Luận Văn Chế tạo thiết bị quét laser dùng trong kỹ thuật ngược phục vụ đào tạo tại trường Đại học Nha Trang

Đồ án tốt nghiệp năm 2012
Đề tài: Chế tạo thiết bị quét laser dùng trong kỹ thuật ngược phục vụ đào tạo tại trường Đại học Nha Trang


MỤC LỤC
Trang
Lời mở đầu 1
Lời cảm ơn 2
Lời cam đoan . .3
Chương 1 Tổng quan về kỹ thuật ngược . 4
1.1 Mở đầu . . 4
1.2 Một số ứng dụng của kỹ thuật ngược trong công nghiệp .5
1.3 Quy trình kỹ thuật ngược 10
1.4 Máy quét laser .13
1.5 Thiết bị quét laser theo công nghệ của hãng DAVID Vision
Systems 17
Chương 2 Xây dựng kết cấu thiết bị 19
2.1 Mở đầu . 19
2.2 Phương án thiết kế .19
Phương án 1 .19
Phương án 2 . 22
2.3 Thiết kế các cơ cấu của thiết bị .25
2.3.1 Phần cơ khí . .25
2.3.2 Mô hình cơ khí . .31
2.3.3 Phần gỗ 32
2.3.4 Mô hình gỗ 35
2.3.5 Mô hình hoàn chỉnh 35
2.4 Thiết kế mạch điều khiển 36
Chương 3 Chế tạo thiết bị 39
-69-3.1 Phần cơ khí .39
3.2 Phần điện và laser .45
3.3 Lắp ráp 48
Chương 4 Quét thử nghiệm và hiệu chỉnh thiết bị .50
4.1 Cài đặt phần mềm David-Laser Scanner . .50
4.2 Quét thử nghiệm .50
4.2.1 Điều chỉnh phần mềm .50
4.2.2 Thiết kế ngược trong modul SolidWorks 2012 61
4.2.3 Độ chính xác của vật thể quét .63
4.2.4 Hạch toán giá thành sản phẩm 64
Kết luận và đề xuất ý kiến . .65
Kết luận 65
Đề xuất ý kiến 65
Tài liệu tham khảo 66
Mục lục .68


LỜI MỞ ĐẦU
Kỹ thuật ngược được ra đời từ những thập niên 90 của thế kỷ trước và
đã được nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực phát triển nhanh sản phẩm,
tạo ra nhiều mẫu mã, kiểu dáng khác nhau nhằm đáp ứng kịp thời với nhu
cầu, đòi hỏi ngày càng cao c ủa xã hội. Tại Việt Nam, nhiều công ty về chế tạo
máy, nhất là các công ty khuôn mẫu, đồ chơi trẻ em, đã áp dụng kỹ thuật
ngược để thiết kế và phát triển sản phẩm. Tuy nhiên, đa số trường đại học có
đào tạo ngành chế tạo máy ở nước ta lại chưa có điều kiện để cho sinh viên
tiếp cận với kỹ thuật này. Một trong những nguyên nhân là do thiết bị dùng
trong kỹ thuật ngược tương đối đắt. Trường Đại học Nha Trang cũng không
phải ngoại lệ.
Để phần nào tháo gỡ vướng mắc trên, em đã chọn đề tài “Chế tạo thiết
bị quét laser dùng trong kỹ thuật ngược phục vụ đào tạo tại trường Đại học
Nha Trang” để làm đồ án tốt nghiệp. Nội dung thực hiện trong đề tài này gồm
5 chương:
Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật ngược
Chương 2: Xây dựng kết cấu thiết bị
Chương 3: Chế tạo thiết bị
Chương 4: Quét thử nghiệm và hiệu chỉnh thiết bị
Kết luận và đề xuất ý kiến


