BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ KIM CÚC

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG
PHƯƠNG PHÁP ÁNH SÁNG CẤU TRÚC
ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐO CHI TIẾT CƠ KHÍ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hà nội - 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ KIM CÚC

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG
PHƯƠNG PHÁP ÁNH SÁNG CẤU TRÚC
ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐO CHI TIẾT CƠ KHÍ

Ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 9520103

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS. TS. Nguyễn Văn Vinh
2. TS. Phạm Xuân Khải

Tôi xin chân thành cảm ơn Phòng thí nghiệm Quang - Cơ Điện Tử 307 C4-5 Bộ môn
Cơ Khí Chính Xác & Quang học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện
tốt nhất về cơ sở vật chất thí nghiệm, nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận án.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình, bố mẹ, chồng và các con
gái, anh chị em, bạn bè đã động viên, giúp đỡ, chia sẻ những khó khăn trong suốt quá trình
nghiên cứu và hoàn thành luận án này.
Tác giả luận án
Nguyễn Thị Kim Cúc


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT............................................................ v
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................... xi
DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ.............................................................................. xii
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
1. Lý do lựa chọn đề tài luận án ......................................................................................... 1
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án .............................................. 3
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ..................................................................... 3
4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................ 4
5. Kết cấu của luận án ........................................................................................................ 4
6. Các kết quả mới .............................................................................................................. 5
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐO LƯỜNG CHI TIẾT CƠ KHÍ SỬ DỤNG ÁNH SÁNG
CẤU TRÚC ........................................................................................................................... 6
1.1 Phương pháp đo sử dụng ánh sáng cấu trúc................................................................. 6
1.2 Phương pháp đo sử dụng ánh sáng mã dịch pha kết hợp Gray .................................. 11
1.2.1 Phương pháp dịch pha ......................................................................................... 11
1.2.2 Phương pháp mã Gray ......................................................................................... 13
1.2.3 Phương pháp dịch pha kết hợp Gray ................................................................... 14

3.4.1.1 Khảo sát với mẫu khuôn nhôm .................................................................... 103
3.4.1.2 Khảo sát với mẫu nhôm bậc M1 .................................................................. 108
3.4.2 Khảo sát ghép đám mây điểm bù vùng phản xạ lớn.......................................... 113
3.4.2.1 Khảo sát với chi tiết nhôm bề mặt phức tạp ................................................. 113
3.4.2.2 Khảo sát với chi tiết nhôm bề mặt bậc ......................................................... 115
3.5 Kết luận chương 3 .................................................................................................... 117
Chương 4 XÂY DỰNG QUY TRÌNH ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC HỆ THỐNG ĐO
PSGC ................................................................................................................................. 118
4.1 Xây dựng tiêu chuẩn đánh giá độ chính xác ............................................................ 118
4.1.1 Xây dựng thuật toán cho chuẩn đo kiểu A1 ...................................................... 118
4.1.2 Xây dựng thuật toán xác định chuẩn kiểu E1 .................................................... 122
4.1.3 Đánh giá độ chính xác theo mặt phẳng chuẩn ................................................... 125
4.2 Khảo sát độ chính xác hệ thống ............................................................................... 126
4.2.1 Đo biên dạng bề mặt của mẫu bước chuẩn ........................................................ 126
4.2.2 Đo biên dạng mặt cầu ........................................................................................ 130
4.2.3 Khảo sát độ chính xác theo mặt phẳng chuẩn ................................................... 131
4.3 Đo các chi tiết máy và khuôn cơ khí. ................................................................... 131
4.4 Kết luận chương 4 .................................................................................................... 134
KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN ............................................................................ 135
HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ............................................................................. 136
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 137
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............................. 143
PHỤ LỤC .............................................................................................................................. 1


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Danh mục các chữ viết tắt
Viết tắt

Tên tiếng Anh


Thiết bị vi gương kỹ thuật số

DLP

Digital light processing

Xử lí ánh sáng kỹ thuật số

LCD

Liquid crystal display

Màn hình tinh thể lỏng

PSGC

Phase shift combined with Gray
code

Phương pháp đo sử dụng ánh
sáng cấu trúc dịch pha kết hợp
mã Gray

DOF

Depth of field

Độ sâu trường ảnh


BRDF

Bidirectional reflectance
distribution function

chức năng phân bố phản xạ hai
chiều khác nhau

MIGL

Maximum input graylevel

Mức xám đầu vào tối đa

ICP

Iterative Closest Points

Các điểm lặp gần nhất

RANSAC

RANdom SAmple Consensus

Phương pháp đồng nhất mẫu
ngẫu nhiên.

