tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật THUẬT TOÁN mới và CHƯƠNG TRÌNH MATLAB xác ĐỊNHSAI LỆCH độ TRÒN từ dữ LIỆU đo TRÊN máy CMM 544

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ****** BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI: THUẬT TOÁN MỚI VÀ CHƯƠNG TRÌNH MATLAB XÁC ĐỊNH SAI LỆCH ĐỘ TRÒN TỪ DỮ LIỆU ĐO TRÊN MÁY CMM 544 Học Viên: Vũ Thị Tâm Lớp: CHK11 CTM Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy HDKH: PGS.TS. Nguyễn Đăng Hòe THÁI NGUYÊN - 2010 -1- ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ****** BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI: THUẬT TOÁN MỚI VÀ CHƯƠNG TRÌNH MATLAB XÁC ĐỊNH SAI LỆCH ĐỘ TRÒN TỪ DỮ LIỆU ĐO TRÊN MÁY CMM 544 Học Viên: Vũ Thị Tâm Lớp: CHK11 CTM Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy HDKH: PGS.TS. Nguyễn Đăng Hòe HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS.TS. Nguyễn Đăng Hòe Vũ Thị Tâm THÁI NGUYÊN - 2010 -2- PHẦN MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài. + Cơ sở khoa học: Trong những năm gần đây sự phát triển của các hệ thống sản xuất có tích hợp máy tính đòi hỏi tăng tốc độ và độ chính xác của các phương pháp kiểm tra kích thước. Nhằm đáp ứng yêu cầu này, hệ thống kiểm tra kích thước có tích hợp máy tính được sử dụng, trong đó máy đo tọa độ ba chiều (CMM) là lựa chọn hàng đầu của các nhà sản xuất. Trong chế tạo máy hiện đại, kỹ thuật đo ứng dụng máy CMM để kiểm tra độ chính xác hình dáng chi tiết ngày càng phổ biến. Các máy CMM tích hợp máy tính và phần mềm phù hợp để phân tích và xử lý kết quả đo. Vấn đề đặt ra là cùng một chi tiết với các phương thức đo khác nhau máy CMM đưa ra kết quả đo khác nhau và cùng một bộ dữ liệu về tọa độ nhưng các máy CMM lại cho các kết quả khác nhau, điều này được giải thích là do thuật toán xử lý dữ liệu khác nhau. Đã có nhiều nghiên cứu để xác định độ tròn, độ song song, độ côn nhưng để có một thuật toán đơn giản và -3- phần mềm hỗ trợ cho việc xác định độ không tròn lại chưa được đề cập đến. Trên cơ sở nghiên cứu P.D.Dhanish [6], Tác giả tiếp tục nghiên cứu phát triển ứng dụng thuật toán để xác định sai lệch về độ tròn từ dữ liệu tọa độ các điểm đo trên máy CMM 544 Mitutoyo. Hi vọng thành công của đề tài sẽ là đóng góp mới cho việc phát triển mô hình đo lường và kiểm tra trong chế tạo máy hiện đại. + Cơ sở thực tiễn Hiện nay ở Việt Nam, nhiều cơ sở sản xuất có khả năng đã và đang trang bị máy CMM thay thế cho các thiết bị đo đã cũ và không đáp ứng được yêu cầu sản xuất hiện đại. Việc khai thác có hiệu quả và tin cậy máy CMM là cần thiết. Hi vọng chương trình xây dựng dựa trên các thuật toán xác định sai lệch về độ tròn từ dữ liệu đo trên máy CMM sẽ hữu ích cho việc sử dụng máy đo để tự động hóa xác định sai lệch độ tròn trong nghiên cứu và sản xuất thực tiễn. Từ những cơ sở phân tích trên việc nghiên cứu “Thuật toán mới và chương trình MATLAB xác định sai lệch độ tròn từ dữ liệu đo trên máy CMM C544” là cấp thiết và có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. -4- II. Mục đích của đề tài  Xây dựng thuật toán ứng dụng xác định sai lệch độ tròn từ dữ liệu đo trên máy CMM.  Thiết lập chương trình xử lý dữ liệu.  Ứng dụng kết quả nghiên cứu trong đo lường kiểm tra chi tiết họ trục/lỗ. III. Nội dung của đề tài  Đánh giá tổng quan về các phương pháp đo trên các máy CMM.  Cơ sở toán học và các công cụ toán về phép đo và xử lý dữ liệu.  Thuật toán mới xác định sai lệch độ tròn.  Viết chương trình ứng dụng trên máy CMM 544 Mitutoyo.  