Đồ án tốt nghiệp :Nguyên cứu ứng dụng công nghệ đo quét 3D quang học trong quá trình hàn và lắp ráp ô tô nhà máy ford Hải Dương
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (10.32 MB, 78 trang )
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1
KHOA: CƠ KHÍ
LỜI NÓI ĐẦU
Trong quá trình sản xuất luôn luôn có bộ phận kiểm tra chất lượng sản phẩm ,
bất kỳ sản phẩm nào sau khi sản xuất xong đều có sai lệch so với bản thiết kế. Để đưa
ra thị trường hay sản xuất đồng loại đều phải được kiểm tra xem có đảm bảo điều kiện
làm việc của nó hay không, có an toàn khi sử dụng hay không.
Để sản phẩm sản xuất ra phải yêu cầu đúng như ý tưởng của ng thiết kế và đạt
được các yêu cầu kĩ thuật người ta phải kiểm tra chúng sau khi sản xuất. Tuy nhiên các
kĩ thuật đo truyền thống ngày nay được nhiều công ty áp dụng để kiểm tra hình dáng
và kích thước của sản phẩm nhưng theo thời gian yêu cầu đòi hỏi của thị trường cũng
như chất lượng sản phẩm phải đạt được các kĩ thuật truyền thống này hiện ra một số
hạn chế. Các kĩ thuật này chỉ thuận lợi khi đo các kích thước hình học cụ thể, còn các
bề mặt phúc tạp như mặt cong ba chiều các biên hạng khác nhau nếu đo được thì
nhiều khi phải đo nhiều thông số điều này dẫn đến mất thời gian và chi phí vào việc
sản xuất đôi khi có những vị trí hay bề mặt phương pháp này cũng không thể kiểm tra
được.
Từ những đòi hỏi phải kiểm tra sản phẩm bới kĩ thuật kiểm tra truyền thống
không đáp ứng được và cùng với sự phát triển không ngừng của các ngành khoa học
kĩ thuật đã thúc đẩy các nhà sản xuất tìm đến một phương pháp tối ưu hơn. Tiến tới đó
là các công nghệ đo kiểm tra 3D được ra đời va phát triển ngày một mạnh mẽ , công
nghệ 3D đã khắc phục được những khuyết điểm mà các phương pháp truyền thống
không làm được. Công nghệ 3D là công nghệ khá mới mẻ tại Việc Nam lên dù có
nhiều ưu điểm nổi bật như vậy nhưng những hiểu biết của chúng ta về công nghệ này
còn hạn chế.
Xuất phát từ thực tế trên, đồ án này em đã xin nguyên cứu ứng dụng công nghệ
quét và kiểm tra 3D đặc biệt ở đây em đang nguyên cứu và máy quét 3d quang học và
phần mềm của hãng Gom ( Đức ) vào việc kiểm tra sản phẩm sau khi chế tạo, qua đó
có thể cho em và mọi người hiểu hơn về công nghệ này.
Đồ án “ Nguyên cứu ứng dụng công nghệ đo quét 3D quang học trong quá
trình hàn và lắp ráp ô tô nhà máy ford Hải Dương ”
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo Th.s xxx đã tận tình hướng
dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án này.
Em cũng xin chân thành cảm ơn đến các thầy, các anh tại trung tâm công nghệ
3Dtech đã giúp đỡ và tạo điều kiện về máy móc thiết bị để em có thể hoàn thành quá
trình thực nghiệm trong điều kiện tốt nhất.
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2
KHOA: CƠ KHÍ
Mặc dù trong quá trình làm đồ án em đã cố gắng, song đồ án này không tránh
khỏi thiếu sót . Em mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo và
các bạn để làm đồ án được hoàn thiện hơn và có ý nghĩ trong thực tiễn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày 20 tháng 6 năm 2014
Sinh viên thực hiện
VŨ CÔNG HIỆP
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
3
KHOA: CƠ KHÍ
MỤC LỤC
.............................................................................................................................................76
4.4 Báo cáo kết quả kiểm tra sản phẩm ............................................................................76
DANH MỤC MỘT SỐ THUẬT NGỮ
-
CAD : Bản vẽ được vẽ đươi sự trợ giúp của máy tính
-
SCAN: Bản quét dữ liệu của vật thể
-
ZIC : Bộ phận gá đặt khung xe lên
-
UNDER : Sàn xe
-
UNDER BODY : Sàn xe khi được lắp các bộ phận
-
CMM : Máy đo tọa độ tiếp xúc
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
4
KHOA: CƠ KHÍ
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Hệ tọa độ 3 chiều.
