chế tạo thiết bị quét laser dùng trong kỹ thuật ngược phục vụ đào tạo tại trường đại học nha trang

-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 khơng mệt nghỉ đã giúp em hoàn thành
xong đề tài này. Mặc dù đã cố gắng tuy nhiên do trình độ cịn hạn chế và kinh
phí eo hẹp nên đồ án cịn 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

-2-

LỜI CẢM ƠN
Thấm thoát đã gần 4 năm của giảng đường đại học, để có ngày nhận quyết
định làm đề tài tốt nghiệp và hồn thành đề tài này, đó không chỉ là sự cố
gắng của riêng bản thân em mà bên cạnh đó cịn có rất nhiều sự ủng hộ, dạy
bảo và giúp đỡ của gia đình, thầy cơ và bạn bè, đây thật sự là một chặn đường
dài chan chứa bao nỗi vui buồn nhưng cùng vô cùng ý nghĩa. Thơng qua đề
tài này, em xin có lời cảm ơn đến tất cả những người đã quan tâm giúp đỡ em
trong những tháng ngày đại học:
Đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn tất cả những thầy cô của trường Đại
học Nha Trang nói chung và những thầy cơ trong khoa Cơ khí, Bộ mơn Chế
Tạo Máy, Xưởng cơ khí nói riêng đã dạy dỗ và dìu dắt em từ những ngày đầu
bước vào giảng đường đại học.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Thầy TS. Nguyễn Văn
Tường đã tình giúp đỡ và chỉ bảo, động viên em trong quá trình thực hiện đề
tài này.
Qua đây, em cũng muốn nói lời cảm ơn đến gia đình, đặc biệt là bố mẹ,
anh chị em đã tạo điều kiện thuận lợi từ vật chất đến tinh thần để em có thể
hồn thành khố học.
Cuối cùng xin cảm ơn bạn Đỗ Tùng lớp 50CT2 đã rất nhiệt tình cố vấn,
thầy Vũ Hồng Thanh, anh Tiến cơng ty TNHH Hồng Thành, anh Phương tổ
phó bảo trì sân golf Vinpearland, anh Nhân, anh Giang Meslab, anh Tuấn Hà
Nội… đã cùng giúp đỡ em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.

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-

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT NGƢỢC

1.1 Mở đầu
Từ những năm đầu thập niên 90 của thế kỷ trước, kỹ thuật ngược
(Reverse Engineering), 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. Đặc biệt trong
lĩnh vực thiết kế mơ hình 3D từ mơ hình cũ đã có sẵn nhờ sự trợ giúp của máy
tính thơng qua các gói phần mềm CAD/CAM [2, trang 7].
Để chế tạo sản phẩm, đầu tiên người thiết kế phải hiểu rõ kết cấu, chức
năng của chi tiết, sau đó thiết kế và gia cơng trên các phần mềm CAD/CAM
để tạo ra sản phẩm, tuy nhiên việc thiết kế ban đầu (dữ liệu đầu vào) mất rất
nhiều thời gian, công sức, năng suất thấp. Trong thực tế, người ta cần chế tạo
những mẫu có sẵn mà chưa (hoặc khơng) có mơ hình CAD tương ứng (đồ cổ
chẳng hạn), những chi tiết đã ngừng sản xuất từ lâu, những chi tiết không rõ
xuất xứ, bộ phận con người, động vật,… Để tạo được mẫu của những sản

phẩm này, trước đây người ta đo đạc rồi vẽ phác lại hoặc dùng sáp, thạch cao
để in mẫu. Các phương pháp này cho độ chính xác khơng cao, tốn nhiều thời
gian và công sức, đặc biệt là những chi tiết phức tạp. Ngày nay người ta đã sử
dụng máy quét hình để qt hình dáng của chi tiết sau đó nhờ các phần mềm
CAD/CAM chuyên dụng để xử lý dữ liệu qt và cuối cùng sẽ tạo được mơ
hình CAD 3D với độ chính xác cao. Mơ hình 3D này có thể được chỉnh sửa
nếu cần [2, trang 7]. Vậy quy trình để thiết kế và chế tạo một sản phẩm theo
kỹ thuật ngược như sau: sản phẩm - đo và kiểm tra - tái thiết kế - tạo mẫu thử
và kiểm tra - sản phẩm [4].
Sau đây là một số lý do sử dụng kỹ thuật ngược.
- Một số sản phẩm gốc đầu tiên đã không sản xuất từ lâu, nhưng khách
hàng cần sử dụng sản phẩm đó lại.
- Sản phẩm đầu tiên đã ngừng sản xuất từ lâu,…sản phẩm gốc đã trở
nên lỗi thời, cổ xưa.
- Sản phẩm ban đầu đã mất tài liệu thiết kế.


