Báo cáo bài tập lớn kỹ thuật đo lường 3d đề bài đo lường tiếp xúc bằng máy cmm

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ Nhóm chun mơn Cơ khí xác & Quang học ********** BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG 3D ĐỀ BÀI: ĐO LƯỜNG TIẾP XÚC BẰNG MÁY CMM GVHD SVTH TS Nguyễn Thị Kim Cúc Nguyễn Xuân Hiếu 20184848 Đặng Thanh Nam 20185020 Đỗ Ngọc Trường 20185176 Vũ Văn Vững 20171949 Hà Nội, tháng 12 năm 2022 Trang LỜI MỞ ĐẦU Kỹ thuật đo lường chặng đường dài, có phát triển đặc biệt vòng 20 năm qua với đời công nghệ đo lường 3D Ngày nay, đo lường 3D phổ biến, không lĩnh vực kiểm tra chất lượng mà áp dụng thiết kế, chế tạo ngược phim ảnh Và công nghệ đo lường 3D phần thiếu q trình sản xuất Đơi nhìn vào vật thể có hình dáng vơ phức tạp làm để thu tất phép đo hình học Việc đo lường sử dụng dụng cụ đo bình thường hay sử dụng Để làm điều này, người ta sáng chế công nghệ đo lường 3D Đề tài: “Đo lường tiếp xúc máy CMM” xây dựng tìm hiểu nhóm đo lường máy đo toạ độ (CMM) nói riêng đo lường 3D nói chung Qua báo cáo này, nhóm học hỏi, tìm hiểu, nghiên cứu nhiều lĩnh vực đo lường 3D Bài báo cáo nhóm chúng em gồm chương: Chương 1: Giới thiệu máy CMM Chương 2: Nguyên lý đo kết cấu hệ đo máy CMM Chương 3: Sai số bù sai số đo tiếp xúc CMM Chương 4: Công nghệ thiết kế ngược Chương 5: Ứng dụng máy CMM Trong q trình thực tập này, nhóm muốn gửi lời cảm ơn TS Nguyễn Thị Kim Cúc hướng dẫn chúng em nhiệt tình để nhóm hồn thành báo cáo Nhóm sinh viên Nhóm Trang PHÂN CƠNG CƠNG VIỆC NHĨM STT Nội dung thực Người thực Nguyễn Xuân Hiếu Lời mở đầu Chương 1, Tổng hợp tài liệu, báo cáo Đặng Thanh Nam Chương 2, Tìm hiểu máy tham khảo thơng dụng, phổ biến Đỗ Ngọc Trường Chương 3,5 Vũ Văn Vững Chương 4, Kết luận Trang MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC NHÓM MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU CHƯƠNG : GIỚI THIỆU VỀ MÁY CMM 1.1 Lịch sử phát triển máy CMM 1.1.1 Lịch sử phát triển đo lường 1.1.2 Máy đo tọa độ chiều CMM 14 1.2 Giới thiệu máy CMM 20 1.2.1 Tổng quan máy CMM 20 1.2.2 Phân loại máy CMM 20 1.2.3 Thân máy 21 1.2.4 Đầu đo 22 1.3 Nhận xét 24 CHƯƠNG NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG, KẾT CẤU HỆ ĐO MÁY CMM 27 2.1 Nguyên lý đo toạ độ CMM 27 2.2 Kết cấu hệ đo máy CMM 29 2.2.1 Khung khí 30 2.2.2 Vật liệu kết cấu máy CMM 34 2.2.3 Hệ truyền động máy CMM 35 2.2.4 Bộ chuyển đổi dịch chuyển 39 2.3 Phương pháp đo tiếp xúc máy CMM 42 2.4 Hệ thống đầu đo CMM 42 2.4.1 Phân loại hệ thống đầu đo CMM 42 2.4.2 Thành phần đầu đo tiếp xúc 43 2.4.3 Sai số đầu đo CMM 44 2.5 Vận hành máy CMM 44 2.5.1 An toàn sử dụng máy CMM 44 2.5.2 Kiểm tra vẽ lựa chọn đầu đo 47 2.5.3 Thực đo lưu trữ kết đo 49 2.6 Quy trình thực chương trình đo 51 Trang 2.6.1 Kiểm định .51 2.6.2 Căn chỉnh .51 2.6.3 Kiểm tra 51 2.6.4 Phân tích 51 2.6.5 Báo cáo 52 2.6.6 Chạy thử .52 2.6.7 Cải