Hình-2.1 Cấu tạo máy đo CMM..
Hình 2.2- Cấu tạo đầu đo CMM.
Hình 2.3 . Máy đo ba toạ độ của hãng DEA.
Hình 2.4-Máy đo ba toạ độ của hãng Brown & Sharpe.
Hình 2.5- Nguyên lí hoạt động máy đo laser.
Hình 2.6- Máy đo laser có thể thu đc 1 triệu điểm trong 1 giây.
Hình 2.7- Máy quét laser của hãng FARO.
Hình 2.8- Máy quét laser của hãng Romer.
Hình 2.9- Máy quét laser của hãng Kreon.
Hình 2.10- Máy quét 3d quang học của hãng GOM.
Hình 2.11- Máy quét 3d quang học của hãng Breuckmann.
Hình 2.11- Máy quét 3d quang học của hãng steinbichter.
Hình 3.1- Cách để máy quét nhận điểm
Hình 3.2 – Hình ảnh thực của vật thể và hình ảnh thu được sau khi quét
Hình 3.3- Cấu tạo máy quét GOM
Hình 3.4- Tay nắm chỉnh hướng máy quét
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
5
KHOA: CƠ KHÍ
Hình 3.5- Bộ phận gá máy quét
Hình 3.6- Chụp ảnh tritop
Hình 3.7- lưới điểm tạo sau khi chụp tritop
Hình 3.8- Các bộ phận để chụp tritop.
Hình 3.9 – Tạo một dữ liệu mới
Hình 3.10- Giao diện của phần mềm
Hình 3.11- Điều chỉnh hướng nhìn vật thể
Hình 3.12 -Quy trình vá lưới điểm
Hình 3.13- Quá trình làm mịn lưới
Hình 3.14- Làm giảm lưới điểm
Hình 3.14- Tạo cầu và vá lưới điểm
Hình 3.15- Tinh chỉnh lưới và xóa khuyết tật
Hình 3.16 Kiểm tra thành phần mặt cắt
Hình 3.17-Các nhãn đã được gắn vào và hiện ra giá trị sai số
Hình 3.18- Các tính năng của I-Inspect
Hình 3.19- Giao diện tạo trang báo cáo
Hình 3.20- Tạo tên báo cáo.
Hình 4.1- Nhà máy lắp ráp ôtô Hải Dương
Hình 4.2-Chi tiết được hàn hai bên shop gun
Hình 4.3-Sau đó hàn hai bên cửa xe
Hình 4.4-Hàn bên trong nội thất xe
Hình 4.13- Lỗ tròn đã tạo xong trên file cad
Hình 4.5 -Sau đó ta được sản khung mái được hàn và hoàn thiện.
Hình 4.6- Lưới điểm của zic
Hình 4.7- chụp ảnh tritop under
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
6
KHOA: CƠ KHÍ
Hình 4.8- khung sau khi hàn
Hình 4.9-Một số vị trí cần kiểm tra
Hình 4.10- Tạo lỗ tròn trên file cad
Hình 4.11- Phần mềm yêu cầu vị trí các điểm tạo lên lỗ tròn
Hình 4.12- Khai báo điểm xong
Hình 4.13- Lỗ tròn đã tạo xong trên file cad
Hình 4.14-Khai báo lỗ trên file scan
Hinh 4.15- Khai báo các điểm hoàn tất
Hình 4.16- Link dữ liệu cad và scan lại với nhau
Hình 4.17- Bảng yêu cầu chọn dữ liệu scan để link
Hình 4.18 – Kết quả thu được.
