Quét 3D là thuật ngữ chung cho quá trình thu thập thông tin hình dạng của vật thể và chuyển đổi nó thành thông tin kỹ thuật số bằng cách chiếu tia laser hoặc ánh sáng trắng lên vật thể bằng máy quét 3D. Công nghệ quét 3D có thể được sử dụng chủ yếu để phát triển sản phẩm, thiết kế ngược, kiểm tra chất lượng và nội dung 3D.
Máy quét 3D dựa trên laser của Creaform chiếu một chùm tia laser lên vật thể được đo và camera của máy quét ghi lại điểm mà chùm tia laser giao nhau với vật thể. Máy quét 3D laser sử dụng mục tiêu định vị, là những miếng dán nhỏ có thể được đặt trực tiếp lên vật thể được đo, cho phép máy quét xác định vị trí của chính nó.
Khuôn
Khuôn chủ yếu được làm từ vật liệu kim loại và nhiều sản phẩm có bề mặt được mài nhẵn. Vì yêu cầu độ chính xác cao, công việc quét thường được thực hiện bằng dòng máy quét cầm tay cao cấp HandySCAN BLACK Series sử dụng tia laser xanh. Ngoài ra, tuỳ vào kích thước của sản phẩm cần đo, người ta sẽ sử dụng loại máy quét cầm tay hoặc máy quét theo dõi.
Ô tô
Đối với ô tô, có nhiều bộ phận cần quét 3D, vì vậy việc lựa chọn máy quét phù hợp với từng công việc là rất quan trọng. Để quét thân xe hoặc toàn bộ xe, thường sử dụng máy quét theo dõi (tracker type), trong khi máy quét laser cầm tay và máy quét cầm tay thường được sử dụng cho việc quét các bộ phận nhỏ. Đối với việc quét nội thất, chủ yếu sử dụng máy quét quang học và máy quét cầm tay để thực hiện việc quét 3D.
Ngành tàu biển/Công nghiệp nặng
Trong ngành đóng tàu và công nghiệp nặng, các sản phẩm cần quét thường là các vật thể lớn, vì vậy nhu cầu sử dụng máy quét loại theo dõi (tracker type) là rất cao. So với máy quét cầm tay, máy quét loại tracker có phạm vi bao phủ cơ bản rộng hơn và có thể mở rộng vùng làm việc lên đến hơn 10 mét thông qua việc sử dụng các mục tiêu (targets). Để thực hiện quét 3D, trước tiên cần cài đặt các mục tiêu định vị, sau đó mới tiến hành quét 3D.
Hàng không
Đối với máy bay, vì không gian bên trong hẹp, thường sử dụng máy quét cầm tay (handheld type), trong khi để quét các bộ phận bên ngoài lớn, máy quét loại theo dõi (tracker type) sẽ được ưu tiên. Sau khi đặt các mục tiêu định vị phù hợp tại các khu vực cần quét, vùng đo sẽ được thiết lập, và quá trình quét 3D sẽ được tiến hành.
Chất bán dẫn/Thiết bị tự động hóa
Việc đo lường trong hệ thống tự động hóa không chỉ bao gồm kiểm tra sai lệch hình dạng, mà còn rất quan trọng trong việc đo lường độ lặp lại của thiết bị tự động hóa. C-track của Creaform sử dụng các mục tiêu định vị để theo dõi vị trí của vật thể. Các mục tiêu định vị được đặt trong khu vực cần đo, sau đó thiết lập tham chiếu động (dynamic reference) và dữ liệu của hình dạng vật thể cần đo hoặc mô hình mục tiêu để theo dõi sẽ được đọc.
Quân sự
Trong lĩnh vực quân sự, công việc quét 3D yêu cầu đo lường từ các sản phẩm nhỏ như vũ khí, đến các sản phẩm lớn như xe tăng, cũng như việc kiểm tra tình trạng của mục tiêu bị phá hủy bởi vũ khí. Tùy vào kích thước khu vực đo, máy quét cầm tay (handheld type) hoặc máy quét loại theo dõi (tracker type) sẽ được sử dụng để thực hiện quét 3D. Để kiểm tra quỹ đạo viên đạn của mục tiêu, trong một số trường hợp, sản phẩm sẽ được cắt mở để quét phần bên trong.
Di sản văn hóa / Đồ họa 3D
Việc quét 3D di sản văn hóa hoặc các tác phẩm sáng tạo chủ yếu tập trung vào việc thể hiện hình ảnh, thay vì độ chính xác về kích thước dữ liệu. Vì vậy, các máy quét 3D loại quang học, có khả năng thu thập dữ liệu màu sắc, thường được sử dụng. Đối với các vật thể lớn, do hiệu quả quét cao của thiết bị loại theo dõi, máy quét loại tracker như MetraSCAN 3D kết hợp với máy ảnh được sử dụng để thu thập dữ liệu hình dạng và màu sắc riêng biệt, sau đó kết hợp chúng lại.
