Nghiên cứu ứng dụng công nghệ reverse engineering trong thiết kế khuôn mẫu, ứng dụng thiết kế, chế tạo bộ khuôn đùn gioăng cao su cho xe tải

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KĨ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT

TRẦN TÚ ANH

NGIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
REVERSE ENGINEERING TRONG THIẾT KẾ
KHUÔN MẪU, ỨNG DỤNG THIẾT KẾ, CHẾ
TẠO BỘ KHUÔN ĐÙN GIOĂNG CAU SU CHO
XE TẢI

THÁI NGUYÊN, 2016

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
i


LỜI CAM ĐOAN
Luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Reverse Engineering
trong thiết kế khuôn mẫu, ứng dụng thiết kế, chế tạo bộ khuôn đùn gioăng cao su
cho xe tải” được hoàn thành bởi tác giả Trần Tú Anh, học viên lớp cao học chuyên
ngành Kỹ thuật Cơ khí, lớp 16, khóa học 2013-2015, khoa Cơ khí,Trường Đại học
Kỹ thuật công nghiệp, Đại học Thái Nguyên. Tôi xin cam đoan đây là công trình
nghiên cứu của riêng tôi. Ngoài phần tài liệu tham khảo đã được liệt kê, tất cả các
số liệu đều trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Thái Nguyên, ngày 22 tháng 02 năm 2016
Tác giả luận văn

Trần Tú Anh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
ii


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS. TS.Trần Minh Đức, người đã hướng dẫn
và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và
hoàn chỉnh Luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với các thầy cô trong khoa Cơ khí – Trường
Đại học Kỹ thuật công nghiệp, Đại học Thái Nguyên. Xin cảm ơn Ban lãnh đạo
khoa Cơ khí của trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp, Đại học Thái Nguyênđã tạo
điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành Luận văn này.
Tác giả cũng chân thành cảm ơnban lãnh đạo trường Đại học Kỹ thuật công
nghiệp, Đại học Thái Nguyên.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai
sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy (cô) giáo, các nhà
khoa học và các bạn đồng nghiệp.
Thái Nguyên, ngày 22 tháng 02 năm 2016
Tác giả luận văn

Trần Tú Anh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
iii


CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

- CAD (Computer Aided Design): Thiết kế với sự trợ giúp của máy

tính. (CAD còn được định nghĩa là Computer Aided Design: Công cụ trợ
giúp vẽ trên máy tính).
- CAM (Computer Aided Manufacturing): Lĩnh vực sử dụng máy
tính để tạo chương trình điều khiển hệ thống sản xuất, kể cả trực tiếp điều
khiển các thiết bị, hệ thống đảm bảo vật tư, kỹ thuật.
- CNC (Computerized Numerical Control): Máy gia công điều khiển
số có sự trợ giúp của máy tính trong việc vận hành và lập trình gia công.
- CMM (Coordinate Measuring Machine): Các thiết bị vạn năng có
thể thực hiện việc đo các thông số hình học theo phương pháp tọa độ, còn
được gọi là máy quét hình.
- RE (Reverse Engineering): Kỹ thuật ngược hay công nghệ chép
mẫu.
- RP (Rapid Propotyping): Tạo mẫu nhanh, bao gồm các phương pháp
tạo mẫu nhanh.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
iv


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1. Số liệu tiêu thụ các sản phẩm cao su............................................. 37
Bảng 3.2. Các bước lập trình gia công nửa khuôn dưới trên máy phay CNC 56
Bảng 3.4. Thành phần hợp kim của thép SKD61. ......................................... 61
Bảng 3.5. Quy đổi mác thép theo các tiêu chuẩn trên thế giới. ..................... 61
Bảng 3.6. Mức hưởng của các biến đầu vào ................................................. 68
Bảng 3.7. Bảng lựa chọn mảng trực giao theo số cấp độ của biến đầu vào ... 68
Bảng 3.8. Sơ đồ mảng trực giao thực hiện thí nghiệm .................................. 69
Bảng 3.9. Bảng kết quả thí nghiệm ............................................................... 69
Bảng 3.10: Bảng số liệu thông qua xử lý ...................................................... 71

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
v


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Sơ đồ chu kỳ phát triển sản phẩm. .................................................. 6
Hình 1.2. Quá trình từ sản phẩm cụ thể tới mô hình CAD. ............................. 6
Hình 1.3. Sơ đồ ý tưởng của kỹ thuật RE. ...................................................... 7
Hình 1.4. Quy trình lấy mẫu ô tô áp dụng công nghệ kỹ thuật ngược. ............ 8
Hình 1.5. Công nghệ RE dựng mô hình CAD cho các tác phẩm nghệ thuật. 10
Hình 1.6. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngược lấy mẫu hoa văn thủ công. .. 10
Hình 1.7. Ứng dụng RE thiết kế lại, cải tiến mẫu mã sản phẩm. ................... 11
Hình 1.8. Ứng dụng công nghệ RE để thiết kế lại, phát triển sản phẩm. ....... 11
Hình 1.10. Ứng dụng thiết kế đảo chiều để tạo răng hàm. ............................ 12
Hình 1.11. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngược tạo mảnh sọ não dùng trong y
học. .............................................................................................................. 12
Hình1.12. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngược lấy mẫu mặt người và động
vật. ............................................................................................................... 13
Hình 1.13. Sử dụng công nghệ RE để thiết kế trong Game. .......................... 13
Hình 2.1. Cấu tạo máy CMM. ...................................................................... 17
Hình 2.2. Quét bằng máy CMM so với quét bằng laser. ............................... 18
Hình 2.3. Một số máy điển hình quét bằng ánh sáng trắng ........................... 20
Hình 2.4. Quy trình xử lý dữ liệu quét của Geomagic. .................................. 22
Hình 2.5. Quy trình làm việc của Rapidform ................................................ 23
Hình 2.6. Sơ đồ công nghệ kỹ thuật ngược trên Rappitform. ....................... 24
Hình 2.7. Máy scan hình tốc độ cao ATOS I (2M). ...................................... 26
Hình 2.8. Các bộ phận làm việc chính của ATOS I (2M). ............................ 28
Hình 2.9. Khả năng linh hoạt của máy. ......................................................... 29

