Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ không đảm bảo đo khi đo profile bề mặt sử dụng máy đo 3 chiều smart CMM

Sai số đo – Phương pháp đánh giá sai số đo Khi tiến hành một phép đo, cho dù ta có cẩn thận đến đâu, máy đo có chính xác đến mức nào và phương pháp đo có hợp lý đến mấy thì các kết quả

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những kết quả có trong luận văn này là do bản thân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Nguyễn Thị Phương Mai Ngoài phần tài liệu tham khảo đã được liệt kê, các số liệu và kết quả thực nghiệm là hoàn toàn trung thực, phù hợp với quy định của pháp luật và chưa được bất kỳ

ai công bố trong bất cứ công trình khoa học nào khác

Hà nội, tháng 4 năm 2012

Người thực hiện

Nguyễn Ánh Dương

- 2 -

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CMM Coordinate Measuring Machine

(Máy đo tọa độ 3 chiều)

Co-or Sys Coordinate System

(Hệ tọa độ)

NC Numerical Control

(Điều khiển số)

CNC Computer Aided Numerical Control

(Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính)

CAQ Computer Aided Quality Control

(Kiểm tra chất lượng sản phẩm có sự trợ giúp của máy tính) CAD Computer Aided Design

(Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính)

CAM Computer Aided Manufacturing

(Quá trình sản xuất có sự trợ giúp của máy tính)

3D 3 Dimention

3 chiều

I/O Input/Output

(Vào/Ra)

CAP Computer Aided Planing

(Lập kế hoạch sản xuất có sự trợ giúp của máy tính)

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật cơ bản của máy Smart CMM-X500

Hình 2.8 : Bố trí các mặt nạ lệch pha tạo tín hiệu đo

Hình 2.9: Nguyên lý quét tạo tín hiệu đo

Hình 2.10 : Mạch điện nối các ô cửa sổ và tín hiệu nhận được

Hình 2.11 : Các cửa sổ đánh dấu điểm tham khảo trên thước chính

Hình 2.12 : Nguyên lý hệ đầu đo

Hình 2.13 : Kết cấu đầu đo

Hình 2.14 : Đầu dò

Hình 2.15 : Hình minh họa khi đo đường kính chi tiết

Hình 2.16: Các khối chức năng cơ bản của máy đo

Hình 2.17: Hệ các tọa độ của máy đo 3 chiều Smart CMM

Hình 2.18: Các thiết bị an toàn và bảo vệ máy đo

Hình 2.19: Sơ đồ kết nối các khối xử lý – điều khiển

Hình 2.20a: Nguyên lý cấu tạo băng trượt thẳng

Hình 2.20b: Cấu tạo hệ thống dẫn động trục X

Hình 2.21a: Sơ đồ nguyên lý đo không tiếp xúc

Hình 2.21b: Hệ thống thước đo trên trục X

Hình 2.22a: Các thành phần cơ bản của một hệ thống đầu dò

Hình 2.22b: Cụm thiết bị đầu dò PH10M của hãng Renishaw

Hình 2.22c: Sơ đồ kết nối điều khiển của cụm đầu dò

Hình 3.1: Hệ thống tọa độ trên máy CMM

Hình 3.2: Các hệ tọa độ gắn trên máy CMM

Hình 3.3: Các hệ tọa độ tham chiếu

Hình 3.4: Mối liên hệ thực tế giữa các yếu tố khi đo trên máy CMM

PHẦN MỞ ĐẦU

Trong những năm đầu thập kỷ 90 các lĩnh vực công nghệ tin học, điện

tử, điện tử số phát triển mạnh mẽ trên thế giới Việc ứng dụng các lĩnh vực trên và thực hiện sản xuất đã tạo điều kiện nâng cao năng suất lao động Những thành tựu đó đã được ứng dụng khi các máy NC, CNC, CMM… lần lượt ra đời và phát triển Nhờ sự ghép nối thành công giữa máy tính và máy

đo tọa độ với những ưu điểm vượt trội như khả năng tụ động thu thập số liệu

đo từ các trục tọa độ và truyền thẳng vào máy tính, lưu trữ và xử lý số lượng lớn thông tin đo, tính toán và đưa ra kết quả đo nhanh chóng, chính xác theo các chương trình phần mềm đã được định sẵn

Máy đo tọa độ có thể xác định kích thước, hình dáng, sai số vị trí rõ ràng, chính xác và nhanh chóng với khả năng tiếp cận đối tượng đo phong phú, đồng thời từ bộ tọa độ điểm đo có thể dựng lại bề mặt không gian của vật

đo nhằm giúp cho quá trình tạo mẫu và gia công sản phẩm Ngoài ra việc đo trên máy đo tọa độ còn giảm được các khó khăn về gá đặt

