ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ KHÍ

Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kỹ thuật khí CHƯƠNG : GIỚI THIỆU VỀ ĐO LƯỜNG, KIỂM TRA, BẢO ĐẢM CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO TỌA ĐỘ CHIỀU 1.1 Các khái niệm bản 1.1.1 Đo lường và ý nghĩa của phép đo Đo lường là việc xác định độ lớn không đại lượng Vật Lý mà là khái niệm so sánh với Trong Vật Lý và công nghệ, đo lường thực cách so sánh đại lượng vật lý cần đo với đại lượng vật lý thể loại, điều kiện tiêu chuẩn ( thường là không thay đổi theo thời gian ) gọi là đơn vị đo Việc đo này đem lại số thể mối liên hệ độ lớn đại lượng cần đo và đơn vị đo Đồng thời, có thể, đo lường cho biết sai số số (sai số phép đo) Các phương tiện giúp thực đo lường gọi là dụng cụ đo Kĩ thuật đo lường đóng vai trò vơ quan trọng phát triển khoa học kĩ thuật ngành kinh tế Đặc biệt với quốc gia có cơng nghiệp càng phát triển càng cần phải sử dụng đến thiết bị đo đại, tính chính xác và độ tin cậy cao qua kiểm tra, đánh giá chất lượng sản phẩm thiết kế Tùy vào nguyên lí làm việc dụng cụ đo và cách xác định giá trị đo mà ta có phương pháp đo sau : - Đo trực tiếp : là phương pháp đo mà giá trị đại lượng đo xác định trực số hoặc số đo dụng cụ đo: Đo trực tiếp tuyệt đối dùng đo trực tiếp kích thước cần đo và giá trị đo nhận trực tiếp vạch thị dụng cụ Đo trực tiếp so sánh dùng để xác định trị số sai lệch kích thước so với mẫu chuẩn Giá trị sai số xác định phép cộng đại số kích thước mẫu chuẩn với trị số sai lệch - Đo gián tiếp : dùng để xác định kích thước gián tiếp qua kết quả đo đại lượng liên quan đến đại lượng đo - Đo phân tích ( từng phần ) : dùng để xác định thông số chi tiết cách riêng biệt , không phụ thuộc vào Sinh viên: Hoàng Thị Hiểu TBNC Lớp 52M - Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kỹ thuật khí 1.1.2 Kiểm tra và mục đích của kiểm tra Kiểm tra là hoạt động đánh giá phù hợp thông qua việc đo lường, xem xét, thử nghiệm hay nhiều đặc tính đối tượng và so sánh với kết quả yêu cầu nhằm xác định phù hợp mỗi đặc tính Kiểm tra là phương pháp phổ biến đảm bảo chất lượng sản phẩm cung cấp phù hợp với qui định, cách kiểm tra sản phẩm nhằm sàng lọc và loại bỏ sản phẩm không đảm bảo tiêu chuẩn 1.1.3 Bảo đảm chất lượng sản phẩm Chất lượng là phạm trù phức tạp và có nhiều định nghĩa khác Có nhiều quan điểm khác chất lượng Theo điều 3.1.1 tiêu chuẩn ISO 9000:2005 định nghĩa chất lượng là: "Mức độ đáp ứng yêu cầu tập hợp có đặc tính vốn có" Chất lượng là khái niệm đặc trưng cho khả thoả mãn nhu cầu khách hàng Vì vậy, sản phẩm nào khơng đáp ứng nhu cầu khách hàng bị coi là chất lượng cho dù trình độ cơng nghệ sản xuất có đại đến đâu Đánh giá chất lượng cao hay thấp phải đứng quan điểm người tiêu dùng Cùng mục đích sử dụng nhau, sản phẩm nào thoả mãn nhu cầu tiêu dùng cao có chất lượng cao Từ xuất khái niệm “ bảo đảm chất lượng ” Bảo đảm chất lượng là toàn hoạt động có kế hoạch và hệ thống, tiến hành quản lý chất lượng và chứng minh là đủ mức cần thiết để tạo tin tưởng thỏa đáng sản phẩm tổ chức đáp ứng yêu cầu chất lượng Theo ISO, đảm bảo chất lượng là phần quản lí chất lượng tập trung vào việc cung cấp lòng tin yêu cầu chất lượng thực Việc bảo đảm chất lượng cho sản phẩm nhằm mục đích quan trọng là : tạo lòng tin cho lãnh đạo nội tổ chức và gây dựng niềm tin khách hàng bên ngoài 1.2 Phương pháp đo tọa độ chiều 1.2.1 Quá trình phát triển Phương pháp đo kiểm truyền thống sử dụng công cụ đo và cho số liệu trực tiếp sản phẩm Phương pháp này phụ thuộc vào nhiều thiết bị, dụng cụ đo Sinh viên: Hoàng Thị Hiểu TBNC Lớp 52M - Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kỹ thuật khí kiểm chính xác Phương pháp đo kiểm truyền thống thuận lợi đo kích thước hình học cụ thể Nhưng với khoa học kĩ thuật ngày càng phát triển, yêu cầu kiểm tra bề mặt phức tạp, cong ba chiều hoặc phải đo nhiều thơng số thời gian và chi phí Chính điều này thúc đẩy nhà nghiên cứu hướng đến phương pháp kiểm tra hoàn toàn mới, khắc phụ những vấn đề mà phương pháp truyền thống khó làm Để đáp ứng cho phát triển không ngừng ngành khoa học , nghiên cứu khoa học phát minh và tiếp cận phương pháp hoàn toàn là sử dụng cơng nghệ đo 3D 1.2.2 Tọa độ chiều Trong không gian ta xác định vị trí điểm thơng qua hệ tọa độ chiều Hệ tọa độ không gian ( chiều ) là trục vng góc từng đơi x'Ox, y'Oy, z'Oz gốc O mà chọn véc-tơ đơn vị i, j, k cho độ dài véc-tơ này Với x’Ox là hoành độ, y’Oy là tung độ, z’Oz là cao độ Hình 1.1 Hệ tọa độ chiều CHƯƠNG : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CHIỀU VÀ PHẦN MỀM KIỂM TRA 2.1 Phương pháp đo tiếp xúc Máy đo tọa độ CMM Máy đo tọa độ CMM là thiết bị để đo đặc trưng hình học vật lí đối tượng Máy này điều khiển tay nhà điều hành Sinh viên: Hoàng Thị Hiểu TBNC Lớp 52M - Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kỹ thuật khí hoặc là máy tính kiểm sốt Đầu dò là khí, quang học, laser, hay ánh sáng trắng Hình 2.1 Máy đo tọa độ CMM Nguyên lí làm việc Máy đo toạ độ (Coordinate Measuring Machine — CMM) là tên gọi chung thiết bị vạn thực việc đo thơng số hình học theo phương pháp tọa độ Máy hoạt động theo nguyên lí dịch chuyển đầu dò để xác định tọa độ điểm bề mặt vật thể Máy đo toa độ thường đo tọa độ theo phương chuyển vị X,Y,Z Đầu đo găn giá, giá lắp thân trượt theo phương Z, đầu đo điều chỉnh đến điểm nào đầu đọc cho ta biết tọa độ X,Y,Z tương ứng với đọ chính xác cao, lên đến 0,1 micromet Muốn đo điểm khác bề mặt chi tiết ta, cần dịch chuyển đầu đo tới tiếp xúc với vật đo điểm Trên máy, đầu đo dịch chuyển theo phương vng góc với ứng với trục tọa độ hệ tọa độ Đềcác vuông góc Mỡi trục toạ độ thực chất là sống trượt và xe trượt, ba sống trượt này vuông góc với từng đơi Có thể hiểu tương quan hệ toạ độ máy đo sau: - Hệ tọa độ Đề bao gồm ba trục Ox, Oy, Oz vng góc với từng đơi máy đo tọa độ ba chiều hệ đề gồm ba sống dẫn X, Y, Sinh viên: Hoàng Thị Hiểu TBNC Lớp 52M - Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kỹ thuật khí Z vng góc với từng đơi Trên mỡi trục có gắn thước đo chiều dài Số đo xác định vị trí xe sống dẫn - Trục Ox tương đương với sống dẫn X, sống dẫn X là xe trượt X, xe trượt X trượt đến từng điểm khác trục X tạo tung độ điểm đo - Trục Oy tương đương với sống dẫn Y, sống dẫn Y là xe trượt Y, xe trượt Y trượt đến từng điểm khác trục Y tạo hoành độ điểm đo - Trục Oz tương đương với sống dẫn Z, sống dẫn Z là xe trượt Z, xe trượt Z trượt đến