Đánh giá kết quả nghiên cứu. IV. Phương pháp nghiên cứu - Ứng dụng toán. - Ứng dụng kỹ thuật lập trình. - Kiểm nghiệm chương trình xử lý dữ liệu. V. Công cụ nghiên cứu -5- - Công cụ toán. - Phần mềm tin học matlab. - Công cụ phần mềm MCOSMOS. - Máy CMM 544 Mitutoyo. Chương 1 Tổng quan về kỹ thuật đo Trong sản xuất, đo lường là phương pháp để nhận biết chất lượng, và như vậy dụng cụ đo lường trở thành một trong những công cụ lao động góp phần tạo ra hiệu quả lao động và sản phẩm chất lượng tốt. Với mỗi nguyên tắc, phương pháp và dụng cụ đo khác nhau thì sẽ cho kết quả đo khác nhau. Tùy theo thiết bị, yêu cầu chất lượng sản phẩm mà lựa chọn dụng cụ đo phù hợp để đáp ứng yêu cầu kinh tế kỹ thuật. Việc khảo sát các kỹ thuật đo có ý nghĩa thực tiễn trong việc lựa chọn giải pháp và giá thành của giải pháp đo. Ngày nay, với khoa học công nghệ ngày càng phát triển việc đưa các dụng cụ đo lường hiện đại đã khá phổ biến trong các nhà máy, xí nghiệp. Một trong những máy đo hiện đại, có độ chính xác cao là máy đo tọa độ CMM. Máy CMM dùng để đo kích thước và mô hình hóa đối tượng đo theo nguyên tắc đo tọa độ và sử dụng các giải pháp dữ liệu đo trên máy tính. -6- Trên cơ sở xác định đường tròn theo dữ liệu đo tọa độ 3 điểm, n điểm…việc xác định kích thước của đường tròn trên các thiết bị CMM đã được xác lập tùy theo từng hãng sản xuất và thuật toán xử lý dữ liệu đã được ứng dụng. Vấn đề đặt ra là tìm giải pháp đo và xử lý dữ liệu đo đơn giản, hiệu quả với sai số độ tròn của phép đo là nhỏ nhất. Chương 2. cơ sở toán học của phép đo đường tròn 2.1. Cơ sở hình học của phép đo tọa độ Trong công nghiệp và đặc biệt trong ngành cơ khí chế tạo máy, việc sản xuất các sản phẩm đều dựa vào các bản vẽ kỹ thuật - phương tiện thông tin chủ yếu giữa người thiết kế và chế tạo chi tiết. Chất lượng chế tạo của một sản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào các bản vẽ chế tạo. Bản vẽ này phải thể hiện đầy đủ các yêu cầu mà công nghệ chế tạo đòi hỏi như thông số về hình dạng , kích thước, vị trí tương quan giữa các bề mặt và độ nhẵn bề mặt cần đạt được . Các thông số này được thể hiện qua ngôn ngữ hình vẽ và hệ thống các ký hiệu quy ước tiêu chuẩn hoá . Tuy nhiên, tất cả các yếu tố về kích thước, vị trí chỉ có ý nghĩa nếu ta đặt trong một hệ quy chiếu nhất định . Hệ quy chiếu này không được thể hiện rõ ràng trên các bản vẽ kỹ thuật nhưng đều được ngầm hiểu giữa -7- người thiết kế và người chế tạo. Như vậy, hệ tọa độ chính là chuẩn để nhận biết các kích thước, sai lệch của chi tiết. Các hệ tọa độ thường dùng nhất là: hệ tọa độ đề các, hệ tọa độ cực, hệ tọa độ trụ và hệ tọa độ cầu . Ta thấy một vấn đề được đặt ra: khi xác định một đường tròn ta cần đo ít nhất 3 điểm và cũng cần tối thiểu 3 điểm để ta xác định 1 mặt phẳng. Còn với số điểm đo n ≥ 6 thì máy hoàn toàn có thể cho ta một đường thẳng, một đường tròn một mặt phẳng, mặt cầu, trụ hay nón tất nhiên là với sai lệch khác nhau. Hiển nhiên là trong các trường hợp này, máy không thể phân biệt được hình dạng thực của vật đo mà nó chỉ là phương tiện giúp ta thực hiện ý tưởng. Để máy cho ra kết quả đo từ tọa độ các điểm đo ta cần định hướng cách làm nó trong từng trường hợp cụ thể. Đó chính là các thuật toán được viết dưới dạng các chương trình phần mềm được cài đặt trong máy tính. Các chương trình này xử lý tập số liệu đo theo các dạng bề mặt cơ bản, các mặt này đựơc thiết kế, hình thành theo quy luật hình học xác định và khả năng công nghệ gia công của các máy. Các thuật toán được xây dựng trên các mối