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT NGƯỢC
1.1 Mở đầu
Từ những năm đầu thập niên 90 của thế kỷ trước, kỹ thuật ngược
(Reverse Engineering), đã được nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực phát
triển nhanh sản phẩm, tạo ra nhiều mẫu mã, kiểu dáng khác nhau nhằ m đáp
ứng kịp thời với nhu cầu, đòi hỏi ngày càng cao c ủa xã hội. Đặc biệt trong
lĩnh vực thiết kế mô hình 3D từ mô hình cũ đã có sẵn nhờ sự trợ giúp của máy
tính thông qua các gói phần mềm CAD/CAM [2, trang 7].
Để chế tạo sản phẩm, đầu tiên người thiết kế phải hiểu rõ kết cấu, chức
năng của chi tiết, sau đó thiết kế và gia công trên các phần mề m CAD/CAM
để tạo ra sản phẩm, tuy nhiên việc thiết kế ban đầu (dữ liệu đầu vào) mất rất
nhiều thời gian, công sức, năng suất thấp. Trong thực tế, người ta cần chế tạo
những mẫu có sẵn mà chưa (hoặc không) có mô hình CAD tương ứng (đồ cổ
chẳng hạn), những chi tiết đã ngừng sản xuất từ lâu, những chi tiết không rõ
xuất xứ, bộ phận con người, động vật, Để tạo được mẫu của những sả n
phẩm này, trước đây người ta đo đạc rồi vẽ phác lại hoặc dùng 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 những chi tiết phức tạp. Ngày nay người ta đã s ử
dụng máy quét hình để quét hình dáng của chi tiết sau đó nhờ các phần mề m
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. Mô hình 3D này có thể được chỉnh sửa
nếu cần [2, trang 7]. Vậy quy trình để thiết kế và chế tạo một sản phẩm theo
kỹ thuật ngược như sau: sản phẩm - đo và kiểm tra - tái thiết kế - tạo mẫ u thử
và kiểm tra - sản phẩm [4].
Sau đây là một số lý do sử dụng kỹ thuật ngược.
- Một số sản phẩm gốc đầu tiên đã không sản xuất từ lâu, nhưng khách
hàng cần sử dụng sản phẩm đó lại.
- Sản phẩm đầu tiên đã ngừng sản xuất từ lâu, sản phẩm gốc đã trở
nên lỗi thời, cổ xưa.
- Sản phẩm ban đầu đã mất tài liệu thiết kế.
-5-- Tạo lại dữ liệu hoặc chế tạo từng phần mà không có dữ liệu CAD,
hoặc với dữ liệu đã trở nên quá lỗi thời hoặc đã bị mất.
- Kiểm tra và quản lý chất lượng, so sánh chế tạo từng bộ phận được
thiết kế trong mô hình CAD.
- Một vài sản phẩm xấu cần loại ra chất lượng quá kém, đòi hỏi cần
phải cải thiện, giảm mức phế phẩm ở giá trị thấp nhất.
- Thăm dò thị trường và cải tiến sản phẩm
- Tạo dữ liệu 3D từ những nét đặc biệt, mô hình hoặc tạo một tác phẩ m
điêu khắc.
- Sáng tạo ra các kiểu răng, hoặc phẩu thuật lắp ráp các bộ phận cơ thể,
tạo ra một loạt thân thể từng phần hoặc lập kế hoạch phẩu thuật [6, trang 3].
1.2 Một số ứng dụng của kỹ thuật ngược trong công nghiệp
1.2.1 Kỹ thuật ngược trong ngành công nghiệp ô tô
Hình 1.1 Quy trình áp dụng kỹ thuật ngược ở các công ty ô tô của Nhật.
-6-Để sản xuất ra một chiếc ô tô phải mất rất nhiều thời gian. Theo như
các phương pháp truyền thống sử dụng bộ ba CAD/CAM/CAE thì phải mất
trên 3 tháng mới hoàn thành xong sản phẩm. Các công ty Nhật Bản chọn
phương án dùng kỹ thuật ngược để có thể rút ngắn thời gian thiết kế cũng như
cạnh tranh thị trường trên thế giới và quy trình mà họ áp dụng rất thành công.
Hình 1.1 biểu diễn quy trình áp dụng kỹ thuật ngược ở các công ty ô tô của
Nhật [6, trang 142]. Hiện nay quy trình này cũng được nhiều công ty sản xuất
ô tô trên thế giới áp dụng.
Các bước thực hiện khi áp dụng kỹ thuật ngược trong sản xuất ô tô như
sau:
Bước 1: Tạo mô hình đất sét
Hình 1.2 Tạo mô hình đất sét Hình 1.3 Dán keo lên mô hình
Bước 2: Quét mẫu đất sét dùng thiết bị quét laser.
Bước 3: Xử lý dữ liệu quét bằng phần mềm chuyên dụng


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Thế Long, Th.S. Trương Hồng Quang, “Công nghệ Scan 3D và
ứng dụng”, Trường Đại học giao thông vận tải tp Hồ Chí Minh.
[2]. Nguyễn Văn Tường, “Kỹ thuật ngược”, tr. 7-9.
[3]. Lê Văn Thương (2012), “Máy quét Laser 3D Nikon LC15Dx – Rút ngắn
về độ chính xác với CMM dùng đầu dò chạm”, tr. 1-2.
[4]. Đoàn Thị Minh Trinh (2011), “Công nghệ thiết kế ngược”, Trường Đạ i
học bách khoa tp Hồ Chí Minh.
[5]. Chau-Chang Wang, Da-jung Tang and Todd Hefner , Design, Calibration
and Application of a Seafloor Laser Scanner, Institute of
Applied Marine Physics and Undersea Technology National Sun Yat-sen
University Applied Physics Lab, Washington University Taiwan USA.
[6]. Vinesh Raja and Kiran J. Fernandes (Eds.) (2008), Reverse Engineering,
University of Warwick and University of York, UK.
[7]. L. Bornaz, F. Rinaudo, “Terrestrial Laser Scanner Data Processing”, C.so
Duca degli Abruzzi, 24 – 10129 Torino.
[8]. Ertu Unver, Atkinson Paul and Tancock Dave, “ Applying 3D Scanning
and Modeling in Transport Design Education”, University of Huddersfield.
[9]. Douglas Lanman, Daniel Cabrini Hauagge, and Gabriel Taubin, “ Shape
from Depth Discontinuities under Orthographic Projection”, Division of
Engineering, Brown University Providence, RI 02912 USA.
[10]. Matthew J. Leotta, Austin Vandergon and Gabriel Taubin (2008), “3D
Slit Scanning with Planar Constraints”, Brown University Division of
Engineering, Providence, RI, USA Microsoft, USA.
[11]. Matthew J. Leotta, Austin Vandergon, Gabriel Taubin, “Interactive 3D
Scanning Without Tracking”, Brown University Division of Engineering
Providence, RI 02912, USA.
[12]. Minitech Machinery Corporation, 3D Laser Scanning System, Georgia.
-67-[13]. Kristine I. Spangard, “New Advances In 3D Laser Scanning
Technologies”, 9401 James Avenue South, Suite 132 Minneapolis, MN
55431.
[14]. Wolfgang BOEHLER, Andreas MARBS, “3D Scanning Instruments”,
i3mainz, Institute for Spatial Information a nd Surveying Technology, FH Mai
Holzstrasse 36, 55116 Mainz, Germany.
[15]. www.david-laserscanner.com/forum
[16]. www.david-laserscanner.com
[17]. www.meslab.org/mes/threads/4183-Tu-che-may-3D-Laser-Scanner.html
[18]. www.david-laserscanner.com/wiki/scanning_without_panels_b \_hal
[19]. www.scanning.fh-mainz.de