từng điểm khác trục Z tạo cao độ điểm đo Như giá trị X, Y, Z hình thành và xác định cho mỗi điểm đo Cấu tạo Hệ thống máy CMM bao gồm phận chính : - Máy chính - Đầu dò - Hệ thống điều khiển - Phần mềm Máy chính Máy chính với cấu hình bản giới thiệu Bàn máy làm đá granít Máy CNC CMM có chuyển vị êm, nhẹnhàng nhờ dùng dẫn trượt đệm khí nén và động servo Các ổ đỡ khí (air bearing) thường Sinh viên: Hoàng Thị Hiểu TBNC Lớp 52M - Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kỹ thuật khí dùng máy này nhằm cho đường dẫn hướng không bị mài mòn, đảm bảo độ chính xác Để kết quả đo tin cậy, áp suất nén cần phải bảo đảm điều kiện kỹ thuật máy ghi nhằm đảm bảo đệm khí đủ áp suất và làm việc ổn định Các máy hãng Mitutoyo thường có yêu cầu áp suất nén là 0,4MPa với lưu lượng 40 lít/phút trạng thái bình thường Máy phải vận hành nhiệt độ thấp, thường từ 16 độ C đến 26 độ C.Loại máy dẫn động tay vận hành đơn giản, nhẹ nhàng nhờ dùng dẫn trượt bi, nhiên loại này có độ chính xác thấp Hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển máy CMM phân thành loại sau: • CMM dẫn động tay • CMM dẫn động động với q trình dò tự động • CMM điều khiển trực tiếp máy tính • CMM liên kết với CAD, CAM, FMS,… Đối với CMM điều khiển trực tiếp máy tính hệ điều khiển chịu trách nhiệm với chuyển động phận trượt, đọc giá trị đầu từ chuyển đổi dịch chuyển và thông tin liệu Đối với chuyển động phận trượt chiến lược điều khiển khác sử dụng là: • Điều khiển điểm (point-to-point) • Điều khiển đường liên tục • Điều khiển vector Đầu đo Đầu đo gắn giá đầu đo lắp thân trượt theo phương Z Khi đầu đo điều chỉnh đến điểm đo nào bề mặt chi tiết hiển thị cho ta biết toạ độ X, Y, Z tương ứng điểm đo, với độ chính xác lên Sinh viên: Hồng Thị Hiểu TBNC Lớp 52M - Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kỹ thuật khí đến 0,1 micromét Trước có loại đầu đo cứng với dạng mũi cầu, côn, đĩa và trụ Ngày người ta sử dụng loại đầu đo điện Các đầu đo có thẻ dẫn động tay hoặc động Phần mềm Để dễ dàng cho việc tính toán kết quả đo, kèm theo máy là phầnmềm thiết kế trước cho từng loại thông số cần đo Cũng nhờ phần mềm mà việc vận hành máy CMM đạt tốc độ cao và đạt độ chính xác cao Mỡi hãng chế tạo máy CMM đề có viết riêng cho máy phần mềm khác Mỡi phần mềm có nhiều mơđun riêng biệt ứng dụng cho từng loại thông số cần đo Nói chung, gói phần mềm cho máy CMM có chức chuẩn sau: • Cho phép lựa chọn độ phân giải • Chuyển đổi hệ đơn vị đo lường hệ SI và hệ Anh • Chuyển từ hệ tọa độ Đề-cát sang hệ tọa độ cực • Xác định tỉ xích trục • Chọn và reset chuẩn • Đo đường kính và xác định tâm đường tròn • Đo đường kính và xác định tâm vòng tròn lỡ bu-lơng (bolt-circle) • Lưu và gọi chuẩn trước • Nhập kích thước danh nghĩa và dung sai • Tính tốn dung sai Một số chức tính toán chuẩn khác phần mềm này là đo khoảng cách, góc, đối xứng, giao nhau, Ngoài còn có chương trình đo khác như: đo số thông số ren và bánh răng; đường cong không gian, đường cong phẳng; đo cam, trục cam, piston; đo trục vít, bánh vít, cánh tuabin… Ưu điểm Sinh viên: Hoàng Thị Hiểu TBNC Lớp 52M - Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kỹ thuật khí - Khơng cần phải giống chi tiết theo trục máy sử dụng hai