CHƯƠNG 4. Quá trình tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí sử dụng Kinect v2 và ứng dụng 98
4.1 Quá trình tái tạo hình học bề mặt sử dụng Kinect v2
4.1.2 Thực nghiệm tái tạo hình học bề mặt sử dụng Kinect v2 . 100
PSfrag replacements Mẫu 1 Mẫu 2
Hình 4.2: Các vật mẫu thực nghiệm quá trình tái tạo hình học bề mặt
dung dịch Mega Check.
Để tiến hành thực nghiệm, cấu hình thí nghiệm cho cả hai vật mẫu được thiết lập như trong hình 4.3. Cụ thể thiết bị Kinect v2 được gắn trên giá đỡ máy ảnh ba chân, khi đó thiết bị dễ dàng di chuyển xung quanh vật mẫu cần quét. Tại mỗi góc chụp, thiết bị Kinect v2 được điều chỉnh sao cho trục quang học của cảm biến IR luôn đi qua tâm của vật mẫu.
(a) Vật mẫu nửa hình cầu (b) Vật mẫu hình trụ Hình 4.3: Cấu hình thí nghiệm tái tạo hình học bề mặt
Nhằm thực hiện thu thập dữ liệu, một chương trình máy tính được viết bởi mã Matlab theo một phần của giải thuật đã xây dựng ở mục 4.1.1 và được biểu diễn trong phụ lục 4.1. Quá trình số hóa bề mặt được tiến hành lần lượt với từng vật mẫu. Cụ thể, vật mẫu hình trụ được hoàn thành với 15 góc chụp và vật mẫu nửa hình cầu được hoàn thành với 12 góc chụp theo vòng tròn xung quanh các vật mẫu.
Đối với quá trình đăng ký đám mây điểm theo phương pháp tự động, đám mây điểm hoàn thiện của hai vật mẫu được tiến hành loại bỏ các điểm ngoại lai dạng cụm trên phần mềm Meshlab và được biểu diễn trong hình 4.4.
Để đăng ký đám mây điểm theo phương pháp thủ công, các đám mây điểm thu được trong môi trường Matlab được truy xuất theo dạng đuôi .ply và được truy nhập vào phần mềm Geomagic Design X. Phần mềm Geomagic Design X sử dụng hai cách để đăng ký đám mây điểm. Cách thứ nhất có thể thực hiện thông qua công cụMesh Buildup Wizard, hai đám mây điểm thành phần sẽ được chỉnh sửa, đăng ký đám mây điểm và chia lưới thành một mô hình duy nhất.
Tuy nhiên, mô hình sau đó sẽ mang sai số của quá trình chia lưới nên dẫn đến sai số khi tiếp tục ghép các đám mây điểm tiếp theo. Cách thứ hai thực hiện bởi công cụ Align Between Scan Data ở tab ALIGNMENT cho hai đám mây điểm của hai góc chụp liên tiếp, kết quả thu được mang đầy đủ thông tin của hai đám mây điểm thành phần. Trong luận án này, kết quả đám mây điểm hoàn
0 20
50 40
50 60
80
0 100
0 -50 -50
(a) Vật mẫu nửa hình cầu
0 20
50 40
50 60
80
0 100
0 -50 -50
(b) Vật mẫu hình trụ
Hình 4.4: Kết quả quá trình đăng ký đám mây điểm theo phương pháp tự động chỉnh của hai vật mẫu đăng ký theo cách thứ hai sau khi được loại bỏ phần đế của các vật mẫu được biểu diễn trong hình 4.5.
0 60 20 40
40
60 60
20 40
0 20
-20 0
-20
-40 -40
-60 -60
(a) Vật mẫu nửa hình cầu
0 60 20 40
40 60
60
20 40
80
0 20
-20 0
-40 -40 -20
-60 -60
(b) Vật mẫu hình trụ
Hình 4.5: Kết quả quá trình đăng ký đám mây điểm theo phương pháp thủ công Sau khi số hóa xong, giai đoạn tiếp theo là xử lý và căn chỉnh đám mây điểm để tạo mô hình CAD. Như đã đề cập ở trên, dữ liệu đầu ra trong giai đoạn số hóa được thu thập dưới dạng đám mây điểm. Cho đến nay, đám mây điểm là phiên bản chính xác nhất của dữ liệu được thu thập, vì kiểu dữ liệu này là đại diện cho các điểm thực tế được thu thập. Để bắt đầu, ở tab Points, công cụ Mesh Buidup Wizard của phương phápMesh Modeling được sử dụng như minh họa trong hình 4.6. Công cụ này có bốn giai đoạn thực hiện: chuẩn bị dữ liệu, loại bỏ điểm ngoại lai dạng cụm; đăng ký đám mây điểm và hợp nhất dữ liệu.
Khi mỗi giai đoạn hoàn thành, giai đoạn tiếp theo được chọn với một mũi tên
Hình 4.6: Công cụ Mesh Buildup Wizard để tạo lưới bề mặt
chuyển tiếp. Trong một số trường hợp, không phải tất cả các giai đoạn là cần thiết. Cụ thể, trong luận án này, đám mây điểm đã được thu nhận ở bước số hóa dữ liệu nên không cần thiết phải thực hiện giai đoạn chuẩn bị dữ liệu và đăng ký đám mây điểm trong quá trình xử lý thông tin hình học.
Hầu hết các điểm ngoại lai thưa thớt đã được loại bỏ ở quá trình số hóa bề mặt. Tuy nhiên trong đám mây điểm vẫn tồn tại các điểm ngoại lai dạng cụm, dữ liệu cần được thực hiện một công cụ loại bỏ Find Noisy Cluster để loại bỏ bất kỳ điểm ngoại lai dạng cụm này. Số lượng điểm tạo thành điểm ngoại lai dạng cụm được chỉ định bởi người sử dụng và đối với luận án này, số lượng điểm được chọn là 20. Điều này có nghĩa là khi mô hình được phân tích bằng công cụ Find Noisy Cluster, bất kỳ nhóm điểm nào có từ 20 điểm trở xuống không được kết nối với phần còn lại của mô hình đã được chọn và sau đó bị xóa.
Bước cuối cùng trong Mesh Buildup Wizard là hợp nhất dữ liệu, là giai đoạn trong đó đám mây điểm được chuyển đổi thành lưới bằng cách sử dụng các điểm riêng lẻ làm đỉnh để tạo một lưới các tam giác liền kề. Trong quá trình này, có một số tùy chọn có thể được chọn sẽ ảnh hưởng đến kích thước của mô hình, độ chính xác của lưới bề mặt và hiệu chỉnh dữ liệu tự động được thực hiện. Các cài đặt được sử dụng cho luận án này được trình bày trong hình 4.7. Trong số các tùy chọn cho việc xây dựng lưới, tùy chọn "HD Mesh Construction" được sử dụng để đảm bảo quá trình đăng nhập chặt chẽ với hình học thu được từ đám mây điểm. Đối với bộ lọc độ nét cao, độ phân giải tối đa được lựa chọn.
Sau khi thu được lưới bề mặt của đám mây điểm, mô hình CAD sẽ được hình thành bằng cách sử dụng phương pháp 2D Sketching. Công việc này được thực hiện tương tự như trong phần mềm CAD/CAM truyền thống. Sau đó, tùy thuộc ứng dụng, mô hình CAD sẽ được truy xuất theo các mở rộng của các phần mềm tương ứng.
Hình 4.7: Công cụ Mesh Buildup Wizard để tạo lưới bề mặt