Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC MÁY FDM
2.4. Sai số file STL
2.4.1. Sai số thiết lập file STL:
STL là định dạng tập tin được sử dụng cho phương pháp tạo mẫu nhanh, cho phép chuyển dữ liệu mô hình CAD sang một định dạng tập tin mà máy tạo mẫu nhanh sử dụng để chia lớp và thực hiện tạo mẫu chi tiết 3D. Theo tài liệu [13] định dạng STL sẽ đƣợc thiết lập các thông số sau:
Các thông số thiết lập đối với file STL:
Chiều cao dây cung (Chordal Tolerance): là khoảng cách lớn nhất giữa bề mặt thực và bề mặt xấp xỉ của tập tin STL Hình 2. 14.
Nguyễn Minh Dương 21 MSHV: 13041410 Hình 2. 14 Các thông số thiết lập file STL.
Thông số này ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác của mô hình CAD sau khi chuyển sang định dạng lưới tam giác STL. Ví dụ: đối với một cung tròn thì khi thay đổi giá trị chiều cao dây cung thì biên dạng cung tròn sau khi xấp xỉ sẽ thay đổi nhƣ
Hình 2. 15.
Hình 2. 15 Biên dạng thay đổi ứng với chiều cao dây cung
Tương ứng đối với khối cầu, khi thay đổi giá trị chiều cao dây cung thì bề mặt xấp xỉ sẽ thay đổi nhƣ Hình 2. 16.
Hình 2. 16 Bề mặt xấp xỉ thay đổi khi thay đổi chiều cao day cung đối với khối cầu có đường kính 30mm
Nguyễn Minh Dương 22 MSHV: 13041410 Do đó, vấn để xác định giá trị chiều cao dây cung cho phù hợp với độ chính xác cần đặt ra để cho cấu trúc dữ liệu là nhỏ nhất, và độ chính xác xấp xỉ càng đạt đƣợc theo yêu cầu cần phải tiến hành thực nghiệm trên hệ thống để có đƣợc bộ thông số chiều cao dây cung phù hợp.
Góc điều khiển (Angle Control): góc điều khiển ảnh hưởng đến lưới tam giác của đường cong, bán kính so với kích thước tổng thể của mô hình CAD. Góc này ảnh hưởng đến quá trình xử lý các dữ liệu điểm trong cắt lớp.
(Dạng tập tin STL) Type of exported STL file: tập tin STL đƣợc định dạng thông thường là loại nhị phân Binary hoặc dạng ASCII.
Tập tin STL đại diện cho bề mặt của mô hình CAD, nó là tập hợp các tam giác xấp xỉ đƣợc thể hiện Hình 2. 14. Khi chuyển đổi tập tin mô hình CAD sang tập tin định dạng STL thì cần thiết lập 2 thông số cơ bản là chiều cao dây cung và góc điều khiển.
2.4.2. Sai số khi chuyển định dạng từ mô hình CAD sang STL:
Tập tin CAD đƣợc thiết kế trên các phần mềm chuyên dùng hoặc từ công nghệ thiết kế ngƣợc (Rapid form) đƣợc chuyển đổi sang định dạng STL sẽ gặp các sai số phát sinh do quá trình cài đặt thông số định dạng file STL. Theo tài liệu [13] thì những sai số khi chuyển đổi nhƣ sau:
- Sai số khoảng cách mặt cong và lưới tam giác (Tessellation generation error):, thể hiện nhƣ hình Hình 2. 17a sai số này gây ra bởi giá trị cài đặt chiều cao dây cung (chordal tolerance), các bề mặt cong của chi tiết 3D sẽ đƣợc xấp xỉ thành các mặt tam giác với giá trị chiều cao dây cung đƣợc thiết lập trong quá trình chuyển đổi định dạng file.
- Sai số do xấp xỉ dƣ hoặc thiếu biên dạng (Convex boundary error ) thể hiện Hình 2. 17b sai số này do quá trình xấp xỉ cung với các biên dạng khác nhau, tại những vị trí đỉnh giới hạn của chi tiết sẽ bị mất đi hoặc những phần lõm sẽ bị thêm vào bởi cạnh của tam giác xấp xỉ.
