Luận văn thạc sĩ về thiết kế máy quét 3D cho giày dép

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu công nghệ chế tạo máy thiết kế máy quét 3d chi tiết giày dép, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải thiện thực

• Tác giả: Lê Cao Bách
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Ngọc Tuấn
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
• Đề tài: Thiết kế máy quét 3D cho giày dép
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về máy quét 3D cho giày dép

Nội dung chương này tìm hiểu về các thiết bị máy quét 3D có trên thị trường và các nghiên cứu về thiết bị máy quét 3D cho giày dép. Các phương pháp sẽ được sử dụng để nghiên cứu và nội dung sẽ được nghiên cứu trong luận văn. Chương này cũng sẽ trình bày ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn và mục tiêu của đề tài. Trong 4 tháng đầu năm 2012, kim ngạch xuất khẩu giày dép các loại ước đạt 1.971 triệu USD, tăng 9,3% so với cùng kỳ năm 2011. Mặc dù giá xuất khẩu tăng, nhiều doanh nghiệp trong ngành vẫn gặp khó khăn về đơn hàng xuất khẩu. Ngành giày dép Việt Nam đang đứng trong nhóm năm nước xuất khẩu giày lớn trên thế giới. Tuy nhiên, ngành giày dép vẫn chủ yếu gia công theo các đơn đặt hàng và phụ thuộc vào nguyên phụ liệu, công nghệ và vốn đầu tư từ nước ngoài. Để ngành giày dép phát triển bền vững, các doanh nghiệp cần tập trung xây dựng thương hiệu và giành thị phần tại thị trường nội địa.

1.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy quét 3D

Hiện nay, máy quét 3D được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như cơ khí, y khoa, khảo cổ, và xây dựng. Trong công nghiệp, các công đoạn như kiểm tra sản phẩm, tạo mẫu nhanh là những ứng dụng phổ biến của máy quét 3D. Sự phát triển của các cảm biến quang học đã giúp nâng cao độ chính xác và tốc độ quét của các thiết bị này. Các nhà cung cấp thiết bị quét 3D lớn trên thế giới như Mitutoyo, Minolta, và Leica đã cung cấp nhiều loại thiết bị cho ứng dụng trong nhiều ngành khác nhau. Việc sử dụng máy quét 3D trong ngành giày dép giúp cải thiện quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

II. Phân tích xác định cấu hình và nguyên lý làm việc của máy quét 3D

Chương này phân tích công dụng và chức năng của máy quét 3D trong dây chuyền sản xuất giày dép. Nguyên lý làm việc của máy quét 3D được xác định thông qua việc phân tích lựa chọn giải pháp nhận dạng và xử lý dữ liệu. Phương pháp quét của máy quét 3D sử dụng công nghệ laser để thu thập dữ liệu bề mặt của giày dép. Các thông số kỹ thuật của máy quét 3D cũng được xác định để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong quá trình quét. Việc sử dụng máy quét 3D giúp giảm thiểu thời gian và chi phí trong quy trình sản xuất, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm.

2.1 Nguyên lý làm việc của máy quét 3D

Nguyên lý làm việc của máy quét 3D chi giày dép dựa trên việc phát ra chùm tia laser và thu nhận dữ liệu từ bề mặt vật thể. Khi chùm tia laser chiếu lên bề mặt giày, dữ liệu sẽ được ghi nhận và chuyển đổi thành hình ảnh 3D. Quá trình này cho phép xác định chính xác các thông số cần thiết cho việc gia công và sản xuất giày dép. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp nâng cao độ chính xác mà còn tiết kiệm thời gian trong quy trình sản xuất.

III. Thiết kế máy quét 3D cho giày dép

Chương này trình bày chi tiết về thiết kế máy quét 3D cho giày dép, bao gồm cấu trúc tổng thể và các thành phần cơ khí. Thiết kế phần cơ khí của máy quét 3D được thực hiện để đảm bảo tính ổn định và độ chính xác trong quá trình quét. Các cụm thân máy, chân máy và hệ thống điều khiển được thiết kế đồng bộ để tối ưu hóa hiệu suất làm việc. Việc thiết kế này không chỉ đáp ứng yêu cầu kỹ thuật mà còn đảm bảo tính thẩm mỹ cho sản phẩm cuối cùng.

