Tổng quan về Công nghệ quét 3D – Những điểm cần lưu ý

Đo lường 3D là gì?

Đo lường 3D là quá trình thu được các phép đo 3D vật lý có độ chính xác cao của một đối tượng. Kết quả là một mô hình 3D kỹ thuật số có thể được phân tích hoặc thiết kế lại.

Trong trường hợp kiểm tra chất lượng, chẳng hạn, bản quét 3D có thể được so sánh với một mô hình CAD tham chiếu để đảm bảo đối tượng tuân thủ các quy chuẩn và tiêu chuẩn đã thiết lập. Đo lường 3D giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm đồng thời tiết kiệm thời gian và do đó, hạ giá thành.

CMM – máy đo tọa độ – theo truyền thống là loại phần cứng phổ biến nhất được sử dụng để đo độ chính xác. Tuy nhiên, những tiến bộ trong công nghệ quét 3D giúp cho máy quét 3D ngày càng trở nên phổ biến trong đo lường, vì chúng nhanh hơn và tiết kiệm chi phí hơn.

Trong hướng dẫn này, chúng tôi cung cấp tổng quan toàn diện về một số máy quét 3D đo lường tốt nhất hiện có trên thị trường, bao gồm các loại phần cứng khác nhau (cố định, cầm tay) và các mức giá. Chúng tôi cũng cung cấp thông tin chi tiết cơ bản về phần mềm đo lường 3D , phần mềm này cũng quan trọng không kém phần cứng.

Các loại máy quét 3D đo lường

Máy quét 3D đo lường cầm tay

Máy quét 3D cầm tay là hệ thống tiện lợi, linh hoạt cho phép truy cập vào những nơi khó tiếp cận (ví dụ như nội thất ô tô). Chúng thường có một số chế độ để người dùng thích ứng với các bộ phận có kích thước nhỏ, vừa hoặc lớn.

Sử dụng máy quét 3D cầm tay có thể so sánh với việc quay video hoặc vẽ tranh bằng bút lông; đối tượng phải được chụp từ mọi góc độ.

Máy quét 3D đo lường tĩnh

Máy quét 3D tĩnh tương tự như máy ảnh trên giá ba chân. Đối với các đối tượng có kích thước vừa hoặc nhỏ, các máy quét này thường được ghép nối với bàn xoay tự động để quy trình làm việc trơn tru hơn.

Chúng cũng có thể được gắn vào một trạm tự động. Các hệ thống như vậy thường di chuyển máy quét lên và xuống dọc theo trục Z trong khi đối tượng được quét nằm trên một bàn xoay gắn liền.

Máy quét 3D so với CMM

CMM là viết tắt của máy đo tọa độ . Loại thiết bị này sử dụng một đầu dò – một đầu dò vật lý, chạm bề mặt hoặc một nguồn ánh sáng / laser – để đo hình học của một vật thể. CMM có thể được vận hành bằng tay hoặc điều khiển bằng máy tính.

Những máy này có độ chính xác cao nhưng thu thập dữ liệu tương đối chậm và chỉ thu được một lượng điểm nhất định. CMM tiêu chuẩn ghi được vài trăm điểm, trái ngược với máy quét 3D thu được hàng trăm nghìn hoặc hàng triệu điểm.

Do đó, CMM chủ yếu được sử dụng để kiểm tra mục tiêu hơn là cung cấp mô hình 3D đầy đủ của các đối tượng, trong trường hợp đó, máy quét 3D là lựa chọn tốt nhất.

Những ưu điểm chính của máy quét 3D so với CMM là:

