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.
Hình 4.18 Các file 2D riêng lẻ
Khi lắp ráp sẽ có các ràng buộc theo phương chiều các trục x,y,z. Ở đây sử dụng Free rotation, lắp ráp trong môi trường tự do.
Hình 4.19 Các phương pháp lắp ráp
Click biểu tượng để chuyển sang môi trường lắp ráp, hình 4.20.
+ Chọn file quét A
+ Chọn file quét B như hình 4.21
Hình 4.21 Chọn file lắp ráp
+ Chọn 2 file quét A và B để tiến hành lắp ráp như hình 4.22.
Hình 4.22 File scan sau khi lắp ráp
Trong trường hợp chọn sai mặt lắp ghép có thể quay trở về vị trí ban đầu bằng cách click vào biểu tượng .
Tương tự làm cho tất cả các trường hợp còn lại, lưu ý thời gian chỉnh sửa khá lâu, do đó cần phải quan sát thật kỹ những bề mặt ăn khớp với nhau, lắp ghép chính xác sẽ cho ra kết quả cao.
Hình 4.23 File scan 3D sau khi lắp ráp
3. Merge scans/ Fuse triangle mesh
Hình 4.24 Nối lưới tam giác Sau khi lắp ráp mô hình hoàn chỉnh, có hai phương pháp:
+ Simple: phương pháp này độ chính xác không cao, chất lượng hình ảnh rất kém, dẫn đến xây dựng mô hình CAD không chính xác cao, xét ở cùng độ phân giải 600.
+ Poisson: phương pháp này có độ chính xác cao, hình ảnh sắc nét, tùy độ phân giải mà có thể lựa chọn. Chọn độ phân giải , sau đó chọn , chờ đợi trong một vài giây, nếu chọn độ phân giải dưới 500 thì hiển thị nhanh kết quả, trên giá trị 600 thì thời gian phần mềm xử lý lâu hơn.
Hình 4.26 Độ phân giải 400 Hình 4.27 Độ phân giải 600
4. View and save results
Hình 4.28 Xem và lưu kết quả Có hai chế độ xem:
+ Show Scans : các file lắp ráp khi quét.
Hình 4.29 Lưu file 3D Click Save để lưu đối tượng 3D vào thư mục máy tính.
4.2.2 Thiết kế ngƣợc trong modul SolidWorks 2012
File quét 3D sau khi quét sẽ được lưu ở 3 định dạng .OBJ, hoặc (.STL, .PLY).
Chọn Mesh, sau đó chọn Surface Wizard để tiến hành xây dựng bề mặt sau khi đã có dữ liệu file obj như hình 4.30.
Nhấn biểu tượng để sang trang tiếp theo, để đảm bảo độ chính xác, tạo mô hình lưới tự động, chọn Automatic creation (hình 4.32). Sau đó nhấn
để tăng số lượng chi tiết bề mặt (hình 4.33).
Hình 4.32 Automatic Hình 4.33 Surface Detail
Click Update Preview, để phần mềm tự động chia lưới (hình 4.34). Lưu ý thời gian chia lưới thường khá lâu. Hình 4.35 mô hình CAD sau khi xử lý.
4.2.3 Độ chính xác của vật thể quét
Kích thước vật thể là 82,04mm (dùng thước kẹp có giá trị ghi trên vạch là 0,02mm) (hình 4.36). Xử lý đối tượng trong môi trường SolidWorks 2012 thì chiều cao đo được là 82,06mm (hình 4.37). So sánh kích thước thực tế của đối tượng thì sai lệch cho phép là 0,02mm.
Các lý do dẫn đến sai lệch
+ Độ phân giải webcam thấp
+ Ánh sáng laser không được mảnh và nét + Khoảng cách camera và đối tượng quét + Điều chỉnh góc độ laser khi quét chưa hợp lý
+ Lắp ráp các bề mặt 2D không đảm bảo độ chính xác. + Động cơ laser hoạt động không ổn định
4.2.4 Hạch toán giá thành sản phẩm
Để chế tạo máy quét laser thì bao gồm các khoản chi như bảng 4.38. Bảng 4.38 Hạch toán giá thành sản phẩm
STT Tên thiết bị Số lượng Đơn giá, đồng
1 Laser điểm 1 50.000 2 Cụm động cơ và trục vít-bánh vít 1 1.500.000 3 Động cơ bàn máy 1 1.000.000 4 Webcam SSK 1 190.000 5 Khung thép 1 100.000 6 Sơn 1 10.000 7 Bàn máy 1 60.000 8 Ống đồng Ø8 1 15.000 9 Pin 9V 6 30.000 10 Cục nhựa dài 230mm 1 15.000 11 Công thợ làm 600.000
12 Linh kiện điện, điện tử 300.000
13 Đối tượng quét 1 8.000
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN Kết luận
Trong đề tài này, thiết bị quét laser được thiết kế và chế tạo dựa trên công nghệ quét laser của hãng DAVID Vision Systems. Thiết bị sử dụng laser đường trên cơ sở nguồn laser điểm (laser đồ chơi), webcam và một số phụ kiện khác dựa theo thiết bị mẫu của hãng DAVID Vision Systems. Chùm tia laser được điều khiển bằng một động cơ một chiều để quét vật thể. Việc xoay vật thể sau mỗi lần quét được thực hiện nhờ động cơ một chiều gắn dưới bàn máy. Ngoài một số thiết bị phải mua như webcam, laser điểm và động cơ, các bộ phận còn lại do tác giả thiết kế và chế tạo theo điều kiện tại Trường Đại học Nha Trang.