- Sai số các vector chỉ phương (Flipped normal): sai số này xuất hiện bởi thông số góc điều khiển, khi chuyển đổi định dạng sang sấp xỉ tam giác, tập
Nguyễn Minh Dương 23 MSHV: 13041410 tin dữ liệu chủ yếu là các đỉnh của các tam giác nội suy, cho nên vấn đề sai số bởi vector chỉ phương sẽ xuất hiện, sai số này gây ảnh hưởng đến quá trình xử lý dữ liệu cắt lớp. Quá trình xử lý dữ liệu gặp khó khăn khi các vector chỉ phương bị đổi chiều, làm cho quá trình cắt lớp không phân biệt đƣợc những bề mặt trong hay bề mặt ngoài của một chi tiết.
- Sai số trùng cạnh của tam giác (More than two triangles per edge (mid- line nodes): đƣợc thể hiện Hình 2. 17c , sai số này sẽ làm cho quá trình cắt lớp không nhận dạng đƣợc cạnh của tam giác nội suy, dẫn đến quá trình cắt lớp bị lỗi hoặc nhận dạng sai các cạnh của tam giác xấp xỉ.
- Sai số do phần cứng (Truncation errors): sai số này chủ yếu do phần cứng của hệ thống máy tính xử lý, đó là sai số cố định và không thể can thiệp được, nhưng mức độ ảnh hưởng của sai số này lên độ chính xác của file chuyển đổi là không đáng kể.
- Những sai số khác (Other errors): sai số do chương trình chuyển đổi từ file CAD sang STL …
Hình 2. 17 Các sai số khi chuyển sang file STL
Nguyễn Minh Dương 24 MSHV: 13041410 Vấn đề hiệu chỉnh để thiết lập đƣợc một file chuyển đổi STL là vô cùng phức tạp, cần phải có quá trình nghiên cứu dựa trên thực nghiệm để đạt đƣợc độ sai số khi chuyển đổi là nho nhất. Việc lựa chọn các thông số chuyển đổi để các tam giác xấp xỉ một mặt cong là tốt nhất, mịn nhất và giá trị dữ liệu (dung lƣợng) file là nhỏ nhất. Nhƣ vậy việc xấp xỉ một mặt cong từ nhiều tam giác nhỏ để có đƣợc một mặt cong trơn, chính xác nhƣng mặt khác sẽ gặp khó khăn về vấn đề xử lý dữ liệu trên các phần mềm CAD hoặc gặp khó khăn cho một số máy tính.
Do đó, để giảm thiểu tối đa các sai số khi chuyển đổi dữ liệu từ CAD sang STL thì việc sử dụng các phần mềm chuyên dùng là điều cần thiết, nhƣng vấn đề hiệu chuẩn, chỉnh sửa các dữ liệu đòi hỏi người sử dụng phần mềm cần phải có nhiều kinh nghiệm và tốn nhiều thời gian tiếp cận hơn. Các sai số nhỏ có thể đƣợc điều chỉnh tự động bằng phần mềm chuyên dùng, nhƣng những sai số lớn phải đƣợc sửa chữa bằng tay.
2.4.3. Sai số nội suy từ dữ liệu đám mây:
Sai số này thưởng chủ yếu xảy ra trong quá trình thiết kế ngược, dữ liệu đám mây điểm được thu thập bằng nhiều phương pháp như quét lazer, quét camera, tay đo biên dạng…để từ đó xây dựng lại bề mặt chi tiết. Trong quá trình chuyển đổi dữ liệu từ các tập hợp đám mây điểm sang dạng tam giác xấp xỉ bề mặt chi tiết, với các thông số thiết lập về chiều cao dây cung, giá trị góc điều khiển, chiều dài dây cung… thì sẽ xãy ra các sai số trong quá trình xấp xỉ ngƣợc lại bề mặt quét.
Hình 2. 18 Quá trình xấp xỉ dữ liệu điểm nội suy tam giác
Nguyễn Minh Dương 25 MSHV: 13041410 Những sai số xuất hiện là do quá trình loại bỏ những điểm thừa đƣợc lấy từ dữ liệu đám mây điểm hoặc do quá trình bổ sung những điểm trống trên một cung bất kỳ để nội suy lại bề mặt cần quét.