Hiện nay, việc sử dụng quét 3D đã trở nên phổ biến trong nhiều lĩnh vực như cơ khí chế tạo, khuôn mẫu, ô tô, thời trang, và nội thất. Dù đã quen thuộc, để hiểu rõ hơn về công nghệ này, việc nắm vững những thuật ngữ và khái niệm phổ biến là rất quan trọng. Để hỗ trợ trong việc này, đội ngũ HPT Việt Nam đã biên soạn một bảng thuật ngữ thông dụng về quét 3D, giúp mọi người tìm hiểu sâu hơn về các khái niệm cơ bản và những cụm từ đặc biệt mà chúng tôi sử dụng để mô tả dịch vụ, sản phẩm và các công cụ kỹ thuật liên quan đến quá trình quét 3D.
Các thuật ngữ Scan 3D
Scan – là quá trình đo, thu thập dữ liệu điểm và chuyển các dữ liệu thu được từ máy quét vào máy tính. Máy tính sẽ dựa vào dữ liệu tọa độ XYZ của các điểm trong đám mây điểm thu thập được để xây dựng lên mô hình 3D của mẫu được quét.
CAD – viết tắt của cụm từ Computer Aided Design. CAD là một thuật ngữ thông dụng chỉ việc thiết kế mẫu có sự trợ giúp của máy tính. Các phần mềm CAD là nhóm các phần mềm sử dụng trong quá trình dựng mô hình 3D và tạo các bản vẽ 2D của đối tượng thiết kế. Thường được sử dụng rộng rãi trong ngành cơ khí chế tạo hoặc một số ngành khác như: kiến trúc, mỹ thuật, xây dựng, … Ví dụ: một kỹ sư thiết kế sản phẩm trên Solidwork, CATIA, Solid Edge, Creo, AutoCAD hoặc Inventor. Tất cả các phần mềm này đều là phần mềm CAD hoặc CAE. CAD và CAE thường bị nhầm lẫn với nhau.
CAI – viết tắt của cụm từ Computer Aided Inspection. CAI là thuật ngữ chỉ việc sử dụng các công cụ, phần mềm trên máy tính hỗ trợ kỹ sư, thợ máy và người quản lý chất lượng trong công việc kiểm tra chất lượng sản xuất sản phẩm. Mục đích chính của nó là tạo ra một quy trình sản xuất nhanh và đạt độ chính xác cao hơn về kích thước của sản phẩm.
CAM – viết tắt của cụm từ Computer Aided Manufacturing. CAM dùng để chỉ việc sử dụng các phần mềm và máy móc điều khiển bằng máy tính để tự động hóa quá trình sản xuất. Dựa trên định nghĩa này, cần phải có 3 thành phần cơ bản để 1 hệ thống CAM hoạt động:
- Phầm mềm CAM: là các phần mềm giúp cho máy móc hiểu được cách tạo sản phẩm bằng cách tạo ra các đường chạy dao.
- Máy móc: các máy cắt gọt vật liệu thô thành sản phẩm hoàn thiện. Thường là các máy gia công tự động (CNC) có thể hiểu các đoạn mã, đường chạy dao khi lập trình.
- Bộ chuyển đổi (Post Processing): là các phần mềm dùng để chuyển đổi đường chạy dao đã lập trình thành ngôn ngữ mà máy gia công có thể hiểu được.
2D Drawing – bản vẽ 2D của mô hình CAD, thường được hoàn thiện với các kích thước, dung sai và yêu cầu kỹ thuật phục vụ trong quá trình gia công, chế tạo sản phẩm.
3D Modeling – 3D Modeling là quá trình tạo ra các đối tượng 3 chiều được xác định bởi các thông số về toán học và hình học (VD: việc dựng lên 1 khối trụ tròn bằng việc xác định vị trí và gán các giá trị về bán kính và chiều cao cho 1 đường tròn). 3D Modeling có thể được hỗ trợ bằng cách sử dụng dữ liệu quét (xem mục Thiết kế ngược).
3D Laser Scanner – thiết bị quét 3D sử dụng tia laser chiếu lên bề mặt chi tiết. Sự phản xạ của các tia laser được hệ thống camera của máy thu nhận. Từ đó, máy quét có thể xác định được vị trí trong không gian và tạo hệ tọa độ XYZ cho từng điểm phản xạ. Hệ thống sẽ dựa theo dữ liệu điểm này để dựng lên mô hình 3D chính xác của chi tiết.
3D Scanning – là quá trình sử dụng máy quét 3D để thu thập dữ liệu về hình dạng, màu sắc của chi tiết thực tế sau đó xây dựng thành mô hình 3D kỹ thuật số một cách nhanh chóng và chính xác.
3D Scanner – máy quét 3D có nhiều kiểu, tuy nhiên, mục đích sử dụng chính của các dòng máy này đều là thu thập dữ liệu về biên dạng, đôi khi là màu sắc của các vật thể trong thực tế. Dữ liệu thu thập được thường được lưu trữ dưới dạng đám mây điểm, mỗi điểm đều có tọa độ xác định trong hệ tọa độ XYZ. Máy quét 3D có thể được phân loại thành các kiểu: tiếp xúc (contact) (như máy đo CMM dạng cánh tay) hoặc không tiếp xúc (non-contact) (công nghệ ánh sáng cấu trúc, tia laser hoặc quét đa chiều). Một số máy quét có thể quét được các biên dạng ẩn, khuất bên trong của vật thể như các máy quét sử dụng tia X.
Accuracy – độ chính xác. Là mức độ mà kết quả của phép đo, tính toán hoặc thông số kỹ thuật phù hợp với giá trị chính xác hoặc tiêu chuẩn được đặt ra trước đó.
Alignment – Quá trình sắp xếp 2 hoặc nhiều đối tượng vào chung 1 hệ tọa độ. Thường dùng để chỉ việc sắp xếp, ghép nối các dữ liệu quét vào đối tượng tham chiếu trong các quy trình đo kiểm.
As-Built – Mô tả điều kiện thực tế và diện mạo của đối tượng thiết kế.
As-Designed – Cách thức thiết kế ban đầu của đối tượng, thường được mô tả trong môi trường CAD.
Auto Surfacing – Quá trình liên kết các bề mặt NURBS dạng tự do bao quanh dữ liệu quét để tạo ra các bề mặt phục vụ cho quá trình thiết kế một cách nhanh chóng và tự động.
Laser Scanner hoặc Laser-Line Scanner – tham khảo định nghĩa về 3D Laser Scanner.
CAQ – Computer Aided Quality Assurance/ Inspection/ Control.
Class A – Một dạng đường cong hoặc bề mặt dạng tự do đơn giản nhất có thể mô tả 1 hình dạng. Các đường cong hoặc bề mặt này có độ cong hay độ thẳng hàng lý tưởng để thể thiện một hình dạng nào đó của vật thể. VD: 1 khách hàng yêu cầu một dữ liệu IGES có bề mặt ở mức “Class A” khi người đó cần một bề mặt siêu mịn thường sử dụng trong các ứng dụng của ngành ô tô hay hàng không.
Color Map – Một biểu đồ màu thể hiện trực quan sự sai lệch về biên dạng, kích thước trong các phép đo mẫu thực tế so với thiết kế gốc. VD: Một khách hàng cần kiểm tra biểu đồ màu khi so sánh dữ liệu quét mẫu thực tế với mô hình CAD.
Computational Fluid Dynamics (CFD) – Phân tích động lực học chất lỏng. Là quá trình sử dụng các thuật toán số học để nghiên cứu, phân tích dòng chất lỏng và khí trong một hệ thống. Máy tính sẽ xử lý hàng triệu phép tính liên quan đến phân tích CFD với các ứng dụng như khí động học (hầm gió, ống hơi) và các thử nghiệm về thủy động lực học. Người ta thường sử dụng máy quét 3D để thu thập dữ liệu bề mặt của các đối tượng nghiên cứu phục vụ quá thực hiện các mô phỏng.
Decimation – Sự giảm thiểu. Thông thường nó chỉ việc giảm thiểu số lượng chi tiết, mẫu hay một đối tượng cụ thể nào đó. Trong quét 3D, Decimation là quá trình giảm bớt số lượng tam giác trên bề mặt mẫu quét mà không làm biến dạng chi tiết hoặc màu sắc của mẫu. Công cụ này được sử dụng trong các trường hợp dữ liệu lưới quá dày đặc làm dung lượng file quá lớn nhưng không cần thiết.
Datum – Một đối tượng xác định như điểm, đường thẳng, măt phẳng, trụ tròn, … chuẩn được sử dụng để xác định và thiết lập vị trí hoặc mối quan hệ hình học của một đối tượng khác.
Degrees of Freedom – mô tả số lượng hướng di chuyển và đề cập đến việc làm thế nào vị trí và hướng của một đối tượng được mô tả liên hệ đến một hệ tọa độ. Trong quét 3D, đây là định nghĩa mô tả việc di chuyển mẫu dọc theo 3 trục X, Y, Z và quay mẫu quanh 3 trục này.
Deviation – thường được sử dụng trong quá trình quét và kiểm tra 3D. Đây là thông số độ sai lệch về hình dạng và kích thước của dữ liệu quét 3D mẫu thực tế so với dữ liệu thiết kế của nó. Thông số này dễ dàng xác định bằng việc sử dụng các phần mềm CAI để tính toán, mô phỏng sự sai lệch sau đó biểu diễn dưới dạng biểu đồ màu hay các mặt cắt 2D trên đối tượng.
Digital Archiving – số hoá dữ liệu. Mẫu thực tế được quét 3D, xử lý sau đó lưu trữ lại trên bộ nhớ máy tính hoặc máy chủ của hệ thống. Điều này giúp giảm bớt diện tích, không gian lưu trữ mẫu thực tế, giải quyết vấn đề lưu kho mẫu.
“Dumb” IGES – là một thuật ngữ dùng để chỉ bất kì định dạng tệp IGES, STEP hoặc bề mặt. Mặc dù về mặt kỹ thuật, các tệp này đều là các mô hình toán học nhưng được gọi là “Dumb” vì nó không chứa lịch sử thiết lập về thông số của dữ liệu. Nó chỉ đơn giản là các bề mặt không thể chỉnh sửa một cách thông minh. VD: một hình trụ tròn được thiết kế bằng phần mềm thiết kế sau đó xuất dữ liệu ra dưới định dạng IGES. Ở định dạng này ta không thể chỉnh sửa bất kì hình dạng, kích thước nào của trụ tròn bằng việc thay đổi đường kính đường tròn hay tăng giảm độ cao của nó.
FEM – Finite Element Model. Mô hình phần tử hữu hạn. Mô hình mô tả bề mặt toán học của một đối tượng. Mô hình này sẽ được sử dụng để thực hiện các quá trình giả lập, mô phỏng.
FEA – viết tắt của cụm từ Finite Element Analysis. Chỉ quá trình phân tích phần tử hữu hạn bằng việc thực hiện các thử nghiệm khác nhau trên một bề mặt để xác định hoặc thiết lập tính vẹn toàn của nó trong những điều kiện đặc biệt khác nhau.
Fillet – là bề mặt kết nối 2 hoặc nhiều bề mặt khác nhau. Bề mặt này thường có biên dạng là các đường cong tròn.
Geometric Dimensioning & Tolerancing (GD&T) – Kích thước hình học và dung sai đo lường là một tiêu chuẩn để xác định sai lệch về biên dạng và kích thước của sản phẩm gia công so với mô hình CAD của chúng. GD&T cung cấp cho các đơn vị sản xuất và nhân viên QC thông tin rõ ràng về sai số trong tổ hợp sản phẩm. Và chuẩn hóa cách đo lường để phát hiện đúng sự sai khác đó.