Thiết kế ngược (Reverse Engineering) là công nghệ quét 3D hình dạng của sản phẩm không có bản vẽ thiết kế và chuyển đổi nó thành dữ liệu thiết kế 3D (CAD). Kỹ thuật này cho phép tạo ra dữ liệu thiết kế 3D cho các sản phẩm có hình dạng phức tạp được cấu thành từ bề mặt tự do, giúp rút ngắn quy trình phát triển sản phẩm.
Quá trình thiết kế ngược
STEP 01 : Quét 3D sản phẩm
STEP 02 : Sắp xếp tọa độ
STEP 03 : Thu thập thông tin mặt cắt
STEP 04: Mô phỏng bằng cách sử dụng thông tin mặt cắt
Khuôn
Trước tiên, dữ liệu quét của khuôn được căn chỉnh. Vì khuôn có phần trên và phần dưới, cần phải căn chỉnh đúng vị trí của chúng trước khi tiến hành thiết kế ngược. Sau đó, các hình dạng bề mặt từ dữ liệu quét sẽ được trích xuất để thực hiện thiết kế ngược. Lúc này, cần chú ý để không làm lệch góc độ hay vị trí của các chốt kết hợp giữa phần trên và phần dưới trong quá trình làm việc.
Ô tô
Trong thiết kế ngược các bộ phận ô tô, cần đặc biệt chú ý đến vị trí của bộ phận khi được lắp ráp vào xe sau này. Do đó, dữ liệu quét được căn chỉnh vào vị trí phù hợp trên thân xe, sau đó tiến hành tạo hình dạng bề mặt sao cho không gây ra sự lệch lạc, khe hở hay sự chênh lệch khi lắp ráp với các bộ phận đối ứng. Vì thiết kế ngược không yêu cầu độ chính xác cao như trong kiểm tra chất lượng, nên việc sử dụng HandySCAN SILVER Series vẫn đủ khả năng để thực hiện công việc này.
Ngành tàu biển/Công nghiệp nặng
Trong ngành đóng tàu và công nghiệp nặng, do sản xuất các vật thể lớn, các sản phẩm hoặc thiết bị sản xuất có thể gặp phải hiện tượng mài mòn, cong vênh, hư hỏng, và cần phải thực hiện các công việc thiết kế ngược để chuẩn bị đối phó với những vấn đề này. Để làm điều đó, cần phải quét dữ liệu của sản phẩm khi còn ở trạng thái mới, hoặc suy luận dữ liệu của sản phẩm bị hư hỏng để tạo ra mô hình 3D phản ánh trạng thái ban đầu. Sau đó, dữ liệu sẽ được chuyển đổi thành bản vẽ 2D để phục vụ cho công việc thực tế.
Hàng không
Trong sản xuất các bộ phận của máy bay, do thường xuyên sản xuất nhiều loại với số lượng ít, nên việc thiết kế ngược của sản phẩm theo các thay đổi trong thiết kế là rất cần thiết. Vì vậy, cần quét 3D các bộ phận hiện có và sau đó tạo mô hình 3D với các biến đổi thiết kế cần thiết. Ngoài ra, có thể quét các bộ phận đối ứng cần lắp ráp và tạo dữ liệu cần thiết cho vị trí đó.
Sản xuất mô hình thực tế
Khi sản xuất mô hình thực tế từ dữ liệu quét 3D, thường sẽ sử dụng máy in 3D. Để in 3D, các phần trống trong dữ liệu quét sẽ được chỉnh sửa bằng công cụ chỉnh sửa, và nếu cần, hình dạng sẽ được điều chỉnh. Định dạng dữ liệu đầu ra phổ biến của máy in 3D là STL, và dữ liệu được tạo ra từ quá trình quét 3D cũng có định dạng STL, do đó có thể in ngay lập tức.
Chất bán dẫn/Thiết bị tự động hóa
Đối với các bộ phận chỉ được sử dụng cho một quy trình cụ thể và thường được sản xuất theo yêu cầu, thường không có sẵn sản phẩm hoặc bản vẽ thiết kế. Để chuẩn bị cho việc mài mòn và hư hỏng của những sản phẩm này, chúng tôi sẽ quét 3D các bộ phận hiện có và sử dụng phương pháp thiết kế ngược để tạo ra dữ liệu CAD 3D cho sản phẩm. Đối với các bộ phận bị hư hỏng, chúng tôi sẽ đánh giá mức độ hư hỏng và tái tạo lại hình dạng bề mặt tương ứng.
Quân sự
Đối với các vật thể như súng, kích thước của dữ liệu thiết kế ngược rất quan trọng, vì vậy quá trình quét 3D sẽ được thực hiện theo từng bước tháo rời, sau đó dữ liệu quét của các bộ phận sẽ được căn chỉnh lại. Tiếp theo, chúng ta sẽ thực hiện thiết kế ngược, phản ánh độ dung sai lắp ráp. Đối với các vật thể lớn, quá trình sản xuất chủ yếu dựa trên bản vẽ 2D, vì vậy sau khi tạo mô hình 3D, chúng ta sẽ chuyển đổi nó thành bản vẽ 2D phù hợp.
