Luận án Nghiên cứu nâng cao chất lượng tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí bằng công nghệ quét 3D sử dụng thiết bị kinect v2

Luận án Nghiên cứu nâng cao chất lượng tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí bằng công nghệ quét 3D sử dụng thiết bị kinect v2 trang 1

Trang 1

Luận án Nghiên cứu nâng cao chất lượng tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí bằng công nghệ quét 3D sử dụng thiết bị kinect v2 trang 2

Trang 2

Luận án Nghiên cứu nâng cao chất lượng tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí bằng công nghệ quét 3D sử dụng thiết bị kinect v2 trang 3

Trang 3

Luận án Nghiên cứu nâng cao chất lượng tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí bằng công nghệ quét 3D sử dụng thiết bị kinect v2 trang 4

Trang 4

Luận án Nghiên cứu nâng cao chất lượng tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí bằng công nghệ quét 3D sử dụng thiết bị kinect v2 trang 5

Trang 5

Luận án Nghiên cứu nâng cao chất lượng tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí bằng công nghệ quét 3D sử dụng thiết bị kinect v2 trang 6

Trang 6

Luận án Nghiên cứu nâng cao chất lượng tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí bằng công nghệ quét 3D sử dụng thiết bị kinect v2 trang 7

Trang 7

Luận án Nghiên cứu nâng cao chất lượng tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí bằng công nghệ quét 3D sử dụng thiết bị kinect v2 trang 8

Trang 8

Luận án Nghiên cứu nâng cao chất lượng tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí bằng công nghệ quét 3D sử dụng thiết bị kinect v2 trang 9

Trang 9

Luận án Nghiên cứu nâng cao chất lượng tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí bằng công nghệ quét 3D sử dụng thiết bị kinect v2 trang 10

Trang 10

Tải về để xem bản đầy đủ

pdf 156 trang nguyenduy 25/02/2024 380
Bạn đang xem 10 trang mẫu của tài liệu "Luận án Nghiên cứu nâng cao chất lượng tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí bằng công nghệ quét 3D sử dụng thiết bị kinect v2", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.

Tóm tắt nội dung tài liệu: Luận án Nghiên cứu nâng cao chất lượng tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí bằng công nghệ quét 3D sử dụng thiết bị kinect v2

Luận án Nghiên cứu nâng cao chất lượng tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí bằng công nghệ quét 3D sử dụng thiết bị kinect v2
h từ Kinect v2 đến đối tượng đo
1: k2 = Kin2(′color′,′ depth′); {Lấy ảnh độ sâu}
2: while True do
3: if i ≤ 50 then
4: depth = k2.getDepth; {Cập nhật ảnh độ sâu sang ma trận Matlab}
5: for m← 1 to 11 do
6: for n← 1 to 11 do
7: tg = k2.mapDepthPoints2Camera([mn]);
8: end for{Độ sâu của các điểm trong vùng con 11pixel × 11pixel}
9: end for
10: pc = mean(tg); {Khoảng cách từ Kinect v2 đến đối tượng đo}
11: else
12: break; {Dừng chương trình}
13: end if
14: end while
Trang 52
2.2.3. Kết quả và đánh giá
Tại vị trí khoảng cách 0, 6m của Kinect v2 so với tường, mặc dù theo công
bố của Microsoft, Kinect v2 có thể hoạt động từ 0, 5m, các giá trị khoảng cách
tương ứng với 50 khung hình đều không xác định được. Vì Kinect v2 chủ yếu
hướng vào các ứng dụng game, các giá trị được Microsoft báo cáo có thể là giá
trị gần đúng. Hơn nữa, các điểm ảnh chất lượng kém có thể được lọc một cách
đáng tin cậy, bởi vì các giá trị khoảng cách bão hòa luôn bằng không. Chính vì
vậy, khi xử lý thông tin sau thí nghiệm, giá trị khoảng cách khảo sát được tính
bắt đầu từ 0, 8m.
Kết quả ban đầu của thí nghiệm được hiển thị trong hình 2.11, trong đó các
giá trị khoảng cách đo được của từng vị trí được vẽ cùng khoảng cách tham
chiếu. Cụ thể, giá trị khoảng cách đo được là trung bình cộng của năm mươi giá
trị khoảng cách trên mỗi khung hình đo trong ba giây. Còn khoảng cách tham
chiếu là giá trị d1 trong hình 2.10 cộng thêm khoảng cách từ mép ngoài thiết bị
tới gốc tọa độ của hệ trục tọa độ máy ảnh đã minh họa trong hình 1.10.
Để xem xét kỹ hơn các kết quả, các sai số khoảng cách được tính toán theo
công thức 2.3 và được mô tả trong hình 2.12. Tính chất chu kỳ của sai số độ
sâu hệ thống có thể thấy rõ trong đồ thị. Tuy nhiên xuất hiện một số dị thường
ở khoảng cách dưới 2, 5m, có thể do sai số trong khi đo các khoảng cách tham
chiếu. Quá trình đo dễ bị lỗi, vì nó liên quan đến nhiều công việc thủ công và
0.5 1 1.5 2 2.5 3
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Hình 2.11: Kết quả của thí nghiệm khoảng cách
Trang 53
0.5 1 1.5 2 2.5 3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
Hình 2.12: Sai số phép đo khoảng cách từ Kinect v2 đến đối tượng đo
di chuyển thiết bị. Do mang tính hệ thống nên sai số chu kỳ có thể hiệu chỉnh
như đã trình bày trong chương 1. Tuy nhiên đường cong hiệu chỉnh phải được
tính riêng cho từng điểm ảnh, vì chúng có các đáp ứng riêng lẻ.
Ngoài sai số khoảng cách hệ thống, phép đo của Kinect v2 còn có sai số ngẫu
nhiên phụ thuộc vào khoảng cách. Độ chính xác của phép đo liên quan đến độ
lệch của các điểm dữ liệu ở mỗi khoảng cách tham chiếu. Trong hình 2.13, độ
lệch chuẩn tính toán của sai số khoảng cách cho năm mươi khung hình ở mỗi vị
trí khảo sát được biểu diễn. Như có thể nhìn thấy từ biểu đồ, độ chính xác của
phép đo giảm khi khoảng cách giữa thiết bị và đối tượng tăng, điều này được
giải thích do tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu giảm, vì ít photon quay trở lại cảm biến
từ các vật thể ở xa. Kinect hoạt động tốt nhất trong khoảng từ 0, 8m đến 2, 4m,
với độ lệch chuẩn trong khoảng từ 0, 4mm đến 0, 6mm.
0.5 1 1.5 2 2.5 3
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Hình 2.13: Độ lệch chuẩn của sai số khoảng cách
Trang 54