3.1 Kết cấu tổng thể máy quét 3D

Kết cấu tổng thể của máy quét 3D bao gồm các bộ phận chính như thân máy, chân máy và hệ thống điều khiển. Mỗi bộ phận được thiết kế để đảm bảo tính năng động và linh hoạt trong quá trình quét. Thiết kế này giúp máy quét 3D hoạt động hiệu quả trong môi trường sản xuất, đồng thời giảm thiểu sự cố kỹ thuật. Việc tối ưu hóa kết cấu máy không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn kéo dài tuổi thọ của thiết bị.

IV. Thiết kế quy trình giải thuật xử lý dữ liệu của máy quét 3D

Chương này tập trung vào việc thiết kế quy trình và giải thuật xử lý dữ liệu cho máy quét 3D. Quy trình xử lý dữ liệu bao gồm các bước từ thu thập dữ liệu đến chuyển đổi và phân tích hình ảnh 3D. Việc sử dụng các thư viện xử lý ảnh như OpenCV giúp nâng cao hiệu quả trong việc xử lý và phân tích dữ liệu. Giải thuật được thiết kế để đảm bảo tính chính xác và tốc độ trong quá trình xử lý, từ đó cung cấp dữ liệu CAD cho hệ thống sản xuất.

4.1 Mở đầu về xử lý ảnh

Xử lý ảnh là một phần quan trọng trong quy trình hoạt động của máy quét 3D. Các bước xử lý ảnh bao gồm hiệu chỉnh camera, xử lý ảnh và chuyển đổi dữ liệu từ 2D sang 3D. Việc áp dụng các kỹ thuật xử lý ảnh tiên tiến giúp nâng cao độ chính xác của dữ liệu thu thập được. Các giải thuật xử lý ảnh được thiết kế để tối ưu hóa quy trình và đảm bảo rằng dữ liệu đầu ra đáp ứng yêu cầu của hệ thống sản xuất.

V. Thiết kế giao diện phần mềm và kết quả chế tạo vận hành máy quét 3D

Chương này trình bày về thiết kế giao diện phần mềm cho máy quét 3D và kết quả chế tạo, vận hành thiết bị. Giao diện phần mềm được thiết kế thân thiện với người sử dụng, giúp dễ dàng trong việc điều khiển và theo dõi quá trình quét. Kết quả chế tạo và vận hành máy quét 3D cho thấy thiết bị hoạt động ổn định và hiệu quả, đáp ứng được yêu cầu của ngành sản xuất giày dép. Việc tích hợp phần mềm và phần cứng là yếu tố quyết định đến thành công của dự án.

5.1 Giao diện phần mềm

Giao diện phần mềm của máy quét 3D được thiết kế để người dùng có thể dễ dàng thao tác và theo dõi quá trình quét. Các chức năng chính bao gồm điều khiển quét, lưu trữ dữ liệu và chuyển đổi định dạng. Giao diện này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả làm việc mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho người sử dụng trong quá trình vận hành thiết bị. Việc thiết kế giao diện phần mềm thân thiện là một trong những yếu tố quan trọng giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu về xử ly anh va thư viện xử ly ảnh OpenCV.1 Ảnh và hệ thống xử lý ảnh.2 Thư viện xử lý ảnh Open C.2 Thiết kế giải thuật tong quát cho quá trình xử ly ảnh.1 Mô hình camera cơ bản. -c - SE 1111512111111 5121 1111111111111 111g HH He ri 69 4.3 Mô hình camera và laser trong máy quét 3D chi tiết giày đép.3 Giải thuật cho quả trình xử lý ảnh.1 Hiệu chỉnh camera (calibrafion\).2 Xử lý ảnh cho may quét 3Ì. 22221222 2111111111111 1111 nhe 76 CHƯƠNG 5: THIET KE GIAO DIỆN CUA PHAN MEM QUÉT BK SCANNER VA KET QUA CHE TẠO, VAN HANH MAY .1 Giao diện phần mềm va thư viện Open GL (Open Graphics Library).2 Phân tích và lựa chon chức nang phan mềm BK Scanner.3 Giao diện phan điều khiển và quét dit liệu 20.4 Thiết kế chức nang sao lưu và chuyển đổi dữ liệu.5 Chế tạo và vận hành máy Quet .-¿ ¿S21 SE 3 5E E1 1511111115111 re 90 TÀI LIEU THAM KHẢO. ¿c2 1 1 1 11151111121111121 1011111110 nở 98 PHU LUCoioccccccceccccccccccecsceesescesesececevscevscscessussesvevecevsvevevssssutevavevsvevivsnsseesevenenees 100 Vil DANH MỤC HÌNH VE Hình 1.1: Chi tiết mũ giày và dé giày và phom giày [3].

