LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT NGƢỢC ........................................ 3
1.1. Giới thiệu về kỹ thuật ngược ................................................................................3
1.2. Phạm vi ứng dụng của kỹ thuật ngược .................................................................5
1.3 Ưu nhược điểm của kỹ thuật ngược ......................................................................5
1.4. Các giai đoạn của kỹ thuật ngược ........................................................................6
KẾT LUẬN ................................................................................................................. 7
CHƢƠNG II.: CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐO, QUÉT DỮ LIỆU VÀ MÁY SCAN
3D ................................................................................................................................ 8
2.1. Phương pháp đo tiếp xúc ......................................................................................8
2.2. Phương pháp đo không tiếp xúc ...........................................................................9
2.3. Máy quét mẫu 3D laser ........................................................................................9
2.3.1. Giới thiệu chung về máy Scan Laser ...............................................................9
2.3.2 Phạm vi ứng dụng ............................................................................................12
2.3.3. Ưu, nhược điểm của máy quét hình Scan laser ...............................................12
2.4. Tìm hiểu và sử dụng các chức năng cơ bản của máy Scan 3D ViVid 9i ...........13
2.4.1 Các thiết bị của máy Scan 3D Vivid - 9i..........................................................13
2.4.2. Các bước tiến hành kết nối .............................................................................16
2.4.3. Thao tác cơ bản khi sử dụng máy Scan ViVid 9i ...........................................17
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 21
CHƢƠNG III: PHẦN MỀM THIẾT KẾ NGƢỢC RAPIDFORM XOR ......... 22
3.1. Giới thiệu chung về phần mềm Rapidform XOR ..............................................22
3.2. Các lệnh hiển thị trên phần mềm Rapidform XOR3..........................................23
3.3. Các chế độ của phần mềm Rapidform XOR ......................................................29
LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: So sánh kỹ thuật thuận và kỹ thuật ngược .................................................. 3
Hình 1.2: Sơ đồ các giai đoạn của kỹ thuật ngược ..................................................... 6
Hình 2.1: Máy đo và đầu đo dùng trong phương pháp đo tiếp xúc ........................... 8
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý máy scan 3D................................................................... 10
Hình 2.3. Nguyên lý làm việc máy scan 3D ............................................................. 11
Hình 2.4. Hình ảnh một số máy quét laser ................................................................ 11
Hình 2.5 Sơ đồ cấu hình hệ thống máy scan 3D Vivid 9i......................................... 14
Hình 2.6. Mô hình phần trước của thân máy ............................................................ 15
Hình 2.7. Mô hình phần sau của thân máy................................................................ 15
Hình 2.8. Bảng điều khiển máy scan Vivid 9i .......................................................... 16
Hình 2.9. Sơ đồ kết nối điện...................................................................................... 17
Hình 2.10. Sơ đồ tháo các nắp chắn tia laser ............................................................ 18
Hình 2.11. Thanh menu của máy scan Vivid 9i ........................................................ 18
Hình 2.12. Cài đặt chế độ quét .................................................................................. 18
Hình 2.13. Kết nối phần mềm rapidform với máy scan ............................................ 19
Hình 2.14. Thiết lập kết nối với bàn xoay model: chọn một bàn xoay muốn
kết nối. ....................................................................................................................... 20
Hình 3.1 . So sánh thời gian thiết kế mô hình giữa các nhóm phầm mềm ............... 23
Hình 3.2. Bảng feature trên cây thư mục free ........................................................... 24
Hình 3.3 Menu phụ cây thư mục tree ........................................................................ 25
Hình 3.5. Menu phụ trên model ................................................................................ 26
Hình 3.6. Bảng display .............................................................................................. 27
Hình 3.7. Đơn giản hóa khi xoay mô hình ................................................................ 28
Hình 3.8. Hiển thị ràng buộc sketch.......................................................................... 28
Hình 3.9. Hiển thị các điểm nút trên spline .............................................................. 28
Hình 3.10. Hình ảnh 6 chế độ của phần mềm rapidform xor ................................. 29
