T Ổ NG QUAN
Lý do và mục đích chọn đề tài
1.1.1 Lý do chọn đề tài
Ngành công nghiệp sản xuất hiện nay đang trở thành lĩnh vực kinh tế chủ chốt tại Việt Nam và toàn cầu Các nhà máy và xí nghiệp đang tìm kiếm phương pháp sản xuất nhanh chóng, chính xác và có mẫu mã đẹp Việc thiết kế sản phẩm dựa trên các mẫu có sẵn thường tốn nhiều thời gian và không đạt yêu cầu Do đó, cần có giải pháp hiệu quả để giải quyết những vấn đề này, mang lại sự tiện lợi và nhanh chóng cho các công ty, trung tâm nghiên cứu, trường học và những người yêu thích công nghệ.
Hình 1.1: Quy trình sản xuất sản phẩm công nghiệp
Hiện nay, công nghệ xử lý ảnh qua camera và bảo mật thẻ RFID đang phát triển mạnh mẽ, giúp việc áp dụng vào quy trình sản xuất trở nên thuận tiện và nhanh chóng hơn Ngành kỹ thuật 3D tại Việt Nam, bao gồm thiết kế 3D, scan 3D và in 3D, đang trên đà phát triển, thu hút sự quan tâm của sinh viên kỹ thuật Chúng em luôn khao khát học hỏi và khám phá những điều mới mẻ Nhận thấy sự phát triển rộng rãi và tính thú vị của công nghệ này, chúng em quyết định chọn đề tài Scan 3D để nghiên cứu và chế tạo.
Chúng tôi nghiên cứu và áp dụng công nghệ mới trong lĩnh vực xử lý ảnh để chế tạo mô hình máy Scan 3D gọn nhẹ, dễ sử dụng, với độ chính xác cao và thời gian quét nhanh Dự án này không chỉ là tiểu luận tốt nghiệp mà còn là cơ hội để chúng tôi phát huy kiến thức đã học, tạo ra sản phẩm chất lượng từ khả năng của chính mình Qua đó, chúng tôi khẳng định năng lực để trở thành kỹ sư có đóng góp tích cực cho nền kỹ thuật của đất nước sau khi ra trường.
Nội dung và giới hạn đề tài
Trong đề tài này nhóm sẽ tiến hành nghiên cứu các nội dung sau:
- Tìm hiểu ưu và nhược điểm của một số máy Scan 3D có sẵn trên thị trường
- Tìm hiểu về xử lý ảnh, nhận diện ảnh từ vật mẫu
- Giao tiếp giữa máy tính và Arduino
- Tìm hiểu các linh kiện (Arduino, camera, laser, động cơ bước ), vật liệu làm mô hình để thực hiện đề tài máy Scan 3D
- Thiết kế và thi công mô hình
- Đánh giá kết quả thực hiện
- Nhận xét ưu và nhược điểm của đề tài và hướng phát triển
1.2.2 Mục tiêu và giới hạn đề tài
Vì một số điều kiện khách quan cũng như chủ quan nên đề tài nhóm tập chung vào một số vấn đề sau:
- Thiết kế và xây dựng mô hình máy Scan 3D
- Hiệu chỉnh được thông số của máy
- Máy hoạt động ổn định, sai số thấp, gọn nhẹ, có thể khắc phục được các hạn chế của những máy Scan 3D trước đó
- Nhận dạng được vật thể, căn chỉnh được ánh sáng, chế độ làm việc cũng như thời gian quét của máy
Giới thiệu về công nghệ thiết kế ngược
Trong lĩnh vực sản xuất, quy trình chế tạo sản phẩm thường bắt đầu bằng việc thiết kế ý tưởng và phác thảo, sau đó là tính toán, kiểm tra và hoàn thiện để tìm ra phương pháp tối ưu Đây là chu trình sản xuất truyền thống, hay còn gọi là công nghệ sản xuất thuận (Forward Engineering) Tuy nhiên, trong vài thập kỷ qua, với sự phát triển của công nghệ, một phương pháp mới đã xuất hiện, đó là công nghệ thiết kế ngược (Reverse Engineering), cho phép chế tạo sản phẩm dựa trên những sản phẩm có sẵn, hay còn gọi là công nghệ chép mẫu.
Trong ngành cơ khí chế tạo, công nghệ thiết kế ngược là quá trình tạo ra sản phẩm dựa trên các mẫu có sẵn mà không cần bản vẽ thiết kế, đặc biệt khi bản vẽ bị mất hoặc không rõ ràng Sản phẩm mới được phát triển từ việc khôi phục hoặc cải tiến thực thể ban đầu.
Công nghệ thiết kế ngược (Reverse Engineering) đã ra đời từ những năm 90 và nhanh chóng được áp dụng trong nhiều lĩnh vực phát triển sản phẩm, đặc biệt là trong thiết kế mô hình 3D nhờ vào sự hỗ trợ của phần mềm CAD/CAM Kỹ thuật này không ngừng phát triển và cải tiến để đáp ứng nhu cầu sản xuất của xã hội, trở thành một phần quan trọng trong quy trình sản xuất hiện đại Nhiều công ty trên thế giới, đặc biệt là ở Trung Quốc, đã thành công trong việc ứng dụng công nghệ thiết kế ngược để sản xuất xe máy, ô tô, máy móc, đồ gia dụng và đồ chơi dựa trên các mẫu có sẵn trên thị trường.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN hãng nổi tiếng của Nhật, Hàn Quốc như Honda, Misubishi, Toyota (Hình 1.2 là một ví dụ minh họa)
Sản phẩm thực Sản phẩm sơn trắng để quét
Quét mẫu bằng máy ATOS Mô hình sản phẩm sau khi quét
Mô hình hóa các bề mặt Mô hình CAD xây dựng lại
Trong những năm gần đây, công nghệ thiết kế ngược đã được áp dụng vào sản xuất tại Việt Nam, nhưng vẫn còn thiếu tính chuyên nghiệp Đặc biệt, các công ty sản xuất khuôn cho sản phẩm nhựa thường thực hiện việc số hóa mô hình và lấy dữ liệu một cách thủ công khi nhận đơn đặt hàng, dẫn đến quy trình chưa hiệu quả.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN tay Việc ứng dụng các thiết bị số hóa công nghệ cao chuyên dụng, các phần mềm thiết kế ngược vẫn chưa nhiều Chỉ có một số ít công ty có thể làm theo hợp đồng như công ty Hàn Quốc, trung tâm dịch vụ công nghệ 3D hay các viện trường đại học như trường Đại Học GTVT, Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, Đại Học Bách Khoa
Hà Nội có máy quét 3D nhưng chủ yếu vẫn là phục cho học tập và nghiên cứu
1.3.2 Ưunhược điểm của công nghệ thiết kếngược
Kiểm tra chất lượng sản phẩm thông qua việc so sánh mô hình CAD với sản phẩm thực tế, từ đó điều chỉnh mô hình hoặc các thông số công nghệ để đáp ứng yêu cầu Mô hình CAD đóng vai trò là mô hình trung gian trong quá trình thiết kế, nơi sản phẩm được tạo ra bằng tay từ các vật liệu như đất sét, thạch cao, hoặc sáp, sau đó quét hình để chuyển đổi thành mô hình CAD Từ mô hình này, các chỉnh sửa sẽ được thực hiện 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
+ Cần có công nghệ hiện đại là các loại máy quét hình
1.3.3 Quy trình công nghệ thiết kếngược
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học công nghệ, quá trình sản xuất sản phẩm ngày càng chuyên môn hóa, được chia thành nhiều công đoạn riêng biệt nhưng liên kết chặt chẽ theo một tiêu chuẩn thống nhất Mặc dù có nhiều cải tiến, quy trình sản xuất hiện tại vẫn chủ yếu được thể hiện qua hai sơ đồ.
Quy trình thiết kế thuận bắt đầu từ ý tưởng thiết kế, nơi người thiết kế phác thảo sơ bộ sản phẩm bằng bản vẽ CAD Bản vẽ này được tính toán, phân tích và kiểm tra các thông số kỹ thuật, sau đó chuyển đổi sang CAE để tối ưu hóa Tiếp theo, bản vẽ thiết kế hoàn chỉnh được tạo ra, và các bước chuẩn bị công nghệ (CAPP) cùng lập trình gia công (CAM) được thực hiện Mẫu sản phẩm được chế tạo thử nghiệm bằng phương pháp tạo mẫu nhanh (RP) hoặc máy CNC, sau đó được kiểm tra thực tế để xác định tính khả thi Nếu không đạt yêu cầu, quá trình sẽ quay lại từ bản vẽ phác thảo cho đến khi mẫu sản phẩm đáp ứng tiêu chuẩn trước khi đưa vào sản xuất thực sự.
Hình 1.3: Quy trình thiết kế thuận và Quy trình thiết kếngược
Trong quy trình thiết kế ngược, chúng ta bắt đầu từ một mẫu sản phẩm thực tế (Physical part) và tiến hành số hóa mẫu sản phẩm này Quá trình này sử dụng các thiết bị và phần mềm chuyên dụng để tạo ra mô hình CAD cụ thể Sau khi có mô hình CAD, các bước tiếp theo sẽ tương tự như trong quy trình thiết kế truyền thống.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN chu trình sản xuất thuận trải qua các bước tính toán, phân tích, tối ưu hóa trên các phần mềm CAE/CAM, chuẩn bị công nghệ (CAPP) gia công tạo mẫu nhanh hoặc lập trình gia công trên máy CNC hay các máy công cụ khác, kiểm tra thực tế cuối cùng mới đưa vào sản xuất đại trà
1.3.4 Các ứng dụng của công nghệ thiết kếngược
Với khả năng mô hình hóa chi tiết nhanh chóng và chính xác, công nghệ này đáp ứng hiệu quả các nhu cầu đa dạng của thị trường trong nhiều lĩnh vực, kể cả những chi tiết có độ phức tạp cao.
* Trong lĩnh vực nghệ thuật
Hình 1.4: Công nghệ RE dựng mô hình CAD cho các tác phẩm nghệ thuật
Hình 1.5: Ứng dụng công nghệ tái tạo lấy mẫu hoa văn thủ công
Trong lĩnh vực thiết kế, công nghệ thiết kế ngược cho phép sao chép và phân tích các đặc điểm của các kiệt tác nghệ thuật như hội họa và điêu khắc Những sản phẩm này thường được mô hình hóa bởi các nhà kỹ thuật (Stylist) với yêu cầu cao về tính thẩm mỹ, sử dụng các chất liệu như đất sét, chất dẻo và gỗ Mặc dù các tác phẩm nghệ thuật chỉ là kết quả của sự sáng tạo từ một số ít nghệ sĩ và nhà thiết kế, nhưng nhu cầu thưởng thức và sở hữu chúng lại rất lớn trong cộng đồng.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN trường đòi hỏi các sản phẩm phải có 1 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 cần có được mô hình CAD của sản phẩm mong muốn Việc này chỉ có thể thực hiện được bằng công nghệ thiết kế ngược Với các thiết bị hiện đại và sự trợ giúp của máy tính chúng ta có thể xây dựng được các dự liệu CAD giống hệt mô hình thật do các nhà mỹ thuật tạo ra với dung sai nhỏ (hình 1.6, hình 1.7)
Công nghệ RE đóng vai trò quan trọng trong việc cải tiến mẫu mã sản phẩm, giúp rút ngắn thời gian thiết kế và đưa sản phẩm ra thị trường Thay vì bắt đầu từ đầu với quy trình phác thảo, tối ưu và kiểm nghiệm, chúng ta có thể kế thừa những mẫu sản phẩm đã được tối ưu và đạt tiêu chuẩn, từ đó thiết kế lại cho phù hợp với yêu cầu mới Điều này không chỉ giảm thời gian sản xuất (Lead time) mà còn giúp các công ty nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường và tối đa hóa lợi nhuận Trong bối cảnh nhu cầu thị trường thay đổi liên tục, việc ra mắt mẫu mã mới kịp thời là yếu tố quyết định thành công của doanh nghiệp.
Mô hình quét mẫu sản phẩm Mô hình CAD đưa ra
Hình 1.6: Ứng dụng RE thiết kế lại sản phẩm cơ khí phức tạp
Công nghệ RE được áp dụng để thay thế các chi tiết hoặc bộ phận mà nhà sản xuất không còn cung cấp, cho phép chế tạo lại mà không cần bản vẽ thiết kế Ngoài ra, công nghệ này cũng hỗ trợ sản xuất theo mẫu mã mới, tối ưu hơn để đáp ứng nhu cầu thị trường.
Một số máy Scan 3D hiện nay
1.4.1 Máy Afinia EinScan-SE (Elite)
Máy Scan 3D ngày càng được ưa chuộng trong ngành sản xuất nhờ vào khả năng sử dụng tia laser, mang lại sản phẩm chất lượng cao Đặc biệt, Máy quét 3D EinScan-SE (Elite) với bàn xoay từ Afini có khả năng tạo ra mô hình 3D chính xác cho nhiều ứng dụng thiết kế và in 3D sáng tạo EinScan-SE hỗ trợ hai chế độ quét: quét tự động và quét cố định.
Hình 1.13: Máy quét 3D EinScan-SE (Elite) với bàn xoay Ưu điểm:
- Độ chính xác ≤0,1mm với công nghệ chuyển pha ánh sáng
- Quét các mục nhỏ đến 1,2 x 1,2 x 1,2 " Kích thước quét tối đa ở chế độ tự động lớn hơn, lên đến 27,6 x 27,6 x 27,6"
- Quá trình quét tự động mất khoảng 2 phút để hoàn thành, trong khi quá trình quét cố định mất khoảng 8 giây
- Quét có thể được thực hiện chỉ với một cú nhấp chuột, làm cho trải nghiệm thân thiện với người dùng
- Các mô hình kỹ thuật số do EinScans tạo ra đã sẵn sàng để in trên máy in 3D như Afinia H800 +, H480 hoặc H400
Quét ánh sáng trắng an toàn hơn so với quét laser, vì ánh sáng trắng được phát ra từ máy chiếu tương tự như những ánh sáng thường thấy trong lớp học và văn phòng.
- EinScan-SE có trọng lượng nhẹ và có thể mang đi hầu hết mọi nơi
Mảng ứng dụng thực tế: quét 3D mẫu đồ chơi, các chi tiết tượng đắp tay, sản phẩm vật phẩm phong thủy
Máy Afinia EinScan-SE mang lại hiệu suất quét mẫu ấn tượng với thời gian nhanh chóng và độ chi tiết cao, tạo ra tệp dữ liệu 3D chất lượng tốt Tuy nhiên, mức giá 56.800.000 VNĐ vẫn còn khá cao, gây khó khăn cho người sử dụng, kỹ sư và sinh viên trong ngành kỹ thuật trong quá trình nghiên cứu và học tập.
Máy Scan 3D Cybergage360, được sản xuất bởi Cyberoptic Hoa Kỳ, nổi bật với sự kết hợp độc đáo giữa tốc độ, độ chính xác và cơ chế điều khiển một nút Thiết bị này giúp tăng cường quy trình kiểm tra chất lượng 3D tự động không tiếp xúc, từ đó giảm thiểu chi phí chất lượng và rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường.
Quét tự động chính xác cao toàn bộ 360 độ bề mặt của mẫu với sai số 10 microns
Công nghệ Ngăn Chặn Phản Xạ đa phương, được đăng ký bản quyền bởi CyberOptics, đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu sự biến dạng trong quá trình đo lường của hệ thống quang học với độ chính xác cao.
