CHƯƠNG 4. Quá trình tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí sử dụng Kinect v2 và ứng dụng 98
4.2 Ứng dụng thiết kế bề mặt khuôn mũ bảo hiểm
4.2.1. Quá trình tái tạo hình học bề mặt
Mũ bảo hiểm là một một vật dùng nhằm mục đích bảo vệ phần đầu của người dùng, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như hàng không vũ trụ, quân đội, thể thao, giao thông, hay sản xuất công nghiệp. Để ứng dụng thiết kế bề mặt khuôn mũ bảo hiểm, một sản phẩm mũ bảo hiểm nửa đầu đang có mặt trên thị trường được lựa chọn. Trước khi tái tạo hình học bề mặt sản phẩm mũ bảo hiểm sử
dụng Kinect v2 theo giải thuật đã nêu ở trên, mũ bảo hiểm được tạo một lớp phủ chống phản xạ bằng Developers dạng dung dịch Mega Check. Cấu hình thí nghiệm được thiết lập như trong hình 4.12. Tại mỗi góc quét, thiết bị Kinect v2 được điều chỉnh sao cho trục quang học của cảm biến IR luôn đi qua tâm của mũ bảo hiểm.
Hình 4.12: Cấu hình tái tạo hình học bề mặt của mũ bảo hiểm
Để thực hiện thu thập dữ liệu, chương trình máy tính đã viết ở trên được sử dụng lại. Quá trình quét được thực hiện với 27 góc chụp để lấy đủ thông tin xung quanh mũ bảo hiểm. Thời gian thực hiện cho một góc chụp là 10 giây.
Các đám mây điểm được truy xuất theo dạng đuôi .ply và sau đó truy nhập vào phần mềm Geomagic Design X. Xử lý tương tự như phần trên, kết quả đám mây điểm hoàn chỉnh được biểu diễn trong hình 4.13.
Tiếp tục sử dụng các công cụ có sẵn trên phần mềm Geomagic Design X, quá trình xử lý thông tin hình học được thực hiện. Đầu tiên, lưới bề mặt được tiến hành xây dựng theo giải thuật tam giác phân. Tiếp đến các công cụ làm sạch và chỉnh sửa được sử dụng để loại bỏ những dữ liệu thừa, chữa các khuyết điểm và làm mịn độ mấp mô của lưới bề mặt. Sau đó, công cụ sửa đổi được sử dụng để sửa đổi hình dạng cho phù hợp các ràng buộc vật lý. Cuối cùng, công cụ tối ưu hóa được sử dụng để tối ưu hóa cấu trúc liên kết của các mặt trên lưới bề mặt và sau đó tạo lưới kín. Một mô hình CAD của bề mặt mũ bảo hiểm được hình thành và được biểu diễn trong hình 4.14a.
Máy quét 3D ánh sáng cấu trúc dạng cầm tay của hãng Thunk3D, nhãn hiệu Fisher S, được sử dụng để làm thiết bị tham chiếu. Máy quét này cung cấp một
900 100 950 1000
50
0
-50 50
0
-100 -50
Hình 4.13: Đám mây điểm hoàn chỉnh của mũ bảo hiểm
quá trình tái tạo hình học bề mặt với chất lượng rất cao nhờ độ chính xác dưới milimet (theo thông số kỹ thuật của máy là 0,04mm). Thiết bị này thường được sử dụng cho mục đích đo lường. Trong luận án này, dữ liệu thu được từ Fisher S hình thành một tập tham chiếu và sẽ được sử dụng để đánh giá chất lượng của mô hình CAD được tạo bởi quá trình tái tạo hình học bề mặt mũ bảo hiểm sử dụng thiết bị Kinect v2. Kết quả của quá trình quét sử dụng Fisher S là bề mặt lưới và được lưu trữ theo định dạng STL. Sau đó, dữ liệu này được truy xuất sang Geomagic Design X. Cuối cùng, mô hình CAD của bề mặt mũ bảo hiểm được khởi tạo và thể hiện trong hình 4.14b.
Để đánh giá độ chính xác của mô hình CAD thu được từ quá trình tái tạo hình học bề mặt sử dụng thiết bị Kinect v2, mô hình CAD tham chiếu thu được từ quá trình tái tạo hình học bề mặt sử dụng thiết bị Fisher S được sử dụng để so sánh. Mô hình CAD tham chiếu hình thành từ đám mây điểm có mật độ rất cao, lớn hơn khoảng 20 lần so với mật độ đám mây điểm thu được từ thiết bị Kinect v2. Sự chênh lệch mật độ điểm này là một vấn đề đối với các thuật toán so sánh giữa đám mây điểm và đám mây điểm, bởi vì tính toán khoảng cách sẽ không hiệu quả. Do đó, việc so sánh giữa hai tập dữ liệu thu được từ thiết bị tham chiếu và Kinect v2 sẽ được thực hiện trên cùng một định dạng trong môi trường Geomagic Design X. Kết quả so sánh được minh họa trong hình 4.15.
(a) Quét bằng Kinect v2 (b) Quét bằng Fisher S Hình 4.14: Mô hình CAD của mũ bảo hiểm
Độ lệch giữa các mô hình CAD được mã hóa bằng màu sắc và được chiếu trên dữ liệu được tính toán. Mặc dù có thể có sai lệch do quá trình xử lý thông tin hình học gây ra, tuy nhiên kết quả có thể chấp nhận được.
Trong kết quả so sánh, sai lệch giữa hai mô hình CAD dưới 1mm được ghi nhận khoảng 50 % và sai lệch giữa hai mô hình CAD từ1mmđến2mmlà khoảng 28 %. Bên cạnh đó, sai lệch lớn nhất đạt được khoảng±4mm. Chúng tương ứng với các biến dạng cục bộ ảnh hưởng tới mô hình CAD, đặc biệt là trên các đường biên của đối tượng.
Hình 4.15: Kết quả so sánh hai mô hình CAD thu được
4.2.2. Quá trình ứng dụng
Dựa vào mô hình CAD đã xây dựng, chi tiết nửa khuôn ép nhựa của mũ bảo hiểm được thiết kế mới trên phần mềm Soloidworks. Sau quá trình mô phỏng gia công trên phần mềm Solidcam, chương trình gia công được chuyển tới máy
CNC Manford MCB-850 để thực hiện cắt gọt. Sản phẩm sau quá trình gia công được minh họa trong hình 4.16.
Hình 4.16: Lòng khuôn mũ bảo hiểm bằng vật liệu nhôm