công nghệ scan 3d và ứng dụng trong sản xuất

1
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí
LỜI NÓI ĐẦU.
Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật đặc biệt là khoa
học máy tính đã làm thay đổi căn bản mọi mặt của đời sống xã hội.Từ giữa thế kỷ
20, khi công nghệ máy tính được đưa vào áp dụng trong sản xuất đã góp phần tự
động hóa sản xuất, giải phóng sức lao động cho con người, tăng năng suất cũng như
chất lượng sản phẩm. Theo đó là sự ra đời của phương thức sản xuất có sự trợ giúp
của máy tính và các máy công cụ được tích hợp bộ điều khiển số.
Ở Việt Nam, ngoài việc công nghệ CAD /CAM đã và đang được phát triển,
ứng dụng rộng rãi trong các xí nghiệp, nhà máy. Thì vài năm trở lại đây, công nghệ
quét 3D và tạo mẫu nhanh bước đầu đã được nghiên cứu và ứng dụng ở các viện
nghiên cứu, các trung tâm công nghệ cao, các dây chuyền sản xuất mà đáng chú ý
nhất là ứng dụng trong sản xuất đúc tượng đồng. Ứng dụng công nghệ quét 3D và
tạo mẫu nhanh vào sản xuất đúc tượng đồng giúp cho tăng năng suất, giảm chi phí,
thời gian lao động, phù hợp với xu thế toàn cầu hóa các phương diện thị trường
thương mại và sản xuất, đa dạng hóa sản phẩm, đổi mới sản phẩm mẫu mã nhanh,
sản phẩm công nghệ cao, phù hợp với tính cạnh tranh của thị trường ngày càng
khốc liệt.
Với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ quét 3D và tạo mẫu nhanh
trong quá trình sản xuất đúc tượng đồng ”. Em đã nghiên cứu về công nghệ quét
3D, công nghệ tạo mẫu nhanh và quy trình đúc tượng đồng với công nghệ mới.
Trong quá trình làm đồ án em đã hết sức cố gắng nhưng do hạn chế về kiến
thức và thiết bị nên không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong được sự góp ý, bổ
sung của thầy cô và các bạn đọc để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin được cảm
ơn thầy giáo… trưởng bộ môn công nghệ cơ khí cùng toàn thể các anh trong trung
tâm công nghệ 3D tech đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo tạo điều kiện tốt nhất cho e
trong suốt thời gian làm đồ án để em có thể hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên .
1

1
2
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí
MỤC LỤC
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN, GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ QUÉT 3D…………… 4
1.1. Đặt vấn đề…………………………………………………………………………4
1.2. Giới thiệu công nghệ quét 3D. ……………………………………………………5
1.2.1 Khái niệm………………………………………………………………… 5
1.2.2 Ưu, nhược điểm ……………………………………………………………5
1.3. Các phương pháp quét hình phổ biến hiện nay……………………………………6
1.3.1 Máy đo 3D-CMM………………………………………………………… 6
1.3.2 Máy đo quét 3D – arm scan……………………………………………… 8
1.3.3 3D laser scanner – HandyScan…………………………………… ………10
1.3.4 Công nghệ đo quang học………………………………………………… 15
1.4. Hệ thống thiết bị Scan 3D của GOM. ……………………………………………17
1.4.1 Giới thiệu sơ lược về hãng GOM……………………………………… 17
1.4.2 Các sản phẩm chính của hãng GOM………………………………………18
1.5. Ứng dụng công nghệ quét 3D…………………………………………………….22
1.5.1 Ứng dụng trong thiết kế ngược………………………………………… 22
1.5.2 Ứng dụng trong việc đo kiểm tra sản phẩm……………………………….23
1.5.3 Ứng dụng trong ngành khuôn mẫu……………………………………… 24
1.5.4 Ứng dụng trong cải tiến kiểu dáng……………………………………… 25
1.5.5 Ứng dụng trong thiết kế sản phẩm mới……………………………………25
1.5.6 Ứng dụng trong ngành khảo cổ học…………………………………… 26
1.5.7 Y học, phẫu thuật và tái tạo……………………………………………… 27
1.5.8 Ứng dụng trong giao thông……………………………………………… 28
1.5.9 Ứng dụng trong nhà máy và công nghiệp xử lý………………………… 29
1.5.10 Ứng dụng trong cải tạo công trình dân dụng và công nghiệp…………… 30
CHƯƠNG II : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH…………………31
2.1 Giới thiệu kỹ thuật tạo mẫu nhanh……………………………………………… 31