Hình 3.11. Chế độ mesh ............................................................................................ 29
Hình 4.1. Sơ đồ vòng tròn các vùng bề mặt trơn, liên tục của bề mặt tự do............. 44
Hình 4.2. Quy trình kiểm tra đánh giá trong kỹ thuật ngược .................................... 45
Hình 4.3. Kết quả so sánh trên phần mềm geomagic............................................... 47
Hình 5.1. Cánh quạt chíp trong máy tính .................................................................. 49
LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY
Hình5.2 . Máy scan 3D vivid 9i ................................................................................ 50
Hình 5.3. Tạo vector cánh quạt ................................................................................. 51
Hình 5.4. Sketch biên dạng phần bầu quạt ................................................................ 52
Hình 5.5. Lệnh revolve tạo phần bầu quạt ................................................................ 52
Hình 5.6. Xây dựng bầu cánh quạt từ sketch ............................................................ 53
Hình 5.7. Dùng lệnh surfaceloft tạo cánh quạt ......................................................... 53
Hình 5.8. Dùng lệnh meshfit tạo cánh quạt............................................................... 54
Hình 5.9. Xây dựng biên dạng bao quanh cánh quạt ................................................ 54
Hình 5.10. Mô hình 1 cánh quạt................................................................................ 55
Hình 5.11 dùng lệnh pattem ...................................................................................... 55
Hình 5.12. Bảng so sánh mô hình thiết kế và đám mây điểm................................... 56
Hình 5.13. Mẫu thiết kế bằng phần mềm rapidform xor........................................... 57
Hình 5.14. Stock setup cánh quạt .............................................................................. 58
Hình 5.15. Phôi gia công ........................................................................................... 58
Hình 5.16. 2D toolpaths - facing ............................................................................... 59
Hình 5.17. Chain manager - facing ........................................................................... 59
Hình 5.18. Define tool - face mill ............................................................................. 60
Hình 5.19. Cut parameters ........................................................................................ 61
Hình 5.20. Depth cuts................................................................................................ 61
Hình 5.21. Linking parameters.................................................................................. 62
Hình 5.22. Planes wcs ............................................................................................ 63
Hình 5.23. Coolant - facing ....................................................................................... 63
Hình 5.50. Đường chạy dao mô ph ng cánh quạt..................................................... 81
Hình.5.51. Post processing cánh quạt ....................................................................... 82
Hình 5.52. Chương trình gia công NC ...................................................................... 83
Hình 5.53. Mẫu gia công bề mặt cánh quạt chip máy tính ....................................... 83
Hình 5.54. Tách biên cánh quạt từ đám mây điểm ................................................... 84
Hình 5.55. Tách biên dạng surface của một cánh quạt ............................................. 85
Hình 5.56. Kết quả so sánh trên phần mềm Geomagic ............................................ 86
LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa
được ai công bố trong bất kỳ một công trình khác, trừ những phần tham khảo được
ghi rõ trong luận văn.
Tác giả
Phạm Văn Huân
LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY
LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy Bùi Ngọc Tuyên đã nhiệt tình
hướng dẫn thực hiện đề tài.
Tác giả gửi lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô trong Bộ môn Gia công vật
liệu & Dụng cụ cắt _ Viện Cơ khí Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tác giả xin cảm ơn
Ban Giám Hiệu Nhà Trường và Viện Đào Tạo Sau Đại Học Trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn
Mặc dù bản thân đã thực sự cố gắng trong quá trình thực hiện đề tài, nhưng chắc
Bên cạnh đó, quản lý chất lượng sản phẩm là một bộ phận quan trọng trong quy
trình sản xuất ngày nay. Việc đảm bảo sản phẩm sản xuất đúng như ý tưởng của
người thiết kế và đạt được các kích thước theo yêu cầu kỹ thuật là một thách thức
của cả quá trình sản xuất. Ngày nay, rất nhiều công ty đã sử dụng công nghệ scan
3D thay cho các kỹ thuật kiểm tra truyền thống để đo kiểm các bề mặt chi tiết cong
phức tạp, bề mặt tự do
Do vậy, tìm hiểu về các thiết bị và các phần mềm ứng dụng hiện đại trong trường
là một trong những vấn đề cấp thiết cho học viên chúng em để có thể đáp ứng được
các nhu cầu thực thế sản xuất.
Với sự tận tình giúp đỡ và định hướng nghiên cứu của TS Bùi Ngọc Tuyên, tác
giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật ngược trong thiết kế và kiểm tra
các sản phẩm cơ khí cấu thành từ các bề mặt tự do”.