Hình 2.10. Hệ thống máy. ............................................................................ 30
Hình 2.11. Khởi động phần mềm ATOS v6.2.0-3 ........................................ 30
Hình 2.12. Giao diện làm việc của phần mềm ATOS v6.2.0-3. .................... 31
Hình 2.13. Kết quả quét mẫu thu được. ........................................................ 31
Hình 2.14. Nhập dữ liệu quét vào phần mềm ................................................ 32
Hình 2.15. Sửa lỗi quét bằng công cụ Healing wizard. ................................. 32
Hình 2.16. Phân vùng tự động bằng công cụ Auto Seginent. ........................ 34
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
vi


Hình 2.17. Kết quả thu được sau khi phân vùng hoàn chỉnh. ........................ 34
Hình 2.18. Phác thảo biên dạng Sketch1....................................................... 35
Hình 2.19. Kết quả tạo khối bao quanh bên ngoài bằng lệnh Extrude. .......... 35
Hình 2.20. kết quả tạo khối bao quanh bên ngoài bằng lệnh Extrude ............ 36
Hình 2.21. Phân tích độ chính xác của sản phẩm thiết kế ............................. 36
Hình 2.22. Dây truyền đùn gioăng cao su [6]. .............................................. 39
Hình 2.23. Máy đùn gioăng cao su ............................................................... 42
Hình 2.24. Chuyển đổi dữ liệu trực tiếp từ phần mềm Rapidform sang
Inventor ........................................................................................................ 43
Hình 2.25. Kích thước nửa khuôn dưới tiêu chuẩn ....................................... 44
Hình 2.26. Kích thước nửa khuôn trên tiêu chuẩn ........................................ 45
Hình 2.27. Bộ khuôn thiết kế hoàn chỉnh trên phần mềm Inventor ............... 46
Hình 3.1. Bản vẽ kỹ thuật của nửa khuôn trên .............................................. 49
Hình 3.2. Giao diện phần mềm MasterCam .................................................. 50
Hình 3.3. Mũi khoan và các thông số hình học ............................................. 50
Hình 3.4. Thông số về chế độ cắt mũi khoan ................................................ 51
Hình 3.5. Các thông số trên phần mềm MasterCam ...................................... 51
Hình 3.6. Mô phỏng gia công khoan nửa khuôn trên .................................... 52
Hình 3.7. Tạo mã điều khiển máy phay CNC ............................................... 52

Bảng 3.1. Các bước lập trình gia công 31 lỗ Ф5 trên máy phay CNC ........... 53
Hình 3.8. Bản vẽ kỹ thuật nửa khuôn dưới ................................................... 53
Hình 3.9. Mở dữ liệu nửa khuôn dưới .......................................................... 54
Hình 3.10. Thông số hình học dao phay ngón............................................... 55
Hình 3.11. Chế độ cắt dao phay ngón ........................................................... 55
Hình 3.12. Các thông số trên phần mềm MasterCam .................................... 55
Hình 3.13. Nguyên lý gia công tia lửa điện .................................................. 57
Hình 3.14. Máy cắt dây GOLDSUN GS ....................................................... 60
Hình 3.15. Các thông số trên bảng điều khiển của máy cắt dây. ................... 67
Hình 3.16. Ứng dụng phần mềm Minitab để tính toán .................................. 71
Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn giá trị trung bình bằng phần mềm Minitab ........ 72
Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn S/N giá trị trung bình bằng phần mềm Minitab . 73

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
vii


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước trong những năm gần đây
đang được đẩy nhanh là một yêu cầu tất yếu cho sự phát triển của công nghiệp nói
riêng và nền kinh tế nói chung. Và ngành công nghiệp ô tô đaSng được Đảng và
Chính phủ hết sức quan tâm, tuy nhiên theo lộ trình cắt giảm thuế đến năm 2018
của Hiệp định Thương mại hàng hóa ASEAN (ATIGA), từ năm 2018, thuế suất
thuế nhập khẩu ô tô nguyên chiếc (CBU) từ các nước Đông Nam Á sẽ giảm về 0%.
do đó gây áp lực lớn cho ngành công nghiệp ô tô trong nước.
Mặt khác tỷ lệ sản xuất nội địa hóa của các doanh nghiệp ô tô trong nước rất
thấp chỉ đạt từ 10 đến 30% tùy theo dòng xe. Và các linh kiện được sản xuất tại Việt
Nam chủ yếu là các loại phụ tùng đơn giản giá trị thấp.
Quy hoạch phát triển ngành được Thủ tướng phê duyệt đã chỉ rõ mục tiêu tổng