Hình 1.15: Chống phản xạđa chiều 3D - MRS)
- Quét mẫu đơn giản với cơ chế điều khiển tự động một nút
-Tăng tốc lựa chọn chương trình nhiệm vụ với Bar Code Part ID
- Cung cấp sự vận hành thân thiện với môi trường làm việc trong nhà máy và thời gian đào tạo vận hành ngắn
- Xuất báo cáo kiểm tra tự động bao gồm so sánh dữ liệu quét 3D với CAD tiêu chuẩn hoặc theo các bản mẫu có sẵn
- Chương trình off-line với các mẫu kiểm tra sơ bộ
- Loại trừ việc kiểm tra phụ thuộc vào đồ gá
- Cân chỉnh máy nhanh chóng và đơn giản
Máy scan 3D CyberGage360 có khả năng ứng dụng đa dạng trong nhiều ngành công nghiệp, từ tự động hóa, hàng không vũ trụ đến sản xuất sản phẩm điện tử Thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm tra sản phẩm, góp phần nâng cao hiệu quả trong chuỗi sản xuất.
Máy Scan 3D Cybergage360 nổi bật với độ chính xác cao nhờ công nghệ MRS, sai số thấp và cơ chế điều khiển “một nút” dễ sử dụng Hệ thống đo không tiếp xúc giúp đảm bảo mẫu không bị biến dạng trong quá trình quét.
Máy Scan 3D khác
Nhiều học sinh, sinh viên đã nghiên cứu và chế tạo máy Scan 3D trong môi trường sáng tạo, nhưng hầu hết sản phẩm vẫn còn thô sơ và có độ chính xác thấp, chủ yếu nhằm thỏa mãn đam mê công nghệ.
1.5.1 Máy Scan 3D nhóm sinh viên trường đại học Bách Khoa Hà Nội
Hình 1.16: Máy quét cơ thểngười của nhóm sinh viên
Bắt đầu từ năm 2014, nhóm sinh viên Mã Lập Phong (lớp CDT1-k56) thuộc Viện Cơ khí, Đại học Bách Khoa Hà Nội đã nghiên cứu và phát triển thành công "máy quét 3D kích thước cơ thể người" Sản phẩm này được ứng dụng trong lĩnh vực y tế và ngành công nghiệp thời trang, với tổng chi phí nghiên cứu là 30 triệu đồng.
Máy quét 3D gồm có hệ cơ khí và hệ quang Hệ cơ khí gồm một bàn quay để người đứng lên , có thể quay 360 độ với tốc độ thấp
Máy chiếu độ phân giải: 1024x768
+ Đầu đo để quét toàn bộ cơ thể chưa chắn chắc, còn sai số
+ Màu sắc bị mờ, nhiễu do ánh sáng
+ Thời gian đo còn lâu, thiếu chính xác
+ Cần lắp đặt cố định đầu đo để giảm thiểu sai số
+ Cần đặt ở vị trí cố định, căn chỉnh thông số hợp lý
+ Cần nghiên cứu tăng độ chính xác, giảm thời gian đo xuống, cải thiện để gọn nhẹ hơn
1.5.2 Máy quét 3D của kỹsư Phan Huỳnh Lâm trường đại học Bách Khoa
Hình 1.17: Máy quét 3D của kỹsư Phan Huỳnh Lâm
Trong bối cảnh hệ thống máy quét 3D ngày càng phổ biến, giúp nâng cao năng suất và tiết kiệm chi phí, nhưng giá thành lại cao, kỹ sư Phan Huỳnh Lâm đã phát triển mô hình máy quét 3D nhằm làm chủ công nghệ và giảm giá thành sản phẩm Mô hình này mang lại nhiều ưu điểm đáng kể trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất.