thiện chương trình 52 Máy đo 3D CMM CNC Metrology CMM-V564CNC 54 Hình 0.25 Máy đo 3D CMM CNC Metrology CMM-V564CNC 54 CHƯƠNG SAI SỐ VÀ BÙ SAI SỐ KHI ĐO TIẾP XÚC BẰNG CMM .57 3.1 Sai số độ không đảm bảo đo 57 3.1.1 Độ không đảm bảo đo tiêu chuẩn 57 3.1.2 Độ không đảm bảo đo tổng hợp (UC) 60 3.1.3 Độ không đảm bảo chuẩn mở rộng (U) mức độ tin cậy 64 3.1.4 Tác động độ không đảm bảo đo phép đo 66 3.2 Kiểm sốt mơi trường 67 3.2.1 Kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm 67 3.2.2 Kiểm soát bụi .70 3.2.3 Kiểm soát rung động .70 3.2.4 Kiểm soát tiếng ồn 74 3.3 Bù sai số máy CMM 75 3.3.1 Phân loại kỹ thuật bù sai số .77 3.3.2 Các kỹ thuật bù sai số máy CMM 80 3.3.3 Mơ hình tốn học sai số máy CMM .82 CHƯƠNG CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC 84 4.1 Thu thập đám mây tọa độ điểm máy đo CMM 84 4.2 Số hóa bề mặt 85 4.3 Xử lý liệu đo lường .86 4.4 Nối lọc liệu 86 4.5 Nội suy làm mịn liệu .87 4.6 Lọc liệu tái tạo bề mặt 87 4.7 Tái tạo lại bề mặt 87 Trang 4.8 Chế tạo mơ hình 88 CHƯƠNG ỨNG DỤNG CỦA MÁY CMM .89 KẾT LUẬN .92 TÀI LIỆU THAM KHẢO .93 Trang DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU Hình 1 Đo lường mô tả lăng mộ Rekhmire Thebes .8 Hình Cubit hồng gia Ai Cập .9 Hình Panme năm 1867 11 Hình Hộp mẫu bảo tàng Hoa Kỳ 12 Hình Máy đo Moore số (1957) .13 Hình Máy CMM M48 .14 Hình Máy đo toạ độ Ferranti .16 Hình Máy CMM CORDAX (1966) 18 Hình Máy CMM phát triển tập đồn Mitutoyo 19 Hình 10 Cấu tạo chung máy CMM .21 Hình 11 Một số kết cấu thân máy CMM 22 Hình 12 Phép đo dựa tiếp xúc điểm .23 Hình 13 Đầu cảm ứng đầu dị khơng tiếp xúc .24 Hình 2.1 Nguyên lý đo toạ độ 27 Hình 2.2 Toạ độ máy toạ độ vật 28 Hình 2.3 Kết cấu máy CMM 29 Hình 3.1 Sự khác biệt độ không đảm bảo đo sai số đo 58 Hình 3.2 Giản đồ mô tả không đảm bảo đo ba chiều (3D) toạ độ điểm vùng làm việc CMM 60 Hình 3.3 Ví dụ độ không đảm bảo đo CTE thép 61 Hình 3.4 Độ khơng đảm bảo đo tiêu chuẩn kết hợp phân tách thành độ không đảm bảo đo nhiệt độ hệ số độ không đảm bảo đo giãn nở nhiệt phơi thép dài m 64 Hình 3.5 Sơ đồ minh họa phân biệt độ không đảm bảo đo kết hợp mở rộng 65 Hình 3.6 Độ không đảm bảo đo mở rộng (k = 2) giá trị tuyệt đối độ chệch đo giãn nở nhiệt phôi thép dài m dạng hàm nhiệt độ phôi 66 Hình 3.7 Khử rung miếng đệm .72 Hình 3.8 Khử rung lị xo khơng khí 74 Hình 3.9 Bộ ba lị xo khơng khí máy CMM 74 Hình 3.10 Bốn đường chéo CMM 76 Hình 3.11 Giảm sai số sau bù 76 Hình 3.12 Sơ đồ máy giàn có thang kép .78 Hình 3.13 Bù sai số cách sửa đổi lệnh chuyển động 79 Hình 3.14 Bù sai số cho quỹ đạo bàn làm việc .80 Hình 3.15 Sai số có trục 81 Hình 3.16 Hệ tọa độ CMM với cầu di chuyển 83 Hình Hệ thống thu thập đám mây điểm máy CMM 85 Hình Đám mây điểm mô-đun mẫu sau nối số khối 86 Hình Đám mây điểm mô-đun mẫu 87 Trang Hình 4 Bề mặt làm mịn Hình Tồn hệ thống chế tạo cho mơ hình 3D 87 88 Hình Máy CMM sản xuất Hình Đầu dị sử dụng phổ biến khí máy CMM 89 90 Trang CHƯƠNG : GIỚI THIỆU VỀ MÁY CMM 1.1 Lịch sử phát triển máy CMM 1.1.1 Lịch sử phát triển đo lường 1.1.1.1 Sự phát triển đo lường văn minh cổ đại Đo lường phát triển từ lâu trước đây, nhiều cơng trình cổ đại cho thấy phát triển đo lường đạt nhiều thành tựu to lớn Ví dụ bao gồm Vạn Lý Trường Thành Trung Quốc, tảng đá nguyên khối Đảo Phục Sinh, đền người Maya Nam Mỹ Stonehenge Anh Các kim tự tháp Ai Cập kim tự tháp ấn tượng Đại kim tự tháp Cheops (Khufu), xây dựng cách khoảng 4.500 năm, có diện tích 52.000 mét vng chứa khoảng 2.300.000 khối đá có khối lượng trung bình 2.270 kg khối Người ta ước đoán phải 100.000 người đàn ơng từ 20 đến 30 năm để hồn thành kim tự tháp Đây nỗ lực tương tự nỗ lực nhiều năm người để đưa người đàn ông lên mặt trăng Những công cụ xây dựng hạng nặng dành cho người Ai Cập đòn bẩy, lăn dốc đất rộng lớn Khả đo lường người Ai Cập cải tiến nhiều người ta ước tính khác biệt chiều cao góc đối diện kim tự tháp đáy 13 mm (Morse Babcock 2009) Hình 1.1 Đo lường mơ tả lăng mộ Rekhmire Thebes Một ghi chép ban đầu phép đo tìm thấy lăng mộ Rekhmire Thebes (Hình 1.1), có niên đại từ kỷ thứ mười lăm trước Công nguyên Đối với người liên quan đến đo lường thủ cơng q trình này, điều thú vị phải lưu ý nhiệm vụ đo họ thực đồng thời với trình làm việc Giải thích Hình 1.1 đơn giản mặt phẳng bên khối làm phẳng sợi dây – điều khó để làm phẳng toàn bề mặt Các sợi dây căng để kiểm tra chỗ nhô cao khỏi bề mặt sau chỗ nhơ loại bỏ đục Trang 1.1.1.2 Cubit – đơn vị đo Từ thời kì phát triển đo lường, người chọn phận tự nhiên làm sở cho đơn vị đo lường - chiều dài cẳng tay, bàn chân chiều rộng ngón tay Các đơn vị ln có sẵn dễ hiểu Trong số này, cubit trở thành vật liệu sử dụng rộng rãi giới cổ đại Cubit định nghĩa khoảng cách từ khuỷu tay đến cuối ngón tay duỗi Tuy nhiên, chiều dài cánh tay người không đồng nhất, người Ai Cập có cho cách giải Hình cho thấy tiêu chuẩn cubit hồng gia Ai Cập Tiêu chuẩn dựa độ dài cẳng tay Pharaoh Amenhotep I (khoảng năm 1550 TCN) Nó dài khoảng 524 mm (Hình 1.2 ) gọi cubit hồng gia Như minh họa này, tiêu chuẩn chia nhỏ vạch chia khối lập phương thành nhịp, gang tay 24 chữ số Các chữ số chia thành nửa, phần ba, phần tư giảm xuống 16 phần Tổng thể cubit hoàng gia làm đá granit đen đặt giám sát kiến trúc sư hoàng gia Các cubit “làm việc” làm gỗ nhân từ cubit hoàng gia nghệ nhân sử dụng kim tự tháp lớn, lăng mộ đền thờ Hình 1.2 Cubit hoàng gia Ai Cập 1.1.1.3 Sự đời dụng cụ đo Bắt nguồn từ điều hướng cách sử dụng vị trí mặt trời, mặt trăng ngơi địi hỏi phải có góc độ chắn xác, William Gascoigne, nhà thiên văn học, phát triển công cụ thiên văn cách sử dụng sợi vít vi sai (Towneley 1666) Gascoigne đo đường kính mặt trời, mặt trăng thiên thể khác phương pháp tam giác Điều đòi hỏi phép đo xác đường kính mục tiêu thị kính Trang