Sản xuất CAD trong thị giác máy tính

Mọi sản phẩm được sản xuất đều bắt đầu bằng một kế hoạch kỹ thuật số, thường là một mô hình thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (CAD) được tạo bằng phần mềm sản xuất. Bản thiết kế 3D hoặc mô hình 3D này xác định mọi bề mặt, lỗ và kích thước của sản phẩm. 

Các kỹ sư sử dụng nó để thiết kế, thử nghiệm và chuẩn bị các bộ phận cho sản xuất. Nhưng đôi khi, các vấn đề phát sinh giữa mô hình CAD và sản phẩm hoàn chỉnh.

‍

Ví dụ: các bộ phận có thể bị lệch, các chi tiết có thể bị bỏ qua và sự không nhất quán có thể xảy ra trong quá trình sản xuất. Những vấn đề này dẫn đến chi phí tăng thêm và có thể tốn thời gian. Đó là lý do tại sao các nhà sản xuất đang kết hợp sản xuất CAD với thị giác máy tính, một nhánh của trí tuệ nhân tạo (AI) cho phép máy móc diễn giải và phân tích dữ liệu trực quan. 

Mặc dù CAD cung cấp bản thiết kế chính xác bằng cách nắm bắt cấu trúc chính xác của từng bộ phận, nhưng thị giác máy tính bổ sung thêm một lớp trí thông minh trực quan trên đó. Nó sử dụng dữ liệu từ máy ảnh và cảm biến để kiểm tra, xác thực và theo dõi các bộ phận trong quá trình phát triển sản phẩm. 

Cùng với nhau, CAD và các hệ thống thị giác máy tính có thể hợp lý hóa các quy trình làm việc quan trọng và hỗ trợ sản xuất thông minh như một phần của sự chuyển đổi sang Công nghiệp 4.0. Công nghiệp 4.0 tích hợp các công nghệ kỹ thuật số tiên tiến, chẳng hạn như AI và tự động hóa, vào sản xuất để tạo ra các hệ thống đáng tin cậy và hiệu quả hơn. 

Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá cách CAD và thị giác máy tính có thể thu hẹp khoảng cách giữa thiết kế và thực thi. Hãy bắt đầu!

Vai trò của CAD trong sản xuất hiện đại

Khi một sản phẩm được tạo ra thông qua quy trình sản xuất thông minh, nó bắt đầu bằng một bản kế hoạch kỹ thuật số được xây dựng trong CAD. Các kỹ sư sử dụng CAD để xác định mọi chi tiết và đảm bảo thiết kế được tối ưu hóa cho sản xuất hiệu quả. Từ sản xuất bồi đắp đến lắp ráp cuối cùng, tất cả các quy trình tiếp theo đều dựa vào độ chính xác của dữ liệu CAD. 

Sau khi các mô hình CAD được tạo, chúng được chuyển sang phần mềm sản xuất có sự hỗ trợ của máy tính (CAM). Các giải pháp CAM chuyển đổi thiết kế kỹ thuật số thành hướng dẫn sản xuất bằng cách tạo ra các đường chạy dao, xác định các chuyển động chính xác của các công cụ cắt và mã G, ngôn ngữ lập trình được sử dụng bởi máy móc để thực hiện các chuyển động đó. Các hướng dẫn này sau đó được gửi đến các máy điều khiển số bằng máy tính (CNC) và các công cụ tự động khác, cắt, khoan và định hình nguyên liệu thô để tạo ra các bộ phận phù hợp với thiết kế CAD ban đầu.

Các mô hình CAD cũng có thể được sử dụng để chạy mô phỏng, kiểm tra các hoạt động gia công khác nhau và hỗ trợ đảm bảo chất lượng cho các kỹ thuật viên cơ khí trong xưởng. Điều thú vị là dữ liệu thiết kế CAD thậm chí có thể được gửi trực tiếp đến các thiết lập in 3D để tạo mẫu nhanh hoặc sản xuất số lượng nhỏ. 

‍

Giới thiệu thị giác máy tính vào quy trình CAD

CAD cung cấp nền tảng cho thiết kế. Nhưng để biến thiết kế đó thành một sản phẩm vật lý chính xác, các nhà sản xuất cần phản hồi theo thời gian thực từ xưởng sản xuất. Đây là nơi thị giác máy tính đóng một vai trò quan trọng.

Các mô hình thị giác máy tính như Ultralytics YOLO11 hỗ trợ các tác vụ thị giác thiết yếu, chẳng hạn như phát hiện đối tượng, xác định và định vị các mục trong ảnh và phân đoạn thể hiện, phân tách các đối tượng riêng lẻ bằng cách gắn nhãn cho từng pixel. Những khả năng này giúp các nhà sản xuất theo dõi sản xuất, phát hiện lỗi và đảm bảo chất lượng trong suốt quy trình.

Tiếp theo, hãy xem xét kỹ hơn về cách thức hoạt động của quy trình này qua các giai đoạn sản xuất khác nhau. 

Từ vật lý đến kỹ thuật số: Quét sang CAD và kỹ thuật đảo ngược

Việc tạo mô hình CAD từ đầu tốn rất nhiều thời gian. Điều này đặc biệt chậm khi làm việc với các hệ thống cũ hoặc các thành phần tùy chỉnh không có sẵn các thiết kế kỹ thuật số. Các kỹ thuật như scan-to-CAD có thể đẩy nhanh quá trình chuyển đổi các vật thể vật lý thành mô hình CAD kỹ thuật số. 

Các thiết bị quét 3D có thể được sử dụng với thị giác máy tính để nắm bắt hình dạng, đặc điểm và kích thước của một thành phần. Hệ thống scan-to-CAD sau đó có thể xác định các bề mặt, lỗ và cạnh, tự động chuyển đổi chúng thành hình học CAD. 

Điều này đẩy nhanh các lần lặp thiết kế, cho phép tạo ra các mô hình có thể in 3D và cung cấp cho các kỹ sư cơ khí các tùy chọn CAM linh hoạt để tạo mẫu. Scan-to-CAD đặc biệt có tác động lớn khi nói đến kỹ thuật đảo ngược, nơi các bộ phận vật lý hiện có phải được số hóa để thiết kế lại hoặc tái sản xuất.

‍

Kết hợp kỹ thuật số và vật lý: AR và thị giác máy tính trong lắp ráp

Trong nhà máy sản xuất, ngay cả những lỗi lắp ráp nhỏ cũng có thể biến thành các vấn đề lớn về chất lượng, đặc biệt là trong các ngành như ô tô. Để giải quyết những vấn đề như vậy, các nhà sản xuất đang sử dụng thực tế tăng cường (AR) và thị giác máy tính để hướng dẫn lắp ráp. AR phủ thông tin kỹ thuật số lên chế độ xem thế giới thực, giúp công nhân tuân theo các hướng dẫn chính xác mà không cần chuyển sang màn hình hoặc sách hướng dẫn riêng biệt.

Các hệ thống thị giác máy tính có thể theo dõi vị trí và hướng của từng thành phần trong thời gian thực. Nếu một bộ phận bị thiếu hoặc lệch, hệ thống sẽ gắn cờ sự cố và phủ hướng dẫn khắc phục lên kính AR của kỹ thuật viên. Điều này cho phép các nhóm phát hiện lỗi ngay lập tức và duy trì chất lượng nhất quán trên sàn nhà máy.

Ví dụ: trong lắp ráp ô tô, AR có thể chiếu bố cục dựa trên CAD của cửa xe lên khung vật lý, hiển thị chính xác vị trí đặt từng vít, tay nắm và thành phần. Điều này đảm bảo mọi bộ phận được lắp đặt đúng vị trí và theo đúng trình tự.

Khép kín quy trình: Đảm bảo chất lượng dựa trên CAD

Sau khi một sản phẩm được sản xuất, bước tiếp theo là đảm bảo rằng nó khớp với thiết kế CAD ban đầu. Các giải pháp thị giác máy tính có thể tự động hóa quy trình kiểm tra này bằng cách so sánh sản phẩm đã sản xuất với các thiết kế CAD của nó.

Các hệ thống thị giác sử dụng các kỹ thuật như phát hiện đối tượng, phân vùng và ước tính tư thế để đánh giá hình dạng, kích thước, vị trí và chất lượng bề mặt. Các kiểm tra này có thể chạy trong quá trình sản xuất như một phần của kiểm soát chất lượng, cho phép các nhóm phát hiện các vấn đề mà không cần dừng dây chuyền.

‍

Đặc biệt, các mô hình thị giác máy tính như YOLO11 giúp điều này trở nên khả thi bằng cách phát hiện các tính năng bị thiếu hoặc các khuyết tật bề mặt trong thời gian thực. Khi được tích hợp với CAD, kiểm tra chất lượng dựa trên thị giác có thể so sánh các sản phẩm đã hoàn thành với các thông số kỹ thuật thiết kế, phát hiện lỗi trước khi đóng gói hoặc vận chuyển.

Ứng dụng của thị giác máy tính trong sản xuất dựa trên CAD

Giờ đây, khi đã hiểu rõ hơn về quy trình làm việc CAD và sản xuất dựa trên CAD bằng thị giác máy tính, hãy xem xét kỹ hơn một số ứng dụng thực tế.

Kiểm tra chất lượng tự động trong ngành ô tô và hàng không vũ trụ

Khi sản xuất ô tô và máy bay, việc đặt vị trí của mọi bộ phận, bao gồm đai ốc, bu lông, đinh tán, v.v., cần phải chính xác. Làm điều đó thủ công có nhiều hạn chế, như lỗi do con người gây ra và sự chậm trễ. 

Ví dụ: một đinh tán lệch duy nhất trên thân máy bay có thể làm ảnh hưởng đến tính toàn vẹn cấu trúc, trong khi trong sản xuất ô tô, một cảm biến hoặc giá đỡ được lắp đặt không chính xác có thể dẫn đến lỗi hệ thống hoặc thu hồi.

Một giải pháp tuyệt vời là tự động hóa việc kiểm tra chất lượng bằng Vision AI. Các hệ thống này sử dụng camera, cảm biến và AI để phát hiện các khuyết tật, đo lường các bộ phận và kiểm tra kỹ vị trí chính xác của các bộ phận, giúp sản xuất nhanh hơn, chính xác hơn và an toàn hơn.

Robot được dẫn hướng bằng thị giác để hoàn thiện chính xác

Tương tự, các tác vụ như mài, đánh bóng hoặc cắt tỉa đòi hỏi độ chính xác cao. Thực hiện các tác vụ này theo cách thủ công đôi khi có thể dẫn đến các khuyết tật có thể tốn kém để khắc phục sau này. 

Sử dụng robot có hướng dẫn bằng thị giác có thể giảm khả năng tạo ra các khuyết tật như vậy. Các robot này sử dụng thị giác 3D để quét bộ phận và so sánh nó với mô hình CAD của nó. Sau đó, nó thực hiện các hoạt động hoàn thiện một cách chính xác dựa trên kết quả so sánh. 

Ví dụ: nếu một bộ phận đúc có thêm vật liệu, robot sẽ biết chính xác vị trí của nó và cần cắt bao nhiêu dựa trên thiết kế CAD của bộ phận đó. Các thiết lập này thường dựa vào lập trình CAM chính xác, nơi các lập trình viên lành nghề tối ưu hóa các quy trình gia công và chuyển động của robot dựa trên dữ liệu CAD.

Bằng cách kết hợp quy trình CAD CAM với Vision AI, các nhà sản xuất có thể duy trì chất lượng cao hơn một cách nhất quán ngay cả đối với các bộ phận phức tạp nhất. Các quy trình này không chỉ cải thiện chất lượng mà còn làm cho sản xuất hàng loạt trở nên đáng tin cậy hơn.

Xác minh lắp ráp dựa trên AR trong ngành hàng không vũ trụ

Việc sửa chữa các lỗi lắp ráp trong ngành hàng không vũ trụ tốn kém và mất thời gian. Để ngăn chặn chúng, nhiều công ty hàng không vũ trụ đang áp dụng các hệ thống thực tế tăng cường được tích hợp với thị giác máy tính và các mô hình CAD. 

Ví dụ: Northrop Grumman, một công ty hàng đầu toàn cầu về công nghệ hàng không vũ trụ và quốc phòng, sử dụng tai nghe AR để hỗ trợ lắp ráp các hệ thống phức tạp như vệ tinh. Họ tận dụng phần mềm CAD/CAM để tạo ra các mô hình kỹ thuật số đầy đủ tỷ lệ, sau đó được chiếu lên tàu vũ trụ vật lý trong quá trình xây dựng. Các thành phần và hướng dẫn xuất hiện chính xác ở nơi cần thiết và các lớp phủ vẫn được căn chỉnh khi kỹ thuật viên di chuyển xung quanh. Hướng dẫn theo thời gian thực này giúp tăng tốc quá trình lắp ráp và giảm đáng kể việc làm lại tốn kém.

Lợi ích của việc tích hợp thị giác máy tính với CAD

Dưới đây là một số lợi ích của việc tích hợp Vision AI với quy trình làm việc CAD: 

• Thiết kế sản phẩm nhanh hơn: Với thị giác máy tính, các nhà sản xuất có thể số hóa các thành phần một cách nhanh chóng. Các hệ thống này sử dụng nhận dạng tự động và quét 3D để thay thế mô hình hóa thủ công, tối ưu hóa và tăng tốc quá trình tạo mô hình CAD.

• Độ chính xác cao hơn trong sản xuất: Các hệ thống thị giác máy tính phát hiện các vấn đề như sai lệch, lỗi bề mặt hoặc các tính năng bị thiếu trong thời gian thực, cải thiện khả năng phát hiện lỗi và độ chính xác tổng thể.

• Cải thiện năng suất và đào tạo: Các hệ thống Vision AI được hỗ trợ bởi deep learning cung cấp hướng dẫn theo thời gian thực bằng cách sử dụng lớp phủ CAD và các công cụ AR. Điều này rút ngắn thời gian đào tạo cho các nhà khai thác mới.

Những thách thức và cân nhắc

Mặc dù có những lợi ích của thị giác máy tính trong sản xuất CAD-CAM, nhưng có một số thách thức triển khai cần xem xét. Dưới đây là một vài yếu tố chính cần ghi nhớ: 

• Độ phức tạp của dữ liệu và mô hình: Các hệ thống thị giác máy tính dựa vào khối lượng lớn dữ liệu chất lượng cao. Nếu không có dữ liệu sạch, hiệu suất có thể giảm.

• Khả năng mở rộng và chi phí: Các công cụ thị giác máy tính tiên tiến, máy quét 3D và thiết bị biên thường đắt tiền. Việc mở rộng chúng trên nhiều dây chuyền hoặc địa điểm có thể đòi hỏi một khoản đầu tư ban đầu.

• Tích hợp với các hệ thống cũ: Việc tích hợp thị giác máy tính và CAD với các hệ thống sản xuất cũ có thể gặp nhiều thách thức và thường tốn kém.

Những điều cần nhớ 

Thị giác máy tính đang định nghĩa lại vai trò của CAD trong sản xuất, cho phép kiểm tra thông minh hơn và chu trình từ thiết kế đến sản xuất liền mạch. Những công việc trước đây đòi hỏi hàng giờ kiểm tra thủ công giờ đây diễn ra trong thời gian thực - giảm thiểu sai sót và giúp các nhóm kiểm soát tốt hơn. Ngành sản xuất đang chuyển dịch sang các hoạt động dựa trên dữ liệu và lấy thiết kế làm trung tâm, với Vision AI trở thành một thành phần cốt lõi của các hệ thống CAD/CAM hiện đại. 

Tham gia cộng đồng đang phát triển của chúng tôi! Khám phá kho lưu trữ GitHub của chúng tôi để tìm hiểu thêm về AI. Khám phá thị giác máy tính trong sản xuất và AI trong ngành công nghiệp ô tô bằng cách truy cập các trang giải pháp của chúng tôi. Để bắt đầu tích hợp thị giác máy tính vào quy trình làm việc của bạn, hãy xem các tùy chọn cấp phép của chúng tôi.