2.2 Các bước công nghệ trong tạo mẫu nhanh ……………………………………….35
2.2.1 Tạo mô hình CAD……………………………………………………… 35
2.2.2 Xuất sang dạng file.STL………………………………………………… 35
2.2.3 Cắt lát file .STL………………………………………………………… 36
2.2.4 Chế tạo ……………………………………………………………………36
2.2.5 Loại bỏ vật liệu thừa, hoàn thiện và làm sạch vật thể chế tạo ……… 37
2.3 Các công nghệ tạo mẫu nhanh
…………………………………………………….37
2.3.1 Các công nghệ tạo mẫu nhanh sử dụng vật liệu ở dạng lỏng…………… 37
2.3.2 Các công nghệ tạo mẫu nhanh sử dụng vật liệu ở dạng bột……………….38
2.3.3 Các công nghệ tạo mẫu nhanh sử dụng vật liệu ở dạng tấm………………39
2.4 Dữ liệu đầu vào trong công nghệ tạo mẫu nhanh…………………………………39
2.5 Ứng dụng của công nghệ tạo mẫu nhanh ……………………………………… 40
2.5.1 Đúc khuôn vỏ mỏng……………………………………………………….40
2.5.2 Chế tạo dụng cụ ………………………………………………………… 41
2.5.3 Tạo mẫu nhanh trong chế tạo sản xuất…………………………………….41
2.5.4 Ứng dụng tạo mẫu nhanh trong y học…………………………………… 42
2
2
3
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí
2.5.5 Kiểm tra chức năng làm việc của sản phẩm……………………………….43
2.5.6 Tiếp thị sản phẩm………………………………………………………….44
CHƯƠNG III: MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH ĐIỂN HÌNH……… ….45
3.1 Công nghệ tạo mẫu nhanh SLA………………………………………………. ….45
3.2 Công nghệ tạo mẫu nhanh SLS………………………………………………… 48
3.3 Công nghệ tạo mẫu nhanh LOM………………………………………………… 51
3.4 Công nghệ tạo mẫu nhanh FDM………………………………………………….53
3.5 Công nghệ tạo mẫu nhanh 3D printing………………………………………… 58
CHƯƠNG IV: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐỒNG………………………… 61

4.1 Khái niệm………………………………………………………………………….61
4.2 Đặc điểm công nghệ đúc đồng……………………………………………………61
4.3 Đúc khuôn vỏ mỏng tại xưởng đúc đồng Tỉnh Nam Định……………………… 61
4.4 Ưu nhược điểm của quy trình đúc đồng so với đúc truyền thống……………… 71
CHƯƠNG V: THỰC NGHIỆM SẢN XUẤT ĐÚC TƯỢNG ĐỒNG……………………73
5.1 Ứng dụng công nghệ vào sản xuất đúc thượng đồng…………………………… 73
5.2 Lựa chọn sản phẩm đúc………………………………………………………… 76
5.3 Sử dụng máy Scan sản phẩm và tạo mẫu nhanh …………………………………76
Kết luận……………………………………………………………………………………85
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ QUÉT 3D.
1.1 Đặt vấn đề.
Công nghệ đúc hiện là tứ đại thiên vương trong ngành kim loại và hợp kim cho
nên việc hiểu rõ để định hướng vào ngành này là điều vô cùng cấp thiết. Theo xu
hướng hiện nay, đúc có nhiều hữu ích trong cuộc sống. Đúc có vai trò quan trọng
đối với sự phát triển của nền kinh tế. Ví dụ như những lợi ích từ việc sản xuất các
chi tiết thay thế - sản phẩm trong ngành công nghiệp phụ trợ, vai trò trong đời sống
hằng ngày. Hơn nữa, việc đầu tư về phát triển công nghệ mới mà các nước phát
triển đang làm sẽ nâng cao năng xuất và giảm bớt gánh nặng ô nhiễm môi trường –
một vấn đề đang được toàn cầu quan tâm. Kết quả này sẽ thiết thực góp phần cung
cấp cho thị trường trong nước những sản phẩm đạt chất lượng cao, giúp các doanh
nghiệp trong nước giảm giá thành sản xuất, nâng cao khả năng cạnh tranh và xuất
khẩu cho các doanh nghiệp cơ khí.
3
3
4
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí
Trong ngành công nghệ đúc, giải pháp 3D hỗ trợ và đẩy nhanh tiến độ tất cả các
giai đoạn trong quá trình đúc: từ xây dựng khuôn mẫu, khuôn dập tới làm lõi và
khuôn. Từ đó, nhanh chóng đánh giá sản phẩm đầu và tối ưu hóa quá trình gia công
CNC. Để nâng cao năng xuất và độ chính xác chế tạo, lĩnh vực công nghệ chép mẫu

ngày càng được sử dụng rộng rãi. Bản chất của công nghệ này là dùng các loại máy
đo 3D với phần mềm thích hợp tái tạo lại bản vẽ thiết kế dưới dạng số hóa của một
sản phẩm có sẵn để tối ưu hay đưa vào gia công trên các máy tự động. Muốn vậy
cần phải nắm vững công nghệ đo 3D mà trong đó quét 3D là giải pháp có nhiều ưu
điểm được thể hiên qua nguyên lý và ứng dụng của công nghệ đó.
1.2 Giới thiệu công nghệ quét 3D.
1.2.1 Khái niệm
Quét 3D là kỹ thuật thu thập số liệu hiện trường dưới dạng số sử dụng ánh
sáng Laser quét qua bề mặt đối tượng để ghi nhận kích thước và mối quan hệ không
gian giữa các đối tượng với nhau. Các máy quét 3D sau khi hoàn tất một chu trình
thu số liệu sẽ tạo thành các ĐÁM MÂY ĐIỂM (Point Cloud), thể hiện một cách đầy
đủ và hoàn chỉnh nhất hình ảnh của các đối tượng mà tia Laser đã quét qua. Phụ
thuộc vào kiểu máy quét và nhà sản xuất, khoảng cách quét tới các đối tượng thực
tế có thể từ một vài trăm mét đến vài kilômét, số liệu điểm thu được có độ chính xác
dưới 5mm với tốc độ ghi nhận số liệu từ vài chục nghìn đến một triệu điểm mỗi
giây. Tốc độ quét phụ thuộc vào yêu cầu về mật độ điểm quét của mỗi ứng dụng.
Khi các đối tượng trong thực tiễn có kích thước lớn hơn một lần quét, chúng ta phải
sử dụng nhiều trạm máy ở các góc độ khác nhau sau đó nối kết các trạm máy này lại
với nhau để tạo thành đám mây điểm hoàn chỉnh. Ngay khi hình thành được đám
mây điểm 3D, số liệu đã sẵn sàng ứng dụng được, có thể tiến hành đo đạc trực tiếp,
xuất sang bất kỳ phần mềm CAD phổ biến nào, xây dựng mô hình 3 chiều, chuyển
đổi sang các chương trình BIM để tổng hợp các bản vẽ 2D, bản vẽ kích thước hay
các mô hình 3D hoàn chỉnh (Solid 3D) …
1.2.2 Ưu nhược điểm của công nghệ quét 3D
a, Ưu điểm:
4
4
5
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí
 Kết cấu nhỏ gọn: Máy quét 3D kết cấu nhỏ gọn có thể có mô hình xách tay rất

tiện lợi.
 Gá đặt đơn giản: Khi Scan laser thì chi tiết cần Scan không cần phải gá đặt
cầu kì mà có thể được đặt trên bàn hoặc có một vị trí bất kì trong không gian
vì khi đo dụng cụ đo không tiếp xúc vào vật đo hơn nữa máy đo tự điều
chỉnh tiêu cự của thấu kính cho phù hợp với khoảng cách thay đổi tương đối
giữa máy đo và vật được đo.
 Cho ra kết quả nhanh
 Rễ ràng xử lí kết quả: Cho ra kết quả là đám mây điểm rất rễ dàng xử lí trên
các phần mềm xử lý điểm chuyên dụng như: Geomegic, Catia…
 Đo được nhiều những vật có độ phức tạp mà máy đo thông thường không thể
đo được.
 Độ phân giải cao
 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.
b,Nhược điểm:
 Trước khi đo những bề mặt có mầu không phản quang 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.
 Yêu cầu trên đế máy cần phải vững chắc, cân bằng máy và không rung.
1.3 Các phương pháp phổ biến hiện nay
Công nghệ quét hình phổ biến hiện nay gồm:
1.3.1 Máy đo 3D-CMM
5
5
6
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Hình 1.1. Máy đo 3D-CMM
Nguyên lí làm việc
Làm việc theo nguyên lí dịch chuyển 1 đầu dò để xác định tọa độ của các
điểm trên bề mặt của vật thể. Máy đo tọa độ thường đo tọa độ theo phương chuyển
vị X, Y, Z. Đầu đo được gắn trên giá, giá lắm trên thân trượt theo phương Z, khi
đầu đo được điều chỉnh đến một điểm nào đó thì 3 đầu đọc cho ta biết tọa độ X, Y,
Z tương ứng với độ chính xác có thể lên đến 0,1 micromet.
Muốn đo được các điểm khác nhau trên những bề mặt của chi tiết ta, cần
dịch chuyển đầu đo tới tiếp xúc với vật đo tại các điểm đó. Trên máy, đầu đo được
dịch chuyển theo 3 phương vuông góc với nhau ứng với 3 trục tọa độ trong hệ tọa
độ Đềcác vuông góc. Mỗi trục toạ độ thực chất là một sống trượt và một xe trượt,
ba sống trượt này vuông góc với nhau từng đôi một. Có thể hiểu sự tương quan giữa
hệ toạ độ máy đo như sau:
6
6
7
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí
- Hệ tọa độ Đề các bao gồm ba trục Ox, Oy, Oz vuông góc với nhau từng đôi
một trong đó máy đo tọa độ ba chiều hệ đề các cũng gồm ba sống dẫn X, Y,
Z vuông góc với nhau từng đôi một. Trên mỗi trục đều có gắn thước đo chiều
dài. Số đo xác định vị trí của xe trên sống dẫn.
- Trục Ox tương đương với sống dẫn X, trên sống dẫn X là xe trượt X, xe trượt
X sẽ trượt đến từng điểm khác nhau trên trục X tạo ra tung độ điểm đo.
- Trục Oy tương đương với sống dẫn Y, trên sống dẫn Y là xe trượt Y, xe trượt
Y sẽ trượt đến từng điểm khác nhau trên trục Y tạo ra hoành độ điểm đo.
- Trục Oz tương đương với sống dẫn Z, trên sống dẫn Z là xe trượt Z, xe trượt
Z sẽ trượt đến từng điểm khác nhau trên trục Z tạo ra cao độ điểm đo.
Như vậy giá trị X, Y, Z đã được hình thành và xác định cho mỗi điểm đo.
Cấu tạo máy :
Máy CMM bao gồm 4 bộ phận chính sau :