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
7
KHOA: CƠ KHÍ
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐO LƯỜNG, KIỂM TRA VÀ PHƯƠNG
PHÁP ĐO TỌA ĐỘ 3 CHIÈU
1.1- Các khái niệm cơ bản:
1.1.1-Khái niệm về đo lường mục đích của đo lường :
Trong kĩ thuật nói chung các sản phẩm trước khi được chế tạo hay sản xuất
đều phải bắt nguồn từ bản vẽ thiết kế trên may tính hay vẽ tay của người thiết kế.
Nhưng khi sản phẩm tạo ra nó sẽ không có kích thước đúng như trong bản vẽ ban
đầu do có sự sai khác khi chế tạo do nhiều yếu tố như tay nghề người thiết kế, hay
vấn đề về máy móc.
Vì vậy khái niệm dung sai được ra đời . Dung sai trong bản vẽ đặc trưng cho
giới hạn hạn cho phép sai số của cho tiết được sản xuất so với bản thiết kế ban
đầu.
Để kiểm tra xem kích thước của chi tiết được sản xuất có nằm trong giới hạn
cho phép của bản thiết kế không. Người ta có thêm một khái niệm về đo lường.
Đo lường là việc xác định độ lớn của các đại lượng vật lí hay những thứ có thể
so sánh được với nhau. Trong vật lí và công nghệ, đo lường được thực hiện bằng
cách so sánh giữa đại lượng vật lí cần đo với đại lượng vật lí cùng thể loại và
chúng phải cùng ở điều kiện tiêu chuẩn. Việc này giúp thể hiện được mối quan hệ
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
8
KHOA: CƠ KHÍ
giữa độ lớn và kích thước của vật. nó cũng có thể cho biết sai số của vật thể được
chế tạo. Các phương tiện giúp thực hiện đo gọi là dụng cụ đo.
Kỹ thuật đo lường mang một ý nghĩa lớn với sự phát triển của khoa học kĩ
thuật nó thể diện cho trình độ phát triển của một đất nước. Những nước càng phát
triển các thiết bị đo càng hiện đại và có tính chính xác cao qua đó có thể kiểm tra
được tính an toàn của sản phẩm đã thiết kế.
Tùy theo nguyên lí làm việc của dụng cụ đo, xác định các giá trị đo mà người
ta có các phương pháp đo sau :
− Đo trực tiếp : là phương pháp đo mà giá trị của đại lượng được đo được xác
định tực tiếp theo chỉ số hoặc số đo trên dụng cụ đo. Đo trưc tiếp cho kết
qua ngay trên vạch chỉ thị của dụng cụ đo.
− Đo gián tiếp: Dùng để xác định kích thước gián tiếp qua các kết quả đo các
đại lượng liên quan đến đại lượng đo.
− Đo phân tích: Dùng xác định các thông số của chi tiết một cách tiêng biệt,
không phụ thuộc vào nhau.
1.1.2 Kiểm tra và mục đích của kiểm tra sản phẩm :
Kiểm tra sản phẩm là công việc kiểm tra xem thuộc tính của vật thể sau khi
chế tạo có sai lệch gì với bản thiết kế ban đầu không. Trước khi đưa một sản
phẩm ra thị trường cũng cần phải kiểm tra kĩ lưỡng.
Mục đích của kiểm tra nhằm đưa ra nhằm đảm bảo chất lượng của sản
phẩm sau khi chế tạo. Kiểm tra sẽ đưa ra giá trị dung sai của vật thể nếu sai lệch
quá nhiều so với bản thiết kế sản phẩm đó sẽ được chế tạo lại hay chỉnh sửa để
đảm bảo với thiết kế ban đầu từ đó nâng cao thêm chất lượng sản phẩm. Ngoài ra
việc kiểm tra đánh giá sản phẩm sẽ đưa ra cho ta xu hướng sản xuất của vật đó,
nếu xu hướng sản xuất của vật thể đó càng xa giá trị thực nhiều ta phải điều chỉnh
lại quá trình sản xuất.
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
9
KHOA: CƠ KHÍ
1.2- Giới thiệu về phương pháp đo 3 chiều:
1.21 Quá trình phát triển :
Phương pháp đo truyền thông dựa sự dụng các công cụ đo và cho số liệu
trực tiếp của sản phẩm. Phương pháp này cho kết quá nhanh chóng và cho độ
chính xác tương đối cao. Tuy nhiên nó đòi hỏi nhiều vào thiết bị đo , dung cụ đo
phải chính xác. Hơn nữa phương pháp này còn bị hạn chế. Nó cho kết quả chính
xác khi đo các kích thước hình học cụ thể nhưng lại rất mất nhiều thời gian khi
đo những bề mặt cong phức tạp, cong ba chiều…
Điều này đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu hướng đến một phương pháp
kiểm tra mới có thể khác phục được những nhược điểm của phương pháp đo kiểm
truyển thống. Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật các nhà nghiên cứu
khoa học đã phát minh và tiếp cận một phương pháp đo mới đó là sử dụng công
nghệ đo quét 3D.
Nó dựa trên nền tàng của hệ tọa độ 3 chiều.
1.2.2 Hệ tọa độ 3 chiều :
Một điểm trong không gian có thể xác định được vị trí thông qua một hệ
tọa độ 3 chiều.
tọa độ trong không gian 3 chiều là được người ta mô tả là tất cả các
điểm trong không gian 3 chiều bằng ba trục tọa độ , thường mang tên là x,y,z
trong ba trục tọa độ này , mỗi trục đều vuông góc và hai trục kia tại điểm mà
chúng cắt nhau người ta thường gọi là điểm O .
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
10
KHOA: CƠ KHÍ
Hình 1.1-Hệ tọa độ 3 chiều
1.2.3 Sơ lược về các phương pháp đo quét 3 chiều
Đo quét dữ liệu 3D được tiến hành đo lấy dữ liệu hình dạng 3D thiết kế
dưới dạng số hóa , sau đó sử dụng phần mềm chuyên dụng để kiểm tra trên nền
tảng dữ liệu mà mà máy đo đã thu được. Các máy đo này có tên gọi chung là máy
đo tọa độ (Coordinate Measuring Machine – CMM ) nó có thể thực hiện các việc
đo các thông số hình học theo phương pháp tọa độ. Thông số cần đo được tính từ
các tọa độ điểm đo. Các loại máy này còn được gọi là máy quét hình vì chúng còn
dược dùng để quét hình dạng của các vật thể.
Dựa vào quan hệ giữa các đầu đo của máy CMM và chi tiết đo có thể
chia thành hai loại là phương pháp đo tiếp xúc và phương pháp đo không tiếp xúc
.
Phương pháp đo tiếp xúc là phương pháp đo giữa đầu đo và bêh mặt
chi tiết đo tồn tại một loại áp lực là áp lực đo. Áp lực làm cho vị trí ổn định nên
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
11
KHOA: CƠ KHÍ
làm cho kết qua đo rất ổn định tuy nhiên khi có áp lực đo tại điểm tiếp xúc sẽ
chịu một lực việc này sẽ không tránh khỏi sai số vì nó có thể làm chỗ tiếp xúc
biến dạng đặc biệt là với những vật liệu mềm , mỏng , dễ biến dạng . Thường
thích hợp cho đo các bề mặt có độ cứng cao
Phương pháp đo không tiếp xúc là phương pháp không có chịu áp lực
giữa các đầu đo và chi tiết. Vì không có áp lực lên bề mặt chi tiếp lên bề mặt chi
tiết sẽ không bị biến dạng hay cào xước… pháp pháp này thường dùng để đo các
chi tiết nhỏ ,mềm, mỏng, dễ biến dạng, các profile cong,.…
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
12
KHOA: CƠ KHÍ
CHƯƠNG 2 : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO 3 CHIỀU VÀ
PHẦN MỀM KIỂM TRA
2.1- Phương pháp đo tiếp xúc:
2.1.1-Máy đo tọa độ CMM
A- 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:
-
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.
