CHƯƠNG 1 Câu1: Trình bày ưu điểm khi sử dụng công nghệ thiết kế ngược? Câu 2: Trình bày ứng dụng điển hình của công nghệ thiết kế ngược trong một số lĩnh vực? Câu 3: Phân tích chức năng của máy quét 3D? Câu 4: So sánh ưu nhược điểm của các cơ chế trong công nghệ quét 3D? 11 Chương 2. HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ QUÉT 3D 2. Máy quét 3D Máy quét 3D Handy Exascan là sản phẩm phổ biến dùng trong công nghệ tái tạo của hãng Creaform có độ chính xác cao lên tới 40µm (bảng 3. So với phương pháp quét tiếp xúc dùng máy đo tọa độ CMM thì khi sử dụng Exascan có ưu điểm: - Tốc độ quét cao hơn.
- Linh hoạt hơn vì thiết bị nhỏ, gọn nhẹ và có thể di chuyển tự do trong không gian khi quét. Giám sát quá trình thu thập dữ liệu trên máy tính một cách trực quan nhờ phần mềm điều khiển máy Vxelement kết nối Exascan với máy tính. Tuy nhiên máy quét Exascan có nhược điểm là độ chính xác phụ thuộc vào khoảng cách quét, chế độ quét, điều kiện ánh sáng, kích thước mẫu quét, phụ thuộc vào bề mặt của đối tượng cần quét. Khi sử dụng máy quét Exascan gặp khó khăn khi chi tiết có nhiều lỗ, nhiều góc cạnh bị che khuất, hay những chi tiết phản chiếu ánh sáng.
Máy quét không tiếp xúc Exascan Bảng 2. Thông số kỹ thuật của máy EXASAN Khối lượng 1,250kg 172x260x216 Kích thước ( 6,75x10,2x8,5 in) Phép đo 25000 measure/s Loại laser II ( an toàn với mắt ) Độ chính xác Lên tới 40µm (0,0016 in) 12 Sự dịch chuyển tương đối giữa các trục 0,05 mm Chiều sâu của phạm vi đo 30cm (12 in) Máy quét Exascan sử dụng 2 đèn chiếu laser và hoạt động dựa trên nguyên lí đo tam giác. Sơ đồ nguyên lí phương pháp đo tam giác Nguyên lí đo tam giác: Dựa vào quan hệ hình học giữa: nguồn laser – đối tượng – camera tạo thành một tam giác. Nguồn laser phát ra tia laser tới vật thể, tia laser phản xạ trở lại.
Tia phản xạ qua thấu kính hội tụ được cảm biến ảnh CCD (charge- coupled device) thu lại. Căn cứ vào quan hệ hình học và sử dụng công cụ toán học phần mềm lập trình kết nối thiết bị đo với máy tính sẽ tính toán được khoảng cách vật, phạm vi đo của thiết bị và liên tục ghi lại tọa độ các điểm trên vật cần đo. Máy sử dụng 3 Camera để bảo đảm mọi tia phản xạ từ bề mặt vật mẫu đều được 1 trong 3 Camera thu được ảnh (vì mỗi một Camera chỉ có khả năng quan sát được một vùng không gian nhất định và nếu tia phản xạ đi ra ngoài vùng đó thì sẽ không thu được ảnh hay không lấy được dữ liệu bề mặt). Ngoài ra máy bao gồm 8 đèn LED có tác dụng chiếu sáng khi đang quét vì nếu không đủ ánh sáng thì Camera không thu được ảnh.
Trong quá trình quét người sử dụng giữ nút Start/Stop để thực hiện quá trình thu thập dữ liệu. Mặt trên của máy có 2 nút bấm và các đèn hiển thị. Một nút bấm cho phép thiết lập chế độ quét có độ phân giải cao (hình 3. Một nút bấm giúp người sử dụng quan sát được vùng nào của bề mặt đối tượng đang được tia laser chiếu tới (hình 3.3 Mặt trên của máy Exascan Hệ thống công nghệ quét 3D Exascan bao gồm : máy Exascan, máy tính, calib máy, thẻ nhớ, card chuyển đổi, bộ đổi nguồn, cáp tín hiệu.
Để thực hiện việc quét cần kết nối máy quét Exascan với máy tính được minh họa như hình 3.4 Kết nối Exascan với máy tính Hiệu chuẩn máy quét. 14 Máy quét 3D Exascan là một dụng cụ đo lường có độ chính xác cao, hiệu chuẩn là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và tính chính xác của kết quả. Cũng giống như đối với bất kỳ dụng cụ đo lường tiêu chuẩn, hiệu chuẩn được thực hiện bằng cách sử dụng một tham chiếu. Khi máy được di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác hay từ nơi này đến nơi khác, vì những thay đổi trong môi trường làm cho cảm biến bị ảnh hưởng dẫn đến hiệu chuẩn có thể bị ảnh hưởng.
Những ảnh hưởng này chủ yếu là do biến đổi nhiệt độ hoặc áp lực và kết quả làm cho nó bị thay đổi so với các thông số ban đầu được thiết lập trong máy. Các tấm kính trong máy quét được sử dụng để bù đắp các thay đổi này. Phần mềm sẽ tối ưu hóa hiệu chuẩn để các thông số có thể trở lại với các thiết lập ban đầu. Quy trình hiệu chuẩn bao gồm việc đưa máy quét vào các vị trí được đánh dấu bởi những hình màu xanh lá cây còn vị trí hiện tại của máy quét được thể hiện là hình màu xám.
Khi hiệu chuẩn cần có 10 vị trí vuông góc với tấm hiệu chuẩn và 4 vị trí cần thiết ở các vị trí khác nhau. Tùy thuộc vào kết quả so sánh giữa hình màu xanh và hình màu xám, vị trí hiệu chuẩn có thể được chấp nhận hoặc từ chối. Nếu được chấp nhận cả 14 vị trí thì cảm biến đã sẵn sàng để quét.5 Quá trình hiệu chuẩn máy quét 15 2. Các phần mềm thu thập và xử lý dữ liệu quét 2.
Phần mềm Vxelement Vxelement là phần mềm kèm theo máy có chức năng điều khiển máy quét, chuyển dữ liệu sang các định dạng DXF, WARE POINT, STL, MGF, SCII…Nó đọc dữ liệu ở các định dạng CDM, VDD, SCN, STL và hiệu chỉnh dữ liệu quét, xuất ra file ảnh STL và một số đầu vào chuẩn cho các phần mềm xử lý dữ liệu, như dữ liệu ở dạng Wireframe, Texture, Shading… a. Giao diện trong Vxelement Khi mở Vxelement, người sử dụng sẽ nhìn thấy giao diện chính của phần mềm gồm: 1- Menu. 4- Bảng mở rộng. 2- Thanh công cụ.
6- Thanh trạng thái. Giao diện củaVxelement Cây dự án: Cho phép người dùng chọn chế độ theo trình tự thao tác khi sử dụng phần mềm. Theo mặc định, khi chế độ dự án được chọn, người sử dụng có thể nhìn thấy tất cả các trình tự, thao tác thực hiện. Các bảng mở rộng: Được sử dụng để truyền đạt thông tin đến người dùng về tình hình hiện tại của quá trình quét và đề xuất các chức năng tiên tiến cho người dùng.
Các bảng hiển thị phụ thuộc và chế độ lựa chọn trong cây dự án. 16 Vùng đồ họa: Hiển thị các kết quả của việc quét trong thời gian thực. Tùy thuộc vào các nút chọn trong cây dự án người dùng có thể hiển thị các tính năng định vị, bề mặt hoặc các khía cạnh. Thanh trạng thái: Thanh trạng thái nằm ở dưới cùng của mành hình, hiển thị các giá trị khác nhau liên quan đến trạng thái hiện tại của phần mềm.
Tình trạng hiện tại của máy quét được hiển thị ở góc bên trái của thanh trạng thái, có thể có 3 giá trị khác nhau: - Sẵn sàng: máy quét đã sẵn sàng để bắt đầu quá trình quét. - Ghi dữ liệu (Record): máy quét đang trong trạng thái quét. Bấm kích hoạt để có được dữ liệu quét. - Dừng lại (stop): các phần mềm đang tính toán và không thể có được bất kỳ dữ liệu nào.
Khi máy quét ở chế độ ghi dữ liệu, số khung hình hiện hành được hiển thị cùng với các thông số cấu hình máy quét hiện thời. Ở bên phải của thanh trạng thái có thể thấy tỷ lệ khung hình của việc quét lại. Một tỷ lệ khung hình bình thường sẽ là khoảng 15 khung hình/ giây. Trong tất cả các chế độ, ở bên phải ngoài cùng của thanh trạng thái hiển thị đồng hồ bộ nhớ, đồng hồ này thông báo cho người sử dụng số dung lượng bộ nhớ hệ thống được sử dụng bởi Vxelement.
Khi giá trị này đạt tới 100%, một hộp thoại sẽ thông báo cho người dùng biết Vxelement đã vượt quá số lượng bộ nhớ có sẵn và sẽ phải giảm độ phân giải (bằng cách sử dụng bộ nhớ lớn hơn hoặc chế độ quét có độ phân giải thấp hơn). Các chức năng chung Đây là các chức năng cơ bản của Vxelement, bao gồm các thao tác và hoạt động quét. Các chức năng trong Vxelement xuất hiện trên cả thanh công cụ và thanh menu. Các chức năng chung của Vxelement Biểu tượng Menu Chức năng Scan/ Remove Thêm đối tượng vào quá trình quét.
Thực hiện một file mới. Trong bước nàycác dữ File / New Session liệu của cảm biến được xóa sạch. File/Open Session Mở một file có sẵn (. CSF) File / Save Session Lưu lại file.
17 Biểu tượng Menu Chức năng Scan/ Add Project Thêm đối tượng vào quá trình quét. Chọn chế độ quét. Các chế độ này được thay Scan đổi qua các nút bên cạnh nút Scan. Trong việc quét bề mặt, các chức năng và việc Change Scan quét bề mặt sẽ thực hiện cùng lúc.
Trong chế độ dò bề mặt chỉ có thể được sử dụng Mode ở hệ thống có đầu dò tiếp xúc. Scan/ Record Scan Bắt đầu thu thập dữ liệu quét. Scan / Stop Scan Dừng lại quá trình quét. Thiết lập lại quá trình quét.
Các thông số của Scan/Reset Project máy quét sẽ không được sử dụng ở file mới. Lựa chọn chế độ Các chế độ trong Vxelement có sẵn chủ yếu là chế độ mặt. Tuy nhiên một số công cụ cũng được sử dụng ở chế độ tham chiếu hoặc chế độ bề mặt. Những công cụ này rất có ích để chỉnh sửa các bộ phận.3 Các chế độ trong Vxelement Biểu tượng Menu Chức năng Nút này cho phép người sử dụng chọn Edit /Selection các công cụ khác nhau.
Edit/Selection/Rectangle Kích hoạt công cụ lựa chọn hình chữ nhật. Edit/Selection/FreeForm Kích hoạt công cụ lựa chọn bề mặt tự do. Kích hoạt công cụ lựa chọn chế độ quét. Edit/Selection/Brush Nó có 3 lựa chọn: nhỏ, vừa phải, lớn.
18 Thời gian vô hiệu hóa các công cụ để Edit / Move Object di chuyển đối tượng. Các chế độ đặc biệt Tất cả các chức năng đều có sẵn, nó cho phép người dùng tương tác với các mô hình ở vị trí xác định.4 Các chế độ đặc biệt trong Vxelement Biểu Menu Chức năng tượng Mở một mô hình đã được quét trước File/OpenFeatures đó. Edit/CopyPositioning Sao chép mô hình hiện tại để quét mới Features trong cùng một file. File/Save Positioning Lưu mô hình hiện tại dưới dạng.
TXT Features hoặc. OBC Mở các tùy chọn có sẵn khi quét các bề Edit/Photogrammetry mặt lớn. Thiết lập các tính năng Trước khi quét chi tiết thiết lập chế độ cho quá trình quét: Hình 2. Thiết lập chế độ quét Positioning Featues: Chức năng này cho phép người sử dụng tương tác với tất cả các vị trí của mô hình.