SVD

Singular value decomposition

Wrapped phase

Pha tương đối

kG

-

Gray code value

Giá trị mã Gray

(Ow ; x w , y w , z w )

-

World-coordinate system

Hệ tọa độ hệ thống

(Oc ; xc , y c , z c )

-

Camera-coordinate system

Hệ tọa độ máy ảnh

(O p ; x p , y p , z p )


Rotation matrix

Ma trận quay

t

mm

Translation vector

Véc-tơ tịnh tiến

Pc

m

Pixel size

Kích thước điểm ảnh

(O; u, v)

Np Mp

Điểm ảnh Projector resolution

Độ phân giải máy chiếu

Nc Mc


k1, k2, k3

-

Radial distortion
coefficients

Các hệ số méo hướng tâm

p1, p2, p3

-

Tangential distortion
coefficients

Các hệ số méo tiếp tuyến

CCD size


Tọa độ điểm gốc (giao điểm trục
quang và mặt phảng ảnh)

u0c , v0c

-

Tu , Tv



f

mm

Focal langth

Tiêu cự thấu kính



Độ (  )

R0

-

S

Chu kỳ vân chiếu theo phương
ngang và phương dọc
Số chu kỳ vân Gray theo phương
ngang và phương dọc

Góc giữa trục quang của máy ảnh
và máy chiếu
Reference plane

Mặt phẳng tham chiếu


mm

L

mm

Khoảng cách từ đường cơ sở đến
mặt phẳng tham chiếu R0

I c (u, v)

Mức xám

Cường độ ánh sáng thu được từ
máy ảnh

I p (u, v)

Mức xám

Cường độ ánh sáng chiếu từ máy
chiếu

Im

Mức xám

Cường độ ánh sáng môi trường
xung quanh



-

Độ nhạy của máy ảnh

In

-

Nhiễu của máy ảnh

c

µm

n

-

Số điểm ảnh trong đám mây điểm

Si

-

Các vùng mức xám

l

-

%

The probability of a
successful detection

Xác xuất thành công của thuật toán

Circle of confusion

Kích thước vòng tán xạ

Giá trị mức xám thứ k
Tỉ lệ tổng số điểm ảnh có cùng
mức xám trong vùng Si
threso

Ngưỡng sai số cho phép
Số lần lặp


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Tính chất của vật liệu màu sắc đặc trưng với các hệ số phản xạ bề mặt ......... 33
Bảng 1.2 Các loại tiêu chuẩn đo ..................................................................................... 42
Bảng 2.1 Kết quả hiệu chuẩn trong hai trường hợp (a) và (b) ........................................ 82
Bảng 4.1 Dữ liệu đo chiều cao bậc ở các vị trí cắt khác nhau .................................... 1289
Bảng 4.2 Kết quả đo chi tiết bậc………………………………………………………………………………………131
Bảng 4.3 Dữ liệu đo phù hợp mặt phẳng ở các vị trí và hướng khác nhau................... 131



Hình 2.1 Sơ đồ khối phương pháp đo dùng mã dịch pha kết hợp mã Gray ................... 49
Hình 2.2 Sơ đồ thuật toán phương pháp đo sử dụng phương pháp PSGC ..................... 52
Hình 2.3 Sơ đồ khối quá trình hiệu chuẩn hệ thống ....................................................... 53