quát là phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam trở thành ngành công nghiệp
quan trọng của đất nước, đáp ứng tối đa nhu cầu thị trường nội địa về các loại xe tải,
xe khách thông dụng và một số loại xe chuyên dùng.
Do đó việc nghiên cứu, thiết kế,chế tạo khuôn để tạo ra những thiết bị, phụ
tùng của các dòng xe tải là rất cần thiết, làm tăng khả năng nội địa hóa các sản
phẩm, tăng khả năng cạnh tranh và tự chủ công nghệ của các doanh nghiệp sản xuất
ô tô trong nước.
Dựa trên những nhu cầu và thực trạng đã nêu ở trên và cơ sở những kiến
thức được trang bị trong quá trình học tập tại trường Đại học Kỹ thuật công
nghiệp, Đại học Thái Nguyêntác giả quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng
dung công nghệ Reverse Engineering trong thiết kế khuôn mẫu, ứng dụng thiết
kế, chế tạo bộ khuôn đùn gioăng cao su cho xe tải”.
2. Mục đích và đối tƣợng nghiên cứu:
Giải pháp nâng cao độ chính xác khi thiết kế biên dạng mặt cắt ngang của
gioăng cao su nhờ ứng dụng công nghệ Reverse Engineering.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
1


Nghiên cứucác lý thuyết liên quan đến khuôn đùn để từ đó có thể thiết kế và chế
tạo được một bộ khuôn đùn.
Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ nhám bề mặt lòng
khuôn đùn khi gia công trên máy cắt dây CNC để từ đó tối ưu hóa được các thông
số khi gia công trên máy cắt dây CNC
3. Phƣơng pháp nghiên cứu:
Tác giả kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm.
Nghiên cứu lý thuyết về vật liệu, khuôn đùn gioăng cao su. Nghiên cứu lý
thuyết về công nghệ kỹ thuật ngược (RE) và phần mềm ứng dụng. Nghiên cứu lý
thuyết về công nghệ CAD/CAM và các phần mềm ứng dụng. Nghiên cứu lý thuyết
về máy cắt dây, các yếu tố ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt của khuôn đùn, nghiên

cứu phương pháp quy hoạch thực nghiệm để tối ưu hóa các thông số gia công.
Thực nghiệm đo các mẫu sử dụng máy đo 3D và xử lý kết quả. Thực nghiệm
gia công các chi tiết của khuôn trên máy phay CNC và cắt dây CNC, trong đó thí
nghiệm các mẫu trên máy cắt dây và xử lý số liệu để tìm ra được thông số tối ưu khi
gia công.
4. Tóm tắt nội dung đề tài
Nội dung luận văn gồm 4 chương cơ bản:
Chƣơng 1. Tổng quan về công nghệ Reverse Engineering: Chương này
tác giả trình bày tổng quan về công nghệ kỹ thuật ngược (Reverse Engineering)
trên cơ sở lý thuyết như: Vai trò, ứng dụng, ưu nhược điểm của công nghệ, tình hình
nghiên cứu trong và ngoài nước trên cơ sở đó tác giả chọn hướng nghiên cứu cho đề
tài của mình.
Chƣơng 2. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Reverse Engineering để thiết
kế bộ khuôn đùn gioăng cao su: Chương này tác giả đã trình bày các cơ sở lý
thuyết về vật liệu, công nghệ gia công và cơ sở thiết kế khuôn đùn gioăng cao su.
Từ đó, tác giả đã ứng dụng phần mềm Inventor để thiết kế được bộ khuôn đùn từ
biên dạng mặt cắt ngang của gioăng cao su đã thiết kế nhờ sử dụng công nghệ
Reverse Engineering.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
2


Chƣơng 3. Thiết kế vàchế tạo khuôn đùn gioăng cao su: Chương này tác
giả trình bày việc ứng dụng phần mềm Mastercam, một phần mềm CAM thông
dụng có để lập trình gia công các chi tiết của khuôn. Tác giả cũng tiến hành thí
nghiệm, nghiên cứu ảnh hưởng các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt khi
gia công lòng khuôn trên máy cắt dây CNC. Sử dụng phương pháp quy hoạch thực
nghiệm Taguchi để tìm ra các thông số tối ưu để từ đó ứng dụng vào gia công lòng
khuôn trên máy cắt dây.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

5.1 Ý nghĩa khoa học.
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo khuôn đùn gioăng cao su ứng dụng công nghệ
RE hiện tại chưa có tác giả nào nghiên cứu và đề cập đến. Tài liệu chuyên sâu về
lĩnh vực này còn hạn hẹp chủ yếu là các tài liệu nước ngoài. Các công ty sản xuất
trong nước chỉ sản xuất được những loại khuôn đùn đơn giản, chất lượng thấp. Vì
vậy đề tài “Nghiên cứu ứng dung công nghệ Reverse Engineering trong thiết kế
khuôn mẫu, ứng dụng thiết kế, chế tạo bộ khuôn đùn gioăng cao su cho xe tải”có
đóng góp mới và ý nghĩa khoa học nhất định.
Đề tài cũng đưa ra một số giải pháp nâng cao chất lượng của khuôn như: Nâng
cao độ chính xác biên dạng mặt cắt ngang của gioăng bằng việc ứng dụng công
nghệ Reverse Engineering và nghiên cứu ảnh hưởng một số yếu tố công nghệ đến
độ nhám bề mặt khi gia công lòng khuôn trên máy cắt dây CNC trong điều kiện sản
xuất cụ thể, ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi để tối ưu hóa
thông số chế tạo từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm.
5.2 Ý nghĩa thực tiễn.
Kết quả đề tài có thể ứng dụng và có thể kết hợp để chuyển giao công nghệ
cho các cơ sở sản xuất thực tế, do đó đề tài có giá trị thực tiễn.
Kết quả của đề tài có thể làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành kỹ thuật
và những người làm việc trong lĩnh vực thiết kế chế tạo khuôn đùn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
3


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ
REVERSE ENGINEERING.

