Đang tải... (xem toàn văn)
i Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http //www lrc tnu edu vn 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[.]
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 Thái Nguyên, tháng 12-2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ii ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN -Họ 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: Cơng ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất 13 Tên đề tài luận văn thạc sỹ: "Thiết kế, chế tạo 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,SỐ rènHÓA luyện KIỂU nghiên cứu trƣờng, em lựa chọn thực ROBOT đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị số hóa biên dạng kiểu ROBOT” CHUYÊN NGÀNH Đƣợc giúp đỡ hƣớng dẫn tận tình Thầy giáo PGS.TS Phạm Thành Long nỗ lực CÔNG NGHỆ thân, đềCHẾ tài đãTẠO đƣợcMÁY hoàn thành Em xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân em Các số liệu, kết có luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Ngun,SĨ ngày 04 tháng 12 năm 2015 LUẬN VĂNThái THẠC KỸ THUẬT HỌC VIÊN KHOA CHUYÊN MÔN TRƢỞNG KHOA NGƢỜI HD KHOA HỌC Lý Thanh Minh PHÒNG ĐÀO TẠO Thái Nguyên, tháng 12-2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học làm đề tài thạc sỹ, em nhận đƣợc truyền đạt kiến thức, phƣơng pháp tƣ duy, phƣơng pháp luận giảng viên trƣờng Sự quan tâm lớn Nhà trƣờng, khoa Cơ khí, thầy cô giáo trƣờng Đại Học Kỹ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên bạn lớp Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, khoa Đào tạo Sau đại học, thầy cô giáo tham gia giảng dạy tận tình hƣớng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Phạm Thành Long tập thể cán giảng viên Bộ môn Cơ điện tử, Hội đồng bảo vệ đề cƣơng thạc sỹ khóa K15 CTM cho dẫn quý báu để em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp của bạn đồng nghiệp Phòng Cơ điện giúp đỡ nhiệt tình Phân xƣởng A2 Cơng ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất 13 phối hợp gia công thiết bị Các đồng nghiệp Công ty Tự động hóa Tâm Phát phối hợp với em xây dựng phần mềm thiết bị Mặc dù cố gắng song kiến thức kinh nghiệm cịn hạn chế nên chắn luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong muốn nhận đƣợc dẫn từ thầy cô giáo bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện có ý nghĩa thực tiễn Xin chân thành cảm ơn! HỌC VIÊN Lý Thanh Minh Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iv MỤC LỤC 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 Lý chọn đề tài Phạm vi nghiên cứu đề tài 3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài a) Ý nghĩa khoa học b) Ý nghĩa thực tiễn 4 Phƣơng pháp phƣơng pháp luận a) Phƣơng pháp nghiên cứu b) Phƣơng pháp luận 5 Nội dung đề tài CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT THEO KỸ THUẬT NGƢỢC 1.1 Thiết kế ngƣợc sản xuất theo kỹ thuật ngƣợc 1.2 Một số kỹ thuật thiết bị đo lƣờng đại thiết kế ngƣợc 10 1.3 Một số nghiên cứu Việt Nam có liên quan đến đề tài 13 1.4 Phạm vi nghiên cứu đề tài 14 1.5 Kết luận chƣơng 14 