• Tốc độ : Quá trình quét 3D có thể được xử lý trong vài phút, trong khi CMM đòi hỏi nhiều thời gian hơn.
• Tự động hóa : Hệ thống quét 3D tương thích hơn nhiều với các môi trường công nghiệp như dây chuyền lắp ráp.
• Phạm vi : Máy quét 3D nắm bắt nhiều thông tin hơn theo cấp số nhân. Điều này có thể cho phép các kỹ sư và nhà thiết kế hiểu được nguyên nhân gốc rễ của biến dạng bộ phận tiềm ẩn là gì thay vì chỉ đơn giản là xác định sự tồn tại của nó. Chúng cũng có thể quét các phần lớn hơn nhiều so với CMM, có khung / khối lượng cố định.
• Tính linh hoạt : Việc di chuyển máy quét 3D và sử dụng nó tại một số máy trạm dễ dàng hơn để thích ứng với các nhu cầu sản xuất khác nhau. Máy CMM thường ở một chỗ và chiếm nhiều dung lượng.
• Không xâm phạm : Mặc dù các máy đo tọa độ không nhất thiết phải chạm vào vật thể, nhưng chúng lại tiến gần đến vật thể, điều này có thể là một vấn đề trong một số trường hợp. Máy quét 3D có thể thu thập dữ liệu ở khoảng cách an toàn.
• Giá cả : Máy quét 3D thường ít tốn kém hơn máy CMM.

Tất cả những điều này đang được nói, CMM và máy quét 3D có thể bổ sung cho nhau. CMM rất khó bị đánh bại khi nói đến các lỗ đo và các chi tiết phức tạp, phức tạp.

Bằng cách sử dụng cả CMM (chẳng hạn như đầu dò cầm tay) và máy quét 3D, có thể đạt được mức độ chính xác cao.

Những ngành nào sử dụng đo lường và tại sao?

Tích hợp đo lường 3D trực tiếp trong chuỗi giá trị của bất kỳ ngành nào đảm bảo chất lượng bộ phận cao mà không làm gián đoạn dây chuyền sản xuất.

Đây là một số trong số nhiều ngành tận dụng lợi thế của đo lường 3D:

• Hàng không vũ trụ và ô tô
• Thiết bị điện tử
• Sức mạnh và năng lượng
• Sản xuất chung
• Thuộc về y học
• Dụng cụ

Ứng dụng hàng đầu cho đo lường 3D là kiểm tra bộ phận trong các quy trình kiểm soát chất lượng chung . Điều cần thiết đối với bất kỳ doanh nghiệp nào để đảm bảo hàng hóa được sản xuất đảm bảo tiêu chuẩn.

Điều này đúng cho dù những hàng hóa này là đồ gia dụng đơn giản, như núm vặn lò vi sóng hay các bộ phận quan trọng của máy bay phải đạt tiêu chuẩn và an toàn 100%.

Dữ liệu đo 3D chính xác cũng cung cấp tùy chọn thiết kế ngược các bộ phận thay thế và sửa chữa nhanh chóng.

Nhìn chung, sử dụng đo lường 3D đảm bảo ít sai sót hơn trong quá trình sản xuất, tiết kiệm cả thời gian và tiền bạc.

Phần mềm đo lường để kiểm tra

Máy quét 3D chỉ phát huy hết các tính năng của mình khi tương thích với phần mềm mà nó hoạt động. Để rõ ràng, chúng ta có thể phân biệt hai loại phần mềm:

• Phần mềm cơ bản để vận hành máy quét : Đây thường là phần mềm độc quyền (ví dụ như Artec Studio) đi kèm với máy quét để chuyển đổi các điểm dữ liệu và đám mây thành lưới 3D của đối tượng được quét. Nó cung cấp các chức năng cơ bản như căn chỉnh lưới và lấp đầy lỗ, nhưng thường sẽ không đủ để thực hiện các hoạt động kiểm tra và kiểm soát chất lượng nâng cao.

Điều này có thể đủ tùy thuộc vào mục đích sử dụng cuối của quá trình quét, nhưng khi nói đến đo lường, thường cần phần mềm bổ sung.

• Phần mềm kiểm tra : Đối với đo lường 3D, các kỹ sư và nhà thiết kế sử dụng phần mềm hoặc mô-đun kiểm tra cụ thể với các chức năng và sức mạnh bổ sung. Thật vậy, mục tiêu chính (trong số những mục tiêu khác) là so sánh bản quét 3D với một tệp CAD tham chiếu. Phần mềm phải có khả năng làm điều đó để tìm ra sự khác biệt tiềm ẩn và cung cấp bản đồ hoặc báo cáo sai lệch.

Những thông số kỹ thuật nào cần tìm trong máy quét 3D?

Có một số thông số kỹ thuật cần xem xét trước khi mua giải pháp quét 3D cho đo lường.

Sự chính xác

Độ chính xác xác định mức độ gần của một phép đo với giá trị thực của nó. Điều này có ý nghĩa quan trọng nhất đối với các ứng dụng đo lường. Thông thường, các nhà sản xuất cung cấp hai loại thông số kỹ thuật chính xác khác nhau: độ chính xác quét một lần và độ chính xác thể tích.

Nguồn sáng

Máy quét 3D sử dụng các loại nguồn sáng khác nhau để chụp hình ảnh 3D: các đường và chữ thập laze, thường có màu đỏ hoặc xanh lam; hoặc các mẫu đèn LED, thường có màu trắng hoặc xanh lam.

Nói chung, máy quét 3D càng có nhiều vạch hoặc tia laser thì tốc độ quét 3D càng nhanh.

Độ phân giải

Độ phân giải thường được đo bằng khoảng cách điểm tới điểm và đôi khi tính bằng điểm trên mỗi lần quét.

Đối với hình ảnh, độ phân giải của bản quét càng cao thì càng có nhiều chi tiết hiển thị và kết quả càng sắc nét.

Có hai loại độ phân giải khác nhau: độ phân giải đo lường và độ phân giải lưới . Độ phân giải lưới là loại quan trọng nhất cần xem xét, vì nó sẽ là độ phân giải của mô hình 3D cuối cùng của bạn.

Đôi khi có thể không rõ nhà sản xuất đang đề cập đến độ phân giải nào trong thông số kỹ thuật sản phẩm của họ.

Tốc độ, vận tốc

Tốc độ thu thập dữ liệu có thể được biểu thị bằng số đo điểm trên giây, khung hình trên giây hoặc giây mỗi lần quét.

Phần mềm

Một số nhà sản xuất máy quét 3D phát triển phần mềm của riêng họ, trong khi những nhà sản xuất khác có quan hệ đối tác với các thương hiệu phần mềm quét 3D hàng đầu hiện có.

Cũng cần lưu ý rằng phần mềm quét 3D luôn đòi hỏi máy tính xách tay phải mạnh về RAM, card đồ họa,… Nếu không được trang bị tốt, bạn có thể phải phân bổ ngân sách vài nghìn USD cho một chiếc PC mới.

Phạm vi và trường xem

Rõ ràng là không hiệu quả khi quét 3D một vật thể lớn bằng máy quét 3D có phạm vi hoặc trường nhìn nhỏ. Do đó, bắt buộc phải xem phạm vi của máy quét có tương thích với những gì bạn định quét 3D hay không.

Một số máy quét 3D cung cấp nhiều chế độ quét 3D để thích ứng với các kích thước vật thể khác nhau.

Vị trí điểm đánh dấu

Điểm đánh dấu là những “mục tiêu” nhỏ, hỗ trợ máy quét 3D định vị dữ liệu mà chúng thu được. Nói cách khác, chúng giúp máy quét căn chỉnh các khung hình đã chụp khác nhau với nhau, tương đối với nhau và trong không gian, để tạo thành mô hình 3D.

Để nâng cao độ chính xác toàn cầu của chúng, một số máy quét 3D ánh sáng có cấu trúc hoặc laser tích hợp tính năng thu nhận điểm đánh dấu với công nghệ đo quang thông qua các máy ảnh chuyên dụng.

Chúng là một máy quét 3D “lai”, giải thích lý do tại sao một số máy quét 3D đo lường yêu cầu người dùng đặt các điểm đánh dấu trên đối tượng được quét hoặc môi trường của nó, đặc biệt là đối với các đối tượng có kích thước lớn (trên 1 mét).

Giá máy quét 3D đo lường

Giá cho một máy quét 3D đo lường phần lớn phụ thuộc vào độ chính xác, phần mềm và các yếu tố khác. Đối với các ứng dụng công nghiệp nặng, giá cho một máy quét và phần mềm có độ chính xác thích hợp có thể lên tới hơn 100.000 đô la.

*****

Là đaị diện độc quyền của hãng máy quét 3D hàng đầu thế giới tại Việt Nam (Carl ZEISS (Đức); 3D SYSTEMS (USA)…), Scantech Việt Nam cam kết mang tới khách hàng giải pháp, máy móc và thiết bị hiện đại và chất lượng.