trí các nút màu đen). Nếu webcam
không bắt được điểm thì nên điều chỉnh lại cho tới khi nào hiện dòng thông báo “Calibration successful” thì dừng lại nhấn OK.
Hình 4.8 Webcam bắt điểm
3. Tab 3D Laser Scanning
Lựa chọn màu cho laser, chọn Red trong mục Laser Color, ở đây sử dụng laser đỏ như hình 4.9.
Sau khi lựa chọn xong, nên tắt đèn cho thật tối để tránh cho ánh sáng xung quanh bị nhiễu.
Nhấp Start để bắt đầu quét, ánh sáng màu bị nhiễu do vệt sáng laser bị nhòe.
Hình 4.11 Các file quét 2D
Sau khi quét xong, lưu đối tượng quét vào thư mục của máy tính
4. Tab 3D Shape Fusion
1. Specify list of input scans
Hình 4.14 Danh sách các file Scan
Chọn các file ảnh scan 2D sau khi quét, click vào biểu tượng để lấy các file quét có trong thư mục sau khi đã lưu (hình 4.14).
Sử dụng thanh công cụ để
chỉnh sửa đối tượng quét. Những vùng bị nhiễu xung quanh vật quét dùng khoanh vùng (hình 4.15), sau đó click biểu tượng để xóa (hình 4.16).
Hình 4.15 Khoanh vùng Hình 4.16 Xóa vùng
2. Align scans
Hình 4.17 Lắp ráp các mặt 2D
Sau khi xuất các file scan, những file này chồng chất lên nhau, click biểu tượng để tách các file ảnh thuận tiện cho việc lắp ráp.