2. Mục tiêu thực hiện đề tài
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu chủ yếu của đề tài là:
- Làm chủ được các chức năng trong phần mềm Rapidform XOR, thiết kế được các
mô hình sản phẩm trong thực tế
- Tìm hiểu máy quét 3D
- Tìm hiểu quy trình quét mẫu và thiết kế mô hình với kỹ thuật ngược
- Tìm hiểu quy trình kiểm tra sản phẩm cơ khí cấu thành từ các bề mặt tự do
1
LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY
3. Đối tƣợng nghiên cứu
- Tìm hiểu về kỹ thuật ngược trong thiết kế và kiểm tra sản phẩm cơ khí cấu thành
từ các bề mặt tự do
- Máy quét 3D ViVid 9i
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu khai thác phần mềm Rapidform XOR vận dụng kỹ năng sử dụng phần
lĩnh vực phát triển sản phẩm, đặc biệt là lĩnh vực thiết kế các mô hình 3D từ mô
hình đã có với sự trợ giúp của máy tính. Kỹ thuật thiết kế ngược ngày càng được
phát triển theo sự phát triển của máy quét hình, máy đo 3 chiều và các phần mềm
CAD/CAM
Có thể so sánh hai quá trình kỹ thuật ngược và kỹ thuật thuận như sau:
Hình 1.1: So sánh kỹ thuật thuận và kỹ thuật ngược
Bản chất của kỹ thuật ngược này là sử dụng các thiết bị quét 3D kết hợp với phần
mềm thích hợp để tái tạo lại bản vẽ thiết kế dưới dạng số hóa của một số sản phẩm
3
LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY
có sẵn để tối ưu hóa dữ liệu, xây dựng chỉnh sửa mô hình CAD và sử dụng dữ liệu
CAD đó để chế tạo ra bản sao bằng gia công CNC, tạo mẫu nhanh…
Trong công nghệ gia công truyền thống, để chế tạo ra sản phẩm từ ý tưởng hoặc
nhu cầu sản xuất, người ta thiết kế mô hình CAD, phác thảo sản phẩm, tính toán
thiết kế, chế thử, đưa ra phương án tối ưu, rồi gia công trên máy công cụ.
Trong vài chục năm gần đây, xuất hiện dạng sản xuất theo chu trình mới, chế tạo
sản phẩm theo sản phẩm có sẵn, nhiều khi người ta cần chế tạo ra các mẫu có sẵn
mà chưa hoặc không có mô hình CAD tương ứng như một số loại sản phẩm:
- Các sản phẩm đồ cổ
- Những chi tiết đã ngừng sản xuất từ lâu
- Những chi tiết không rõ xuất xứ, tài liệu thiết kế của sản phẩm gốc không còn
- Những tác phẩm điêu khắc
- Những chi tiết phức tạp
- Các bộ phận cơ thể con người và động vật dùng trong kỹ thuật cấy ghép
Để tạo được mẫu của những sản phẩm này, trước đây người ta đo đạc trực tiếp từ
này. Đặc biệt điển hình là nước Trung Quốc, với rất nhiều sản phẩm mẫu mã sản
xuất với hình dáng sao chép từ các mẫu: xe máy, ô tô, đồ gia dụng… có sẵn trên các
thị trường .
Kỹ thuật ngược được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều các lĩnh vực như
- Lĩnh vực cơ khí: thiết kế sản xuất ra sản phẩm cơ khí từ các sản phẩm cơ khí
cho trước
- Lĩnh vực y học với các thiết bị y tế như: chân tay giả…cho người khuyết tật
- Lĩnh vực xây dựng: các kiểu kiến trúc nhà cần sửa lại, một số chi tiết hoa văn cần
phải quét và dựng lại
- Lĩnh vực nghệ thuật: với nhu cầu chế tạo các sản phẩm điêu khắc…
1.3 Ƣu nhƣợc điểm của kỹ thuật ngƣợc
* Ƣu điểm
- Rút ngắn được thời gian chế tạo, mang lại năng suất cao trong sản xuất
- Từ mô hình CAD từ công nghệ này, có thế chỉnh sửa, thiết kế theo ý muốn một
cách linh hoạt, mà trước đây chúng ta cần phải tạo mô hình mẫu thử từ đất sét,
thạch cao…
- Có thể kiểm tra nhanh chóng chất lượng sản phẩm thông qua mô hình CAD ban
đầu và máy Scan
- Dễ dàng tái tạo lại nhiều mô hình mà không cần có bản vẽ CAD
5
LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY
* Nhƣợc điểm
- Giá thành quét mẫu và thiết kế cao
- Thiết bị máy quét với giá thành cao
1.4. Các giai đoạn của kỹ thuật ngƣợc
Kỹ thuật ngược được chia làm 2 giai đoạn
quy trình của kỹ thuật ngược gồm 2 giai đoạn chính: giai đoạn thu nhận dữ liệu và
giai đoạn xử lý dữ liệu. Chương này là cơ sở để thực hiện nghiên cứu các chương
tiếp theo.
7
LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY
CHƢƠNG II.
CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐO, QUÉT DỮ LIỆU VÀ MÁY SCAN 3D
Căn cứ vào phương pháp đo dữ liệu, phân loại thành 2 phương pháp đo:
- Phương pháp đo tiếp xúc
- Phương pháp đo không tiếp xúc
2.1. Phƣơng pháp đo tiếp xúc
Phương pháp đo tiếp xúc: dùng đầu đo, tiếp xúc trực tiếp với bề mặt của chi tiết.
Với các vị trí tiếp xúc đã lập trình trước hoặc điều khiển bằng tay và được liên tục
ghi lại các vị trí tọa độ nhận được
Đây là phương pháp đo các thông số theo phương pháp tọa độ và dùng các máy đo
tọa độ 3 chiều
CMM_ Coordinate Mesuring Machine
Máy đo toạ độ thường là các máy đo các 3 phương chuyển vị đo X, Y, Z. Cấu hình
vật lý của máy đo CMM kiểu tiếp xúc khá đa dạng nhưng chúng đều có điểm chung
là cung cấp các chuyển động tương đối cho đầu đo theo 3 trục đối với chi tiết.
Có hai loại máy đo dạng này:
+ Máy đo với đầu đo được chỉ dẫn bằng tay
Loại máy được dẫn động bằng tay vận hành đơn giản, nhẹ nhàng nhờ dùng dẫn
trượt bi, tuy nhiên loại này có độ chính xác thấp hơn
liệu. Trong khi phương pháp đo tiếp xúc thu nhận dữ liệu theo từng dòng điểm và
thậm chí là thu nhận một điểm trong một lần quét
Phương pháp này có thể sử dụng ở phạm vi rộng nhất và quá trình thu nhận dữ liệu
nhanh nhất. Ánh sáng sử dụng có thể là một nguồn ánh sáng năng lượng cao hay một
laser để thu nhận dữ liệu bề mặt. Quá trình thu nhận dữ liệu của phương pháp này
diễn ra khi có sự tiếp xúc giữa đối tượng và tia dùng để quét ánh sáng, tia laser,…
* Ƣu điểm:
- Thời gian hoàn thiện quá trình quét mẫu nhanh
- Không ảnh hưởng đến vật mẫu cần đo, ví dụ như vật mẫu làm bằng các chất liệu
mềm, đảm bảo được tính toàn vẹn của mẫu quét
* Nhƣợc điểm:
Phương pháp này có giá thành cao, do thiết bị máy móc hiện đại
2.3. Máy quét mẫu 3D laser
2.3.1. Giới thiệu chung về máy Scan Laser
9
LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY
Đây là một trong các thiết bị đo không tiếp xúc sử dụng tia công nghệ Scan laser .
Trong quá trình đo máy sử dụng chùm ánh sáng Laser chiếu vào bề mặt của chi tiết
cần đo, chùm tia sáng được phản xạ lại từ bề mặt chi tiết được cảm ứng đo thu lại
đưa vào bộ phận biến đổi của máy đo và với sự hỗ trợ của máy tính và phần mềm
điều khiển đo cho ra kết quả của chi tiết đo dưới dạng đám mây điểm.
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hãng sản xuất máy Scan Laser như: Faro Arm,
Metris, Konika… Mỗi hãng có phần mềm Scan khác nhau, đưa ra độ chính xác
khác nhau và sử dụng tia sáng Laser có bước sóng khác nhau như Konika sử dụng
ánh sáng Laser cấp I còn Faro Arm lại sử dụng ánh sáng Laser cấp II Độ an toàn
cấu khá vững chắc hoặc có thể là mô hình máy xách tay rất nh gọn.