Hình 2.4 Sai lệch phép chiếu ảnh. .................................................................................. 54
Hình 2.5 Sơ đồ thuật toán hiệu chuẩn hệ thống. ............................................................. 57
Hình 2.6 Bảng hiệu chuẩn ô vuông bàn cờ ..................................................................... 58
Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý và thực nghiệm thiết lập góc ô vuông bàn cờ ....................... 59
Hình 2.8 Khoảng cách từ các điểm đo 3D đến mặt phẳng phù hợp. .............................. 60
Hình 2.9 Sơ đồ xác định giới hạn vùng đo của hệ thống. ............................................... 62
Hình 2.10 Sơ đồ tạo ảnh qua thấu kính máy ảnh ............................................................ 63
Hình 2.11 Mô hình thiết bị thực nghiệm ........................................................................ 66
Hình 2.12 Giao diện chương trình phần mềm đo ........................................................... 68
Hình 2.13 Đồ thị mối quan hệ giữa L và w, h. ............................................................... 69
Hình 2.14 Bản đồ giải mã pha tuyệt đối theo phương ngang ......................................... 71
Hình 2.15 Bản đồ giải mã pha tuyệt đối theo phương dọc ............................................. 71
Hình 2.16 Xác định góc ô vuông bàn cờ ........................................................................ 72
Hình 2.17 Kết quả hiệu chuẩn bàn cờ kích thước (NxS)=(12 x 15) ............................... 74
Hình 2.18 Đồ thị mối quan hệ giữa kích thước ô vuông bàn cờ và sai số hiệu chuẩn.... 76
Hình 2.19 Kết quả phù hợp mặt phẳng của các đám mây điểm 3D ............................... 80
Hình 2.20 Đồ thị mối quan hệ giữa góc ô vuông bàn cờ và lỗi phù hợp mặt phẳng ...... 81
Hình 2.21 Quan hệ giữa  và F trong ∆ ...................................................................... 82
Hình 2.22 Đồ thị mối quan hệ giữa ánh sáng môi trường xung quanh và các hệ số méo
ảnh của máy ảnh a, và máy chiếu b, ............................................................................... 84
Hình 2.23 Đồ thị mối quan hệ giữa độ rọi và độ chính xác hiệu chuẩn ......................... 85
Hình 3.1 Nguyên lý phản xạ ánh sáng của một bề mặt .................................................. 88
Hình 3.2 Sơ đồ ảnh hưởng của các thông số phản xạ bề mặt ......................................... 89
Hình 3.3 Biểu đồ Histogram đánh giá chất lượng ảnh và mức phơi sáng. ..................... 93
Hình 3.4 Biểu đồ Histogram khi thời gian phơi sáng nhỏ hoặc mức độ phản xạ bề mặt

Hình 4.11 Hình ảnh đo chi tiết khuôn trên máy đo 3 tọa độ (a) ................................... 132
Hình 4.12 Ảnh xây dựng biên dạng 3D của chi tiết cơ khí .......................................... 134


MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài luận án
Trong sản xuất công nghiệp cơ khí, với sự phát triển của công nghệ gia công
bằng thiết bị điều khiển số CNC có khả năng chế tạo các chi tiết cơ khí với hình dạng
phức tạp. Do vậy, nhu cầu kiểm tra các kích thước biên dạng 3D của chi tiết cơ khí
trong quá trình sản xuất và nghiên cứu khoa học đặt ra ngày càng nhiều. Phương pháp
đo lường kiểm tra biên dạng 3D bề mặt chi tiết cơ khí trên thế giới hiện nay vẫn chủ
yếu dựa vào các phương pháp và thiết bị đo lường tiếp xúc như: máy đo tọa độ CMM,
máy đo độ tròn, máy đo độ nhám bằng đầu dò… Phương pháp đo tiếp xúc có độ chính
xác cao nhất nhưng đòi hỏi thao tác đo phức tạp và tốc độ đo rất thấp, chỉ đạt được vài
phép đo một giây, không đáp ứng được việc đo lường kiểm tra rất nhiều điểm trên toàn
bộ biên dạng bề mặt chi tiết. Để giải quyết khó khăn này hướng nghiên cứu ứng dụng
hiện nay là các phương pháp không tiếp xúc mà chủ yếu là phương pháp quang học.
Với ưu điểm lớn của ánh sáng là truyền với tốc độ rất cao tạo nên các phép đo kích
thước biên dạng bề mặt với tốc độ đo hiện nay đã đạt đến hàng triệu phép đo trong một
giây.
Các phương pháp đo lường biên dạng 3D quang học được nghiên cứu, phát triển
và thường được sử dụng là: đo thời gian truyền sóng ánh sáng, phương pháp chụp ảnh
stereo, quét tia laser hoặc ánh sáng cấu trúc. Trong đó, phương pháp quét tia laser có
độ chính các cao nhất song tốc độ đo không cao và điểu khiển quá trình đo phức tạp
hơn. Phương pháp đo bằng ánh sáng cấu trúc có tốc độ đo cao nhất nhưng độ chính
xác thấp hơn phương pháp quét tia laser.
Phương pháp đo sử dụng ánh sáng cấu trúc là phương pháp chiếu chùm ánh sáng
cấu trúc thường được gọi là ảnh mẫu ánh sáng (pattern images) được mã hóa theo hàm
cường độ hoặc màu sắc theo không gian và thời gian lên bề mặt 3D chi tiết cần đo.
Ảnh mẫu ánh sáng chiếu trên bề mặt 3D chi tiết đo được thu lại bằng máy ảnh. Do sự