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
13
KHOA: CƠ KHÍ
Hình-2.1-Cấu tạo máy đo CMM dạng cột.
B- Cấu tạo máy :
Máy CMM bao gồm 4 bộ phận chính sau :
- Thân máy
- Đầu dò
- Hệ thống điều khiển
- Phần mềm
Máy chính :
Bàn máy được làm bằng đá granit. Máy CMM có chuyển vị rất êm, nhẹ nhàng
nhờ dùng dẫn trượt trên đệm khí nèn và động cơ servo. Các ổ đỡ khí thường được
dùng trên máy này nhằm cho các đường dẫn không bị mài mòn, đảm bảo độ chính
xác . Máy chính có thể có kết kết ở nhiều dạng khác nhau như dạng cột, dạng nằm
ngang.
Đầu đo
Đầu đo được gắn trên giá đầu đo lắp trên thân trượt theo phương Z. Tại điểm
mà đầu đo chạm vào sẽ thu được toạ độ của 3 điểm đó theo phương X Y Z.
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
14
KHOA: CƠ KHÍ
Hình 2.2- Cấu tạo đầu đo CMM
Hệ thông điều khiển
Có 2 chính loại :
- Điều khiển bằng tay
- Hệ thống điều khiển bằng PC/CNC.
C- Phần mềm
Để dễ dàng cho việc tính toán kiểm tra đi kèm với máy thường là các phần
mềm kiểm tra tính toán. Việc tính toán trên phần mềm cho kết quả cao và chính xác.
Mỗi hãng CMM đều có các phần mềm kiểm tra tính toán khác nhau. Nhưng chúng đều
có các chức năng chung sau :
-
Tính toán dung sai
-
Chọn và reset chuẩn
-
Lưu và gọi chuẩn
-
Nhập kích thước danh nghĩa và dung sai
-
Xác đinh đường tâm, tâm vòng tròn của lỗ
-
Chuyển đổi giữa các đơn vị đo lường.
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
15
KHOA: CƠ KHÍ
2.1.2 Các hãng sản xuất :
- Máy đo ba toạ độ của hãng DEA
Hình 2.3-Máy đo ba toạ độ của hãng DEA
Là máy đo tọa độ CMM của hãng DAE ở Mỹ máy có mức độ tự động hóa cao, hệ
thống dẫn động bằng máy có thể chuyển động cơ khi có chương trình điều khiển cài
sẵn.
Ưu điểm của máy là sử dụng sống dẫn hình tam giác do đó giảm số lượng đệm khí
nằm trong máy. Với điểm đặt trọng tâm của sóng tam giác thấp hơn so với sống dẫn
hình chữ nhật do đó làm giảm quán tính khi dịch chuyển.
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
16
KHOA: CƠ KHÍ
- Máy đo ba toạ độ của hãng DEA
Hình 2.4-Máy đo ba toạ độ của hãng Brown & Sharpe
Máy có kết cấu đơn giản dễ sử dụng đạt được độ chính xác cao. Các sống dẫn
dạng hình hộp chữ nhật có hệ thống bật tắt khí cho mỗi trục nhằm hạn chế chuyển
động theo các phương x.y.z . Máy có thể tự động hóa cao.
Ưu điểm :
− Điểm cần đo đạt được độ chính xác 0,1 micromet.
− Tính tự động hóa cao, có thể tư động trong cả quá trình đo.
− Đầu đo đa dạng phù hợp với các đối tượng đo.
− Dễ dàng xử lí kết quả đo : Kết quả đo là các đại lượng curver thuận lợi cho tạo
các mặt trên các phần mêm thiết kế 3D.
− Kết quả đo là các file có định dạng chuẩn như STL, IGS, …
Nhược Điểm :
− Khả năng linh động kém.
− Bị hạn chế kích thước vật thể cần đo.
− Không đo kiểm được mặt đáy của vật thể
− Việc đo kiểm các mặt bên không thuận lợi
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
17
KHOA: CƠ KHÍ
− Kích thước máy lớn. cồng kênh và chiếm nhiêu không gian lắp đặt
− Cả máy và vật cần đo đều phải lắp cố định
− Không kiểm tra được độ chính xác của bề mặt freeform surface.