Máy đo tọa độ là loại thiết bị đo có khả năng đạt độ chính xác cao Độ chính xác kích thước trên mỗi trục có thể đạt 0.1µm hoặc cao hơn Để đạt được độ chính xác như vậy phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố như cấu tạo của máy, phần mềm xử lý số liệu… Tay nghề và công nghệ đo cũng ảnh hưởng đến quá trình đo cũng như độ tin cậy của kết quả đo trên máy đo CMM

Hiện nay việc trang bị máy đo tọa độ đang được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như: các cơ sở sản xuất, các phòng thí nghiệm, các đơn vị quốc phòng Song vấn đề đặt ra là làm sao sử dụng hiệu quả thiết bị đo mà cụ thể là làm sao giảm được các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác phép đo cũng như nâng cao độ tin cậy của kết quả đo khi thực hiện phép đo trên máy đo 3 tọa độ

- 6 -

chiều Smart CMM” làm đề tài thực hiện luận văn của mình với mong mỏi đóng góp một phần nâng cao hiệu quả, mà cụ thể là nâng cao độ tin cậy của kết quả đo trong quá trình đo trên máy đo 3 chiều Smart CMM-X500

Luận văn bao gồm 4 chương với các nội dung sau:

Chương I: Phương pháp đo thông số hình học của chi tiết máy và các phương pháp phân loại và đánh giá độ không đảm bảo đo

Chương II: Kết cấu cơ bản của một máy đo tọa độ 3 chiều thông dụng Giới thiệu chung về máy đo tọa độ 3 chiều Smart CMM-X500

Chương III: Phương pháp lấy số liệu đo trên máy đo CMM Phân tích

và xử lý số liệu trên các máy đo tọa độ 3 chiều

Chương IV: Đánh giá độ không đảm bảo đo khi xác định Profile bề mặt trên máy đo 3 chiều Smart CMM-X500

CHƯƠNG I PHƯƠNG PHÁP ĐO THÔNG SỐ HÌNH HỌC CHI TIẾT MÁY

VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ KHÔNG ĐẢM BẢO ĐO 1.1 Phương pháp đo thông số hình học của chi tiết máy

Phương pháp đo là cách thức, thủ thuật để xác định thông số cần đo Đó

là tập hợp mọi cơ sở khoa học và có thể để thực hiện phép đo Các nguyên tắc này có thể dựa trên cơ sở mối quan hệ toán học hay mối quan hệ vật lý có liên quan tới đại lượng đo

Ví dụ 1: Để xác định bán kính cung tròn, có thể dựa vào mối quan hệ

giữa các yếu tố trong cung: R = + , trong đó h là chiều cao cung, s là độ dài dây cung

Ví dụ 2: Khi đo tỷ trọng vật liệu, dựa trên quan hệ vật lý D = , trong đó

D là tỷ trọng, G là trọng lượng vật mẫu, V là thể tích mẫu

Nếu ta chọn mẫu dạng trụ thì V = πd2h/4, với d là đường kính mẫu, h là chiều dài mẫu, khi đó ta có: D = 4G/πd2

Cơ sở để phân loại phương pháp đo:

a) Dựa vào quan hệ giữa đại lượng cần đo và đại lượng được đo chia ra: phương pháp đo trực tiếp và phương pháp đo gián tiếp

Phương pháp đo trực tiếp là phương pháp đo mà đại lượng được đo chính

là đại lượng cần đo ví dụ như khi ta đo kích thước đường kính chi tiết máy bằng panme, thước cặp, máy đo chiều dài

lí học giữa các đại lượng cần đo và đại lượng được đo Đây là phương pháp

đo phong phú, đa dạng, nó có độ chính xác tương đối cao và đạt hiệu quả đo tốt

Tuy nhiên nếu hàm quan hệ phức tạp thì độ chính xác đo càng thấp Việc tính toán xử lý kết quả đo và độ chính xác đo phụ thuộc rất nhiều vào việc chọn mối quan hệ này

b) Dựa vào quan hệ giữa đầu đo với chi tiết đo chia ra: phương pháp đo tiếp xúc và phương pháp đo không tiếp xúc

Phương pháp đo tiếp xúc là phương pháp đo giữa đầu đo và bề mặt chi tiết đo tồn tại một áp lực gọi là áp lực đo Ví dụ như khi đo bằng dụng cụ cơ khí, quang cơ, điện tiếp xúc… áp lực này làm cho vị trí đo ổn định vì thế kết quả đo tiếp xúc rất ổn định Tuy nhiên do có áp lực đo mà khi đo tiếp xúc không tránh khỏi sai số đo các biến dạng liên quan đến áp lực đo gây ra Đặc biệt khi đo các chi tiết bằng vật liệu mềm, dễ biến dạng hoặc các hệ đo kém cứng vững