-5-

- Tạo lại dữ liệu hoặc chế tạo từng phần mà khơng 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 mơ 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, mơ 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 ơ tơ

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 hồn thành xong sản phẩm. Các cơng 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 cơng.
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

Hình 1.2 Tạo mơ hình đất sét

Hình 1.3 Dán keo lên mơ hình

Bước 2: Qt mẫu đất sét dùng thiết bị quét laser.
Bước 3: Xử lý dữ liệu qt bằng phần mềm chun dụng

Hình 1.4 Mơ hình CAD sau khi xử lý.

-7-

Bước 4: Chế tạo mơ hình

Hình 1.5 Chế tạo mơ hình trên máy CNC

Hình 1.6 Mơ hình hồn chỉnh.
Bước 5 : Tạo mơ hình với kích thước thật.
Bước 6 : Qt mơ hình thật

Hình 1.7 Qt mơ hình thật.


-8-

Bước 7: Xử lý dữ liệu quét bằng phần mềm chun dụng

Hình 1.8 Mơ hình CAD của xe thật.
1.2.2 Ứng dụng trong đo và kiểm tra sản phẩm
Bất kì một sản phẩm nào sau khi sản xuất xong để được đưa ra thị
trường đều phải được kiểm tra xem có đảm bảo điều kiện làm việc của nó
khơng vì vậy trong các ngành sản xuất đặc biệt là sản xuất cơ khí chính xác
ln có một bộ phận gọi là bộ phận kiểm tra chất lượng sản phẩm. Để kiểm
tra chính xác được các kích thước hoặc các bề mặt đặc biệt là các bề mặt phức
tạp và có kích thước lớn người ta thường sử dụng công nghệ quét laser.
1.2.3 Ứng dụng trong ngành khn mẫu
Ngồi việc dựng lại chi tiết để để làm khn như đã nói ở trên thì việc
kiểm tra lại các kích thước của lịng lõi khn trước khi đưa vào sản xuất có ý
nghĩa quyết định trong ngành khn mẫu. Khi đó người ta đo các kích thước
trong lịng lõi khn 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
vịng nhiều năm mà khơng thay đổi kiểu dáng cũng như tính thân thiện với
mơi trường thì giá trị đem lại rất thấp, sản phẩm khơng có tính mới lạ, chất


-9-

lượng khơng đạt u cầu, khó có thể đứng vững trên thị trường. Do đó câu hỏi
ln đặt ra với người thiết kế, ngày càng hồn thiện đi đơi với bảo vệ mơi
trường cũng như khả năng an tồn 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 u 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, ơ tơ, 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 ln 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
khăn, khi đó người ta dùng thạch cao hoặc đất sét tạo kiểu dáng cho chi tiết,
rồi sử dụng máy quét laser lấy mẫu lại chi tiết và cuối cùng đưa lên phần mềm

dựng lại hình dáng cho sản phẩm.
1.2.6 Ứng dụng trong ngành khảo cổ học
Trong ngành khảo cổ học có những vật người ta cần tạo ra một bản sao
để trưng bày, mục đích là để bảo tồn bản gốc để làm được việc đó người ta sử
dụng cơng nghệ qt laser lấy mẫu lại hình dáng của vật sau đó sử dụng phần
mềm CAD/CAM thiết kế và gia công tạo được hình dáng của sản phẩm và
cuối cùng sử dụng màu sắc để làm cho vật có hình dạng giống với vật mẫu.
1.2.7 Ứng dụng trong y học, phẩu thuật và tái tạo
Kỹ thuật ngược cũng được ứng dụng khá phổ biến trong y học ở các
nước tiên tiến. Một số ví dụ điển hình của việc áp dụng kỹ thuật ngược trong
y học là tạo xương nhân tạo, tạo răng hàm giả.