− Do kích thước đường kính của đầu dò là cố định lên việc kiểm tra các khe rãnh
bị hạn chế
− Không phù hợp cho công nghệ chế tạo ngược.
2.2 Phương pháp đo không tiếp xúc
2.2.1 Máy quét laser
2.2.1.1 Nguyên lí làm việc :
A- Nguyên lí chung
Bắn tia laser tới vật có tính phản hồi. Chùm tia laser sau khi được bắn vào vật
sẽ phản xạ lại và được cảm biến thu lại. Hình dạng của vật thể sẽ được hiện dần dần
khi cho chùm tia laser chạy qua hết từng phần của vật thể.
Hình 2.5- Nguyên lí hoạt động máy đo laser
B- Cách thức họa động
Máy quét 3D laser scan thu thập dữ liệu 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 khác nhau. Máy có nguyên lí hoạt động như sau :
Từ đèn phát laser phát ra chùm tia laser
Đèn phát laser : có nhiệm vụ phát ra ánh sáng laser có bước sóng thích hợp sau
đó tia laser được chiếu vào vật thể cần quét. Vật thể cần quét các tia đó sẽ được phản
xạ lại và được thấu kính thu lại.
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
18
KHOA: CƠ KHÍ
Thấu kính :có nhiệm vụ lo và hội tụ tia lazer được phản xạ lại từ bề mặt của chi
tiết trên bề mặt của cảm biến CDD.
Hình 2.6- Máy đo laser có thể thu đc 1 triệu điểm trong 1 giây
Cảm biến CDD : có nhiệm vụ nhận tia laser được phản xạ từ bề mặt của chi tiết
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 có nhiệm
vụ nhận tín hiệu từ CDD.
Xử lí của phần mềm máy tính : Máy tính với sự hỗ trợ của phần mềm của
máy tính có nhiệm vụ thu nhận tín hiệu fCDDD gửi tới và xứ lí tín hiệu đó để đưa ra
kết quả đám mấy điểm.
Chỉ thị : Đưa ra kết quả chi tiết được xử lí từ máy tính là đám mây điểm.
Thực chất về nguyên lí của scan giống như quá trình chụp ảnh thông thường
nhưng chụp ảnh scan laser là quá trình chụp các vật thể ở dạng ảnh 3 chiều cảm biến
trong khi đó nếu là chụp ảnh thông thường thì chỉ là ảnh 2D. Scan laser sử dụng cảm
biến laser và gắn vào một hệ thống 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 gắn với các 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. Với sự hỗ trợ của phần mềm kiểm soát quét lái
cảm biến laser
Lướt trên bề mặt của vật cần quét bộ phận định vị 3D nằm ở trên bề mặt của bộ
cảm biến sẽ ghi lại các tín hiệu phản hồi đưa ra bởi hệ thống quét theo góc phản xạ của
trùm 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 kết quá của đám mây điểm.
Tất cả cá hệ thống quét trong công nghệ dựa trên phép đạc tam giác . Bản chất
của công nghệ này là máy ảnh 2 chiều chụp ảnh dựa vào dải sáng laser như trong hình
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
19
KHOA: CƠ KHÍ
vẽ. Giải ánh sáng được phát ra từ một đi ốt quang thông qua các bộ phận biến đổi
quang học sau đó được chiếu vào bề mặt của vật quét tạo thành một mặt cắt trên phần
bề mặt được chiếu sáng, ánh sáng phản chiếu tạo ra các điểm ảnh trên đường chiếu
được 1 trong 2 thấu kính thu lại.
Khi chúng cắt nhau chúng tạo ra một ảnh 2 chiều hình ảnh này đươc CDD thu
lại ghi nhận sau đó dựa vào tần số laser thu được ta xác định được tọa độ Z. Chúng tạo
thành một tạm giác. Sau đó các tam giác được tổng hợp lại và tạo ra một lưới điểm.
C- 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.