- Có khả năng quét một lần với độ chính xác cao hơn mà các thiết bị ngoại nhập không làm được
- Bảo trì bảo dưỡng sản phẩm dễ dàng, thuận tiện
- Độ chính xác không cao
- Thời gian quét còn lâu
- Cải thiện chức năng quét, thời gian quét của máy
- Sử dụng linh kiện tốt hơn
- Cải thiện sản phẩm nhỏ gọn hơn, độ phân giải tốt hơn
Rút ra kết luận
Kết luận: Qua quá trình nghiên cứu, đánh giá và rút kinh nghiệm từ các loại máy hiện có, việc thiết kế máy Scan 3D trong đề tài này cần đảm bảo các ưu điểm nổi bật và khắc phục những điểm yếu cố hữu Sản phẩm hoàn thiện phải đáp ứng các tiêu chí chất lượng và hiệu suất cao.
- Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng di chuyển
- Chất lượng sản phẩm 3D ở mức cao
- Máy có độ bền cao, cứng vững, dễ dàng tháo lắp, vệ sinh
- Sử dụng đa dạng các nhu cầu khác nhau từ nghiên cứu đến thực tiễn
- Sử dụng được trên nhiều vật liệu khác nhau.
- Phần mền sử dụng trực quan dễ sử dụng.
Phương pháp nghiên cứu
Để nghiên cứu và chế tạo máy Scan 3D, cần dựa vào lý thuyết từ các môn học như điều khiển tự động, kỹ thuật số và thị giác máy tính, kết hợp với kiến thức chuyên ngành về cơ khí, điện tử và điều khiển Ngoài ra, việc tham khảo tài liệu trên internet về kiến thức bổ trợ, phần mềm vận hành và thiết kế máy là cần thiết để phân tích và lựa chọn phương án thiết kế máy Scan 3D phù hợp nhất, đáp ứng yêu cầu của đề tài.
THI Ế T K Ế VÀ CH Ế T Ạ O MÁY SCAN 3D
Thiết kế máy Scan 3D
Dựa trên những ưu nhược điểm của các máy hiện có trên thị trường, nhóm chúng tôi đã thiết kế lại sản phẩm để tối ưu hóa cho việc học tập, nghiên cứu và phát triển.
Hình 2.1: Tổng thể máy Scan 3D
Hình 2.2: Ảnh tổng thể 3D của máy Scan 3D
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SCAN 3D Để cấu tạo nên nên máy gồm 4 chi tiết chính bao gồm:
Bàn xoay (A) cho phép quay 360 độ trong quá trình hoạt động, giúp camera và laser thu được hình ảnh toàn diện của vật mẫu khi được đặt trên bàn.
- Khớp nối (B) có chức năng kết nối động cơ với bàn xoay, có thể tháo lấp một cách dễ dàng
- Thân trên (C) có chức năng cố định khung máy thông qua các ống sắt tròn có đường kính 12mm, giữ camara cố định khi máy hoạt động
- Đầu gá laser (D) có chức năng cố định laser với thân trên của máy thông qua ống sắt tròn có đường kính 12mm
- Ngoài ra còn có khớp nối 4 đầu để cố định cho khung dưới khi máy hoạt động
Hình 2.3: Bản vẽ bàn xoay
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SCAN 3D
Hình 2.4: Bản vẽ khớp nối động cơ
Hình 2.5: Bản vẽ thân trên của máy
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SCAN 3D
Hình 2.6: Bản vẽđầu gá laser
Hình 2.7: Bản vẽ đầu nối các trục
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SCAN 3D
Thi ế t k ế h ệ th ống điệ n
2.2.1 Khối điều khiển Để máy hoạt động quét cho ra kết quả tốt cần có các khối hoạt động trong hệ thống điện kết nối với nhau, hỗ trợ lẫn nhau Các khối hệ thống điện được trình bày theo sơ đồsau đây:
Hình 2.8:Sơ đồ hệ thống
Khối điều khiển thực hiện chương trình quét dựa trên cơ sở dữ liệu và tín hiệu bên ngoài, điều khiển các cơ cấu chấp hành như camera, tia laser và động cơ trục chính để tạo biên dạng vật mẫu Các thành phần cơ bản của khối điều khiển bao gồm những yếu tố thiết yếu cho quá trình này.