- Thân máy
- Đầu dò
- Hệ thống điều khiển: Điều khiển bằng tay hoặc điều khiển bằng PC/CNC
- Phần mềm
Ưu nhược điểm:
 Ưu điểm:
Độ chính xác của phép đo “điểm” cao- có thể đạt được độ chính xác 0,001mm.
 Khuyết điểm:
+ Khả năng linh động kém do chỉ di chuyển theo 3 trục X,Y,Z và ít bậc tự do
nên khó quét được những vị trí hẹp, phức tạp.
+ Bị hạn chế kích thước vật thể cần đo
+ không đo kiểm được mặt đáy của vật thể cần đo trên một lần gá
+ Việc đo kiểm các mặt bên hông thuận lợi
+ Kích thước máy lớn – cồng kềnh và chiếm nhiều không gian lắp đặt
+ Công tác đo đạt được thực hiện dán tiếp từ “người” qua máy tính đến
chuyển động của đầu chạm.
+ Do kích thước đường kính cảu đầu chạm là cố định nên việc kiểm tra các
vị trí khe rãnh bị hạn chế.
7
7
8
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí
+ Không kiểm tra được đọ chính xác của bề mặt freeform surface
+ Cả máy và vật thể cần đo đều phải lắp cố định.
+ Không phù hợp cho công nghệ kỹ thuật ngược.
1.3.2 Máy đo quét 3D – arm scan

Hình 1.2. Máy quét 3D – arm scan
Nguyên lí làm việc:
Nguyên lý làm việc giống với máy đo tọa độ CMM. Hoạt động theo nguyên

lý dịch chuyển một đầu dò để xác định tọa độ các điểm trên một bề mặt của vật thể.
Đầu dò sẽ di chuyển đến các vị trí khác nhau và tiến hành đo lấy tọa độ các điểm
đó.
Cấu tạo :
Thiết bị này cấu tạo gồm 3 phần chính :
- Phần cơ sở
- Cánh tay rô bốt : tạo khả năng di chuyển linh hoạt cho thiết bị
- Đầu dò
Ưu nhược điểm:
 Ưu điểm:
+ Khả năng linh động có cải thiện hơn so với CMM do có nhiều các khớp,
nhiều bậc tự do hơn có thể quét các vị trí phức tạp, khó khăn.
+ Có thể đo kiểm được các bề mặt bên hông của đối tượng đo
+ Công tác đo đạt được thực hiện trực tiếp bởi “người” tác động trực tiếp đến
đầu chạm
8
8
9
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí
+ việc đo kiểm các bề mặt bên hông thuận lợi hơn so với CMM
+ Có thể thay thế đầu chạm bằng đầu Scan laser để thực hiện Scan 3D bề mặt
sản phẩm.
 Khuyết điểm:
+ Do chiều dài của cánh tay robot là cố định nên kích thước vật thể cần đo
còn hạn chế
+ Không đo kiểm được mặt đáy của vật thế cần đo trên một lần gá
+ Do kích thước đường kính của đầu chạm là cố định nên việc liểm tra các vị
trí khe rãnh bị hạn chế
+ Cả máy và vật thể cần đo đều phải lắp cố định
+ Khả năng di chuyển của hệ thống còn nhiều hạn chế

+ Không thuận lợi khi Scan vật thể lớn như body ôtô du lịch, bus…Càng
không thuận lợi trong công tác Scan vật thể trong không gian hạn hẹp (như
Scan nội thất xe ôtô).
+ Tốc độ Scan phụ thuộc vào độ phân giải
1.3.3. 3D laser scanner – HandyScan
a, 3D laser scanner – HandyScan (EXAscan)

