Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy đo tọa độ 3DCNC

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC.05.13/06-10 BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy đo tọa độ 3D CNC” MÃ SỐ ĐỀ TÀI: KC.05.13/06-10 Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà TP. HỒ CHÍ MINH - 2010 BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HC M CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC.05.13/06-10 BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy đo tọa độ 3D CNC” MÃ SỐ ĐỀ TÀI: KC.05.13/06-10 Chủ nhiệm đề tài: Cơ quan chủ trì đề tài: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà TP. HỒ CHÍ MINH - 2010 BẢNG KÊ CÁC BẢNG TRONG BÁO CÁO TỔNG HỢP Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật ban đầu cho máy CMM cần thiết kế. Bảng 2.2: Những lĩnh vực ứng dụng tương ứng với từng dạng máy CMM. Bảng 2.3: Trọng số của các đặc tính kỹ thuật để đánh giá chọn loại máy CMM. Bảng 2.4: Kết quả tính toán mô hình dựa vào trọng số đặc tính kỹ thuật. Bảng 3.1: Các nguyên nhân gây sai số hệ thống. Bảng 3.2: So sánh ưu và nhược điểm giữa hai phương pháp lấy mẫu. Bảng 4.1: So sánh những đặc tính kỹ thuật của hai loại ổ đệm. Bảng 4.2: Các hệ số đặc tính của đệm khí. Bảng 5.1: So sánh giữa đầu dò tiếp xúc và đầu dò không tiếp xúc. Bảng 5.2: Kết quả độ lặp lại khi thử ngiệm đầu dò trên máy phay CNC. Bảng 6.1: Các bước thực hiện quá trình đo vật thể của máy CMM. Bảng 6.2: So sánh sự khác nhau giữa AC & DC servo. Bảng 6.3: Bảng đặc tính của động cơ HF-KB (B) (200V). Bảng 6.4: So sánh 3 model của MR-J3 series. Bảng 6.5: Đặc tính của MR-J3-A&MR-J3-B(200V). Bảng 6.6: Ý nghĩa các chân kết nối MH8. Hình 6.7: Thước quang HEIDENHAIN LIDA 477. Bảng 6.8: Mô tả ý nghĩa chân 4 connector. Bảng 6.9: Mô tả ý nghĩa chân J3 connector. Bảng 6.10: Mô tả chân DDA-Pulse Ouput. Bảng 6.11: Mô tả chân Encoder Input. Bảng 6.12: Bảng mô tả chân Local I/O. Bảng 6.13 : Mô tả chân Voltage Ouput và 1 số chân khác. Bảng 7.1: Số lượng điểm tối thiểu trong kĩ thuật đo tọa độ. Bảng 7.2: Tính ứng dụng của các phương pháp nội suy cho các đối tượng h.học. Bảng 7.3: Tập hợp điểm dữ liệu thu thập được nhờ đo đạc. Bảng 8.1: Kết quả đo độ lặp lại. Bảng 8.2: Kết quả đo độ chính xác. Bảng 9.1: Các đặc tính kỹ thuật của máy đo tọa độ 3D CNC. Bảng 9.2: Các sản phẩm dạng II. Bảng 9.3: Kết quả tham gia đào tạo sau đại học và đại học. Bảng 9.4: Dự toán giá thành các sản phẩm so với giá ngoại nhập. BẢNG KÊ CÁC HÌNH TRONG BÁO CÁO TỔNG HỢP Hình 1.1: Thu thập dữ liệu tập hợp điểm trên bề mặt vật thể. Hình 1.2: Tính toán vật thể thay thế dựa trên dữ liệu thu thập được. Hình 1.3: So sánh vật thể thay thế với bản vẽ kĩ thuật. Hình 1.4: Máy đo tọa độ Ferranti Merlin 750. Hình 1.5: Máy đo tọa độ CORDAX 1808. Hình 1.6: Máy đo tọa độ ZMC 550. Hình 1.7: Máy đo tọa độ UPMC 850 CARAT. Hình 1.8: CMM kích thước lớn. Hình 1.9: CMM kích thước thường. Hình 1.10: Nano CMM F25 của hãng Carl Zeiss. Hình 1.11: CMM kiểu công xôn. Hình 1.12: CMM kiểu cầu di động (loại sử dụng đệm khí). Hình 1.13: CMM kiểu cầu di động (loại sử dụng băng trượt). Hình 1.14: CMM kiểu giàn cần trục. Hình 1.15: CMM kiểu cánh tay ngang. Hình 1.16: Mô hình các thành phần cơ bản của một hệ thống CMM hiện đại. Hình 1.17: Lược đồ các thành phần cơ bản của máy đo tọa độ. Hình 3.1 : Cấu trúc dạng cầu trục của CMM. Hình 3.2 : Sơ đồ cấu tạo đầu dò. Hình 3.3: Sai số bán kính đầu dò. Hình 3.4: Sai số cosine trong bù trừ theo phương di chuyển đầu dò. Hình 3.5: Bù trừ bán kính đầu dò theo hướng. Hình 3.6: Bù trừ bán kính cho đường thẳng. Hình 3.7: Bù trừ bán kính cho đường tròn ngoài và đường tròn trong. Hình 3.8: Bù trừ bán kính cho mặt phẳng. Hình 3.9: Bù trừ bán kính đầu dò mặt trụ. Hình 3.10: Bù trừ bán kính đầu dò mặt nón. Hình 3.11: Minh họa giải pháp hợp nhất. Hình 3.12: Biểu diễn khai triển tam giác. Hình 3.13: Trình tự việc đánh giá và giảm sai số động học bằng bồi thường. Hình 3.14: Sơ đồ dùng cho mô hình động học. Hình 3.15: Thông số vận tốc và gia tốc để khảo sát sai số động học. Hình 3.16: Khử ứng suất nhiệt. Hình 3.17 : Dạng shell xếp chồng là một ưu tiên trong thiết kế. Hình 3.18 : Mô hình xét cấu trúc cầu khi xét đến biến dạng nhiệt. Hình 3.19: Mô hình lắp ráp đế bàn. Hình 3.20 : Mô hình lắp ráp chân đế. Hình 3.21: Các sai số trong 3 trục chuyển động của máy CMM. Hình 3.22: Sơ đồ nguyên lý máy CMM dạng cầu. Hình 3.23: Khớp trượt thứ 1 – Khớp trượt trục Z. Hình 3.24: Khớp trượt thứ 2 – Khớp trượt dọc trục Y. Hình 3.25: Khớp trượt thứ 3 – Khớp trượt trục X. Hình 3.26: Sơ đồ giải thuật phần mềm bù trừ sai số. Hình 3.27: Giao diện phần mềm bù trừ sai số. Hình 3.28: Biểu diễn cách lấy mẫu hệ thống lưới chữ nhật theo một hướng. Hình 3.29: Biểu diễn cách lấy mẫu hệ thống lưới chữ nhật theo hai hướng. Hình 3.30 : Hình chiếu đứng của chi tiết là khối trụ tròn. Hình 3.31: Hình chiếu của khối rắn có bề mặt tự do. Hình 3.32: Minh họa chi tiết khối trụ tròn đo trên máy đo tọa độ BEYON 504. Hình 3.33: Kết quả mô phỏng Monte Carlo với 100 lần cho mỗi điểm đo. Hình 4.1: Những dạng đế cho dạng máy cầu di chuyển. Hình 4.2: Kích thước bàn máy. Hình 4.3: Những nguồn gốc gây ra sai số đối với thanh dẫn hướng. Hình 4.4: Hình vẽ tổng quan hệ thống cơ máy CMM. Hình 4.5: Cấu tạo đệm khí. Hình 4.6: Mô hình tương tự như xe mang đầu đo. Hình 4.7: Cấu tạo đệm khí loại rãnh. Hình 4.8:. Đệm khớ 2 rãnh- 2 lỗ tiết lưu. Hình 4.9: Đệm khí nhiều lỗ tiết lưu. Hình 4.10: Dạng đường cong đặc tính tải của đệm khí. Hình 4.11: Họ đường cong biểu diễn quan hệ độ cứng đệm khí với khe hở z. Hình 4.12: Kết cấu một loại máy đo ba chiều CMM. Hình 4.13: Thể hiện thanh trượt OZ và vị trí các ổ đệm. Hình 4.14: Thể hiện khung trượt và vị trí các ổ đệm. Hình 4.15: Vị trí các ổ đệm khí ở vị trí thứ 4. Hình 4.16: Thể hiện vị trí các ổ đệm trên khung máy. Hình 4.17: Thể hiện vị trí các ổ đệm ở mặt trước trên khung máy. Hình 4.18: Thể hiện vị trí các ổ đệm khí ở đế khung máy. Hình 4.19: Thể hiện vị trí các ổ đệm khí ở trên đế khung máy. Hình 4.20: Thể hiện vị trí các ổ đệm hai bên đế khung máy. Hình 4.21: Các bước thiết kế ổ đệm khí. Hình 4.22: Ổ đệm khí một lỗ khí ở giữa. Hình 4.23: Thể hiện vị trí các ổ đệm hình chữ nhật. Hình 4.24: Kết cấu một ổ đệm khí hình chữ nhật dùng để thiết kế. Hình 4. 25: Mô hình hoá hình học máy đo ba chiều CMM. Hình 4.26: Mô hình tính toán bộ truyền đai đối với các trục X,Y,Z. Hình 4.27: Kết quả Chia lưới. Hình 4.28: Chọn bài toán để giải. Hình 4.29: Chọn điều kiện biên. Hình 4.30: Vị trí đặt lực. Hình 4.31: Công cụ tính. Hình 4.32: K ết quả Oy . Hình 4.33 : Biến dạng của đầu dò theo phương Oy. Hình 4.34: Điều kiện biên. Hình 4.35: Đ ặt lực . Hình 4.36: Đặt lựcTa tiến hành đặt lực tại vị trí cách vị. Hình 4.37: Đặt lực. Hình 4.38 : Đặt lực. Hình 4.39: Kết quả Ox, Oz. Hình 4.40: Chuyển vị của đầu dò theo phương Ox, Oz. Hình 4.41 : Máy đo tọa độ đề tài KC.05.13/10-06. Hình 5.1: Đầu dò dạng laser. Hình 5.2: Đ ầu dò QVP Accel 808 . Hình 5.3: C ấu tạo chung đ ầu dò trigger . Hình 5.4 : C ấu tạo chung đ ầu dò scanning . Hình 5.5: Các b ộ phận c ơ b ản của đ ầu dò tiếp xúc . Hình 5.6: Các nguyên tắc làm việc của đầu dò dạng tiếp xúc. Hình 5.7: K ết cấu đ ầu dò tiếp xúc dạng contact . Hình 5.8: Sơ đ ồ làm việc . Hình 5.9: Sơ đ ồ mạch đi ện . Hình 5.10: Sơ đ ồ nguyên lý mạch đi ện cảm biến . Hình 5.11: Module vi đi ều khiển . Hình 5.12: M ạch giao tiếp máy tính qua cổng USB . Hình 5.13: Module công tắc. Hình 5.14: module loa. Hình 5.15: Vỏ ngoài. Hình 5.16: Thân trong. Hình 5.17: Kh ối giữ kim . Hình 5.18: Đầu dò sau khi lắp hoàn chỉnh. Hình 5.19: Mạch điện. Hình 5.21: Hình mô tả quá trình thử đầu dò. Hình 6.1: Mô tả các thành phần máy CMM. Hình 6.2: Sơ đồ các phần tử điều khiển của hệ thống. Hình 6.3: Các động cơ AC của Mitsubishi. Hình 6. 4: Driver của động cơ Mitsubishi. Hình 6.5: Driver MR - J3(200V) . Hình 6.6: Đ ầu dò MH8 . Hình 6.7: Nguyên lý ho ạt đ ộng đ ầu dò . Hình 6.8: Nguyên lý th ư ớc quang . Hình 6. 9: Thư ớ c quang HEIDENHAIN LIDA 477 . Hình 6. 10: Joystick. Hình 6.11: Card PCI - 1242 - A . Hình 6.12:Sơ đồ chân và mô tả của 4 connector. Hình 6.13: Sơ đồ chân và mô tả các chân của J1 connector. Hình 6.14: Sơ đồ chân và mô tả các chân của J3 connector. Hình 6.15 : Sơ đồ chân của SCSI-II 68 chân. Hình 6.16 : Sơ đồ kết nối giữa Card 1242 và Driver điều khiển xung. Hình 6.17: Trip Rectangle. Hình 6.18: Tổng quát phiên làm việc đo một đối tượng hình học. Hình 6.19: Sơ đồ xử lý của bộ định thời. Hình 6.20: Sơ đồ thực thi của card điều khiển. Hình 6.21: Sơ đồ xử lý ngắt. Hình 7.1: Các chức năng cơ bản của phần mềm đo cho máy CMM. Hình 7.2: Cấu trúc các lớp C++ định nghĩa các đối tượng hình học. Hình 7.3: Các lớp thực hiện các phép toán hình học. Hình7.4: Các hệ tọa độ đo: (a) hệ tọa độ máy ; (b) hệ tọa độ. Hình7.5: Chuyển đổi hệ. Hình 7.6: Bù trừ bán kính đầu dò cho các. Hình 7.7: Ảnh hưởng của các hướng bù bán kính khác nhau. Hình 7.8: Đường thẳng bình phương tối thiểu. Hình 7.9: Lưu đồ giải thuật nội suy đường thẳng và mặt phẳng. Hình 7.10: Đường tròn bình phương tối thiểu trong không gian 3 chiều. Hình 7.11: Lưu đồ giải thuật nội suy. Hình 7.12: Giao diện phần mềm đo. Hình 7.13: Các cửa sổ con Properties và List of Elements của mPrecision. Hình 7.14: Thanh trình đơn của phần mềm đo mPrecision v1.0. Hình 7.15: Standard toolbar của phần mềm đo mPrecision v1.0. Hình 7.16: Element toolbar của phần mềm đo mPrecision v 1.0. Hình 7.17: Hộp thoại Element Point. Hình 7.18: View toolbar của phần mềm đo mPrecision. Hình 7.19: Hộp thoại CS tranform cho phép thiết lập hệ tọa. Hình 7.20: XDựng đường tròn bằng cách sử dụng các điểm dữ liệu đo đạc được. Hình 7.21: Xây dựng điểm bằng cách sử dụng phép. Hình 7.22: Hộp thoại Angle cho phép tính thông số góc của mPrecision. Hình 7.23: Hộp thoại Distance cho phép tính khoảng cách của. mPrecision. Hình 7.24: Biểu diễn các điểm dữ liệu trong không gian bởi phẩn mềm. Hình 25: Xây dựng đường tròn từ 10 điểm dữ liệu đo. Hình 7.26: Xác định giao điểm của hai đường tròn bằng. Hình 7.27: Sơ đồ tính hàm spline. Hình 7.28 :Ảnh hưởng của các nút lên đặc tính của một đường B-spline bậc 4. Hình 7.29 : Các dạng đường cong ứng với bậc p = 7, 5 và 3 tương ứng. Hình 7.30 : Các cấp nội suy tại các nút bội. [...]... +Chế tạo cụm truyền động Z -08 b ti liu v +Nghiên cứu, thiết kế hệ thống vỏ che +Nghiên cứu thiết kế đế máy + Nghiên cứu thiết kế cụm giảm chấn + Nghiên cứu lập QTCN chế tạo đế máy + Chế tạo hệ thống vỏ che + Chế tạo đế máy + Chế tạo cụm giảm chấn +Nghiên cứu lập QTCN chế tạo hệ thống vỏ che - 05 b ti liu v + Viết phần mềm cho bộ điều khiển + Thiết kế, tính toán hệ thống điều khiển cho cụm truyền động... v +Nghiên cứu phân tích ảnh hởng của nhiệt độ đến độ chính xác của máy đo tọa độ 3D CNC +Nghiên cứu phân tích ảnh hởng của các yếu tố động học đến độ chính xác của máy đo tọa độ 3D CNC +Nghiên cứu phân tích ảnh hởng của các yếu tố khác (vật liệu, lực đo) đến độ chính xác của máy đo tọa độ 3D CNC +Nghiên cứu đề xuất các giải pháp bù giảm các sai số -01 b ti liu v +Nghiên cứu thiết kế cụm truyền động... +QTCN chế tạo cụm truyền động X +QTCN chế tạo cụm truyền động Y +QTCN chế tạo cụm truyền động Z -03 b ti liu v + Nghiên cứu lập QTCN chế tạo ổ đệm khí + Chế tạo ổ đệm khí + Thử nghiệm ổ đệm khí -01b ti liu v +NC để mô phỏng kiểm tra các hoạt động của máy -01 b ti liu : + Nghiên cứu, thiết kế, tính toán hệ thống giảm chấn cho hệ thống đo -03 b ti liu v +Chế tạo cụm truyền động X +Chế tạo cụm tuyền động... Nghiên cứu các yếu tố ảnh hởng đến sai số của máy đo và xác định phơng pháp bù, gm cỏc mc 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 -01 b ti liu v nội dung 5: Nghiên cứu, tính toỏn thiết kế các cụm chi tiết chính của máy đo tọa độ 3D, gm mc 5.8 -03 b ti liu v nội dung 6: Nghiên cứu, lập qui trình CN chế tạo và chế tạo các cụm thiết bị chính, gm cỏc mc 6.1, 6.2, 6.3 -03 b ti liu v nội dung 7: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo. .. -01b ti liu v ni dung 4: Tính toán và thiết kế tổng thể của máy, gm mc 4.2 -01 b ti liu v ni dung 5: Nghiên cứu, tính toỏn 10 thiết kế các cụm chi tiết chính của máy đo tọa độ 3D, gm mc 5.9 -03 b ti liu v nội dung 6: Nghiên cứu, lập qui trình CN chế tạo và chế tạo các cụm thiết bị chính, gm cỏc mc.6.4, 6.5,6.6 -08 b ti liu v ni dung 7: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các bộ phận phụ trợ, gm cỏc mc 7.1,... b ti liu v + Viết phần mềm cho bộ điều khiển + Thiết kế, tính toán hệ thống điều khiển cho cụm truyền động X,Y + Viết phần mềm đo + Viết phần mềm xây dựng đờng và làm trơn b 12 mặt để tái tạo bề mặt đo + Thử nghiệm phần mềm xây dựng đờng và làm smoot bề mặt để tái tạo bề mặt đo Kim tra nh k ln 4 III - 04 b ti liu v +Nghiờn cu, thit k h thng in + Nghiờn cu thit k bn iu khin + Ch to t iu khin + Ch to... thiết kế và chế tạo các bộ phận phụ trợ, gm cỏc mc 7.1, 7.2, 7.5, 7.6,7.7, 7.9, 7.10, 7.15, - 05 b ti liu v ni dung 10: Xây dng phần mềm điều khiển và phần mềm xây dng đờng và làm trơn bề mặt để tái tạo bề mặt đo, gm cỏc mc: 10.1, 10.2, 10.5, 10.6, 10.8 Bỏo cỏo nh k ln 4 II 14/3/2010 - 04 b ti liu v ni dung 7 : Nghiờn cu, thit k v ch to cỏc b phn ph tr, gm cỏc mc 7.3, 7.4, 7.11, 7.12 - 06 b ti liu v ni . với bản vẽ kĩ thuật. Hình 1.4: Máy đo tọa độ Ferranti Merlin 750. Hình 1.5: Máy đo tọa độ CORDAX 1808. Hình 1.6: Máy đo tọa độ ZMC 550. Hình 1.7: Máy đo tọa độ UPMC 850 CARAT. Hình 1.8: CMM. để thiết kế chế tạo nhanh khuôn mẫu nhựa. Một số trường Cao đẳng dạy nghề cũng đầu tư máy đo tọa độ 3 chiều. Các Viện nghiên cứu như Viện công nghệ, viện IMI cũng nghiên cứu áp dụng máy đo tọa. học Bách Khoa – Tp.HCM cũng đang nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đo 3 tọa độ cỡ Meso và Micro cũng như máy đo 3 tọa độ kiểu song song được điều khiển bằng máy tính. Đây là những bước tích