trình gỡ pha. Trong các phương pháp đó thì phương pháp dịch pha kết hợp mã Gray
(PSGC - Phase shift combined with Gray code) để gỡ pha là hướng nghiên cứu có
nhiều triển vọng và thích hợp với đặc điểm chung của chi tiết cơ khí biên dạng phức
tạp, không liên tục hay độ dốc lớn bởi vừa có độ phân giải cao vừa có khả năng chống
nhiễu cao.
Tuy nhiên, cũng như các phương pháp đo quang học khác phương pháp PSGC
gặp phải nhiều khó khăn khi đo các chi tiết có bề mặt nhẵn bóng cao hoặc biến đổi lớn
về độ phản xạ trên bề mặt [46], [93] kết quả đo không chỉ có sai số đo lớn mà nhiều
khi không thực hiện được phép đo. Đây là vấn đề đang được các nhà khoa học trên thế
giới tập trung nghiên cứu để nâng cao độ chính xác hệ thống đo khi sử dụng phương
pháp PSGC đo bề mặt 3D các chi tiết cơ khí.
Hiện nay, ở Việt Nam các loại thiết bị đo 3D biên dạng bề mặt sử dụng để đo
lường trong công nghiệp hầu hết là các thiết bị nhập khẩu và số lượng rất hạn chế do
chi phí đầu tư cao. Ngoài ra, trong quá trình sử dụng thiết bị các cơ sở vẫn chưa làm
chủ được thiết bị hoàn toàn về các đặc tính kỹ thuật của thiết bị. Do vậy, quá trình bảo
trì bảo dưỡng và nâng cấp thiết bị yêu cầu chuyên gia nên không chủ động được về
công nghệ cũng như chi phí. Việc nghiên cứu phương pháp, xây dựng hệ thống đo 3D
biên dạng bề mặt chi tiết cơ khí trong điều kiện thực tế Việt Nam sẽ cho hiệu quả cao
về kinh tế và kỹ thuật.

2


Như vậy, một trong các vấn đề đang được quan tâm nhất hiện nay trong lĩnh vực
đo lường 3D biên dạng bằng ánh sáng cấu trúc là đảm bảo độ chính xác, cải thiện
những hạn chế của phương pháp đo này khi đo chi tiết cơ khí. Với mục đích nghiên
cứu các phương pháp kỹ thuật để góp phần nâng cao độ chính xác và đảm bảo chất
lượng sản phẩm trong sản xuất cơ khí, tăng được tính chủ động trong công nghệ đo
lường, hạn chế lệ thuộc vào bí mật công nghệ, phần mềm và giảm chi phí nhập khẩu
từ nước ngoài. Đây cũng là lý do để lựa chọn nội dung nghiên cứu của luận án:

phương pháp ghép đám mây điểm với các thời gian phơi sáng phù hợp và ghép đám
mây điểm bù vùng bóng cho các bề mặt chi tiết cơ khí có phản xạ bề mặt cao và hình
dáng biến đổi nhiều.
3


Xây dựng được một quy trình đánh giá độ chính xác hệ thống đo bề mặt 3D
thông qua các tiêu chuẩn quốc tế.
Ý nghĩa thực tiễn
Xây dựng hai phương pháp làm giảm ảnh hưởng của phản xạ bề mặt chi tiết có
thể ứng dụng trực tiếp trong phép đo mà không cần một phương pháp xử lý bề mặt đo
nào, cũng như không cần thiết lập thêm hệ thống và phần cứng phụ trợ phức tạp.
Quy trình đánh giá độ chính xác hệ thống sẽ giúp cho việc nghiên cứu hoàn
thiện độ chính xác các hệ thống đo ánh sáng cấu trúc.
-

Kết quả đạt được của đề tài là cơ sở xây dựng lựa chọn, tích hợp các thông số

hợp lý cho một hệ thống đo PSGC phù hợp với phạm vi đo và độ phân giải xác định
giúp quá trình tính toán thiết kế hệ thống đo đạt độ chính xác cao nhất.