quan hệ hình học mà chủ yếu là hình học giải tích. Hình học giải tích đưa ra những phương pháp thống nhất để giải các bài toán hình học và quy phép giải một số lớn các bài toán về một số ít các phương pháp được áp dụng có hệ thống. Để -8- đạt được mục đích đó, người ta đặt các điểm, các đường hay các mặt vào một hệ tọa độ được chọn một cách hợp lý. Sau khi chọn được hệ tọa độ thì ta có thể đặc trưng cho mỗi điểm bằng các tọa độ của nó, biểu diễn mỗi đường, mỗi mặt bằng một phương trình. Bài toán hình học được đưa về bài toán đại số với việc giải rất thuận lợi nhờ sự trợ giúp của máy tính. Những chi tiết cơ khí luôn là một hình khối kín được bao bọc bởi các mặt cơ bản yếu tố hình học cơ bản như đường thẳng, đường tròn, mặt phẳng, mặt trụ, côn, cầu Mỗi yếu tố đều được nhận biết qua các điểm đo. 2.2 . Cơ sở toán học xác định tâm và bán kính đường tròn 2.2.1. Xác định đường tròn qua tọa độ 3 điểm đo Giả sử ta đo được tọa độ 3 điểm trên đường tròn là M 1 (x 1 ,y 1 ), M 2 (x 2 ,y 2 ), M 3 (x 3 ,y 3 ) để tìm tọa độ tâm và bán kính giải hệ 3 phương trình 3 ẩn. R 2 = (x 1 - x 0 ) 2 + (y 1 - y 0 ) 2 R 2 = (x 2 - x 0 ) 2 + (y 2 - y 0 ) 2 (2-7) R 2 = (x 3 - x 0 ) 2 + (y 3 - y 0 ) 2 2.2.2. Xác định đường tròn qua tọa độ nhiều điểm đo Với số điểm đo n > 3 ta sử dụng phương pháp bình phương bé nhất để xác định đường tròn cần đo. -9- Giả sử ta đo được tọa độ của n điểm là (x i , y i ) với i = 1 n và tọa độ tâm đường tròn O (x 0 , y 0 ) - ta luôn xác định được bán kính của đường tròn tại mỗi điểm đo như sau R i = 2 01 2 01 )()( yyxx −+− (2-11) Từ tọa độ của n điểm đo ta có được bán kính trung bình của đường tròn đó R TB = ∑ = n i i R n 1 . 1 (2-12) Như vậy bán kính tại từng điểm trên đường tròn sẽ là sai lệch với bán kính trung bình một giá trị. ∆R i = R i - R TB = R TB = ∑ = n i i R n 1 . 1 (2-13) Người ta luôn tìm được một đường tròn xấp xỉ tốt nhất với tập n điểm đo. Phương pháp bình phương bé nhất chỉ ra rằng R TB sẽ là bán kính của đường tròn gần đúng nhất với bộ số liệu đo khi tổng bình phương các sai lệch ∆R i đạt giá trị nhỏ nhất, nghĩa là: ∑ = ∆ n i i R 1 2 )( = F(x i , y i , x, y) → min (2-14) 2.3. Kết luận chương 2 Như đã trình bày ở trên, đặc điểm cơ bản của phép đo tọa độ trên máy CMM -10- [...]... với chương trình xử lý dữ liệu đo của máy C544 thì chương trình đã nêu trong luận văn có ưu điểm là xác định được độ tròn của đường tròn đo - Chương trình với bộ dữ liệu đo hữu hạn vẫn cho kết quả đo chính xác như việc đo trên tập dữ liệu lớn của máy C544 KẾT LUẬN CHUNG I Kết luận Bản luận văn đã khái quát được lý thuyết đo trong kỹ thuật đặc biệt là đo và xác định các thông số của đường tròn trên. .. tròn bằng chương trình máy tính: SỐ LIỆU ĐẦU VÀO -Tọa độ các điểm trên biên dạng lỗ/trục -Mô hình thuật toán Chương trình SỐ LIỆU ĐẦU RA - Tọa độ tâm, bán kính - Sai lệch độ tròn nhỏ nhất - Biểu đồ biểu diễn sai số của các điểm -21- Số liệu đầu vào là số liệu tọa độ các điểm trên biên dạng lỗ/ trục được lấy từ nguồn máy đo CMM Chương trình sẽ tự động xử lý dữ liệu sẽ cho ra các thông số tọa độ tâm, bán... Chương trình ứng dụng cho xử lý dữ liệu có ưu điểm là xác định được độ tròn của đường tròn đo cho các bề mặt tròn xoay trong kỹ thuật với độ chính xác cao đây là kết quả nổi bật so với các máy CMM đã và đang sử dụng trong thực tế -247 Tính tối ưu của chương trình là với bộ dữ liệu đo hữu hạn vẫn cho kết quả đo chính xác như việc đo trên tập dữ liệu lớn của các máy CMM mang lại hiệu quả cao trong kỹ. .. liệu giữa chương trình đo trên