Công nghệ quét 3D đã và đang không ngừng phát triển để đáp ứng các nhu cầu đa dạng và ngày một gia tăng trong các ứng dụng công nghiệp. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng sẽ tìm hiểu về một số loại công nghệ quét 3D, cùng với bốn loại máy quét 3D chính thường được sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp, đồng thời phân tích các tính năng, hạn chế và những trường hợp sử dụng phổ biến của chúng.
Các loại công nghệ quét 3D có thể được phân loại dựa trên độ chính xác và kích thước vật thể (hai yếu tố này thường liên quan chặt chẽ với nhau). Theo cách phân loại này, có bốn loại máy quét phổ biến:
- Máy quét CT công nghiệp, với độ chính xác đạt đến 1-2 micron.
- Máy quét ánh sáng cấu trúc và máy quét 3D laser độ chính xác cao, thích hợp cho các vật thể nhỏ với độ chính xác ở mức 25 micron hoặc thấp hơn.
- Máy quét 3D cầm tay, được thiết kế cho các vật thể lớn với độ chính xác có thể đạt tới 50 micron.
- Máy quét LiDAR, phù hợp để quét các vật thể cực lớn với độ chính xác dưới mức milimet.
Các chủng loại thiết bị từ máy quét CT cho đến máy quét LiDAR
Máy Quét Ánh Sáng Cấu Trúc Độ Chính Xác Cao & Máy Quét 3D Laser
Hiện tại, đây là hai loại máy quét 3D đang thống trị thị trường kiểm soát chất lượng công nghiệp, đặc biệt là các máy quét đo lường di động. Mặc dù độ chính xác của chúng thấp hơn một chút so với các thiết bị quét khác như CMM (Máy Đo Tọa Độ) và máy quét CT công nghiệp, chúng lại được ứng dụng rộng rãi hơn nhờ tính linh hoạt và thuận tiện trong việc sử dụng.
Các máy quét 3D trong loại này cung cấp độ chính xác cấp đo lường ở mức 25 micron hoặc thấp hơn và thường có thể quét các vật phẩm lớn như khối động cơ. Cả máy quét ánh sáng cấu trúc và máy quét 3D laser đều có thể đạt được mức độ chính xác và độ phân giải cao này, vì chúng hoạt động dựa trên các nguyên tắc tương tự.
Máy quét ánh sáng cấu trúc & máy quét 3D laser hoạt động như thế nào? Cả quét ánh sáng cấu trúc và quét 3D laser đều sử dụng phương pháp đa giác hóa để tính toán tọa độ 3D của các điểm trên bề mặt vật thể. Sự khác biệt chính nằm ở nguồn sáng:
- Máy quét ánh sáng cấu trúc chiếu lưới hoặc sọc ánh sáng khả kiến hoặc hồng ngoại lên vật thể. Các camera ghi lại sự biến dạng của mẫu này khi nó tương tác với bề mặt vật thể. Dựa trên sự biến dạng của lưới đó, chúng xác định hình dạng. Một số máy quét ánh sáng cấu trúc phổ biến với độ chính xác cấp đo lường: ZEISS ATOS Q, GOM Scan 1, Artec Micro.
- Máy quét 3D laser chiếu một đường laser tập trung lên vật thể. Khi laser quét qua bề mặt, các cảm biến phát hiện phản xạ của nó, và hệ thống tính toán tọa độ 3D dựa trên góc và vị trí của laser phản xạ. Một số máy quét 3D laser phổ biến với độ chính xác cấp đo lường: T-SCAN Hawk 2, Artec Point.
Do sự khác biệt này, máy quét ánh sáng cấu trúc ghi lại toàn bộ khu vực cùng lúc, làm cho nó nhanh chóng đối với các vật thể phức tạp trong môi trường kiểm soát, trong khi quét laser thường quét theo đường và có thể chậm hơn đối với vật thể nhỏ nhưng bền bỉ hơn cho các ứng dụng quy mô lớn hoặc ngoài trời.