hay nhiều hệ tọa độ đo lường tọa độ Điều này làm giảm thời gian đo - Độ chính xác phép đo “ điểm ” cao – đạt độ chính xác 0,001mm - Giảm nhu cầu sử dụng them dụng cụ phụ vít/hệ thống điều chỉnh và số đồ gá khác - Có thể xác định kích thước, hình dạng, vị trí và hướng đối tượng lần gá đặt máy sử dụng hệ tham chiếu Kết quả là làm giảm sai số đo Nhược điểm - Khả linh động - Bị hạn chế kích thước vật thể cần đo - Không đo kiểm mặt đáy vật thể cần đo lần gá - Việc đo kiểm mặt bên hông không thuận lợi - Kích thước máy lớn – cồng kềnh và chiếm nhiều không gian lắp đặt - Công tác đo đạt thực dán tiếp từ “người” qua máy tính đến chuyển động đầu chạm - Do kích thước đường kính đầu chạm là cố định nên việc kiểm tra vị trí khe rãnh bị hạn chế - Không kiểm tra độ chính xác bề mặt freeform surface - Cả máy và vật thể cần đo phải lắp cố định - Không phù hợp cho công nghệ kỹ thuật ngược 2.2 Phương pháp đo không tiếp xúc A- Máy quét laser Sinh viên: Hoàng Thị Hiểu TBNC Lớp 52M - Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kỹ thuật khí Hình 2.2 Máy quét laser Nguyên lí làm việc Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lí hoạt động máy quét laser Công nghệ scan laser là ứng dụng công nghệ đo không tiếp xúc Trong trình đo máy sử dụng chùm ánh sáng laser chiếu vào bề mặt chi tiết cần đo, chùm tia sáng phản xạ lại từ bề mặt chi tiết cảm ứng đo thu lại đưa vào phận biến đổi máy đo và với hỗ trợ máy tính và phần mềm điều khiển đo cho kết quả chi tiết đo dạng đám mây điểm Máy có nguyên lí hoạt động sau : Đèn phát Lazer: Có nhiệm vụ phát ánh sáng Lazer có bước sóng thích hợp Thấu kính: Có nhiệm vụ lọ và hội rụ tia Lazer phản xạ lại từ bề mặt chi tiết bề mặt cảm biến CCD Sinh viên: Hoàng Thị Hiểu TBNC Lớp 52M - Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kỹ thuật khí Cảm biến CCD (Charge Couple Device): Có nhiệm vụ nhận tia Lazer phản xạ từ bề mặt chi tiết sở so sánh góc lệch chúng và đưa tín hiệu điện khác Xử lý phần mềm máy tính: Máy tính với hỗ trợ phần mềm máy tính có nhiệm vụ thu nhận tín hiệu từ CCD gửi tới và xử lý tín hiệu để đưa kết quả là đám mây điểm Chỉ thị: Đưa kết quả đu chi tiết lý từ máy tính là đám mây điểm Thực chất nguyên lý scan giống trình chụp ảnh thông thường, chụp ảnh Scan Laser là trình chụp ảnh vật thể dạng ảnh chiều là chụp ảnh thơng thường là ảnh 2D Scan Lazer sử dụng cảm biến Lazer và gắn vào hệ thống máy đo, hệ thống này định vị và kiểm soát máy tính , máy đo dùng Scan Lazer là máy đo gán với máy CNC từ đến trục có kích thước tương đối lớn kết cấu vững hoặc là mơ hình máy xách tay nhỏ gọn Với hỡ trợ phần mềm kiểm sốt qt lái cảm biến Lazer lướt bề mặt vật cần quét phận định vị 3D nằm bề mặt của cảm biến ghi lại tín hiệu phản hồi đưa hệ thống quét theo góc phản xạ trùm ánh sáng bề mặt chi tiết phản xạ lại và tín hiệu này so sánh với tham số mẫu từ dưa cho ta kết quả đo là đám mây điểm Tất cả hệ thống quét trog công nghệ dựa phép đạc tam giác Bản chất công nghệ này là máy ảnh chiều chụp ảnh dựa vào dải sáng Lazer hình vẽ Giải sáng phát từ ốt quang thông qua phận biến đổi quang học sau chiếu vào bề mặt cửa vật quét tạo nên mặt cắt phần bề mặt chiếu sáng, ánh sáng phản chiếu tạo điểm ảnh 1trên đường chiếu camera thu lại Tại mỗi mặt cắt tạo ảnh chiều hình dạng hình chiều này ghi lại CDD kỹ thuật số và sau dựa vào kích cỡ và bảng Lazer, vị trí Z xác định và phần mềm lưu giữ lại vào sở liệu và cuối tổng hợp lại thành bề mặt vật đo dạng đám mây điểm Sinh viên: Hoàng Thị Hiểu 10 TBNC Lớp 52M - Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kỹ thuật khí - Yêu cầu người dùng phải có kĩ cao - Khi thực đo số vật bóng hay suốt ta phải phủ lên bề mặt lớp sơn hay bột nên dẫn đến có sai số B- Máy quét 3D quang học Hình 2.3 Máy quét 3D quang học Nguyên lí làm việc Sinh viên: Hoàng Thị Hiểu 12 TBNC Lớp 52M - Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kỹ thuật khí Khi thực qt sản phẩm projector phát chùm sáng chứa vân sáng chiếu lên bề mặt vật thể Vân sáng chiếu đến bề mặt vật thể phản xạ lại và hai camera gắn bên máy quét thu lại liệu Dữ liệu thu chuyển tải máy tính, nhờ có phầm mềm lập trình sẵn mà ta dựng lại vật thể dạng 3D Các camera đại bây giờ chụp scan từ tới triệu điểm lần chụp Ưu điểm - Kích thước nhỏ gọn, gá đặt đơn giản - Thu nhiều liệu lần chụp - Có thể thay đổi thấu kính bên để tăng giảm độ phân giải - Không bị ảnh hưởng ánh sáng xung quanh chụp ánh sáng xanh - Chụp cả vật thể lớn tích hợp cả chế độ chụp quan trắc Nhược điểm - Độ chính xác khơng cao đo tiếp xúc - Khó quét mẫu nhỏ hay lỗ sâu - Phải sơn phủ chi tiết có độ bóng hay vật suốt 2.3 Các phần mềm kiểm tra chiều Sinh viên: Hoàng Thị Hiểu 13 TBNC Lớp 52M - Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kỹ thuật khí 2.3.1 Phần mềm Gom Inspect Professional Phần mềm Gom Inspect Professional là phần mềm cho việc kiểm tra và phân tích liệu đo lường Từ kết quả đo lường trở lại với sáng tạo phần tử Các tính bật : - Phầm mềm đọc nhiều dịnh dạng khác - Cung cấp chức xử lí lưới điểm 3D : làm mịn, mỏng, làm đầy lỗ, làm chư liệu quét tốt - Kiểm tra điểm, đường, trụ, lỗ, bề mặt có biên dạng khác nhau, - Có thể kiểm tra đường kích, khoảng cách, góc, - Phân tích khả biến dạng vật thể - Độ cong sở kiểm: tuôn và phân tích khoảng cách, phân tích bề mặt, kiểm tra hình thức và tính tự động, - Phân tích xu hướng / SPC - Phân tích phần 2D - Xuất liệu nhiều định dạng khác thuận lợi cho việc sử dụng phần mềm 3D khác để xử lí 2.3.2 Phần mềm Geomagic Verify (formerly Rapidform XOV ) Phần mềm đo kiểm XOV là phầm mềm giới dùng cho việc xử lí kiểm tra có hệ thống sử dụng mật độ đám mây điểm Nó là phần mềm xây dựng cho qui trình kiểm tra khách hàng việc lên kế hoạch chi tiết và thực qui trình kiểm tra nhanh và dễ dàng Các tính chính : - Đáp ứng nhu cầu công nghiệp - Trung tâm xử lí, lập kế hoạch, thực và sử dụng lại nhiều qui trình xử lí - khác Đơn giản, nhanh chóng và đáng tin cậy Tương thích với tất cả máy quét 3D 2.3.3 Phầm mềm SCENE LT Là phần mềm xem miễn phí, cho phép người dùng khơng chun nghiệp xem toàn liệu qt FARO có và khơng gian làm việc Phần mềm Sinh viên: Hoàng Thị Hiểu 14 TBNC Lớp 52M - Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kỹ thuật khí mơ hình CAD định dang VRML để so sánh chúng với điểm liệu quét Các tính chính : - Đơn giản và dễ dàng cho người dùng tìm hiểu - Công cụ đo lường trực quan 2D 3D - Có chức Draw-To- CAD liên kết với AutoCAD (