4. Phương pháp nghiên cứu
Để đạt được các kết quả có thể đáp ứng được mục tiêu nghiên cứu, luận án đã sử
dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, sử dụng các công
cụ toán học kết hợp tin học xử lý kết quả thực nghiệm.
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Khảo sát phân tích, tổng hợp các công trình
nghiên cứu của các tác giả trong nước và quốc tế liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu
của luận án để xác định mục tiêu và nội dung nghiên cứu. Sử dụng các phương pháp
diễn dịch trong lý thuyết quang hình học để tìm hiểu mối quan hệ giữa các thông số
làm việc của hệ thống đo PSGC. Xây dựng các thuật toán và chương trình xử lý tín

Nghiên cứu xây dựng phương pháp giảm ảnh hưởng của phản xạ bề mặt chi tiết
bằng cách đo chi tiết ở các hướng khác nhau và ghép đám mây điểm bù vùng bóng.
Xây dựng quy trình đánh giá sai số của hệ thống đo PSGC dựa trên các tiêu
chuẩn quốc tế ISO để đánh giá độ chính xác hệ thống đo trong nghiên cứu và chế tạo
sử dụng.

5


Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐO LƯỜNG CHI TIẾT
CƠ KHÍ SỬ DỤNG ÁNH SÁNG CẤU TRÚC
Chương này trình bày tổng quan về phương pháp đo biên dạng bề mặt 3D sử
dụng ánh sáng cấu trúc với phương pháp PSGC, làm rõ các ưu nhược điểm của phương
pháp khi đo các chi tiết cơ khí. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác hệ thống cũng
được đề cập đến nhằm phân tích các vấn đề đã được giải quyết và các vấn đề còn tồn
tại. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phương pháp này như: thông
số hình học của hệ thống, đặc tính bề mặt, vật liệu của chi tiết đo, phương pháp xử lý
dữ liệu 3D, thông số kĩ thuật của thiết bị. Khảo sát tình hình nghiên cứu trong và ngoài
nước, đặc biệt tập trung hai yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác là độ chính xác hiệu
chuẩn và đặc tính phản xạ bề mặt chi tiết đo. Thông qua việc trình bày tình hình nghiên
cứu, phần kết luận chương 1 tổng quát hóa về các vấn đề được trình bày và đề xuất
phương án nghiên cứu.

1.1 Phương pháp đo sử dụng ánh sáng cấu trúc
Trong những năm gần đây, với những tiến bộ trong kỹ thuật hình ảnh số, máy
chiếu kỹ thuật số và công nghệ thông tin, kỹ thuật đo hình dạng 3D bằng ánh sáng cấu
trúc đã phát triển nhanh chóng và được ứng dụng vào rất nhiều ngành như: công
nghiệp, an ninh, thời trang và giải trí. Phương pháp đo sử dụng ánh sáng cấu trúc được
ứng dụng trong các thiết bị đo lường kiểm soát chất lượng trong sản xuất, chuẩn đoán
bệnh trong y tế, bảo tồn di sản trong khảo cổ học hay đo lường kích thước cơ thể người