máy CMM và chương trình xử lý dữ liệu tự động trên máy tính 4 Triển khai giải thuật đọc và xử lý dữ liệu tự động trên máy vi tính, cho ra kết quả nhanh và tin cậy, độ chính xác cao 5 Xây dựng được mô đun phần mềm trên nền matlab có giao diện thân thiện, dễ sử dụng Mô đun này không những cho phép xử lý dữ liệu đo nhanh chóng, tiện lợi mà còn hiển thị các kết quả đo một cách... số độ tròn, biểu đồ biểu diễn sai số của các điểm đến đường tròn lý tưởng Hình 4.21 Kết quả hiển thị Kết luận chương 4 -22- Việc sử dụng dữ liệu đo tọa độ trên máy C544 và xử lý dữ liệu theo chương trình đã biên soạn trên thuật toán ứng dụng mới cho kết quả đo kích thước đường tròn, tọa độ tâm và độ không tròn của nó nhanh chóng và thuận tiện - Kết quả đo phù hợp với kết quả danh định của đường tròn. .. vậy không đưa ra được độ không tròn – một yếu tố thiết yếu trong chế tạo máy để hiệu chỉnh quá trình chế tạo sau phép đo hay quá trình đánh giá chất lượng sản phẩm Vì vậy các nghiên cứu tiếp theo hướng vào xác định độ không tròn của đường tròn, bề mặt trụ theo dữ liệu đo trên máy CMM -1 2Chương 3 THUẬT TOÁN ỨNG DỤNG MỚI XÁC ĐỊNH ĐỘ KHÔNG TRÒN 3.1 Giới thiệu Thuật toán mới được trình bày sau đây lần... dụng thuật toán này có thể xây dựng chương trình trên bất kỳ ngôn ngữ lập trình bậc cao nào đó để đưa ra kết quả nhanh chóng Việc xây dựng một chương trình xử lý dữ liệu đo bằng ngôn ngữ Matlab khá thuận tiện cho các nhà kỹ thuật và khả thi khi kết nối với máy CMM để đưa ra kết quả theo yêu cầu Chương 4 CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM * Mô hình tính toán các thông số đường tròn và sai số độ tròn. .. Tác giả áp dụng thuật toán đã mô tả cho một trường hợp cụ thể để xác định độ không tròn cho một bài toán có số điểm n = 8 3.5 Kết luận chương 3 -20Với thuật toán mới, khi có kết quả là bộ dữ liệu tọa độ đo trên máy CMM người sử dụng chỉ cần áp dụng tuần tự theo các bước của thuật toán sẽ tìm được kết quả theo ý muốn đó là tọa độ tâm, đường kính và điều quan trọng là tìm được sai số độ tròn nhỏ nhất Ngày... đã trình bày ở trên bao gồm: 1 Khảo sát, đánh giá một cách toàn diện các phương pháp đo trong kỹ thuật, đưa ra các khuyến cáo cho ứng dụng và các hạn chế của thuật toán xác định xử lý dữ liệu tọa độ trên các máy đo CMM 2 Hình thành mô hình ứng dụng thuật toán và kiểm nghiệm mô hình bằng phân tích một ví dụ cụ thể được giải bằng tay trên máy tính casio fx-570ES 3 Chỉ ra được cách giao tiếp về dữ liệu. .. hiệu quả cao trong kỹ thuật II Hướng phát triển của đề tài Trên cơ sở các kết quả đã nghiên cứu tác giả xin đưa ra hướng phát triển của đề tài: “Xây dựng thuật toán mới xác định dung sai độ trụ từ bộ dữ liệu tọa độ điểm đo trên máy CMM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tiến Thọ, Nguyến Thị Xuân Bẩy, Nguyễn Thị Cẩm Tú (2001), Kỹ thuật đo lường và kiểm tra trong cơ khí, NXB Khoa học & kỹ thuật, Hà Nội [2] Bùi . NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ****** BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI: THUẬT TOÁN MỚI VÀ CHƯƠNG TRÌNH MATLAB XÁC ĐỊNH SAI LỆCH ĐỘ TRÒN TỪ DỮ LIỆU ĐO TRÊN MÁY CMM 544 Học Viên:. quả và tin cậy máy CMM là cần thiết. Hi vọng chương trình xây dựng dựa trên các thuật toán xác định sai lệch về độ tròn từ dữ liệu đo trên máy CMM sẽ hữu ích cho việc sử dụng máy đo để tự động hóa. động hóa xác định sai lệch độ tròn trong nghiên cứu và sản xuất thực tiễn. Từ những cơ sở phân tích trên việc nghiên cứu Thuật toán mới và chương trình MATLAB xác định sai lệch độ tròn từ dữ liệu đo