Đầu quét 3D lắp trên máy Đầu quét 3D lắp trên cánh Scan 3D Vivid 9i
tay robot
đo CMM
Hình 2.4. Hình ảnh một số máy quét Laser
11
LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY
Vật cần đo được đặt trực tiếp trên bàn hoặc được treo cố định hoặc cũng có thể có
vị trí bất kỳ trong không gian như các tượng đài, nhà cửa… mà không phải gá đặt
phức tạp như các loại máy đo CMM thông thường máy đo có tiếp xúc , đây là một
lợi thế nổi trội của scan laser. Với sự hỗ trợ của phần mềm kiểm soát quét sẽ lái cảm
biến laser lướt trên bề mặt của vật cần quét, bộ phận định vị 3D nằm trên bề mặt của
bộ cảm biến sẽ ghi lại các tín hiệu phản hồi được đưa ra bởi hệ thống quét theo góc
phản xạ của chùm ánh sáng được bề mặt của chi tiết phản xạ lại và tín hiệu này
được so sánh với tham số mẫu từ đó đưa ra cho ta kết quả đo là đám mây điểm.
2.3.2 Phạm vi ứng dụng
Máy quét 3D là thiết bị di động có khả năng quét được nhiều bề mặt khác nhau.
Người sử dụng dễ dàng thay đổi thể tích đo để tăng độ phân giải của dữ liệu quét
hoặc tăng khả năng đo của hệ thống. Nhờ tính linh hoạt này, có thể quét được
những sản phẩm nh như các chi tiết khuôn mẫu hay sản phẩm lớn như tổng thể
một chiếc máy bay, ô tô...
+ Các sản phẩm nh
Dữ liệu scan có độ phân giải rất cao cho phép đo chính xác kể cả chi tiết rất nh .
Mặt dưới của sản phẩm không phải là vấn đề lớn, bởi vì phần mềm có tính năng
liệu bề mặt đầy đủ hơn số liệu mặt cắt của CMM.
- Quét được nhiều kích thước sản phẩm khác nhau như toà nhà, tượng đài…
- Có thể quét được các mẫu dạng mềm như xà phòng, đất nặn…
- Có thể kiểm tra các bề mặt và so sánh với các điểm.
* Nhƣợc điểm:
- Trước khi đo những bề mặt có mầu không phản quang ví dụ màu Đen phải sơn
lại màu cho chi tiết đo nên có thể làm ảnh hưởng đến những chi tiết mẫu có yêu cầu
cao thẩm mĩ về mầu sắc.
- Mặc dù được sử dụng rất nhiều cho các ứng dụng đo, kiểm tra nhưng scan Laser
không thể đo chính xác từng micromet như máy đo CMM.
2.4. Tìm hiểu và sử dụng các chức năng cơ bản của máy Scan 3D ViVid 9i
2.4.1 Các thiết bị của máy Scan 3D Vivid - 9i
Máy Scan 3D ViVid 9i là một trong các thiết bị đo không tiếp xúc, sử dụng tia công
nghệ scan laser của hãng Konica Minolta
Đặc tính kỹ thuật của máy Scan 3D ViVid 9i như sau:
Khoảng cách tới đối tượng 0.6 m – 2.5 m
Phạm vi quét: 0,6 - 1m trong chế độ tiêu chuẩn , 0,5 - 2,5m trong chế độ mở rộng
13
LUẬN VĂN THẠC SỸ- NGÀNH CHẾ TẠO MÁY
Độ chính xác 0.05 mm
Thời gian mỗi lần quét 2.5 giây
Thời gian chuyển đổi để lưu dữ liệu trên máy tính khoảng 1.5 giây
Số điểm khi quét mẫu 307000 points/2.5 giây
* Cấu hình hệ thống:
4. CANCEL: Hủy b hoạt động hiện tại và quay trở lại mức trước đó.
5. Chọn một mục hiệu chỉnh.
6.ENTER: Thiết lập các lựa chọn hiện tại, và di chuyển đến cấp độ tiếp theo
nếu có).
7. SELECT: Di chuyển đến cấp độ tiếp theo cho mục đang được chọn
2.4.2. Các bƣớc tiến hành kết nối
- Đặt công tắc ở chế độ OFF, nếu cắm dây nguồn khi công tắc nguồn ở chế độ ON
có thể gây tổn hại cho máy VIVID 9i hoặc ảnh hưởng đến dữ liệu máy tính
- Cắm một đầu cáp SCSI vào đầu cổng của máy Vivid 9i
- Cắm đầu kia của cáp vào đầu cổng kết nối của máy tính, trước khi bật máy tính,
bật nguồn cho Vivid 9i và chờ nó sẵn sàng cho hoạt động.
16
Copyright: Tài liệu đại học ©