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
2.2.1.2 Các hãng sản xuất:
- Máy quét laser của hãng FARO
Hình 2.7- Máy quét laser của hãng FARO
Là máy quét laser của hãng FARO sản xuất tại Mỹ có hệ thống máy quét laser
đa dạng từ loại cầm tay để đo những vật nhỏ đến loại có kích thước lớn độ phân giải
cao để đo nhưng vật lớn hay các kích thước lớn. Khoảng cách đo được các vật ở xa
không ngừng được cải tiến. Máy có thể len lỏi để quét các vật nhỉ chi tiết nhỏ hay vật
lớn và các công trình kiến trúc, trong các hầm mỏ, lĩnh vự xây dựng.
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
20
KHOA: CƠ KHÍ
- Máy quét laser của hãng ROMER
Hình 2.8- Máy quét laser của hãng Romer
Là máy quét laser do hexagon phát triển
Máy quét có khả năng thu thập và phân tích hơn 230000 điểm từ đó tạo dựng
lên bề mặt của vật thể. Ngoài dã dữ liệu quét có thể hiện ngày lên bản Cad để so sánh
trực tiếp dựa vào bảng mã màu.
- Máy quét laser của hãng Kreon
Hình 2.9- Máy quét laser của hãng Kreon
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
21
KHOA: CƠ KHÍ
Là máy quét laser sản xuất tại pháp. Với các tính năng quét sản phẩm thông
thường và cho hình ảnh 3d của vật thể.
2.2.1.3 Ưu điểm :
-
Máy có kết cấu nhỏ gọn
Gá đặt đơn giản
Cho kết quả nhanh chóng: khi quét qua các vật thể kết quả thu được sẽ hiện
ngày trên màn hình máy tính.
Quét được cả những chi tiết có kích thước,chi tiết tinh xảo có nhiều lỗ, hốc…
Cả chi tiết sẽ được quét hoàn toàn từ bề mặt biên dạng của vật thể đến vị trí các
lỗ các hốc .
Quét được các loại sản phẩm dễ biến dạng như đồ nhựa, đất lặn...
2.2.1.4 Nhược điểm :
-
Máy quét công nghệ scan laser lúc nào cũng phải kèm theo máy tính có độ phân
giải cao, cấu hình cao để có thể xử lí dữ liệu thu được, dữ liệu thu được thường
có lưu lượng lớn.
Không đo được các vật trong suốt, vật bóng muốn đo được phải phun sơn hay
phủ bột việc làm đó có thể dẫn đến kết quả bị sai số nếu nớp bột quá dày.
Việc kiểm tra từng điểm cho độ chính xác đến từng micromet thấp hơn so với
máy đo CMM
Yêu cầu người dùng có kĩ năng cao.
Khi gá đặt lại, quét những vật kích thước quét lần 2 có thể gây ra sai số tương
đối lớn.
2.2.2 Máy quét 3D quang học
2.2.2.1 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 2 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.
2.2.2.2 Cấu tạo :
-
Thân máy
Camera trái phải
Projecter.
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-
22
KHOA: CƠ KHÍ
Dây cáp
Bộ phận giá đỡ.
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
23
KHOA: CƠ KHÍ
___________________________________________________________________________________
2.2.2.3 Các nhà sản xuất:
- Máy quét 3d quang học của hãng GOM
Hình 2.10- Máy quét 3d quang học của hãng GOM
Là hãng máy quét 3D quang học của Đức dùng công nghệ ánh sáng xanh với
hệ thống ATOS , độ chính xác của nó có thể đạt đến 0,01mm và độ đậm đặc đám
mây điểm lên tới 0,05mm
-
Máy quét 3d quang học của hãng Breuckmann
Hình 2.11- Máy quét 3d quang học của hãng Breuckmann
Breuckmann là hãng sản xuất máy quét 3D ánh sáng trắng xách tay 3D. Hệ
thống đo lường ành sáng trắng 3D tạo ảnh đều được thiết kế cho 3 mục đích : Ứng
dụng công nghiệp, cơ thể con người, và nghệ thuật văn hóa, Mặt khác MPT cấp
bằng sáng chế ( kỹ thuật chiếu thu nhỏ ) có lợi thế của tam giác để tạo ra các hình
ảnh được xử lí cao nhất có thể.
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
24
KHOA: CƠ KHÍ
___________________________________________________________________________________
-
Máy quét 3d quang học của hãng steinbichter
Hình 2.11- Máy quét 3d quang học của hãng steinbichter
Là hãng máy quét 3D quang học của Pháp có ứng dụng công nghệ ánh sáng
xanh vào việc đo quét. Máy có thể đo nhiều loại hình dạng khác nhau
2.2.2.3 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.
- Có thể kiểm tra được độ đảo , song song, đồng trục... và nhiều loại dung sai
hình học khác trong một lần kiểm tra.
2.2.2.4 Ưu điểm, nhược điểm
a, Ưu điểm :
-
Dữ liệu thu được nhiều trong 1 lần chụp.
Kích thước nhỏ gọn không cần gá đặt phức tạp
Có thể thay đổi thấu kính 2 bên để tăng giảm độ phân giải nhằm mục đích tạo
ra thể tích làm việc với từng sản phẩm thích hợp.
Không bị ảnh hưởng ánh sáng xung quanh khi chụp bằng ánh sáng xanh.
Chụp cả được những vật thể lớn vì tích hợp cả chế độ chụp quan trắc.
.b, Nhược điểm :
-
Độ chính xác không cao bằng đo tiếp xúc CMM
Khó khi quét nhưng mẫu quá nhỏ hay lỗ quá sâu
Với những vật có độ bóng, trong suốt cần phun phủ mới có thể quét được.
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
25
KHOA: CƠ KHÍ
___________________________________________________________________________________
2.3. Các loại phần mềm kiểm tra sản phẩm.
2.3.1 Phần mềm Geomagic control .
Geomagic control là phầm mềm mang tính toàn diện cao khả năng kiểm tra
mạnh mẽ có thể phục vụ kiểm tra chính xác ở nhà lĩnh vực khác nhau.
Nó có thể kiểm tra chính xác với tốc độ nhanh và toàn diện , khả năng xuất báo
cáo tự động về chất lượng của công trình xây dựng, các chi tiết chế tạo lần đầu , kiểm
tra trong sản xuất nó có thể kết hợp với máy quét CMM và máy quét laser
Phần mềm cũng cấp các công cụ cho CAD và phân tích mặt phẳng giúp các
nhà sản xuất nhanh chóng kiểm tra chất lượng sản phẩm và các vẫn đề xảy ra trong
quá trình sản xuất. Dễ dàng kiểm tra các khuôn mẫu với tính chính xác cao, chỉ ra các
điểm nơi bị lỗi của khuôn để khắc phục.
Các tính năng chính :
-
Tích hợp trực tiếp CAD 3D
-
Hỗ trợ cho tất cả các thiết bị phần cứng tiêu chuẩn trong công nghiệp và hỗ trợ
định dạng cho các tập tin mở rộng.
-
Kiểm tra GD&T tốt ( đo kích thước tiêu chuẩn và tham chiều hình học )
2.3.2 Phầm mềm SCENE LT
Là một phần mềm xem miễn phí, cho phép người dùng không chuyên nghiệp có
thể xem toàn bộ dữ liệu quét FARO đã có và không gian làm việc. Phần mềm có
thể mô hình CAD trong định dang VRML để so sánh chúng với các điểm dữ liệu
quét.
Các tính năng chính
-
Đơn giản và dễ dàng cho người dùng tìm hiểu.
-
Công cụ đo lường trực quan 2D cũng như 3D
-
Có chức năng Draw-To- CAD liên kết với AutoCAD (<2013, yêu cầu FARO
điện toán đám mây cho AutoCAD )
-
Hoàn toàn sử dụng dữ liệu quét laser chia se từ một máy chủ , chia sẻ web của
SCENE.
-
Hộp chọn để điều khiển trực quan đám mây điểm trong trường nhìn 3D.
Sinh Viên: Vũ Công Hiệp
Lớp: 51M- TBTC