1.1.Giới thiệu về công nghệ Reverse Engineering
1.1.1. Sự cần thiết của công nghệ RE.
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì đời sống của con

người ngày càng được nâng cao, kéo theo đó là nhu cầu của con người cũng ngày
càng nhiều và liên tục thay đổi từng ngày, từng giờ. Do vậy càng ngày thì vòng đời
của một sản phẩm (tức là thời gian từ khi nó xuất hiện trên thị trường đến khi không
còn được ưa chuộng bị thay thế bằng một sản phẩm khác) càng giảm. Điều đó đòi
hỏi các nhà sản xuất nếu muốn tồn tại và phát triển thì phải liên tục cải tiến mẫu mã
và sản phẩm, phải nhanh chóng đưa ra thị trường được sản phẩm mới. Trong thời
buổi cạnh tranh khắc nghiệt trên toàn cầu hiện nay, các nhà sản xuất luôn phải tìm
kiếm phương thức sản xuất mới nhằm giảm thời gian phát triển sản phẩm, đáp ứng
nhu cầu của người tiêu dùng. Nhưng phương thức sản xuất được áp dụng từ bao thế
kỷ nay là một chu trình sản xuất truyền thống. Theo phương pháp này thì thông
thường để chế tạo ra 1 sản phẩm, người thiết kế đưa ra ý tưởng về sản phẩm đó,
phác thảo ra sản phẩm, tiếp theo là quá trình tính toán thiết kế, chế thử, rồi kiểm tra,
hoàn thiện phác thảo, để đưa ra phương pháp tối ưu, cuối cùng là công đoạn sản
xuất ra sản phẩm. Phương pháp này còn được gọi là công nghệ sản xuất thuận
(Forward Engineering). Từ những năm 90 cho tới nay, với sự phát triển của khoa
học công nghệ, xuất hiện một dạng sản xuất mới theo một chu trình mới, đi ngược
với sản xuất truyền thống, đó là chế tạo sản phẩm theo hoặc dựa trên một sản phẩm
có sẵn. Vì vậy nên quy trình này có tên gọi là công nghệ kỹ thuật ngược (Reverse
Engineering) hay cũng được hiểu là công nghệ chép mẫu. Hiện tại công nghệ kỹ
thuật ngược (Reverse Engineering) được xem là một trong những kỹ thuật đạt hiệu
quả kinh tế cao nhất trong việc rút ngắn chu kỳ phát triển sản phẩm.
Công nghệ kỹ thuật ngược ra đời từ một nhu cầu rất thường gặp trong sản
xuất thực tế đó là: chúng ta cần phải chế tạo những chi tiết, sản phẩm mà không có
bản vẽ hay mô hình CAD của chúng do các chi tiết đã được chế tạo từ rất lâu không
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
4


còn bản vẽ, các sản phẩm không rõ xuất xứ, những mẫu vật thể được làm bằng tay,
phù điêu hoặc các bộ phận cơ thể con người, động vật được thay thế như xương,

mảnh sọ não… Hay đơn giản chỉ là sao chép lại kết quả của những sản phẩm đã
khẳng định tên tuổi trên thị trường (để giảm chi phí chế tạo mẫu) hoặc để cải tiến
sản phẩm đó theo hướng mới. Trong khi theo chu trình thuận thì để tạo được mẫu
của những sản phẩm này, người ta phải đo đạc rồi phác lại hoặc dựng sáp, thạch cao
để in mẫu. Các phương pháp này cho độ chính xác không cao, tốn nhiều thời gian
và công sức, đặc biệt là đối với những chi tiết phức tạp.
1.1.2. Định nghĩa về công nghệ RE.
Công nghệ kỹ thuật ngược là: quá trình phân tích, thu thập được thông tin về
sản phẩm đã có sẵn (bao gồm thông tin về chức năng các bộ phận, đặc điểm về kết
cấu hình học, vật liệu, tính công nghệ) sau đó sử dụng dữ liệu thu được như là cơ sở
tiến hành khôi phục lại mô hình CAD cho chi tiết hoặc phát triển thành sản phẩm
mới, thông qua việc sử dụng CAD/RP/CNC để ứng dụng chế thử mẫu, hoàn thiện
và chế tạo sản phẩm mới. Thiết kế này có thể là bản sao của thiết kế ban đầu hoặc là
thiết kế hoàn toàn mới.
-

theo định nghĩa của công ty SCANSITE -

Như vậy công nghệ kỹ thuật ngược thực chất là quá trình tạo mô hình 3D từ
một sản phẩm đã có sẵn. Là bước đầu tiên cho quá trình tái thiết kế chế tạo sản
phẩm. Vật mẫu sẽ được quan sát, đo đạc, thu thập các thông tin về chức năng, hình
dáng, điều kiện làm việc…sau đó sẽ mô hình hóa trên máy tính tiến tới thiết lập quy
trình chế tạo sản phẩm.
Trong lĩnh vực chế tạo máy, công nghệ RE được định nghĩa là hoạt động tạo
ra sản phẩm từ các mẫu sản phẩm cho trước mà không có bản vẽ thiết kế hoặc đã bị
mất hay không rõ ràng. Sản phẩm mới được tạo ra trên cơ sở khôi phục nguyên vẹn
hoặc phát triển lên từ thực thể ban đầu.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
5

Hình 1.1. Sơ đồ chu kỳ phát triển sản phẩm.

Hình 1.2. Quá trình từ sản phẩm cụ thể tới mô hình CAD.
1.1.3. Quá trình ứng dụng công nghệ RE.
Sau đây là một số lý do giải thích cho việc phải sử dụng công nghệ RE:
- Khách hàng cần sản phẩm từ nhà chế tạo, sản xuất bản gốc không tồn tại
nữa.
- Nhà chế tạo không còn chế tạo sản phẩm đó nữa, ví dụ sản phẩm đó đã lỗi
thời, quá cũ.
- Tài liệu thiết kế của sản phẩm gốc bị mất hoặc không bao giờ tồn tại.
- Tạo dữ liệu để tân trang hoặc chế tạo chi tiết không có dữ liệu CAD, hoặc dữ
liệu CAD đã lỗi thời hoặc bị mất.
- Kiểm tra hoặc so sánh - quản lý chất lượng chi tiết đã chế tạo với mô hình
CAD.
- Loại trừ một số đặc điểm không tốt của sản phẩm.
- Làm mạnh thêm những đặc tính tốt của một sản phẩm dựa trên việc sử dụng
lâu dài.
- Phân tích tính năng tốt và xấu của sản phẩm bên phía đối thủ cạnh tranh.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
6


- Khám phá con đường mới để cải thiện hiệu suất sản phẩm và tính năng.
- Tạo dữ liệu 3D từ một cá thể, một mô hình, hoặc một sản phẩm điêu khắc để
tạo, lấy tỷ lệ hoặc tái chế tác phẩm nghệ thuật.
- Tạo dữ liệu 3D từ một cá thể, một mô hình, hoặc tác phẩm điêu khắc cho
hoạt hình trong các trò chơi game hoặc phim ảnh.
- Kiến trúc công trình, các tài liệu hướng dẫn xây dựng và đo lường.

- Tạo bằng chứng và xây dựng hiện trường phạm tội.
- Thiết kế và chế tạo những sản phẩm mà vật mẫu là những thứ không phải là
nhân tạo như xương, răng để thay thế trong kỹ thuật y học chỉnh hình hoặc để lập kế
hoạch phẫu thuật.
Công nghệ kỹ thuật ngược đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực
như chế tạo máy, thiết kế công nghiệp, thiết kế nữ trang, y học …
Ý tưởng ban đầu của kỹ thuật ngược được chỉ ra ở sơ đồ dưới đây:
MÔ HÌNH VẬT LÝ

SỐ HÓA VẬT THỂ

MÔ HÌNH TRÊN
MÁY TÍNH

máy tính
Hình 1.3. Sơ đồ ý tưởng của kỹ thuật RE.
Từ vật mẫu, bằng các thiết bị số hóa 3 chiều như máy đo tọa độ 3 chiều như
CMM, máy quét laser hoặc camera số hóa bề mặt chúng ta sẽ có dữ liệu 3 chiều về
vật thể. Sau đó nhờ các phần mềm CAD/CAM chuyên dụng để xử lý dữ liệu quét và
cuối cùng sẽ tạo được mô hình CAD 3D với độ chính xác cao. Ngoài ra mô hình 3D
này có thể được chỉnh sửa nếu cần để thay đổi hình dạng và kích thước cho phù hợp
với yêu cầu thực tế.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
7


Từ khi ra đời vào những năm 90 của thế kỷ trước tới nay, kỹ thuật công nghệ
RE ngày càng phát triển theo sự phát triển của các phần mềm CAD/CAM. Nó luôn
được quan tâm và cũng liên tục được cải tiến để đáp ứng nhu cầu của xã hội trên

nhiều lĩnh vực sản xuất. Reverse Engineering trở thành một bộ phận quan trọng của
sản xuất hiện đại. Đã có nhiều công ty của nhiều quốc gia ứng dụng hiệu quả và rất
thành công công nghệ này. Có thể thấy Trung Quốc là một quốc gia điển hình.
Nhiều loại sản phẩm như xe máy, ô tô, hàng loạt đồ gia dụng, đồ chơi đã được sản
xuất dựa trên sự sao chép, cải tiến các mẫu có sẵn trên thị trường của các hãng nổi
tiếng của Nhật, Hàn Quốc như Honda, Misubishi, Toyota.

Sản phẩm thực

Mô hình quét 3D sản phẩm

Sản phẩm được sơn trắng
và dán điểm để quét mẫu

Hình 1.4. Quy trình lấy mẫu ô tô áp dụng công nghệ kỹ thuật ngược.
Ở Việt Nam, trong một số năm trở lại đây công nghệ kỹ thuật ngược cũng
được áp dụng vào sản xuất; một số công ty, nhà máy cơ khí đã được trang bị các
máy CMM nhằm đo lường kiểm tra sản phẩm cơ khí như Honda Việt Nam,
Vikyno... Tuy nhiên phần lớn vẫn chưa mang tính chuyên nghiệp. Ví dụ như các
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
8


công ty sản xuất, chế tạo khuôn cho các mặt hàng nhựa, cơ khí thường khi nhận các
đơn đặt hàng của các đối tác làm một bộ khuôn cho một mẫu sản phẩm cho trước
thì đa số việc số hóa mô hình lấy dữ liệu đều thực hiện một cách thủ công, đo vẽ
bằng tay. Việc ứng dụng các thiết bị số hóa công nghệ cao chuyên dụng, các phần
mềm thiết kế ngược được sử dụng vẫn chưa nhiều. Chỉ có ở một số ít công ty có thể
làm theo hợp đồng như Trung tâm dịch vụ công nghệ 3Dtech – Công ty TNHH thiết
bị công nghệ và giáo dục tân tiến (AIE), công ty Hoàng Quốc, hay các viện, các

trường đại học như Học viện Kỹ Thuật Quân Sự, Đại học Giao Thông Vận Tải, Đại
học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh trang bị máy CMM Beyond A504 của hãng
Mitutoyo, Đại học Cần Thơ có máy quét 3D hiện đại của hãng Konica, Đại học Kỹ
Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên có máy đo CMM 544 và máy tạo mẫu nhanh
Spectrum Z510 nhưng chủ yếu vẫn là phục vụ cho học tập và nghiên cứu.
1.2. Các ứng dụng phổ biến của công nghệ RE.
Với tính ưu việt của mình, là mô hình hóa được nhiều loại chi tiết (kể cả chi
tiết có độ phức tạp cao) một cách nhanh chóng và chính xác. Công nghệ RE đáp
ứng tối đa được các nhu cầu đa dạng của thị trường trong rất nhiều lĩnh vực:
- Trong lĩnh vực nghệ thuật, công nghệ RE được thể hiện ở việc sao chép hay
phân tích các đặc điểm nét vẽ của các kiệt tác hội họa, điêu khắc. Thông thường với
những chi tiết yêu cầu cao về tính thẩm mỹ, sản phẩm được mô hình hóa bởi các
nhà mỹ thuật (Stylist) trên các chất liệu như gỗ, chất dẻo, đất sét…Tuy nhiên các
tác phẩm hay các kiệt tác nghệ thuật chỉ có một và là ý tưởng duy nhất của một nhà
nghệ thuật, nhà thiết kế nào đó trong khi ai cũng muốn được có, muốn được thưởng
thức chúng. Nhu cầu thị trường đòi hỏi các sản phẩm phải có một số lượng lớn theo
một vài phong cách, hay sản phẩm của một số nhà thiết kế mà tác phẩm của họ đã
được khẳng định trên thị trường. Để đáp ứng nhu cầu đó thì cần phải có được mô
hình CAD của sản phẩm mong muốn. Việc này chỉ có thể thực hiện bằng công nghệ
đảo chiều. Với các thiết bị máy móc hiện đại cùng sự trợ giúp của máy tính, chúng
ta có thể xây dựng được các dữ liệu CAD giống hệt mô hình thật do các nhà mỹ
thuật tạo ra với dung sai rất nhỏ.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
9


Hình 1.5. Công nghệ RE dựng mô hình CAD cho các tác phẩm nghệ thuật.

Hình 1.6. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngượclấy mẫu hoa văn thủ công.

- Công nghệ RE có vai trò rất lớn trong cải tiến mẫu mã sản phẩm. Yêu cầu
về thời gian không cho phép chúng ta khi chế tạo một mẫu mã mới có thể bắt đầu
chu trình sản xuất từ khâu phác thảo thiết kế tới tính toán, tối ưu, chế thử, kiểm tra,
kiểm nghiệm mới đưa vào sản xuất. Vì vậy quá trình trên tốn rất nhiều thời gian và
công sức. Do vậy mà chúng ta phải thiết kế sản phẩm từ các mẫu đã được tối ưu, đạt
các tiêu chuẩn kiểm tra trên cơ sở đó ta thiết kế lại phù hợp với yêu cầu mới để có
được một mẫu mã mới. Như vậy sẽ giảm được thời gian thiết kế, rút ngắn thời gian
đưa sản phẩm vào thị trường tức là giảm được thời gian của chu trình sản xuất. Với
nhu cầu thị trường thay đổi liên tục từng ngày như hiện nay công ty nào sớm đưa ra
được mẫu mã mới sẽ chiếm được thị phần và giành lợi nhuận cao nhất. Còn công ty
nào đưa ra được sản phẩm chậm hơn sẽ không còn cơ hội có được lợi nhuận. Do
vậy mà công nghệ kỹ thuật ngược sẽ là trọng tâm của công nghệ thiết kế sản phẩm
trong tương lai.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
10


Mô hình quét mẫu sản phẩm.

Mô hình CAD thu được khi thiết kế lại.

Hình 1.7. Ứng dụng RE thiết kế lại, cải tiến mẫu mã sản phẩm.
Công nghệ RE còn được sử dụng khi cần thay thế một chi tiết, bộ phận mà nhà
sản xuất không còn cung cấp, chúng ta phải chế tạo lại chúng mà không hề có bản
vẽ thiết kế. Hay khi muốn sản xuất theo một mẫu mã tối ưu trên thị trường mà nhà
thiết kế ra chúng đã làm mất, làm hỏng, hoặc không muốn cung cấp tài liệu thiết kế.
Đặc biệt là khi sản phẩm có hình dạng rất phức tạp, khó miêu tả như hình dạng
người, hình dạng con vật…

Hình 1.8. Ứng dụng công nghệ RE để thiết kế lại, phát triển sản phẩm.
- Trong khảo cổ học, công nghệ RE cho phép khôi phục hình dạng của các
sinh vật thời tiền sử dựa trên các hóa thạch cổ thu được trong đất, đá hay trong băng
mà không hề làm tổn hại hay phá hoại mẫu hóa thạch đó. Thiết kế ngược còn cho
phép chúng ta tạo dựng lại các mẫu tượng cổ, khôi phục lại các công trình kiến trúc,
nghệ thuật cổ đã bị tàn phá trong lịch sử.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
11


Hình 1.9. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngượctrong khảo cổ học.
- Trong y học công nghệ kỹ thuật ngược cho phép chúng ta có thể tạo ra các
bộ phận cơ thể phù hợp cho từng bệnh nhân trong thời gian ngắn để thay thế cho
các khuyết tật, các bộ phận bị hỏng, bị tổn thương, bị hư hại do tai nạn hoặc do bẩm
sinh như xương, khớp, răng hàm, mảnh sọ não…

Hình 1.10. Ứng dụng thiết kế đảo chiều để tạo răng hàm.

Mô hình CAD Chương trình gia công Khuôn bằng nhôm
Hình 1.11. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngượctạo mảnh sọ não dùng trong y học.
- Trong thời trang công nghệ thiết kế ngược trợ giúp đắc lực cho các nhà thiết
kế tạo các trang phục, các mẫu mã theo hình dáng con người.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
12


Hình1.12. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngượclấy mẫu mặt người và động vật.
- Công nghệ kỹ thuật ngược còn được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực giải
trí, mô phỏng như thiết kế các nhân vật trong thiết kế game 3D, tạo các môi trường

giao diện ảo trong game phục vụ giải trí, làm phim ảnh hay mô phỏng một quá trình
nào đó phục vụ cho một mục đích nào đó.

Hình 1.13. Sử dụng công nghệ RE để thiết kế trong Game.
Công nghệ RE còn được áp dụng trong rất nhiều các lĩnh vực khác nữa. Nói
chung cứ ở đâu cần thiết kế lại đưa ra mô hình CAD thì ở đó có thể áp dụng công
nghệ RE. Xu hướng của nền sản xuất hiện đại hướng đến tiêu chí JIT (Just – In –
Time: là tiêu chí rút ngắn thời gian chế tạo sản phẩm). Với tiêu chí này khoảng thời
gian từ lúc đặt hàng sản phẩm cho đến khi có sản phẩm thật đã được rút ngắn rất
nhiều, có thể tính theo ngày, theo giờ thay vì tính theo quý, theo tháng hay theo tuần
như trước kia. Với tính ưu việt về thời gian và độ chính xác của mình công nghệ
thiết kế ngược hứa hẹn sẽ là công nghệ thiết kế chủ đạo của nền sản xuất.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
13


1.4. Ƣu và nhƣợc điểm của công nghệ RE.
a. Ƣu điểm của công nghệ RE.
- Kiểm tra chất lượng sản phẩm bằng cách so sánh mô hình CAD với sản
phẩm, từ đó điều chỉnh mô hình hoặc các thông số công nghệ để tạo ra sản phẩm đạt
yêu cầu.
- Mô hình CAD được sử dụng như là mô hình trung gian trong quá trình thiết
kế bằng cách tạo sản phẩm bằng tay trên đất sét, thạch cao, sáp … rồi quét hình để
tạo mô hình CAD. Từ mô hình CAD này người ta sẽ chỉnh sửa theo ý muốn.
- Giảm bớt thời gian chế tạo dẫn tới năng suất cao.
- Chế tạo được nguyên mẫu mà không cần bản thiết kế.
b. Nhƣợc điểm của công nghệ RE.
- Cần có công nghệ hiện đại là các loại máy quét hình.
- Giá thành cao.

1.4. Khái quát về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
1.4.1. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo khuôn đùn gioăng cao su ứng dụng công nghệ
RE hiện tại chưa có tác giả nào nghiên cứu và đề cập đến. Tài liệu chuyên sâu về
lĩnh vực này còn hạn hẹp chủ yếu là các tài liệu nước ngoài. Các công ty sản xuất
trong nước chỉ sản xuất được những loại khuôn đùn với biên dạng đơn giản.Nghiên
cứu hệ số điều chỉnh biên dạng khuôn đùn gioăng cao su[8]. Tác giả thực hiện
nghiên cứu phương pháp tìm hệ số điều chỉnh khuôn đùn cao su bằng quy hoạch
thực nghiệm. Trên cơ sở lý thuyết và thực nghiệm, nhóm tác giả đề xuất xây dựng
phần mềm tính toán hệ số điều chỉnh biên dạng khuôn đùn cao su để tìm hệ số điều
chỉnh và biên dạng điều chỉnh của khuôn và tác giả có sử dụng máy đo 3 chiều
CMM để đo các biên dạng gioăng cao su dạng đơn giản.
1.4.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc
Cùng với sự phát triển của công nghệ kỹ thuật ngược, Trong những năm gần
đây các đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngược vào trong lĩnh vực
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
14


khuôn mẫu và cơ khí chính xác ngày càng có nhiều các nhà nghiên cứu thực hiện
[10],[11],[12],[13],[14]. Một số tác giả thì nghiên cứu tối ưu dòng chảy trong khuôn
đùn [15]. Đặc biệt trong lĩnh vực khuôn mẫu thì rất nhiều các đề tài nghiên cứu ứng
dụng cho lĩnh vực khuôn ép nhựa và chưa có đề tài ứng dụng cho lĩnh vực khuôn
đùn cao su.
1.5. Kết luận chƣơng 1
Chương này tác giả trình bày tổng quan về công nghệ kỹ thuật ngược
(Reverse Engineering)trên cơ sở lý thuyết như: Vai trò, ứng dụng, ưu nhược điểm
của công nghệ, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước trên cơ sở đó tác giả chọn
hướng nghiên cứu cho đề tài của mình.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
15


CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
REVERSE ENGINEERING ĐỂ THIẾT KẾ BỘ KHUÔN ĐÙN CAO SU
2.1. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Reverse Engineering
2.1.1.Ứng dụng phƣơng pháp đo tiếp xúc
a. Cấu tạo.
Điển hình của thiết bị được sử dụng cho phương pháp này là máy đo tọa độ
CMM (Coordinate Measuring Machine). Máy CMM là tên gọi chung của các thiết
bị vạn năng có thể thực hiện 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 được dùng để quét hình dáng của vật thể.
Máy đo tọa độ thường là các máy đo 3 phương chuyển vị X, Y, Z. Bàn đo
được làm bằng đá granit, đầu đo được gắn trên giá đầu đo lắp trên thanh trượt theo
phương Z.
Máy đo CMM thường thiết kế với 4 phần chính:
- Thân máy.
- Đầu dò.
- Hệ thống điều khiển hoặc máy tính.
- Phần mềm đo.

.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
16


Hình 2.1. Cấu tạo máy CMM.
Để dễ dàng cho việc tính toán kết quả đo, kèm theo máy là phần mềm thiết

kế trước cho từng loại thông số cần đo. Mỗi hãng chế tạo máy CMM đề có viết
riêng cho các máy của mình những phần mềm khác nhau. Mỗi phần mềm có thể có
nhiều môđun riêng biệt ứng dụng cho từng loại thông số cần đo.
b. Nguyên lý hoạt động.
Các 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. Dạng tiếp xúc mũi dò tiếp
xúc trực tiếp với vật thể, mỗi vị trí tiếp xúc cho ta tọa độ một điểm. Quét hết bề mặt
cho ta một tập hợp mây điểm hay một contour. Khi đầu đo được điều chỉnh đến một
điểm đo nào đó thì 3 đầu đọc sẽ cho ta biết 3 tọa độ X, Y, Z tương ứng với độ chính
xác có thể lên đến 0.1 micromet. Các thông số cơ bản được quan tâm của máy là
các hành trình đo theo trục X, Y, Z; độ phân giải và trọng lượng vật đo.

2.1.2. Ứng dụng phƣơng pháp đo không tiếp xúc.
a. Phƣơng pháp quét bằng laser.
Laser là từ viết tắt của Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation nghĩa là quá trình khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức. Laser là
loại ánh sáng có đặc tính đặc biệt, là loại sóng điện từ nằm trong dãy ánh sáng có
thể nhìn thấy được. Bản chất của chùm tia laser là chùm ánh sáng đơn sắc có bước
sóng rất ngắn và góc phân kỳ rất nhỏ. Bước sóng phụ thuộc vào vật liệu phát ra tia
laser.
Không giống như máy CMM thường là hệ máy đặt cố định, ngay cả với máy
CMM cầm tay, việc đo đòi hỏi nhiều công sức và không đơn giản; các máy quét
laser lại có thể đo các vật từ gần tới xa đến 35 mét, có thể đạt độ chính xác khoảng
25 micron (0.001 inch) với khoảng cách 5 mét.
Độ chính xác và tốc độ đo của máy quét Laser là điểm khác biệt khi so sánh
với các thiết bị đo tọa độ CMM. Người sử dụng có thể nhanh chóng thực hiện các
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
17

phép đo với ít nguyên công nhất, nên máy quét laser là một trong những thiết bị đo
được sử dụng phổ biến nhất.
Độ nhạy của thiết bị luôn là nhân tố quan trọng thỏa mãn nhu cầu quét hình
3D bằng laser. Nếu quét bằng laser lên vật thể sống ví dụ như người thì cũng không
ảnh hưởng gì đến sức khoẻ hay làm ô nhiễm môi trường.
 Ưu và nhược điểm:
+ Ưu điểm:
- Máy laser có thể thu thập dữ liệu toạ độ với tốc độ cao và yêu cầu vận hành
đơn giản. Đối với các vât thể lớn như xe máy, ô tô … có thể dễ dàng, nhanh chóng
đo đạc với máy quét laser. Có thể đo các vật từ gần tới xa đến 35 mét, có thể đạt độ
chính xác khoảng 25 micron (0.001 inch) với khoảng cách 5 mét.
- Phương pháp này có thể lấy mẫu các vật thể làm bằng vật liệu mềm như chất
dẻo, xốp, sáp …hay các vật thể bị biến dạng mà không làm biến dạng hay phá hủy
mẫu cần đo.
- Nói chung dùng phương pháp laser cơ động và linh hoạt hơn rất nhiều so với
phương pháp CMM đặc biệt là tốc độ quét rất nhanh.Các thiết bị quét laser rất gọn
gàng và đơn giản, các máy cầm tay có thể quét được ở những góc ngách, chỗ
cao..mà các máy khác không quét được.

Hình 2.2. Quét bằng máy CMM so với quét bằng laser.
- Quét bằng laser lên vật thể sống ví dụ như người thì cũng không ảnh hưởng
gì đến sức khoẻ hay làm ô nhiễm môi trường.
Có khả năng phát hiện màu sắc.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
18