Có một số hạn chế liên quan đến máy quét ánh sáng cấu trúc và laser cấp đo lường truyền thống:
- Các cánh tay quét laser truyền thống có phạm vi tiếp cận hạn chế, và một số máy quét dạng hộp có không gian hạn chế để đặt vật thể.
- Có thể yêu cầu thiết lập và hiệu chỉnh trước khi sử dụng.
- Một số máy quét không thể quét dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp. Nhìn chung, máy quét ánh sáng cấu trúc nhạy cảm hơn với ánh sáng môi trường và có thể gặp khó khăn với bề mặt phản chiếu hoặc trong suốt, trong khi máy quét laser ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện ánh sáng và có thể xử lý nhiều loại vật liệu hơn.
Các máy quét 3D cấp đo lường này được sử dụng như thế nào?
Tất nhiên, chúng được sử dụng mạnh mẽ cho đo lường, nhưng cũng có thể dùng để thiết kế ngược, kiểm soát chất lượng và kiểm tra.
Thông thường, kiểm tra sản phẩm trong dây chuyền sản xuất thường có một phòng riêng tại khu vực sản xuất để kiểm tra và đảm bảo chất lượng của các bộ phận mới ra khỏi dây chuyền. Các cánh tay quét laser đã đưa kiểm tra ngay đến dây chuyền sản xuất, cho phép xác định, chẩn đoán và giải quyết ngay lập tức các vấn đề chất lượng.
Với phần mềm kiểm tra, các nhà sản xuất có thể so sánh dữ liệu quét với mô hình CAD gốc trong thời gian thực, cho phép họ nhanh chóng đánh giá mức độ phù hợp của từng bộ phận với tiêu chuẩn chất lượng sản xuất. Nhiều nhà sản xuất đang tích hợp hệ thống quét trực tiếp vào dây chuyền sản xuất để tăng tốc quy trình kiểm tra và cải thiện hiệu quả chi phí.
Ví dụ, một công ty cần thay thế một khuôn mà họ đã dựa vào trong nhiều năm, nhưng không có mô hình hoặc bản vẽ hiện có để tham khảo. Một một hình mới có thể được phát triển dựa trên sản phẩm gốc, nhưng khuôn kết quả yêu cầu nhiều hơn khoảng 50% vật liệu so với khuôn gốc. Điều này dẫn đến chi phí mỗi chi tiết tăng đáng kể. Do độ phức tạp của chi tiết, việc xác định nơi sử dụng vật liệu thừa sẽ rất tốn thời gian.
Giải pháp được đưa ra là sử dụng máy quét 3D để ghi lại và so sánh các đặc điểm từ cả khuôn gốc và khuôn mới. Phần mềm Geomagic Control X được sử dụng để so sánh các chi tiết được quét với mô hình được sử dụng cho khuôn mới. Phân tích này tiết lộ các khác biệt chính về hình học và vật liệu sử dụng. Từ đó có thể sửa đổi mô hình và thiết kế khuôn để phù hợp hơn với thông số kỹ thuật gốc – cuối cùng giảm sử dụng vật liệu và giảm chi phí mỗi sản phẩm.
Kiểm soát chất lượng
Các máy quét 3D được gắn trên cánh tay robot có thể kiểm tra số lượng lớn vật thể để phát hiện khuyết điểm hoặc vấn đề lắp ráp. Chẳng hạn như khoảng cách bảng điều khiển trên xe hơi mà không cần can thiệp của con người. Khả năng tự động hóa này loại bỏ các nhiệm vụ lặp lại, đảm bảo chất lượng nhất quán và cho phép tối ưu nguồn nhân lực. Điều này cho phép các nhà sản xuất kiểm tra toàn bộ sản phẩm lắp ráp, cung cấp phản hồi thời gian thực cho các nhóm sản xuất và nhanh chóng thực hiện cải thiện chất lượng.