-10-

+ Tạo xương nhân tạo: Trong y học nhiều khi có những vụ tai nạn gây
vỡ hỏng một phần nào đó của xương như hộp sọ chẳng hạn. Yêu cầu đặt ra là
phải tái tạo lại được phần xương đó để thay thế cho phần xương đã bị mất đi
và phần được thay thế đó phải phù hợp và có độ chính xác cao. Trong trường
hợp này người ta có thể sử dụng máy quét laser để lấy lại mẫu xương và dùng
CAD/CAM để tạo lại hình dáng cho phần xương đó. Trên hình 1.9 trình bày
việc lấy dữ liệu chuyển động của cơ thể và mơ hình khớp gối.

Hình 1.9 Lấy dữ liệu chuyển động của cơ thể và mơ hình khớp gối
+ Ứng dụng trong nha khoa: Người ta dùng máy quét laser để lấy mẫu
răng hàm rồi tạo mẫu răng giả với sự hỗ trợ của công nghệ CAD/CAM/CNC.

Hình 1.10 Ứng dụng kỹ thuật ngược tạo răng giả.
1.3 Quy trình kỹ thuật ngƣợc
Các giai đoạn của kỹ thuật ngược được trình bày trên hình 1.11.

-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 dị 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 tồn 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 Qt 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 hố vị trí các đỉnh và cách kết nối các cạnh của mỗi hình đơn trong lưới
sao cho các đặc điểm hình học không thay đổi.
3. Chia nhỏ lưới (đã được đơn giản hoá) để tạo bề mặt trơn theo ý
muốn. Kết quả là ta được một bề mặt trơn và được chuyển thành file CAD với
các định dạng như: IGES, DXF, STL, PLY… [2, trang 8].
c. Tạo mẫu
Từ dữ liệu mơ hình CAD, có thể áp dụng cơng nghệ tạo mẫu nhanh để
tạo mẫu sản phẩm. Cũng có thể tạo mẫu trên máy phay CNC, khi đó phải lập
trình NC nhờ các phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp để tạo ra các đường
chạy dao. Hình 1.14 minh họa quá trình phay mẫu mặt người trên máy phay
CNC.


-13-

Hình 1.14 Phay mẫu trên máy CNC
1.4 Máy quét laser
1.4.1 Phép đo đạc tam giác
Như đã trình bày ở trên, có thể sử dụng nhiều loại máy quét khác nhau
trong kỹ thuật ngược. Trong số này thì máy quét laser được sử dụng phổ biến
nhất. Hầu hết máy quét laser dùng phép đo đạc tam giác hình học đơn giản để
xác định toạ độ mặt của đối tượng cần quét. Hình 1.15 trình bày hai sơ đồ đo
đạc tam giác sử dụng các CCD camera.
Trên hình 1.15a, hệ thống chỉ có một camera, thiết bị truyền vệt sáng
hoặc (đường thẳng) trên đối tượng tại góc đã được định nghĩa trước. CCD
camera nhận thấy vị trí phản xạ của điểm (hoặc đường thẳng) lên trên bề mặt.
Trên hình 1.15b, hệ thống có 2 CCD camera, ánh sáng đèn chiếu khơng được
hấp thụ trong phạm vi hoạt động và có thể do có sự di chuyển vệt sáng hoặc
đường.

Theo phương pháp tam giác (hình 1.15a), năng lượng nguồn sáng tập
trung và chiếu ra tia sáng là góc lên trên bề mặt đối tượng quét. Thiết bị cảm
quang nhận ánh sáng phản chiếu từ các điểm chiếu sáng lên bề mặt. Cố định
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
thống camera có thể tính tốn như sau [6, trang 39]:

với tọa độ hệ


-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 ngun lý làm việc của máy quét laser với chùm
laser có cấu trúc đường. Chùm tia laser phát ra từ nguồn sáng thơng 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-

Nhiều hãng chế tạo máy CMM cũng tích hợp khả năng quét laser lên
máy CMM của họ. Các hình 1.18 và 1.19 là một số ví dụ về máy CMM được
tích hợp thiết bị qt laser.

Hình 1.18 Thiết bị qt laser tích hợp trên máy CMM của hãng Faro.

Hình 1.19 Thiết bị quét laser tích hợp trên máy CMM của hãng LDI (Mỹ).


