Luận văn Thạc sĩ Kĩ thuật: Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị đo biên dạng theo nguyên tắc số hóa kiểu robot

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ------------------------------

LÝ THANH MINH

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM

THIẾT BỊ ĐO BIÊN DẠNG THEO NGUYÊN TẮC

SỐ HÓA KIỂU ROBOT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH

CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGƢỜI HD KHOA HỌC: PGS.TS.PHẠM THÀNH LONG

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Thái Nguyên, tháng 12-2015

ii ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN ------------------------------

Họ và tên: Lý Thanh Minh Học viên: Lớp cao học K15 CTM, Trƣờng Đại học Kỹ thuật công nghiệp

LÝ THANH MINH

Thái Nguyên.

Nơi công tác: Công ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất 13. Tên đề tài luận văn thạc sỹ: "Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị số hóa

biên dạng kiểu ROBOT".

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy.

Mã số: 60520103.

THIẾT BỊ ĐO BIÊN DẠNG THEO NGUYÊN TẮC Sau hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trƣờng, em lựa chọn thực SỐ HÓA KIỂU ROBOT hiện đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị số hóa biên dạng kiểu ROBOT”.

CHUYÊN NGÀNH Đƣợc sự giúp đỡ và hƣớng dẫn tận tình của Thầy giáo PGS.TS. Phạm

CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Thái Nguyên, ngày 04 tháng 12 năm 2015 HỌC VIÊN Thành Long và sự nỗ lực của bản thân, đề tài đã đƣợc hoàn thành. Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân em. Các số liệu, kết quả có trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KHOA CHUYÊN MÔN NGƢỜI HD KHOA HỌC

Lý Thanh Minh

TRƢỞNG KHOA

PHÒNG ĐÀO TẠO

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

Thái Nguyên, tháng 12-2015

iii

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học và làm đề tài thạc sỹ, em đã nhận đƣợc sự truyền đạt về

kiến thức, phƣơng pháp tƣ duy, phƣơng pháp luận của các giảng viên trong trƣờng.

Sự quan tâm rất lớn của Nhà trƣờng, khoa Cơ khí, các thầy cô giáo trƣờng Đại Học

Kỹ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên và các bạn cùng lớp.

Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, khoa Đào tạo Sau đại học, các

thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận tình hƣớng dẫn tạo điều kiện để em hoàn

thành luận văn này.

Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS. Phạm Thành Long

và tập thể cán bộ giảng viên Bộ môn Cơ điện tử, Hội đồng bảo vệ đề cƣơng thạc sỹ

khóa K15 CTM đã cho những chỉ dẫn quý báu để em hoàn thành luận văn này.

Em cũng xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp của các của bạn đồng

nghiệp của Phòng Cơ điện và sự giúp đỡ nhiệt tình của Phân xƣởng A2 Công ty

TNHH MTV Cơ khí hóa chất 13 đã phối hợp gia công thiết bị. Các đồng nghiệp

của Công ty Tự động hóa Tâm Phát đã phối hợp với em trong xây dựng phần mềm

của thiết bị.

Mặc dù đã cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc

chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong muốn sẽ nhận đƣợc

những chỉ dẫn từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn

thiện và có ý nghĩa hơn nữa trong thực tiễn.

Xin chân thành cảm ơn!

HỌC VIÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Lý Thanh Minh

iv

LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. i

LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... iii

MỤC LỤC .......................................................................................................................... iv

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................. vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ ........................................................................... viii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU........................................................................................ x

MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1

1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................................... 1

2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài ...................................................................................... 3

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ...................................................................... 4

a) Ý nghĩa khoa học ....................................................................................................... 4

b) Ý nghĩa thực tiễn ......................................................................................................... 4

4. Phƣơng pháp và phƣơng pháp luận............................................................................... 4

a) Phƣơng pháp nghiên cứu............................................................................................. 4

b) Phƣơng pháp luận ....................................................................................................... 5

5. Nội dung của đề tài ....................................................................................................... 5

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT THEO KỸ THUẬT NGƢỢC ................... 6

1.1 Thiết kế ngƣợc và sản xuất theo kỹ thuật ngƣợc .......................................................... 6

1.2 Một số kỹ thuật và thiết bị đo lƣờng hiện đại trong thiết kế ngƣợc ............................ 10

1.3 Một số nghiên cứu ở Việt Nam có liên quan đến đề tài ............................................. 13

1.4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài .................................................................................... 14

1.5 Kết luận chƣơng 1 ....................................................................................................... 14

CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ MÁY ........................................................................................ 16

2.1 Xác định đặc tính kỹ thuật của máy ............................................................................ 16

2.1.1 Khái quát các đặc điểm của họ chi tiết cần đo ..................................................... 16

2.1.2 Đặc tính kỹ thuật của máy đo ............................................................................... 17

2.2 Cơ sở thiết kế .............................................................................................................. 18

2.2.1 Sơ đồ chuyển đổi tọa độ điểm giữa các không gian ............................................ 18

2.2.2 Bài toán ngƣợc về độ phân giải của Encoder (số xung /1 vòng quay) ................ 20

2.2.3 Xác định sơ bộ sơ đồ động học máy đo ............................................................. 29

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

MỤC LỤC

v

2.2.4 Xác định sơ đồ liên kết cơ điện tử ...................................................................... 29

2.3 Phƣơng pháp tính tọa độ điểm đo của máy theo phƣơng pháp hình học .................... 31

2.3.1 Xác định tọa độ khởi điểm của đầu đo (khi set X, Y: 0,0) ................................ 31

2.3.2 Xác định tọa độ của đầu đo tại vị trí thứ i ......................................................... 33

2.3.3 Độ phân giải hai điểm đo liên tiếp .................................................................... 34

2.4 Lựa chọn kiểu đầu đo, chuẩn định chi tiết đo. ............................................................ 35

2.4.1 Lựa chọn kiểu đầu đo ........................................................................................... 36

2.4.2 Chuẩn định vị chi tiết đo ...................................................................................... 37

2.5 Kiểm định thông số của thiết bị bị đo theo phƣơng pháp hình học và mô hình tính

toán để làm cơ sở xây dựng phần mềm xác định tọa độ điểm đo. .................................... 37

2.5.1 Kết quả tính các thông số thiết bị khi set (0,0) ( trên Excel). .............................. 39

2.5.2 Kết quả tính độ phân giải của thiết bị tại vị trí B1 ............................................... 40

2.5.3 Kết quả tính độ phân giải của thiết bị tại vị trí B2 ............................................... 43

2.5.4 Kết quả tính độ phân giải của thiết bị tại vị trí B3 ............................................... 46

2.5.5 Kết quả tính độ phân giải của thiết bị tại vị trí B4 ............................................... 49

2.5.6 Lựa chọn dung sai các chiều dài khâu và dung sai đƣờng kính đầu đo khi nhập vào phần mềm của máy đo. ............................................................................................... 53

2.5.7 Ảnh hƣởng số xung của Encoder đến độ phân giải của tính bị ........................... 56

2.5.8 Cấu hình phần cứng của máy ............................................................................... 57

2.6 Phầm mềm của máy .................................................................................................... 57

2.6.1 Mục tiêu của phần mềm ....................................................................................... 57

2.6.2 Xác định sai số bằng phƣơng pháp nội suy sử dụng hàm định dạng ................... 57

2.6.3 Chế thử, nghiên cứu xác định mẫu mực thiết kế phần mềm. ............................... 62

2.6.4 Phân tích kết quả đo, các giải pháp hồi quy profin đo, giải pháp về sai số ......... 63

2.7 Lựa chọn các chi tiết khác của máy đo ....................................................................... 70

2.7.1 Ổ lăn: .................................................................................................................... 70

2.7.2 Thông số của các linh kiện điện tử....................................................................... 76

2.8 Bản vẽ chế tạo sản phẩm ............................................................................................. 78

2.9 Hƣớng dẫn sử dụng ..................................................................................................... 78

CHƢƠNG 3: ĐO VÀ ĐÁNH GIÁ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM ...................................... 80

3.1 Nội dung đánh giá, thiết bị đánh giá. .......................................................................... 80

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

vi

3.1.1 Đánh giá “độ chính xác lặp lại phép đo” của máy. .............................................. 80

3.1.2 Đánh giá “sai số tƣơng đối theo đƣờng kính” so với phƣơng pháp đo hiện đang áp dụng tại cơ sở (Công ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất 13) .......................................... 80

3.1.3 Thiết bị đánh giá ................................................................................................... 81

3.2 Kết quả đánh giá “độ chính xác lặp lại phép đo” bằng phƣơng pháp Quy hoạch thực

nghiệm ............................................................................................................................... 83

3.2.1 Xác định số lần đo ................................................................................................ 83

3.2.2 Kết quả đo ............................................................................................................ 83

3.3 Kết quả đánh giá “sai số tƣơng đối theo đƣờng kính” ................................................ 87

CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN ................................................................................................. 88

4.1 Kết luận........................................................................................................................ 88

4.2 Kiến nghị ..................................................................................................................... 88

CÁC TÀI LIỆU ĐÍNH KÈM

- Hƣớng dẫn sử dụng.

- Code Printed PLC.

- Code Printed PC.

- Bản vẽ chế tạo sản phẩm.

- Kết qủa đo của phòng LAB.

- Bài báo đăng trên Tạp chí Khoa học Việt Nam " Thiết kế, chế tạo và ứng dụng

máy đo PCMM kiểu ROBOT".

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

vii

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT

TT KÍ HIỆU DIỄN GIẢI NỘI DUNG ĐẦY ĐỦ ĐƠN VỊ

PCMM Portable Coodianate Measure Machine 1

CMM Coodianate Measure Machine 2

PLC Programable Logic Control 3

NC Numerical Control 4

CNC Computer Numerical Control 5

RE Reverse Engineering 6

CAD Computer Aided Design 7

CAM Computer Aided Manufacturing 8

CIM Computer Integrated Manufacturing 9

FE Forward Engineering 10

DH Denavit Haternbeg 11

3D 3 Direction 12

x(t) Quỹ đạo đầu đo trong không gian công tác 13

q(t) Quỹ đạo đầu đo trong không gian khớp 14

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Biến khớp thứ (i) 15 qi

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

Hình 1: Sơ đồ hóa mô hình thiết kế từ mẫu đến triển khai các bƣớc công nghệ ...... 1 Hình 2: Sơ đồ hóa mô hình các bƣớc thiết kế thử nghiệm chầy dập (vuốt) cho một chặng công nghệ cụ thể ............................................................................................. 2 Hình 1.1: Minh họa quy trình sản xuất ngƣợc .......................................................... 9 Hình 1.2: Rapidform - phần mềm hàng đầu trong thiết kế ngƣợc ............................ 9 Hình 1.3: Quét 3D với các điểm đánh dấu trên bề mặt ........................................... 10 Hình 1.4: Quét laser không tiếp xúc ........................................................................ 10 Hình 1.5: Robot PCMM và hệ thống công nghệ..................................................... 11 Hình 1.6: Máy CMM để bàn kiểu shop floor .......................................................... 11 Hình 1.7: Máy CMM cấu trúc dạng khung ............................................................. 11 Hình 1.8: Máy CMM cấu trúc đứng ........................................................................ 12 Hình 1.9: Một số kiểu đầu đo khác nhau của máy CMM ....................................... 12

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

2.1:Mặt hypeboloid tròn xoay ........................................................................ 16 2.2: Sơ đồ hệ thống công nghệ và sơ đồ chuyển đổi tọa độ ........................... 18 2.3: Sơ đồ động học xác định độ phân giải của Encoder ............................... 20 2.4: Chuyển động với bƣớc bé nhất của đầu đo giữa hai điểm trong không gian .......................................................................................................................... 22 2.5: Vùng làm việc của máy ........................................................................... 24 2.6: Sơ đồ chia lƣới khảo sát lựa chọn Encoder ............................................. 24 2.7: Bƣớc dịch chuyển nhỏ nhất mà đầu đo phát hiện xung quanh điểm khảo sát ............................................................................................................................. 25 nh 2.8: Sơ đồ động học máy đo ........................................................................... 29 2.9: Sơ đồ mô tả thực hiện quá trình đo. ........................................................ 30 2.10: Sơ đồ liên kết Cơ - Điện tử của máy đo ................................................ 31 2.11: Sơ đồ tính tọa độ đo khởi điểm (điểm set 0,0) ...................................... 32 2.12: Sơ đồ tính tọa độ của điểm đo ............................................................... 33 2.13: Sơ đồ tính độ phân giải giữa hai điểm đo liên tiếp .............................. 35 2.14: Mô hình động học khi sử dụng đầu đo hình cầu ................................... 36 2.15: Các dạng sai số do gá chi tiết xẩy ra trong trƣờnghợp sử dụng đầu đo cầu ........................................................................................................................... 36 2.16: Mô hình động học khi sử dụng đàu đo hình trụ .................................... 37 2.17: Không xuất hiện các dạng sai số do gá chi tiết xẩy ra trong trƣờng ..... 37 2.18: Không gian làm việc của máy đo .......................................................... 38 2.19: Sơ đồ tính các thông số ban đầu của ..................................................... 39 2.20: Sơ đồ tính độ phân giải tại điểm B1 ...................................................... 40

ix

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

2.21: Sơ đồ tính độ phân giải tại điểm B2 ...................................................... 43 2.22: Sơ đồ tính độ phân giải tại điểm B3 ...................................................... 46 2.23: Sơ đồ tính độ phân giải tại điểm B4 ...................................................... 49 2.24: Các dạng sai số chế tạo khâu robot ....................................................... 58 2.25: a. Sơ đồ chia lƣới không gian công tác trên mặt chiếu đứng và chiếu bằng ......................................................................................................................... 61 2.26: Sơ đồ mô phỏng điểm đo ...................................................................... 62 2.27: Sơ đồ mô phỏng biên dạng đo đã đƣợc hồi quy (làm mịn) .................. 63 2.28: Sự khác nhau của phân tố nội suy khi mật độ điểm mẫu khác nhau .... 64 2.29: Biên dạng phóng đại nhận đƣợc qua phép đo tiếp xúc ......................... 65 2.30: Kết quả đo ban đầu chƣa qua xử lý ....................................................... 66 2.31: Kết quả đo xử lý 3 vòng lặp (đen – đỏ - xanh) ..................................... 66 2.32: Biên dạng đã xử lý hoàn thiện với 1000 vòng lặp (đƣờng pline màu đỏ) ................................................................................................................................. 67 2.33: Sơ đồ lấy trung bình tọa độ đo .............................................................. 67 2.34: Sơ đồ giải thuật lấy tọa độ điểm trung bình khi mịn hóa ...................... 68 2.35: Cài bổ sung các file công cụ vào excel ................................................. 69 2.36: Giao diện add in ứng dụng didg.xla vào excel ..................................... 70 2.37: Giao diện của file LamMinBienDang ................................................... 70 2.38: Cách sử dụng kết quả tính toán dung sai .............................................. 71 2.39: 6 điểm xê dịch cho phép của khâu cuối trong phạm vi mặt cầu giới hạn sai số ........................................................................................................................ 72 2.40: Khe hở hƣớng kính:δ ; khe hở dọc trục: δ1+δ2 .................................... 74 2.41: Encoder E40S6 -5000 - 3 - T -24 .......................................................... 77 2.42: PLC CP1L của Omron .......................................................................... 77 2.43: Cổng chuyển đổi USB sang RS232 ...................................................... 78 3.1: Máy phóng hình 50 lần JT3-D ................................................................ 82 3.2: Máy hiển vi vạn năng JX13B .................................................................. 83 3.3: Sơ đồ đo chi tiết dạng 1 ........................................................................... 84 3.4: Sơ đồ đo chi tiết dạng 2 ........................................................................... 85 3.5: Sơ đồ đo chi tiết dạng 3 ........................................................................... 86

x

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

2.1: Kết quả tính toán cảm biến bằng phƣơng pháp số trong miền làm việc 25 2.2: lọc các cực theo yêu cầu ......................................................................... 29 2.3:Các thông số của thiết bị.......................................................................... 38 2.4: Bảng tính các thông số ban đầu của thiết bị khi set 0,0 ......................... 39 2.5: Các thông số của thiết bị tại vị trí đo B1.1 ............................................. 41 2.6: Bảng tính các thông số của đầu đo khi đo B1.1 + thêm 1 xung của E1 . 42 2.7: Các thông số của thiết bị tại vị trí đo B2.2 ............................................. 44 2.8: Bảng tính các thông số của đầu đo khi đo B2.2 + thêm 1 xung của E1 . 45 2.9: Các thông số của thiết bị tại vị trí đo B3.3 ............................................. 47 2.10: Bảng tính các thông số của đầu đo khi đo B3.3 + thêm 1 xung của E148 2.11: Các thông số của thiết bị tại vị trí đo B4.4 ........................................... 50 2.12: Bảng tính các thông số của đầu đo khi đo B4.4 + thêm 1 xung của E152 2.13: Các thông số chính của thiết bị ............................................................. 53 2.14:Các thông số của thiết bị với giá trị Max .............................................. 54 2.15: Các thông số của thiết bị tại vị trí đo B3.3 Max ................................... 54 2.16 Các thông số của thiết bị với giá trị min ................................................ 55 2.17: Các thông số của thiết bị tại vị trí đo B3.3 Min ................................... 55 2.18: Khoảng cách max từ điểm đo B3.3 đến gốc 0,0 ................................... 56 2.19: Khoảng cách min từ điểm đo B3.3 đến gốc 0,0 ................................... 56 2.20: Bộ thông số kỹ thuật của máy .............................................................. 57 2.21: Trích một đoạn biên dạng đo đƣợc dƣới dạng text .............................. 63 2.22: Bảng DH của tay đo PCMM hai khâu .................................................. 71 2.23: Kết quả khảo sát dung sai chiều dài khâu tại các điểm khác nhau theo GRG [3] ................................................................................................................... 72 2.24: Ký hiệu phụ về khe hở của vòng bi ...................................................... 75 2.25: Radial internal clearances in deep groove ball bearings ...................... 76 3.1: Bảng kết quả đo chi tiết dạng 1 .............................................................. 84 3.2: Bảng kết quả đo chi tiết dạng 2 .............................................................. 85 3.3: Bảng kết quả đo chi tiết dạng 3 .............................................................. 86

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Thiết kế ngƣợc đƣợc áp dụng khá nhiều trong thiết kế sản phẩm, dụng cụ cho các nguyên công dập vuốt có biến mỏng thành từ phôi tấm tại Công ty TNHH MTV Cơ khí hoá chất 13. Tuy nhiên đến nay quá trình này hiện tại vẫn sử dụng phƣơng pháp truyền thống, do vậy quá trình thực hiện gồm: "Tái tạo hình dạng chi tiết, thiết kế các bước công nghệ, thiết kế dụng cụ dập vuốt, dưỡng kiểm...đến tổ chức triển khai chế thử" khá tốn kém và kéo dài bởi các lý do sau:

- Thiết kế ngƣợc để tái tạo hình dạng chi tiết: Theo phƣơng pháp đo vẽ thủ công

nên khó chính xác, phụ thuộc tay nghề do vậy phải thử nghiệm nhiều lần.

- Để đạt sản phẩm cuối cùng cần qua nhiều nguyên công, dụng cụ của mỗi nguyên công có biên dạng khác nhau. Để đạt đƣợc biên dạng tối ƣu cũng nhƣ chất lƣợng sản phẩm của mỗi bƣớc công nghệ phải qua nhiều lần thử nghiệm, biên dạng dụng cụ cuối cùng là kết quả đƣợc tái tạo từ biên dạng thực tế.

Hình 1: Sơ đồ hóa mô hình thiết kế từ mẫu đến triển khai các bước công nghệ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

- Mỗi lần thử nghiệm phải triển khai rất nhiều công việc đo kiểm và thiết kế lại dụng cụ, thiết kế dƣỡng kiểm dụng cụ, thiết kế dƣỡng đối kiểm dƣỡng kiểm, tiến hành chế tạo....

2

Hình 2: Sơ đồ hóa mô hình các bước thiết kế thử nghiệm chầy dập (vuốt) cho một chặng công nghệ cụ thể

Việc đo vẽ thủ công thuộc phạm vi thiết kế truyền thống nên những nỗ lực về thiết kế không đƣợc kế thừa, phát triển tiếp ở bƣớc gia công khi thực hiện trên các máy CNC, việc thể hiện dữ liệu dƣới dạng số còn liên quan đến các hỗ trợ hoạch định quá trình công nghệ tự động trên máy tính (CAPP-computer Aided process planing) giảm đƣợc nhiều công sức so với làm công nghệ bằng tay truyền thống.

Trên thế giới phƣơng pháp thiết kế ngƣợc thông qua số hóa bề mặt mẫu bằng thiết bị đo tọa độ CMM đƣợc áp dụng phổ biến. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là cho phép thiết kế nhanh, chính xác kể cả các chi tiết bề mặt có biên dạng phức tạp (không xác định đƣợc quy luật tạo hình). Phƣơng pháp thiết kế ngƣợc cũng có ƣu điểm đối với thiết kế các chi tiết mà bề mặt có quy luật tạo hình nhƣng không xác định đƣợc thông số thiết kế, chẳng hạn các chi tiết có bề mặt xoắn nhƣ cánh tuabin, bề mặt thủy động học, khí động học...

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Trong thời gian gần đây trong nƣớc đã có các loại thiết bị tự động đo quét tọa độ 3D, kỹ thuật thiết kế ngƣợc cũng đã đƣợc nghiên cứu áp dụng tại một số nơi nhƣ: doanh nghiệp, viện nghiên cứu, trƣờng học…, tuy nhiên việc ứng dụng có

3

hiệu quả giải pháp kỹ thuật mới này vẫn còn nhiều vấn đề cần phải xem xét, đặc biệt là hiệu quả kinh tế do chi phí đầu tƣ .

Đối với Công ty TNHH MTV Cơ khí hoá chất 13 hiện tại chƣa đủ điều kiện đầu tƣ trang bị thiết bị nêu trên. Trên cơ sở các kỹ thuật về robot có thể số hóa các biên dạng phức tạp bằng cách giám sát tín hiệu của các cảm biến gắn tại từng trục khớp khi cho một đầu dò di chuyển trên biên dạng chi tiết cần đo, dữ liệu tái tạo đƣợc thể hiện theo định dạng *.dwg để tiện cho việc liên kết với máy công cụ điều khiển số khi gia công, nó cho phép thay thế cho phƣơng pháp thiết kế truyền thống nhƣ hiện nay, góp phần nâng cao độ chính xác thiết kế và rút ngắn quá trình gia công thử nghiệm dụng cụ và sản phẩm.

Từ các phân tích nêu trên vấn đƣợc đề đặt ra là chế tạo một thiết bị có cấu hình đơn giản, có khả năng tự chế tạo đáp ứng đƣợc công việc "thiết kế ngƣợc" từ các sản phẩm sẵn có hoặc thay thế việc chế tạo các dụng cụ kiểm, dƣỡng kiểm trong quá trình chế thử để xác định mẫu mực sản phẩm, thay vì các phƣơng pháp truyền thống trƣớc đây mà không làm giảm độ tin cậy của quá trình thiết kế gia công tại Công ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất 13. Đề tài đƣợc chọn vì lý do này.

2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Trên cơ sở lý do chọn đề tài em muốn phát triển một hệ thống các lý luận liên quan đến việc thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh một Thiết bị đo biên dạng theo nguyên tắc số hóa kiểu Robot (máy đo CMM kiểu ROBOT ) để ứng dụng số hóa biên dạng chi tiết trong phạm vi ứng dụng đƣợc tại Công ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất 13. Với ý đồ đó đề tài đƣợc tập trung khai triển trên các khía cạnh sau:

- Khái quát các đặc tính của nhóm sản phẩm cần đo nhằm xác định các đặc tính nhƣ: đặc tính kích thƣớc, đặc tính độ chính xác để từ đó rút ra các yêu cầu cơ bản với máy đo;

- Tổng hợp, so sánh, lựa chọn cấu hình phần cơ khí của máy đo phù hợp nhất với nhiệm vụ đặt ra, đồng thời thỏa mãn điều kiện gia công chế tạo thiết bị tại Công ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất 13 cũng nhƣ các thiết bị điện, điện tử có sẵn trên thị trƣờng Việt Nam với chi phí hợp lý;

- Thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh phần cơ khí của tay đo, trang bị điện, điện tử

và điều khiển máy để lấy số liệu thực nghiệm trên nhóm sản phẩm đã chọn;

http://www.lrc.tnu.edu.vn

- Thiết kế giao diện của hệ thống điều khiển trên PC sao cho thân thiện với ngƣời sử dụng, linh hoạt trong thay đổi các thông số của phần cứng (ví dụ: số xung Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

4

của Encoder, chiều dài cánh tay robot, đƣờng kính que đo...) mà không cần cải tiến nâng cấp phần mềm.

- Xử lý số liệu thô nhận đƣợc từ máy đo thành các định dạng yêu cầu với độ

chính xác cao;

- Ứng dụng máy vào sản xuất.

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

a) Ý nghĩa khoa học

Việc đi tắt đón đầu trong quá trình phát triển đƣợc nhiều nƣớc có nền công nghiệp đang phát triển rất quan tâm, nhất là ở các lĩnh vực thiết kế không sở trƣờng nhƣng có nhu cầu thƣờng xuyên. Sản phẩm hoàn thiện cuối cùng có thể trải qua quá trình nghiên cứu lâu dài gồm động học, động lực học, thẩm mỹ và các kiến thức chuyên môn phức tạp, tuy nhiên khi đặt vấn đề sao chép mẫu thiết kế có sẵn ngƣời thực hiện chỉ cần tái tạo chính xác sản phẩm có sẵn mà không cần thực hiện theo trình tự kỹ thuật của nó, việc này rút ngắn đƣợc nhiều thời gian, tiết kiệm đƣợc nhiều tiền bạc và công sức thực hiện.

Thiết kế lại hoặc số hóa một sản phẩm đã có với độ chính xác cao về hình dáng và kích thƣớc mà không cần quan tâm nghiên cứu các ràng buộc tạo hình theo quy trình thiết kế thông thƣờng vì lý do nào đó chính là ý nghĩa khoa học của đề tài này.

Đề tài triển khai một nghiên cứu giải bài toán ngƣợc về độ chính xác để xác định đặc tính của các cảm biến thay thế cho phƣơng pháp sử dụng phép dịch chuyển vi phân truyền thống. Qua đó khảo sát ảnh hƣởng của tầm với đến độ chính xác đo của các điểm khác nhau trong vùng làm việc của tay đo.

Đề tài cũng phát triển một phƣơng pháp làm mịn hóa một đƣờng cong trơn

(smoothness) nhận đƣợc từ số liệu đo thô.

b) Ý nghĩa thực tiễn

Giải quyết đƣợc bài toán đặt ra nêu trong Mục 1 lý do chọn đề tài. Cho phép thay thế cho phƣơng pháp thiết kế truyền thống nhƣ hiện nay, góp phần nâng cao độ chính xác thiết kế và rút ngắn quá trình gia công thử nghiệm dụng cụ và sản phẩm tại Công ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất 13.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

4. Phƣơng pháp và phƣơng pháp luận a) Phƣơng pháp nghiên cứu

5

Áp dụng phƣơng pháp Nghiên cứu triển khai, trên cơ sở vận dụng lý thuyết động học của Robot. Lý thuyết về động học robot đã chỉ ra rằng trong một chuỗi động học biết trƣớc các đặc trƣng kết cấu, vị trí và hƣớng của một khâu bất kỳ so với một chuẩn quy chiếu biết trƣớc hoàn toàn xác định nếu biết chuyển vị của các khớp động. Ứng dụng nguyên lý này vào thiết kế máy đo cho một nhóm sản phẩm cụ thể đáp ứng các yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật đặt ra là một đề tài mang tính khả thi cao.

b) Phƣơng pháp luận

Phƣơng pháp luận là hệ thống các phƣơng pháp đƣợc ứng dụng để giải quyết

vấn đề đặt ra. Luận văn sử dụng các phƣơng pháp luận về:

- Thiết kế hệ thống đo lƣờng cơ điện tử gián tiếp nhiều thành phần bằng

phƣơng pháp số;

- Kỹ thuật robot trong việc nghiên cứu động học của tay đo; - Liên kết động học trên cơ sở điều khiển thời gian; - Các phƣơng pháp nội suy và xấp xỉ (cho khâu xử lý dữ liệu đo).

Lý do lựa chọn các phƣơng pháp trên đó là thiết bị không tiêu chuẩn, đối tƣợng sử dụng thiết bị xuất phát từ thực tiễn nhu cầu công việc, do vậy từ thiết lập trƣờng không gian làm việc đến thiết kế thiết bị, giao diện phần mềm trên PC đều do sự vận dụng triển khai sáng tạo các kiến thức lý thuyết về ROBOT công nghiệp cũng nhƣ phƣơng pháp tƣ duy đã đƣợc trang bị tại trƣờng học và thực tế sản xuất để ứng dụng khi triển khai đề tài nghiên cứu.

5. Nội dung của đề tài

Ngoài lời cam đoan, lời cảm ơn, phụ lục và mở đầu nội dung đề tài gồm các

chƣơng sau:

Chƣơng 1: Tổng quan về sản xuất theo kỹ thuật ngƣợc

Chƣơng 2: Thiết kế máy

Chƣơng 3: Đo và đánh giá số liệu thực nghiệm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Kết luận và kiến nghị.

6

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT THEO KỸ THUẬT NGƢỢC

1.1 Thiết kế ngƣợc và sản xuất theo kỹ thuật ngƣợc

Thiết kế ngƣợc là quy trình xây dựng lại bản thiết kế (bản vẽ hoặc file số liệu)

của mẫu vật có trƣớc.

Ƣu điểm của phƣơng pháp thiết kế ngƣợc là cho phép thiết kế nhanh và chính xác mẫu thiết kế có độ phức tạp hình học cao, hoặc mẫu dạng bề mặt tự do (không xác định đƣợc quy luật tạo hình).

Phƣơng pháp thiết kế ngƣợc cũng có ƣu điểm đối với mẫu thiết kế dạng bề mặt có quy luật tạo hình nhƣng không xác định đƣợc thông số thiết kế. Chẳng hạn các mẫu bề mặt xoắn nhƣ cánh tuabin, bề mặt thủy động học, khí động học. Trong thời gian gần đây trong nƣớc đã có các loại thiết bị tự động đo quét tọa độ 3D, kỹ thuật thiết kế ngƣợc cũng đã đƣợc nghiên cứu áp dụng tại một số nơi nhƣ: Doanh nghiệp, viện nghiên cứu, trƣờng học.... Tuy nhiên việc ứng dụng có hiệu quả giải pháp kỹ thuật mới này vẫn còn nhiều vấn đề cần phải hoàn thiện thêm.

Kỹ thuật thiết kế ngƣợc - Reverse Engineering (RE) là thuật ngữ đƣợc sử dụng phổ biến trong thời gian gần đây. Tuy nhiên việc sử dụng RE trong phát triển sản phẩm đã đƣợc bắt đầu từ vài thập kỷ trƣớc. RE đƣợc khái niệm là quá trình nhân bản một vật thể, một bộ phận hoặc một sản phẩm hoàn chỉnh có sẵn mà không có sự trợ giúp của bản vẽ, tài liệu hay mô hình máy tính.

Về bản chất thiết kế ngƣợc là quá trình sao chép một sản phẩm đã đƣợc sản xuất (nhờ khả năng sao chép hình ảnh của một vật thể thành dữ liệu CAD 3D), thiết kế ngƣợc liên quan đến việc quét hình (scanning), số hóa (digitizing) vật thể thành dạng điểm, đƣờng và bề mặt 3D.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Các nhà thiết kế và chế tạo thƣờng đánh giá sản phẩm của mình và đối thủ cạnh tranh trƣớc khi đƣa ra một ý tƣởng mới. Ngày nay quá trình đó đƣợc hệ thống hóa thành một kỹ thuật riêng gọi là kỹ thuật thiết kế ngƣợc. Đó là sự đánh giá có hệ thống một sản phẩm nhằm mục đích tái tạo lại hoàn chỉnh hoặc có bổ sung thêm những cải tiến phát triển. Nhƣ vậy có thể thấy kỹ thuật thiết kế ngƣợc là quá trình tạo mô hình thiết kế từ sản phẩm có sẵn, nhằm thực hiện các phép phân tích kỹ thuật hoặc tái tạo lại sản phẩm dƣới dạng nguyên gốc hay biến thể. Quá trình này trái ngƣợc với quá trình truyền thống bấy lâu nay kiểu “thiết kế thuận” (Forward

7

Engineering) đi từ ý tƣởng đến sản phẩm (thiết kế ngƣợc thì đi từ việc phân tích một bộ phận trong quá trình thuận, ngƣợc này đƣợc tổng hợp theo trình tự nhƣ sau:

- Thiết kế thuận: nhu cầu ý tƣởng thiết kế tạo mẫu thử và kiểm tra sản

phẩm.

- Thiết kế ngƣợc: sản phẩm đo và kiểm tra tái thiết kế tạo mẫu thử và

kiểm tra sản phẩm.

Kỹ thuật thiết kế ngƣợc theo hƣớng tự động hóa thƣờng đƣợc chia làm 3 giai đoạn là: lấy mẫu (số hóa bề mặt) bằng thiết bị đo quét tọa độ; xử lý dữ liệu và xây dựng mô hình thiết kế trên phần mềm CAD; ứng dụng.

Giai đoạn lấy mẫu là giai đoạn số hóa bề mặt mẫu bằng các loại thiết bị đo quét tọa độ. Các loại thiết bị đo quét tọa độ đƣợc lựa chọn tùy theo hình dạng của chi tiết, yêu cầu độ chính xác, vật liệu chi tiết, kích thƣớc chi tiết... Hai loại thiết bị đo quét tọa độ phổ biến nhất hiện nay là thiết bị đo không tiếp xúc và thiết bị đo tiếp xúc. Điển hình của 2 loại máy này là máy quét laser và máy đo tọa độ (Coordinate Measuring Machine - CMM). Trong giai đoạn này thiết bị đo tọa độ sẽ thu nhận dữ liệu hình học của đối tƣợng ở dạng tọa độ của các điểm (x,y, z), sau đó sẽ tập hợp các điểm trên bề mặt đối tƣợng đƣợc mô tả nhƣ “đám mây điểm”.

Theo Metalex Magazine máy đo 3D hay còn gọi là máy đo toạ độ (Coordinate Measuring Machine, viết tắt là 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. CMM thƣờng thiết kế với 4 phần chính: Thân máy, đầu đo, hệ thống điều khiển (máy tính) và phần mềm đo.

Máy CMM có nhiều chủng loại khác khác nhau về kích cỡ, thiết kế và công nghệ đo. Máy có thể chỉ có hệ điều khiển cơ (manual), hoặc có hệ điều khiển số CNC/PC.

Các máy CMM thƣờng đƣợc sử dụng để đo lƣờng về kích thƣớc, đo kiểm mẫu,

lƣợc đồ góc, hƣớng hoặc chiều sâu, đo chép mẫu hoặc tạo hình.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Các thông số cơ bản đƣợc quan tâm của máy là các hành trình đo theo trục x, y, z; độ phân giải và trọng lƣợng vật đo của máy. Các tính năng chung của máy CMM là có hệ thống bảo vệ chống va đập, khả năng lập trình offline, thiết kế ngƣợc, phần mềm SPC và bù nhiệt độ.

8

Về kết cấu, máy CMM gồm nhiều loại: tay gấp (artigulated arm), kiểu cầu (bridge), kiểu chìa đỡ (cantilever), kiểu giàn (gantry) hay trục ngang (horizonal arm).

- Kiểu tay gấp thƣờng là loại máy nhỏ cầm tay, cho phép đầu dò xoay đặt theo

nhiều hƣớng khác nhau.

- Máy kiểu cầu là loại có trục đo đƣợc lắp thẳng đứng với một dầm ngang đặt

trên 2 ụ đỡ. Máy đo kiểu cầu (theo trục X) giúp mở rộng phạm vi của vật thể đo.

- Với máy đo kiểu chìa đỡ, trục đo đƣợc đỡ bởi một kết cấu đỡ.

- Máy kiểu giàn có kết cấu khung treo trên các ụ đỡ để có thể mở rộng phạm vi trên các vật đƣợc đo. Các máy đo kiểu giàn có cấu trúc tƣơng tự nhƣ thiết kế kiểu cầu.

- Đối với máy đo kiểu trục ngang, trục lắp đầu dò đƣợc đặt ngang chìa ra, một

đầu gắn trên giá đỡ thẳng đứng có thể dịch chuyển đƣợc.

Về hệ thống đầu do cho máy CMM, ngƣời 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 đƣợc trang bị một lúc nhiều hơn một cảm biến, camera hoặc đầu dò.

Tiếp theo là giai đoạn xử lý dữ liệu và xây dựng mô hình, giai đoạn này sử dụng 2 phần mềm là phần mềm tạo lƣới (có khả năng tự động phủ lƣới qua tất cả các điểm dữ liệu) và phần mềm mô hình hóa 3D (có khả năng mô hình hóa các đƣờng cong, mặt cong NURBS, xây dựng mô hình thiết kế CAD từ mô hình lƣới điểm thông qua sự tƣơng tác của ngƣời sử dụng với giao diện của phần mềm).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Sau cùng là giai đoạn ứng dụng, mô hình thiết kế có thể đƣợc tinh chỉnh, tối ƣu bằng các phƣơng pháp phân tích CAE, hay chuyển sang công đoạn thiết kế khuôn cho sản phẩm và cuối cùng là xuất dữ liệu thiết kế dƣới dạng bản vẽ kỹ thuật. Có thể sử dụng trực tiếp dữ liệu thiết kế cho công đoạn sản xuất bằng cách chuyển mô hình CAD sang phần mềm CAM để lập trình gia công CNC, hay chuyển sang dữ liệu STL cho quá trình tạo mẫu nhanh. Ngoài việc phục vụ thiết kế chế tạo, quy trình thiết kế ngƣợc còn đƣợc sử dụng để kiểm tra, đánh giá độ chính xác giữa sản phẩm gia công so với nguyên mẫu.

9

Hình 1.3:Minh họa quy trình sản xuất ngược

Ngoài việc phục vụ thiết kế chế tạo, quy trình thiết kế ngƣợc còn đƣợc sử dụng

Hình 1.4: Rapidform - phần mềm hàng đầu trong thiết kế ngược

để kiểm tra, đánh giá độ chính xác giữa sản phẩm gia công so với nguyên mẫu.

Các lĩnh vực ứng dụng chính của thiết kế ngƣợc bao gồm:

- Thiết kế chế tạo khuôn mẫu khuôn nhựa, khuôn đúc... - Gia công CNC (dữ liệu mô hình CAD đầu vào) - Thiết kế, sản xuất hàng tiêu dùng (điện thoại, đồ gia dụng) - Công nghiệp ô tô, hàng không, y tế và giáo dục... - Sao chép, phục hồi, sản xuất phụ tùng đơn chiếc không còn sản xuất hoặc thiết

kế.

- Nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Chính nhờ ƣu điểm của phƣơng pháp thiết kế ngƣợc là cho phép thiết kế nhanh và chính xác mẫu thiết kế có độ phức tạp hình học cao, hoặc mẫu dạng bề mặt tự do không

10

xác định đƣợc quy luật tạo hình. Vì vậy, nó đƣợc ứng dụng cao trong nghiên cứu và phát triển sản phẩm (R&D) đặc biệt trong các lĩnh vực có vòng đời sản phẩm ngắn nhƣ hàng tiêu dùng, ô tô, xe máy, bao bì nhựa. Phù hợp với các doanh nghiệp nhỏ sử dụng lợi thế của công nghệ để bắt kịp các doanh nghiệp lớn khác.

1.2 Một số kỹ thuật và thiết bị đo lƣờng hiện đại trong thiết kế ngƣợc

Với mục đích tạo ra tọa độ điểm trên bề mặt vật thể có sẵn, có nhiều phƣơng pháp khác nhau nhƣng về cở bản có thể chia vào hai nhóm, các kỹ thuật đòi hỏi tiếp xúc với vật thể hoặc không đòi hỏi tiếp xúc với vật thể.

Trong kỹ thuật quét không tiếp xúc ngƣời ta có thể cần dán một lớp phản xạ tia

Hình 1.5: Quét 3D với các điểm đánh dấu trên bề mặt

Hình 1.6: Quét laser không tiếp xúc

đo hay không tùy theo tính chất của vật liệu cấu thành nên vật thể đo nhƣ thế nào.

Quét laser với tốc độ lấy mẫu hàng triệu điểm/giây không tiếp xúc và không cần

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

đánh dấu, độ chính xác có thể tới 1.9µm tƣơng đƣơng với đo tiếp xúc.

11

Hình 1.7: Robot PCMM và hệ thống công nghệ

Hình 1.8: Máy CMM để bàn kiểu shop floor

Hình 1.9: Máy CMM cấu trúc dạng khung

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Trong dòng máy CMM đƣợc ứng dụng phổ biến cho mục đích số hóa bề mặt lại chia ra nhiều kích thƣớc phục vụ cho các kích cỡ sản phẩm khác nhau. Nhỏ nhất là loại xách tay hay còn gọi là PCMM (Portable Coodianate Measure Machine) thƣờng không trang bị động cơ, nó có cấu hình nhƣ một tay robot, việc đo lƣờng đƣợc thực hiên theo nguyên tắc tiếp xúc giữa đầu đo và vật thể.

12

Hình 1.10: Máy CMM cấu trúc đứng

Hình 1.11: Một số kiểu đầu đo khác nhau của máy CMM

hay khả năng tiếp cận đối tƣợng đo:

-

.

-

.

nhà cung cấp -

.

-

.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

-

13

không thuận lợi cho việc tiếp cận với đầu đo tiếp xúc.

-

.

1.3 Một số nghiên cứu ở Việt Nam có liên quan đến đề tài

Ở Việt Nam có ba công trình tiêu biểu liên quan đến nội dung của đề tài là:

- Tại viện nghiên cứu công nghệ cao ĐHBK HN có một đề tài nhánh trọng điểm cấp nhà nƣớc “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo các robot thông minh phục vụ cho các ứng dụng quan trọng” do GS.TSKH Nguyễn Thiện Phúc làm chủ nhiệm, đề tài mã số KC.03.08 Kết quả của đề tài là robot RE-03, robot này có hai bậc tự do và đồ gá có một bậc tự do, tuy nhiên các mô đun chính sử dụng trên robot là đầu đo Linear Gauge LGE-1025 (Mitutoyo) và thƣớc đo cao hiện số Series 192-655 (Mitutoyo) đều là các mô đun tiêu chuẩn của Mitutoyo nhập khẩu nên việc chế tạo thực chất là tổ hợp các mô đun có sẵn phƣơng án này có giá thành cao song đảm bảo độ chính xác cần thiết.

- Tại ĐHBK TP HCM có một nghiên cứu liên quan mang tên “Ứng dụng robot

song song trong máy đo tọa độ CMM” của TS Thái Thị Thu Hà, tham khảo tại.

http://elib.tic.edu.vn:8080/dspace/bitstream/123456789/10467/1/16DT-VT.pdf

tuy dùng cho mục đích đo song đây không phải là cấu hình lựa chọn để triển khai trong nghiên cứu này.

- Tại viện nghiên cứu Narim (http://www.narime.gov.vn/) thực hiện thành công việc nghiên cứu và chế tạo máy đo CMM kiểu cầu (bridge) với vùng làm việc 600x500x400 (mm). Độ chính xác công bố ở điều kiện đo 200C là (4+L/100) μm với L là chiều dài kích thƣớc đo, việc nghiên cứu có kết quả tốt song cấu hình bridge không phải đối tƣợng triển khai trong nghiên cứu này, các kỹ thuật thiết kế hai loại máy này khá khác biệt.

có nhiều nhà sản xuất, lắp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

ráp máy CMM Ở Việt Nam (http://leadervietnam.com) và rất nhiều nhà thƣơng mại tuy nhiên các đối tƣợng này không thực hiện các nghiên cứu tƣơng tự nhằm giải mã và nội địa hóa dòng máy PCMM nhƣ đề cập ở đề tài này.

14

1.4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đề tài muốn phát triển một hệ thống các lý luận liên quan đến việc thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh một thiết bị số hóa biên dạng chi tiết gia công kiểu PCMM (máy đo tọa độ xách tay kiểu robot) để ứng dụng số hóa biên dạng chi tiết. Với ý đồ đó đề tài đƣợc tập trung khai triển trên các khía cạnh sau:

- Khái quát các đặc tính của nhóm sản phẩm cần đo nhằm xác định các đặc tính nhƣ đặc tính kích thƣớc, đặc tính độ chính xác để từ đó rút ra các yêu cầu cơ bản với máy đo;

- Tổng hợp, so sánh, lựa chọn cấu hình phần cơ khí của máy đo phù hợp nhất

với nhiệm vụ đặt ra;

- Thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh phần cơ khí của tay đo, trang bị điện, điện tử và

điều khiển máy để lấy số liệu thực nghiệm trên nhóm sản phẩm đã chọn;

- Xử lý số liệu thô nhận đƣợc từ máy đo thành các định dạng yêu cầu với độ

chính xác cao;

- Ứng dụng máy vào sản xuất.

1.5 Kết luận chƣơng 1

Việt Nam là nƣớc đang phát triển theo định hƣớng công nghiệp hóa, xong thiết bị công nghệ cao hầu hết đang nhập khẩu dẫn tới tình trạng thiếu chủ động trong đào tạo và sản xuất. Việc nghiên cứu giải mã và nội địa hóa các thiết bị này là một hƣớng vừa giải quyết nhu cầu đào tạo vừa giải quyết nhu cầu sản xuất. Máy đo CMM không chỉ quan trọng trong công nghệ sản xuất ngƣợc, mà còn có vai trò quan trọng trong hệ thống CAD/CAM và cơ khí chính xác nói chung. Bởi vì việc áp dụng kỹ thuật sản xuất ngƣợc bỏ qua đƣợc giai đoạn nghiên cứu cơ bản để phát triển sản phẩm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Theo các phân tích trên, cần tiếp tục nghiên cứu giải mã sản phẩm PCMM. Loại máy này có tính năng cơ động cao trong khi vẫn đảm bảo đƣợc độ chính xác đo lƣờng cần thiết, đầu tƣ nhỏ hơn các máy khác cùng chức năng. Tại Việt Nam việc thiết kế và chế tạo máy thƣơng hiệu Việt với xuất phát điểm sử dụng các linh kiện và chi tiết cơ bản là chƣa có (ngoại trừ lắp đặt các mô đun hoàn chỉnh sẵn có). Nếu đảm bảo đồng thời các tiêu chí về kinh tế và kỹ thuật đặt ra, đề tài sẽ góp phần phổ

15

biến rộng rãi loại máy này tới các doanh nghiệp có nhu cầu đo lƣờng - số hóa trong sản xuất cơ khí.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

16

CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ MÁY

2.1 Xác định đặc tính kỹ thuật của máy

Đặc tính kỹ thuật là các chỉ số quan trọng đặc trƣng cho khả năng làm việc của

máy mà ngƣời thiết kế cần bám sát để đảm bảo và ngƣời sử dụng cần lấy làm căn

cứ để xác định máy có đáp ứng các ứng dụng cụ thể hay không. Chƣơng này sẽ chỉ

ra các tham số kỹ thuật đặc trƣng của máy, trên cơ sở xuất phát từ nhiệm vụ đo mô

tả bởi khách hàng và tham khảo các máy hiện có.

2.1.1 Khái quát các đặc điểm của họ chi tiết cần đo

Các bề mặt 3D không gian có thể chia ra làm hai loại nhƣ sau:

- Các mặt đƣợc tạo bởi kỹ thuật quét hình, hay dịch chuyển đƣờng sinh theo

đƣờng chuẩn với góc độ không thay đổi khi chuyển động, với các bề mặt này số

lƣợng thông tin hình học cần ghi nhận khá đơn giản chỉ bao gồm đƣờng sinh,

đƣờng chuẩn và vị trí tƣơng đối giữa chúng;

- Các mặt 3D không xác định đƣợc quy luật tạo hình chẳng hạn các bức tƣợng,

các tác phẩm nghệ thuật, số lƣợng điểm cần ghi nhận là rất lớn, thƣờng là các đám

mây điểm, cấu trúc bề mặt đa dạng bao gồm các hốc nhỏ, các rãnh sâu, khe hẹp rất

khó xác định chính xác.

Với thiết bị đo dựa trên kỹ thuật tiếp xúc nhƣ trong đề tài này, các contuor cần

có dạng lồi hoặc nếu biên dạng lõm cần có đủ không gian để tạo điều kiện tiếp xúc

tốt với đầu đo. Máy cần đo đƣợc các kiểu biên dạng 2D liên tục có thể trơn hoặc

không trơn đều, toàn bộ đƣờng sinh của chi tiết đo cần xác định sao cho nằm trong

2.12: Mặt hypeboloid tròn xoay

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

mặt phẳng.

17

Với chi tiết nhƣ hình vẽ việc đo lấy mẫu đƣờng sinh có thể xác định theo hai

cách:

- Đo đƣờng kính hai đƣờng tròn (đƣờng chuẩn) và đo chiều cao;

- Đo đƣờng kính hai đƣờng tròn (đƣờng chuẩn) và đƣờng sinh (đƣờng cong)

trong mặt phẳng chứa đƣờng tâm của vật đo.

Với máy CMM sẽ rất khó gá đặt để đo đƣợc đƣờng thẳng là đƣờng sinh của mặt

hypeboloid nếu quan niệm nó là mặt kẻ về tạo hình.

2.1.2 Đặc tính kỹ thuật của máy đo

Các đặc tính dƣới đây đƣợc đƣa ra trên cơ sở tham khảo máy của các hãng có

chức năng tƣơng tự và kết hợp với yêu cầu đo của khách hàng:

Kiểu chi tiết cần đo:

Chi tiết trụ, trụ có cung cong, trụ có đầu cầu và các contour 2D trơn bất kỳ nằm

trong phạm vi gá xác định bởi đặc tính máy đo.

Vận hành:

Máy đo vận hành bằng tay, không trang bị động cơ và cảm biến lực.

Do giới hạn bởi thời gian và kinh phí nên sản phẩm trong luận văn này chỉ giới

+ Max: L*d (dài * đƣờng kính ): 180mm*30mm. + Min: L*d (dài * đƣờng kính ): 50mm*5mm.

+ Max: L*d (dài * đƣờng kính): 100mm*30mm. + Min: L*d (dài * đƣờng kính): 10mm*2mm.

- Khả năng gá lắp chi tiết cần đo trên máy: - Phạm vi đo: - Gá chi tiết: + Theo phƣớng đứng hoặc theo phƣơng ngang.

hạn để đo các chi tiết có dạng tròn xoay và xuất ra bản vẽ 2D. - Độ chính xác yêu cầu:

+ Độ chính xác lặp lại: ≤ 0,10mm ( sai số vị trí qua các lần đo). + Sai số đo tƣơng đối theo đƣờng kính : ≤ 0,10mm.

- Định dạng dữ liệu:

+ File số (*.txt);

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

+ File định dạng (*.dwg).

18

2.2 Cơ sở thiết kế

Nhƣ đã giới thiệu ở Chƣơng 1 có nhiều phƣơng pháp khác nhau. Trong đề tài này, ngay từ khi xây dựng đề cƣơng đã lựa chọn phƣơng án Đo biên dạng theo nguyên tắc số hóa kiểu Robot. Các cơ sở lý thuyết áp dụng liên quan đến lý thuyết cơ sở của robot gồm:

2.2.1 Sơ đồ chuyển đổi tọa độ điểm giữa các không gian

Vì bản vẽ chi tiết đo đƣợc thể hiện trong hệ quy chiếu ngƣời dùng trong khi kết

quả đo đƣợc thể hiện theo hệ quy chiếu cơ sở, căn cứ vào phƣơng trình liên kết xây

dựng theo sơ đồ hệ thống công nghệ để chuyển đổi kết quả đo giữa các không gian

2.13: Sơ đồ hệ thống công nghệ và sơ đồ chuyển đổi tọa độ

khác nhau.

giữa các không gian

Một dụng cụ mang trong bàn kẹp đƣợc mô tả bằng ma trận T, đầu mút dụng cụ

đóng vai trò điểm điều khiển (điểm P).

Ai ma trận mô tả thế giữa các hệ tọa độ suy rộng của robot;

Véc tơ X mô tả vị trí của đồ gá trong hệ quy chiếu cơ sở;

Véc tơ E mô tả vị trí gá đặt phôi gia công trong đồ gá;

Véc tơ R mô tả quỹ tích các điểm mút dụng cụ trên phôi gia công;

ODG là gốc hệ tọa độ đề các gắn với đồ gá;

OV gốc hệ quy chiếu gắn với vật, hình thành cùng với quá trình thiết kế của nó;

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

O0 Gốc hệ quy chiếu cơ sở gắn với giá của robot.

19

Từ cách bố trí thiết bị nhƣ trên hình 2.2a có thể sơ đồ hóa quan hệ của các hệ

quy chiếu dƣới dạng vòng kín nhƣ hình 2.2b.

Nếu lấy điểm O0 gốc của hệ quy chiếu cơ sở làm chuẩn mô tả, đối tƣợng mô tả

là điểm P mút dụng cụ. Vì mút dụng cụ trong quá trình làm việc cần trùng với quỹ

đạo gia công trên phôi nên có thể viết đƣợc quan hệ này dƣới dạng phƣơng trình

vòng véc tơ nhƣ sau:

(2.1)

Kết quả đo thể hiện trong hệ quy chiếu ngƣời dùng là:

(2.2)

Trong phƣơng trình trên nếu đồ gá di động ma trận X cần cập nhật, nếu đồ gá

đứng yên ma trận X không cần cập nhật. Nếu đồ gá mang nhiều chi tiết thay đổi để

mô tả điều này, R luôn luôn thay đổi để chỉ dẫn vị trí và hƣớng thao tác công cụ

cho robot nên nó cần cập nhật, toàn bộ vế phải mô tả trong không gian công tác và

dữ liệu do phần công nghệ xác định. Vòng véc tơ trên có đặc điểm đi qua tất cả các

hệ quy chiếu có mặt trên sơ đồ (khác với robot song song, cả sơ đồ chỉ gồm hai hệ

quy chiếu tƣợng trƣng cho chuẩn mô tả và đối tƣợng đƣợc mô tả).

Theo phép chuyển đổi thuần nhất thế của khâu chấp hành là hàm của các biến

khớp, mô tả bằng ma trận tổng hợp của phép chuyển đổi:

(2.3)

Trong đó: với i = 1 n, là ma trận chuyển đổi giữa hệ toạ độ thứ i đến hệ i-1,

xác định theo quy tắc Denavit-Hartenberg; n là số biến khớp (bậc tự do) của robot.

Vị trí và hƣớng của khâu chấp hành đƣợc xác định từ quỹ đạo cho trƣớc:

(2.4)

Trong đó: ; q1 qn các biến khớp; n, s, a là các vec tơ chỉ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

phƣơng; p là véc tơ chỉ vị trí; oxyz là hệ toạ độ gốc.

20

2.14: Sơ đồ động học xác định độ phân giải của Encoder

2.2.2 Bài toán ngƣợc về độ phân giải của Encoder (số xung /1 vòng quay)

Đây là bài toán mấu chốt của thiết kế hệ thống đo gián tiếp nhiều thành phần, nó

có nhiệm vụ xuất phát từ cấu hình đã chọn và độ chính xác kết quả đo yêu cầu phải

chỉ ra độ phân giải của các cảm biến sử dụng sao cho thỏa mãn đồng thời các tiêu

chí kinh tế và kỹ thuật.

Bài toán này có thể có hai hình thức:

- Nếu các đại lƣợng đo lƣờng trực tiếp có quan hệ giải tích nhƣng không có bản

chất động học;

- Nếu các đại lƣợng đo lƣờng trực tiếp có quan hệ động học;

Trong trƣờng hợp này máy thiết kế rơi vào trƣờng hợp thứ hai, bài toán có thể

giải theo hai cách:

- Biện luận trên các quan hệ hình học của sơ đồ đo hình 2.3;

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

- Giải bằng phƣơng pháp số [1].

21

Dƣới đây thực hiện bài toán theo cả hai cách để đối chứng tuy nhiên với các hệ

có quan hệ không gian phức tạp phƣơng pháp số luôn cho độ chính xác cao hơn

trong khi phạm vi khảo sát rộng hơn phƣơng pháp biện luận dựa trên các quan hệ

hình học.

Xét mô hình động học máy nhƣ hình 2.3 làm căn cứ tính toán, vị trí danh nghĩa

điểm tác động cuối đƣợc xác định theo phƣơng trình:

(2.5)

Vì đầu đo di chuyển trong mặt phẳng, cấu trúc trên cho phép đo đƣợc các biên

dạng 2D, có thể đo đƣợc các mặt 3D nếu kết hợp với đồ gá có một trục điều khiển

tịnh tiến hoặc quay.

Tính toán độ chính xác

Giả sử bƣớc di chuyển đơn vị của đầu đo đƣợc cho trƣớc, cần xác định độ phân

giải của các cảm biến trang bị trên máy, bài toán chia ra làm hai bƣớc:

- Quá trình ngược:

Từ hệ phƣơng trình động học của robot đã xây dựng đƣợc dƣới dạng:

(2.6)

Với n là số tọa độ suy rộng đủ để xác định vị trí và hƣớng của khâu cuối.

Gọi vị trí hiện tại điểm đang xét trong vùng làm việc (không gian công tác) của

tay đo là:

(2.7)

Trong đó:

mô tả vị trí khâu tác động cuối;

mô tả hƣớng khâu tác động cuối

Giá trị chỉ thị của encoder cho trạng thái này đƣợc tìm thấy từ việc giải hệ

phƣơng trình sau:

(2.8)

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

22

Giả sử điểm pi trong không gian khớp tại trạng thái hiện thời đo đƣợc bởi các

encoder:

2.15: Chuyển động với bước bé nhất của đầu đo giữa hai điểm trong không gian

(2.9)

Chọn trục có độ phân giải nhỏ hơn trong hai trục X và Y của máy để tính ra

bƣớc di chuyển bé nhất của đầu đo theo hƣớng bất kỳ mà máy cần nhận biết, trên

cơ sở đó tính ra tọa độ của điểm tiếp theo đầu đo sẽ di chuyển đến trong vùng làm

việc là:

(2.10)

Hay:

Tọa độ này khi cập nhật vào phƣơng trình (2.8) sẽ nhận đƣợc giá trị chỉ thị

tƣơng ứng của các encoder:

(2.11)

Nhƣ vậy mỗi encoder đã thực hiện một di chuyển là:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

(2.12)

23

Gọi

là độ phân giải (n là số xung/1 vòng quay của encoder), đƣợc xác định từ

bất phƣơng trình:

(2.13)

Do n theo quy chuẩn của nhà sản xuất, thƣờng không trùng với giá trị tính làm

tròn theo phƣơng trình (2.13), khi đó để đáp ứng yêu cầu đo cần làm tròn lên đến

giá trị lớn hơn gần nhất trong chuỗi quy chuẩn. Do việc này xảy ra với tất cả các

encoder của tay đo nên dễ dàng thấy rằng tay đo sẽ nhận biết đƣợc một di chuyển

bƣớc đơn vị nhỏ hơn nhiều so với yêu cầu đƣa ra, để có kết luận cuối cùng về giá

trị này cần tiến hành thực nghiệm.

- Quá trình thuận:

Nếu vị trí ban đầu pi của tay đo cho bởi phƣơng trình (2.9), cấp thêm 1 xung vào

mỗi encoder theo chiều chuyển động các khâu không triệt tiêu lẫn nhau để mô tả vị

trí kế tiếp:

(2.14)

Bƣớc dịch chuyển đơn vị thực tế của đầu đo là:

Ứng dụng phƣơng pháp nói trên vào tính toán đối với tay đo trong luận văn, có

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

đƣợc kết quả tính toán nhƣ sau:

24

2.16: Vùng làm việc của máy

2.17: Sơ đồ chia lưới khảo sát lựa chọn Encoder

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

25

2.18: Bước dịch chuyển nhỏ nhất mà đầu đo phát hiện xung quanh điểm khảo sát

(điểm đo thực)

2.1: Kết quả tính toán cảm biến bằng phƣơng pháp số trong miền làm việc q2 x 1.93096 160 1.93076 160 1.93067 160.05 1.93117 160 1.93126 159.95 1.88862 160 1.8884 160 1.88833 160.05 1.88884 160 1.88891 159.95 1.82886 170 1.82864 170 1.82855 170.05 1.82907 170 1.82916 169.95 1.72242 180 1.72219 180 1.7221 180.05 1.72265 180 1.72273 179.95 1.90879 170 1.90861 170 1.90848 170.05 1.90898 170 1.90911 169.95 1.80737 180

∆α1 0.00029582 -2.4198E-05 -0.00029584 2.4295E-05 0.00029101 -0.0003196 -0.00026243 0.00031972 0.00028711 -9.8677E-06 -0.00028713 9.9589E-06 0.00028096 4.4594E-06 -0.00028097 -4.372E-06 0.00029443 5.8748E-07 -0.00029445 -4.9559E-07

∆α2 -0.0002 -0.0003 0.0002 0.0003 -0.0002 -0.0003 0.00022 0.00029 -0.0002 -0.0003 0.00022 0.00031 -0.0002 -0.0003 0.00023 0.00032 -0.0002 -0.0003 0.00018 0.00031

y 110 110.05 110 109.95 110 120 120.05 120 119.95 120 120 120.05 120 119.95 120 130 130.05 130 129.95 130 100 100.05 100 99.95 100 110

TT 1 A B C D 2 A B C D 3 A B C D 4 A B C D 5 A B C D 6

q1 -0.2784 -0.2781 -0.2784 -0.2787 -0.2784 -0.2197 -0.2194 -0.2197 -0.22 -0.2197 -0.2236 -0.2233 -0.2236 -0.2238 -0.2235 -0.1673 -0.1671 -0.1673 -0.1676 -0.1673 -0.3398 -0.3395 -0.3398 -0.3401 -0.3398 -0.2806

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

26

x 180 180.05 180 179.95 190 190 190.05 190 189.95 200 200 200.05 200 199.95 210 210 210.05 210 209.95 220 220 220.05 220 219.95 230 230 230.05 230 229.95 230 230 230.05 230 229.95 240 240 240.05 240 239.95 220 220

y 110.05 110 109.95 110 120 120.05 120 119.95 120 100 100.05 100 99.95 100 120 120.05 120 119.95 120 110 110.05 110 109.95 110 100 100.05 100 99.95 100 120 120.05 120 119.95 120 110 110.05 110 109.95 110 130 130.05

q1 -0.2803 -0.2806 -0.2809 -0.2806 -0.2204 -0.2201 -0.2204 -0.2207 -0.2204 -0.3239 -0.3236 -0.3238 -0.3241 -0.3239 -0.2037 -0.2034 -0.2036 -0.2039 -0.2037 -0.2438 -0.2435 -0.2437 -0.244 -0.2439 -0.2787 -0.2785 -0.2786 -0.279 -0.2788 -0.1735 -0.1732 -0.1734 -0.1738 -0.1736 -0.2055 -0.2053 -0.2054 -0.2058 -0.2056 -0.1364 -0.1361

q2 1.80718 1.80705 1.80757 1.80769 1.70138 1.70117 1.70104 1.70159 1.70171 1.71014 1.70996 1.70979 1.71031 1.71049 1.56212 1.56191 1.56175 1.56232 1.56248 1.52738 1.52719 1.527 1.52757 1.52776 1.48562 1.48545 1.48522 1.4858 1.48602 1.40863 1.40842 1.40822 1.40884 1.40903 1.36625 1.36605 1.36582 1.36644 1.36667 1.44372 1.44349

∆α1 0.00028545 1.2614E-05 -0.00028547 -1.2527E-05 0.00027903 2.5178E-05 -0.00027904 -2.5093E-05 0.00027573 5.1508E-05 -0.00027573 -5.1428E-05 0.00027155 5.8586E-05 -0.00027155 -5.8503E-05 0.00026666 7.8799E-05 -0.00026665 -7.8717E-05 0.00026054 9.9266E-05 -0.00026053 -9.9184E-05 0.00026577 9.2757E-05 -0.00026576 -9.2668E-05 0.00026018 0.00011315 -0.00026016 -0.00011306 0.00027038

∆α2 -0.0002 -0.0003 0.0002 0.00032 -0.0002 -0.0003 0.00021 0.00033 -0.0002 -0.0004 0.00018 0.00035 -0.0002 -0.0004 0.00021 0.00036 -0.0002 -0.0004 0.00019 0.00038 -0.0002 -0.0004 0.00017 0.0004 -0.0002 -0.0004 0.00021 0.0004 -0.0002 -0.0004 0.00019 0.00043 -0.0002

TT A B C D 7 A B C D 8 A B C D 9 A B C D 10 A B C D 11 A B C D 12 A B C D 13 A B C D 14 A

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

27

x 220.05 220 219.95 200 200 200.05 200 199.95 160 160 160.05 160 159.95 170 170 170.05 170 169.95 200 200 200.05 200 199.95 230 230 230.05 230 229.95 160 160 160.05 160 159.95 180 180 180.05 180 179.95 210 210 210.05

y 130 129.95 130 130 130.05 130 129.95 130 130 130.05 130 129.95 130 180 180.05 180 179.95 180 180 180.05 180 179.95 180 180 180.05 180 179.95 180 170 170.05 170 169.95 170 170 170.05 170 169.95 170 170 170.05 170

q1 -0.1363 -0.1367 -0.1365 -0.1587 -0.1584 -0.1586 -0.159 -0.1587 -0.162 -0.1617 -0.162 -0.1622 -0.1619 0.11271 0.11299 0.1127 0.11244 0.11273 0.11929 0.11957 0.11933 0.11901 0.11925 0.16067 0.16096 0.16077 0.16037 0.16056 0.06233 0.0626 0.06229 0.06205 0.06236 0.05559 0.05586 0.05559 0.05531 0.05559 0.07188 0.07216 0.07193

q2 1.44333 1.44395 1.4441 1.58989 1.58967 1.58955 1.59012 1.59024 1.84325 1.84302 1.84296 1.84349 1.84354 1.51347 1.51316 1.51318 1.51379 1.51377 1.31812 1.31779 1.31776 1.31844 1.31847 1.07702 1.07666 1.07656 1.07737 1.07747 1.6316 1.6313 1.63132 1.63189 1.63188 1.51347 1.51318 1.51316 1.51377 1.51379 1.30734 1.30704 1.30696

∆α1 7.298E-05 -0.00027037 -7.2892E-05 0.00027513 3.8698E-05 -0.00027513 -3.8613E-05 0.00028665 -3.1759E-05 -0.00028667 3.1853E-05 0.00027781 -1.536E-05 -0.00027781 1.5447E-05 0.00028435 3.8202E-05 -0.00028433 -3.8107E-05 0.00029814 0.00010322 -0.00029809 -0.00010309 0.00027618 -3.4135E-05 -0.00027619 3.4222E-05 0.00027824 5.2693E-07 -0.00027823 -4.3996E-07 0.00028245 5.4829E-05

∆α2 -0.0004 0.00023 0.00038 -0.0002 -0.0003 0.00023 0.00035 -0.0002 -0.0003 0.00023 0.00029 -0.0003 -0.0003 0.00031 0.0003 -0.0003 -0.0004 0.00032 0.00036 -0.0004 -0.0005 0.00035 0.00045 -0.0003 -0.0003 0.0003 0.00057 -0.0003 -0.0003 0.0003 0.00031 -0.0003 -0.0004

TT B C D 15 A B C D 16 A B C D 17 A B C D 18 A B C D 19 A B C D 20 A B C D 21 A B C D 22 A B

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

28

x 210 209.95 230 230 230.05 230 229.95 200 200 200.05 200 199.95 170 170 170.05 170 169.95 160 160 160.05 160 159.95 180 180 180.05 180 179.95 220 220 220.05 220 219.95 170 170 170.05 170 169.95 210 210 210.05 210

y 169.95 170 160 160.05 160 159.95 160 160 160.05 160 159.95 160 160 160.05 160 159.95 160 150 150.05 150 149.95 150 150 150.05 150 149.95 150 150 150.05 150 149.95 150 140 140.05 140 139.95 140 140 140.05 140 139.95

q1 0.0716 0.07182 0.04486 0.04515 0.04496 0.04458 0.04477 0.00697 0.00725 0.00701 0.0067 0.00694 0.00174 0.00202 0.00172 0.00146 0.00176 -0.0488 -0.0485 -0.0488 -0.049 -0.0487 -0.0556 -0.0553 -0.0556 -0.0559 -0.0556 -0.0272 -0.027 -0.0272 -0.0275 -0.0273 -0.11 -0.1097 -0.11 -0.1102 -0.1099 -0.0946 -0.0943 -0.0946 -0.0949

q2 1.30765 1.30772 1.20692 1.20662 1.20649 1.20721 1.20734 1.43847 1.43819 1.43812 1.43875 1.43882 1.6316 1.63132 1.6313 1.63188 1.63189 1.74353 1.74326 1.74325 1.74379 1.74381 1.62464 1.62438 1.62433 1.6249 1.62495 1.34492 1.34465 1.34453 1.34519 1.34531 1.73648 1.73624 1.73618 1.73673 1.73678 1.47168 1.47143 1.47131 1.47192

∆α1 -0.00028243 -5.4732E-05 0.00028226 9.3279E-05 -0.00028223 -9.3169E-05 0.00027803 3.5081E-05 -0.00027802 -3.4992E-05 0.00027775 -1.7349E-05 -0.00027775 1.7436E-05 0.0002798 -3.4825E-05 -0.00027982 3.4915E-05 0.00027818 5.2676E-07 -0.00027818 -4.3984E-07 0.00027595 7.1421E-05 -0.00027593 -7.1326E-05 0.00028119 -1.5644E-05 -0.0002812 1.5734E-05 0.00027393 5.3789E-05 -0.00027392

∆α2 0.00031 0.00038 -0.0003 -0.0004 0.0003 0.00043 -0.0003 -0.0004 0.00028 0.00035 -0.0003 -0.0003 0.00028 0.0003 -0.0003 -0.0003 0.00026 0.00028 -0.0003 -0.0003 0.00026 0.00031 -0.0003 -0.0004 0.00027 0.00039 -0.0002 -0.0003 0.00025 0.0003 -0.0002 -0.0004 0.00024

TT C D 23 A B C D 24 A B C D 25 A B C D 26 A B C D 27 A B C D 28 A B C D 29 A B C D 30 A B C

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

29

TT D

x 209.95

y 140

q1 -0.0947

q2 1.47204

∆α1 -5.3701E-05

∆α2 0.00037

2.2: lọc các cực theo yêu cầu

Suy ra

Min ∆α1 = Min ∆α2 = Min ∆α1 = Min ∆α2 =

-0.0003 -0.0005 -0.0183 -0.0258

(rad/s) (rad/s) (độ) (độ)

Vậy độ phân giải K ( số xung )là: 19629.2 13958.9

K1≥ K2≥

(xung/vòng) (xung/vòng)

2.2.3 Xác định sơ bộ sơ đồ động học máy đo

Căn cứ đặc tính kỹ thuật của máy đã nêu trong Mục 2.1 và cơ sở lý thuyết. Chọn

cấu hình động học máy đo nhƣ hình 2.8 bao gồm:

- Đầu đo;

- Hai khâu thành phần;

- Đầu đo và hai khâu thành phần đƣợc kiên kết với nhau bằng khớp quay có gắn

2.19: Sơ đồ động học máy đo

Encoder đếm chuyển vị góc của các khâu trong quá trình thực hiện phép đo.

2.2.4 Xác định sơ đồ liên kết cơ điện tử

Đo và số hóa biên dạng bề mặt cần đo đƣợc thực hiện trên cơ sở tập hợp các

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

điểm đo mà thiết bị nhận biết đƣợc khi thực hiện pháp đo (hình 2.9).

30

2.20: Sơ đồ mô tả thực hiện quá trình đo.

Sau khi nghiên cứu sơ đồ động học của máy cho thấy các cơ sở thông tin cần

thiết để xác định liên kết cơ điện tử (hình 2.10) gồm:

- Bề mặt đo là tập hợp các điểm Bi.

- Các điểm B1, B2, Bi: Đƣợc xác định bằng cái điểm ghi lại trên hệ trục tọa độ

XOY sau mỗi mỗi lần phát xung của Encoder (E1) và/hoặc Ecoder (E2).

- Trong trƣờng hợp Encoder E1 và E2 không phát xung đồng thời (phổ biến

trong quá trình đo), số liệu tính toán tại điểm đo nj là dữ liệu phát xung của E1

và dữ liệu phát xung điểm đo thứ (nj-1) của E2 và ngƣợc lại

- Phần giữa các điểm B1 và B2; Bi-1 và Bi: đƣợc xác định bằng phƣơng pháp nội

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

suy bằng phần mềm xử lý dữ liệu.

31

2.21: Sơ đồ liên kết Cơ - Điện tử của máy đo

2.3 Phƣơng pháp tính tọa độ điểm đo của máy theo phƣơng pháp hình học

Một nhiệm vụ quan trọng giúp cho liên kết Cơ - Điện tử máy đo hoạt động chính

xác theo yêu cầu ngƣời dùng đó là phƣơng pháp tính tọa độ điểm đo của máy.

Phạm vi mục này chỉ ra phƣơng pháp tính tọa độ đƣợc sử dụng trong quá trình

thiết kế máy đo.

2.3.1 Xác định tọa độ khởi điểm của đầu đo (khi set X, Y: 0,0)

Để xác định các tọa độ các điểm đo ta phải định nghĩa đƣợc hệ trục tọa độ XOY chứa vật cần đo và vị trí ban đầu của điểm đo B0 (x0, y0) để làm cơ sở xác định tọa độ Bi (xi, yi) vị trí tiếp theo của điểm đo khi thực hiện phép đo.

Vị trí điểm đo thứ (1) đến thứ (n) là tập hợp tọa độ điểm Bi (xi, yi) của đầu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

đo trong hệ trục tọa độ. Tọa độ điểm đo X1 và Y1 tính theo sơ đồ trên hình 2.11.

32

2.22: Sơ đồ tính tọa độ đo khởi điểm (điểm set 0,0)

Tính X1 và Y1

*) X1 = X + +

(2.15)

(2.16)

*) Y1= Y2+ -Y

* Các thông số

, Y, X, d đƣợc xác định khi thiết kế và kích thƣớc thực sau khi gia

công.

Tính chiều dài khâu khép kín (c) Xét OCB vuông tại C, ta có:

2

c2

= X1

2 + Y1

(2.17)

Tính góc giữa tay đo a và tay đo b ( 0 )

Xét OAB, ta có: c2 = a2 + b2 - 2ab*Cos 0

(2.18)

(2.19)

Cos 0 =

(2.20)

0 =ArcCos(Cos 0)

(2.21)

Tính góc giữa khâu khép kín và tay đo a ( 1) Xét OAB, ta có: b2 = a2 + c2 - 2ac*Cos 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

33

Cos 1 =

(2.22)

1 =ArcCos(Cos 1)

Tính góc giữa khâu khép kín và trục X ( 2)

*) Xét OCB vuông tại C, ta có: Cos 2 =

(2.23)

2 = ArcCos(Cos 2)

(2.24)

Tính góc 0

(2.25)

0 = 1 + 2

2.3.2 Xác định tọa độ của đầu đo tại vị trí thứ i

2.23: Sơ đồ tính tọa độ của điểm đo

Tính góc đo đ và đ

- Gọi E là góc đo tại thời điểm lấy mẫu của Encoder 1

- Gọi E là góc đo tại thời điểm lấy mẫu của Encoder 2

*) E và E đƣợc xác định so với vị trí sét 0,0 do hệ thống phần mềm điều khiển

xác định.

Ta có :

*) Góc đo tức thời đ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

34

(2.26)

đ = 0 + E

*) góc đo tức thời đ

đ = 0 + E

(2.27)

*) Lƣu ý: nếu Ecoder quay theo chiều cùng kim đồng hồ góc

E và

E

lấy giá trị (+); và ngƣợc lại thì măng dấu (-)

(2.28)

2 = a2 + b2 - 2ab*Cos đ

Chiều dài khâu khép kín Cđ Xét OAB, ta có : cđ

(2.29)

cđ =

Góc giữa khâu khép kín và tay đo a ( đ1)

2

(2.30)

- 2acd * Cos đ1

Xét OAB, ta có : b2 = a2 + cđ

Cos đ1 =

(2.31)

(2.32)

đ1 =ArcCos(Cos đ1)

Góc giữa khâu khép kín và trục x ( đ2)

đ2 = đ - đ1

(2.33)

Tính tọa độ Xđ ; Yđ của điểm đo B (theo hình 2.12)

Xét ODB vuông tại D, ta có :

(2.34)

*) Cos đ2 =

Xđ = Cos đ2 * cđ

(2.35)

(2.36)

*) Sin đ2 =

Yđ = Sin đ2 * cđ

(2.37)

Yđ = Sin đ2 * cđ

2.3.3 Độ phân giải hai điểm đo liên tiếp

Độ phân giải góc của các tay đo theo Encoder

- Gọi độ phân giải của Encoder1 là E1 ppr

- Gọi độ phân giải của Encoder1 là E2 ppr

- Độ khuếch đại tần số của PLC là n.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

35

Ta có :

[0]

(2.38)

*) Độ phân giải góc của tay đo (a) là: f1 =

*) Độ phân giải góc của tay đo (b) là: f2 =

[0]

(2.39)

Độ phân giải của hai điểm đo liên tiếp (khoảng cách bé nhất giữa hai điểm đo mà máy nhận biết đƣợc)

2.24: Sơ đồ tính độ phân giải giữa hai điểm đo liên tiếp

Gọi X1, Y1 là tọa độ của điểm bất kỳ B, X2, Y2 là tọa độ của điểm B dịch chuyển đến điểm

B’ với lƣợng dịch chuyển bằng độ phân giải góc nhỏ nhất của các tay đo (hình 2.13). Ta có:

*) Độ phân giải tại điểm đo (B) theo trục tọa độ X.

Xmin= X1 - X2

(2.40)

*) Độ phân giải tại điểm đo (B) theo trục tọa độ Y

(2.41)

Ymin = Y1 - Y2

*) Độ phân giải tại điểm đo ( khoảng cách bé nhất giữa hai điểm đo)

Emin =

(2.42)

2.4 Lựa chọn kiểu đầu đo, chuẩn định vị chi tiết đo.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

36

2.4.1 Lựa chọn kiểu đầu đo

Trong các máy đo theo nguyên lý tiếp xung thông thƣờng sử dụng đầu đo có dạng đầu cầu (hình 2.14), các đầu đo này thƣờng đƣợc bán sẵn. Tuy nhiên trong trƣờng hợp cụ thể không sử dụng đƣợc đầu đo này bởi các lý do sau:

- Không thể gá chi tiết song song với

phƣơng đo;

- Không thể đo chính xác các điểm đo trên đƣờng giao tuyến giữa bề mặt đo và mặt phẳng chứa đƣờng tâm chi tiết.

Những điều này là dẫn đến số phép đo không kiểm soát đƣợc do gá đặt chi tiết đo (hình 2.15)

2.25: Mô hình động học khi sử dụng

đầu đo hình cầu

b)

a)

c)

2.26: Các dạng sai số do gá chi tiết xẩy ra trong trườnghợp sử dụng đầu đo cầu

d)

a) và b): Sai số đo khi đường tâm chi tiết lệch góc với mặt phẳng của tay đo. c) và d): Sai số đo khi đường tâm chi tiết đo song song nhưng không nằm mặt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

phẳng của tay đo.

37

Phƣơng án thiết kế: Sử dụng đầu đo dạng trụ, đƣờng tâm đầu đo song song với

- Tự chế tạo.

- Luôn tiếp xúc với điểm cao nhất đi qua mặt phẳng chƣa tâm chi tiết.

Độ chính xác phép đo cơ bản là không phụ thuộc các gá chi tiết trong phạm vi giới hạn làm việc của thiết bị (hình 2.17).

2.27: Mô hình động học khi sử dụng

đầu đo hình trụ

b)

a)

2.28: Không xuất hiện các dạng sai số do gá chi tiết xẩy ra trong trường

đƣờng tâm các trục của khớp E1 và khớp E2 (hình.16). Ƣu điểm:

hợp sử dụng đầu đo cầu

- Để đảm bảo chính xác phép đo gá khối V sao cho cạnh bên của khối V vuông góc

với đƣờng tâm que đo.

- Tạo chuẩn định vị bằng cách gia công trên tấm đế 02 lỗ chốt định vị gối đỡ và 02 lỗ chốt tỳ khối V sao cho đƣờng nối tâm hai lỗ định vị vuông góc với đƣờng nối tâm hai lỗ chốt tỳ khối V.

2.4.2 Chuẩn định vị chi tiết đo

2.5 Kiểm định thông số của thiết bị bị đo theo phƣơng pháp hình học và mô

hình tính toán để làm cơ sở xây dựng phần mềm xác định tọa độ điểm đo.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Thông số chính của thiết bị đo gồm: - Độ phân giải của Encoder 1; Độ phân giải của Encoder 2. - Độ khuếch đại tần số của PLC. - Chiều dài tay đo 1 (a); Chiều dài tay đo 2 (b).

38

- Các thông số trung gian liên quan đến tính toán tọa độ đầu đo khi set (0,0):

+ Tọa độ B0 (X, Y); + Đƣờng kính chốt sét 0 (d);

+ Đƣờng kính đầu đo (

2.29: Không gian làm việc của máy đo

). Căn cứ lựa chọn cấu hình máy bằng phƣơng pháp số đã nêu ở Mục 2.2.2 ta có các giá trị về chiều dài tay đo và thông số của Encoder. Ở mục này sử dụng phƣơng pháp hình học để kiểm lại thông số kỹ thuật của máy trƣớc khi thiết kế chế tạo thiết bị. Để kiểm định giá trị sử dụng công thức lập trong bảng tính Excel.

2.3:Các thông số của thiết bị

Các thông số thiết bị cho bảng kết quả tính: Trong đó chọn độ phân giải của Encoder có cùng số xung là 5.000 xung*4 =20.000 [là giá trị lớn nhất (làm tròn) tính ở Mục 2.2.2 ].

CÁC THÔNG SỐ CỦA THIẾT BỊ

TT

Tên thông số

Ký hiệu Đ.V

Giá trị (nhập dữ liệu) 5.000,00 5.000,00 4,00 180,00 160,00

67,00 40,00

ppr ppr lần mm mm mm mm

E1 E2 n a b X Y

1 Độ phân giải của Encoder 1 2 Độ phân giải của Encoder 2 3 Độ khuếch đại tần số của PLC 4 Độ dài tay đo 1 5 Độ dài tay đo 2 6 Các thông số trung gian 7 8

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

39

Y2 d

9 10 11 12 13

Độ phân giải góc của Encoder 1 qua PLC Độ phân giải góc của Encoder 2 qua PLC

f1 f2

mm mm mm độ(0) độ(0)

40,00 10,00 6,00 0,0180000 0,0180000

2.30: Sơ đồ tính các thông số ban đầu của

máy ở tọa độ đo khởi điểm (điểm set 0,0)

2.4: Bảng tính các thông số ban đầu của thiết bị khi set 0,0

2.5.1 Kết quả tính các thông số thiết bị khi set (0,0) ( trên Excel).

BẢNG TÍNH CÁC THÔNG SÔ BAN ĐẦU CỦA THIẾT BỊ KHI SÉT 0,0

TT

Tên thông số

Đ.V

Ký hiệu

Giá trị (auto)

1 Tọa độ tâm đầu đo theo trục x

X1

75,0000000

mm

2 Tọa độ tâm đầu đo theo trục y

Y1

3,0000000

mm

3 Bình phƣơng chiều dài khâu khép kín (c)

c2

5.634,00000

mm

4 Chiều dài khâu khép kín (c)

c

75,0599760

mm

0,9091319

5 Cos của góc giữa tay đo a và tay đo b khi set 0,0

Cos 0

6 Góc giữa tay đo a và tay đo b khi set 0,0 (radian)

radian

0,4296012

0

7 Góc giữa tay đo a và tay đo b khi set 0,0

độ(0)

24,6143330

8 Cos của góc giữa khâu khép kín và khâu a khi set 0,0

0,4601505

Cos 1

9 Góc giữa khâu khép kín và khâu a khi set 0,0 (radian)

radians

1,0926316

10 Góc giữa khâu khép kín và khâu a khi set 0,0

độ(0)

62,6031777

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

40

11 Cos của góc giữa khâu khép kín và trục x khi set 0,0

0,9992010

Cos 2

12 Góc giữa khâu khép kín và trục x khi set 0,0 (radian)

radians

0,0399787

13 Góc giữa khâu khép kín và trục x khi set 0,0

độ(0)

2,2906100

14 Góc giữa tay đo a và trục x

độ(0)

64,8937877

2.31: Sơ đồ tính độ phân giải tại điểm B1

2.5.2 Kết quả tính độ phân giải của thiết bị tại vị trí B1

(dựng hình bằng Autocad với kích thước thực để sơ bộ xác định vị điểm đo tại vị trí B1)

- Bằng phƣơng pháp vẽ Autocad (hình 2.20) xác định đƣợc:

+ Góc mở tức thời của Encoder E1: 190 38'10" = 19,5027780 + Góc mở tức thời của Encoder E2: 36038'52" = 36,981110

- Đƣa về bội số của Encder và làm tròn:

+ Số xung phát ra của Encoder E1: 19,502778 : 0,018 = 1083 xung; + Số xung phát ra của Encoder E2: 36,98111 : 0,018 = 2045 xung.

- Thông số thiết bị ở vị trí B1.1 (đã đƣợc làm tròn theo số xung phát ra ở vị trí

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

sát điểm B1) theo bảng sau:

41

2.5: Các thông số của thiết bị tại vị trí đo B1.1

CÁC THÔNG SỐ CỦA THIẾT BỊ TẠI VỊ TRÍ ĐO B1.1

TT

Tên thông số

Ký hiệu

Đ.V

Giá trị (nhập dữ liệu)

Bội số góc mở của Encoder 1 vị trí 1

k1

1.083,000

Bội số góc mở của Encoder 2 vị trí 1

k2

2.054,000

1

Góc mở của Encoder1 ứng với E (bội của k1)

độ(0)

19,4940000

E

2 Góc mở tức thời của Encoder 1

độ(0)

84,3877877

đ

3 Góc mở của Encoder1 ứng với E (bội của k2)

độ(0)

36,9720000

E

4 Góc mở tức thời của Encoder 2

độ(0)

61,5863330

đ

5 Góc mở tức thời của Encoder 2

radian

1,0748843

đ

6 Cosin góc đo tức thời của Encoder 2

0,4758340

Cos( đ )

5 Bình phƣơng chiều dài khâu khép kín

mm

30.591,9603

2 Cđ

6 Chiều dài khâu khép kín

mm

174,9055756

Cđ

7 Cosin góc giữa khâu khép kín và tay đo a

0,5938436

Cos( đ1)

8 Góc giữa khâu khép kín và tay đo a (radian)

radians

0,9349687

đ1

9 Góc giữa khâu khép kín và tay đo a

độ(0)

53,5697612

đ1

10 Góc giữa khâu khép kín và trục x

độ(0)

30,8180265

đ2

11 Góc giữa khâu khép kín và trục x

radians

0,5378760

đ2

12 Cos góc giữa khâu khép kín và trục x

0,8587988

Cos( đ2)

13 Sin góc giữa khâu khép kín và trục x

0,5123131

Sin( đ2)

14 Khoảng cách từ điểm đo đến góc 0,0 theo trục X

Xđ

mm

150,2086905

15 Khoảng cách từ điểm đo đến góc 0,0 theo trục Y

Yđ

mm

89,6064153

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

42

2.6: Bảng tính các thông số của đầu đo khi đo B1.1 + thêm 1 xung của E1

- Thông số thiết bị ở vị trí B1.1+ 1 xung của E1 theo bảng sau:

Tên thông số

Ký hiệu

Đ.V

TT

BẢNG TÍNH CÁC THÔNG SÔ CỦA ĐẦU ĐO KHI ĐO B1.1 + thêm 1 xung của E1 Giá trị tính (auto)

Bội số góc mở của Encoder 1 vị trí 2

k1

1.084,000

Bội số góc mở của Encoder 2 vị trí 2

k2

2.054,000

1

Góc mở của Encoder1 ứng với E (bội của k1)

độ(0)

19,5120000

2 Góc mở tức thời của Encoder 1

E đ

độ(0)

84,4057877

3 Góc mở của Encoder1 ứng với E (bội của k2)

độ(0)

36,9720000

4 Góc mở tức thời của Encoder2

E đ

độ(0)

61,5863330

5 Góc đo tức thời của Encoder 2

đ

radian

1,0748843

6 Cosin góc đo tức thời của Encoder 2

0,4758340

5 Bình phƣơng chiều dài khâu khép kín

mm

30.591,96036

6 Chiều dài khâu khép kín

mm

174,9055756

Cos( đ ) 2 Cđ Cđ

7 Cosin góc giữa khâu khép kín và tay đo a

0,5938436

Cos( đ1)

8 Góc giữa khâu khép kín và tay đo a (radian)

radians

0,9349687

đ1

9 Góc giữa khâu khép kín và tay đo a

độ(0)

53,5697612

đ1

10 Góc giữa khâu khép kén và trục x

độ(0)

30,8360265

đ2

11 Góc giữa khâu khép kén và trục x

radians

0,5381902

đ2

12 Cos góc giữa khâu khép kín và trục x

0,8586378

Cos( đ2)

13 Sin góc giữa khâu khép kín và trục x

0,5125829

Sin( đ2) Xđ

mm

150,1805324

14 Khoảng cách từ điểm đo đến góc 0,0 theo trục X

mm

89,6536003

15 Khoảng cách từ điểm đo đến góc 0,0 theo trục Y

Yđ

*) Độ phân giải tại điểm đo (B1.1) theo trục tọa độ X.

Xmin = X1 – X2 = 0,0282mm (2.43)

*) Độ phân giải tại điểm đo (B) theo trục tọa độ Y

Ymin = Y1 - Y2 = 0,0472mm (2.44)

*) Độ phân giải tại điểm đo (khoảng cách bé nhất giữa hai điểm đo

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

= 0,0549mm (2.45) Emin =

43

2.32: Sơ đồ tính độ phân giải tại điểm B2

2.5.3 Kết quả tính độ phân giải của thiết bị tại vị trí B2

( dựng hình bằng Autocad với kích thước thực để sơ bộ xác định vị điểm đo tại vị trí B2)

- Bằng phƣơng pháp vẽ Autocad xác định đƣợc:

+ Góc mở tức thời của Encoder E1: 90 6'33” = 9,1091670; + Góc mở tức thời của Encoder E2: 7801'17" = 78,2013890.

- Đƣa về bội số của Encoder và làm tròn:

+ Số xung phát ra của Encoder E1: 9,1091670 : 0,018 = 506 xung; + Số xung phát ra của Encoder E2: 24,9422220 : 0,018 = 1385 xung.

- Thông số thiết bị ở vị trí B2.2 (đã đƣợc làm tròn theo số xung phát ra ở vị trí

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

sát điểm B2.2) theo bảng sau:

44

2.7: Các thông số của thiết bị tại vị trí đo B2.2

CÁC THÔNG SỐ CỦA THIẾT BỊ TẠI VỊ TRÍ ĐO B2.2

TT

Tên thông số

Ký hiệu

Đ.V

Giá trị (nhập dữ liệu)

506,000

Bội số góc mở của Encoder 1 vị trí 1

k1

4.334,000

Bội số góc mở của Encoder 2 vị trí 1

k2

1 Góc mở của Encoder1 ứng với E (bội của k1)

độ(0)

9,1080000

E

2 Góc mở tức thời của Encoder 1

độ(0)

55,7857877

đ

3 Góc mở của Encoder1 ứng với E (bội của k2)

độ(0)

78,0120000

E

4 Góc mở tức thời của Encoder 2

độ(0)

102,6263330

đ

5 Góc mở tức thời của Encoder 2

radian

1,7911674

đ

6 Cosin góc đo tức thời của Encoder 2

-0,2185917

Cos( đ )

5 Bình phƣơng chiều dài khâu khép kín

mm

70.590,88466

2 Cđ

6 Chiều dài khâu khép kín

mm

265,6894516

Cđ

7 Cosin góc giữa khâu khép kín và tay đo a

0,8091201

Cos( đ1)

8 Góc giữa khâu khép kín và tay đo a (radian)

radians

0,6281431

đ1

9 Góc giữa khâu khép kín và tay đo a

độ(0)

35,9899468

đ1

10 Góc giữa khâu khép kén và trục x

độ(0)

19,7958409

đ2

11 Góc giữa khâu khép kén và trục x

radians

0,3455026

đ2

12 Cos góc giữa khâu khép kín và trục x

0,9409054

Cos( đ2)

13 Sin góc giữa khâu khép kín và trục x

0,3386696

Sin( đ2)

Xđ

14 Khoảng cách từ điểm đo đến góc 0,0 theo trục X

mm

249,9886279

Yđ

15 Khoảng cách từ điểm đo đến góc 0,0 theo trục Y

mm

89,9809457

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

45

2.8: Bảng tính các thông số của đầu đo khi đo B2.2 + thêm 1 xung của E1

- Thông số thiết bị ở vị trí B2.2+ 1 xung của E1 theo bảng sau:

BẢNG TÍNH CÁC THÔNG SÔ CỦA ĐẦU ĐO KHI ĐO B2.2 + thêm 1 xung của E1

TT

Tên thông số

Ký hiệu

Đ.V

Giá trị tính (auto)

Bội số góc mở của Encoder 1 vị trí 2

k1

507,000

Bội số góc mở của Encoder 2 vị trí 2

k2

4.334,000

1 Góc mở của Encoder1 ứng với E (bội của k1)

độ(0)

9,1260000

E

2 Góc mở tức thời của Encoder 1

độ(0)

55,7677877

đ

3 Góc mở của Encoder1 ứng với E (bội của k2)

độ(0)

78,0120000

E

4 Góc mở tức thời của Encoder2

độ(0)

102,6263330

đ

5 Góc đo tức thời của Encoder 2

radian

1,7911674

đ

6 Cosin góc đo tức thời của Encoder 2

-0,2185917

Cos( đ )

5 Bình phƣơng chiều dài khâu khép kín

mm

70.590,88467

2 Cđ

6 Chiều dài khâu khép kín

mm

265,6894516

Cđ

7 Cosin góc giữa khâu khép kín và tay đo a

0,8091201

Cos( đ1)

8 Góc giữa khâu khép kín và tay đo a (radian)

radians

0,6281431

đ1

9 Góc giữa khâu khép kín và tay đo a

độ(0)

35,9899468

đ1

10 Góc giữa khâu khép kén và trục x

độ(0)

19,7778409

đ2

11 Góc giữa khâu khép kén và trục x

radians

0,3451884

đ2

12 Cos góc giữa khâu khép kín và trục x

0,9410117

Cos( đ2)

13 Sin góc giữa khâu khép kín và trục x

0,3383740

Sin( đ2)

14 Khoảng cách từ điểm đo đến góc 0,0 theo trục X

mm

250,0168839

Xđ

15 Khoảng cách từ điểm đo đến góc 0,0 theo trục Y

mm

89,9024050

Yđ

*) Độ phân giải tại điểm đo (B2.2) theo trục tọa độ X.

(2.46) Xmin = X1 - X2 = 0,0283mm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

*) Độ phân giải tại điểm đo (B) theo trục tọa độ Y

46

Ymin = Y1 - Y2 = 0,0875mm (2.47)

*) Độ phân giải tại điểm đo (khoảng cách bé nhất giữa hai điểm đo

= 0,0835mm (2.48) Emin =

2.33: Sơ đồ tính độ phân giải tại điểm B3

2.5.4 Kết quả tính độ phân giải của thiết bị tại vị trí B3

(dựng hình bằng Autocad với kích thước thực để sơ bộ xác định vị điểm đo tại vị trí B3)

- Bằng phƣơng pháp vẽ Autocad xác định đƣợc:

+ Góc mở tức thời của Encoder E1: 60 28'13” = 6,4702780; + Góc mở tức thời của Encoder E2: 110012'14" = 110,2038890.

- Đƣa về bội số của Encoder và làm tròn:

+ Số xung phát ra của Encoder E1: 6,4702780 : 0,018 = 359 xung; + Số xung phát ra của Encoder E2: 110,0213890 : 0,018 = 6112 xung.

- Thông số thiết bị ở vị trí B3.3 (đã đƣợc làm tròn theo số xung phát ra ở vị trí

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

sát điểm B3) theo bảng sau:

47

2.9: Các thông số của thiết bị tại vị trí đo B3.3

CÁC THÔNG SỐ CỦA THIẾT BỊ TẠI VỊ TRÍ ĐO B3.3

TT

Tên thông số

Ký hiệu

Đ.V

Giá trị (nhập dữ liệu)

Bội số góc mở của Encoder 1 vị trí 1

k1

359,000

Bội số góc mở của Encoder 2 vị trí 1

k2

6.112,000

1 Góc mở của Encoder1 ứng với E (bội của k1)

độ(0)

6,4620000

E

đ

2 Góc mở tức thời của Encoder 1

độ(0)

58,4317877

3 Góc mở của Encoder1 ứng với E (bội của k2)

độ(0)

110,0160000

E

đ

4 Góc mở tức thời của Encoder 2

độ(0)

134,6303330

đ

5 Góc mở tức thời của Encoder 2

radian

2,3497426

6 Cosin góc đo tức thời của Encoder 2

-0,7025299

Cos( đ )

5 Bình phƣơng chiều dài khâu khép kín

mm

98.465,72276

2 Cđ

6 Chiều dài khâu khép kín

mm

313,7924836

Cđ

7 Cosin góc giữa khâu khép kín và tay đo a

0,9318413

Cos( đ1)

8 Góc giữa khâu khép kín và tay đo a (radian)

radians

0,3713419

đ1

9 Góc giữa khâu khép kín và tay đo a

độ(0)

21,2763217

đ1

10 Góc giữa khâu khép kén và trục x

độ(0)

37,1554660

đ2

11 Góc giữa khâu khép kén và trục x

radians

0,6484852

đ2

12 Cos góc giữa khâu khép kín và trục x

0,7969996

Cos( đ2)

13 Sin góc giữa khâu khép kín và trục x

0,6039798

Sin( đ2)

14 Khoảng cách từ điểm đo đến góc 0,0 theo trục X

Xđ

mm

250,0924873

15 Khoảng cách từ điểm đo đến góc 0,0 theo trục Y

Yđ

mm

189,5243271

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

48

2.10: Bảng tính các thông số của đầu đo khi đo B3.3 + thêm 1 xung của E1

- Thông số thiết bị ở vị trí B3.3 + 1 xung của E1 theo bảng sau:

BẢNG TÍNH CÁC THÔNG SÔ CỦA ĐẦU ĐO KHI ĐO B3.3 + thêm 1 xung của E1

Giá trị tính

TT

Tên thông số

Ký hiệu

Đ.V

(auto)

Bội số góc mở của Encoder 1 vị trí 2

k1

360,000

Bội số góc mở của Encoder 2 vị trí 2

k2

6.112,000

1

Góc mở của Encoder1 ứng với E (bội của k1)

độ(0)

6,4800000

E

2 Góc mở tức thời của Encoder 1

độ(0)

58,4137877

đ

3 Góc mở của Encoder1 ứng với E (bội của k2)

độ(0)

110,0160000

E

4 Góc mở tức thời của Encoder2

độ(0)

134,6303330

đ

5 Góc đo tức thời của Encoder 2

radian

2,3497426

đ

6 Cosin góc đo tức thời của Encoder 2

-0,7025299

Cos( đ )

5 Bình phƣơng chiều dài khâu khép kín

mm

98.465,72276

2 Cđ

6 Chiều dài khâu khép kín

mm

313,7924836

Cđ

7 Cosin góc giữa khâu khép kín và tay đo a

0,9318413

Cos( đ1)

8 Góc giữa khâu khép kín và tay đo a (radian)

radians

0,3713419

đ1

9 Góc giữa khâu khép kín và tay đo a

độ(0)

21,2763217

đ1

10 Góc giữa khâu khép kén và trục x

độ(0)

37,1374660

đ2

11 Góc giữa khâu khép kén và trục x

radians

0,6481711

đ2

12 Cos góc giữa khâu khép kín và trục x

0,7971893

Cos( đ2)

13 Sin góc giữa khâu khép kín và trục x

0,6037294

Sin( đ2)

14 Khoảng cách từ điểm đo đến góc 0,0 theo trục X

mm

250,1520158

Xđ

15 Khoảng cách từ điểm đo đến góc 0,0 theo trục Y

mm

189,4457489

Yđ

*) Độ phân giải tại điểm đo (B3.3) theo trục tọa độ X.

(2.49) Xmin = X1 – X2 = 0,0595mm

*) Độ phân giải tại điểm đo (B) theo trục tọa độ Y

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Ymin = Y1 - Y2 = 0,0786mm (2.50)

49

*) Độ phân giải tại điểm đo (khoảng cách bé nhất giữa hai điểm đo

= 0,0986mm (2.51) Emin =

2.5.5 Kết quả tính độ phân giải của thiết bị tại vị trí B4

- Bằng phƣơng pháp vẽ Autocad xác định đƣợc:

+ Góc mở tức thời của Encoder E1: 280 11''9” = 28,185830; + Góc mở tức thời của Encoder E2: 65059'34" = 65,992770.

- Đƣa về bội số của Encoder và làm tròn:

2.34: Sơ đồ tính độ phân giải tại điểm B4

+ Số xung phát ra của Encoder E1: 28,185830 : 0,018 = 1565 xung; + Số xung phát ra của Encoder E2: 65,992770 : 0,018 = 3666 xung.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

( dựng hình bằng Autocad với kích thước thực để sơ bộ xác định vị điểm đo tại vị trí B4)

50

- Thông số thiết bị ở vị trí B4.4 (đã đƣợc làm tròn theo số xung phát ra ở vị trí

2.11: Các thông số của thiết bị tại vị trí đo B4.4

sát điểm B4) theo bảng sau:

CÁC THÔNG SỐ CỦA THIẾT BỊ TẠI VỊ TRÍ ĐO B4.4

TT

Tên thông số

Ký hiệu

Đ.V

Giá trị (nhập dữ liệu)

Bội số góc mở của Encoder 1 vị trí 1

k1

1.565,000

Bội số góc mở của Encoder 2 vị trí 1

k2

3.666,000

1

Góc mở của Encoder1 ứng với E (bội của k1)

độ(0)

28,1700000

E

2 Góc mở tức thời của Encoder 1

độ(0)

93,0637877

đ

3 Góc mở của Encoder1 ứng với E (bội của k2)

độ(0)

65,9880000

E

4 Góc mở tức thời của Encoder 2

độ(0)

90,6023330

đ

5 Góc mở tức thời của Encoder 2

radian

1,5813090

đ

6 Cosin góc đo tức thời của Encoder 2

-0,0105125

Cos( đ )

5 Bình phƣơng chiều dài khâu khép kín

mm

58.605,52004

2 Cđ

6 Chiều dài khâu khép kín

mm

242,0857700

Cđ

7 Cosin góc giữa khâu khép kín và tay đo a

0,7504861

Cos( đ1)

8 Góc giữa khâu khép kín và tay đo a (radian)

radians

0,7219991

đ1

9 Góc giữa khâu khép kín và tay đo a

độ(0)

41,3674990

đ1

10 Góc giữa khâu khép kén và trục x

độ(0)

51,6962887

đ2

11 Góc giữa khâu khép kén và trục x

radians

0,9022704

đ2

12 Cos góc giữa khâu khép kín và trục x

0,6198299

Cos( đ2)

13 Sin góc giữa khâu khép kín và trục x

0,7847362

Sin( đ2)

14 Khoảng cách từ điểm đo đến góc 0,0 theo trục X

mm

150,0519897

Xđ

15 Khoảng cách từ điểm đo đến góc 0,0 theo trục Y

mm

189,9734729

Yđ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

51

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

52

- Thông số thiết bị ở vị trí B4.4 + 1 xung của E1 (trên bảng tính Excel) theo

2.12: Bảng tính các thông số của đầu đo khi đo B4.4 + thêm 1 xung của E1

bảng sau:

BẢNG TÍNH CÁC THÔNG SÔ CỦA ĐẦU ĐO KHI ĐO B4.4 + thêm 1 xung của E1

TT

Tên thông số

Ký hiệu

Đ.V

Giá trị tính (auto)

1.566,000

k1

Bội số góc mở của Encoder 1 vị trí 2

3.666,000

k2

Bội số góc mở của Encoder 2 vị trí 2

1 Góc mở của Encoder1 ứng với E (bội của k1)

28,1880000

độ(0)

E

2 Góc mở tức thời của Encoder 1

93,0817877

độ(0)

đ

65,9880000

độ(0)

3 Góc mở của Encoder1 ứng với E (bội của k2)

E

4 Góc mở tức thời của Encoder2

90,6023330

độ(0)

đ

5 Góc đo tức thời của Encoder 2

radian

1,5813090

đ

6 Cosin góc đo tức thời của Encoder 2

-0,0105125

5 Bình phƣơng chiều dài khâu khép kín

mm

58.605,52004

Cos( đ ) 2 Cđ

6 Chiều dài khâu khép kín

mm

242,0857700

Cđ

7 Cosin góc giữa khâu khép kín và tay đo a

0,7504861

Cos( đ1)

8 Góc giữa khâu khép kín và tay đo a (radian)

radians

0,7219991

đ1

9 Góc giữa khâu khép kín và tay đo a

độ(0)

41,3674990

đ1

10 Góc giữa khâu khép kén và trục x

độ(0)

51,7142887

đ2

11 Góc giữa khâu khép kén và trục x

radians

0,9025846

đ2

12 Cos góc giữa khâu khép kín và trục x

0,6195833

Cos( đ2)

13 Sin góc giữa khâu khép kín và trục x

0,7849309

Sin( đ2)

Xđ

mm

149,9923004

14 Khoảng cách từ điểm đo đến góc 0,0 theo trục X

Yđ

mm

190,0206038

15 Khoảng cách từ điểm đo đến góc 0,0 theo trục Y

*) Độ phân giải tại điểm đo (B4.4) theo trục tọa độ X.

Xmin= X1 – X2 = 0,0597mm (2.52)

*) Độ phân giải tại điểm đo (B) theo trục tọa độ Y

Ymin = Y1 - Y2 = 0,0471mm (2.53)

*) Độ phân giải tại điểm đo khoảng cách bé nhất giữa hai điểm đo

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

= 0,0761mm (2.54) Emin =

53

2.5.6 Lựa chọn dung sai các chiều dài khâu và dung sai đƣờng kính đầu đo

khi nhập vào phần mềm của máy đo.

- Dung sai: Là sai lệch giữa kích thƣớc nhập vào phần mềm máy đo và kích thực tế (Ví dụ: kích thƣớc nhập vào phần mềm là 180,0mm nhƣng thực tế là 180,05; dung sai là: 0,05mm).

Dung sai nhiều khâu, kích thƣớc đầu đo... liên quan đến công nghệ chế tạo và công nghệ đo kiểm sau sau khi chế tạo. Câu hỏi đặt ra là cho phép sai lệch thực tế các khâu là bao nhiêu so với lý thuyết tối đa là bao nhiêu?

Để giải bài toán này em sử dụng phƣơng pháp lựa chọn và kiểm chứng:

+ Lựa chọn: Dựa trên độ chính xác của dụng cụ đo;

+ Kiểm chứng: Sử dụng các công thức và bảng tính Excel đã áp dụng;

+ Kết luận: Nếu kiểm chứng đạt yêu cầu thì kết luận dung sai đã chọn.

2.13: Các thông số chính của thiết bị

Ký hiệu Đơn vị tính

- Lựa chọn dung sai theo Bảng:

Chiều dài tay đo 1

Chiều dài tay đo 2

Các thông số trung gian

a a+0,1 a-0,1 b b+0,1 b-0,1 X X+0,10 X-0,10 Y Y+0,10 X-0,10 d d+0,10 d-0,10 +0,10 -0,10

mm mm mm mm mm mm mm

Giá trị 180,00 180,10 179,90 160,0 160,10 159,90 67,00 67,10 66,90 40,0 40,10 39,90 10,00 10,10 9,90 6,00 6,10 5,90

Cách tính Lý thuyết Max Min Lý thuyết Max Min Lý thuyết Max Min Lý thuyết Max Min Lý thuyết Max Min Lý thuyết Max Min Ở phần này chỉ tính vị vị trí xa nhất trong phạm vi đo (điểm B3.3)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Thông số

54

2.14:Các thông số của thiết bị với giá trị Max

Bảng thông số máy với các giá trị max:

CÁC THÔNG SỐ CỦA THIẾT BỊ VỚI GIÁ TRỊ MAX

Giá trị (nhập)

Tên thông số

TT 1 Độ phân giải của Encoder 1 2 Độ phân giải của Encoder 2

Đ.V ppr ppr

Ký hiệu E1 E2

5.000,00 5.000,00

3 Độ khuếch đại tần số của PLC 4 Độ dài tay đo 1

lần mm

n a

4,00 180,10

5 Độ dài tay đo 2

mm

b

160,10

6 Các thông số trung gian

7

mm

X

67,10

8

mm

Y

40,10

9

mm

Y2

40,10

10

mm

d

10,10

11

mm

6,10

12 13

f1 f2

Độ phân giải góc của Encoder 1 qua PLC Độ phân giải góc của Encoder 2 qua PLC

độ(0) độ(0)

0,0180000 0,0180000

2.15: Các thông số của thiết bị tại vị trí đo B3.3 Max

Kết quả tính tọa độ B3.3 (X, Y) với các giá trị Max (trên bảng tínhExcel):

CÁC THÔNG SỐ CỦA THIẾT BỊ TẠI VỊ TRÍ ĐO B3.3 Max

Tên thông số

Giá trị (nhập)

Ký hiệu k1 k2

Đ.V

359,000 6.112,000

E đ

độ(0) độ(0)

6,4620000 58,4780687

độ(0) độ(0) radian

110,0160000 134,6879055 2,3507474

E đ đ

-0,7032446

Cos( đ )

2

mm

98.622,746254

Cđ

mm

314,0425867

Cđ

0,9320057

Cos( đ1)

radians

0,3708886

đ1

độ(0)

21,2503496

đ1

độ(0)

37,2277192

đ2

radians

0,6497463

đ2

0,7962373

Cos( đ2)

TT Bội số góc mở của Encoder 1 vị trí 1 Bội số góc mở của Encoder 2 vị trí 1 1 Góc mở của Encoder1 ứng với E (bội của k1) 2 Góc mở tức thời của Encoder 1 3 Góc mở của Encoder1 ứng với E (bội của k2) 4 Góc mở tức thời của Encoder 2 5 Góc mở tức thời của Encoder 2 6 Cosin góc đo tức thời của Encoder 2 5 Bình phƣơng chiều dài khâu khép kín 6 Chiều dài khâu khép kín 7 Cosin góc giữa khâu khép kín và tay đo a 8 Góc giữa khâu khép kín và tay đo a (radian) 9 Góc giữa khâu khép kín và tay đo a 10 Góc giữa khâu khép kén và trục x 11 Góc giữa khâu khép kén và trục x 12 Cos góc giữa khâu khép kín và trục x 13 Sin góc giữa khâu khép kín và trục x 14 Khoảng cách từ điểm đo đến góc 0,0 theo trục X 15 Khoảng cách từ điểm đo đến góc 0,0 theo trục Y

Sin( đ2) Xđ Yđ

mm mm

0,6049844 250,0524292 189,9908653

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

55

2.16 Các thông số của thiết bị với giá trị min

Bảng thông sô máy với các giá trị min:

CÁC THÔNG SỐ CỦA THIẾT BỊ VỚI GIÁ TRỊ MIN

Giá trị (nhập)

Tên thông số

TT 1 Độ phân giải của Encoder 1 2 Độ phân giải của Encoder 2

Đ.V ppr ppr

Ký hiệu E1 E2

5.000,00 5.000,00

3 Độ khuếch đại tần số của PLC 4 Độ dài tay đo 1

lần mm

n a

4,00 179,90

5 Độ dài tay đo 2

mm

b

159,90

6 Các thông số trung gian

mm

X

66,90

7

mm

Y

39,90

8

mm

Y2

39,90

9

mm

d

9,90

10

mm

5,90

11

f1

Độ phân giải góc của Encoder 1 qua PLC

độ(0)

0,0180000

12

f2

Độ phân giải góc của Encoder 2 qua PLC

độ(0)

0,0180000

13

2.17: Các thông số của thiết bị tại vị trí đo B3.3 Min

Kết quả tính tọa độ B3 (X, Y) với các giá trị min (trên bảng tínhExcel):

CÁC THÔNG SỐ CỦA THIẾT BỊ TẠI VỊ TRÍ ĐO B3.3 min

Tên thông số

Ký hiệu k1 k2

Đ.V Giá trị (nhập) 359,000 6.112,000

TT Bội số góc mở của Encoder 1 vị trí 1 Bội số góc mở của Encoder 2 vị trí 1

Góc mở của Encoder1 ứng với E (bội của k1)

E đ

độ(0) độ(0)

6,4620000 58,3851338

độ(0) độ(0) radian

110,0160000 134,5726924 2,3487366

E đ đ

-0,7018136

mm

98.308,7750

mm

313,5423018

Cos( đ ) 2 Cđ Cđ

0,9316765

Cos( đ1)

radians

0,3717956

đ1

độ(0)

21,3023214

đ1

độ(0)

37,0828125

đ2

radians

0,6472172

đ2

0,7977648

Cos( đ2)

1 2 Góc mở tức thời của Encoder 1 3 Góc mở của Encoder1 ứng với E (bội của k2) 4 Góc mở tức thời của Encoder 2 5 Góc mở tức thời của Encoder 2 6 Cosin góc đo tức thời của Encoder 2 5 Bình phƣơng chiều dài khâu khép kín 6 Chiều dài khâu khép kín 7 Cosin góc giữa khâu khép kín và tay đo a 8 Góc giữa khâu khép kín và tay đo a (radian) 9 Góc giữa khâu khép kín và tay đo a 10 Góc giữa khâu khép kén và trục x 11 Góc giữa khâu khép kén và trục x 12 Cos góc giữa khâu khép kín và trục x 13 Sin góc giữa khâu khép kín và trục x 14 Khoảng cách từ điểm đo đến góc 0,0 theo trục X

Sin( đ2) Xđ

mm

0,6029687 250,1330251

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

56

15 Khoảng cách từ điểm đo đến góc 0,0 theo trục Y

Yđ

mm

189,0561948

* Phân tích:

2.18: Khoảng cách max từ điểm đo B3.3 đến gốc 0,0

Giá trị

Thông số

|Sai lệch|

Lý thuyết

Max

0,099587

Khoảng cách từ điểm đo B3.3 đến gốc 0,0 theo trục X

250,1520158 250,0524292

0,545116

Khoảng cách từ điểm đo B3.3 đến gốc 0,0 theo trục Y

189,4457489 189,9908653

- Với giá trị max:

2.19: Khoảng cách min từ điểm đo B3.3 đến gốc 0,0

Giá trị

|Sai lệch|

Thông số

Lý thuyết

Min

0,018991

Khoảng cách từ điểm đo B3.3 đến gốc 0,0 theo trục X

250,1520158 250,1330251

0,389554

Khoảng cách từ điểm đo B3.3 đến gốc 0,0 theo trục Y

189,4457489 189,0561948

- Với giá trị min:

* Kết luận:

- Với sai số nhập số liệu đến ±0,10mm, thiết bị đảm bảo đƣợc thông số kỹ thuật của máy.

- Giá trị nhập các thông số nhập vào phần mềm càng gấn giá trị thực thì cho kết quả đo càng chính xác.

- Kết luận này có ý nghĩa rất lớn trong chi phí xác định chiều dài thực của các tay đo và các kích thƣớc trung gian.

2.5.7 Ảnh hƣởng số xung của Encoder đến độ phân giải của tính bị

Câu hỏi đặt ra là: Chọn Encoder có độ phân giải (xung/ vòng) bao nhiêu là đủ để đảm bảo độ chính xác của thiết bị.

- Tra các Encoder tiêu chuẩn. - Kiểm tra ngƣợc theo bảng tính Excel. - Kết luận.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

* Qua tính toán cho thấy trong thiết bị đo theo nguyên lý Robot thì độ phân giải của Encoder đóng vai trò quyết định đến độ chính xác của phép đo. Trên thị trƣờng hiện nay chủ yếu là các Encoder phổ thông thƣờng có độ phân giải thấp (tối đa là

57

10.000 ppr) đây là một hạn chế để chế tạo ra một thiết bị đo có độ phân giải và chính xác cao.

2.5.8 Cấu hình phần cứng của máy

2.20: Bộ thông số kỹ thuật của máy

Sau khi tính toán chọn bộ số liệu phần cứng của máy đo là:

BỘ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MÁY

Tên thông số bị

- Độ phân giải của Emcoder 1 - Độ phân giải của Emcoder 2 - Độ khuếch đại tần số của PLC - Chiều dài tay đo 1: - Chiều dài tay đo 2

5.000 5.000 4,0 180 160 X = 67,0mm Y= 40,0mm d=10,0mm

- Các thông số trung gian:

E1 E2 n a b X Y d

Ký hiệu Đơn vị đo Giá trị ppr ppr Lần mm mm mm mm mm mm

= 6,0mm ≤ |0,1|

mm mm

B1 (100,90) B2 (250,90) B3 (250,190) B4 (100,190) 0,060 0,079

Trục X Trục Y

mm

0,099

- Dung sai kích thƣớc thực và kích thƣớc nhập vào phần mềm - Phạm vi đo: giới hạn trong hình vuông đƣợc giới hạn bởi các điểm: B1, B2, B3, B4. - Cho phép phát triển vùng đo ngoài giới hạn về phía trục OX và OY - Độ phân giải của điểm đo lớn nhất trong phạm vi đo. - Độ phân giải theo tại điểm có độ phân giải thấp nhất trong phạm vi đo.

2.6 Phầm mềm của máy

2.6.1 Mục tiêu của phần mềm

- Kết nối truyền thông giữa hệ thống Cơ - Điện tử (phần cứng với phần mềm);

- Lƣu đƣợc 100% các điểm đo thành đám mây điểm và nối các điểm thành

đƣờng polyline;

- Lƣu dữ liệu thành file: *.xls và *dwg;

- Tính linh động cao: Thay đổi tùy ý với các số liệu phần cứng.

2.6.2 Xác định sai số bằng phƣơng pháp nội suy sử dụng hàm định dạng

2.6.2.1 Tổng quan về sai số

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Bản thân một tay đo cấu hình robot sẽ hàm chứa các thành phần sai số nhƣ sau:

58

- Sai số do chế tạo khâu (dung sai khoảng cách 2 đƣờng trục dl, dung sai độ

song song hai đƣờng trục );

- Dung sai lắp ghép (dung sai độ rơ hƣớng kính của ổ đỡ trục quay);

- Sai số biến dạng nhiệt và rung động cơ học (không đề cập đến trong đề tài);

- Sai số biến dạng đàn hồi (không đề cập đến trong đề tài do tải trọng bản thân

và đầu đo không đáng kể);

- Sai số phƣơng pháp đo và sai số quy tròn khi xử lý số liệu;

2.35: Các dạng sai số chế tạo khâu robot

- Sai số do mòn, mỏi của vật liệu;

Bản thân sai số gá đặt vật thể có thể loại trừ vì khi gá vật ở các vị trí khác nhau

kết quả nhận đƣợc profil nhƣ nhau nhƣng vị trí và hƣớng của nó so với hệ quy

chiếu cơ sở có sự khác biệt, điều này không bị coi là sai số.

Tất cả các sai số này tích lũy qua các khâu và làm thay đổi tọa độ của điểm cuối

(thƣờng là đầu đo hay tâm bàn tay mang đầu đo), việc xác định chính xác các

thành phần này hai nhóm bao gồm sai số có quy luật và sai số ngẫu nhiên để bù

vào kết quả đo là rất cần thiết.

Gọi là vị trí thực mà robot đạt đƣợc tại điểm thứ i;

là vị trí mong muốn ở điểm thứ i;

Giá trị sai lệch trung bình ở điểm thứ i mà tay đo mắc phải là:

(2.55)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Trong đó N là số lần lấy mẫu tại điểm đo (số lần đo), đặt:

59

(2.56)

Giá trị trung bình của đại lƣợng này là:

(2.57)

Gọi: (2.58)

Độ chính xác vị trí đƣợc tính theo công thức:

(2.59)

Độ chính xác định vị lặp lại tính theo công thức:

(2.60)

Nhƣ vậy việc thực nghiệm sai số tại một điểm Pi nào đó thuộc vùng làm việc

luôn cho ra kết quả xác định, việc bù lại các sai số có tính quy luật này có thể làm

đƣợc.

2.6.2.2 Quy đổi sai số giữa hai không gian:

Giả sử tọa độ của điểm cuối (tâm của đầu đo) về danh nghĩa xác định bởi một

dƣỡng mẫu là [3]:

(2.61)

Gọi là sai số vị trí và hƣớng của khâu tác động cuối đo

đƣợc từ thực nghiệm đó, có nghĩa là vị trí thực tế của đầu đo có kể đến sai số nhận

biết đƣợc là:

(2.62)

Vậy sai số đo đƣợc trong không gian công tác này này có

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

thể chuyển đổi ngƣợc để xác định dịch chuyển đã sinh ra nó trong không gian khớp

60

(sai số độ rơ của khớp hoặc sai số chế tạo khâu) bằng cách giải chính xác hệ

phƣơng trình động học sau:

(2.63)

Vế phải là phƣơng trình liên kết của robot đó, nhƣ vậy có thể thấy việc chọn độ

phân giải của cảm biến và việc xác định sai số độ rơ của khớp dùng cùng một mô

hình toán song mục đích khác nhau.

2.6.2.3 Nội suy sai số bằng hàm định dạng:

Do mỗi một bƣớc chế tạo, lắp ráp, hoặc thiết kế đều có sai số, các sai số này

ảnh hƣởng lên kết quả đo. Để loại trừ các sai số này có hai phƣơng án:

- Nâng cao chất lƣợng chế tạo phần cứng;

- Bù lại các ảnh hƣởng của phần cứng bằng phần mềm.

Phƣơng án thứ hai thƣờng đƣợc lựa chọn phổ biến hơn, nó không đòi hỏi xuất

phát bởi một phần cứng quá khắt khe về chất lƣợng và để giữ đƣợc độ chính xác

lâu dài chức năng bù bắt buộc phải có. Một giải thuật bù không đòi hỏi tính toán

quá nhiều kết hợp với một phƣơng thức nội suy hợp lý là lựa chọn hàng đầu cho

máy chính xác.

Chia không gian công tác của robot thành một số hữu hạn các phần tử bằng các

lớp mặt phẳng song song với các mặt tạo thành bởi các trục của hệ quy chiếu cơ sở

gắn với giá của robot. Giao điểm của các mặt này định hình các phần tử dạng hộp

chữ nhật và các đỉnh của nó đƣợc gọi là điểm chuẩn.

Tùy theo quỹ đạo của điểm cuối trên robot, ngƣời điều khiển cần xác định sai

số vị trí và hƣớng tại các điểm chuẩn cụ thể bằng cách thực nghiệm hoặc thông qua

các tính toán đơn giản. Hệ thống sai số ở các điểm này sau đó dùng làm cơ sở để

nội suy sai số ở các điểm trung gian khác của quỹ đạo. Việc làm này đẩy nhanh

đƣợc quá trình tính toán sai số do đã thay thế bài toán tính hoặc đo sai số là bài

toán có chi phí tính toán lớn bằng bài toán nội suy là bài toán có chi phí tính toán

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

nhỏ hơn.

61

2.36: a. Sơ đồ chia lưới không gian công tác trên mặt chiếu đứng và chiếu bằng

b. Hệ tọa độ (r, s, t) cho các hàm định dạng trên phần tử dạng hộp

Hàm định dạng cho 8 phần tử trên hình 2.25 xác định nhƣ sau:

(2.64)

Nhƣ vậy giả sử sai số ở tâm của phần tử hộp nói trên là biết trƣớc thì 8 đỉnh của

nó có thể nội suy đƣợc sai số theo các hàm định dạng nói trên theo trình tự sau:

Hệ quy chiếu r, s, t đặt tại trọng tâm của phần tử nên có công thức chuyển trục:

(2.65)

Trong đó a, b, c xác định theo hình 2, tọa độ trọng tâm của phần tử đang xét:

(2.66)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Nhƣ vậy các giá trị (r, s, t) này biến thiên trong đoạn [-1;1].

62

Sai số vị trí hoặc hƣớng tại một điểm chuẩn bất kỳ đƣợc nội suy qua hàm định

dạng:

(2.67)

Trong đó:

= là sai số vị trí hoặc hƣớng tại một điểm chuẩn bất kỳ đã

xác định đƣợc bằng thực nghiệm;

sai số đã biết tại các điểm chuẩn thống qua tính toán hoặc thực nghiệm;

n: số điểm chuẩn trên phần tử.

Nhận thấy sai số đo đƣợc ở một điểm chuẩn nào đó khi tính lại theo công thức

nói trên vẫn bảo toàn giá trị của nó tại chính điểm đó, đây chính là điểm mấu chốt

của phƣơng pháp.

2.6.3 Chế thử, nghiên cứu xác định mẫu mực thiết kế phần mềm

* Một số vướng mắc trong quá trình chế thử thiết bị, cách giải quyết:

- Số liệu lƣu dời rạc thiếu:

+ Nguyên nhân: Số liệu đƣợc lƣu trên máy tính, do vậy tốc độ ghi của máy tính

không kịp với tốc chuyển đầu đo dẫn đến ghi thiếu dữ liệu;

+ Giải pháp: Lựa chọn lại PLC loại PLC-CPU Model CP1L-L20DR-A , đây là thiết bị vừa xử lý số liệu và có bộ nhớ đệm (bộ nhớ đêm 5k steps, 10 Words; tốc độ

thực thi 0,55 s) dữ liệu đƣợc lƣu trên bộ nhớ đệm của PLC và tải lên bộ nhớ của máy tính;

- Dữ liệu File: *.Dwg là đƣờng nhấp nhô (thấy rất rõ khi phóng to) (hình 2.26)

2.37: Sơ đồ mô phỏng điểm đo

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

+ Nguyên nhân: Bản chất phép đo là đƣờng polyline nối các điểm đo, do giới hạn độ phân giải của máy nên các điểm đo này là các điểm dao động xung quang điểm đo thực.

63

2.38: Sơ đồ mô phỏng biên dạng đo đã được hồi quy (làm mịn)

+ Giải pháp: Để có đƣợc profin đo gần chùng với profin thực trong phạm vi kỹ thuật của máy đo có nhiều giải pháp, lựa chọn giải pháp "hồi quy giá trị trung bình" với số lần hồi quy (làm mịn) đƣờng polyline cho phép tùy chọn trong phần mềm từ 1 đến 9999 lần (hình 2.27).

2.6.4 Phân tích kết quả đo, các giải pháp hồi quy profin đo, giải pháp về sai số

Giả sử cần tiếp tục xử lý file dữ liệu *.xls thành file *.dwg có thể thực hiện theo

cách khác nhƣ sau:

Sau khi máy đã dựng hoàn chỉnh và dữ liệu đo từ hai cảm biến đã kết nối vào

máy tính, kết quả đo dƣới dạng hai cột tọa độ (file *.txt) tiếp tục đƣợc xử lý thành

đồ thị (file *.dwg) nhằm hỗ trợ gia công trên các phần mềm CAD/CAM đƣợc

B

2.21: Trích một đoạn biên dạng đo đƣợc dƣới dạng text

thuận tiện.

X 130.6873 130.6719 130.6873 130.6719 130.6379 130.604 130.5701 130.5546 130.5207 130.5052 X 130.4713 130.4373 130.4218 130.3879 130.3724 130.3384 130.3045 130.289 130.2211 130.1716 Y 49.26048 P11 49.32511 P12 49.26048 P13 49.32511 P14 49.28799 P15 49.2509 P16 49.21382 P17 49.27842 P18 49.24133 P19 49.3059 P20

Y 49.26882 P1 49.23175 P2 49.29631 P3 49.25924 P4 49.32378 P5 49.2867 P6 49.24964 P7 49.31415 P8 49.24002 P9 49.26747 P10 Sau khi có tọa độ điểm tiếp xúc giữa đầu đo và chi tiết với một mật độ lấy mẫu

nào đó thì có thể xây dựng đƣợc quỹ tích các điểm này bằng cách tiến hành nội

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

suy, các phƣơng pháp nội suy thƣờng sử dụng trong kỹ thuật:

64

- Nội suy bằng cách sử dụng đa thức Lagrange;

- Nội suy bằng cách sử dụng đa thức Newton;

- Nội suy theo phƣơng pháp bình phƣơng bé nhất;

- Nội suy đƣờng cong phức hợp bậc ba (bezier, B-Spline, ferguson,…).

Cách làm này cần khối lƣợng thực nghiệm lớn và khối lƣợng tính toán lớn mới

đảm bảo chính xác. Do bản thân các hệ trên cần viết đủ số phƣơng trình cân bằng

với số ẩn mới đủ điều kiện xác định các ẩn đƣa vào, trong bài toán cụ thể là làm

trơn đồ họa của đƣờng cong đƣợc lấy mẫu bởi máy PCMM ở đây, có một điểm

khác biệt với các tình huống thƣờng thấy nói trên là tần xuất lấy mẫu lớn (50Hz).

Với mật độ điểm dày đặc nhƣ vậy đủ mô tả chính xác các bề mặt kỹ thuật mà

không cần nội suy. Bản chất của việc nội suy cũng là tạo ra cơ sở xác định lại mật

độ các điểm trung gian đủ lớn làm căn cứ mô tả, khi đó di chuyển của đầu đo giữa

hai điểm kề nhau là đƣờng thẳng. Còn trong trƣờng hợp mật độ điểm đo không đủ

dày không thể sử dụng phân tố bậc nhất để nội suy, lúc này cần sử dụng đến các kỹ

2.39: Sự khác nhau của phân tố nội suy khi mật độ điểm mẫu khác nhau

thuật nội suy nói trên.

Do vậy trong trƣờng hợp này biên dạng của chi tiết đo đƣợc hoàn toàn có thể

xây dựng theo cách nối các điểm chốt bằng đoạn thẳng. Chú ý rằng nếu nghiên cứu

kỹ cách thức hành xử của MasterCAM có thể nhận ra quan điểm tƣơng đồng trong

việc tạo ra file NC-Code khi điều khiển máy công cụ:

- Nếu là đƣờng tròn, sử dụng phân tố nội suy bậc 2, số lƣợng điểm key nhỏ;

- Nếu là đƣờng cong khác, sử dụng mật độ key lớn, phân tố bậc nhất.

Trong trƣờng hợp không có điều kiện lấy mẫu với tần suất lớn, dựa vào nghiệm

của đa thức trêbƣsep ngƣời ta xác định đƣợc tần suất lấy mẫu tối ƣu [3].

Nếu theo phƣơng án chỉ đo đạc một vài điểm quan trọng của biên dạng sau đó

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

nội suy biên dạng bằng cách sử dụng các đa thức bậc ba tổ hợp nhƣ:

65

- Đƣờng cong đa thức tham số chuẩn tắc bậc ba;

- Đƣờng cong ferguson;

- Đƣờng cong Bspline;

- Đƣờng cong Bezier;

- Đƣờng cong hữu tỉ…

Có hai khả năng xảy ra nếu thực sự vận dụng phƣơng pháp này trên mô hình:

- Nếu mật độ điểm thƣa, mô hình toán vẫn rất lớn vì mỗi phân tố bậc ba cần đƣa

vào bốn ẩn giả định trong khi sai số tại các điểm trung gian chỉ có thể khống chế

bằng cách tăng mật độ điểm lấy mẫu;

- Nếu mật độ điểm mẫu dày đủ khống chế sai số các điểm trung gian, mô hình

rất lớn, tốc độ tính toán không đạt hoặc không thể thực hiện đƣợc.

Do đó phƣơng thức thích hợp hơn cả là tăng tần xuất lấy mẫu và nối hai điểm

đủ gần bằng đƣờng thẳng, loại bỏ các điểm do không chẵn xung bị đẩy ra ngoài

biên dạng đang khôi phục bằng chƣơng trình lọc dữ liệu.

Dƣới đây là kết quả nối các điểm đo bằng đƣờng Pline, thực tế với mật độ điểm

đủ lớn, khoảng cách bƣớc nhảy giữa hai điểm kề nhau xấp xỉ với bƣớc di chuyển

đơn vị của đầu đo theo tính toán ở trên. Kết quả đo thô ban đầu dạng phóng đại cho

2.40: Biên dạng phóng đại nhận được qua phép đo tiếp xúc

thấy hiện tƣợng sau:

Sau khi xem xét kỹ các giá trị bƣớc nhảy của biên dạng so sánh với bề mặt mẫu

đƣợc gia công tinh xác có độ nhấp nhô bé hơn nhiều so với kết quả đo. Nhận thấy

việc tạo ra các bƣớc nhảy trên biên dạng đo là do sự phát xung không đồng bộ của

2 cảm biến vào thời điểm lấy mẫu đã định trƣớc. Biên dạng thực tế sẽ nằm ở giữa

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

các tọa độ ghi nhận đƣợc do vậy cần xử lý để giá đo thực tế sau khi hiệu chỉnh cần

66

giảm khoảng cách với đƣờng danh nghĩa này. Sử dụng tọa độ trung bình so với các

2.41: Kết quả đo ban đầu chưa qua xử lý

tọa độ ghi nhận đƣợc từ phép đo với số lần khác nhau nhận thấy nhƣ sau:

Hoàn toàn có thể cải thiện kết quả đo với các encoder có độ phân giải lớn hơn

song quá trình này có nhƣợc điểm là sự cải thiện diễn ra khá chậm và tăng chi phí

phần cứng rất nhiều. Sẽ là hợp lý hơn nếu vấn đề này xử lý bằng phần mềm và giữ

nguyên cấu hình phần cứng. Một bộ số liệu mới đƣợc sinh ra từ bộ gốc bằng cách

lấy trung bình các tọa độ kề nhau, lặp lại liên tiếp có kiểm soát quá trình này để các

2.42: Kết quả đo xử lý 3 vòng lặp (đen - đỏ - xanh)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

điểm sinh ra về sau càng dịch chuyển về phía bề mặt cần tái tạo.

67

2.43: Biên dạng đã xử lý hoàn thiện với 1000 vòng lặp (đường pline màu đỏ)

Dữ liệu trong file excel là 2 cột mang giá trị x và y là tọa độ của một điểm, nhƣ

vậy mỗi hàng trong excel là một điểm. Lấy dữ liệu vào trƣơng trình “Làm Mịn

Biên Dạng” trong excel.

Chƣơng trình sẽ thực hiện việc xử lý dữ liệu với thuật toán nhƣ sau:

Có n điểm để biểu diễn biên dạng của vật thể, bằng cách nối các điểm đó lại

với nhau lần lƣợt từ điểm thứ nhất đến điểm thứ n. Để xử lý sự nhấp nhô của biên

dạng vật thể thực hiện phép lấy trung bình cộng tọa độ giữa hai điểm liên tiếp nhƣ

2.44: Sơ đồ lấy trung bình tọa độ đo

sau:

Điểm D1 (X1,Y1) sẽ đƣợc thay thế bẳng điểm P1 (X’1,Y’1) với :

X’1=(X1 +X2 )/2

Y’1=(Y1 +Y2 )/2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Tƣơng tự nhƣ vậy điểm D2 (X2,Y2) sẽ đƣợc thay thế bẳng điểm P2 (X’2,Y’2) với:

68

X’2=(X3 +X2 )/2

Y’2=(Y3 +Y2 )/2

2.45: Sơ đồ giải thuật lấy tọa độ điểm trung bình khi mịn hóa

Cứ tiếp tục thực hiện nhƣ vậy cho tới điểm thứ n-1 nhận đƣợc bộ dữ liệu mới cũng gồm có n-1 điểm. Thực hiện vẽ biên dạng của vật thể theo bộ dữ liệu mới nhận đƣợc, sẽ có biên dạng của vật thể ở dạng mịn hơn so với ban đầu. Tùy theo kết quả cuối cùng có đƣợc mà số lần lặp lại thuật toán nhƣ trên nhiều hay ít do ngƣời dùng quyết định. Việc lấy dữ liệu trung bình mỗi lần mất đi một điểm mút, song dữ liệu đo dạng đám mây nên lƣợng mất đi là không đáng kể.

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

69

* Xử lý dữ liệu với digg:

Digg là một ứng dụng tùy chọn của excel có chức năng kết nối dữ liệu excel và

cad để đồ họa kết quả đó. Trong trƣờng hợp này nó có vai trò liên kết máy đo với

cad để vẽ đồ thị, biên dạng có thể vẽ từ file text mà máy đo cung cấp bằng nhiều

phần mềm khác nhau nhƣ excel, matlab, cad nhƣng chỉ có định dạng *.dwg của

cad dùng điều khiển máy công cụ. Bên cạnh file digg.xla có sẵn để add vào excel,

file LamMinBienDang cần tự viết chƣơng trình.

Đầu tiên, cần 2 file add-in sau: LamMinBienDang.xla và didg.xla nạp vào excel

2.46: Cài bổ sung các file công cụ vào excel

đây là các file công cụ dùng để xử lý số liệu máy đo vừa cung cấp.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Bƣớc 2: Sau khi nạp đƣợc 2 file add-in LamMinBienDang.xla và didg.xla

70

2.47: Giao diện add in ứng dụng didg.xla vào excel

2.48: Giao diện của file LamMinBienDang

Code của chƣơng trình hồi quy (làm mịn) biên dạng có thể xem trong phần phụ

lục của đề tài.

2.7 Lựa chọn các chi tiết khác của máy đo

2.7.1 Ổ lăn:

Để chọn đƣợc khe hở hƣớng kính của ổ lăn khi thiết kế cần có dữ liệu về độ dịch chuyển tự do của nó hoặc dung sai chiều dài cho phép của khâu khi biết trƣớc độ di động cho phép của khâu cuối, theo [3] vấn đề sẽ giải quyết theo cách riêng của chúng tôi. Mô hình động học của tay máy viết dƣới dạng đầy đủ cần đƣa thêm các chiều dài của khâu vào mô hình nhƣ sau:

(2.68)

là sai số chiều dài cho Trong đó li là chiều dài danh nghĩa của khâu thứ i,

phép của khâu đó, đại lƣợng này chƣa xác định đƣợc giá trị để chế tạo. Nhằm xác định giá trị này của khâu, quy trình định lƣợng thực hiện nhƣ sau:

Gọi vị trí điểm đang xét trong vùng làm việc (không gian công tác) của robot là:

(2.69)

Trong đó:

mô tả vị trí khâu tác động cuối;

mô tả hƣớng khâu tác động cuối

Giá trị biến khớp cho trạng thái này đƣợc tìm thấy từ việc giải hệ phƣơng trình

http://www.lrc.tnu.edu.vn

sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

71

(2.70)

Giả sử điểm pi trong không gian khớp tại trạng thái hiện thời đƣợc biểu diễn bởi:

(2.71)

Kết hợp phƣơng trình (2.71) với các giá trị chiều dài danh nghĩa li đã biết trƣớc khi thiết lập của mỗi khâu, phƣơng trình (2.68) trở thành n ẩn số với các giá trị

nh 2.49: Cách sử dụng kết quả tính toán dung sai

phƣơng trình di chuyển nhỏ theo di động tự do của ngõ ra biết trƣớc, hệ này giải đƣợc bằng phƣơng pháp GRG [6].

Hình 4a. nếu quan niệm toàn bộ dung sai tính toán đƣợc thuộc về khâu ta xác

định đƣợc dung sai chiều dài khâu.

Hình 4b. nếu quan niệm dung sai tính toán đƣợc là dung sai khe hở hƣớng kính

để chọn ổ thì khâu cần chế tạo không có dung sai chiều dài.

Hình 4c. dung sai tính toán đƣợc chia làm hai phần là dung sai chiều dài khâu và dung sai hƣớng kính của ổ, tổng đại số hai giá trị này không đƣợc vƣợt quá giá trị tính toán.

Sơ đồ tính toán với robot hai khâu tại các điểm chuẩn trong vùng làm việc chọn trên cơ sở robot có kết cấu đối xứng. Các điểm chuẩn thuộc về các vùng khác nhau của góc phần tƣ thứ nhất là vùng mà robot làm việc nhiều nhất khi đo (xem bảng 2.5).

2.22: Bảng DH của tay đo PCMM hai khâu

Xét sơ đồ động học của robot hai khâu phẳng làm tay đo với bảng DH nhƣ sau:

Khớp R(z, ) T(z,d) T(x,a) R(x, )

1 0 200 0 ( )

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

2 0 200 0 ( )

72

2.50: 6 điểm xê dịch cho phép của khâu cuối trong phạm vi mặt cầu giới hạn sai số

Yêu cầu đặt ra tìm dung sai các kích thƣớc a1 = 180, a2 = 160 trong bảng DH, điều kiện thiết kế cho trƣớc là độ di động tự do của tâm bàn tay không quá 0.006 (mm) theo mọi hƣớng trong mặt phẳng làm việc (dR = 0.006 mm, xem hình 3.39).

Trên hình 3.39, mô tả 6 điểm xê dịch cho phép của khâu cuối trong phạm vi mặt cầu, tọa độ các điểm này tính đƣợc theo tâm cầu (vị trí danh nghĩa cần đạt của tâm bàn tay) và đƣờng kính cho trƣớc của cầu (hay dung sai giới hạn khâu cuối), tuy nhiên robot phẳng nên chỉ xét các điểm khảo sát 1, 3, 5, 6 thuộc mặt phẳng làm việc xoy.

2.23:Kết quả khảo sát dung sai chiều dài khâu tại các điểm khác nhau theo GRG [3]

P

Px

Py

a1

a2

q1

q2

Mục tiêu

P1 30

75

180

160

-0.177164293 2.734908485 1.05013E-26

1

30.003

75

180.0041806 160.0013366

2.23446E-23

3

29.997

75

179.9958194 159.9986634

8.04548E-23

5

30

75.003

180.0063277 160.0074654

3.20694E-25

6

30

74.997

179.9936723 159.9925346

3.1428E-23

P2 55

40

180

160

-0.771151718 2.79989601

6.46235E-27

1

55.003

40

180.0080304 160.0062398

4.77705E-23

3

54.997

40

179.9919696 159.9937602

2.25996E-23

5

55

40.003

180.0039582 159.0064202

1.60398E-23

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Xét các điểm khảo sát thuộc vùng làm việc và dung sai chiều dài khâu tìm đƣợc qua bài toán động học ngƣợc trong bảng sau, chú ý rằng tay đo có tính đối xứng về kết cấu nên chỉ cần khảo sát trong góc phần tƣ thứ nhất cũng là góc mà nó làm việc nhiều nhất mà không làm bài toán mất tính tổng quát.

73

6

55

39.997

179.9960418 159.9935798

1.84954E-23

P3 110

90

180

160

-0.521813898 2.415086817 2.28202E-26

110.003 90

1

180.0042835 160.0022512

4.7218E-23

109.997 90

3

179.9957165 159.9977488

1.89423E-22

90.003

110

5

180.0014313 160.0039152

2.05973E-23

89.997

110

6

179.9985687 159.9960848

1.50842E-21

P4 86

155

180

160

-0.047441902 2.223375338 1.81754E-27

86.003

155

1

180.0031054 160.0001791

2.13526E-23

85.997

155

3

179.9968946 159.9998209

2.4771E-23

86

5

155.003 180.002148

160.0037716

1.64467E-24

86

6

154.997 179.997852

159.9962284

2.2909E-23

P5 145

130

180

160

-0.331399957 2.124613327 1.61559E-27

145.003 130

1

180.0034404 160.0011476

8.56261E-24

144.997 130

3

179.9965596 159.9988524

3.19014E-23

145

5

130.003 180.0007781 160.0033353

4.93118E-23

145

6

129.997 179.9992219 159.9966647

1.78078E-23

P6 235

180

180

160

-0.084033565 1.475338923 3.23117E-26

235.003 180

1

180.0029653 160.000253

7.27014E-27

234.997 180

3

179.9970347 159.999747

6.86625E-26

235

5

180.003 179.999462

160.0030031

4.20376E-24

235

6

179.997 170.000538

159.9969969

1.54999E-23

P7 350

66

180

160

-0.286143663 0.945052904 1.81754E-27

350.003 66

1

180.0022661 160.0010447

5.64971E-23

349.997 66

3

179.9977339 159.9989553

8.5305E-24

66.003

350

5

179.9970735 160.0035508

1.50575E-23

65.997

350

6

180.0029265 159.9964492

3.98262E-24

Áp dụng chức năng thống kê tự động của excel để xác định miền dung sai chế

tạo cho mỗi khâu, dựa trên giá trị mà bảng số liệu cung cấp:

Kích thƣớc a1 theo thống kê biến thiên trong [179.9919696; 180.00803]

Kích thƣớc a2 theo thống kê biến thiên trong [159.9925346; 160.0074654]

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Nhƣ vậy khe hở hƣớng kính ổ hay dung sai chiều dài mỗi khâu lần lƣợt là:

74

∆a1 = 0.0160604

∆a2 = 0.0149308

Kết quả tính toán nói trên cũng làm căn cứ để chọn khe hở hƣớng kính của ổ

nhƣ hình 2.38 hoặc phân phối thành dung sai chiều dài khâu nhƣ trên hình 2.40.

Căn cứ trên kết quả tính toán nói trên, chọn vòng bi 6000 của hãng NSK có

đƣờng kính trục là 10mm.

- Khe hở hƣớng kính: 0,007- 0,013mm nhỏ hơn giới hạn tính toán đƣợc ở trên;

- Cấp chính xác ổ bi: Lựa chọn chính xác CN (tham khảo TCVN 8036-2009);

- Độ không đồng tâm của ca trong và ca ngoài: 0,004mm;

- Độ không đồng tâm của các gối bi: ≤ 0,005mm;

- Độ không đồng tâm của trục robot: ≤ 0,005mm;

- Khe hở hƣớng kính bên trong (tham khảo TCVN 4369:2008);

2.51: Khe hở hướng kính:δ ; khe hở dọc trục:δ1+δ2

Khe hở của vòng bi (hình 2.40) đƣợc định nghĩa nhƣ là khoảng cách mà một vòng của vòng bi có thể dịch chuyển tƣơng đối so với vòng kia theo phƣơng hƣớng kính (khe hở hƣớng kính) và theo phƣơng dọc trục (khe hở dọc trục).

Cần phân biệt giữa khe hở của vòng bi khi chƣa lắp đặt và khe hở của vòng bi đã đƣợc lắp và đạt đến nhiệt độ làm việc ổn định (khe hở hoạt động). Khe hở ban đầu (trƣớc khi lắp) lớn hơn khe hở hoạt động vì sự khác biệt về chế độ lắp và sự giãn nở nhiệt khác nhau giữa các vòng của vòng bi và những bộ phận kế cận làm cho các vòng của vòng bi có thể bị nén lại.

Để vòng bi có thể hoạt động tốt thì khe hở hƣớng kính của vòng bi cần phải

đƣợc xem xét kỹ lƣỡng. Nói chung vòng bi cần có khe hở hoạt động gần bằng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

không hoặc có một ít dự ứng lực. Trong khi đó, vòng bi đũa, vòng bi tang trống và

75

vòng bi CARB khi hoạt động cần phải có một khe hở nhất định cho dù rất nhỏ.

Điều cũng đúng với vòng bi côn ngoại trừ kết cấu vòng bi côn cần đạt yêu cầu độ

cứng vững cao nhƣ kết cấu vòng bi côn trong bánh răng đầu trục khi đó vòng bi

côn cần lắp với một dự ứng lực nào đó.

Thông thƣờng một vòng bi có khe hở tiêu chuẩn nếu đƣợc lắp với chế độ lắp

thông dụng và điều kiện hoạt động bình thƣờng thì sẽ đạt đƣơc khe hở hoạt động

phù hợp. Khi chế độ lắp và đều kiện làm việc không bình thƣờng ví dụ nhƣ cả hai

vòng của vòng bi cần phải đƣợc lắp chặt, nhiệt độ làm việc cao thì cần phải sử

dụng vòng bi có khe hở lớn hơn hoặc nhỏ hơn tiêu chuẩn. Trong những trƣờng hợp

này thì nhà khuyến cáo nên kiểm tra lại khe hở còn lại sau khi lắp theo hai cách

sau:

Đo khe hở vòng bi tang trống bằng căn lá

Đo bằng căn lá có độ chính xác cao

Những vòng bi có khe hở các tiêu chuẩn thì đƣợc nhận dạng bằng giá trị C1 đến

2.24: Ký hiệu phụ về khe hở của vòng bi

C5 (bảng 2.24).

Tiếp vị ngữ Khe hở

Nhỏ hơn C2 C1

Nhỏ hơn tiêu chuẩn C2

Khe hở tiêu chuẩn, ký hiệu này chỉ đƣợc sử dụng kèm

với các chữ cái để chỉ rõ vùng khe hở bi thu hẹp hoặc CN

dịch chuyển.

Lớn hơn tiêu chuẩn C3

Lớn hơn C3 C4

Lớn hơn C4 C5

Bảng giá trị về khe hở của các loại vòng bi sẽ đƣợc nêu trong phần giới thiệu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

của từng loại vòng bi tƣơng ứng (trong catalog của nhà sản xuất). Đối với vòng bi

76

đỡ chặn tiếp xúc góc lắp cặp và vòng bi côn, vòng bi đỡ chặn hai dãy, vòng bi tiếp

xúc bốn điểm thì khe hở dọc trục sẽ đƣợc nêu thay cho khe hở hƣớng kính vì khe

hở dọc trục có ý nghĩa quan trọng hơn trong việc thiết kế kết cấu các loại vòng bi

2.25: Radial internal clearances in deep groove ball bearings

(Theo Rolling Bearings NSK)

này.

2.7.2 Thông số của các linh kiện điện tử

2.7.2.1 Encoder (bộ mã hóa vòng quay quang học Autonics) E40S6-5000-3-T-24

Thông số cơ bản:

- Số xung: 5000 xung/ vòng;

- Điện áp : 12-24 VDC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

- 3 lỗ gá.

77

2.52: Encoder E40S6 -5000 - 3 - T -24

- Kiểu lắp: T

2.53: PLC CP1L của Omron

2.7.2.2 PLC CP1L-L20DR-A

PLC CP1L-L20DR-A OMRON có thông số kỹ thuật nhƣ sau:

Kết nối với môđun mở rộng tƣơng tự nhƣ cho loại CPM1 (tối đa 3 môđun cho

CPU 30,40, 60 I/O và 1 cho CPU 14, 20 I/O))

- Đầu vào analog 0-10V (256)

- Đầu vào/ra xung 100kHz

- Bộ nhớ 5/10Kstep, có bộ nhớ ngoài,

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

- Tốc độ thực thi 0,55 s

78

- Bộ hiển thị LCD gắn ngoài (CP1W-DAM01) giúp theo dõi, điều chỉnh

thông số tại chỗ

- Lập trình cổng USB bằng CX-Programmer

- Chạy mô phỏng bằng CX-Simulator

- Nguồn cấp 100-240 VAC

- Ngõ vào DC: 12

2.54: Cổng chuyển đổi USB sang RS232

- Ngõ ra relay: 8

PLC dùng cổng RS232 còn máy tính không có cổng Com nên sử dụng thêm một

cổng chuyển đổi để dùng cổng USB trên máy tính để nhận dữ liệu truyền xuống từ

PLC.

2.8 Bản vẽ chế tạo sản phẩm

(Xem Phụ lục)

2.9 Hƣớng dẫn sử dụng

(Xem Phụ lục)

2.10 Kết luận chƣơng 2

Các tính toán trong chƣơng này chỉ ra rằng sai số chiều dài tay đo ảnh hƣởng

không nhiều đến độ chính xác kết quả đo, trong khi các di chuyển góc làm điểm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

mút khâu có di động tự do rất lớn. Tuy nhiên các dung sai chế tạo khâu hoặc khe

79

hở hƣớng kính của ổ lăn đều đã đƣợc chọn dựa trên các căn cứ định lƣợng tin cậy

và phản ứng động học tự nhiên của cơ cấu kết hợp với kỹ thuật thống kê.

Dựa trên các tính toán về quy đổi di chuyển nhỏ giữa hai không gian của robot,

nếu yêu cầu về khả năng nhận biết một di chuyển có bƣớc biết trƣớc trong không

gian công tác hoàn toàn có thể xác định đƣợc độ phân giải của cảm biến. Tuy nhiên

độ phân giải là tham số tiêu chuẩn của cảm biến do hãng quy định nên việc chọn

cảm biến thƣờng dẫn đến một cảm biến có độ phân giải cao hơn yêu cầu, điều này

làm cho khả năng nhận biết di chuyển nhỏ nhất của máy luôn tốt hơn yêu cầu thiết

kế.

Cơ chế ảnh hƣởng lẫn nhau giữa sai số chế tạo hoặc lắp ráp của cơ cấu chấp

hành và cảm biến không mô hình hóa đƣợc bằng lý thuyết. Vì vậy đề tài đã chuyển

qua đo lƣờng bằng thực nghiệm và nội suy tại các điểm khác nhau để giảm chi phí

tính toán. Kết quả tính sau đó đƣợc bù vào kết quả đo, đây là hƣớng làm chuyển

chức năng máy vào phần mềm thay vì chỉ thuộc phần cứng, cách làm này duy trì

đƣợc độ chính xác lâu dài cho máy.

Với thiết bị đo kiểu Robot (theo mô hình của đề tài). Để xác định độ chính xác

của máy chỉ cần xác định ở vị trí đo xa nhất trong vùng làm việc, nếu thỏa mãn yêu

cầu của đầu bải thì đủ điều kiện kết luận độ chính xác của máy đo.

Có hai phƣơng pháp để tính chiều tay đo, độ phân dải của Encoder: Phƣơng

pháp số và phƣơng pháp hình học, trong đó:

- Phƣơng pháp số:

+ Với cùng số điểm khảo sát thì tốc độ khảo sát cao hơn;

+ Phạm vi khảo sát rộng hơn

- Phƣơng pháp hình học:

+ Quan sát trực quan

+ Xây dựng công thức để mô tả trong thuật toán lập trình phần mềm đơn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

giản hơn.

80

CHƢƠNG 3: ĐO VÀ ĐÁNH GIÁ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM

3.1 Nội dung đánh giá, thiết bị đánh giá.

3.1.1 Đánh giá “độ chính xác lặp lại phép đo” của máy.

* Mục đích:

Nhằm đánh giá độ chính xác của phép đo sau khi thực hiện các vòng lặp khi đo

trên thiết bị.

Phƣơng pháp đánh giá này không đòi hỏi cao về chất lƣợng gia công, lắp ghép chi

tiết, mặt khác giữ đƣợc độ chính xác lâu dài chức năng bù sai số trên phần mềm.

* Phƣơng pháp:

Cơ chế ảnh hƣởng lẫn nhau giữa sai số chế tạo hoặc lắp ráp của cơ cấu chấp

hành và cảm biến không mô hình hóa đƣợc bằng lý thuyết. Vì vậy đề tài đã chuyển

qua đo lƣờng bằng thực nghiệm và nội suy tại các điểm khác nhau để giảm chi phí

tính toán. Kết quả tính sau đó đƣợc bù vào kết quả đo, đây là hƣớng làm chuyển

chức năng máy vào phần mềm thay vì chỉ thuộc phần cứng, cách làm này duy trì

đƣợc độ chính xác lâu dài cho máy.

3.1.2 Đánh giá “sai số tƣơng đối theo đƣờng kính” so với phƣơng pháp đo

hiện đang áp dụng tại cơ sở (Công ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất 13)

* Mục đích:

Đánh giá độ chính xác các phép đo của thiết bị số hóa biên dạng kiểu robot

theo yêu cầu đặt ra. Từ đây đề xuất giải pháp để tăng độ chính xác của thiết bị.

* Phƣơng pháp:

- Lựa chọn chi tiết chuẩn để đo kiểm: Sử dụng 3 loại chi tiết chuẩn đƣợc gia

công mài chính xác.

+ Chi tiết dạng 1: Chi tiết dạng tròn xoay có profin đƣờng sinh là đƣờng cong.

+ Chi tiết dạng 2: Chi tiết dạng tròn xoay có profin là đƣờng thẳng không song

song với đƣờng tâm (hình côn)

+ Chi tiết dạng 3: Chi tiết dạng tròn xoay có profin là đƣờng thẳng song song

với đƣờng tâm (hình trụ)

- Sử dụng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm để xác định số lần đo đảm bảo

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

độ tin cậy 95%.

81

- Tiến hành đo các chi tiết trên các thiết bị đo nêu tại mục 3.1.3 theo số lần đo

tính toán bằng tay, kiểm tra bằng phần mềm Minitab để làm kết quả đối chứng.

- Tiến hành đo lại các chi tiết trên thiết bị chế tạo với số lần đo nhƣ trên.

- Trong các lần đo chi tiết đƣợc để cố định, các vị trí đo thống nhất theo sơ đồ

(có sơ đồ xác định vị trí đo kèm theo).

- Lập bảng để xác định sai lệch giữa hai phƣơng pháp: Yêu cầu sai lệch không

vƣợt quá 0,10mm.

- Lập bảng để so sánh, đánh giá kết quả.

3.1.3 Thiết bị đánh giá

Các thiết bị dùng để so sánh là các thiết bị tại Phòng đo lƣờng của Nhà máy Z113 “phòng LAB đƣợc tổng cục kỹ thuật đo lƣờng Quân đội cấp chứng nhận đạt chuẩn LAB quốc gia”, gồm:

- Máy đo phỏng hình 50 lần JT3-D phóng ảnh đến 50 lần: Áp dụng với mẫu đo

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

có biên dạng định hình (Hình 3.1).

82

3.55: Máy phóng hình 50 lần JT3-D

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

83

- Máy hiển vi vặn năng (chính xác đến 0,0001mm): Áp dụng với mẫu đo hình

3.56: Máy hiển vi vạn năng JX13B

trụ, trụ bậc (Hình 4.2).

3.2 Kết quả đánh giá “độ chính xác lặp lại phép đo” bằng phƣơng pháp Quy hoạch thực nghiệm

3.2.1 Xác định số lần đo

Theo yêu cầu kỹ thuật của thiết bị: sai số lặp cho phép < 0,10mm

Tính toán tay và sử dụng phần mềm Minitab với giả thiết phát biểu rằng:

- Chƣa biết độ lệch chuẩn;

- Yêu cầu sai số phép đo ≤ 0,10mm có nghĩa sai số kích thƣớc là ±0,10mm, ta

kiểm định hai phía;

- Để đơn giản hóa tính toán chọn giá trị trung bình sai khác so với thực tế

không quá 01 lần độ lệch chuẩn;

- Chọn mức ý nghĩa α = 0,05; mức độ mạo hiểm β = 0,1

Dựa trên các giả thiết tính toán cho số lần đo tối thiểu là 18 lần.

3.2.2 Kết quả đo

Để thống nhất số liệu đo, các lần đo lấy số liệu theo sơ đồ nhƣ hình 3.3, 3.4 và

3.5.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Sau 18 lần đo trên thiết bị chế tạo (của luận văn) với 3 loại chi tiết và so sánh với kết đo của các thiết bị tại phòng LAB của Nhà máy Z113 có kết quả theo Bảng 3.1 Bảng 3.2 và Bảng 3.3.

84

3.57: Sơ đồ đo chi tiết dạng 1

B

3.26: Bảng kết quả đo chi tiết dạng 1

Kết quả

đo

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Lần đo

Kết quả đo trên máy CMM ( đề tài)

2,499

5,236

7,525

9,289

10,536

11,574

11,562

11,592

11,596

11,594

1

2,471

5,248

7,542

9,274

10,574

11,575

11,577

11,588

11,584

11,598

2

2,442

5,245

7,527

9,286

10,526

11,577

11,562

11,593

11,583

11,593

3

2,482

5,291

7,537

9,283

10,521

11,576

11,567

11,591

11,592

11,588

4

2,481

5,254

7,548

9,287

10,514

11,563

11,567

11,596

11,593

11,595

5

2,478

5,248

7,521

9,289

10,553

11,552

11,566

11,597

11,591

11,587

6

2,494

5,247

7,545

9,278

10,523

11,549

11,559

11,591

11,564

11,581

7

2,492

5,271

7,522

9,267

10,525

11,557

11,527

11,591

11,576

11,579

8

2,485

5,272

7,526

9,262

10,522

11,587

11,573

11,581

11,597

11,592

9

2,488

5,294

7,538

9,293

10,539

11,587

11,568

11,588

11,593

11,581

10

2,491

5,281

7,535

9,288

10,554

11,572

11,567

11,591

11,593

11,591

11

2,489

5,264

7,526

9,271

10,524

11,599

11,582

11,589

11,585

11,592

12

2,491

5,268

7,525

9,272

10,533

11,571

11,568

11,591

11,575

11,589

13

2,493

5,269

7,527

9,281

10,554

11,562

11,597

11,593

11,597

11,593

14

2,499

5,291

7,542

9,298

10,556

11,588

11,574

11,583

11,591

11,597

15

2,499

5,295

7,535

9,288

10,541

11,573

11,572

11,585

11,571

11,574

16

2,491

5,279

7,537

9,298

10,561

11,564

11,577

11,582

11,581

11,587

17

2,492

5,281

7,536

9,293

10,555

11,572

11,584

11,591

11,592

11,593

18

2,487

5,269

7,533

9,283

10,540

11,572

11,569

11,590

11,586

11,589

T.Bình

Kết quả đo trên Máy đo phóng hình 50 lần JT3-D

2,526

5,3

7,564

9,33

10,591

11,622

11,642

11,674

11,674

11,671

1

0,039

0,031

0,031

0,047

0,051

0,050

0,073

0,084

0,088

0,082

Sai lệch

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

85

3.58: Sơ đồ đo chi tiết dạng 2

3.27: Bảng kết quả đo chi tiết dạng 2

Kết quả

đo

Lần đo

1

2

3

4

5

7

8

9

10

11

6

Kết quả đo trên máy CMM ( đề tài)

10,034 10,053 15,994 15,996 17,013 17,753 18,774 19,666 20,515 21,901 21,921

1

10,028 10,058 15,988 15,994 17,019 17,748 18,782 19,672 20,538 21,903 21,915

2

10,021 10,079 15,987 15,985 17,018 17,738 18,782 19,624 20,549 21,937 21,917

3

10,012 10,067 15,982 15,986 17,023 17,739 18,765 19,652 20,528 21,901 21,942

4

10,034 10,059 15,975 15,988 17,022 17,744 18,785 19,624 20,516 21,933 21,955

5

10,041 10,076 15,986 15,992 17,012 17,771 18,764 19,665 20,533 21,937 21,949

6

10,034 10,078 15,973 15,986 17,013 17,731 18,784 19,671 20,522 21,964 21,926

7

10,016 10,066 15,973 15,996 17,019 17,763 18,795 19,678 20,511 21,928 21,925

8

10,028 10,063 15,971 15,989 17,012 17,746 18,761 19,673 20,545 21,954 21,933

9

10,033 10,071 15,997 15,968 17,013 17,744 18,782 19,669 20,539 21,972 21,947

10

10,017 10,065 15,992 15,986 17,017 17,737 18,782 19,682 20,552 21,954 21,957

11

10,015 10,085 15,993 15,998 17,015 17,755 18,793 19,671 20,534 21,954 21,964

12

10,021 10,068 15,973 15,986 17,017 17,764 18,793 19,667 20,525 21,939 21,923

13

10,027 10,067 15,985 15,994 17,016 17,764 18,797 19,675 20,531 21,947 21,951

14

10,013 10,076 15,991 15,983 17,012 17,757 18,792 19,658 20,511 21,941 21,921

15

10,007 10,085

15,98

15,985 17,016 17,754 18,769 19,686 20,543 21,921 21,954

16

10,009 10,076 15,984 15,986 17,027 17,744 18,783 19,683 20,544 21,943 21,954

17

10,008 10,056 15,988 15,984 17,086 17,742 18,774 19,651 20,525 21,931 21,934

18

10,022 10,069 15,984 15,988 17,021 17,750 18,781 19,665 20,531 21,937 21,938

T.Bình

Kết quả đo trên Máy hiển vi vạn năng

10,047 10,047

16,03

16,037 16,988 17,787 18,718 19,579 20,443 22,026 22,028

1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

86

0,025

0,022

0,046

0,049

0,033

0,037

0,063

0,086

0,088

0,089

0,090

S.lệch

3.59: Sơ đồ đo chi tiết dạng 3

3.28: Bảng kết quả đo chi tiết dạng 3

Kết quả

đo

Lần đo

6

7

8

1

2

3

5

4 Kết quả đo trên máy CMM ( đề tài) 10,098

13,895

9,95

6,004

5,989

13,956

19,954

19,953

1

6,016

5,985

9,978

10,062

13,888

13,949

19,91

19,954

2

6,016

5,978

9,957

10,055

13,914

13,968

19,882

19,92

3

6,007

5,982

9,972

9,997

13,941

13,947

19,918

19,932

4

6,021

5,987

9,976

9,948

13,97

13,962

19,945

19,951

5

6,017

5,982

9,982

9,968

13,97

13,971

19,96

19,939

6

6,023

5,976

9,976

9,967

13,965

13,971

19,961

19,946

7

6,013

5,971

9,974

9,977

13,974

13,935

19,956

19,972

8

6,012

5,993

9,988

9,963

13,965

13,97

19,964

19,943

9

6,013

5,972

9,963

9,95

13,973

13,947

19,941

19,965

10

6,014

5,988

9,986

9,963

13,96

13,926

19,986

19,973

11

6,003

5,977

9,986

9,95

13,961

13,927

19,961

19,943

12

6,019

5,972

9,975

9,952

13,955

13,934

19,938

19,968

13

6,005

5,997

9,968

9,946

13,948

13,943

19,957

19,974

14

6,027

6,032

9,997

9,947

13,95

13,959

19,954

19,962

15

6,009

6,066

10,025

9,948

13,955

13,948

19,953

19,934

16

6,021

6,092

10,063

9,957

13,968

13,943

19,958

19,961

17

6,011

6,093

10,084

9,942

13,964

13,94

19,946

19,924

18

6,014

6,002

9,989

9,977

13,951

13,950

19,947

19,951

T.Bình

Kết quả đo trên Máy hiển vi vạn năng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

87

1

6,046

6,042

10,034

10,032

14,031

14,030

20,033

20,032

0,032

0,040

0,045

0,055

0,081

0,080

0,086

0,081

Sai lệch

Số liệu đƣợc đo trên một lần gá, chi tiết đo để cố định trong suốt quá trình đo. Hình vẽ chi tiết đo đƣợc xuất ra file CAD có định dạng *dwg. Các kích thƣớc đo trực tiếp trên hình vẽ.

Kết quả ở các bảng trên cho thấy:

- Kết quả đo trên máy CMM chế tạo cho độ tin cậy đến 95% so với kết quả đo

tại phòng LAB và nằm trong giới hạn sai số cho phép đặt ra của đầu bài.

- Vị trí đo ở xa chi tiết cho sai lệch lớn hơn (sai số lớn hơn), đúng dự báo của

phần tính toán lý thuyết.

3.3 Kết quả đánh giá “sai số tƣơng đối theo đƣờng kính”

Đặt chi tiết chuẩn lên thiết bị số hóa biên dạng kiểu robot tiến hành đo các kích

thƣớc theo sơ đồ trên. Căn cứ vào các kích thƣớc đo đƣợc để kết luận:

- Kết quả đo ở vùng xa gốc máy sai số trung bình cao hơn vùng gần gốc máy.

+ Sai số trung bình vùng xa gốc máy đối với chi tiết dạng 1, 2, 3 lần lƣợt là:

0,084; 0,089; 0,083mm.

+ Sai số trung bình vùng gần gốc máy đối với chi tiết dạng 1, 2, 3 lần lƣợt là:

0,034; 0,031; 0,039mm.

3.4 Kết luận chƣơng 3

- Dựa vào các kỹ thuật robot nghiên cứu đã phát triển thành công cả phần

cứng và phần mềm chuyên dụng cho máy đo PCMM.

- Các kỹ thuật xử lý đồ họa, nội suy, bù sai số cũng đã đƣợc vận dụng nhằm

xây dựng dữ liệu sát nhất với yêu cầu thiết kế. Các định dạng dữ liệu phục vụ điều

khiển máy công tác cũng đã đạt đƣợc, nhìn chung việc sử dụng máy đảm bảo hai

yếu tố chính xác và thuận tiện.

- Các phép thử trên dƣỡng mẫu cũng cho thấy máy đạt độ chính xác lớn hơn

yêu cầu thiết kế và quy luật của sự thay đổi của độ chính xác biến thiên theo tầm

với nhƣ thế nào. Đây là gợi ý quan trọng nên chú ý trong khi vận hành máy để có

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

kết quả tối ƣu.

88

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận

- Với mục đích hoàn chỉnh các lý luận thiết kế và thử nghiệm chế tạo máy đo tọa độ cấu hình robot phục vụ các nhu cầu đo lƣờng, số hóa các biên dạng phức tạp đề tài đã thành công.

- Các lý luận về tính toán thiết kế phần cơ cấu chấp hành, lựa chọn cảm biến theo các tiêu chí kinh tế và kỹ thuật đƣợc ứng dụng kết hợp với nội suy và bù các sai số mang tính quy luật làm cho máy đo đạt độ chính xác cao và duy trì đƣợc độ chính xác theo thời gian.

- Đề tài đã hoàn thành đúng nội dung đã đăng kí trong đề cƣơng, đã giải quyết triệt để các vấn đề kỹ thuật có liên quan, kết quả đo đƣợc xuất ra các định dạng theo đúng yêu cầu ban đầu.

2. Kiến nghị

Với khả năng làm chủ hệ thống lý luận về thiết kế, về công nghệ chế tạo cơ khí, về thiết kế điện - điện tử và gia công phần mềm. Đề tài đã sẵn sàng triển khai vào ứng dụng thực tiễn, song bên cạnh đó cũng còn những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu cải tiến. Cụ thể:

- Mở rộng khả năng đo các bề mặt 3D bằng cách tích hợp thêm 1 trục điều

khiển số đồng bộ với 2 trục hiện có của robot.

- Để tăng độ chính xác phép đo phải giải quyết các vấn đề sau:

+ Chọn Encoder có số xung lớn hơn;

+ Chế tạo các khâu trung gian và tay đo có dung sai độ song song đƣờng tâm lỗ cao hơn; Chế tạo đầu đo ( que đo) bằng vật liệu có khả năng chịu mài mòn cao, độ không tròn càng thấp càng tốt, đo và nhập chính xác kích thƣớc đƣờng kính đầu đo ( quy đo);

+ Chọn vòng bi độ chính xác cao;

+ Chế tạo tấm đế có chuẩn định vị khối V đảm bảo độ vuông góc đƣờng tâm

que đo với cạnh bên của khối V;

3. Hạn chế của luận văn Với thời gian và kiến thức còn hạn chế theo đó trong luận văn này còn có một số hạn chế trong phần mềm cũng nhƣ phần cứng đó là:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

- Chƣa có phần bù nhiệt cho tay đo; - Chƣa có chức năng tích hợp rung động;

89

- Chƣa có chức năng đo tự động.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Phạm Thành Long, Lý Thanh Minh, Thiết kế, chế tạo và ứng dụng máy đo

PCMM kiểu robot, Tạp chí cơ khí, số 3 năm 2014, Tr 35-41.

2. Phạm Thành Long, Điều khiển robot mềm bằng phương pháp nội suy sử dụng

hàm định dạng kết hợp với cơ chế bù kép, Tạp chí cơ khí, số 3 năm 2015, Tr 116-

123.

3. Phạm Thành Long, Xác định dung sai giới hạn của khâu và khớp động dựa trên

phản ứng động học của robot, Tạp chí cơ khí, số .. năm 2015, Tr ...

4. Tạ Văn Đĩnh, Phương pháp Tính, tái bản lần thứ 5, NXB Giáo Dục 1999.

5. M. Hebert, “Active and passive range sensing for robotics,” in Proceedings of

the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA '00), pp.

102–110, San Francisco, Calif, USA, April 2000.

6. J. L. Martinez, A. Pozo-Ruz, S. Pedraza, and R. Fernandez, “Object following

and obstacle avoidance using a laser scanner in the outdoor mobile robot Auriga-

α,” in Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots

and Systems, pp. 204–209, October 1998.

7. S. I. Roumeliotis and G. A. Bekey, “SEGMENTS: A layered, dual-Kalman filter

algorithm for indoor feature extraction,” in Proceedings of the IEEE/RSJ

International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 454–461,

Takamatsu, Japan, November 2000.

8. .Y. D. Kwon and J. S. Lee, “Stochastic map building method for mobile robot

using 2-D laser range finder,” Autonomous Robots, vol. 7, no. 2, pp. 187–200,

1999. View at Publisher · View at Google Scholar· View at Scopus

9. A. Scott, L. E. Parker, and C. Touzet, “Quantitative and qualitative comparison

of three laser-range mapping algorithms using two types of laser scanner data,”

in Proceedings of the IEEE Interantional Conference on Systems, Man and

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Cybernetics, pp. 1422–1427, October 2000.

90

10.

J. Guivant, E. Nebot, and S. Baiker, “High accuracy navigation using laser

range sensors in outdoor applications,” in Proceedings of the IEEE International

Conference on Robotics and Automation (ICRA '00), pp. 3817–3822, April 2000.

11. L. A. Albuquerque and J. M. S. T. Motta, “Implementation of 3D shape

reconstruction from range images for object digital modeling,” ABCM Symposium

Series in Mechatronics, vol. 2, pp. 81–88, 2006.

12. L. Zhang and B. K. Ghosh, “Line segment based map building and

localization using 2D laser rangefinder,” in Proceedings of the IEEE International

Conference on Robotics and Automation (ICRA '00), pp. 2538–2543, April 2000.

13. P. Biber, H. Andreasson, T. Duckett, and A. Schilling, “3D modeling of

indoor environments by a mobile robot with a laser scanner and panoramic

camera,” in Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent

Robots and Systems, Sendai, Japan, October 2004.

14. T. Borangiu, A. Dogar, and A. Dumitrache, “Modeling and simulation of

short range 3D triangulation-based laser scanning system,” International Journal

Computers,Communications & Control, vol. 3, supplement, pp. 190–195, 2008.

15. S. Larsson and J. A. P. Kjellander, “Motion control and data capturing for

laser scanning with an industrial robot,” Robotics and Autonomous Systems, vol.

54, no. 6, pp. 453–460, 2006. View at Publisher· View at Google Scholar · View at

Scopus

16. R. A. Jarvis and Y. L. Chiu, “Robotic replication of 3D solids,”

in Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and

Systems, (IROS '96), pp. 89–95, November 1996.

17. R. Brancati, C. Rossi, and S. Scocca, “An experimental planar manipulator

controlled in the joint space,” in Proceedings of the 4th IEEE International

Conference on Intelligent Engineering Systems (INES '00), pp. 125–128, Portoroz,

Slovenia, September 2000.

18. S. Pagano, C. Rossi, and F. Timpone, “A low cost 5 axes revolute industrial

robot design,” in Proceedings of the Workshop On Robotics in Alpe-Adria-Danube

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

(RAAD '02), pp. 117–122, Balatonfüred, Hungary, June 2002.

91

19. R. Brancati, C. Rossi, S. Savino, and G. Vollono, “A robot prototype for

advanced didatic,” inProceedings of the 13th International Workshop On Robotics

in Alpe-Adria-Danube (RAAD '04), pp. 293–298, Brno, Czech Republic, June

2004.

20. R. Brancati, C. Rossi, and S. Savino, “A method for trajectory planning in

the joint space,” in Proceedings of the 14th International Workshop on Robotics in

Alpe-Adria-Danube Region, pp. 81–85, Bucharest, Romania, May 2005.

21. V. Niola, C. Rossi, S. Savino, and S. Strano, “A method for the calibration

of a 3-D laser scanner,” inProceedings of the 19th International Conference on

Flexible Automation and Intelligent Manufacturing, 2009.

22. V. Niola, C. Rossi, S. Savino, and S. Strano, “A new real time shape

acquisition system with a laser scanner: first test results,” in Proceedings of the

19th International Conference on Flexible Automation and Intelligent

Manufacturing, 2009.

23. V. Niola, C. Rossi, S. Savino, and S. Strano, “Robot trajectory planning by

points and tangents,” inProceedings of the 10th WSEAS International Conference

On Robotics, Control And Manufacturing Technology, Hangzhou, China, April

2010.

24. C. Rossi, S. Savino, and S. Strano, “3D object reconstruction using a robot

arm,” in Proceedings of the 2nd European Conference on Mechanism Science,

Cassino, Italy, 2008.

25. C. Rossi, Lectures notes in Mechanics of Robot, Edizioni Scientifiche ed

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Artistiche, Naples, Italy, 2008, ISBN 978-88-95430-118-8, A.Y. 2008-2009.