Các máy quét 3D di động cấp đo lường được sử dụng rộng rãi hơn để ghi lại các hình dạng phức tạp với độ chính xác cao. Ví dụ như sử dụng ZEISS T-SCAN Hawk 2 với độ độ chính xác 20 micron để quét các chi tiết cỡ vừa và lớn như thân vỏ ô tô hay tàu thuyền.
Nếu bạn đang tìm kiếm một công cụ đo lường cho các bộ phận nhỏ, phức tạp, máy quét để bàn Artec Micro với độ chính xác 10 micron là lựa chọn hoàn hảo vì:
- Hệ thống tự động xoay bộ phận, và mỗi lần quét sẽ khớp với lần trước, loại bỏ sự không ổn định phổ biến với máy quét 3D cầm tay mà phần mềm quét một mình không thể luôn sửa chữa.
- Nó cho phép hoàn thành thời gian quét hiệu quả hơn và giảm thiểu xử lý hậu kỳ.
- Nó tích hợp liền mạch với phần mềm Artec Studio để cung cấp trải nghiệm hoàn toàn tự động – chỉ cần chọn một vài tham số, nhấn nút quét, và Artec Micro xử lý phần còn lại.
Máy Quét 3D Di Động
Loại máy quét 3D này cung cấp độ chính xác lên đến 50 micron và có thể quét vật thể lớn như xe hơi hoặc xe tải.
So với ba loại máy quét khác, các máy quét 3D cầm tay này là:
- Cực kỳ di động
- Tiết kiệm chi phí
- Cung cấp khả năng sử dụng tuyệt vời, yêu cầu thiết lập, hiệu chỉnh và đào tạo tối thiểu
Các máy quét 3D di động được sử dụng như thế nào?
Các máy quét 3D di động chủ yếu được sử dụng để thiết kế ngược nhưng cũng đóng vai trò quan trọng trong kiểm soát chất lượng và kiểm tra. Một số dòng máy thậm chí có thể đạt độ chính xác cấp đo lường.
Thiết kế ngược
Các máy quét ánh sáng cấu trúc cầm tay giúp quá trình thiết kế ngược nhanh hơn, dễ dàng hơn và dễ tiếp cận hơn. Các nhiệm vụ từng mất hàng tuần nay có thể hoàn thành chỉ trong vòng 24 giờ. Các máy quét 3D này cho phép ghi lại dữ liệu 3D chính xác của các bộ phận trực tiếp tại chỗ bằng laptop hoặc máy tính bảng. Dữ liệu quét có thể chuyển sang lapop bằng wìfi, sau đó dùng phần mềm thiết kế ngược như Design X để chuyển đổi sang tệp CAD. Điều này cho phép người dùng tái tạo, sửa chữa hoặc cải thiện mô hình để sản xuất lại hoặc in 3D.
Thiết kế phụ tùng sau thị trường/OEM
Theo truyền thống, việc tạo ra các sản phẩm phụ tùng tùy chỉnh – như linh kiện ô tô – yêu cầu đo lường thủ công các bộ phận hiện có hoặc không gian lắp đặt cho các bộ phận mới. Quy trình này thường phức tạp, tốn thời gian và dễ mắc lỗi.
Với máy quét 3D cầm tay, người dùng chỉ cần hướng thiết bị vào khu vực cần đo, và nó sẽ nhanh chóng và chính xác ghi lại tất cả dữ liệu cần thiết. Ví dụ, một nhà sản xuất ô tô OEM giờ đây có thể thuê một chiếc xe mới ngay khi có sẵn, quét các khu vực hoặc bộ phận liên quan (như thảm sàn và hốc để chân), và bắt đầu sao chép chúng gần như ngay lập tức. Điều này cho phép các nhà sản xuất thiết kế, tạo mẫu và sản xuất các phụ tùng phù hợp hoàn hảo trong vòng vài ngày hoặc vài tuần.
Kiểm soát chất lượng
Với máy quét 3D di động, kiểm soát chất lượng đã trở nên dễ dàng và dễ tiếp cận hơn nhiều trong ngành sản xuất.