--- 525cc xe 3 Hình 1.2: Máy quét laser Metris 3D của hãng Nikon.3: Máy quét 3D dùng cánh tay đo của hãng Nikon. ceeee sees 5 Hình 1.4: Máy quét 3D cam tay của hãng Z Scanner [5].5: Một số sản phẩm ứng dụng máy quét 3D trong thiết kế.6: Máy quét 3D Rexcan của hãng SOLUTIONIX [6].7: Máy quét 3D của hãng Leica dùng trong công nghiệp [7].8: Máy quét 3D dùng trong ngành giày dép của Frontier[7].9: May quét 3D do kích thước chân khách hàng.10: Mô hình hệ thống quét biên dạng øiảy.11: Hệ thống thu thập dữ liệu và mài dé giày của .12: Mô hình sản phẩm mũ bảo hiểm và thìa được quét.1: Lưu dé hệ thống mài va bôi keo tự động.-- -c cece cseeeeeeeees 14 Hình 2.2: Ba nhóm phương pháp thu thập dir liệu 3D kiểu không tiếp xúc.3: Các nguyên lý nhận dạng quang học.4: Nguyên ly nhận dang dữ liệu 3D bang tia sáng câu trúc.5: Mô hình phương án Loo. cece cccccccccecesenseeeeeeeeeenseeeeeeeeeenteeeeeenens 19 Hình 2.6: Mô hình phương an 2.7: Mô hình phương ắn 3.8: Mô hình phương án 4.9: Cau hình của máy quét 3D chỉ tiết giày đép.---ccc sec 21 vill Hình 2.10: Cau tạo máy quét 3ÌD. ---- 1t SE S111 11111 118181111111 E11 tru 22 Hình 2.11: Luu đồ nhận dạng và xử ly dữ liệu của máy quét 3D.12: Tọa độ của mỗi đường cong quét 3D trong mặt phắng OXZ.13: Hình ảnh máy tính can hiển thị để người vận hành điều chỉnh đường 15:00 1 cece ececcc eee eeseeeeeceseeeescescuveseseveeeesaeasseeaaereseeaeesessueeeeeeaaess 25 Hình 2.14: Quỹ đạo gia công chi tiết giày [9].15: Vùng chụp ảnh của cam€fa.16: So dé dữ liệu hệ thông CAD/CAM .1: Kết cau tong thé máy quét 3D chi tiết giày đép.2: Kết câu của máy quét 3D.

1: Phan chân máy, 2: Phan thân máy.3: Kết câu cụm thân máy quét.-- 5+1 E3 Ex E5 1E EEEEEEE 11111221 tre 37 Hình 3.4: Chi tiết để giảy. cọ T11 1E 15111111 111 HH He 38 Hình 3.5: Mô hình định vị đồ ga để.6: D6 ga chi tiết đỀ giày. c n nt T111 11T HH HH rêu 39 Hình 3.7: Đồ ga chi tiết mũ giày trong patent số US4639963 [2].8: Nguyên lý gá đặt chi tiết mũ.9: D6 ga chi tiết mũ giày.10: Cum ga camera và đèn ÏaS€T.11: Hành trình của cụm chuyển động tịnh tiến.12: Cụm chuyển động tịnh tiễn loại SKR va KR của hãng THK.13: Mô hình lực và mô men tác dụng lên cơ câu chuyển động tịnh tiến.14: Mô hình lực tác dụng lên trục Y.15: Chu kỳ hoạt động của động cơ trục Ÿ.17: Bản vẽ lắp cụm chân may. -- --: s+tSE SE kEEEE SE S111 1E ket 52 Hình 3.18: Khung chân may.

-- c1 12111111 11111112511 11111 111kg ng tàu 53 Hình 3.19: Ban vẽ tủ điện máy quét 3D.20: Điều khiển điện áp động cơ S€TVO.21: Phân loại động CO S€TVO.22: Mô hình các bộ phận cân được diéu khiển.23: Hệ thông điều khiển vòng hở. - + SE 1 E211 112151 Exextkd 56 Hình 3.24: Hệ thống điều khiển nửa kín. cece - SE t2 E111 trrerkd 57 Hình 3.25: Hệ thong điều khiển vòng HO. occ ceeeeescscecsesesceesteceeensseseneees 57 Hình 3.26: Mô hình điều khiển của thiết bi quét 3D.27: Mô hình bảng điều khiển mặt trước của máy quét 3D.28: Bảng điều khién tủ điện được gia công trong thực tế.29: Tủ điện điều khiển máy quét 3D hoàn chỉnh.30: Sơ đỗ dau dây trên mạch điện trong tủ điện của máy quét 3D.31: Giao diện điều khiển hoạt động máy quét 3D trên máy tinh.1: Ảnh tương tự và ảnh sỐ hóa.2: Hệ thông xử lý ảnh cơ bản[2 Ï].

¿+ + 2E EEEEE‡EEE+EEEEEEEEEErkskrkrees 64 Hình 4.3: Biểu diễn ảnh băng ma trận.-- SE 12t ESE E21 1211 115111 Eret 66 Hình 4.4: Hién thi ảnh chụp với chương trình viết bang OpenCv.5: Mô hình camera cơ bản. - --- + c1 321212221111 211 cesses 11111111 khen 67 Hình 4.6: Mô hình pinhole camera.7: Mô hình thu nhận dữ liệu của camera[ Ï ].8: Ảnh hưởng của lens đối với ảnh chụp.9: Mô hình méo anh khi xảy ra do thấu kính.- ¿2-2 2 scxcczx£+zze 70 Hình 4.10: Sai lệch do méo tiếp tuyẾn.- 2 c1 Sv SE EE 1111111111187 11111 1x 6 70 Hình 4.11: Mô hình camera pinhole trong tính toán chuyền đổi tọa độ 2D - 3D[22].12: Ma trận thông số ngoại và ma trận thông số nội của hệ tọa độ camera và hệ tọa độ vật.13: Các ảnh của bảng kẻ 6 bàn cờ được g1ữ ở các hướng khác nhau[23].15: Mô hình sắp xếp phan tử khi lọc trung vị.16: Không gian mau thuật toán loc HSV. occ eeeeeeeeeeees 79 Hình 4.17: Lọc anh với hàm loc Gauss và Laplacian. ----cccccccccc+sss2 80 Hình 4.18: Ảnh thu được qua camera sau quá trình XỬ lý.19: Dé thi mức xám phân bồ trên mặt cat ngang đường laser.20: Anh chứa đường laser sau khi lay trọng tâm.--- ¿2+ cccx+ssx se 82 Hình 5.1: Các bước xử ly của phần mềm quet.

ce cececccecesesesescseeseseseseseseeseeeeens 85 Hình 5.2: Giao điện phần mềm quét FlexScan 3D.3: Mô hình nhóm nút chức năng file của phần mềm quét.4: Mô hình nhóm nút chức năng quét (Scan).5: Mô hình nhóm nút chức năng hiển thị.6: Giao diện của phan điều khiến trên phần mém quét.7: Giao diện của phần mém quét được thiết kế.- ¿2 + +xcxzxzz+zcze 88 Hình 5.8: Cau trúc tam giác trong câu trúc file STL.9: Máy quét 3D được chế tạo.10: Bước 1 - Khởi động phần mm.11: Bước 2 — Đưa chỉ tiết quét vỀ vị tri 266. ec ccceeeceeeeeceseseseeeseeseeeeen 92 Hình 5.12: Bước 3 — Chup ảnh vùng laser giao chỉ tiết giày.13: Bước 4 — Tach màu và lọc nhiễu vùng ảnh đường laser.14: Bước 5 — xác định tâm đường laser.15: Kết quả sau khi quét mũi giày một số bước quét.16: Kết quả tập hợp các biên dang 3D thu được của chỉ tiết giày.17: Kết quả xác định đường biên chi tiẾt. 5c cS E22 trrred 94 Hình 5.18: Kết quả biên dạng chi tiết giày.- 5 St En SE SE gi 95 Hình 5.19: Kết quả dir liệu tọa độ 3D của máy quét.-- ¿+ ++ s22 95 XU DANH MUC BANG Bang 1.1: Độ chính xác một số thiết bi quét 3D chỉ tiết giày đép.1: Bảng thông số kỹ thuật của một số thiết bị quét 3D. eee eee 26 Bang 2.2: Bảng FRDPARRC cho các yêu cầu kỹ thuật của thiết bị quét 3D chi tiết giày đép.

¬ cent eee e een ELLE EEE EE EE ELL GE EEE ESEEEELE GAGES EOE SEE G GE GEEE EE CEA AGE GEEEC OE ensa GE GeeeeeeetaaaaaeeeE es 27 Bảng 2.3: Bang độ phân ø1ả1 Camera.---‹ccc cà 5 +2 s3 s2 s2 32 Bang 3.1: Chiều dai thanh ray loại KR33H (theo catalogue của hãng THK).2: Thông số kỹ thuật của cụm chuyên động trục Y.3: Bảng hệ số an toàn của cụm chuyển động tịnh tiến [20T-.4: Bảng hệ số tải trọng của bộ vit me và thanh trượt [20].5: Bảng lực ma sát bên trong thiết bị của cụm chuyển động tịnh tiến (N).48 xill DANH MỤC CHỮ VIET TAT Tên việt tắt Tên đây đủ CAD Computer Aid Design CAM Computer Aid Manufacture CCD Charge coupled device CMOS Complementary metal oxide semiconductor STL Stereo Lithography Open GL Open Graphics Library 2D 2 Demensions 3D 3 Demensions GDP Gross domestic product XIV CHUONG 1: TONG QUAN VE MAY QUET 3D CHI TIẾT GIÀY DEP Nội dung chương này tim hiểu về các thiết bị quét 3D có trên thị trường và các nghiên cứu về thiết bị quét 3D chi tiết giày đép, các phương pháp sẽ được sử dụng dé nghiên cứu và nội dung sẽ được nghiên cứu trong luận văn. Chương nay cũng sẽ trình bày ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn và mục tiêu của đê tài.1 Mỡ đầu Trong 4 tháng dau năm 2012, kim ngạch xuất khẩu giày dép các loại ước đạt 1.971 triệu USD tăng 9,3 % so với cùng kỳ năm 2011. Mặc dù giá trị xuất khâu tăng nhưng thực tế nhiều doanh nghiệp trong ngành vẫn gặp nhiều khó khăn về đơn hàng xuất khâu. Bên cạnh đó, các doanh nghiệp trong ngành còn gặp phải khó khăn do sự thay đổi về chính sách nhập khẩu, cách thức mua hàng, yêu cầu ngày cảng cao về tiêu chuẩn chat lượng, tiêu chuẩn môi trường, trách nhiệm xã hội doanh nghiệp.

của các thị trường lớn như EU, Mỹ, Nhat. Vi vậy, sản lượng sản xuất sản phẩm giày thé thao 4 thang đầu năm ước dat 99,9 triệu đôi, giảm 3,9%, sản phẩm giày dép, ủng gia da ước đạt 18,6 triệu đôi, tăng 18,5% so với cùng ky[1]. Hiện nay các sản phẩm giày dép của nước ta chủ yếu xuất khâu vào các thị trường chủ lực như EU, Nhật Bản và Mỹ. Tuy nhiên, ở những thị trường này các sản phẩm giày dép xuất khâu của Việt Nam cũng đang phải đối mặt với rất nhiều rào can, trong đó nôi bật là việc áp thuê chông bán pha giả.

Ở khía cạnh khác, ngành giày dép xuất khâu của nước ta cũng đang chịu sức ép rất lớn về khả năng cạnh tranh với các nước xuất khâu giày dép hang đầu như Trung Quốc, An Độ.Hiện chỉ có các sản phẩm giay thé thao, giay nữ, giày vải của Việt Nam là có khả năng cạnh tranh, một số sản phẩm còn lại sức cạnh tranh yếu do công nghệ sản xuất lạc hậu và chưa đáp ứng được yêu cau chất lượng ngày cảng cao của nhiêu thị trường xuât khâu. Trong nước ngành giày đép là ngành chủ lực cùng với dệt may và dau khí đóng góp phân lớn vào tổng sản phẩm quốc nội (GDP) của nên kinh tế. Ngành giày dép Việt Nam đang đứng trong nhóm năm nước xuất khẩu giày lớn trên thé giới[2]. Tuy nhiên, ngành giày dép van chủ yếu là gia công theo các đơn đặt hang và phụ thuộc vào nguyên phụ liệu, công nghệ va cả von dau tư từ nước ngoài.