TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ PHÒNG LAB C45-307
Khái quát chung về phòng Lab C45-307
Thầy phụ trách: PGS.TS Nguyễn Văn Vinh
Email: nguyenvanvinh1957@yahoo.com.vn
- Xây dựng phương pháp đo các thông số bánh răng trên máy đo CMM
- Nghiên cứu độ chính xác của tay đo toạ độ cực
- Nghiên cứu điều khiển dịch chuyển chính xác vị trí đầu đo trong máy đo CMM
- Công nghệ đo trên máy CMM
- Nghiên cứu độ chính xác khi đo Profile bề mặt chi tiết máy bằng phương pháp quét Laser
- Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thực nghiệm chuyển đổi đo dịch chuyển độ nhậy cao
- Nghiên cứu phương pháp đo phổ phát xạ hồng ngoại để xác định thành phần các chất
- Điều khiển thiết bị quét tự động thu quang phổ
-Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy đo độ nhám
- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy đo độ tròn
-Nghiên cứu, chế tạo chuyển đổi đo dịch chuyển chính xác bằằ̀ng laser theo phương pháp tam giác lượng
Nghiên cứu và chế tạo chuyển đổi đo dịch chuyển chính xác bằng laser sử dụng phương pháp điều tiêu tự động Phương pháp này áp dụng đo phổ tần số thông qua giao thoa kế laser, mang lại độ chính xác cao trong việc đo lường.
Maichelson với gương tự động
-Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy in 3D
-Nghiên cứu các phương pháp đo quét biên dạng 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc
Một số thành tựu đạt được
Đề Tài “Thiết kế chế tạo máy in chi tiết nhựa 3D” đạt giải Nhất giải thưởng “Tài năng Khoa học trẻ Việt Nam năm 2014”
Thành viên nhóm nghiên cứu:
5 Nguyễn Doãn Thông K55 Đề Tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị bám mục tiêu tự động lắp đặt trên tàu
Hải quân Việt Nam” đạt giải Nhất sinh viên Nghiên cứu khoa học cấp Trường 2015.
2 Nguyễn Văn Hùng K55 hình 1 1 Ảnh nhóm sinh viên đạt giải tài năng khoa học trẻ
1.2 Ảnh nhóm sinh viên nghiên cứu khoa học Đề Tài “Đo kích thước cơ thể người bằng máy quét 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc” đạt sinh viên nghiên cứu khoa học cấp Trường giải Nhì đồng thời đạt giải Nhất bộ môn cơ khí chính xác và quang học
1 Nguyễn Đại Mã Lập Phong CĐT1 – K56
3 Mai Thị Huyền Thu KTCK08 – K57
4 Hoàng Thị Nhài KTCK05 –K57 Đề Tài : “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mảnh vá hộp sọ xương người bằng công nghệ in 3D sử dụng nhựa PEEK” đạt giải ý tưởng sáng tạo nhất 2018
Nguyễn Thị Thu Hương KTCK-K58
NỘI DUNG THỰC TẬP
Tổng quan phương pháp đo ánh sáng cấu trúc
Công nghệ đo lường quang học hiện nay được xem là một lĩnh vực hiện đại, thu hút sự quan tâm nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi Phương pháp này cho phép thu nhận và xử lý thông tin qua ảnh, giúp nhận biết và đo lường đối tượng mà không cần tác động trực tiếp Từ những năm đầu thập kỷ 90, sự ra đời của nhiều thế hệ máy đo quang học với độ chính xác cao đã mở rộng khả năng ứng dụng giải pháp 3D, không chỉ trong ngành công nghiệp mà còn trong các lĩnh vực như y học, kiến trúc, khảo cổ học, điêu khắc và phim hoạt hình.