Máy quét laser này có một số nhược điểm như sau:
+ Chất lượng ảnh quét thấp dẫn tới độ chính xác kích thước và hình dáng của vật thể không cao.
+ Bìa gỗ để lắp bảng bìa hiệu chuẩn bị cong vênh khi thời tiết thay đổi.
+ Phải quét nhiều lần để có số lượng mảnh ghép đủ lớn để xây dựng vật thể. Do đó tốn rất nhiều thời gian quét vật thể.
Đề xuất ý kiến
- Tiến hành quét thử nghiệm một số vật thể có những đối tượng với kích thước bé và xác định khả năng nhận diện kích cỡ đối tượng bé nhất của thiết bị.
- Nâng cao độ chính xác và năng suất quét bằng cách thay webcam bằng CCD Camera, chế tạo laser đường chất lượng cao và sử dụng phần mềm bản quyền của hãng DAVID.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Thế Long, Th.S. Trương Hồng Quang, “Công nghệ Scan 3D và ứng dụng”, Trường Đại học giao thông vận tải tp Hồ Chí Minh.
[2]. Nguyễn Văn Tường, “Kỹ thuật ngược”, tr. 7-9.
[3]. Lê Văn Thương (2012), “Máy quét Laser 3D Nikon LC15Dx – Rút ngắn về độ chính xác với CMM dùng đầu dò chạm”, tr. 1-2.
[4]. Đoàn Thị Minh Trinh (2011), “Công nghệ thiết kế ngược”, Trường Đại học bách khoa tp Hồ Chí Minh.
[5]. Chau-Chang Wang, Da-jung Tang and Todd Hefner, Design, Calibration and Application of a Seafloor Laser Scanner, Institute of
Applied Marine Physics and Undersea Technology National Sun Yat-sen UniversityApplied Physics Lab, Washington UniversityTaiwanUSA.
[6]. Vinesh Raja and Kiran J. Fernandes (Eds.) (2008), Reverse Engineering, University of Warwick and University of York, UK.
[7]. L. Bornaz, F. Rinaudo, “Terrestrial Laser Scanner Data Processing”, C.so Duca degli Abruzzi, 24 – 10129 Torino.
[8]. Ertu Unver, Atkinson Paul and Tancock Dave, “Applying 3D Scanning and Modeling in Transport Design Education”, University of Huddersfield. [9]. Douglas Lanman, Daniel Cabrini Hauagge, and Gabriel Taubin, “Shape from Depth Discontinuities under Orthographic Projection”, Division of Engineering, Brown University Providence, RI 02912 USA.
[10]. Matthew J. Leotta, Austin Vandergon and Gabriel Taubin (2008), “3D Slit Scanning with Planar Constraints”, Brown University Division of Engineering, Providence, RI, USA Microsoft, USA.
[11]. Matthew J. Leotta, Austin Vandergon, Gabriel Taubin, “Interactive 3D Scanning Without Tracking”, Brown University Division of Engineering Providence, RI 02912, USA.
[13]. Kristine I. Spangard, “New Advances In 3D Laser Scanning Technologies”, 9401 James Avenue South, Suite 132 Minneapolis, MN 55431.
[14]. Wolfgang BOEHLER, Andreas MARBS, “3D Scanning Instruments”, i3mainz, Institute for Spatial Information and Surveying Technology, FH Mai Holzstrasse 36, 55116 Mainz, Germany.
[15]. www.david-laserscanner.com/forum
[16]. www.david-laserscanner.com
[17]. www.meslab.org/mes/threads/4183-Tu-che-may-3D-Laser-Scanner.html
[18]. www.david-laserscanner.com/wiki/scanning_without_panels_b\_hal
MỤC LỤC
Trang
Lời mở đầu………1
Lời cảm ơn………2
Lời cam đoan………...…...3
Chƣơng 1 Tổng quan về kỹ thuật ngƣợc………….………..4
1.1 Mở đầu………….……….………4
1.2 Một số ứng dụng của kỹ thuật ngược trong công nghiệp……….5
1.3 Quy trình kỹ thuật ngược………10
1.4 Máy quét laser……….13
1.5 Thiết bị quét laser theo công nghệ của hãng DAVID Vision Systems ………...17
Chƣơng 2 Xây dựng kết cấu thiết bị………....19
2.1 Mở đầu……….……..19
2.2 Phương án thiết kế……….19
Phương án 1………...19
Phương án 2……….……..22
2.3 Thiết kế các cơ cấu của thiết bị……….25
2.3.1 Phần cơ khí……….…….25
2.3.2 Mô hình cơ khí……….………...31
2.3.3 Phần gỗ………....32
2.3.4 Mô hình gỗ………..35
2.3.5 Mô hình hoàn chỉnh………....35
2.4 Thiết kế mạch điều khiển………..36
3.1 Phần cơ khí………...39
3.2 Phần điện và laser……….45
3.3 Lắp ráp………..48
Chƣơng 4 Quét thử nghiệmvà hiệu chỉnh thiết bị……….50
4.1 Cài đặt phần mềm David-Laser Scanner……….…….50
4.2 Quét thử nghiệm………...50
4.2.1 Điều chỉnh phần mềm………...50
4.2.2 Thiết kế ngược trong modul SolidWorks 2012………..…61
4.2.3 Độ chính xác của vật thể quét……….63
4.2.4 Hạch toán giá thành sản phẩm………..………..64
Kết luận và đề xuất ý kiến……….………...65
Kết luận………....65
Đề xuất ý kiến………..65
Tài liệu tham khảo………....66