Màn hình hiển thị giá trị tọa độ hiện tại của hệ thống, trạng thái hoạt động và tất cả các thông số liên quan đến toàn bộ hệ thống.
Các khối I/O của bộ phận truyền động kết nối với CPU thông qua Bus hệ thống Các khối Flash và Eam được sử dụng để lưu trữ chương trình điều khiển và dữ liệu máy, đồng thời giao tiếp với CPU qua Bus trong CPU.
Chương trình điều khiển là phần mềm được phát triển bằng ngôn ngữ lập trình, được lưu trữ trên các thiết bị như băng từ, đĩa từ, đĩa CD hoặc bộ nhớ khác, và sau đó sẽ được nạp vào hệ thống để thực hiện các tác vụ cần thiết.
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SCAN 3D vào hệ điều khiển số qua cửa nạp tương thích với nhiệm vụ tập hợp, chuyển đổi và nạp các tín hiệu điều khiển máy đã được mã hóa từ các chữ cái, số, hình ảnh và một số ký tự đặc biệt khác Chương trình điều khiển này được ghi vào cơ cấu mang chương trình dưới dạng mã số (mã thập phân, nhị phân…)
Với sự hỗ trợ của các chương trình điều khiển tiên tiến, việc quét trở nên đơn giản, nhanh chóng và chính xác hơn, giúp hạn chế tối đa các lỗi do con người gây ra Người dùng không cần thực hiện các tính toán thủ công, vì mọi tính toán đều được chương trình điều khiển tự động thực hiện.
Chỉ cần truy cập một số dữ liệu có thể cho ra một số khối lượng lớn các số liệu kết quả cho nhiệm vụ quét
Ngôn ngữ biểu tượng tương đối dễ hiểu mà các từ của nó hợp thành bởi những khái niệm phổ biến trong ngôn ngữ chuyên môn kỹ thuật
Tiết kiệm phần lớn thời gian trong khi mô tả chi tiết cần quét và các quá trình công tác cần thực hiện
Hệ thống điều khiển nhận tín hiệu từ camera và tia laser để phân tích và nhận dạng, từ đó tạo ra hình ảnh tương tự như vật mẫu.
Bộ nhớ RAM và ROM
Bộ nhớ đóng vai trò quan trọng trong hệ thống máy tính, là yếu tố thiết yếu để đảm bảo hoạt động của hệ thống Hai loại bộ nhớ phổ biến nhất trong máy tính là RAM và ROM.
Bộ nhớ RAM (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên) là loại bộ nhớ lưu trữ tạm thời các chương trình hỗ trợ quá trình xử lý của CPU Dữ liệu trong bộ nhớ RAM chỉ được giữ lại trong thời gian hoạt động và sẽ bị xóa khi mất điện.
Bộ nhớ ROM (Read Only Memory) là loại bộ nhớ cố định, nơi dữ liệu không bị mất khi mất điện ROM được sử dụng để lưu trữ các chương trình BIOS (Basic Input Output System), đóng vai trò quan trọng trong quá trình khởi động máy tính và quản lý cấu hình hệ thống.
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SCAN 3D
2.2.2 Thiết kế bộđiều khiển trung tâm
Hình 2.9: Lưu đồ giả thuật máy Scan 3D
Arduino là nền tảng mã nguồn mở phần cứng và phần mềm, được phát triển tại Ivrea, Ý, nhằm tạo ra các ứng dụng tương tác hiệu quả hơn Phần cứng của Arduino bao gồm board mạch vi xử lý AVR Atmel 8bit hoặc ARM Atmel 32-bit, với các tính năng như 1 cổng USB, 6 chân đầu vào analog và 14 chân I/O kỹ thuật số, tương thích với nhiều board mở rộng Ra mắt vào năm 2005, Arduino hướng đến việc cung cấp giải pháp dễ dàng và tiết kiệm cho người yêu thích, sinh viên và chuyên gia để phát triển thiết bị tương tác với môi trường thông qua cảm biến và cơ cấu chấp hành Các dự án phổ biến cho người mới bắt đầu bao gồm robot đơn giản, hệ thống điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động.
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SCAN 3D Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Arduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++
Một mạch Arduino bao gồm vi điều khiển AVR cùng với các linh kiện bổ sung, giúp lập trình dễ dàng và mở rộng kết nối với các mạch khác Điểm nổi bật của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn, cho phép người dùng dễ dàng kết nối với CPU của board và các module mở rộng gọi là shield Một số shield giao tiếp trực tiếp qua các chân khác nhau, trong khi nhiều shield khác sử dụng giao thức I²C để định địa chỉ, cho phép xếp chồng và sử dụng song song Arduino thường sử dụng các dòng chip megaAVR như ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, và ATmega2560, cùng với một số bộ vi xử lý khác cho các mạch tương thích.
Hầu hết các mạch Arduino bao gồm bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và thạch anh dao động 16 MHz, trong khi một số biến thể như LilyPad hoạt động ở 8 MHz và không có bộ điều chỉnh điện áp onboard do kích thước hạn chế Vi điều khiển Arduino có thể được lập trình sẵn với boot loader, cho phép người dùng dễ dàng upload chương trình vào bộ nhớ flash on-chip mà không cần bộ nạp bên ngoài, giúp việc sử dụng Arduino trở nên thuận tiện hơn khi có thể sử dụng máy tính như một bộ nạp chương trình.
Camera
Webcam C270 mang đến trải nghiệm gọi hội nghị sắc nét và mượt mà với độ phân giải 720p và 30fps ở định dạng màn hình rộng Tính năng điều chỉnh ánh sáng tự động giúp người dùng xuất hiện với màu sắc tự nhiên, chân thật, nhờ vào công nghệ Right Light Công nghệ này tự động điều chỉnh để tối ưu hóa ánh sáng, đảm bảo hình ảnh sắc nét ngay cả trong điều kiện ánh sáng yếu Bộ cảm biến ảnh HD của webcam cũng góp phần nâng cao chất lượng hình ảnh.
(1280 x 720 pixels) Chụp ảnh tĩnh 3 megapixels Tốc độ hình bắt hình lên đến 30 hình/giây
- Chụp ảnh ở chế độ thực 3 Megapixel; Phần mềm 15 Megapixel
- Ghi lại hình ảnh ở chế độ Full HD 1080, Video Call ở chế độ HD 720
Bảng cân chỉnh camera được chia ra nhiều ô vuông nhỏ kích thước3x3, mỗi ô vuông tương ứng với một điểm ảnh
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SCAN 3D
Hình 2.29: Bảng cân chỉnh camera
Để camera có thể nhận diện các điểm ảnh, cần phải điều chỉnh các thông số như độ sáng, độ bão hòa và độ tương phản sao cho phù hợp Việc này được thực hiện thông qua bảng cân chỉnh, giúp camera bắt được các điểm ảnh hiệu quả (hình 2.30).
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SCAN 3D
Hình 2.31: Camera đã nhận điểm ảnh trên bảng cân chỉnh
Hình 2.32: Bảng cân chỉnh đặt trên bàn xoay của máy
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SCAN 3D
Các phần mềm hỗ trợ
Chúng tôi sử dụng các phần mềm mã nguồn mở để phục vụ cho nghiên cứu và thiết kế bộ điều khiển, lập trình, cũng như xây dựng bản vẽ Điều này giúp hoàn thành báo cáo thuyết minh mà không vi phạm bản quyền phần mềm.
Lập trình vi điều khiển với ngôn ngữ lập trình Arduino (arduino.cc)
Phần mềm xử lí ảnh Python, Meshlab và Meshmxer phục vụ cho việc xuất ảnh sang định dạng
Sử dụng phần mềm Horus để điều khiển máy Scan3D
Phần mềm Inventor (autodesk.com) để thiết kế bản vẽ cho đề tài.