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ MÁY 16 2.1 Xác định đặc tính kỹ thuật máy 16 2.1.1 Khái quát đặc điểm họ chi tiết cần đo 16 2.1.2 Đặc tính kỹ thuật máy đo 17 2.2 Cơ sở thiết kế 18 2.2.1 Sơ đồ chuyển đổi tọa độ điểm không gian 18 2.2.2 Bài toán ngƣợc độ phân giải Encoder (số xung /1 vòng quay) 20 2.2.3 Xác định sơ sơ đồ động học máy đo 29 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn v 2.2.4 Xác định sơ đồ liên kết điện tử 29 2.3 Phƣơng pháp tính tọa độ điểm đo máy theo phƣơng pháp hình học 31 2.3.1 Xác định tọa độ khởi điểm đầu đo (khi set X, Y: 0,0) 31 2.3.2 Xác định tọa độ đầu đo 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 thiết bị bị đo theo phƣơng pháp hình học mơ hình tính tốn để làm sở xây dựng phần mềm xác định tọa độ điểm đo 37 2.5.1 Kết tính thơng số thiết bị set (0,0) ( Excel) 39 2.5.2 Kết tính độ phân giải thiết bị vị trí B1 40 2.5.3 Kết tính độ phân giải thiết bị vị trí B2 43 2.5.4 Kết tính độ phân giải thiết bị vị trí B3 46 2.5.5 Kết tính độ phân giải thiết bị vị trí B4 49 2.5.6 Lựa chọn dung sai chiều dài khâu dung sai đƣờng kính đầu đo nhập vào phần mềm máy đo 53 2.5.7 Ảnh hƣởng số xung Encoder đến độ phân giải tính bị 56 2.5.8 Cấu hình phần cứng máy 57 2.6 Phầm mềm máy 57 2.6.1 Mục tiêu phần mềm 57 2.6.2 Xác định sai số 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 đo, giải pháp hồi quy profin đo, giải pháp sai số 63 2.7 Lựa chọn chi tiết khác máy đo 70 2.7.1 Ổ lăn: 70 2.7.2 Thông số 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 Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn vi 3.1.1 Đánh giá “độ xác lặp lại phép đo” máy 80 3.1.2 Đánh giá “sai số tƣơng đối theo đƣờng kính” so với phƣơng pháp đo áp dụng sở (Cơng ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất 13) 80 3.1.3 Thiết bị đánh giá 81 3.2 Kết đánh giá “độ xác lặp lại phép đo” phƣơng pháp Quy hoạch thực nghiệm 83 3.2.1 Xác định số lần đo 83 3.2.2 Kết đo 83 3.3 Kết 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 phòng LAB - Bài báo đăng Tạp chí Khoa học Việt Nam " Thiết kế, chế tạo ứng dụng máy đo PCMM kiểu ROBOT" Số hóa 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 PCMM Portable Coodianate Measure Machine CMM Coodianate Measure Machine PLC Programable Logic Control NC Numerical Control CNC RE CAD Computer Aided Design CAM Computer Aided Manufacturing CIM Computer Integrated Manufacturing 10 FE Forward Engineering 11 DH Denavit Haternbeg 12 3D Direction 13 x(t) Quỹ đạo đầu đo không gian công tác 14 q(t) Quỹ đạo đầu đo không gian khớp 15 qi ĐƠN VỊ Computer Numerical Control Reverse Engineering Biến khớp thứ (i) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Hình 1: Sơ đồ hóa mơ hình thiết kế từ mẫu đến triển khai bƣớc công nghệ Hình 2: Sơ đồ hóa mơ hình bƣớc thiết kế thử nghiệm chầy dập (vuốt) cho chặng công nghệ cụ thể Hình 1.1: Minh họa quy trình sản xuất ngƣợc Hình 1.2: Rapidform - phần mềm hàng đầu thiết kế ngƣợc Hình 1.3: Quét 3D với điểm đánh dấu bề mặt 10 Hình 1.4: Qt laser khơng tiếp xúc 10 Hình 1.5: Robot PCMM 