Luận văn: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC TÁI TẠO NGƯỢC KHI SỬ DỤNG TRUNG TÂM GIA CÔNG VMC-85S

Chia sẻ: Nguyen Bao Ngoc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:82

Thêm vào BST

Báo xấu

102
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ trên tất cả các lĩnh vực thì các sản phẩm cơ khí ngày càng có yêu cầu cao hơn về chất lượng, độ chính xác gia công, mức độ tự động sản xuất và đặc biệt là yêu cầu về kiểu dáng, mẫu mã sản phẩm phải được thay đổi một cách thường. Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ trên tất cả các lĩnh vực thì các sản phẩm cơ khí ngày càng có yêu cầu cao hơn về chất lượng, độ chính...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC TÁI TẠO NGƯỢC KHI SỬ DỤNG TRUNG TÂM GIA CÔNG VMC-85S

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ------------o0o----------- LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC TÁI TẠO NGƯỢC KHI SỬ DỤNG TRUNG TÂM GIA CÔNG VMC-85S Học viên : Nguyễn Tuấn Hưng Hướng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè THÁI NGUYÊN 2008
1 MỤC LỤC Trang Phần mở đầu 7 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TÁI TẠO NGƯỢC Kỹ thuật tái tạo ngược 1.1. 9 Các phương pháp quét hình phổ biến hiện nay 1.2. 11 Phương pháp quang học 1.2.1. Máy quét laser 11 Máy quét dùng ánh sáng trắng Phương pháp cơ học 1.2.2. 16 Máy đo toạ độ 3 chiều CMM 1.2.3. 16 Công nghệ CAD/CAM 1.3. 21 Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính CAD 1.3.1. 22 Sản xuất với trợ giúp của máy tính CAM 1.3.2. 24 Phần mềm sử dụng trong luận văn để sử lý dữ liệu quét 1.3.3. 27 Phần mềm Geomagic studio 1.3.3.1. 27 Phần mềm Rapidfo rm XOR 1.3.3.2. 29 Phần mềm Catia 1.3.3.3. 30 Phần mềm Mastercam 1.3.3.4. 31 Chương 2 HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ VÀ THỰC NGHIỆM Lựa chọn sản phẩm thực nghiệm tái tạo ngược 2.1. 36 Quét hình bề mặt chi tiết 2.2. 37 Gá đặt chi tiết 2.2.1. 37 Khởi động và kiểm tra hệ thống 2.2.2. 37 Hiệu chuẩn đầu đo 2.2.3. 38 Lập hệ toạ độ của chương trình đo 2.2.4. 39 Đo biên dạng bao quanh vật thể 2.2.5. 40 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2 Xây dựng bề mặt 2.3. 42 Các bước xây dựng bề mặt 2.3.1. 42 Xây dựng lưới tam giác từ các đám mây điểm 2.3.1.1. 42 Đơn giản hoá lưới tam giác 2.3.1.2. 43 Chia nhỏ lưới 2.3.1.3. 44 Các mô hình hình học 2.3.2. 44 Mô hình hình học 2.3.2.1. 44 Mô hình lưới 2.3.2.2. 44 Mô hình bề mặt 2.3.2.3. 45 Mô hình khối đặc 2.3.2.4. 45 Chỉnh sửa mẫu từ dữ liệu quét 2.4. 45 Thiết kế bề mặt gia công 2.5. 46 Thiết kế chương trình gia công NC 2.6. 48 Lập trình gia công 2.6.1. 48 Mô phỏng, kiểm tra và xuất chương trình NC 2.6.2. 52 Truyền chương trình sang máy CNC 2.7. 58 Các phương thức truyền chương trình sang máy gia công 2.7.1. 58 Thiết lập tham số truyền 2.7.2. 60 Điều chỉnh máy để gia công 2.8. 61 Chương 3 PHÂN TÍCH-ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC TÁI TẠO NGƯỢC Sai số về hình dáng hình học và vị trí tương quan 3.1. 65 Phân tích và đánh giá độ chính xác gia công về hình 3.2. 66 dáng hình học và vị trí tương quan Sai số do quét hình 3.2.1 68 Sai số khi tạo lưới tam giác 3.2.2 71 Sai số do đơn giản hoá lưới tam giác 3.2.3 73 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3 Sai số do chia nhỏ ô lưới 3.2.4 79 Sai số khi hiệu chỉnh bề mặt 3.2.5 79 Dự báo về độ chính xác tái tạo ngược trên trung tâm 3.3 80 gia công VMC-85S Chương 4 KẾT LUẬN 81 Tài liệu tham khảo 82 CÁC TỪ VIẾT TẮT Máy đo toạ độ 3 chiều CMM Coordinate Measuring Machine Kỹ thuật tái tạo ngược RE Reverse engineering Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
4 Hệ toạ độ Co-or. Sys Coordinate System Trung tâm gia công đứng VMC Vertical machining center Thiết kế với trợ giúp của CAD Computer Aided Design máy tính Sản xuất có trợ giúp của CAM Computer Aided Manufacturing máy tính Điều khiển số bằng máy CNC Computer Numerical Control tính CAP Computer Aided Planning l MRP Manufacturing Resource Planning xu công nghệ CAPP Computer Aided Process Planning CAQ Computers Aided Quality Control Lập kế hoạch sản xuất và PP&C Production Planning and control điều khiển Điều khiển số trực tiếp DNC Direct Numerical Control DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Một số sản phẩm tái tạo ngược Hình 1.1. Hình 1.2. Máy quét laser Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
5 Hình 1.3. Measuring System COMET Nguyên lý nhận điểm Hình 1.4. Cấu tạo máy CMM Hình 1.5. Các loại đầu dò dùng cho máy CMM Hình 1.6. Máy đo CMM thông dụng kiểu cầu Hình 1.7. Máy CMM kiểu Grantry của B&S Hình 1.8. Máy CMM kiểu Cantiver của Tarrus Hình 1.9. Quy trình chỉnh sửa dữ liệu quét của Geomagic studio Hình 1.10 Càng để chân xe máy Future Neo Hình 2.1 Giao diện phần mềm GEOPAK Hình 2.2. Hiệu chuẩn đầu đo Hình 2.3. Thiết lập các thông số đo Hình 2.4. Dữ liệu quét hình Hình 2.5. Xây dựng lưới tam giác Hình 2.6. Đơn giản hoá lưới tam giác Hình 2.7. Mô hình lưới Hình 2.8. Mô hình bề mặt Hình 2.9. Sản phẩ m đã thiết kế hoàn thiện Hình 2.10. Xây dựng bề mặt gia công Hình 2.11. Bề mặt gia công Hình 2.12. Thiết kế chương trình gia công trên Mastercam Hình 2.13. Kích thước cơ bản của sản phẩm Hình 2.14 Khai báo phôi, vật liệu và hệ điều khiển Hình 2.15. Thiết lập các thông số công nghệ Hình 2.16. Các kiểu đường chạy dao thường dùng Hình 2.17. Mô phỏng quá trình gia công Hình 2.18. Giao diện phần mềm DNC Server Hình 2.19. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
6 Cài đặt các tham số truyề n DNC Hình 2.20. Truyền và nhận chương trình Hình 2.21. Set-up gốc toạ độ Hình 2.22. Bù đường kính dao Hình 2.23. Bù chiều dài dao Hình 2.24. Gia công chi tiết trên trung tâm gia công VMC-85S Hình 2.25. Bề mặt sản phẩm đã gia công Hình 3.1 Các kích thước đo kiểm Hình 3.2 Mặt quét hình song song Hình 3.3 Mặt quét hình tròn xoay Hình 3.4 Mặt quét hình phi tham số Hình 3.5 Dữ liệu biên của mặt cong tam giác Hình 3.6 Mặt cong Gregory tam giác Hình 3.7 Mặt lưới đa thức chuẩn tắc bậc 3 kép Hình 3.8 Mặt lưới Ferguson Hình 3.9 Mặt lưới Bezier bậc 3 kép Hình 3.10 Mặt lưới B-spline đều bậc 3 kép Hình 3.11 PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ trên tất cả các lĩnh vực thì các s ản phẩm cơ khí ngày càng có yêu cầu cao hơn về chất lượng, độ chính xác gia công, mức độ tự động sản xuất và đặc biệt là yêu cầu về kiểu dáng, mẫu mã sản phẩm phải được thay đổi một cách thường Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
7 xuyên và linh hoạt. Vì vậy nhu cầu về thiết kế phát triển sản phẩm mới hoặc chép mẫu và thiết kế lại từ các sản phẩm đã có, cũng như nhu cầu về sản xuất, chế tạo các bộ khuôn mẫu có độ chính xác và độ phức tạp cao là rất lớn. Thực tế đó đòi hỏi phải phát triển công nghệ mới, trong đó có công nghệ CAD/CAM/CNC và kỹ thuật tái tạo ngược (RE). Vì vậy sau khi nhận được sự định hướng và giúp đỡ tận tình của Thầy PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè tác giả đã chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu đánh giá độ chính xác tái tạo ngược khi sử dụng trung tâm gia công VMC -85S". Vấn đề này là rất cấp bách, cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn rất cao trong giai đoạn hiện nay. Mục đích nghiên cứu: Mục đích nghiên cứu của đề tài nhằm giải quyết các vấn đề sau: Ứng dụng kỹ thuật tái tạo ngược trên máy đo 3 chiều CMM trong việc thiết kế và gia công khuôn mẫu có độ chính xác cao Nghiên cứu đánh giá độ chính xác tá i tạo ngược, nhằm đưa ra dự báo sai số thiết kế tái tạo ngược và sai số gia công trên máy CNC từ đó có biện pháp bù sai số gia công hoặc sai số thiết kế tái tạo ngược. Đối tượng nghiên cứu : Trung tâm gia công VMC-85S, Máy đo 3 chiều CMM- Máy C544 Công nghệ : Kỹ thuật đo 3 chiều CMM và kỹ thuật tái tạo ngược Các phần mềm sử lý dữ liệu đo và thiết kế CAD/CAM Nội dung nghiên cứu Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài tác giả tập trung nghiên c ứu vào các vấn đề sau Tổng quan về kỹ thuật tái tạo ngược Hệ thống công nghệ và thực nghiệm Phân tích - Đánh giá độ chính xác tái tạo ngược Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
8 Kết luận và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo Phương pháp nghiên cứu Lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, trong đó thực nghiệm giữ vai trò chính. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu đánh giá độ chính xác tái tạo ngược khi sử dụng trung tâm gia công VMC - 85S từ dữ liệu đo trên máy đo 3 chiều CMM, đưa ra được dự báo để khắc phục sai số gia công và sai số tái tạo ngược. Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài mang tính ứng dụng cao, kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ được ứng dụng trực tiếp trong thiết kế, tạo mẫu sản phẩm và chế tạo khuôn mẫu tại Việt Nam Dự kiến kết quả đạt được: Từ nội dung nghiên cứu về kỹ thuật tái tạo ngược trên cơ sở sử dụng các hệ thống thiết bị và công nghệ tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, đề tài dự kiến sẽ đạt được kết quả sau: Ứng dụng được máy đo 3 chiều CMM -C544 và các phần mềm CAD/CAM, trung tâm gia công VMC-85S trong kỹ thuật tái tạo ngược Phân tích và đánh giá được độ chính xác tái tạo ngược từ đó đưa ra được dự báo sai số trong kỹ thuật tái tạo ngược trên máy CMM - C544 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TÁI TẠO NGƯỢC 1.1. Kỹ thuật tái tạo ngược Từ những năm 90 của thế kỷ trước, kỹ thuật tái tạo ngược đã được nghiên cứu áp dụng trong lĩnh vực phát triển sản phẩm, đặc biệt là trong lĩnh vực thiết kế các mô hình 3D từ mô hình cũ đã có nhờ sự trợ giúp của máy tính. Kỹ thuật tái tạo ngược ngày càng phát triển theo sự phát triển của máy quét hình, máy đo 3 chiều và các phần mềm CAD/CAM. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
9 Trong công nghệ gia công truyền thống, để chế tạo một sản phẩm từ ý tưởng hoặc nhu cầu sản xuất, người ta thiết kế mô hình CAD rồi gia công trên máy công cụ. Tuy nhiên trong thực tế, đôi khi người ta cần chế tạo theo những mẫu có sẵn mà chưa (hoặc không) có mô hình CAD tương ứng như một số loại sản phẩm sau: - Các sản phẩm đồ cổ - Những chi tiết đã ngừng sản xuất từ lâu - Những chi tiết không rõ xuất xứ - Những tác phẩm điêu khắc - Những chi tiết phức tạp - Các bộ phận trong cơ thể con người và động vật dùng trong kỹ thuật cấy ghép. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
10 Hình 1.1. Một số sản phẩm tái tạo ngược Để tạo được mẫu của những sản phẩm này, trước đây người ta đo rồi vẽ phác hoặc dùng sáp, thạch cao để in mẫu. Các phương pháp này cho độ chính xác không cao, tốn nhiều thời gian và công sức, đặc biệt là những chi tiết có hình dáng hình học phức tạp. Ngày nay người ta đã sử dụng máy đo 3 chiều CMM hoặc máy quét hình để quét hình các chi tiết sau đó nhờ các phần mềm CAD/CAM chuyên dụng để xử lý dữ liệu quét và cuối cùng sẽ tạo được mô hình CAD 3D dưới dạng khối hoặc bề mặt với độ chính xác cao. Mô hình 3D nà y có thể được chỉnh sửa nếu cần. Ngoài việc chế tạo các chi tiết khác nhau, kỹ thuật tái tạo ngược còn có một số ứng dụng sau đây: - Kiểm tra chất lượng sản phẩm bằng cách so sánh mô hình CAD với sản phẩm, từ đó điều chỉnh mô hình hoặc các thông số công nghệ để tạo ra sản phẩm theo yêu cầu. - Mô hình CAD được sử dụng như là mô hình trung gian trong quá trình thiết kế bằng cách tạo sản phẩm thủ công trên đất sét, thạch cao, sáp hoặc cao hơn là tạo hình trên các máy tạo mẫu nhanh…, rồi sau đó quét hình để tạo mô hình CAD, mô hình CAD này có thể chỉnh sửa theo ý muốn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
11 1.2. Các phương pháp quét hình phổ biến hiện nay. 1.2.1.Phương pháp quang học Phương pháp quang học là phương pháp dùng ánh sáng để quét lên bề mặt vật thể bằng ánh sáng laser hay ánh sáng trắng. Cả 2 loại máy này khi quét đều dùng phương pháp quét không tiếp xúc. Máy quét laser Laser là từ viết tắt của cụm từ tiếng anh Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, nghĩa là khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức. Laser là loại ánh sáng có đặc tính đặc biệt, là loại sóng điện từ nằm trong dãy ánh sáng có thể nhìn thấy được. Bản chất của chùm tia laser là chùm ánh sáng đơn sắc có bước sóng xác định và góc phân kỳ rất nhỏ. Bước sóng phụ thuộc vào vật liệu phát ra tia laser. Không giống như máy CMM thường là hệ máy đặt cố định, ngay cả với máy CMM cầm tay, việc đo đò i hỏi nhiều công sức và không đơn giản; các máy quét laser lại có thể đo các vật từ gần tới xa 35 mét, có thể đạt độ chính xác khoảng 25 micron với khoảng cách 5 mét. Máy laser có thể thu thập dữ liệu về các toạ độ với tốc độ cao và vận hành đơn giản. Đối với các vât thể lớn như xe máy, ô tô … có thể dễ dàng, nhanh chóng đo với máy quét laser. Hình 1.2. Máy quét laser Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
12 Máy quét laser hoạt độ ng theo nguyên tắc bắn tia laser tới một mục tiêu có tính phản hồi trên vật đo. Tia sáng phản hồi từ mục tiêu sẽ quay trở lại và trở về điểm phát ra tại thiết bị đo. Tức là chùm tia laser từ máy chiếu vào vật thể sẽ phản xạ lại cảm biến thu. Hình dạng của toàn bộ vật thể sẽ được ghi lại bằng cách dịch chuyển hay quay vật thể trong chùm ánh sáng ngang qua vật. Độ chính xác và tốc độ đo của máy quét Laser là điểm khác biệt khi so sánh với các thiết bị đo toạ độ cầm tay khác. Bởi người sử dụng có thể nhanh chóng thực hiện các phép đo với ít nguyên công nhất, nên máy quét laser là một trong những thiết bị đo được sử dụng phổ biến . Các phần mềm quét sẽ phân tích các dữ liệu quét được và thể hiện kết quả dưới nhiều loại định dạng khác nhau. Độ nhạy của thiết bị luôn là nhân tố quan trọng thỏa mãn nhu cầu quét hình 3D bằng laze. Nếu quét bằng laser lên vật thể sống ví dụ như người thì cũng không ảnh hưởng gì đến sức khoẻ hay làm ô nhiễm môi trường. Máy quét dùng ánh sáng trắng Máy đo thông dụng của phương pháp này là máy COMET 250. Bằng phép đo tam giác (triangulation) dùng ánh sáng trắng, hệ thống máy chuyên ứng dụng cho các bộ phận nhỏ, đòi hỏi chính xác cao như các hình điêu khắc bằng tay. Bằng kỹ thuật chiếu dùng ánh sáng giao thoa, COMET tạo ra đám mây dữ liệu chính xác và dày đặc, từ đó tạo điều kiện để tạo ra mô hình 3D của vật thể. COMET số hóa bề mặt hình học theo từng vùng nhỏ. Các vùng dữ liệu tập trung cao được sắp xếp thẳng hàng với nhiều k ỹ thuật khác nhau, chính điều này đã làm cho nó trở thành một hệ thống linh hoạt. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
13 Hình 1.3. Measuring System COMET Chức năng của phần mềm bao gồm xử lý đám mây điểm với tốc độ cao, tạo ra các mẫu đa giác, tái tạo bề mặt, sắp xếp để thiết kế bằng máy tính và cho báo cáo về biểu mầu, nhập dữ liệu cho bất kì hệ thống CAD nào. Hình 1.4. Nguyên lý nhận điểm Việc quét dùng tia laser hay ánh sáng trắng đều dựa trên n guyên lý tam giác. Ở biểu đồ trên, nguồn sáng ở đáy chiếu một điểm nằm trong tầm quan sát của máy quay đặt ở đỉnh. Vì góc và khoảng cách giữa nguồn sáng và máy quay là không đổi và hướng của tia sáng là xác định nên kích thước của bề mặt ánh sáng chiếu đến là có thể tính được.Trong hình trên nếu cửa xe di chuyển gần hơn, máy quay sẽ nhìn thấy điểm được đánh dấu nằm ở thấp hơn và độ dày tính được sẽ lớn hơn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
14 Hệ thống số hóa 3 chiều COMET: Mỗi lần chiếu của COMET 250 có thế tích là 230*180*250 mm và độ chính xác là +/-0.06mm Mỗi lần chiếu đo được 420000 điểm trong 30 giây. Với những vật lớn hay vật có hình dạng phức tạp cần có nhiều lần chiếu để đảm bảo tất cả các bề mặt đều được đo. Không có hạn chế về số lần chiếu cũng như các vùng để đo với mỗi vật và cách sắp xếp 1 cách tổng thể các vùng được số hóa . COMET số hóa các bề mặt hình học theo từng vùng nhỏ , đây là một hệ thống linh hoạt bởi các vùng tập trung dữ liệu cao được sắp xếp theo nhiều k ỹ thuật khác nhau. Sau quá trình quét, các vùng được sắp xếp lại 1 cách tổng thể bởi phần mềm COMET để tạo nên 1 dải mây điểm 3 chiều không cố định; kích thước của dải mây này có thể lên đến hàng triệu điểm. Tọa độ của những điểm này được hệ thống tính toán và kết quả thu được là đám mây điểm dày đặc chứa nhiều đường hay mô hình đa giác. Định dạng cung cấp là AC, ASCII, TXT, DXF, VDA, IGES, OBJ và STL. Phần mềm cũng cho phép sắp xếp các đám mây điểm cho các mô hình CAD và các tính toán phục vụ cho báo cáo về biểu màu. Sự khác biệt giữa ánh sáng trắng và laser Xét về tính chất, 2 nguồn sáng này hoàn toàn khác nhau nhưng khi chúng liên quan đến kết quả đo thì sự khác biệt chỉ là rất nhỏ. Theo toán học, cả 2 đều ứng dụng thuật toán dùng phép đo tam giác, vốn đã có cùng đặc điểm về độ chính xác và độ phân giải – chúng đều là các kỹ thuật chiếu dùng ánh sáng. Việc người dùng chọn loại kỹ thuật chiếu nào phụ thuộc vào ứng dụng. Ánh sáng laser được hội tụ vào 1 tia hay một bản để bao phủ một khu vực nhất định mỗi lần và do đó chỉ có thể đo một số điểm nhất địn h nằm trong dải tia laser đó. Ánh sáng trắng trong hệ thống COMET, có khả năng bao phủ cả một vùng mỗi lần. Mỗi lần quét trong vùng này có thể thu được 420000 điểm dữ liệu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
15 Hơn nữa, bằng việc chiếu các kiểu bóng đã được mã hóa trong các vùng đó, rất nhiều điểm nữa có thể đo được so với các điểm thu được khi dù ng tia laser. Điều này cho thấy, hệ thống này quét nhanh hơn nhiều so với đo 3 chiều CMM. Hệ thống laser có thể đ ược tạo ra với chi phí thấp hơn. Tuy nhiên, hệ thống này lại chậm hơn nhiều so với hệ thống dùng ánh sáng trắng. Về độ chính xác: những hệ thống ứng dụng các nguồn sáng trên đã được xây dựng nhưng chưa thấy hệ thống nào nổi trội hơn về độ chính xác. Hệ thống laser dễ bị ảnh hưởng với dữ liệu âm thanh với các bề mặt phản xạ nhưng cũng có những kỹ thuật để khắc phục vấn đề này. Mỗi lần quét chỉ quét một vùng nhỏ khoảng 8 inch2. Nếu vật quét có kích thước lớn hơn 8’’ , sẽ có nhiều lần quét hơn. Lần quét sau cần “gối” lên lần quét trước đó để có được một vật hoàn chỉnh. Có nhiều kỹ thuật để quét những vật lớn và mỗi kỹ thuật sẽ cho ra những kết quả khác nhau. Một lần nữa, giải pháp quét tối ưu phụ thuộc vào yêu cầu ứng dụng. Hệ thống quét laser phù hợp với mô hình ô tô cần độ chính xác là 0.1mm và với cánh máy bay Boeing là 0.25 mm. COMET 250 rất thích hợp đối với những bộ phận có dung sai nhỏ như bộ phận trong xe máy và các dụng cụ tạo ra bằng việc phun vật liệu nóng vào khuôn đến những ứng dụng cần ít độ chính xác hơn như đồ chơi bằng nhựa. Sau khi quét hình bằng các phương pháp trên đều cho dữ liệu là đám mây điểm. Đám mây này phải được chuyển sang dạng lưới tam giác để xây dựng mô hình mặt. 1.2.2. Phương pháp cơ học Dùng máy đo dạng tiếp xúc như máy đo toạ độ 3 chiều CMM để đo các thông số hình học hoặc quét hình t heo phương pháp toạ độ. Khi quét bằng phương pháp này thì đầu dò của máy tiếp xúc với bề mặt cần đo, mỗi vị trí đo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
16 có toạ độ (x,y,z) và tập hợp các điểm đo sẽ cho một đám mây điểm hoặc dữ liệu là tập hợp các biên dạng. Trong giới hạn của đề tài, tác giả sử dụng phương pháp cơ học và dùng máy đo toạ độ 3 chiều CMM - C544 tại Trung tâm thí nghiệm trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp để nghiên cứu và ứng dụng. 1.2.3. Máy đo toạ độ 3 chiều CMM Máy đo toạ độ là tên gọi chung của các thiết bị vạn năng có thể thự c hiện việc đo các thông số hình học theo phương pháp toạ độ. Thông số cần đo được tính từ các toạ độ điểm đo so với gốc toạ độ của máy. Các loại máy này còn được gọi là máy quét hình vì chúng còn được dùng để quét hình dáng của vật thể. Có hai loại máy đo toạ độ thông dụng là máy đo bằng tay (đầu đo được dẫn động bằng tay) và máy đo CNC (đầu đo được điều khiển tự động bằng chương trình số). Các máy đo toạ độ CMM hoạt động theo nguyên lý dịch chuyển một đầu dò để xác định tọa độ các điểm trên một bề mặt của vật thể. Máy đo toạ độ thường đo các toạ độ theo phương chuyển vị X, Y, Z. Bàn đo được làm bằng đá granít, đầu đo được gắn trên giá, giá lắp trên thân trượt theo phương Z, khi đầu đo được điều chỉnh đến một điểm đo nào đó thì 3 đầu đọc sẽ cho ta biết 3 toạ độ X,Y,Z tương ứng với độ chính xác cao, có thể lên đến 0,1 micromét. Máy CMM thường thiết kế với 4 phần chính: - Thân máy - Đầu dò - Hệ thống điều khiển hoặc máy tính. - Phần mềm đo. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
17 Hình 1.5. Cấu tạo máy CMM Với hệ thống đầu đo cho máy CMM, người ta có thể sử dụng loại đầu dò tiếp xúc hay đo điểm rời rạc, hệ thống đầu đo laser, hoặc camera. Máy đo CMM đa cảm biến có thể được trang bị nhiều hơn một cảm biến, camera hoặc đầu dò. Hình 1.6. Các loại đầu dò dùng cho máy CMM Máy đo bằng tay có chuyển vị rất êm, nhẹ nhàng nhờ dùng dẫn trượt trên đệm khí nén. Để kết quả đo tin cậy, áp suất khi nén cần phải được bảo đảm như điều kiện kỹ thuật của máy đã ghi nhằm đảm bảo đệm khí đủ áp suất và làm việc ổn định. Các máy của hãng Mitutoyo thường có yêu cầu áp suất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
18 khi nén là 0,4 MPa với lưu lượng 40 lít/phút ở trạng thái bình thường. Máy phải được vận hành ở nhiệt độ thấp từ 16 độ C đến 26 độ C. Loại máy được dẫn động bằng tay vận hành đơn giản, nhẹ nhàng nhờ dùng dẫn trượt bi, tuy nhiên loại này có độ chính xác thấp hơn. Máy đo 3D có phạm vi sử dụng lớn. Nó có thể đo kích thước chi tiết, đo profile, đo góc, đo độ sâu... Nó cũng có khả năng đo các thông số phối hợp trên một chi tiết như độ song song, độ vuông góc, độ phẳng. ...Đặc biệt máy có thể cho phép đo các chi tiết có biên dạng phức tạp, các bề mặt không gian như: bề mặt khuôn mẫu, cánh turbine, mui xe ô tô... Để dễ dàng cho việc tính toán kết quả đo, kèm theo máy là phần mềm thiết kế cho từng loại thông số cần đo. Mỗi hãng chế tạo máy CMM đều viết riêng cho các máy của mình những phần mềm khác nhau. Mỗi phần mềm có thể có nhiều môđun riêng biệt ứng dụng cho từng loại thông số. Ví dụ máy CMM của hãng Mitutoyo có các môdun phần mền sau đây: - Geopak : có nhiều cấp độ khác nhau, dùng cho đo lường vật thể 3D, có thể xuất sang file dạng .gws để chuyển đổi dữ liệu đo thành dữ liệu chuỗi điểm cho thiết kế chi tiết bằng phần mềm Pro/Engineer hoặc các phần mềm khác. - Scanpak: dùng để số hoá biên dạng 3D của vậ t thể, chuyên dùng để quét biên dạng và bề mặt 3D dùng cho tái tạo ngược. - Statpak : chuyên dùng để sử lý số liệu đo. - Gearpak: chuyên dùng cho đo bánh răng, chuyển dữ liệu từ máy CMM sang máy kiểm tra bánh răng. - Tracepak: chương trình quét vật thể 3D cho máy CMM vận hành bằng tay. Máy CMM có nhiều chủng loại khác khác nhau về kích cỡ, thiết kế và công nghệ dò. Máy có thể chỉ có hệ điều khiển bằng tay hoặc có hệ điều khiển Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
19 CNC/PC. Các máy CMM thường được sử dụng để đo kích thước, đo kiểm mẫu, góc, hướng hoặc chiều sâu. Các tính năng chung của máy CMM là có hệ thống bảo vệ chống va đập, khả năng lập trình on-line, tái tạo ngược, phần mềm SPC và bù nhiệt độ. Các thông số cơ bản được quan tâm của máy là các hành trình đo theo trục X,Y,Z; độ phân giải và trọng lượng vật đo. Hình 1.7. Máy đo CMM thông dụng kiểu cầu Về kết cấu, máy CMM gồm nhiều loại : - Tay gấp - Kiểu cầu - Kiểu chìa đỡ - Kiểu giàn hay trục ngang Kiểu tay gấp thường là loại máy nhỏ cầm tay, cho phép đầu dò xoay theo nhiều hướng khác nhau. Máy kiểu cầu là loại có trục đo được lắp thẳng đứng với một dầm ngang đặt trên 2 trụ đỡ. Máy đo kiểu cầu (theo trục X) giúp mở rộng phạm vi đo. Với máy đo kiểu chìa đỡ, trục đo được đỡ bởi một kết cấu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn