Tạo hình bề mặt chi tiết cơ khí bằng phần mềm Kscan3D sử dụng Microsoft Kinect v2

Bài viết này cung cấp một giải pháp mới dựa trên phần mềm mã nguồn mở cho các máy quét 3D không tiếp xúc chi phí thấp và chứng minh rằng các dữ liệu thu được phù hợp không chỉ dùng cho chức năng giải trí mà còn cho các sản phẩm cơ khí với độ chính xác phù hợp.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tạo hình bề mặt chi tiết cơ khí bằng phần mềm Kscan3D sử dụng Microsoft Kinect v2Nghiên cứu khoa học công nghệ TẠO HÌNH BỀ MẶT CHI TIẾT CƠ KHÍ BẰNG PHẦN MỀM KSCAN3D SỬ DỤNG MICROSOFT KINECT V2 Bành Tiến Long1, Bùi Văn Biên1,2* Tóm tắt: Thu nhận thông tin 3D của các bề mặt chi tiết cơ khí, nhất là các bề mặt tự do, hiện đang là một thách thức rất lớn trong ngành cơ khí chế tạo. Một vài kỹ thuật và thiết bị thương mại đã được sử dụng trong thực tế sản xuất, nhưng phần mềm và phần cứng cần thiết còn quá đắt đối với người dùng thông thường với máy tính cá nhân. Bài báo này cung cấp một giải pháp mới dựa trên phần mềm mã nguồn mở cho các máy quét 3D không tiếp xúc chi phí thấp và chứng minh rằng các dữ liệu thu được phù hợp không chỉ dùng cho chức năng giải trí mà còn cho các sản phẩm cơ khí với độ chính xác phù hợp. Cuối cùng, những hạn chế của phương án này và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo cũng được đề cập.Từ khóa: Chi tiết cơ khí; Tạo hình bề mặt; Phần mềm Kscan3D; Microsoft Kinect v2; Số hóa. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Cuộc cách mạng số trong thời đại hiện nay đã và đang tác động sâu rộng tới rất nhiềulĩnh vực như công nghệ thông tin - truyền thông, chăm sóc sức khỏe, giáo dục và ngànhsản xuất cũng không nằm ngoài sự ảnh hưởng đó. Sự bùng nổ của dữ liệu và khả năng tínhtoán mới – cùng với những tiến bộ trong các lĩnh vực khác như trí tuệ nhân tạo, tự độnghóa và robot, công nghệ vật liệu – đang mở ra cuộc cách mạng làm thay đổi bản chất tựnhiên của quá trình sản xuất. Quá trình sản xuất số (digital manufacturing) là một phươngpháp tích hợp để sản xuất tập trung xung quanh một hệ thống máy tính. Trong đó việc môhình hóa, mô phỏng và phân tích tất cả máy móc, dụng cụ cũng như vật liệu đầu vào để tốiưu hóa quá trình sản xuất là những nhiệm vụ quan trọng của quá trình sản xuất số. Hơnnữa, kích thước hình học, hình dáng và trạng thái bề mặt là những yếu tố quan trọng ảnhhưởng đến chất lượng làm việc của các chi tiết cơ khí, trong đó bề mặt là một trong cácyếu tố quan trọng nhất liên quan tới quá trình hoạt động và tuổi thọ của chi tiết máy cũngnhư mối tương quan với các chi tiết khác trong máy. Chính vì vậy, tạo hình bề mặt là mộttrong những mục tiêu chính của gia công cơ khí. Mỗi bề mặt của chi tiết là một mặt hìnhhọc trơn và liên tục hoặc cấu thành từ những mảnh mặt hình học trơn, liên tục và kết nốiliên tục với nhau [1]. Các bề mặt này được mô tả toán học trong không gian 3D bằng cácphương trình toán học, bao lấy vật thể thực và chỉ có thể truy nhập vào từ một phía. Một cách nhanh chóng, hiệu quả và thường được sử dụng để mô hình hóa vật thể làmáy quét 3D. Thông thường, quét 3D, hay sự xây dựng lại kích thước 3D, còn được gọi là3D số hóa, là sử dụng một thiết bị ba chiều thu thập dữ liệu tọa độ X, Y, Z trên bề mặt củamột đối tượng vật lý. Mỗi bộ tọa độ X, Y, Z được gọi là một điểm. Sự kết khối của tất cảnhững điểm này được gọi là một đám mây điểm. Định dạng điển hình cho dữ liệu đámmây điểm hoặc là một tập tin văn bản theo mã ASCII chứa giá trị X, Y, Z cho mỗi điểmhoặc là một đại diện lưới đa giác của đám mây điểm hay thường được biết đến là một địnhdạng tập tin STL. Rất nhiều kỹ thuật đã được phát triển như quét laser, hệ thống hình ảnh lập thể, hệthống ánh sáng cấu trúc, và camera TOF (time-of-flight), trong đó camera TOF được sửdụng rất rộng rãi bởi tính chất không tiếp xúc và tốc độ cao của nó. Trên thị trường hiệnnay có nhiều thiết bị quét 3D, tuy nhiên, một nhược điểm đáng kể là giá thành của thiết bịthường rất đắt không phù hợp với doanh nghiệp nhỏ. Chính vì vậy, trong bài báo nàyTạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 58, 12 - 2018 175 Cơ kỹ thuật & Kỹ thuật cơ khí động lựcnhóm tác giả đề xuất một giải pháp với chi phí thấp nhằm tạo hình bề mặt sản phẩm cơ khíbằng phần mềm Kscan3D sử dụng Microsoft Kinect V2. Trong phần tiếp theo của bài báo,phần mềm mã nguồn mở Kscan3D và sơ đồ số hóa đối tượng được trình bày ở mục 2.Trong mục 3 các tác giả mô tả nguyên lý hoạt động Microsoft Kinect V2 và những ứngdụng bước đầu của nó trong lĩnh vực cơ khí chế tạo. Phần thực nghiệm và kết quả thựcnghiệm sẽ được trình bày trong mục 4. Cuối cùng, phần kết luận và hướng nghiên cứu tiếptheo sẽ được giới thiệu trong mục 5. 2. PHẦN MỀM KSCAN3D Mỗi thiết bị số hóa cần có đầy đủ thông tin liên quan hỗ trợ phần mềm để vận hànhhiệu quả. Trong các ứng dụng thương mại, ví dụ Rapid Form, người sử dụng có thể sửdụng tất cả các module cần thiết để kiểm soát thiết bị quét bắt đầu từ tái tạo lưới và môhình tham số để kiểm tra các bề mặt đã được tái tạo (hình 1). Với mục đích hướng đếnphương pháp số hóa rẻ hơn, phần mềm KScan3D, phần mềm mã nguồn mở, được giớithiệu trong bài báo này. Phần mềm KScan3D đ ...