bộ xử lý, phân tích ảnh. Bộ phận chiếu ảnh thường là máy chiếu, bộ phận thu ảnh có
thể sử dụng một hoặc nhiều máy ảnh. Nguyên lý của phương pháp đo này là chiếu
một miền ánh sáng cấu trúc được mã hóa lên vật thể cần đo, biên dạng bề mặt và ánh
sáng mã hóa xuất hiện trên bề mặt 3D của chi tiết đo được thu lại bởi hệ thống máy
ảnh. Tọa độ 2D của chi tiết đo được xác định thông qua cường độ và vị trí của điểm
ảnh trên cảm biến ảnh. Độ sâu của chi tiết đo được xác định thông qua độ lệch pha
của ánh sáng mẫu khi chiếu lên chi tiết đo và ánh sáng mẫu chiếu lên mặt phẳng
chuẩn. Mặt phẳng chuẩn là mặt phẳng đi qua giao điểm của trục quang máy ảnh và
máy chiếu và song song với đường nối giữa pupin vào của máy ảnh và máy chiếu.
Hệ thống đo sử dụng ánh sáng cấu trúc theo phương pháp tam giác lượng theo
vùng bề mặt có khả năng thu được toàn bộ bề mặt 3D tốc độ cao hơn, linh hoạt hơn và
dễ dàng thực hiện so với phương pháp tam giác lượng theo điểm và đường [19], [69].
Với phương pháp tam giác lượng theo điểm và đường thường sử dụng nguồn laser
được điều biến theo dạng điểm và đường khi chiếu lên bề mặt chi tiết đo. Để đo toàn
bộ bề mặt 3D phải kết hợp cả cụm dịch chuyển đầu đo hoặc chi tiết đo và hệ thống đo
lường dịch chuyển phức tạp. Tín hiệu thu được ở hai phương pháp này là tập hợp các
7


tọa độ theo điểm hoặc đường, do vậy thời gian đo hết toàn bộ bề mặt 3D sẽ lớn [29].
Hiện nay, có rất nhiều mô hình hệ thống với các phương pháp đo khác nhau, việc lựa
chọn công cụ và phương pháp đo phù hợp với một số yêu cầu và chi tiết đo cụ thể là
rất quan trọng. Trong luận án này, phương pháp đo sử dụng ánh sáng cấu trúc theo
phương pháp tam giác lượng theo mặt được lựa chọn để nghiên cứu và giải quyết các
vấn đề khi đo các chi tiết cơ khí. Phương pháp này ít bị ảnh hưởng với ánh sáng môi
trường và cho phép giảm méo hình dạng do chuyển động của đầu đo hay chi tiết đo
trong quá trình đo và có độ nhạy cao hơn đối với các bề mặt chi tiết cơ khí có phản xạ
bề mặt cao.
Theo kỹ thuật mã hóa ánh sáng cấu trúc đáp ứng việc mã hóa các mô hình mẫu
chiếu theo mặt có hai phương pháp cơ bản thường được sử dụng là: dùng giao thoa

bỏ qua. So với các phương pháp tạo vân mẫu tương tự như phương pháp chiếu qua
cách tử thì phương pháp DFP có xu hướng linh hoạt hơn, dễ dàng hơn và nhanh hơn,
so sánh với phương pháp tạo vân dựa trên cơ sở giao thoa thì phương pháp DFP không
bị ảnh hưởng bởi đốm nhiễu và lỗi dịch pha. Tuy nhiên, phương pháp DFP có thể tạo
ra chất lượng vân chiếu không cao, vì vậy để tạo ra vân chiếu dạng sin chất lượng cao
thì máy chiếu kỹ thuật số cần được nghiên cứu kỹ. Do vậy cấu hình phần cứng của
thiết bị phải mạnh và phù hợp, để giảm bớt ảnh hưởng của thiết bị. Độ phân giải quang
học của phương pháp chiếu phụ thuộc vào bề rộng của vân được sử dụng, chất lượng
của hệ thống quang và cũng bị hạn chế bởi bước sóng của ánh sáng. Độ phân giải của
hệ thống phụ thuộc vào kích thước và số lượng điểm ảnh trên diện tích bề mặt cảm
biến ảnh [38]. Trong phạm vi nghiên cứu của luận án này dùng kỹ thuật chiếu ảnh DLP
với ánh sáng trắng dải bước sóng trong vùng nhìn thấy (trong khoảng 400 ÷700 nm)
nên việc ảnh hưởng của bước sóng được loại bỏ.
Mỗi phương pháp đo lường 3D sử dụng kỹ thuật DFP đã được nghiên cứu và
phát triển giải quyết các vấn đề khác nhau trong việc đo lường các chi tiết đo cụ thể.
Trong đó phương pháp sử dụng pha thay vì cường độ có độ nhạy lớn và tính chống
nhiễu tốt khi đo các bề mặt có sự biến đổi phản xạ bề mặt lớn, và có thể đạt được độ
phân giải không gian hoặc thời gian cao [100]. Một số tác giả [7], đã đánh giá chi tiết
các kỹ thuật khác nhau như: phương pháp mã nhị phân Gray code [22] phương pháp
mã dịch pha [33], [58], phương pháp mã hóa màu [51], phương pháp kết hợp mã dịch
pha và Gray [63], [94].
Trong các phương pháp đo sử dụng kỹ thuật DLP mã hóa ánh sáng theo thời
gian thì phương pháp kết hợp được coi là một phương pháp có nhiều ưu điểm thực tiễn
nhất [90], [103] cho phép đo các bề mặt 3D không liên tục và phức tạp. Gần đây việc
kết hợp mã Gray và dịch pha PSGC trở thành một xu hướng phát triển và điểm nóng
nghiên cứu cho phương pháp đo bằng ánh sáng cấu trúc [10]. Phương pháp kết hợp
này tận dụng lợi thế và hạn chế các nhược điểm riêng của từng phương pháp nhằm
nâng cao độ chính xác và hiệu suất đo để đo các vật thể có các bề mặt có độ dốc lớn
hoặc bề mặt không liên tục.
Phương pháp đo bằng ánh sáng cấu trúc thu ảnh chi tiết đo thông qua hệ thống