Ví dụ, một nhà sản xuất có kinh nghiệm trong lĩnh vực đúc kim loại đã ứng dụng công nghệ quét 3D để nâng cao tính ổn định trong quy trình sản xuất.
Kỹ thuật viên của họ sử dụng máy quét Artec Eva để ghi lại dữ liệu bề mặt chi tiết trực tiếp tại hiện trường. Từ các bản quét này, doanh nghiệp tạo ra đám mây điểm và mô hình lưới 3D, sau đó so sánh với tệp CAD ban đầu nhằm kiểm tra độ sai lệch và giám sát chất lượng sản phẩm.
Nhờ đó, họ có thể theo dõi sự thay đổi về độ chính xác và chất lượng qua từng đợt sản xuất, đánh giá ảnh hưởng của vật liệu hoặc quy trình gia công mà không cần đầu tư thêm thiết bị đắt tiền.
Các thiết bị cầm tay cung cấp sự tự do di chuyển lớn hơn khi quét vật thể lớn. Đối với chi tiết phức tạp hơn, người dùng có thể tích hợp máy quét 3D cầm tay lên cánh tay robot như một giải pháp hữu hiệu.
Máy Quét LiDAR
Máy quét LiDAR được thiết kế để ghi lại các vật thể rất lớn từ khoảng cách lên đến 500 mét với độ chính xác đáng tin cậy. Các hệ thống tiên tiến nhất có thể đạt độ chính xác dưới milimet.
Quét LiDAR hoạt động như thế nào?
Quét LiDAR chia sẻ công nghệ cơ bản giống như quét 3D laser – sử dụng ánh sáng laser để ghi lại dữ liệu không gian và tạo ra đám mây điểm 3D chi tiết. Tuy nhiên, nguồn sáng khác nhau: Quét LiDAR sử dụng các xung laser (đo thời gian trở về cho mỗi xung) trong khi quét 3D laser sử dụng chùm laser liên tục (đo góc phản xạ và khoảng cách).
Sự khác biệt chính về nguồn sáng này dẫn đến ba sự khác biệt chính:
Các máy quét LiDAR được sử dụng như thế nào?
Các máy quét 3D đa năng này phù hợp cho nhiều ứng dụng, từ lập kế hoạch sản xuất và cảm biến chuyển động đến kiểm soát chất lượng và kiểm tra máy móc và sản phẩm hoàn thiện lớn, chẳng hạn như máy bay chở khách và tàu chở hàng thương mại. Các mô hình độ chính xác cao hữu ích cho một số tác vụ thiết kế ngược
An toàn sàn nhà máy
Máy quét LiDAR như Artec Ray được sử dụng rộng rãi cho các nhiệm vụ như lập kế hoạch bố trí cơ sở hoặc thiết lập dây chuyền sản xuất mới. Các máy quét tầm xa này cũng được sử dụng để giám sát an toàn thời gian thực trên sàn nhà máy.
Thông thường, các cánh tay robot hoạt động trong lồng kín vì lý do an toàn, nghĩa không có sự can thiệp của con người cho đến khi robot hoàn thành nhiệm vụ. Sự tách biệt này làm chậm sản xuất, đặc biệt đối với các nhiệm vụ quá phức tạp cho robot và yêu cầu can thiệp của con người.
Với các hệ thống LiDAR mới nhất, các cảm biến được lắp đặt trong các khu vực sản xuất nơi con người và cánh tay robot chia sẻ không gian làm việc. Các cảm biến này nâng cao an toàn bằng cách làm chậm hoặc dừng hoạt động robot bất cứ khi nào thành viên nhóm bước vào khu vực hạn chế. Công nghệ này cho phép con người và robot chia sẻ không gian làm việc an toàn, tăng hiệu quả và sự hợp tác mà không ảnh hưởng đến an toàn.
Máy Quét CT Công Nghiệp
Quét CT hoạt động như thế nào?
Chụp cắt lớp vi tính, hoặc quét CT, về cơ bản là cách tạo hình ảnh X-quang 3D. Quy trình hoạt động bằng cách truyền tia X qua vật thể từ nhiều góc độ khác nhau. Các detector ở phía đối diện ghi lại cách tia X hoạt động khi chúng đi qua. Bằng cách xoay vật thể và chụp nhiều hình ảnh từ khắp nơi xung quanh, hệ thống thu thập một loạt các góc nhìn cắt ngang. Các hình ảnh này sau đó được kết hợp bởi máy tính để tái tạo một mô hình 3D chi tiết về cấu trúc nội bộ và ngoại bộ của vật thể.
Ví dụ như máy quét CT ZEISS METROTOM 1 với chính xác micron (khoảng 5 micron) và có thể kiểm tra các đặc bên trong vật thể như khoang và lỗ. Nó phát hiện các khuyết điểm như khoảng trống và khe hở bên trong các bộ phận có thể dẫn đến phá hủy cấu trúc.
Được hỗ trợ bởi phần mềm ZEISS Inspect, chúng tôi có thể thiết lập các mẫu và báo cáo có thể tái sản xuất cho kiểm tra và kiểm soát chất lượng, kiểm tra so với kích thước, bản vẽ, GD&T, và sau đó kiểm tra các bộ phận trong xử lý hàng loạt để kiểm tra xem chúng có vượt qua kiểm soát chất lượng không.
Ưu và nhược điểm của máy quét CT công nghiệp
Các máy quét CT công nghiệp được sử dụng như thế nào?
Mặc dù chưa được áp dụng rộng rãi như máy quét CT y tế, các hệ thống CT công nghiệp đang phát triển nhanh chóng nhờ khả năng kiểm tra cấu trúc nội bộ không phá hủy độc đáo. Chúng đặc biệt có giá trị trong các lĩnh vực như hàng không vũ trụ, ô tô, điện tử và sản xuất tiên tiến, nơi kiểm tra nội bộ độ chính xác cao và kiểm soát chất lượng rất quan trọng. Bạn có thể kiểm tra nội bộ của vật thể để đánh giá chất lượng lắp ráp, khoảng trống nội bộ và khuyết điểm mà không cần cắt mở hoặc thay đổi nó. Vì vật thể vẫn nguyên vẹn trong quá trình kiểm tra, nó có thể được trả lại kho lưu trữ và kiểm tra lại sau nếu cần.
Kiểm tra không phá hủy với Quét CT Máy quét CT có thể được sử dụng để quét các khối động cơ đúc, kết hợp với phần mềm chuyên dụng để phân tích khối lượng dữ liệu lớn được tạo ra. Hệ thống tự động xử lý dữ liệu và tìm ra các khiếm khuyết đúc như bọt khí, vết nứt lên đến chỉ 1 hoặc 2 micron, và sự không nhất quán đúc. Khả năng phát hiện và truyền thông tin đến bộ phận đúc có thể cải thiện quy trình và xác định các bộ phận có vấn đề không thể đưa vào sản xuất.
Kết Luận Máy quét 3D đi kèm với nhiều tính năng đa dạng phù hợp với các nhu cầu công nghiệp khác nhau. Các mô hình độ phân giải cao, độ chính xác cao lý tưởng cho kiểm tra, kiểm soát chất lượng và bổ sung cho các CMM truyền thống, và thường được gắn trên giá đỡ hoặc cánh tay robot. Các mô hình giá cả phải chăng hơn phù hợp tốt cho kỹ thuật đảo ngược, cung cấp tính di động và dễ sử dụng cao hơn.
Trong mỗi loại của bốn loại quang phổ, có các thiết bị với nhiều khả năng, thỏa hiệp và chi phí khác nhau. Nếu bạn muốn biết máy quét nào để chọn cho nhu cầu cụ thể của mình, hãy liên hệ với các chuyên gia của chúng tôi.