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 máy CMM 12 2.1:Mặt hypeboloid tròn xoay 16 2.2: Sơ đồ hệ thống công nghệ sơ đồ chuyển đổi tọa độ 18 2.3: Sơ đồ động học xác định độ phân giải Encoder 20 2.4: Chuyển động với bƣớc bé đầu đo hai điểm không gian 22 2.5: Vùng làm việc máy 24 2.6: Sơ đồ chia lƣới khảo sát lựa chọn Encoder 24 2.7: Bƣớc dịch chuyển nhỏ mà đầu đo phát xung quanh điểm khảo sát 25 nh 2.8: Sơ đồ động học máy đo 29 2.9: Sơ đồ mô tả thực trình đo 30 2.10: Sơ đồ liên kết Cơ - Điện tử 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 điểm đo 33 2.13: Sơ đồ tính độ phân giải hai điểm đo liên tiếp 35 2.14: Mơ hình động học sử dụng đầu đo hình cầu 36 2.15: Các dạng sai số gá chi tiết xẩy trƣờnghợp sử dụng đầu đo cầu 36 2.16: Mơ hình động học sử dụng đàu đo hình trụ 37 2.17: Không xuất dạng sai số gá chi tiết xẩy trƣờng 37 2.18: Không gian làm việc máy đo 38 2.19: Sơ đồ tính thơng số ban đầu 39 2.20: Sơ đồ tính độ phân giải điểm B1 40 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ix 2.21: Sơ đồ tính độ phân giải điểm B2 43 2.22: Sơ đồ tính độ phân giải điểm B3 46 2.23: Sơ đồ tính độ phân giải 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 mặt chiếu đứng chiếu 61 2.26: Sơ đồ mô điểm đo 62 2.27: Sơ đồ mô biên dạng đo đƣợc hồi quy (làm mịn) 63 2.28: Sự khác phân tố nội suy mật độ điểm mẫu khác 64 2.29: Biên dạng phóng đại nhận đƣợc qua phép đo tiếp xúc 65 2.30: Kết đo ban đầu chƣa qua xử lý 66 2.31: Kết đo xử lý vòng lặp (đen – đỏ - xanh) 66 2.32: Biên dạng 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 mịn hóa 68 2.35: Cài bổ sung file công cụ vào excel 69 2.36: Giao diện add in ứng dụng didg.xla vào excel 70 2.37: Giao diện file LamMinBienDang 70 2.38: Cách sử dụng kết tính tốn dung sai 71 2.39: điểm xê dịch cho phép khâu cuối 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 - - T -24 77 2.42: PLC CP1L 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 JX13B 83 3.3: Sơ đồ đo chi tiết dạng 84 3.4: Sơ đồ đo chi tiết dạng 85 3.5: Sơ đồ đo chi tiết dạng 86 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn x DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 2.1: Kết tính tốn cảm biến phƣơng pháp số miền làm việc 25 2.2: lọc cực theo yêu cầu 29 2.3:Các thông số thiết bị 38 2.4: Bảng tính thơng số ban đầu thiết bị set 0,0 39 2.5: Các thơng số thiết bị vị trí đo B1.1 41 2.6: Bảng tính thông số đầu đo đo B1.1 + thêm xung E1 42 2.7: Các thông số thiết bị vị trí đo B2.2 44 2.8: Bảng tính thông số đầu đo đo B2.2 + thêm xung E1 45 2.9: Các thông số thiết bị vị trí đo B3.3 47 2.10: Bảng tính thơng số đầu đo đo B3.3 + thêm xung E148 2.11: Các thông số thiết bị vị trí đo B4.4 50 2.12: Bảng tính thơng số đầu đo đo B4.4 + thêm xung E152 2.13: Các thơng số thiết bị 53 2.14:Các thông số thiết bị với giá trị Max 54 2.15: Các thông số thiết bị vị trí đo B3.3 Max 54 2.16 Các thông số thiết bị với giá trị 55 2.17: Các thông số thiết bị 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 từ điểm đo B3.3 đến gốc 0,0 56 2.20: Bộ thông số kỹ thuật máy 57 2.21: Trích đoạn biên dạng đo đƣợc dƣới dạng text 63 2.22: Bảng DH tay đo PCMM hai khâu 71 2.23: Kết khảo sát dung sai chiều dài khâu điểm khác theo GRG [3] 72 2.24: Ký hiệu phụ khe hở vòng bi 75 2.25: Radial internal clearances in deep groove ball bearings 76 3.1: Bảng kết đo chi tiết dạng 84 3.2: Bảng kết đo chi tiết dạng 85 3.3: Bảng kết đo chi tiết dạng 86 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Thiết kế ngƣợc đƣợc áp dụng nhiều thiết kế sản phẩm, dụng cụ cho nguyên công dập vuốt có biến mỏng thành từ phơi Cơng ty TNHH MTV Cơ khí hố chất 13 Tuy nhiên đến trình sử dụng phƣơng pháp truyền thống, trình thực gồm: "Tái tạo hình dạng chi tiết, thiết kế bước công nghệ, thiết kế dụng cụ dập vuốt, dưỡng kiểm đến tổ chức triển khai chế thử" tốn kéo dài lý sau: - Thiết kế ngƣợc để tái tạo hình dạng chi tiết: Theo phƣơng pháp đo vẽ thủ cơng nên khó xác, phụ thuộc tay nghề phải thử nghiệm nhiều lần - Để đạt sản phẩm cuối cần qua nhiều nguyên công, dụng cụ nguyên cơng có biên dạng khác Để đạt đƣợc biên dạng tối ƣu nhƣ chất lƣợng sản phẩm bƣớc công nghệ phải qua nhiều lần thử nghiệm, biên dạng dụng cụ cuối kết đƣợc tái tạo từ biên dạng thực tế - Mỗi lần thử nghiệm phải triển khai nhiều công việc đo kiểm thiết kế lại dụng cụ, thiết kế dƣỡng kiểm dụng cụ, thiết kế dƣỡng đối kiểm dƣỡng kiểm, tiến hành chế tạo Hình 1: Sơ đồ hóa mơ hình thiết kế từ mẫu đến triển khai bước cơng nghệ Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Hình 2: Sơ đồ hóa mơ hình bước thiết kế thử nghiệm chầy dập (vuốt) cho chặng công nghệ cụ thể Việc đo vẽ thủ công thuộc phạm vi thiết kế truyền thống nên nỗ lực thiết kế không đƣợc kế thừa, phát triển tiếp bƣớc gia công thực máy CNC, việc thể liệu dƣới dạng số liên quan đến hỗ trợ hoạch định q trình cơng nghệ tự động máy tính (CAPP-computer Aided process planing) giảm đƣợc nhiều công sức so với làm công nghệ tay truyền thống Trên giới phƣơng pháp thiết kế ngƣợc thơng qua số hóa bề mặt mẫu thiết bị đo tọa độ CMM đƣợc áp dụng phổ biến Ƣu điểm phƣơng pháp cho phép thiết kế nhanh, xác kể chi tiết bề mặt có biên dạng phức tạp (khơng xác định đƣợc quy luật tạo hình) Phƣơng pháp thiết kế ngƣợc có ƣu điểm thiết kế chi tiết mà bề mặt có quy luật tạo hình nhƣng khơng xác định đƣợc thơng số thiết kế, chẳng hạn chi tiết có bề mặt xoắn nhƣ cánh tuabin, bề mặt thủy động học, khí động học Trong thời gian gần nƣớc có loại thiết bị tự động đo quét tọa độ 3D, kỹ thuật thiết kế ngƣợc đƣợc nghiên cứu áp dụng số nơi nhƣ: doanh nghiệp, viện nghiên cứu, trƣờng học…, nhiên việc ứng dụng có Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn hiệu giải pháp kỹ thuật nhiều vấn đề cần phải xem xét, đặc biệt hiệu kinh tế chi phí đầu tƣ Đối với Công ty TNHH MTV Cơ khí hố chất 13 chƣa đủ điều kiện đầu tƣ trang bị thiết bị nêu Trên sở kỹ thuật robot số hóa biên dạng phức tạp cách giám sát tín hiệu cảm biến gắn trục khớp cho đầu dò di chuyển biên dạng chi tiết cần đo, liệu tái tạo đƣợc thể theo định dạng *.dwg để tiện cho việc liên kết với máy công