Hình 1.3: Máy 3D laser scanner – HandyScan
Cấu tạo máy :
- Máy đo laser : phát ra các tia laser chiều vào vật thể và qua các ống kính cảm
biến thu được dữ liệu của vật thể.
9
9
10
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí
- Máy tính : Dữ liệu thu được hiển thị trên máy tính và được sử lí trên máy
tính.
- Đường dây cáp : kết nối giữa máy đo laser và máy tính.
- Thẻ nhớ
Sơ đồ nguyên lý
 Nguyên lý làm việc
- Đèn phát Laser: có nhiệm vụ phát ra
ánh sáng Laser có bước sóng thích hợp.
- Thấu kính: có nhiệm vụ lọc và hội tụ tia
Laser được phản xạ lại từ bề mặt của chi
tiết lên bề mặt của cảm bi ến CCD.
- Cảm biến CCD (Charge Couple Device):
Có nhiệm vụ thu nhận tia Laser được phản xạ
từ bề mặt chi tiết trên cơ sở so sánh các góc
lệch giữa chúng và đưa ra tín hiệu điện

khác nhau.
- Xử lí của phần mềm máy tính: Máy Tính
với sự hỗ trợ của phần mềm máy
tính có nhiệm vụ thu nhận tín hiệu điện từ CCD gửi
tới và xử lí tín hiệu đó để đưa ra kết quả là đám mây
điểm.
- Chỉ thị: Đưa ra kết quả đo chi tiết được xử lí từ máy
tính là đám mây điểm.
10
10
11
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí
Thực chất về nguyên lý của scan Laser giống như quá trình chụp ảnh thông
thường, nhưng chụp ảnh của Scan Laser là quá trình chụp ảnh các vật thể ở dạng
ảnh 3 chiều trong khi đó nếu là chụp ảnh thông thường thì chỉ là ảnh 2 chiều. Scan
Laser sử dụng cảm biến Laser và gán vào một hệ thống máy đo hệ thống này được
định vị và được kiểm soát bằng máy tính, các máy đo dùng trong Scan laser là các
máy đo có thể được gán với máy CNC từ 3 đến 5 trục có kích thước tương đối lớn
kết cấu khá vững chắc hoặc có thể là mô hình máy xách tay rất nhỏ gọn. 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, 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.
Tất cả các hệ thống quét trong công nghệ Scan Laser đều sử dụng công nghệ
dựa trên phép đạc tam giác Laser. Bản chất của công nghệ này là máy ảnh hai
chiều chụp ảnh dựa vào dải sáng Laser như trong hình vẽ. Dải sáng được phát ra từ

một đi ốt quang thông qua các bộ phân biến đổi quang học sau đó được chiếu vào
bề mặt của vật được quét tạo nên một mặt cắt trên phần bề mặt được chiếu sáng,
ánh sáng phản chiếu tạo ra các ảnh điểm trên đường chiếu được 1 trong hai bộ
cảm ứng thu lại. Lý do có hai bộ phận cảm ứng thay vì một là: có thể vì một lý do
nào đó hình ảnh nghiêng trên bề mặt của vật thật không được một bộ phận cảm ứng
nhận biết và luôn cần có một bộ phận cảm ứng thứ hai có thể bắt được hình ảnh đó.
Người sử dụng có thể bật hai bộ phận cảm ứng nhưng chỉ một bộ phận cảm ứng
hoạt động trong một thời điểm.
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 và sau đó dựa vào kích cỡ và bảng Laser, vị trí
Z được xác định và được phần mềm lưu giữ lại vào trong một cơ sở dữ liệu và cuối
cùng sẽ được tổng hợp lại thành bề mặt của vật đựơc đo dưới dạng đám mây điểm.
11
11
12
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mô hình máy scan laser
Hình 1.4: Hình ảnh một số máy quét laser
Hình 1.4.1. Scan 3D lắp trên máy đo CMM, Hình 1.4.2. Scan 3D lắp trên cánh tay
robot, Hình 1.4.3. Scan 3D tự do
 Ưu điểm:
+ Khả năng di chuyển rất linh động
+ Có thể Scan 3D tất cả bề mặt của vật thể trên một lần gá đặt
+ Hệ thống phần mềm + thiết bị than thiện, trực quan và dễ sử dụng
+ Cả máy và vật thể cần Scan không cần đặt gá cố định
+ Phần mềm quản lý dữ liệu thong minh phù hợp với nhu cầu công nghiệp:
Không cần setup lại đối với trường hợp phải Scan nhiều ngày bởi đối tượng
lớn như xe body ôtô du lịch,…
+ Đảm bảo độ chính xác của cả bề mặt dạng tự do
+ Hệ thống sử dụng tia laser có thể Scan được hình dạng của khe rãnh nhỏ

đến 0.2mm
 Khuyết điểm:
12
12
13
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí
+ Độ chính xác còn hạn chế khi Scan vật thể lớn>5m, như body Bus,…
+ Tốc độ Scan phụ thuộc vào độ phân giải.
b, 3D laser scanner – HandyScan (MAXscan)


Hình 1.5: Máy HandyScan (MAXscan)
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động như máy 3D laser scanner – HandyScan (EXAscan)
 Ưu điểm:
+ Bao gồm tất cả ưu điểm của Model EXAscan
+ Hệ thống tích hợp Camera chụp hình tọa độ của tất cả các tagert points –
giúp việc Scan 3D vật thể lớn chính xác hơn so với EXAscan.
+ Thích hợp để Scan 3D + thiết kế ngược body, nội thất ôtô Bus, tải…hoặc
các vật thể có kích thước lớn hơn >5m.
 Khuyết điểm:
Tốc độ Scan phụ thuộc vào độ phân giải
1.3.4. Công nghệ đo quang học.
13
13
14
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Hình 1.6: máy đo quang học
Nguyên lí hoạt động :
Projector phát ra chùm ánh sáng với các vân sáng chiếu lên bề mặt của sản

phẩm. Những vân sáng này khi chiếu vào bề mặt sản phẩm sẽ phản xạ lại. Khi đó
hai thấu kính hai bên sẽ thu lại những vân sáng phản xạ đó. Dữ liệu thu được
chuyển tải trực tiếp vào máy tính. Sau đó chúng được xử lí trên phần mềm dựa trên
tính toán, các công thực mà phần mềm đã lập trình.Chúng sẽ dựng lại vật thể ở dạng
3D. Với camera có độ phân giải cao trong 1 lần chụp chúng có thể thu lại được 6
triệu điểm trong 1 lần chụp.
Cấu tạo gồm:
- Thân máy: Camera trái phải, Projecter, dây cáp
- Mẫu bàn xoay.
- Máy tính, phần mềm xử lý.
Các tính năng chính :
- Có khẳ năng Scan toàn bộ bề mặt sản phẩm.
- Dữ liệu quét được so sánh trực tiếp với bản CAD thiết kế.
- Các báo cáo có thể xuất ra dưới nhiêu dạng khác nhau.
- Không cần thiết lập tọa độ vật đo.
14
14
15
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí
- Có thể kiểm tra được độ đảo , song song, đồng trục và nhiều loại dung sai
hình học khác trong một lần kiểm tra.
 Công nghệ ánh sáng trắng
+ Nguồn ánh sáng trắng, chi phí
bảo trì cao.
+ Tỏa nhiệt, tuổi thọ thấp.
+ Dữ liệu nhiễu nhiều, độ chính xác
thấp.
+ Ảnh hưởng bởi môi trường ánh sáng
xung quanh. Hình 1.7 Máy
quét 3D ánh sáng trắng

 Công nghệ ánh sáng xanh
+ Nguồn sáng LED
+ Bức song ngắn ( khoảng 475 nm)
+ Tần số cao ( khoảng 600 – 688
THZ)
+ Không chịu ảnh hưởng bởi môi
trường ánh sáng xung quanh
+ Ít bị phản xạ, tán xạ do bóng
+ Dự liệu nhiễu ít, độ chính xác cao
Hình 1.8 Máy quét 3D ánh sáng
xanh
+ Ánh sáng xanh ít tỏa nhiệt
+ Tuổi thọ 10000 giờ = 1 năm sử dụng 24/7
+ Chi phí bảo trì thấp
+ Tất cả đều được tích hợp sẵn trong hệ thống.
1.4 Hệ thống thiết bị Scan 3D của GOM
1.4.1 Giới thiệu sơ lược về GOM.
GOM là một đối tác công nghiệp toàn cầu, phát triển và sản xuất các giải
pháp đo lường quang học và công nghệ 3D phối hợp đo lường và phân tích biến
dạng với kinh nghiệm trên 20 năm.
Công ty Gom có trên 400 nhân viên và 7 văn phòng chính ở Châu Âu bao
gồm:
15
15
16
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí
• GOM mbH, Braunschweig, Đức (trụ sở chính)
• GOM chi nhánh miền Nam, Bibertal gần Ulm, Đức
• GOM chi nhánh Benelux, Leuven, Bỉ
• GOM International AG, Mở rộng gần Zurich, Thụy Sĩ

• GOM Italia Srl, Milan, Ý
• GOM Ltd, Coventry, Vương quốc Anh
Hình 1.9: Hệ thống 45 đại lý toàn cầu và trên 7000 hệ thống đã được cung cấp lắp
đặt.
Tất cả các nơi trên thế giới hệ thống GOM được sử dụng trong ngành công
nghiệp ô tô, hàng không vũ trụ và hàng tiêu dùng cũng như các sản phẩm dân dụng.
Điều này cũng bao gồm nhiều trung tâm nghiên cứu và các trường đại học. Các giải
pháp sản phẩm của GOM đáp ứng các yêu cầu đo lường phức tạp giúp cho khách
hàng rút ngắn đáng kể thời gian quá trình nghiên cứu phát triển sản phẩm, nâng cao
chất lượng tăng năng xuất các quá trình sản xuất và tăng cường khả năng cạnh tranh
trên thị trường.
1.4.2 Các sản phẩm chính của Gom.
 Atos
16
16
17
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Hình 1.10 Dòng máy ATOS
Dòng Atos của máy quét 3D quang học công nghiệp cung cấp cho quét chính
xác với độ phân giải chi tiết ở tốc độ cao. Thay vì đo điểm duy nhất hoặc với một
laser, Atos chụp hình học bề mặt đầy đủ của một đối tượng chính xác trong một
đám mây điểm hoặc đa giác lưới dày đặc.
Atos được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau và có thể đo
kích thước đối tượng khác nhau, hoàn thiện bề mặt và sự phức tạp hình dạng:
- Đo 3D chính xác cao
- Chi tiết, quét với độ phân giải cao
- Thu thập dữ liệu nhanh
- Chức năng kiểm tra tiên tiến
- Phân tích đầy đủ chiều

- Báo cáo toàn diện
 Tritop
17
17
18
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Hình 1.11 Dòng máy TRITOP
Các biện pháp hệ thống TRITOP di động phối hợp của các đối tượng ba
chiều một cách nhanh chóng và chính xác. Nhiệm vụ đo mà theo truyền thống được
thực hiện bởi 3D xúc giác phối hợp các máy đo có thể dễ dàng được thực hiện với
hệ thống TRITOP. Nó không đòi hỏi bất kỳ phức tạp, phần cứng nặng và bảo trì
chuyên sâu. Các máy đo đến đối tượng.
Như với xúc giác phối hợp các máy đo TRITOP ghi lại tọa độ và hướng của chúng
trong không gian cho bất kỳ tính năng quan tâm:
- Điểm bề mặt và các bộ phận
- Lỗ và các cạnh
- Đường kính, độ dài, góc
Ưu điểm của kỹ thuật TRITOP
- Máy đo 3D hoàn chỉnh với các yêu cầu phần cứng tối thiểu (tổng trọng lượng
23 kg)
- Độ chính xác rất cao ngay cả những đối tượng lớn
- Không hao mòn, không bị giảm độ chính xác
- Dễ dàng xử lý
18
18
19
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí
- Độc lập các điều kiện môi trường ( khí hậu, không khí )
 Aramis

Hình 1.12 Dòng máy Aramis
Aramis được thiết kế để chạy các cảm biến và bộ điều khiển, xử lý tất cả các
phép đo, tự động tính toán và dữ liệu kết quả thực hiện sau chế biến. Aramis là một
giải pháp cấp công nghiệp cung cấp tất cả các chức năng cần thiết ngay cả đối với
nhiệm vụ nghiên cứu phức tạp.
Tất cả các tính năng được xây dựng cho phép Aramis để:
- Tích hợp trong thử nghiệm hiện có và đo lường công việc
- Liên kết với chiến lược đánh giá hiện tại
- Thích ứng với bất kỳ công việc đo lường và đánh giá
 Argus
Đo ứng suất và biến dạng 3D trong gia công kim loại. Quá trình đo lường,
đánh giá và các tài liệu toàn bộ được xây dựng trên một công việc dễ dàng, an toàn
và nhanh chóng
Tất cả các kết quả được trình bày trong một lưới phân giải tốt được tạo ra từ việc
xác định tọa độ 3D và phản ánh bề mặt của đối tượng đo.
19
19
20
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí
Hệ thống đo lường hoạt động độc lập của quá trình hình thành và cung cấp kết quả
toàn trường với độ phân giải cao tại địa phương, cho nhỏ cũng như cho các thành
phần lớn.
Hình 1.13 Dòng máy ARGUS
Nó được sử dụng để phân tích các thành phần được làm từ khoảng trống
bằng phẳng, ống hoặc các thành phần khác được sản xuất bởi một quá trình hình
thành áp lực cao bên trong.
Sự hình thành phân tích quang học sử dụng ARGUS đã trở thành một công cụ đã
được kiểm chứng để đánh giá quá trình hình thành. Khả năng duy nhất để đo lường
phần kim loại tấm phức tạp với một mật độ quét cao mở ra những khía cạnh mới

cho công tác xác minh hình thành những mô phỏng.
1.1ARGUS sự là giải pháp cho
- Phát hiện của khu vực biến dạng quan trọng
- Giải quyết các vấn đề phức tạp hình thành
- Tối ưu hóa các quá trình hình thành
- Xác minh các công cụ
- Xác minh và tối ưu hóa mô phỏng số
 Pontos
20
20
21
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Hình 1.14 Dòng máy PONTOS
Pontos chuyên dung trong việc đo và phân tích động học 3D.
Thay vì làm việc với các bảng in và báo cáo 2D, Pontos hỗ trợ sự tương tác
giữa các đồng nghiệp và khách hàng với hình tượng 3D của tọa độ, chuyển vị, gia
tốc và vận tốc.
Với Pontos, GOM không chỉ cung cấp một công cụ xem miễn phí cho các dự
án hoàn thành Pontos mà còn là một công cụ làm việc miễn phí cho phép các kỹ sư
phát triển để thực hiện phân tích vấn đề định hướng riêng của mình và do đó giải
phóng năng lực đo lường.
Tất cả các chức năng cần thiết là một phần của Pontos :
- Tạo phân tích thêm
- Người dùng xác định những huyền thoại
- Xử lý dữ liệu CAD
- Tạo và xuất khẩu các báo cáo đo lường và video
1.5 Ứng dụng công nghệ quét 3D
1.5.1 Ứng dụng trong thiết kế ngược: Trong ngành cơ khí có một bộ phận thiết kế
luôn phải dựng lại những chi tiết đã có sẵn gọi là bộ phận thiết kế ngược để

phục vụ vào các việc sau:
21
21
22
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí
+ Thiết kế lại khuôn cho chi tiết.
+ Dựng lại mô hình 3D để đưa vào gia công lại chi tiết.
+ Cải tiến một số bộ phận nào đó trên chi tiết cho phù hợp yêu cầu làm việc
của chi tiết.
Đặc biệt là khi cần dựng lại những chi tiết có tính lắp ghép, lắp lẫn yêu cầu
của những chi tiết này là phải có độ chính xác rất cao để đảm bảo khả năng lắp
ghép và điều kiện làm việc của chi tiết cho nên việc lựa chọn công nghệ đo
Scan laser và công nghệ đo 3D để đo dựng lại chi tiết đó luôn là lựa chọn số
một.
Hình 1.15 ứng dụng trong thiết kế ngược.
1.5.2 Ứng dụng trong đo kiểm tra sản phẩm:

Hình1.16 :ứng dụng trong việc đo kiểm tra sản phẩm.
22
22
23
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí
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 không vì vậy trong
các ngành sản xuất đặc biệt là sản xuất cơ khí chính xác luôn 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 Scan laser.
1.5.3 Ứng dụng trong ngành khuôn mẫu:
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. Đặc biệt, khi cần sửa khuôn vì sai
sót trong gia công hoặc với mục đích thay đổi mẫu mã sản phẩm , công nghệ scan
3D là phương tiện chuyển tải dữ liệu vật lí sang dữ liệu 3d mesh, giúp cho kỹ sư
kiểm tra hoặc thiết kế lại sản phẩm.

Hình 1.17 : mô hình sản phẩm làm khuôn mẫu.
23
23
24
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí
1.5.4 Ứng dụng trong cải tiến kiểu dáng:
Với nhu cầu của thị trường hiện nay ngoài việc các sản phẩm sản xuất ra nâng
cao được tính năng thì yêu cầu về thẩm mĩ cũng đóng vai trò cực kì quan trọng
trong việc tiêu thụ sản phẩm của các ngành sản xuất như ngành sản xuất xe máy,
sản xuất ôtô, điện thoại di động… đó là những 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 Scan 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.

Hình 1.18: Mô hình quy trình thiết kế cải tiến kiểu dáng.
1.5.5 Ứng dụng trong thiết kế sản phẩm mới:
Trong các ngánh sản xuất luôn cần phải đưa ra các kiểu giáng hoàn toàn mới
cho sản phẩm để đảm bảo nhu càu 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 thường dùng thạch cao hoặc đất sét tạo kiểu dáng cho chi tiết rồi sử dụng máy
Scan Laser lấy mẫu lại chi tiết và cuối cùng đưa lên phần mềm dựng lại hình dáng
cho sản phẩm.
24
24
25
Đồ án tốt nhiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí
Hình 1.19 : ứng dụng 3d trong việc thiết kế sản phẩm mới.
1.5.6 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
công nghệ Scan 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.
Hình 1.20 : ứng dụng quét 3d trong khảo cổ học.
1.5.7 Ứng dụng trong lĩnh vực y học:
Việc quét 3D ngày càng trở nên hữu
ích trong lĩnh vực y tế. Một máy quét 3D có
khả năng nắm bắt những phép đo 3D trên
khuôn mặt con người và cơ thể mỗi người
một cách dễ dàng và nhanh chóng. Vì mỗi
người là cá thể duy nhất, các học viên y tế
có thể sử dụng thông tin này để tạo ra các sản phẩm y tế cho các bệnh nhân của họ.
25
25