Quản lý chất lượng (Quality Control / Inspection) là phương pháp không phải đo lường kích thước, hình dạng, khả năng lắp ráp của vật phẩm bằng cách tiếp xúc (chẳng hạn như sử dụng các đầu dò) mà sử dụng máy quét 3D với tia laser hoặc ánh sáng để đo lường không tiếp xúc. Bằng cách chồng dữ liệu CAD (*stp, *igs, *CATpart, v.v.) được sử dụng để tạo ra vật phẩm với dữ liệu quét (*stl), có thể xác định độ lệch hình dạng, xu hướng, kích thước và các chỉ số GD&T của dữ liệu thực so với dữ liệu chuẩn CAD.
Quá trình quản lý chất lượng
STEP 01 : Quét 3D sản phẩm cần kiểm tra
STEP 02 : Định vị Dữ liệu CAD – Dữ liệu Quét 3D
STEP 03 : Click Point kiểm tra, đo chỉ số
STEP 04: Xuất Report kiểm tra
Khuôn
Dữ liệu khuôn đã được quét sẽ được căn chỉnh với dữ liệu CAD (mô hình 3D) của khuôn hiện có. Việc căn chỉnh này được thực hiện dựa trên các điểm chuẩn như lỗ DATUM hoặc các chốt lắp ghép. Sau đó, các thông tin cần đo đạc (biến dạng hình học, chiều dài, góc, độ phẳng, độ đồng trục) sẽ được trích xuất. Cuối cùng, dữ liệu đã trích xuất sẽ được tổ chức, bao gồm bản đồ màu, dữ liệu cắt ngang và hình ảnh, để tạo báo cáo chi tiết.
Ô tô
Đối với kiểm tra chất lượng các bộ phận ô tô, để tránh biến dạng thân xe, công việc cần được thực hiện trên các thiết bị cố định chuyên dụng. Sau đó, dữ liệu sẽ được căn chỉnh dựa trên các lỗ DATUM và điểm DOT cần thiết cho quá trình kiểm tra. Đối với thân xe, kiểm tra chủ yếu tập trung vào các khoảng cách giữa các bộ phận, sự lệch bước và vị trí các lỗ lắp ráp. Còn đối với các bộ phận nhỏ, kiểm tra sẽ tập trung vào sai số hình học, và kết quả sẽ được tổng hợp thành báo cáo.
Quân sự
Các bộ phận yêu cầu đo lường chính xác, như các bộ phận của súng, sẽ sử dụng dữ liệu 3D CAD để căn chỉnh hình dạng, sau đó tiến hành đo các thông số kích thước như chiều dài, góc, và các chỉ tiêu chính xác như độ tròn (runout), độ phẳng (flatness) và các thông số GD&T (Geometric Dimensioning and Tolerancing). Đối với các vật thể lớn như thân xe tăng, quá trình đo chủ yếu tập trung vào kích thước tổng thể của vật thể. Trong trường hợp các mục tiêu bị hư hỏng, để kiểm tra sự thay đổi so với trạng thái ban đầu, sẽ tiến hành quét 3D cả hai trạng thái (trước và sau hư hỏng) và so sánh chúng để đo lường sự khác biệt.
Ngành tàu biển/Công nghiệp nặng
Đối với việc kiểm tra các vật thể lớn, chủ yếu là đo kích thước tổng thể của vật thể hoặc xác định lượng dự phòng gia công trước khi gia công các sản phẩm rèn. Đối với việc đo kích thước đơn giản, có thể kiểm tra kích thước của vật thể để xác nhận khả năng lắp ráp mà không cần sử dụng CAD. Còn đối với việc xác định lượng dư gia công cho các sản phẩm rèn, có thể chồng dữ liệu CAD của trạng thái gia công với dữ liệu quét của trạng thái trước khi gia công, từ đó đo được lượng dư còn lại.
Hàng không
Chất bán dẫn/Thiết bị tự động hóa
Để đo lường độ lặp lại của thiết bị tự động, ta sẽ chuẩn bị một mô hình mục tiêu trước và thực hiện đo lường theo chu kỳ hoạt động của thiết bị. Sau khi thu thập dữ liệu đo, sẽ tiến hành phân tích độ lệch của dữ liệu để kiểm tra độ lặp lại của thiết bị. Ngoài ra, để đo mức độ mài mòn do sử dụng lâu dài, ta có thể so sánh dữ liệu hiện tại với dữ liệu mài mòn, căn chỉnh hai bộ dữ liệu và từ đó xác định mức độ mài mòn của thiết bị.
Sản xuất dữ liệu đồ họa 3D
Để tạo ra dữ liệu đồ họa 3D, bước đầu tiên là chỉnh sửa dữ liệu quét thiếu sót bằng các công cụ đồ họa. Sau đó, dữ liệu màu thu được từ camera sẽ được kết hợp với dữ liệu hình dạng để cải thiện chất lượng của dữ liệu đồ họa. Đối với những công việc có giới hạn dung lượng dữ liệu, như trong game, quá trình retopology (tái cấu trúc lưới) sẽ được thực hiện để giảm dung lượng và cải thiện hình dạng, giúp tối ưu hóa dữ liệu cho việc sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu hiệu suất cao.