CHƯƠNG 3. Nâng cao chất lượng quá trình số hóa bề mặt 3D
3.1 Hai phương pháp giảm ảnh hưởng của phản xạ bề mặt . 74
3.1.1 Phương pháp tạo lớp phủ chống phản xạ bề mặt
3.1.1.1. Mô tả thí nghiệm
Lớp phủ bề mặt có thể được thực hiện bằng nhiều sản phẩm với thành phần và phương pháp ứng dụng khác nhau. Điều quan trọng là phải biết làm thế nào lớp phủ bề mặt (cấu trúc và độ dày lớp phủ) ảnh hưởng đến chất lượng và độ chính xác của quá trình số hóa. Phát triển từ nghiên cứu ở tài liệu [51], trong luận án này, Developers sẽ được sử dụng để tạo lớp phủ chống phản xạ bề mặt ở bước thu thập thông tin hình học trong quá trình tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí sử dụng thiết bị Kinect v2.
Loại Developers được sử dụng trong thí nghiệm này là sản phẩm Mega check của thương hiệu Nabakem, minh họa trong hình 3.1. Developers này là một hóa chất chuyên dùng để phát hiện các khuyết tật mối hàn không chứa chất gây ăn mòn vật liệu kim loại, cũng có thể sử dụng cho các vật liệu phi kim như nhựa
Hình 3.1: Developers dạng dung dịch Mega check
tổng hợp, sứ, thủy tinh. Mega check là sản phẩm ở dạng bình xịt một chạm nên rất dễ sử dụng và liên tục. Ngoài ra đây còn là sản phẩm thân thiện với người vận hành, tính di động cao và dễ dàng làm sạch sau khi sử dụng.
Tiến hành phun trực tiếp dung dịch Mega check Developers lên bề mặt của các vật mẫu đã sử dụng trong thí nghiệm ở phần 2.4 trong chương 2. Với nỗ lực tạo ra một lớp phủ giới hạn lý tưởng, đủ dày để ngăn các phản xạ không mong muốn, nhưng không quá dày để tránh ảnh hưởng đến kích thước đối tượng đo được, người vận hành đã tiến hành phun theo hàng và cột từ trái sáng phải, từ trên xuống dưới, với khoảng cách từ đầu xịt đến bề mặt khoảng 25−30cm, tốc độ di chuyền gần như không đổi. Quá trình thực hiện được tiến hành trong điều kiện phòng thí nghiệm với nhiệt độ, độ ẩm không đổi và các cửa sổ cũng như cửa chính được đóng kín. Sau khoảng thời gian ba mươi phút, lớp sơn trên các bề mặt đã khô, bề mặt sau phủ của các vật mẫu có thể quan sát trong hình 3.2.
Riêng bề mặt của chi tiết vật liệu thép có màu nâu nhạt.
PSfrag replacements Mẫu thép Mẫu nhôm Mẫu nhựa
Hình 3.2: Bề mặt vật mẫu có lớp phủ
Để khảo sát quá trình tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí sử dụng thiết bị Kinect v2 với các bề mặt có lớp phủ chống phản xạ bề mặt, cấu hình thí nghiệm được thiết lập tương tự như phần 2.4 trong chương 2. Các vị trí khảo sát vẫn là các vị trí đã xác định trong hình 2.25. Đồng thời, chương trình thu nhận đám mây điểm trong thí nghiệm trước cũng được sử dụng trong thí nghiệm này.
3.1.1.2. Kết quả và đánh giá
Sau khi tiến hành thực nghiệm, kết quả sơ bộ cho thấy, lớp phủ bề mặt nhằm chống phản xạ bề mặt được tạo bởi dung dịch Mega check không có tác dụng làm giảm khả năng bị xuyên qua đối với vật mẫu vật liệu nhựa. Cụ thể, cùng khối lọc được sử dụng là 130mm×130mm×10mm, tất cả các vị trí đều không thu được đám mây điểm trong khu vực đã lọc. Khi sử dụng khối lọc
130mm×130mm×30mm, số lượng điểm trong đám mây điểm trước khi phủ bề mặt và sau khi phủ bề mặt lần lượt là 1397 và 1406 điểm. Giá trị trung bình tọa độ z các điểm trong đám mây điểm thu được là 1262,6mm, gần bằng giá trị khoảng cách tham chiếu từ gốc tọa độ hệ trục tọa độ máy ảnh tới mặt phẳng tham chiếu.