Giá trị của hệ số biến thiên CV được đồ thị hóa trong hình 2.14. Như quan
sát trong hình vẽ, Kinect v2 dường như tuân theo luật bình phương nghịch đảo,
tức là đối với một nguồn sáng điểm, cường độ ánh sáng tỷ lệ nghịch với bình
phương của khoảng cách. Do đó, có thể kết luận rằng thiết bị sử dụng thời gian
tích hợp không đổi.
0.5 1 1.5 2 2.5 3
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
0.045
0.05
Hình 2.14: Hệ số biến thiên của cường độ ánh sáng theo khoảng cách
Thông tin về mối tương quan giữa cường độ ánh sáng và độ chính xác khoảng
cách có thể được sử dụng để dự đoán độ tin cậy của phép đo sử dụng Kinect
v2. Đối với các ứng dụng liên quan đến đối tượng động trong thời gian thực,
việc sử dụng các giá trị CV là không thực tế do giá trị này được tính trung bình
trên nhiều mẫu. Tuy nhiên, các nghiên cứu trong luận án này chỉ tập trung vào
việc tái tạo hình học bề mặt với đối tượng tĩnh nên kết quả thu được trong thực
nghiệm phù hợp để nâng cao chất lượng trong các chương tiếp theo. Các khía
cạnh thú vị khác sẽ là nghiên cứu cách thức hiệu chuẩn thiết bị, hoặc độ chính
xác độ sâu sẽ thay đổi như thế nào với những điểm ảnh ở cách xa điểm cơ sở.
2.3. Ảnh hưởng của vị trí điểm ảnh trong ảnh độ sâu
Vì các ống kính được sử dụng trong máy ảnh nói chung và thiết bị ToF nói
riêng thường là ống kính tiêu chuẩn, dữ liệu thu được bị ảnh hưởng bởi độ méo
ảnh do cấu tạo của ống kính gây ra. Độ méo ảnh của ống kính có thể được ước
tính và hiệu chỉnh thông qua các bước hiệu chuẩn liên tiếp. Để có thể sử dụng
Kinect v2 làm thiết bị số hóa cho quá trình tái tạo hình học bề mặt các sản
phẩm cơ khí, việc hiệu chuẩn cho phép thu được thông tin dữ liệu 3D đáng tin
cậy từ các đám mây điểm phải được thực hiện. Mục đích của thí nghiệm này là
xác định sự ảnh hưởng của của vị trí điểm ảnh trong ảnh độ sâu đến phép đo
độ sâu của thiết bị Kinect v2.
Trang 55
2.3.1. Mô tả thí nghiệm
Tiếp tục nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình số hóa bề mặt 3D sử
dụng Kinect v2, trong thí nghiệm này, ảnh hưởng của của vị trí điểm ảnh trong
ảnh độ sâu tới phép đo độ sâu sẽ được khảo sát. Cụ thể độ lệch khoảng cách
của toàn bộ các điểm ảnh trong vùng con 260pixel× 220pixel có tâm là điểm cơ
sở so với khoảng cách tham chiếu cố định sẽ được đánh giá.
Thí nghiệm được thực hiện với đối tượng đo là mặt bàn phẳng và được mô
tả trong hình 2.15. Cũng tương tự như các thí nghiệm đã thực hiện ở phần 2.1
và 2.2, thiết bị phải ổn định trong toàn bộ thí nghiệm để không có sai số sinh
ra từ các chuyển vị nhỏ nhất có thể có của thiết bị.
Hình 2.15: Cấu hình thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của vị trí điểm ảnh trong
ảnh độ sâu
Khoảng cách tham chiếu được xác định tương tự như xác định vị trí của thí
nghiệm trong phần 2.2 với giá trị là 1282mm. Để giảm thời gian tính toán của
máy tính qua đó giảm ảnh hưởng của nhiễu, mỗi vị trí khảo sát cách nhau 2pixel.
Tại mỗi vị trí khảo sát, sẽ có năm mươi khung hình tĩnh được chụp, sau đó sẽ
tính toán giá trị khoảng cách trung bình của năm mươi giá trị của mỗi khung
hình, đây là chính là giá trị khoảng cách cần xác định.
Trang 56
2.3.2. Phương pháp thực hiện
Dữ liệu từ Kinect v2 phục vụ cho tính toán liên quan đến thí nghiệm này
cũng được thu nhận bằng chương trình con viết bởi mã Matlab. Việc tính toán
và xử lý dữ liệu sau thí nghiệm được thực hiện theo các công thức dưới đây
dtb =
50∑
i=1
di
50
(2.5)
∆d = dtb − dtc (2.6)
Nhằm lập trình chương trình thu nhận thông tin cho thí nghiệm, một quy
trình thực hiện được mô tả trong thuật toán 2.3. Tương tự như các thí nghiệm
trong hai phần 2.1 và 2.2, quá trình thu nhận và xử lý dữ liệu cũng được tiến
hành bởi các chương trình Matlab và được mô tả trong phụ lục 2.3.
Thuật toán 2.3 Thu nhận thông tin khoảng cách các điểm ảnh
INPUT : h1: Ảnh độ sâu
OUTPUT: pc: Khoảng cách từ Kinect v2 đến đối tượng đo
1: k2 = Kin2(′color′,′ depth′); {Lấy ảnh độ sâu}
2: while True do
3: if min(pc) = 0 then
4: depth = k2.getDepth; {Cập nhật ảnh độ sâu sang ma trận Matlab}
5: for m← 126 to 386 do
6: for n← 102 to 322 do
7: for i← 1 to 50 do
8: tg = k2.mapDepthPoints2Camera([mn]);
9: end for{Độ sâu trung bình của điểm có tọa độ m,n}
10: pc = mean(tg); {Khoảng cách từ Kinect v2 đến đối tượng đo}
11: end for
12: end for
13: else
14: break; {Dừng chương trình}
15: end if
16: end while
2.3.3. Kết quả và đánh giá
Việc thu thập dữ liệu từ Kinect v2 diễn ra trong chín giây. Sau khi xử lý dữ
liệu, kết quả của thí nghiệm được biểu diễn theo hệ trục tọa độ 3 chiều và được
mô tả trong hình 2.16. Qua đồ thị biểu diễn có thể nhận thấy rằng các giá trị
Trang 57
1.275
300
1.28
1.285
250 350
1.29
300200
250
1.295
150 200
150
Hình 2.16: Khoảng cách đo được của các điểm ảnh trong vùng con 260pixel ×
220pixel
khoảng cách thu được của các điểm ảnh phân phối theo hình dạng của các vòng
tròn theo hình dạng của ống kính, tức là điểm ảnh càng nằm cách xa điểm cơ
sở thì có giá trị khoảng cách nhỏ hơn. Hiện tượng này có thể do nguyên nhân
bởi hình nón ánh sáng hồng ngoại trong quá trình chiếu vào đối tượng đo không
đồng nhất [71]. Điều này dẫn đến những điểm ảnh ở góc của ảnh độ sâu sẽ có
nhiều lỗi hơn so với những điểm ảnh gần điểm cơ sở. Ngoài ra, một số điểm bất
thường xuất hiện trong kết quả thí nghiệm, tại vùng con có tọa độ (314, 218)
đến (378, 236) trong hệ tọa độ ảnh đơn vị pixel giá trị khoảng cách đo được có
độ lệch khoảng 8cm so với giá trị khoảng cách tham chiếu.
Để đánh giá chi tiết hơn các kết quả thu được, độ lệch khoảng cách đo được
so với khoảng cách tham chiếu sẽ được tính toán theo công thức 2.6 đối với từng
150 200 250 300 350
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
Hình 2.17: Độ lệch khoảng cách đo được của các điểm ảnh nằm trên trục song
song với trục u đi qua tọa độ 212 của điểm cơ sở
Trang 58
trục tọa độ u và v đi qua điểm cơ sở và lần lượt minh họa trong các hình 2.17 và
2.18. Dường như, các khoảng cách đo được không phân bố tuyến tính. Đối với
khoảng cách đo được theo trục u, độ lệch khoảng cách đo được lớn nhất là 6mm
tại vị trí có tọa độ u = 350pixel. Tuy nhiên độ lệch chuẩn của khoảng cách đo
được theo trục u là 2mm. Không giống như trục u, các giá trị khoảng cách đo
được theo trục v lệch không quá lớn. Qua tính toán, độ lệch chuẩn của khoảng
cách đo được theo trục v là 1, 6mm.
120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320
-6
-4
-2
0
2
4
6
Hình 2.18: Độ lệch khoảng cách đo được của các điểm ảnh nằm trên trục song
song với trục v đi qua tọa độ 256 của điểm cơ sở
Như vậy việc sử dụng thiết bị Kinect v2 cho các tác vụ đo lường có độ chính
xác cao sẽ phải thực hiện hiệu chuẩn trên từng điểm ảnh được quản lý bởi toàn
bộ cảm biến. Tuy nhiên, công việc hiệu chuẩn này tốn nhiều thời gian do xử lý
cục bộ trên từng điểm ảnh trên toàn bộ ảnh độ sâu. Bởi vậy, đối với các tác vụ
sử dụng Kinect v2 để tái tạo hình học bề mặt có độ chính xác khoảng 1mm nên
đặt đối tượng cần quét vào khu vực nằm ở trung tâm và được giới hạn của cảm
biến IR.
2.4. Ảnh hưởng do phản xạ của bề mặt đối tượng quét
Trong lĩnh vực cơ khí, quá trình tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ
khí có bề mặt phản xạ là một nhiệm vụ phổ biến nhưng cũng đầy thách thức.
Bởi vì khi sử dụng máy quét 3D có yếu tố quang học nói chung và máy quét
3D ToF nói riêng với bề mặt phản xạ, những thành phần ngoại lai thường xuất
hiện, vì vậy độ chính xác của quá trình tái tạo hình học bề mặt bị ảnh hưởng
rất lớn. Mục tiêu của khảo sát này nhằm làm rõ ảnh hưởng của phản xạ bề mặt
đến quá trình số hóa bề mặt sản phẩm cơ khí sử dụng thiết bị Kinect v2 thông
qua hai yếu tố, đó là hình dạng ban đầu của vật mẫu có được biểu diễn rõ ràng
qua các điểm thu được hay không và mật độ điểm trong dữ liệu đám mây điểm
bị ảnh hưởng như thế nào.
Trang 59
2.4.1. Bề mặt phản xạ
Bề mặt phản xạ là mặt phân cách giữa môi trường xung quanh (thường là
không khí) và chi tiết. Sự tương tác của ánh sáng với mặt phân cách giữa hai vật
chất tuân theo các phương trình Fresnel [72]. Theo các giả định của lý thuyết
quang hình học, điều kiện để áp dụng các phương trình Fresnel này đòi hỏi mặt
phân cách là mặt phẳng. Cụ thể, tia sáng chiếu lên bề mặt phẳng được chia
thành tia phản xạ và tia khúc xạ. Hướng của tia phản xạ được biểu diễn bởi
véctơ ~ri và tạo thành góc θi với véc tơ pháp tuyến ~n của mặt phân cách tương
tự như góc tạo thành bởi véc tơ pháp tuyến ~n và véc tơ ~l nằm trên phương của
tia tới, minh họa trong hình 2.19. Cũng theo tài liệu [72], véc tơ phản xạ được
xác định theo công thức
~ri = 2
(
~n ·~l
)
~n−~l (2.7)
Hình 2.19: Sự phản xạ tại mặt phân cách phẳng (nguồn: [72])
Lượng ánh sáng phản xạ, như là một phần của ánh sáng tới, được mô tả bằng
hệ số phản xạ Fresnel F , phụ thuộc vào góc tới θi. Ngoài ra, cũng theo lý thuyết
quang hình học, sự phản xạ và khúc xa bị ảnh hưởng bởi chiết suất của hai vật
chất mà ánh sáng đi qua. Giả sử chiết suất của môi trường xung quanh được ký
hiệu là n1 và chiết suất của chi tiết được ký hiệu là n2. Khi đó các phương trình
Fresnel mô tả mối quan hệ của hệ số Fresnel F với θi, n1 và n2.
Thay vì trình bày cụ thể các phương trình, bởi vì chúng khá phức tạp, một
nghiên cứu khác trong tài liệu [73], sự phản xạ ánh sáng trên một bề mặt thông
thường được mô hình hóa và minh họa trong hình 2.20. Cụ thể, ba thành phần
của một mô hình bề mặt phản xạ là bầu tán xạ, bầu phản xạ và đỉnh phản xạ.
Bầu tán xạ xảy ra khi sóng ánh sáng đi tới mặt phân cách không phẳng giữa
hai vật chất, khi đó sóng phản xạ đi theo nhiều phương và nhiều vùng trên bề
mặt đồng thời ánh sáng tán xạ trong bán cầu theo tất cả các hướng. Bầu phản
xạ phân bố trong một giới hạn xung quanh đỉnh phản xạ mà góc phản xạ của
Trang 60
PSfrag replacements
Nguồn sáng
Máy ảnh
Bầu tán xạ
Bầu
phản xạ
Đỉnh
phản xạ
Bề mặt phản xạ
Hình 2.20: Các thành phần phản chiếu ánh sáng trong quá trình quét bề mặt
phản xạ (nguồn: [74])
nó bằng góc tới. Thông thường, đối với một điểm sáng trong vùng bầu phản xạ
và vùng đỉnh phản xạ, cường độ của nó cao hơn nhiều so với điểm nằm ở vùng
bầu tán xạ. Độ lớn của giá trị cường độ ánh sáng phản xạ được thu phụ thuộc
vào hướng thu ánh sáng và hướng chiếu ánh sáng. Khi quét một bề mặt phản
xạ, cả ba thành phần này đều tồn tại. Tỷ lệ tương đối từng thành phần có liên
quan đến độ nhám bề mặt.
Một nghiên cứu về mối quan hệ giữa hệ số phản xạ F và góc tới θi cũng như
các tham số khác của ánh sáng đối với một số vật liệu được công bố trong tài
liệu [72]. Trong hình 2.21, hàng trên cùng là đồ thị 3D của F như là một hàm số
của bước sóng và góc tới. Cụ thể đối với vật liệu nhôm, hệ số phản xạ F giảm
khi bước sóng tăng. Hàng thứ hai ở hình 2.21 hiển thị giá trị phổ của F cho
từng góc tới được chuyển đổi thành giá trị của màu sắc và được vẽ dưới dạng
các đường cong riêng biệt cho mỗi màu. Các đường cong cho vật liệu kính là
trùng khớp vì độ phản xạ Fresnel F của nó là không màu. Qua quan sát đồ thị
cho thấy nhôm là vật liệu có hệ số phản xạ rất lớn gần bằng một và gần như ít
thay đổi khi góc tới θi thay đổi từ 0◦ tới 90◦, cũng như theo màu sắc của ánh
sáng. Trong hàng thứ ba của hình 2.21, các đường cong theo màu được vẽ theo
giá trị sin của góc tới.
Như đã trình bày trong phần 1.5 của chương 1, các nghiên cứu liên quan đến
quá trình tái tạo hình học các sản phẩm cơ khí bằng Kinect v2, đặc biệt là các
sản phẩm sau khi gia công cắt gọt, hầu như chưa được thực hiện. Chính vì vậy,
trong phần tiếp theo của luận án này, ảnh hưởng của phản xạ bề mặt một số
vật liệu thông dụng trong lĩnh vực Cơ khí sau khi gia công cắt gọt đến quá trình
tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí sử dụng Kinect v2 sẽ được khảo
sát và đánh giá.
Trang 61
Hình 2.21: Đồ thị mô tả mối quan hệ của góc tới và hệ số phản xạ Fresnel F
của ba vật liệu: kính, đồng và nhôm (từ trái sang phải) (nguồn: [72])
2.4.2. Phần mềm KSCAN3D
Với mục đích hướng đến phương pháp số hóa rẻ hơn, phần mềm KScan3D,
phần mềm mã nguồn mở, được sử dụng. Phần mềm KScan3D được phát triển
bởi LMI Technologies, một nhà phát triển hàng đầu về công nghệ quét 3D, đo
lường, số hóa dữ liệu giúp giải quyết các vấn đề phức tạp một cách đơn giản.
Với thiết bị Kinect v2 và phần mềm KScan3D, giao diện được mô tả trong hình
2.22, chúng ta có thể quét, chỉnh sửa, xử lý và xuất dữ liệu để sử dụng với phần
mềm mô phỏng 3D thích hợp.
Phần mềm KScan3D chuyển đổi màu sắc và chiều sâu dữ liệu thu nhập được
bởi Kinect v2 thành lưới 3D. Bằng cách chụp dữ liệu từ nhiều góc độ, chúng ta
có thể tạo lưới 360 độ hoàn chỉnh. Khi đã thu nhận đủ dữ liệu, chúng ta có thể
xóa các điểm không cần thiết, tạo lưới, làm mịn dữ liệu. Cuối cùng lưới được
xuất dưới các định dạng .fbx, .obj, .stl, .ply, và .asc để sử dụng với nhiều mục
đích như hiệu ứng hình ảnh, phát triển trò chơi, in 3D, CAD/CAM, hiển thị
trực tuyến và nhiều ứng dụng khác.
Phần mềm KScan3D và thiết bị Kinect v2 có khả năng quét nhiều loại vật
thể khác nhau, từ người đến đồ gia dụng trong phòng và nhiều vật thể khác. Do
độ phân giải của thiết bị và khoảng cách quét tối thiểu khoảng 0, 5m, việc quét
các vật thể rất nhỏ sẽ thu nhận được rất ít dữ liệu quét. Các vật thể rất mỏng
Trang 62
Hình 2.22: Giao diện phần mềm KScan3D
cũng cho kết quả quét không tốt. Nói chung, những vật thể tốt nhất để quét là
màu trung tính, mờ và đục. Các bề mặt tối, phản chiếu và/hoặc trong suốt rất
khó khăn thậm chí không thể quét được và phải được xử lý trước khi quét.
Các yếu tố môi trường như vùng làm việc, ánh sáng và sự chuyển động của
đối tượng đóng vai trò đáng kể trong sự thành công hay thất bại của quá trình
quét. Đối với vật thể có kích thước lớn, khối lượng nặng, thiết bị Kinect v2 sẽ
được di chuyển để có thể thu nhận được toàn bộ đối tượng từ mọi góc độ. Đối
với vật thể nhỏ và nhẹ hơn thì có thể xoay ở một vị trí khi thiết bị Kinect v2
vẫn đứng yên. Nói chung, tốt nhất nên quét một vật thể trong một môi trường
ánh sáng chiều từ mọi phía. Nếu vật thể hoặc các bộ phận của vật thể di chuyển
trong quá trình quét, quá trình sắp xếp tự động có thể không hoàn thành hoặc
không được chấp nhận. Tuy nhiên, tùy thuộc vào tốc độ di chuyển và trường
hợp cụ thể, có thể thu được dữ liệu ở mức độ chấp nhận được.
Phần mềm KSCAN3D tương đối dễ sử dụng, các công cụ hỗ trợ và các
chức năng cũng đa dạng. Ngoài chức năng thu thập đám mây điểm, phần mềm
KSCAN3D còn có một số chức năng xử lý đám mây điểm, bao gồm công cụ
sắp xếp đám mây điểm và tạo lưới. Tuy nhiên, các chức năng này khá đơn giản,
chưa có chức năng loại bỏ điểm ngoại lai, phân mảnh và nhận dạng vùng bề
mặt cũng như tạo mô hình CAD như các phần mềm CAD/CAM thương mại
đang có mặt trên thị trường. Chính vì vậy, phần mềm KSCAN3D chỉ phù hợp
với bước thu thập thông tin hình học trong quá trình số hóa bề mặt của quá
trình tái tạo hình học bề mặt các sản phẩm cơ khí sử dụng Kinect v2.
Trang 63
2.4.3. Thiết lập thực nghiệm
Như đã phân tích ở phần trước, nhôm là một trong những loại vật liệu có hệ
số phản xạ bề mặt cao gần bằng một, hơn nữa loại vật liệu này cũng phổ biến
trong gia công khuôn mẫu. Do đó, trong phần thực nghiệm này, đầu tiên một
vật mẫu được lựa chọn là chi tiết vật liệu nhôm hình hộp chữ nhật kích thước
120mm×120mm×14mm gia công trên máy phay CNC Manford MCB-850. Tiếp
theo, hai loại vật liệu thép và nhựa cũng được sử dụng để chế tạo hai vật mẫu
khác cùng hình dáng hình hộp chữ nhật kích thước 120mm×120mm×14mm như
chi tiết vật liệu nhôm. Ba vật mẫu đã chọn được minh họa trong hình 2.23.
PSfrag replacements
Mẫu nhôm Mẫu thép Mẫu nhựa
Hình 2.23: Các vật mẫu của thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng phản xạ bề mặt
Trong thí nghiệm này, Kinect v2 được gá trên giá đỡ như hình 2.24. Vị trí
của thiết bị được điều chỉnh sao cho trục quang học của thiết bị vuông góc với
bề mặt của mặt phẳng tham chiếu. Khoảng cách từ mặt phẳng tham chiếu tới
gốc tọa độ của hệ tọa độ máy ảnh là 1263, 7mm. Thiết bị được giữ ổn định trong
toàn bộ thí nghiệm để không có sai số sinh ra từ chuyển vị nhỏ nhất có thể có
của thiết bị. Cấu hình máy tính và cách thức kết nối vẫn giữ nguyên như các
thí nghiệm trước đó.
Các vị trí khảo sát ảnh hưởng của phản xạ bề mặt tới quá trình tái tạo hình
học bề mặt các sản phẩm cơ khí sử dụng thiết bị Kinect v2 được lựa chọn và
minh họa trong hình 2.25. Cụ thể, vị trí số 5 sẽ nằm trên trục quang học cảm
biến IR của thiết bị Kinect. Các vị trí 1, 4, 7 nằm bên trái của cảm biến IR
(phía nguồn sáng), còn các vị trị 3, 6, 9 nằm bên phải cảm biến IR (phía cảm
biến màu). Các vị trí 1, 2, 3 nằm phía chân của thiết bị Kinect v2 và các vị trí
7, 8 , 9 nằm cùng phía với đỉnh của thiết bị Kinect v2 so với trục quang học
cảm biến IR. Khoảng cách giữa hai vị trí liền kề là 120mm. Khi thực hiện thí
nghiệm, quá trình đặt vật mẫu vào vị trí khảo sát được tiến hành sao cho tâm
của vật mẫu nằm trên đường vuông góc đi qua

File đính kèm:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_nang_cao_chat_luong_tai_tao_hinh_hoc_be_m.pdf