Tại sao công nghệ quét 3D vẫn rất chậm chạp trong dây chuyền sản xuất hàng loạt?

Trong hơn 10 năm trở lại đây, công nghệ quét 3D phát triển rất nhanh. Các hãng lớn liên tục giới thiệu những hệ thống đo lường tự động bằng robot với những video vô cùng ấn tượng: robot cầm máy quét 3D di chuyển quanh thân xe, chỉ sau vài phút đã tạo ra mô hình 3D đầy đủ và bản đồ sai lệch màu sắc (Color Map).

Nhiều người khi xem các video này thường nghĩ rằng:

"Vậy tại sao không thay toàn bộ máy đo trên dây chuyền bằng máy quét 3D?"

Thực tế, đến nay điều đó vẫn chưa xảy ra.

Không phải vì công nghệ quét 3D không đủ chính xác, mà bởi tốc độ, quy trình xử lý dữ liệu và chi phí đầu tư vẫn là những rào cản rất lớn đối với sản xuất hàng loạt.

( Ảnh dây chuyền sản xuất linh kiện điện thoại )

Máy quét 3D rất nhanh... nhưng chưa đủ nhanh cho sản xuất hàng loạt

Các video quảng cáo thường chỉ thể hiện quá trình robot quét chi tiết.

Nhưng để có được kết quả cuối cùng, hệ thống phải trải qua nhiều bước:

• Chuẩn bị sản phẩm
• Định vị chính xác
• (Một số hệ thống) dán marker hoặc chuẩn bị hệ quy chiếu
• Robot thực hiện nhiều góc quét
• Ghép toàn bộ dữ liệu
• Tạo lưới tam giác (Mesh)
• Căn chỉnh với mô hình CAD
• So sánh sai lệch
• Xuất báo cáo

Nhìn vào video, chúng ta chỉ thấy robot quét trong vài chục giây hoặc vài phút.

Nhưng toàn bộ quy trình phía sau mới là phần tốn nhiều thời gian nhất.

- Khi cần đo các kích thước độ cao, chiều sâu đơn giản, nhanh, dễ dùng thì High gate lại là lựa chọn hiệu quả hơn: 

Trong khi đó, hệ thống Vision chỉ mất vài giây

Một camera Vision công nghiệp thường chỉ cần:

• sản phẩm đi qua
• chụp ảnh
• xử lý
• đưa ra kết quả OK hoặc NG

Toàn bộ quá trình chỉ diễn ra trong khoảng 1–3 giây, thậm chí nhanh hơn ở nhiều ứng dụng.

Đó là lý do các dây chuyền sản xuất số lượng lớn vẫn ưu tiên Vision để kiểm tra:

• có hay không có chi tiết
• sai vị trí
• sai màu
• sai kích thước cơ bản
• lỗi bề mặt
• lỗi lắp ráp

Những công việc này không cần tạo mô hình 3D hoàn chỉnh.

Máy quét 3D tạo ra lượng dữ liệu khổng lồ

Một lần quét có thể tạo ra hàng triệu đến hàng chục triệu điểm.

Một chi tiết lớn có thể tạo thành file vài GB, thậm chí hàng chục GB.

Sau đó phần mềm còn phải:

• lọc nhiễu
• ghép dữ liệu
• tạo Mesh
• căn chỉnh
• tính toán sai lệch

Khối lượng xử lý này lớn hơn rất nhiều so với một hệ thống Vision chỉ phân tích vài bức ảnh.

Cần có kỹ sư mới có thể xử lý data chuẩn xác --> Phụ thuộc nhiều vào con người hơn

Chu kỳ kiểm tra là yếu tố quyết định

Giả sử một dây chuyền sản xuất tạo ra:

• 1 sản phẩm mỗi 10 giây hoặc
• 300 sản phẩm mỗi giờ.

