Nghiên cứu đo biên dạng 3D của chi tiết bằng phương pháp sử dụng ánh sáng cấu trúc
Cơ khí chính xác và Kỹ thuật đo lường
Luận án tập trung vào "Nghiên cứu đo biên dạng 3D của chi tiết bằng phương pháp sử dụng ánh sáng cấu trúc", nhằm đáp ứng nhu cầu cấp thiết về đo lường biên dạng 3D chính xác trong ngành công nghiệp cơ khí đang phát triển tại Việt Nam, đặc biệt với các chi tiết gia công trên máy CNC. Mục tiêu chính là làm chủ công nghệ đo lường bằng ánh sáng cấu trúc, xây dựng cơ sở lý thuyết để thiết kế và chế tạo thiết bị đo phù hợp với điều kiện trong nước. Đề tài nghiên cứu các bề mặt 3D của chi tiết cơ khí (CNC, rèn dập, đúc) và tập trung vào phương pháp dịch pha kết hợp mẫu chiếu mã hóa dạng sin và mã hóa Gray để tăng độ chính xác gỡ pha. Phạm vi nghiên cứu bao gồm cơ sở lý thuyết và thiết bị thực nghiệm sử dụng camera và máy chiếu kỹ thuật số, đạt độ chính xác 0,05 mm trong phạm vi đo 200x200x200 mm cho các chi tiết có độ phản xạ không cao.
Về ý nghĩa khoa học, luận án trình bày hệ thống phương pháp đo ánh sáng cấu trúc dịch pha, làm chủ lý thuyết và kỹ thuật, đồng thời ứng dụng thành công mã hóa Gray để gỡ pha. Luận án cũng xây dựng mô hình toán học, thuật toán xử lý dữ liệu và phương pháp hiệu chuẩn thiết bị. Về ý nghĩa thực tiễn, nghiên cứu này giúp làm chủ kỹ thuật đo, sử dụng hiệu quả các thiết bị đo 3D bằng ánh sáng cấu trúc và khẳng định khả năng tự thiết kế, chế tạo thiết bị tại Việt Nam. Thiết bị thực nghiệm STL-1 được chế tạo phục vụ công tác giảng dạy và tạo tiền đề cho các ứng dụng trong công nghiệp (may mặc, giày dép), y tế, an ninh. Luận án đã xây dựng thành công thiết bị đo biên dạng 3D dịch pha kết hợp mã hóa Gray đầu tiên tại Việt Nam, đạt độ chính xác 0,05mm và hoạt động ổn định trong phạm vi 200x200x200 mm, với thời gian đo khoảng 3 phút, đáp ứng yêu cầu mô phỏng biên dạng thực của chi tiết.
a) Mục đích của đề tài
b) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a) Ý nghĩa khoa học
b) Ý nghĩa thực tiễn
1.2.1. Nguyên lý đo biên dạng 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc
1.2.2. Khái niệm và phân loại ánh sáng cấu trúc
1.2.3. Hệ chiếu mẫu vân sáng
1.2.4. Hệ thu ảnh vân
1.3.1. Hệ thống đo biên dạng 3D của Srinivasan
1.3.2. Hệ thống đo biên dạng 3D của Toyooka và Iwaasa
1.3.3. Hệ thống đo biên dạng 3D của Hu
1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
2.1.1. Cơ sở phương pháp dịch pha
2.1.2. Đo lường biên dạng 3D bằng phương pháp dịch pha
2.1.3. Các thuật toán dịch pha.
2.1.3.1. Thuật toán 3 bước dịch pha
2.1.3.2. Thuật toán ba bước dịch pha kép
2.1.3.3. Thuật toán dịch pha Carré
2.1.3.4. Giải thuật Hariharan
2.1.4. Các phương pháp gỡ pha
2.1.4.1. Phương pháp gỡ pha không gian
2.1.4.2. Phương pháp gỡ pha theo thời gian
2.1.5. Đặc điểm phương pháp dịch pha.
2.2.1. Phương pháp mã hóa Gray
2.2.2 Nghiên cứu gỡ pha bằng mã hóa Gray trong phương pháp dịch pha.
2.3.1. Nguyên lý tam giác lượng trong xác định tọa độ điểm đo
2.3.2. Xây dựng phương pháp xác định tọa độ điểm đo
2.4.1. Phương pháp hiệu chuẩn camera
2.4.2. Xây dựng phương pháp hiệu chuẩn hệ thống camera và máy chiếu
3.1.1. Xác định khoảng dịch chuyển của cụm cảm biến
3.1.2. Xác định vị trí và tính toán lựa chọn camera và máy chiếu
3.2.1. Giải thuật tạo mẫu ảnh chiếu
3.2.2. Thuật toán xử lý dữ liệu ảnh
3.2.3. Thuật toán xác định đám mây điểm đo
3.2.4. Thuật toán hiệu chuẩn hệ thống
3.3.1. Ảnh hưởng sơ đồ bố trí cụm cảm biến đến độ chính xác
3.3.2. Ảnh hưởng độ chính xác pha đến độ chính xác phép đo
3.3.3. Ảnh hưởng quang sai đến độ chính xác
3.4.1. Tính toán thiết kế cụm cảm biến
3.4.2. Xác định cấu hình hệ thống điều khiển
3.4.3. Xây dựng thuật toán điều khiển
4.3.1. Hiệu chuẩn sự phân bố cường độ sáng của máy chiếu.
4.3.2. Hiệu chuẩn màu cho cảm biến
4.3.3. Hiệu chuẩn cường độ sáng ảnh xám
4.3.4. Hiệu chuẩn thiết bị thực nghiệm STL – 1 sử dụng ô vuông bàn cờ
4.4.1. Khảo sát độ phân giải cơ sở
4.4.2. Đo mẫu trụ chuẩn
4.4.3. Đo mẫu khối cầu chuẩn
4.5.1. Kết quả đo tại một phương chiếu
4.5.2. Ảnh mô phòng dữ liệu quét khi quét toàn bộ vật thể sử dụng 6 phương chiếu
4.5.3. Ứng dụng thiết bị trong lĩnh vực an ninh