Đầu tiên, kết quả các đám mây điểm thu được ở vị trí số 1 được minh họa trong hình 3.3 đều thể hiện rõ hình dạng ban đầu của vật mẫu. Tuy nhiên, cả hai đám mây điểm vẫn tồn tại một số vùng trống dữ liệu ở các cạnh của vật mẫu. Đối với vật liệu nhôm, tổng số điểm trong đám mây điểm là 1053, giá trị trung bình độ sâu của các điểm trong đám mây điểm là 1251,8mm tương ứng với độ lệch chuẩn là1,06mm. Đối với vật liệu thép, tổng số điểm trong đám mây điểm là 1046, giá trị trung bình độ sâu của các điểm trong đám mây điểm là 1252,4mmtương ứng với độ lệch chuẩn là 1,01mm.
60 80 100 120 140 160 180
100 120 140 160 180 200 220
(a) Vật liệu nhôm
60 80 100 120 140 160 180
100 120 140 160 180 200 220
(b) Vật liệu thép
Hình 3.3: Đám mây điểm thu được ở vị trí khảo sát số 1 khi có lớp phủ Tiếp theo tại vị trí khảo sát số 2, các đám mây điểm kết quả được mô tả trong hình 3.4. Cả hai đám mây điểm này đều thể hiện rõ hình dạng ban đầu của vật mẫu, cũng tương tự như ở vị trí 1, có một vài vùng trống dữ liệu ở các cạnh của vật mẫu. Đối với vật liệu nhôm, tổng số điểm trong đám mây điểm là 1075, giá trị trung bình độ sâu của các điểm trong đám mây điểm là 1251,6mmtương ứng với độ lệch chuẩn là 1,08mm. Đối với vật liệu thép, tổng số điểm trong đám mây điểm là 1066, giá trị trung bình độ sâu của các điểm trong đám mây điểm là 1251,7mm tương ứng với độ lệch chuẩn là 1,11mm.
Tiếp đến các đám mây điểm thu được tại vị trí khảo sát số 3 được trình bày trong hình 3.5. Cũng tương tự như hai vị trí 1 và 2, cả hai đám mây điểm này đều thể hiện rõ hình dạng ban đầu của vật mẫu và có một vài vùng trống dữ liệu ở các cạnh của vật mẫu. Cụ thể với từng vật liệu, đám mây điểm thu được của vật liệu nhôm có 1113 điểm, giá trị trung bình độ sâu của các điểm trong đám mây điểm là 1250,3mm và độ lệch chuẩn của các giá trị độ sâu là 1,51mm.
-60 -40 -20 0 20 40 60
100 120 140 160 180 200 220
(a) Vật liệu nhôm
-60 -40 -20 0 20 40 60
100 120 140 160 180 200 220
(b) Vật liệu thép
Hình 3.4: Đám mây điểm thu được ở vị trí khảo sát số 2 khi có lớp phủ Đám mây điểm thu được của vật liệu thép có 1137 điểm, giá trị trung bình độ sâu của các điểm trong đám mây điểm là 1249,9mm và độ lệch chuẩn của các giá trị độ sâu là 1,65mm.
Tại vị trí khảo sát số 4, các đám mây điểm kết quả được minh họa trong hình 3.6. Cả hai đám mây điểm này đều thể hiện rõ hình dạng ban đầu của vật mẫu và có các vùng trống dữ liệu ở các cạnh của vật mẫu, đặc biệt trong đám mây điểm của vật liệu nhôm xuất hiện một vùng trống dữ liệu ở phía trong và tạo thành hốc trên bề mặt được quét. Đám mây điểm thu được của vật liệu nhôm có 944 điểm, còn đám mây điểm thu được của vật liệu thép có 1040 điểm. Với
-180 -160 -140 -120 -100 -80 -60
100 120 140 160 180 200 220
(a) Vật liệu nhôm
-180 -160 -140 -120 -100 -80 -60
100 120 140 160 180 200 220
(b) Vật liệu thép
Hình 3.5: Đám mây điểm thu được ở vị trí khảo sát số 3 khi có lớp phủ
60 80 100 120 140 160 180
-20 0 20 40 60 80 100
(a) Vật liệu nhôm
60 80 100 120 140 160 180
-20 0 20 40 60 80 100
(b) Vật liệu thép
Hình 3.6: Đám mây điểm thu được ở vị trí khảo sát số 4 khi có lớp phủ thông số độ sâu, giá trị trung bình độ sâu của các điểm trong đám mây điểm vật liệu nhôm là 1252,6mm ứng với độ lệch chuẩn 1,06mm. Giá trị trung bình độ sâu của các điểm trong đám mây điểm vật liệu thép là 1252,0mmứng với độ lệch chuẩn 1,17mm.
