Từ việc nghiên cứu thiết kế

Phân tích tình hình thực tế các sản phẩm máy đo lường tự động không tiếp xúc độ chính xác cao trên cơ sở ứng dụng công nghệ quét 3D bằng chùm ánh cấu trúc tại Việt Nam và trên thế giới, nhóm nghiên cứu nhận thấy, trong quá trình sử dụng thiết bị đo 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc, trường quan sát, độ phóng đại, tiêu cự của camera và máy chiếu thường thay đổi, do đó ngoài việc hiệu chuẩn xác định các thông số ban đầu còn cần hiệu chuẩn trong mỗi lần sử dụng. Việc hiệu chuẩn yêu cầu cần đơn giản, đạt độ chính xác cao. Mục đích hiệu chỉnh hệ thống cảm biến nhằm xác định các ma trận nội tham số, các hệ số đặc trưng cho hệ quang và ma trận ngoại tham số đặc trưng cho vị trí tương quan của camera và máy chiếu.

Với kinh nghiệm của mình, các nhà khoa học thuộc Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hoá đã đề xuất và được Bộ Công Thương phê duyệt thực hiện đề tài “Thiết kế chế tạo máy đo 3D không tiếp xúc sử dụng công nghệ quét chùm sáng cấu trúc và thị giác máy” nhằm nghiên cứu thiết kế chế tạo máy đo 3D không tiếp xúc sử dụng công nghệ quét chùm sáng cấu trúc và công nghệ thị giác máy sử dụng công nghệ, thiết bị trong nước với một số ưu điểm nổi bật như tái tạo nhanh mô hình 3D của vật thể đo, đo các kích thước trên mô hình 3D với độ chính xác trên toàn dải đo cỡ 20 µm.

Dựa trên những kết quả đã khảo sát, nhóm tác giả lựa chọn thiết kế máy đo 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc VMES3D.01 có cấu trúc gồm hệ thống cơ khí và hệ thống phần mềm. Hệ thống phần mềm điều khiển gồm 2 module: Module điều khiển đo, quét thu thập dữ liệu 3D có chức năng điều khiển đầu đo, điều khiển bàn xoay, điều khiển ngoại vi, điều khiển chiếu mẫu hình, điều khiển thu thập mẫu hình 3D; mô đun tái tạo mô hình 3D có chức năng tái tạo, hiệu chỉnh mô hình 3D, xuất nhập, lưu trữ dữ liệu mô hình 3D.

Hệ thống cơ khí gồm đầu quét 3D, hệ thống khung cơ khí (khoang, bàn xoay vật, khoang thiết bị và khung vỏ cơ khí), hệ thống điện điều khiển gồm các thiết bị điện, giám sát hoạt động (màn hình giao tiếp, CPU, GPU…).

Sau khi tính toán thiết kế và chọn lựa các linh kiện, thiết bị phục vụ cho quá trình chế tạo, các nhà khoa học của Viện đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo thành công máy đo 3D không tiếp xúc tự động với các mô đun gồm: bộ khung gá cơ khí, xây dựng hệ thống phần mềm giao tiếp, điều khiển, tính toán phục vụ quá trình thu thập dữ liệu, tái tạo mô hình, đo lường và quản lý…

Sau 27 tháng thực hiện (04/2021-06/2023), các nhà khoa học của Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo thành công 01 máy đo 3D không tiếp xúc sử dụng công nghệ chùm sáng cấu trúc và thị giác máy VMES3D.01.

Đến thử nghiệm và hoàn thiện thiết bị

Sau khi hoàn thành lắp đặt toàn bộ thiết bị máy đo 3D không tiếp xúc tự động sử dụng công nghệ thị giác máy, các nhà khoa học của Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa đã tiến hành chạy thử nghiệm hệ thống với các tính năng thu thập, dựng mẫu hình, thực hiện đo mẫu, kiểm tra hoạt động thời gian… Kết quả, thiết bị đo 3D chạy ổn định, thời gian thực hiện 1 phép đo trung bình đạt 1 giây (phép đo mất nhiều thời gian nhất là 1,2 giây, sai lệch lớn nhất <0,02 mm). Tiến hành thử nghiệm máy đo 3D không tiếp xúc sử dụng công nghệ quét chùm sáng cấu trúc và thị giác máy VMES3D.01 trong điều kiện thực tế tại Công ty Cổ phần Scantech 3D Việt Nam cho thấy, thiết bị đo kích thước VMES3D.01 của Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa có khả năng hoạt động tốt, ổn định, dễ thao tác, chỉnh sửa và bảo dưỡng. Đặc biệt, kết quả đo kích thước trên các mẫu sản phẩm và mẫu chuẩn khá tương đồng và không sai lệch nhiều so với các thiết bị cùng loại nhập khẩu (các chi tiết gia công cơ khí và hệ thống phần mềm được tính toán thiết kế, chế tạo bởi đội ngũ nghiên cứu trong nước nên đã góp phần chủ động được công nghệ chế tạo đạt trên 80%); đồng thời đề tài đã hoàn thiện đầy đủ bộ phần mềm điều khiển, thu thập dữ liệu và phần mềm thị giác máy tính; bộ tài liệu công nghệ bao gồm bản vẽ thiết kế hệ thống cơ khí, tài liệu phân tích thiết kế hệ thống phần mềm, tài liệu hướng dẫn cài đặt và sử dụng máy đo, tài liệu hướng dẫn hiệu chỉnh máy…

Thiết bị của đề tài đang được lắp đặt tại Công ty Cổ phần Scantech 3D Việt Nam.

Điều quan trọng khi thực hiện đề tài trên là nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công một thiết bị vừa đảm trách được thu thập - tái tạo mô hình 3D, cho phép thực hiện cấu hình các phép đo và quản lý dữ liệu kết quả trên phần mềm duy nhất. Ngoài ra, với việc áp dụng thành tựu của khoa học và công nghệ, đặc biệt là trí tuệ nhân tạo (AI) vào trong việc thiết lập cấu hình phép đo tự động, cũng như đánh giá ngoại quan sản phẩm, việc chế tạo thành công máy đo 3D không tiếp xúc sử dụng công nghệ chùm sáng cấu trúc và thị giác máy còn có thể sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như y tế, thiết kế, may mặc, sản xuất…