-17-

1.5 Thiết bị quét laser theo công nghệ của hãng DAVID Vision Systems
1.5.1 Giới thiệu
Thiết bị quét laser theo mô hình máy quét David là thiết bị được phát
triển để dùng phần mềm David của hãng DAVID Vision Systems (Đức). Đây
là hệ thống quét laser rẻ tiền dùng để thu thập dữ liệu 3D. Khách hàng có thể
tự xây dựng thiết bị quét laser đơn giản với các yêu cầu phần cứng rẻ tiền như

đèn laser cầm tay và một webcam hoặc một camera thang độ xám tiêu chuẩn.
Máy quét dạng này có nguyên lý của máy quét laser dùng chùm tia laser
đường như đã được mô tả ở trên.
1.5.2 Nguyên lý làm việc của thiết bị quét laser theo cơng nghệ của hãng
DAVID

Hình 1.20 Ngun lý máy qt laser
Hoạt động dựa trên nguyên lý phép đo đạt tam giác, bao gồm các bước
thực hiện như sau:
Bước 1: Đặt cố định camera, di chuyển camera để cho camera nhận
thấy các điểm trên tấm bìa hiệu chuẩn.
Bước 2: Chiếu chùm tia laser đường vào đối tượng được đặt phía trước
tấm bìa hiệu chuẩn, di chuyển nhiều góc độ khác nhau để camera chụp được
ảnh của đối tượng dưới dạng bề mặt 2D.
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 đi file.
Kết luận: Trong đề tài này thiết bị quét laser được thiết kế chế tạo dựa theo
mơ 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.


-19-

CHƢƠNG 2

XÂY DỰNG KẾT CẤU THIẾT BỊ

2.1 Mở đầu
Trong đồ án này, thiết bị quét laser được chế tạo dựa theo mơ hình thiết
bị qt laser của hãng DAVID Vision Systems. Tuy nhiên, để chế tạo thiết bị
với giá rẻ, phục vụ đào tạo thì cần có một số cải tiến nhất định về bộ phận
phát laser và camera. Ngoài ra, thiết bị còn được trang bị các động cơ dùng để
tự động quay đèn laser quay bàn máy mang vật thể cần quét.
2.2 Phƣơng án thiết kế
Với mục đích tạo ra thiết bị quét laser giá rẻ, phục vụ đào tạo nên yếu
tố đầu tiên đặt ra cho người thiết kế là thiết bị có kết cấu nhỏ gọn, linh hoạt,
sử dụng phù hợp ở mọi vị trí khác nhau. Ở đây đưa ra 2 phương án thiết kế
như sau:
- Phƣơng án 1
1. Phần laser, camera và giá đỡ

Hình 2.1 Mơ hình cơ khí

-20-

Cụm động cơ laser

Hình 2.2 Động cơ laser
Cụm CCD Camera

Hình 2.3 CCD Camera
Phần này bao gồm:
+ Dàn khung, vật liệu nhôm, nên rất gọn nhẹ, dễ vận chuyển, tuy nhiên còn
khá cồng kềnh.
+ 1 chân máy quay phim
+ 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 Mơ hình gỗ

Hình 2.5 Bìa Calip
Phần này gồm có:

+ 2 tấm gỗ mỏng
+ 2 bản lề thép
+ Bulong, đai ốc…
+ 1 miếng nhựa

Hình 2.6 Bàn máy


-22-

Mơ hình máy qt tổng thể

Hình 2.7 Máy qt tổng thể
Ƣu điểm
+ Có thể qt 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
+ Bàn máy tùy chỉnh bằng tay, khả năng tự động bị hạn chế
+ Sử dụng CCD camera nên khá tốn kém.
- Phƣơng án 2
1. Phần laser, webcam và giá đỡ


-23-

Hình 2.8 Mơ hình cơ khí
Phần này gồm có:
+ 1 ống thép làm trụ trung tâm

+ 1 động cơ gạt nước ô tô được chế lại để giảm tốc độ quay ở trục ra gắn laser
+ 1 laser đường (ánh sáng màu đỏ hoặc màu xanh)
+ 1 webcam
+ 2 tấm gá giữ động cơ và camera được hàn
+ Bulong, đai ốc…
+ 1 đồ gá giữ và kẹp chặt laser
+ 1 chân đế
+ 1 kiền giữ động cơ làm từ vật liệu Inox.


-24-

+ 1 khớp nối bằng nhựa
2. Phần gỗ

Hình 2.9 Mơ hình gỗ
Phần này gồm có :
+ 1 khối hộp
+ 2 thanh chữ U vật liệu nhôm
+ 2 tấm gỗ mỏng
+ 1 bàn máy hình trịn
+ 1 khớp nối
+ 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 khơng cần phải địi hỏi độ chính xác cao.

Hình 2.10 Trụ chính