Kết quả tiếp theo tại vị trí số 5, các đám mây điểm được hiển thị trong hình 3.7. Số điểm thu được trong đám mây điểm lần lượt của vật liệu nhôm là 1045 và của vật liệu thép là 1087. Ở vị trí này, các đám mây điểm thu được cũng thể hiện rõ hình dạng ban đầu của vật mẫu, tuy nhiên vẫn có một số vùng trống dữ liệu ở các cạnh của vật mẫu. Về thông số độ sâu, giá trị độ sâu trung bình
-60 -40 -20 0 20 40 60
-20 0 20 40 60 80 100
(a) Vật liệu nhôm
-60 -40 -20 0 20 40 60
-20 0 20 40 60 80 100
(b) Vật liệu thép
Hình 3.7: Đám mây điểm thu được ở vị trí khảo sát số 5 khi có lớp phủ
các điểm trong đám mây điểm của vật liệu nhôm là 1250,7mm, ứng với độ lệch chuẩn là 1,1mm. Giá trị độ sâu trung bình các điểm trong đám mây điểm của vật liệu thép là 1250,6mm, ứng với độ lệch chuẩn là 1,29mm.
Tiếp đến kết quả thực nghiệm tại vị trí số 6, các đám mây điểm được mô tả trong hình 3.8. Số điểm thu được trong đám mây điểm lần lượt của vật liệu nhôm là 1093 và của vật liệu thép là 1102. Ở vị trí này, các đám mây điểm thu được cũng thể hiện rõ hình dạng ban đầu của vật mẫu, tuy nhiên vẫn có một số vùng trống dữ liệu ở các cạnh của vật mẫu. Về thông số độ sâu, giá trị độ sâu trung bình các điểm trong đám mây điểm của vật liệu nhôm là 1250,6mm, ứng với độ lệch chuẩn là1,22mm. Giá trị độ sâu trung bình các điểm trong đám mây điểm của vật liệu thép là 1250,6mm, ứng với độ lệch chuẩn là 1,61mm.
-180 -160 -140 -120 -100 -80 -60
-20 0 20 40 60 80 100
(a) Vật liệu nhôm
-180 -160 -140 -120 -100 -80 -60
-20 0 20 40 60 80 100
(b) Vật liệu thép
Hình 3.8: Đám mây điểm thu được ở vị trí khảo sát số 6 khi có lớp phủ Tiếp theo, các đám mây điểm thu được tại vị trí số 7 được thể hiện trong hình 3.9. Cụ thể, đám mây điểm thu được của vật liệu nhôm có 1088 điểm và của vật liệu thép là 1138 điểm. Cả hai đám mây điểm thu được đều thể hiện rõ hình dạng ban đầu nhưng còn tồn tại vùng trống dữ liệu ở các cạnh của vật mẫu. Đối với thông số độ sâu, độ sâu trung bình đám mây điểm thu được của vật liệu nhôm là 1251,0mm, với độ lệch chuẩn là 1,27mm. Độ sâu trung bình đám mây điểm thu được của vật liệu thép là 1249,9mm, với độ lệch chuẩn là 1,44mm.
Kết quả tại vị trí khảo sát số 8, các đám mây điểm được minh họa trong hình 3.10. Số điểm thu được trong đám mây điểm của vật liệu nhôm là 1126 và của vật liệu thép là 1117. Cả hai đám mây điểm thu được đều thể hiện rõ hình dạng ban đầu của vật mẫu, tuy nhiên có một số vùng trống dữ liệu ở các cạnh của vật mẫu. Với thông số độ sâu, giá trị độ sâu trung bình của các điểm trong đám mây điểm vật liệu nhôm là 1250,4mmvà độ lệch chuẩn của các giá trị độ sâu là 1,27mm. Giá trị độ sâu trung bình của các điểm trong đám mây điểm vật liệu thép là 1250,2mm và độ lệch chuẩn của các giá trị độ sâu là 1,39mm.
60 80 100 120 140 160 180
-140 -120 -100 -80 -60 -40
(a) Vật liệu nhôm
60 80 100 120 140 160 180
-140 -120 -100 -80 -60 -40
(b) Vật liệu thép
Hình 3.9: Đám mây điểm thu được ở vị trí khảo sát số 7 khi có lớp phủ Cuối cùng, kết quả đám mây điểm thu được tại vị trí khảo sát số 9 được mô tả trong hình 3.11. Cả hai đám mây điểm này đều thể hiện rõ hình dạng ban đầu của vật mẫu, cũng tương tự như ở các vị trí khảo sát khác, có một vài vùng trống dữ liệu ở các cạnh của vật mẫu. Đối với vật liệu nhôm, tổng số điểm trong đám mây điểm là 1184, giá trị trung bình độ sâu của các điểm trong đám mây điểm là 1248,7mmtương ứng với độ lệch chuẩn là 1,74mm. Đối với vật liệu thép, tổng số điểm trong đám mây điểm là 1171, giá trị trung bình độ sâu của các điểm trong đám mây điểm là1249,1mmtương ứng với độ lệch chuẩn là1,64mm.
-60 -40 -20 0 20 40 60
-140 -120 -100 -80 -60 -40
(a) Vật liệu nhôm
-60 -40 -20 0 20 40 60
-140 -120 -100 -80 -60 -40
(b) Vật liệu thép
Hình 3.10: Đám mây điểm thu được ở vị trí khảo sát số 8 khi có lớp phủ
-180 -160 -140 -120 -100 -80 -60
-140 -120 -100 -80 -60 -40
(a) Vật liệu nhôm
-180 -160 -140 -120 -100 -80 -60
-140 -120 -100 -80 -60 -40
(b) Vật liệu thép
Hình 3.11: Đám mây điểm thu được ở vị trí khảo sát số 9 khi có lớp phủ So sánh kết quả thực nghiệm đối với hai loại vật liệu, các đám mây điểm thu được khá tương đồng cho tất cả các vị trí khảo sát. Tuy còn tồn tại một số vùng trống dữ liệu ở cạnh của vật mẫu, tất cả các đám mây điểm đều thể hiện rõ hình dạng ban đầu của vật mẫu. Ngoài ra, mật độ điểm ở tất cả các đám mây điểm thu được, ngoại trừ đám mây điểm ở vị trí số 4 của vật liệu nhôm, cũng dao động không đáng kể từ 1040 điểm đến 1184 điểm. Điều đó cho thấy ảnh hưởng của độ phản xạ bề mặt đến việc thu thập dữ liệu hình học của quá trình số hóa trong quá trình tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí sử dụng thiết bị Kinect v2 đã giảm rõ rệt.
Để đánh giá sâu hơn nữa ảnh hưởng của lớp phủ chống phản xạ bề mặt tới việc thu thập dữ liệu hình học, các thông số liên quan đến độ sâu được sử dụng để đánh giá. Cụ thể, tại vị trí khảo sát số 5, giá trị độ sâu trung bình các điểm trong đám mây điểm thu được của vật liệu nhôm trước khi có lớp phủ là1251mm và sau khi có lớp phủ là 1250,7mm, tương tự của vật liệu thép trước khi có lớp phủ là 1252,3mm và sau khi có lớp phủ là 1250,6mm. Độ lệch chuẩn các giá trị độ sâu trong đám mây điểm thu được của vật liệu nhôm trước khi có lớp phủ là1,84mmvà sau khi có lớp phủ là 1,1mm, tương tự của vật liệu thép trước khi có lớp phủ là1,49mmvà sau khi có lớp phủ là 1,29mm. Qua đó cho thấy, khi bề mặt sử dụng lớp phủ chống phản xạ bề mặt, việc thu thập dữ liệu hình học của quá trình số hóa trong quá trình tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí sử dụng thiết bị Kinect v2 cho kết quả thông số hình học chính xác và ổn định hơn khi không có lớp phủ bề mặt.
Một lớp phủ bề mặt chống phản xạ bề mặt không đủ làm thay đổi đáng kể hình dạng của bề mặt vật mẫu, nhưng cũng tác động đáng kể đến các phép đo hình học, ví dụ như độ phẳng, hình trụ hay độ nhám bề mặt. Ngoài ra, độ chính xác kết quả phép đo bị ảnh hưởng bởi độ dày và độ đồng đều của lớp phủ chống
phản xạ. Do đó, một hướng nghiên cứu khác làm giảm ảnh hưởng phản xạ bề mặt sẽ được khảo sát trong phần tiếp theo.
3.1.2. Phương pháp ghép đám mây điểm bù vùng trống dữ liệu