Nếu hệ thống kiểm tra mất vài phút cho mỗi sản phẩm thì dây chuyền sẽ phải dừng hoặc cần bố trí thêm nhiều trạm kiểm tra, làm tăng chi phí đầu tư.

Đó là lý do trong sản xuất hàng loạt, thời gian chu kỳ (Cycle Time) thường quan trọng không kém độ chính xác.

Chi phí đầu tư cũng là một bài toán lớn

Một hệ thống đo lường tự động bằng robot thường không chỉ bao gồm máy quét 3D.

Nó còn cần:

• robot công nghiệp
• bộ điều khiển
• phần mềm đo lường
• đồ gá
• hàng rào an toàn
• hệ thống hiệu chuẩn
• máy tính cấu hình cao
• kỹ sư vận hành và bảo trì

Tổng chi phí đầu tư có thể lên tới hàng tỷ đồng, tùy cấu hình.

Vì vậy, doanh nghiệp sẽ cân nhắc rất kỹ xem giá trị thu được có tương xứng với chi phí và thời gian chu kỳ hay không.

Vậy các hệ thống robot quét 3D đang được dùng ở đâu?

Điều này không có nghĩa các hệ thống như ZEISS ATOS ScanBox hay Creaform MetraSCAN-R không hiệu quả.

Ngược lại, chúng phát huy thế mạnh ở những công việc mà Vision hoặc các máy đo truyền thống khó thực hiện, chẳng hạn:

• đo kiểm mẫu đầu tiên (First Article Inspection)
• kiểm tra định kỳ theo lô (sampling inspection)
• đo kiểm R&D
• đánh giá khuôn
• phân tích biến dạng
• đo các bề mặt tự do (freeform surface)
• kiểm tra thân xe, cánh quạt, chi tiết đúc, composite...

Ở những ứng dụng này, việc có đầy đủ dữ liệu bề mặt 3D quan trọng hơn việc có kết quả chỉ sau vài giây.

Liệu tương lai máy quét 3D có thay thế Vision?

Câu trả lời là có thể ở một số ứng dụng, nhưng rất khó thay thế hoàn toàn.

Các hãng đang cải tiến:

• tốc độ quét
• GPU xử lý dữ liệu
• thuật toán ghép dữ liệu
• AI hỗ trợ phân tích
• tự động hóa quy trình

Tuy nhiên, ngay cả khi tốc độ xử lý tiếp tục được cải thiện, Vision và máy quét 3D vẫn phục vụ những mục tiêu khác nhau.

Vision tối ưu cho:

• tốc độ
• chi phí
• kiểm tra lặp lại
• sản xuất số lượng lớn

Trong khi đó, quét 3D tối ưu cho:

• thu thập toàn bộ hình học bề mặt
• phân tích sai lệch 3D
• đo các chi tiết có hình dạng phức tạp
• nghiên cứu phát triển và kiểm soát chất lượng chuyên sâu

Kết luận

Máy quét 3D không chậm vì công nghệ kém, mà vì nó phải thu thập và xử lý lượng dữ liệu lớn hơn rất nhiều so với các hệ thống đo kiểm truyền thống.

Trong sản xuất hàng loạt, yếu tố quan trọng nhất thường là thời gian chu kỳ và chi phí trên mỗi sản phẩm. Vì vậy, camera Vision và các máy đo chuyên dụng vẫn giữ vai trò chủ đạo trên dây chuyền.

Ngược lại, ở các công việc cần đánh giá toàn bộ hình dạng 3D, phân tích sai lệch hình học hoặc kiểm tra những chi tiết có bề mặt phức tạp, hệ thống quét 3D tự động vẫn là một giải pháp rất giá trị. Hai công nghệ này không thay thế hoàn toàn nhau mà bổ sung cho nhau, mỗi công nghệ phù hợp với một nhóm bài toán khác nhau.

Tham khảo thêm các bài viết về Quét 3D và thiết kế ngược tại đây:

https://thietkenguoc.com.vn/blog