cụ điều khiển số gia cơng, cho phép thay cho phƣơng pháp thiết kế truyền thống nhƣ nay, góp phần nâng cao độ xác thiết kế rút ngắn q trình gia công thử nghiệm dụng cụ sản phẩm Từ phân tích nêu vấn đƣợc đề đặt chế tạo thiết bị có cấu hình đơn giản, có khả tự chế tạo đáp ứng đƣợc công việc "thiết kế ngƣợc" từ sản phẩm sẵn có thay việc chế tạo dụng cụ kiểm, dƣỡng kiểm trình chế thử để xác định mẫu mực sản phẩm, thay phƣơng pháp truyền thống trƣớc mà không làm giảm độ tin cậy q trình thiết kế gia cơng Cơng ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất 13 Đề tài đƣợc chọn lý Phạm vi nghiên cứu đề tài Trên sở lý chọn đề tài em muốn phát triển hệ thống lý luận liên quan đến việc thiết kế chế tạo hoàn chỉnh 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 phạm vi ứng dụng đƣợc Công ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất 13 Với ý đồ đề tài đƣợc tập trung khai triển khía cạnh sau: - Khái quát đặc tính nhóm sản phẩm cần đo nhằm xác định đặc tính nhƣ: đặc tính kích thƣớc, đặc tính độ xác để từ rút yêu cầu với máy đo; - Tổng hợp, so sánh, lựa chọn cấu hình phần khí máy đo phù hợp với nhiệm vụ đặt ra, đồng thời thỏa mãn điều kiện gia công chế tạo thiết bị Cơng ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất 13 nhƣ thiết bị điện, điện tử có sẵn thị trƣờng Việt Nam với chi phí hợp lý; - Thiết kế chế tạo hồn chỉnh phần khí tay đo, trang bị điện, điện tử điều khiển máy để lấy số liệu thực nghiệm nhóm sản phẩm chọn; - Thiết kế giao diện hệ thống điều khiển PC cho thân thiện với ngƣời sử dụng, linh hoạt thay đổi thơng số phần cứng (ví dụ: số xung Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 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 định dạng yêu cầu với độ xác cao; - Ứng dụng máy vào sản xuất Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài a) Ý nghĩa khoa học Việc tắt đón đầu q trình phát triển đƣợc nhiều nƣớc có công nghiệp phát triển quan tâm, lĩnh vực thiết kế không sở trƣờng nhƣng có nhu cầu thƣờng xun Sản phẩm hồn thiện cuối trải qua q trình nghiên cứu lâu dài gồm động học, động lực học, thẩm mỹ kiến thức chuyên môn phức tạp, nhiên đặt vấn đề chép mẫu thiết kế có sẵn ngƣời thực cần tái tạo xác sản phẩm có sẵn mà khơng cần thực theo trình tự kỹ thuật nó, việc rút ngắn đƣợc nhiều thời gian, tiết kiệm đƣợc nhiều tiền bạc công sức thực Thiết kế lại số hóa sản phẩm có với độ xác cao hình dáng kích thƣớc mà khơng cần quan tâm nghiên cứu ràng buộc tạo hình theo quy trình thiết kế thơng thƣờng lý ý nghĩa khoa học đề tài Đề tài triển khai nghiên cứu giải tốn ngƣợc độ xác để xác định đặc tính cảm biến thay cho phƣơng pháp sử dụng phép dịch chuyển vi phân truyền thống Qua khảo sát ảnh hƣởng tầm với đến độ xác đo điểm khác vùng làm việc tay đo Đề tài phát triển phƣơng pháp làm mịn hóa đƣờng cong trơn (smoothness) nhận đƣợc từ số liệu đo thô b) Ý nghĩa thực tiễn Giải đƣợc toán đặt nêu Mục lý chọn đề tài Cho phép thay cho phƣơng pháp thiết kế truyền thống nhƣ nay, góp phần nâng cao độ xác thiết kế rút ngắn q trình gia cơng thử nghiệm dụng cụ sản phẩm Công ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất 13 Phƣơng pháp phƣơng pháp luận a) Phƣơng pháp nghiên cứu Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Áp dụng phƣơng pháp Nghiên cứu triển khai, sở vận dụng lý thuyết động học Robot Lý thuyết động học robot chuỗi động học biết trƣớc đặc trƣng kết cấu, vị trí hƣớng khâu so với chuẩn quy chiếu biết trƣớc hoàn toàn xác định biết chuyển vị khớp động Ứng dụng nguyên lý vào thiết kế máy đo cho nhóm sản phẩm cụ thể đáp ứng yêu cầu kinh tế kỹ thuật đặt đề tài mang tính khả thi cao b) Phƣơng pháp luận Phƣơng pháp luận hệ thống phƣơng pháp đƣợc ứng dụng để giải vấn đề đặt Luận văn sử dụng phƣơng pháp luận về: - Thiết kế hệ thống đo lƣờng điện tử gián tiếp nhiều thành phần phƣơng pháp số; - Kỹ thuật robot việc nghiên cứu động học tay đo; - Liên kết động học sở điều khiển thời gian; - Các phƣơng pháp nội suy xấp xỉ (cho khâu xử lý liệu đo) Lý lựa chọn phƣơng pháp thiết bị không tiêu chuẩn, đối tƣợng sử dụng thiết bị xuất phát từ thực tiễn nhu cầu công việc, từ thiết lập trƣờng không gian làm việc đến thiết kế thiết bị, giao diện phần mềm PC vận dụng triển khai sáng tạo kiến thức lý thuyết ROBOT công nghiệp nhƣ phƣơng pháp tƣ đƣợc trang bị trƣờng học thực tế sản xuất để ứng dụng triển khai đề tài nghiên cứu Nội dung đề tài Ngoài lời cam đoan, lời cảm ơn, phụ lục mở đầu nội dung đề tài gồm chƣơng sau: Chƣơng 1: Tổng quan sản xuất theo kỹ thuật ngƣợc Chƣơng 2: Thiết kế máy Chƣơng 3: Đo đánh giá số liệu thực nghiệm Kết luận kiến nghị Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT THEO KỸ THUẬT NGƢỢC 1.1 Thiết kế ngƣợc sản xuất theo kỹ thuật ngƣợc Thiết kế ngƣợc quy trình xây dựng lại thiết kế (bản vẽ file số liệu) mẫu vật có trƣớc Ƣu điểm phƣơng pháp thiết kế ngƣợc cho phép thiết kế nhanh xác mẫu thiết kế có độ phức tạp hình học cao, mẫu dạng bề mặt tự (không xác định đƣợc quy luật tạo hình) Phƣơng pháp thiết kế ngƣợc có ƣu điểm mẫu thiết kế dạng bề mặt có quy luật tạo hình nhƣng khơng xác định đƣợc thơng số thiết kế Chẳng hạn mẫu bề mặt xoắn nhƣ cánh tuabin, bề mặt thủy động học, khí động học Trong thời gian gần nƣớc có loại thiết bị tự động đo quét tọa độ 3D, kỹ thuật thiết kế ngƣợc đƣợc nghiên cứu áp dụng số nơi nhƣ: Doanh nghiệp, viện nghiên cứu, trƣờng học Tuy nhiên việc ứng dụng có hiệu giải pháp kỹ thuật cịn nhiều vấn đề cần phải hồn thiện thêm Kỹ thuật thiết kế ngƣợc - Reverse Engineering (RE) thuật ngữ đƣợc sử dụng phổ biến thời gian gần Tuy nhiên việc sử dụng RE phát triển sản phẩm đƣợc vài thập kỷ trƣớc RE đƣợc khái niệm trình nhân vật thể, phận sản phẩm hồn chỉnh có sẵn mà khơng có trợ giúp vẽ, tài liệu hay mơ hình máy tính Về chất thiết kế ngƣợc trình chép sản phẩm đƣợc sản xuất (nhờ khả chép hình ảnh vật thể thành liệu CAD 3D), thiết kế ngƣợc liên quan đến việc qt hình (scanning), số hóa (digitizing) vật thể thành dạng điểm, đƣờng bề mặt 3D Các nhà thiết kế chế tạo thƣờng đánh giá sản phẩm đối thủ cạnh tranh trƣớc đƣa ý tƣởng Ngày q trình đƣợc hệ thống hóa thành kỹ thuật riêng gọi kỹ thuật thiết kế ngƣợc Đó đánh giá có hệ thống sản phẩm nhằm mục đích tái tạo lại hồn chỉnh có bổ sung thêm cải tiến phát triển Nhƣ thấy kỹ thuật thiết kế ngƣợc q trình tạo mơ hình thiết kế từ sản phẩm có sẵn, nhằm thực phép phân tích kỹ thuật tái tạo lại sản phẩm dƣới dạng nguyên gốc hay biến thể Quá trình trái ngƣợc với trình truyền thống lâu kiểu “thiết kế thuận” (Forward Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Engineering) từ ý tƣởng đến sản phẩm (thiết kế ngƣợc từ việc phân tích phận trình thuận, ngƣợc đƣợc tổng hợp theo trình tự nhƣ sau: - Thiết kế thuận: nhu cầu ý tƣởng thiết kế tạo mẫu thử kiểm tra sản phẩm - Thiết kế ngƣợc: sản phẩm kiểm tra đo kiểm tra tái thiết kế tạo mẫu thử sản phẩm Kỹ thuật thiết kế ngƣợc theo hƣớng tự động hóa thƣờng đƣợc chia làm giai đoạn là: lấy mẫu (số hóa bề mặt) thiết bị đo quét tọa độ; xử lý liệu xây dựng mô hình thiết kế phần mềm CAD; ứng dụng Giai đoạn lấy mẫu giai đoạn số hóa bề mặt mẫu loại thiết bị đo quét tọa độ Các loại thiết bị đo quét tọa độ đƣợc lựa chọn tùy theo hình dạng chi tiết, yêu cầu độ xác, vật liệu chi tiết, kích thƣớc chi tiết Hai loại thiết bị đo quét tọa độ phổ biến thiết bị đo không tiếp xúc thiết bị đo tiếp xúc Điển hình loại máy máy quét laser máy đo tọa độ (Coordinate Measuring Machine - CMM) Trong giai đoạn thiết bị đo tọa độ thu nhận liệu hình học đối tƣợng dạng tọa độ điểm (x,y, z), sau tập hợp điểm bề mặt đối tƣợng đƣợc mô tả nhƣ “đám mây điểm” Theo Metalex Magazine máy đo 3D hay gọi máy đo toạ độ (Coordinate Measuring Machine, viết tắt CMM) hoạt động theo nguyên lý dịch chuyển đầu dò để xác định tọa độ điểm bề mặt vật thể CMM thƣờng thiết kế với phần chính: Thân máy, đầu đo, hệ thống điều khiển (máy tính) phần mềm đo Máy CMM có nhiều chủng loại khác khác kích cỡ, thiết kế cơng nghệ đo Máy có hệ điều khiển (manual), có hệ điều khiển số CNC/PC Các máy CMM thƣờng đƣợc sử dụng để đo lƣờng kích thƣớc, đo kiểm mẫu, lƣợc đồ góc, hƣớng chiều sâu, đo chép mẫu tạo hình Các thơng số đƣợc quan tâm máy hành trình đo theo trục x, y, z; độ phân giải trọng lƣợng vật đo máy Các tính chung máy CMM có hệ thống bảo vệ chống va đập, khả lập trình offline, thiết kế ngƣợc, phần mềm SPC bù nhiệt độ Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 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 loại máy nhỏ cầm tay, cho phép đầu dò xoay đặt theo nhiều hƣớng khác - Máy kiểu cầu loại có trục đo đƣợc lắp thẳng đứng với dầm ngang đặt ụ đỡ Máy đo kiểu cầu (theo trục X) giúp mở rộng phạm vi vật thể đo - Với máy đo kiểu chìa đỡ, trục đo đƣợc đỡ kết cấu đỡ - Máy kiểu giàn có kết cấu khung treo ụ đỡ để mở rộng phạm vi 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 dị đƣợc đặt ngang chìa ra, đầu gắn giá đỡ thẳng đứng dịch chuyển đƣợc Về hệ thống đầu cho máy CMM, ngƣời ta sử dụng loại đầu dị tiếp xúc hay đo điểm rời rạc, hệ thống đầu đo laser, camera Máy đo CMM đa cảm biến đƣợc trang bị lúc nhiều cảm biến, camera đầu dò Tiếp theo giai đoạn xử lý liệu xây dựng mơ hình, giai đoạn sử dụng