Trong những năm gần đây, phương pháp đo quang học bằng ánh sáng cấu trúc đã phát triển nhanh chóng, cho phép thực hiện các phép đo chính xác và nhanh chóng với hàng ngàn phép đo mỗi giây, đồng thời tạo ra hình ảnh 3D của đối tượng Sự tiến bộ của khoa học máy tính đã hỗ trợ mạnh mẽ trong thiết kế và mô phỏng công nghiệp, dẫn đến sự hình thành của lĩnh vực thị giác máy tính, thay thế con người trong nhận dạng ảnh và xử lý dữ liệu tự động Máy quét 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc có khả năng số hoá nhanh chóng hình dạng các chi tiết công nghiệp, cho phép mô phỏng chính xác trên màn hình máy tính Bằng cách so sánh dữ liệu quét với tài liệu thiết kế qua phần mềm ứng dụng, người dùng có thể nhanh chóng phân tích sai số hình dạng, độ dày và kích thước hình học, từ đó nâng cao chất lượng sản xuất Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hệ thống chiếu bằng ánh sáng cấu trúc hoạt động nhanh hơn so với các hệ thống laser truyền thống.
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý đo biên dạng 3D bằng ánh sáng cáu trúc
Máy đo biên dạng 3D bằng ánh sáng cấu trúc là thiết bị đo hình dạng ba chiều của đối tượng thông qua việc sử dụng mẫu ánh sáng và hệ thống camera Phương pháp này chiếu các vân sáng lên bề mặt đối tượng, và camera sẽ ghi lại sự biến dạng của vân sáng để thu thập thông tin về kích thước 3 chiều Dựa vào các quan hệ hình học giữa máy chiếu và camera, cùng với sự phân bố không gian, thời gian và cường độ, phương pháp tam giác lượng có thể được áp dụng để xác định độ sâu của vật thể.
Công nghệ đo bằng ánh sáng cấu trúc mang lại khả năng đo đạc vượt trội so với phương pháp truyền thống, cho phép xác định biên dạng bề mặt phức tạp, diện tích bề mặt, cũng như chia cắt từng phần hoặc thể tích Dữ liệu thu thập được không chỉ phong phú mà còn có thể được sử dụng nhiều lần và lưu trữ lâu dài Hơn nữa, công nghệ quét này cung cấp kết quả dưới dạng kỹ thuật số, dễ dàng tích hợp với các hệ thống khác Máy đo sử dụng ánh sáng cấu trúc mã nhị phân bao gồm nhiều bộ phận chính.
- Hệ thống cơ khí dịch chuyển đầu đo, bàn gá đối tượng đo
- Máy tính, phần mềm xử lý
Nhưng lại có các tính năng đặc biệt và nổi trội hơn so với các máy quét CMM như:
- Có khả năng đo quét toàn bộ bề mặt sản phẩm và dựng lại biên dạng 3D bề mặt đối tượng một cách nhanh chóng,tốc độ quét lớn
Có thể kiểm tra nhiều thông số hình học khác nhau trong một lần, bao gồm kích thước, sai lệch hình dáng, độ đảo, độ song song và độ đồng trục, cùng với nhiều loại dung sai khác.
Hình 2.2: Ảnh một số máy quét
Hình 1.2 minh họa một số máy quét 3D sử dụng công nghệ quét bằng ánh sáng cấu trúc, với nhiều hãng sản xuất nổi bật như GOM, DAVID, Faro Arm, Hexagon và Metris Mỗi sản phẩm của các hãng này có thiết kế, phần mềm quét và độ chính xác khác nhau, đồng thời sử dụng nguồn sáng mã hóa Những máy quét này có phạm vi ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Một số ứng dụng của công nghệ quét 3D
Trong ngành cơ khí, thiết kế ngược là quá trình tái tạo các chi tiết đã tồn tại, nhằm phục vụ cho nhiều công việc khác nhau Bộ phận thiết kế ngược đóng vai trò quan trọng trong việc cải tiến và phát triển sản phẩm, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả làm việc.
+ Thiết kế lại khuôn cho chi tiết.
+ Dựng lại mô hình 3D để đưa vào gia côg lại chi tiết.
Cải tiến các bộ phận trên chi tiết để đáp ứng yêu cầu làm việc là rất quan trọng trong ngành cơ khí Việc đo lường và kiểm tra chất lượng sản phẩm đảm bảo rằng bề mặt đạt độ chính xác theo thiết kế Kiểm tra toàn bộ bề mặt cần thực hiện nhiều phép đo, do đó, phương pháp đo ánh sáng cấu trúc trở thành lựa chọn ưu việt nhờ tốc độ đo nhanh và khả năng kiểm tra các kích thước cũng như bề mặt phức tạp.
Kiểm tra kích thước và đường kính của lòng lõi khuôn là bước quan trọng trước khi sản xuất, giúp phát hiện sai lệch so với thiết kế và đưa ra phương án sửa chữa phù hợp Trong bối cảnh thị trường hiện nay, yêu cầu về tính thẩm mỹ ngày càng cao, đặc biệt trong các ngành sản xuất xe máy, ô tô và điện thoại di động, đòi hỏi cải tiến kiểu dáng sản phẩm Công nghệ quét 3D bằng ánh sáng cho phép lấy mẫu chi tiết cần cải tiến, từ đó sử dụng phần mềm thiết kế để điều chỉnh cấu trúc và hình dáng mà vẫn đảm bảo tính lắp ghép Ngoài ra, kỹ thuật quét 3D cũng được ứng dụng rộng rãi trong ngành cơ khí, dệt may, và da giày, giúp đo các thông số cơ thể mà không cần đo trực tiếp Cuối cùng, công nghệ scan 3D hỗ trợ kiểm tra chất lượng sản phẩm, đặc biệt với các chi tiết phức tạp, giúp doanh nghiệp tiết kiệm thời gian và nâng cao độ tin cậy trong quy trình kiểm tra.
Công nghệ 3D đang ngày càng trở nên quan trọng trong lĩnh vực y tế, nhờ vào khả năng của máy quét 3D trong việc chụp lại khuôn mặt và cơ thể con người một cách nhanh chóng và chính xác Công nghệ này cho phép tạo ra nhiều sản phẩm y tế hữu ích cho bệnh nhân, như niềng răng, hàm, mô hình mặt nạ điều trị cho bệnh nhân bỏng, găng tay tùy biến và chân tay giả.
Công nghệ 3D và máy quét 3D đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng hiện nay Những giải pháp từ công nghệ 3D không chỉ đang phát triển mạnh mẽ mà còn hứa hẹn sẽ nâng cao chất lượng sản xuất và cải thiện đời sống con người trong tương lai.
Tình hình nghiên cứu
Trong quá trình đo đối tượng, ánh sáng cấu trúc cung cấp thông tin chiều cao thông qua biến dạng pha so với vân chiếu mẫu, đòi hỏi phải tính toán các pha điều biến bằng các kỹ thuật phân tích như biến đổi Fourier, phương pháp dịch pha và xác định không gian pha Để xác định tọa độ thực của đối tượng, thiết bị đo cần được hiệu chuẩn để loại bỏ phân bố pha, từ đó đưa ra tọa độ 3D chính xác Nghiên cứu về phương pháp quét biên dạng 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc đang phát triển mạnh mẽ, tập trung vào việc tăng độ chính xác, giảm thời gian quét và chi phí thiết bị, cũng như khả năng quét các đối tượng phức tạp Tuy nhiên, việc ứng dụng các nghiên cứu vào sản xuất thiết bị quét trong ngành cơ khí vẫn là một thách thức lớn do chi phí cao Do đó, việc nghiên cứu và chế tạo thiết bị quét phù hợp với yêu cầu của Việt Nam là rất cần thiết, yêu cầu sự tích hợp và phát triển các giải pháp công nghệ cụ thể.
Phương pháp quét 3D đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị đo 3D, phục vụ cho nhiều lĩnh vực khác nhau trên toàn thế giới Thiết bị đo quét bề mặt bằng ánh sáng là công nghệ cao, nhưng tài liệu kỹ thuật về nó còn hạn chế Việc ứng dụng đo quang học và kỹ thuật xử lý ảnh cho phép đo đồng thời nhiều thông số và mô phỏng hình học bề mặt chi tiết một cách hiệu quả Đề tài nghiên cứu nhằm chế tạo thiết bị quét không tiếp xúc sử dụng ánh sáng cấu trúc mã nhị phân tại Việt Nam, nơi lĩnh vực này còn mới mẻ nhưng đã có một số nghiên cứu bước đầu Nghiên cứu tập trung vào hai phương pháp: phương pháp dịch pha và phương pháp sử dụng mã gray Từ đó, chúng tôi đề xuất phương pháp kết hợp giữa dịch pha và gray nhằm tối ưu hóa quy trình đo, khắc phục nhược điểm của cả hai phương pháp, mang lại ưu điểm như thời gian đo quét nhanh hơn và giảm nhiễu.
PHƯƠNG PHÁP ĐO 3D BẰNG ÁNH SÁNG CẤU TRÚC SỬ DỤNG MÃ GRAY KẾT HỢP DỊCH PHA
Phương pháp dịch pha
Phương pháp dịch pha là công nghệ phổ biến trong đo lường quang học, đặc biệt trong giao thoa vân moi-rơ và chụp ảnh giao thoa laser kỹ thuật số Các thuật toán dịch pha, như 3 bước, 4 bước và 5 bước, đã được phát triển để đo hình dạng 3D một cách chính xác và nhanh chóng Ánh sáng cấu trúc mã dịch pha được phân loại thành hai loại chính: dịch pha dạng nhị phân và dịch pha dạng sin, dựa trên cách mã hóa ảnh mẫu chiếu.
Kỹ thuật chiếu vân dịch pha dạng sin trên máy chiếu thường gặp sai số do tính phi tuyến của gamma Để khắc phục vấn đề này, phương pháp dịch pha nhị phân đã được nghiên cứu nhằm loại bỏ sai số hiệu quả.
Phương pháp dịch pha cho phép xác định giá trị pha của điểm trên bề mặt vật thể, từ đó xác định vị trí 3D của điểm đo Trong quá trình đo, vân chiếu dạng sin được chiếu lên bề mặt đối tượng và hình ảnh này được camera ghi lại để gửi vào máy tính xử lý Máy tính phân tích ảnh thu được, tạo ra ảnh Wrapped và Unwrapped, với giá trị pha được biểu diễn dưới dạng ma trận 2 chiều tương ứng với kích thước của cảm biến CCD Mỗi điểm ảnh trong ma trận này xác định một điểm đo trên bề mặt vật thể, và ma trận giá trị pha được gọi là “bản đồ pha”, dùng để tái tạo biên dạng 3D của vật cần quét.
Việc nghiên cứu đã tập trung vào các vấn đề sau:
- Các thuật toán dịch pha: số bước dịch pha, sự kết hợp dịch pha với các phương pháp khác, xác định tọa độ điểm đo….
- Sơ đồ nguyên lý: cách bố trí sơ đồ hình học của hệ thống.
- Các nghiên cứu phát triển hệ thống tạo ánh sáng trong phương pháp dịch pha.
- Các phương pháp gỡ pha.
- Nghiên cứu nâng cao độ chính xác của phương pháp: hiệu chuẩn hệ thống, thuật toán gỡ pha, xử lý nhiễu….
- Nghiên cứu đo toàn bộ vật thể.
Nghiên cứu ứng dụng phương pháp dịch pha đã cho thấy tiềm năng lớn trong nhiều lĩnh vực, bao gồm đo lường và kiểm tra chất lượng sản phẩm công nghiệp, y học, công nghệ thời trang và an ninh Phương pháp này giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong việc đánh giá chất lượng, đồng thời mở rộng ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau.
Hình 3.1: Vân chiếu dạng sin
Phương pháp mã hóa Gray
Mã hóa Gray là một phương pháp quét biên dạng 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc với các mẫu chiếu gồm vạch trắng và đen xen kẽ, còn được gọi là mẫu chiếu nhị phân Phương pháp này chia không gian chiếu thành các vùng riêng biệt, mỗi vùng được nhận biết bằng mã nhị phân từ các mẫu chiếu tuần tự Với n mẫu chiếu, ta có 2^n vùng đánh dấu trong không gian chiếu, và để tăng độ phân giải theo chiều ngang, cần tăng số mẫu chiếu Tuy nhiên, việc này bị giới hạn bởi phần cứng hệ thống chiếu và khả năng phân biệt vùng đen trắng của camera Tương tự như phương pháp dịch pha, mỗi điểm ảnh trên camera tương ứng với điểm cần đo trên chi tiết Độ cao của điểm đo được xác định theo nguyên tắc tam giác lượng trong quang học Hệ thống vân đối nghịch trong phương pháp Gray giúp giảm sai lệch của các bít và hạn chế ảnh hưởng của điều kiện chiếu sáng.
Gartner et Al đã đưa các tiêu chuẩn sau đây để đánh giá một mã nhị phân:
Mỗi mã trong bộ mã được xác định bởi một thuật toán mã nhị phân phải có tính duy nhất, đảm bảo không có sự trùng lặp giữa các mã.
Khả năng tự thích nghi trong việc xác định mã cho điểm ảnh là rất quan trọng, do ảnh hưởng của ánh sáng môi trường và sự phản xạ bề mặt, khiến cường độ tỉ lệ xám thay đổi trên các vùng khác nhau của hình ảnh Điều này cho thấy rằng một giá trị ngưỡng cố định không thể đáp ứng yêu cầu của toàn bộ hình ảnh Thuật toán cần xác định ngưỡng phù hợp cho từng điểm ảnh, đảm bảo rằng vùng mã trên vật quét có giá trị nhị phân, tức là bit 0 ở mẫu chiếu này có thể trở thành bit 1 ở mẫu chiếu khác Khoảng Hamming giữa các mã tiếp giáp là 1, được định nghĩa là số bit khác nhau khi so sánh hai mã theo vị trí tương ứng.
Hai mã nhị phân "10011001" và "10111011" khác nhau ở bit thứ 3 và thứ 7, dẫn đến khó khăn trong việc xác định mã bit của điểm ảnh do kích thước hữu hạn của chúng Điều này gây ra lỗi trong quá trình tính toán, đặc biệt khi khoảng cách Hamming giữa các vùng mã liền kề không luôn bằng 1 Nếu khoảng cách Hamming luôn là 1, thuật toán có thể dễ dàng xác định các điểm mơ hồ và phát hiện nhiễu, từ đó áp dụng các phương pháp xử lý nhiễu hiệu quả hơn Do đó, phương pháp chiếu sử dụng mã nhị phân cơ bản với khoảng cách Hamming biến thiên sẽ gặp bất lợi so với phương pháp chiếu sử dụng mã hóa Gray.
Hình 3.2: Phương pháp mã Gray
Phương pháp kết hợp dịch pha và mã hóa Gray
Nghiên cứu phương pháp kết hợp dịch pha và mã hóa Gray đánh giá ứng dụng của phương pháp này trong đo lường các chi tiết cơ khí Phương pháp dịch pha sử dụng 4 bước, mang lại nhiều ưu điểm như giảm nhiễu và thời gian đo quét nhanh hơn Các mẫu chiếu được điều chế cường độ theo một công thức cụ thể.
Trong bài viết này, chúng ta xem xét cường độ phân bố tại tọa độ (x, y) của 4 mẫu chiếu, trong đó I0(x,y) đại diện cho cường độ thành phần nền, Imod(x, y) là biên độ tín hiệu điều chế, và (x, y) là thành phần pha Các công thức liên quan được trình bày lại một cách rõ ràng để dễ hiểu hơn.
Từ đó giá trị pha được xác định bởi công thức:
XÂY DỰNG HỆ THỐNG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM
Xây dựng hệ thống thiết bị thực nghiệm
Máy đo biên dạng 3D bằng ánh sáng cấu trúc là thiết bị đo hình dạng ba chiều của đối tượng thông qua việc sử dụng mẫu ánh sáng và hệ thống camera Phương pháp quét 3D này hoạt động bằng cách chiếu ánh sáng cấu trúc lên đối tượng, sau đó hệ thống camera ghi lại vệt sáng xuất hiện trên bề mặt 3D Sự biến dạng của vệt sáng so với mẫu ánh sáng ban đầu cho phép xác định độ sâu của vật thể thông qua phương pháp tam giác lượng.
Hình 3.3: Phương pháp dịch pha và gray code thông tin về
Phương pháp đo bằng ánh sáng cấu trúc mã dịch pha kết hợp gray sử dụng một camera và một máy chiếu, giúp giảm thiểu yêu cầu tính toán so với phương pháp stereo trước đây, vốn cần hai camera như mắt người để tái tạo vật thể Việc sử dụng chỉ một camera giúp hạn chế sai số và thời gian xử lý, do không cần tìm sự tương đồng giữa các pixel trên hai ảnh khác nhau, mà vẫn đảm bảo độ chính xác cao Hơn nữa, phương pháp này cũng giảm thiểu ảnh hưởng của độ sáng khác nhau giữa hai ảnh, giúp cải thiện độ chính xác khi xác định các điểm tương ứng.
Hình 4.2: Vùng của vật thể bị che khuất (Vùng a) khi hệ thống dùng 1 camera
Việc sử dụng ánh sáng cấu trúc mã dịch pha chiếu bằng máy chiếu mang lại nhiều lợi thế Cụ thể, phương pháp chiếu vân dịch pha 4 bước cho phép thu được 2 ảnh được mã hóa sin từ camera Từ đó, chúng ta có thể tính toán pha tuyệt đối bằng cách chiếu đường tâm lên vật, giúp giảm thời gian tính toán và nâng cao độ chính xác, đồng thời không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường.
Mô hình máy quét 3D sử dụng phương pháp ánh sáng cấu trúc được thiết kế để tái tạo hình ảnh 3D của vật thể quét Hệ thống bao gồm một máy chiếu công nghệ DLP và một camera thu ảnh, được sắp xếp thành cụm đầu đo với khả năng dịch chuyển tịnh tiến lên xuống theo phương Z nhờ bộ truyền đai.
Bàn đặt vật đo được thiết kế để tối ưu hóa diện tích quét bằng cách cho phép vật thể quay tròn trên mặt phẳng Bàn quay này hỗ trợ việc đặt chi tiết cần đo lên để quét, đồng thời có khả năng quay quanh trục Oz nhờ vào động cơ gắn liền với đai răng dẫn động.
Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý máy đo ánh sáng cấu trúc
Bộ phận cơ khí được điều khiển bởi máy tính cá nhân, kết nối với máy chiếu để điều khiển hình ảnh vân chiếu lên vật cần quét Máy tính thực hiện các kết nối điều khiển quá trình chuyển động của đầu đo và bàn gá vật, đồng thời thu nhận và xử lý hình ảnh từ các camera Phần mềm cho thiết bị bao gồm phần mềm điều khiển cấu trúc vân cho máy chiếu, phần mềm điều khiển sự dịch chuyển của các bộ phận và phần mềm thu nhận, xử lý ảnh để dựng lại hình ảnh 3D Các phần mềm được viết trên Visual C++ với ảnh vân mẫu mã hóa Gray và mã dịch pha, được tạo ra từ phần mềm mã hóa ánh sáng cấu trúc với 4 ảnh dịch pha và 38 ảnh Graycode Ảnh mẫu sẽ được xuất ra máy chiếu để chiếu lên bề mặt vật, trong khi hai camera thu ảnh vân mẫu cùng lúc từ hai góc nhìn khác nhau Máy tính sẽ xử lý và lưu ảnh từ hai camera, đồng thời điều khiển quá trình chiếu và chụp ảnh của cụm cảm biến, cũng như vị trí đo của chi tiết thông qua bảng mạch vi xử lý Arduino Uno R3, điều khiển các driver tác động lên động cơ dẫn động cho bàn quay.
Nhìn tổng thể vào chương trình điều khiển máy đo 3D bằng ánh sáng cấu trúc ta thấy được chương trình gồm các module chính sau :
Phần kết nối cổng COM với vi điều khiển.
Phần hiển thị thị hình ảnh camera thu được.
Phần điều khiển bàn quay
Hình 4.4: Giao diện chương trình điều khiển bàn quay
Hình 4.5: Bo mạch Arduino uno R3 và nguồn tổ ong 24V
Hình 4.6: Bàn quay và bộ điện điều khiển
Hiệu chuẩn hệ thống
Trong các phương pháp đo hình dạng thông thường, hệ thống quang học được mô hình hóa và hiệu chỉnh thông qua việc xác định các tham số hình học như vị trí tâm của ống kính máy ảnh và máy chiếu Tuy nhiên, các mô hình này không thể bao quát hết thông tin của hệ thống quang học, bao gồm biến dạng thấu kính, sai lệch cường độ ánh sáng, và độ tuyến tính của ánh sáng chiếu Thiếu sót trong các thông tin này có thể dẫn đến sai số trong phép đo Hơn nữa, việc tính toán tọa độ không gian dựa trên các thông số này cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả đo Do đó, để đạt được độ chính xác cao, việc hiệu chỉnh chính xác máy chiếu và camera là rất cần thiết.
Tính toán chọn khoảng cách L, B
L – khoảng cách từ camera đến vùng chiếu
B – khoảng cách tâm ống kính camera và tâm máy chiếu α �
Suy ra L = (h/2)/tanα ; = 13 0 Vậy B= L x tg
Quét và xây dựng biên dạng 3D
Việc xây dựng biên dạng 3D chính xác của vật thể đòi hỏi hiệu chuẩn từng yếu tố trong hệ thống đo, bao gồm các phương pháp như mạng nơron, phương pháp điều chỉnh gói, và phương pháp 10 pha tuyệt đối Quá trình hiệu chuẩn phụ thuộc vào thông tin thông số sẵn có và cách thiết lập hệ thống, thường gặp khó khăn và tốn nhiều thời gian.
Trong hệ thống đo lường ánh sáng, cấu trúc máy ảnh được mô phỏng như một máy ảnh lỗ nhỏ với các thông số bên trong như chiều dài tiêu cự, điểm nguyên tắc, điểm ảnh các yếu tố nghiêng và kích thước điểm ảnh Ngoài ra, các thông số bên ngoài bao gồm quá trình quay và tịnh tiến từ hệ tọa độ thực đến hệ tọa độ của camera.
Hình 4.7: Ảnh chiếu ánh sáng cấu trúc và hiển thị trên phần mềm
Hình 4.8: Giao diện chương trình xử lý dữ liệu sau khi quét
Hình 4.9: Kết quả sau khí calib trên bảng calib 17x10
Sau calib giữ nguyên hệ thống không xê dịch, đặt vật lên bàn xoay và chụp với nhiều góc khác nhau.
Hình 4.10: Ảnh Chi Tiết Khuôn quét trên phần mềm
Hình 4.11: Kết quả dựng đám mây điểm trên phần mềm MESLAB
Hình 4.12: Kết quả dựng ảnh 3D trên phần mềm
Một số kết quả khác bọn em thu được trong quá trình thực nghiệm :
Từ các file thu được ta xử lí ảnh và dựng lại hình 3D bằng phần mêm Meshlab hoặc Geomagic Studio
Quét vật thể từ nhiều góc nhìn khác nhau và xử lý nhiễu để xây dựng mặt cho đám mây điểm đã quét Sau đó, tìm kiếm các điểm tương đồng để liên kết các mặt với nhau bằng phần mềm Meshlab.
Các yếu tố ảnh hưởng đến đo quét và biện pháp khắc phục
Tiếng ồn và sự rung động từ môi trường xung quanh có thể làm giảm độ chính xác khi chụp ảnh và tăng độ nhiễu cho hình ảnh Để cải thiện chất lượng ảnh, cần đặt máy ở những vị trí yên tĩnh và ít rung động.
- Bụi trong không khí cũng là nguyên nhân khiến ảnh chụp được không rõ nét
4.4.2 Yếu tố bên trong máy
- Tiêu cự của máy chiếu và độ lấy nét của camera
- Khoảng cách L, B ảnh hưởng không đáng kể đến sự thay đổi của ảnh chụp khi thay đổi
L ± 50, giữ nguyên B hoặc thay đổi B ± 50, giữ nguyên L Chúng em đã thực nghiệm và thấy được điều đó.
Từ biểu đồ ta thấy thông số calib thay đổi không đáng kể và các thông số này vẫn đảm bảo yêu cầu.
Màu sắc của vật thể ảnh hưởng lớn đến chất lượng ảnh chụp, điều này được chứng minh qua việc chụp nhiều vật thể có màu sắc khác nhau trong cùng một lần quét Kết quả cho thấy màu trắng và trắng bạc hầu như không lên hình, trong khi màu đỏ, vàng, nâu và xám có thể lên hình nhưng không đẹp bằng màu xanh lục hoặc xanh da trời Do đó, để đạt được hình ảnh tốt nhất khi quét và dựng lại chi tiết cơ khí, nên sơn màu cho vật thể.
Độ nghiêng của mặt calib có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng hình ảnh thu được Khi mặt calib nghiêng, hình ảnh sẽ bị méo và cong, dẫn đến sự không đẹp mắt Để đạt được chất lượng tốt nhất, cần đảm bảo mặt phẳng chiếu song song với đường cơ sở, tức là đường nối giữa tâm của Camera và máy chiếu.
Mặt calib ngả ra sau
Mặt calib tương đối song song với đường cơ sở