nghiên cứu để làm giảm ảnh hưởng của các yếu tố này đến độ chính xác của hệ thống.
Đặc điểm của chi tiết cơ khí với vật liệu kim loại thành phần truyền qua là rất
nhỏ coi như bằng không, thành phần phản xạ bề mặt là rất lớn. Do bề mặt vật liệu kim
loại có mức biến đổi cường độ cao hơn rất nhiều so với bức xạ thông thường. Mức độ
phản xạ và tán xạ của bề mặt chi tiết phụ thuộc vào nhám và biên dạng bề mặt, đặc
tính vật liệu của bề mặt. Cường độ phản xạ bề mặt thu được phụ thuộc vào hướng
chiếu và thu ánh sáng
Có thể thấy rằng, phương pháp đo biên dạng 3D ánh sáng cấu trúc đang được
nghiên cứu sâu và ngày càng phát triển, vì vậy vấn đề nghiên cứu và phương pháp đo
3D là cấp thiết để phục vụ phát triển công nghiệp nói riêng và hiện đại hóa đất nước
nói chung. Với phương pháp đo sử dụng mã dịch pha kết hợp mã Gray này tận dụng
được khả năng chống nhiễu tốt của mã Gray, và có thể gỡ pha tuyệt đối của mã hóa
tương tự mà không có sự tích lũy lỗi. Hơn nữa sử dụng kỹ thuật dịch pha để thực hiện
phép đo với mật độ lấy mẫu cao, độ phân giải cao và độ chính xác cao.
Để giải quyết vấn đề đo các chi tiết cơ khí gia công CNC với bề mặt phức tạp có
phản xạ bề mặt cao thì phương pháp đo sử dụng ánh sáng mã dịch pha kết hợp Gray
là phương pháp phù hợp nhất. Muốn vậy cần thiết phải tiếp tục nghiên cứu các phương
pháp đảm bảo và nâng cao độ chính xác lên hơn nữa cũng như giải quyết vấn đề giảm
ảnh hưởng của phản xạ bề mặt.

10


1.2 Phương pháp đo sử dụng ánh sáng mã dịch pha kết hợp
Gray
Trong các phương pháp đo bằng ánh sáng cầu trúc, phương pháp dịch pha có độ
phân giải cao nhất nhờ việc, xác định giá trị pha duy nhất cho mỗi điểm ảnh của máy
chiếu trong một chu kỳ sin. Tuy nhiên đối với bề mặt có độ dốc lớn hoặc không liên
tục thì sẽ khó phân biệt được từng chu kỳ sin. Mặc dù phương pháp Gray có độ phân
giải thấp song có giá trị mã hóa mỗi vân mẫu là duy nhất. Do vậy, dùng phương pháp

biến, (x, y) là thành phần pha lý tưởng, (𝑡) =

2𝜋
4

𝑖 là hằng số góc dịch pha, i=1, 2,

3, 4. Mỗi thuật toán dịch pha được lựa chọn sẽ có quy trình đo và xử lý dữ liệu khác
11