phần mềm phần mềm tạo lƣới (có khả tự động phủ lƣới qua tất điểm liệu) phần mềm mô hình hóa 3D (có khả mơ hình hóa đƣờng cong, mặt cong NURBS, xây dựng mơ hình thiết kế CAD từ mơ hình lƣới điểm thơng qua tƣơng tác ngƣời sử dụng với giao diện phần mềm) Sau giai đoạn ứng dụng, mô hình thiết kế đƣợc tinh chỉnh, tối ƣu phƣơng pháp phân tích CAE, hay chuyển sang công đoạn thiết kế khuôn cho sản phẩm cuối xuất liệu thiết kế dƣới dạng vẽ kỹ thuật Có thể sử dụng trực tiếp liệu thiết kế cho công đoạn sản xuất cách chuyển mơ hình CAD sang phần mềm CAM để lập trình gia cơng CNC, hay chuyển sang liệu STL cho q trình tạo mẫu nhanh Ngồi việc phục vụ thiết kế chế tạo, quy trình thiết kế ngƣợc cịn đƣợc sử dụng để kiểm tra, đánh giá độ xác sản phẩm gia công so với nguyên mẫu Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Hình 1.3:Minh họa quy trình sản xuất ngược Ngồi việc phục vụ thiết kế chế tạo, quy trình thiết kế ngƣợc đƣợc sử dụng để kiểm tra, đánh giá độ xác sản phẩm gia cơng so với nguyên mẫu Hình 1.4: Rapidform - phần mềm hàng đầu thiết kế ngược Các lĩnh vực ứng dụng thiết kế ngƣợc bao gồm: - Thiết kế chế tạo khuôn mẫu khuôn nhựa, khuôn đúc - Gia cơng CNC (dữ liệu mơ hình CAD đầu vào) - Thiết kế, sản xuất hàng tiêu dùng (điện thoại, đồ gia dụng) - Công nghiệp ô tô, hàng không, y tế giáo dục - Sao chép, phục hồi, sản xuất phụ tùng đơn khơng cịn sản xuất thiết kế - Nghiên cứu phát triển sản phẩm Chính nhờ ƣu điểm phƣơng pháp thiết kế ngƣợc cho phép thiết kế nhanh xác mẫu thiết kế có độ phức tạp hình học cao, mẫu dạng bề mặt tự không Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 10 xác định đƣợc quy luật tạo hình Vì vậy, đƣợc ứng dụng cao nghiên cứu phát triển sản phẩm (R&D) đặc biệt lĩnh vực có vịng đời sản phẩm ngắn nhƣ hàng tiêu dùng, ô tô, xe máy, bao bì nhựa Phù hợp với doanh nghiệp nhỏ sử dụng lợi công nghệ để bắt kịp doanh nghiệp lớn khác 1.2 Một số kỹ thuật thiết bị đo lƣờng đại thiết kế ngƣợc Với mục đích tạo tọa độ điểm bề mặt vật thể có sẵn, có nhiều phƣơng pháp khác nhƣng cở chia vào hai nhóm, kỹ thuật địi hỏi tiếp xúc với vật thể khơng địi hỏi tiếp xúc với vật thể Trong kỹ thuật quét không tiếp xúc ngƣời ta cần dán lớp phản xạ tia đo hay khơng tùy theo tính chất vật liệu cấu thành nên vật thể đo nhƣ Hình 1.5: Quét 3D với điểm đánh dấu bề mặt Hình 1.6: Qt laser khơng tiếp xúc Quét laser với tốc độ lấy mẫu hàng triệu điểm/giây không tiếp xúc không cần đánh dấu, độ xác tới 1.9µm tƣơng đƣơng với đo tiếp xúc Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ... Cơ khí hóa chất 13 Tên đề tài luận văn thạc sỹ: "Thiết kế, chế tạo 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... 60520103 THIẾT BỊ ĐO BIÊN DẠNG THEO NGUYÊN TẮC Sau hai năm học tập,SỐ rènHÓA luyện KIỂU nghiên cứu trƣờng, em lựa chọn thực ROBOT đề tài tốt nghiệp: ? ?Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị số hóa biên. .. kế chế tạo hoàn chỉnh 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 phạm vi ứng dụng đƣợc Cơng ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất