-1-

LỜI MỞ ĐẦU
Kỹ thuật ngược được ra đời từ những thập niên 90 của thế kỷ trước và
đã được nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực phát triển nhanh sản phẩm,
tạo ra nhiều mẫu mã, kiểu dáng khác nhau nhằm đáp ứng kịp thời với nhu
cầu, đòi hỏi ngày càng cao của xã hội. Tại Việt Nam, nhiều công ty về chế tạo
máy, nhất là các công ty khuôn mẫu, đồ chơi trẻ em, đã áp dụng kỹ thuật
ngược để thiết kế và phát triển sản phẩm. Tuy nhiên, đa số trường đại học có
đào tạo ngành chế tạo máy ở nước ta lại chưa có điều kiện để cho sinh viên
tiếp cận với kỹ thuật này. Một trong những nguyên nhân là do thiết bị dùng
trong kỹ thuật ngược tương đối đắt. Trường Đại học Nha Trang cũng không
phải ngoại lệ.
Để phần nào tháo gỡ vướng mắc trên, em đã chọn đề tài “Chế tạo thiết
bị quét laser dùng trong kỹ thuật ngược phục vụ đào tạo tại trường Đại học
Nha Trang” để làm đồ án tốt nghiệp. Nội dung thực hiện trong đề tài này gồm
5 chương:
Chƣơng 1: Tổng quan về kỹ thuật ngƣợc
Chƣơng 2: Xây dựng kết cấu thiết bị
Chƣơng 3: Chế tạo thiết bị
Chƣơng 4: Quét thử nghiệm và hiệu chỉnh thiết bị
Kết luận và đề xuất ý kiến
Được sự giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn, sự đóng góp ý kiến của bạn
bè và sự nỗ lực của chính bản thân không mệt nghỉ đã giúp em hoàn thành
xong đề tài này. Mặc dù đã cố gắng tuy nhiên do trình độ còn hạn chế và kinh
phí eo hẹp nên đồ án còn nhiều khiếm khuyết. Rất mong nhận được sự đóng
góp ý kiến từ thầy cô và bạn bè.
Xin chân thành cảm ơn !
Nha Trang, tháng 7 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Phan Dũng Sỹ
-3-

LỜI CAM ĐOAN
Sinh viên: Phan Dũng Sỹ, lớp 50CT2 nghiêm chỉnh chấp hành tốt nội quy làm
tốt nghiệp và không sao chép nội dung đề tài. Nội dung đề tài này do chính
tác giả thực hiện từ ngày 20/2/2012 đến ngày 2/6/2012.
Sinh viên thực hiện
Phan Dũng Sỹ
-4-


-5-

- Tạo lại dữ liệu hoặc chế tạo từng phần mà không có dữ liệu CAD,
hoặc với dữ liệu đã trở nên quá lỗi thời hoặc đã bị mất.
- Kiểm tra và quản lý chất lượng, so sánh chế tạo từng bộ phận được
thiết kế trong mô hình CAD.
- Một vài sản phẩm xấu cần loại ra… chất lượng quá kém, đòi hỏi cần
phải cải thiện, giảm mức phế phẩm ở giá trị thấp nhất.
- Thăm dò thị trường và cải tiến sản phẩm
- Tạo dữ liệu 3D từ những nét đặc biệt, mô hình hoặc tạo một tác phẩm
điêu khắc.
- Sáng tạo ra các kiểu răng, hoặc phẩu thuật lắp ráp các bộ phận cơ thể,
tạo ra một loạt thân thể từng phần hoặc lập kế hoạch phẩu thuật [6, trang 3].
1.2 Một số ứng dụng của kỹ thuật ngƣợc trong công nghiệp
1.2.1 Kỹ thuật ngược trong ngành công nghiệp ô tô

Hình 1.1 Quy trình áp dụng kỹ thuật ngược ở các công ty ô tô của Nhật.
-6-

Để sản xuất ra một chiếc ô tô phải mất rất nhiều thời gian. Theo như
các phương pháp truyền thống sử dụng bộ ba CAD/CAM/CAE thì phải mất
trên 3 tháng mới hoàn thành xong sản phẩm. Các công ty Nhật Bản chọn
phương án dùng kỹ thuật ngược để có thể rút ngắn thời gian thiết kế cũng như
cạnh tranh thị trường trên thế giới và quy trình mà họ áp dụng rất thành công.
Hình 1.1 biểu diễn quy trình áp dụng kỹ thuật ngược ở các công ty ô tô của
Nhật [6, trang 142]. Hiện nay quy trình này cũng được nhiều công ty sản xuất
ô tô trên thế giới áp dụng.
Các bước thực hiện khi áp dụng kỹ thuật ngược trong sản xuất ô tô như
sau:
Bước 1: Tạo mô hình đất sét

Ngoài việc dựng lại chi tiết để để làm khuôn như đã nói ở trên thì việc
kiểm tra lại các kích thước của lòng lõi khuôn trước khi đưa vào sản xuất có ý
nghĩa quyết định trong ngành khuôn mẫu. Khi đó người ta đo các kích thước
trong lòng lõi khuôn và so sánh với các kích thước mẫu ban đầu từ đó tìm ra
các sai lệch giữa chúng để có phương án sửa chữa cho phù hợp.
1.2.4 Ứng dụng trong cải tiến kiểu dáng sản phẩm
Trong bối cảnh gia nhập WTO nên số lượng cũng như kiểu dáng càng
ngày phong phú và đa dạng, nếu đem sản phẩm ra bán trên thị trường trong
vòng nhiều năm mà không thay đổi kiểu dáng cũng như tính thân thiện với
môi trường thì giá trị đem lại rất thấp, sản phẩm không có tính mới lạ, chất
-9-

lượng không đạt yêu cầu, khó có thể đứng vững trên thị trường. Do đó câu hỏi
luôn đặt ra với người thiết kế, ngày càng hoàn thiện đi đôi với bảo vệ môi
trường cũng như khả năng an toàn của sản phẩm là rất cao. Với nhu cầu thị
trường hiện nay, ngoài việc các sản phẩm sản xuất, nâng cao được tính năng
thì yêu cầu về thẩm mĩ cũng đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc tiêu
thụ sản phẩm của các ngành sản xuất như ngành sản xuất xe máy, ô tô, điện
thoại di động, laptop,…đó là lĩnh vực phát triển rất mạnh hiện nay và có yêu
cầu về tính thẩm mĩ cao vì vậy người ta luôn luôn cần cải tiến kiểu dáng cho
sản phẩm. Với các chi tiết cần cải tiến người ta chỉ cần cải tiến một phần nào
đó trên đó của sản phẩm khi ấy người ta sử dụng công nghệ quét laser để lấy
mẫu chi tiết cần cải tiến. Sau đó dùng phần mềm thiết kế dựng lại chi tiết đó
và vẽ thêm vào hình dáng các bề mặt cần cải tiến vì vậy chi tiết thiết kế ra vẫn
đảm bảo tính lắp ghép với các chi tiết khác mà làm cho sản phẩm có kiểu
dáng mới.
1.2.5 Ứng dụng trong thiết kế sản phẩm mới
Trong các ngành sản xuất luôn luôn cần phải đưa ra các kiểu dáng hoàn
toàn mới cho sản phẩm để đảm bảo nhu cầu của thị trường, với những sản
phẩm phức tạp việc dựng các chi tiết của sản phẩm đó trên phần mềm gặp khó

-11- Hình 1.11 Các giai đoạn kỹ thuật ngược
a. Giai đoạn quét hình
Dùng máy quét hình để quét hình dáng của vật thể. Có thể dùng máy
quét dạng tiếp xúc (như máy đo tọa độ 3 chiều Coordinate measuring
Machine –CMM), máy quét dạng không tiếp xúc (máy quét laser, thiết bị quét
quang học và thiết bị dùng cảm biến CCD).
Khi sử dụng máy CMM thì đầu dò tiếp xúc với bề mặt cần đo. Mỗi vị
trí đo sẽ cho một điểm có tọa độ (x,y,z). Tập hợp các điểm đo sẽ cho một đám
mây các điểm [2, trang 7].

Hình 1.12 Máy CMM
Khi sử dụng máy quét laser thì chùm tia laser từ máy chiếu vào vật thể
sẽ phản xạ trở lại cảm biến thu. Hình dạng của toàn bộ vật thể được ghi lại
bằng cách dịch chuyển hoặc quay vật thể trong chùm ánh sáng hoặc quét
chùm ánh sáng ngang qua vật (hình 1.13). Phương pháp này có độ chính xác
kém hơn phương pháp đo tiếp xúc.
-12- Hình 1.13 Quét vật thể dùng tia laser có cấu trúc đường.
Cả hai phương pháp đều cho dữ liệu vì chi tiết tập hợp các điểm (đám
mây điểm). Đám mây điểm này phải được chuyển sang dạng lưới (thường là
lưới đa giác) để xây dựng mặt.
b. Giai đoạn xây dựng mặt bao gồm 3 bước
1. Xây dựng lưới từ đám mây điểm.
2. Đơn giản hoá lưới bằng cách giảm số lượng các hình trong lưới và
tối ưu hoá vị trí các đỉnh và cách kết nối các cạnh của mỗi hình đơn trong lưới

chiều dài chuẩn L giữa nguồn sáng và camera đã được xác định trước, dùng
phương pháp đo tam giác khi biết trước góc , khoảng cách tiêu điểm camera
F. Tọa độ ảnh chiếu sáng là điểm P. Vị trí điểm chiếu sáng với tọa độ hệ
thống camera có thể tính toán như sau [6, trang 39]:
-14-
a) Dùng 1 camera b) Dùng 2 camera
Hình 1.15 Các phương pháp đo đạc tam giác.
1.4.2 Máy quét laser với chùm laser có cấu trúc đƣờng
Hình 1.16 trình bày nguyên lý làm việc của máy quét laser với chùm
laser có cấu trúc đường. Chùm tia laser phát ra từ nguồn sáng thông qua bộ
biến đổi quang học thấu kính tạo nên đường laser mảnh. Chùm tia laser sau
đó được chiếu vào bề mặt vật cần quét tạo nên một mặt cắt. Ánh sáng phản
chiếu từ vật thể được cảm biến CCD camera thu nhận. Tại mỗi mặt cắt tạo ra
một ảnh 2 chiều. Hình dạng của hình ảnh 2 chiều này được ghi lại bằng CCD
kỹ thuật số. Phần mềm xử lý dữ liệu kèm theo máy sẽ tự động tính toán các
giá trị toạ độ điểm trên bề mặt vật thể và sau lưu vào trong một cơ sở dữ liệu
và cuối cùng tổng hợp lại thành bề mặt của vật được đo dưới dạng đám mây
-15-

điểm. Máy quét laser với nguyên lý này được được sử dụng phổ biến nhất
trong kỹ thuật ngược.

Hình 1.16 Nguyên lý làm việc của máy quét laser.
Trên hình 1.17 là thiết bị quét laser cầm tay của hãng Leica (Mỹ).

Hình 1.17 Máy quét laser cầm tay của hãng Leica.
-16-

Bước 3: Lắp ghép các bề mặt 2D thành bề mặt 3D và lưu file quét dưới
định dạng OBJ, STL, PLY.
-18-

1.5.3 Yêu cầu cấu hình thiết bị
Phần cứng:
- Một camera hoặc webcam
- Một đèn laser đường cầm tay
- Bảng bìa hiệu chuẩn
- Máy tính cá nhân gồm các yêu cầu sau đây:
+ Sử dụng Win XP, Vista hoặc Window 7, chạy trên hệ điều hành
32bit hoặc 64bit.
+ Có hai 2 cổng kết nối USB
+ Cấu hình máy: 2GHz CPU, 1GB RAM, CAD đồ họa loại NVIDIA
Geforce hoặc ATI Radeon.
Phần mềm: Hiện nay do vấn đề bản quyền nên hãng David chỉ cung
cấp phần mềm dùng thử nhưng bị giới hạn một số tính năng trong lưu định
dạng đuôi file.
Kết luận: Trong đề tài này thiết bị quét laser được thiết kế chế tạo dựa theo
mô hình thiết bị của hãng David. Tuy nhiên thiết bị sử dụng các phụ kiện giá
rẻ và được chế tạo theo điều kiện Việt Nam.

+ 1 CCD camera
+ 1 hộp nhôm
+ 1 động cơ
+ 1 laser đường (đỏ, xanh,…)
+ Dây điện, bulong, đai ốc…
+ 2 tấm thép chữ L
-21-

2. Phần gỗ

Hình 2.4 Mô hình gỗ

Hình 2.5 Bìa Calip Hình 2.6 Bàn máy
Phần này gồm có:
+ 2 tấm gỗ mỏng
+ 2 bản lề thép
+ Bulong, đai ốc…
+ 1 miếng nhựa
-22- Mô hình máy quét tổng thể

Hình 2.7 Máy quét tổng thể
Ƣu điểm
+ Có thể quét vật thể với kích thước lớn
+ Kết cấu bằng nhôm nên nhẹ
+ Di chuyển dễ dàng
Nhƣợc điểm
+ Kết cấu cồng kềnh, điều chỉnh khó khăn cho người sử dụng

+ 1 động cơ bàn máy đặt phía dưới khối hộp
+ 2 bản lề lá
+ Bulong, đai ốc… -25-

Ƣu điểm
+ Kết cấu gọn nhẹ, dễ sử dụng
+ Có tính cơ động cao, khả năng tháo lắp nhanh
+ Sử dụng webcam với giá thành thấp
+ Bàn máy xoay nhờ có động cơ nên khả năng tự động hóa cao
+ Vật liệu có sẵn trong tự nhiên.
Nhƣợc điểm
+ Chất lượng điểm ảnh pixel của webcam kém hơn so với camera
+ Ánh sáng laser ngắn
+ Phần gỗ dễ bị cong vênh khi thời tiết thay đổi.
Nhận xét:
So sánh 2 phương án trên có thể thấy thiết bị theo phương án 1 chất
lượng hình ảnh khi quét cao do sử dụng CCD camera có độ phân giải cao hơn
webcam. Tuy nhiên phương án này có giá thành đắt hơn rất nhiều so với
phương án 2. Vậy chọn phương án 2 làm cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo thiết
bị.
2.3 Thiết kế các cơ cấu của thiết bị
2.3.1 Phần cơ khí
1. Trụ chính
Trụ chính có đường kính Ø25 dài 550mm, vát mép 2 đầu, đảm bảo độ
thẳng nhưng không cần phải đòi hỏi độ chính xác cao.

Hình 2.10 Trụ chính