Phương pháp đo không tiếp xúc là phương pháp đo không có áp lực giữa yếu tố đo và bề mặt chi tiết đo như khi ta đo bằng máy đo quang học, máy quét tọa độ 3 chiều… Vì không có áp lực đo nên khi đo bề mặt chi tiết không

bị biến dạng hoặc bị cào xước… Phương pháp này thích hợp với các chi tiết nhỏ, dễ biến dạng, các sản phẩm không cho phép có vết xước

c) Dựa vào quan hệ giữa các giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo và giá trị của đại lượng đo chia ra phương pháp đo tuyệt đối và phương pháp đo so sánh Trong phương pháp đo tuyệt đối, giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo là giá trị

đo được Phương pháp này đơn giản, ít nhầm lẫn, nhưng vì hành trình đo dài nên độ chính xác đo kém

Trong phương pháp đo so sánh, giá trị chỉ thị tren dụng cụ đo chỉ cho ta sai lệch giữa giá trị đo và giá trị chuẩn dùng khi chỉnh “0” cho dụng cụ đo Kết quả đo là tổng của giá trị chuẩn và giá trị chỉ thị:

Q = Q0 + Δx

Với Q là kích thước của mẫu chỉnh “0”, Δx là giá trị chỉ thị của dụng cụ

Độ chính xác của phép đo so sánh cao hơn phép đo tuyệt đối và phụ thuộc chủ yếu vào độ chính xác của mẫu và quá trình chỉnh “0”

1.2 Sai số đo – Phương pháp đánh giá sai số đo

Khi tiến hành một phép đo, cho dù ta có cẩn thận đến đâu, máy đo có chính xác đến mức nào và phương pháp đo có hợp lý đến mấy thì các kết quả

đo nhận được cũng chỉ là một đại lượng gần đúng với kích thước thực của nó Hơn thế, ở mỗi lần đo khác nhau ta còn có thể nhận được các kết quả đo khác nhau

Sự sai khác giữa kết quả đo nhận được từ giá trị chỉ thị trên máy và dụng cụ đo với giá trị thực của nó gọi là sai số đo:

Δx = x – Q Với Δx – sai số đo;

x – giá trị chỉ thị đọc được trên dụng cụ đo;

Q – giá trị thực của đại lượng cần đo

Khi Δx càng bé, độ chính xác của phép đo càng cao, mức độ gần đúng của kết quả đo với giá trị thực của nó càng cao

Các nguyên nhân chủ yếu gây ra sai số đo:

- Sai số của phương tiện đo

- Sai số của phương pháp đo

- Tính chất vật lý và đo lường đối tượng đo

- Ảnh hưởng của môi trường đo

- 10 -

Trong sai số Δx có 2 thành phần: thành phần sai số hệ thống và thành phần sai số ngẫu nhiên

1.2.1 Sai số ngẫu nhiên và các thông số đặc trƣng

Sai số ngẫu nhiên là những sai số do những nguyên nhân có tính chất ngẫu nhiên gây ra, ta chưa biết chắc được nguyên nhân gây ra độ lớn, dấu và

cả quy luật biến thiên của nó

Thành phần sai số ngẫu nhiên là thành phần quyết định độ chính xác đạt được của phép đo Thành phần này tồn tại trong mọi phép đo, nó làm cho kết quả đo khác nhau trong các lần đo lặp lại cùng một đại lượng Người ta dùng chỉ tiêu độ phân tán để đánh giá thành phần sai số ngẫu nhiên Thành phần này có thể giảm về độ phân tán khi tiến hành phép đo lặp lại n lần Với n càng lớn, độ phân tán của phép đo càng nhỏ, kết quả đo càng chính xác

Để nghiên cứu tính chất của sai số ngẫu nhiên ta tiến hành hàng loạt phép đo lặp lại trong cùng điều kiện đo Sau khi so sánh các thực nghiệm, phân tích tính chất các phép thử, có thể rút ra các nhận xét sau:

Trong một điều kiện đo nhất định, trị tuyệt đối của sai số ngẫu nhiên không vượt quá một giới hạn nhất định

Sai số có trị tuyệt đối nhỏ có cơ hội xuất hiện nhiều hơn các sai số có trị tuyệt đối lớn

Các sai số có trị tuyệt đối bằng nhau có cơ hội xuất hiện như nhau Dựa vào 3 tính chất trên ta có thể nghiên cứu quy luật phân phối của sai số ngẫu nhiên, tính toán được các trị số giới hạn của sai số thông qua việc tính toán các thông số đặc trưng của phân bố

Giả sử khi thực hiện các phép đo, người ta tiến hành n lần cho một thông số đo Các số liệu nhận được là x1, x2, … xn

Thông thường trong chế tạo máy, người ta dùng trị số trung bình số học để biểu diễn tâm phân bố (trị số tâm phân bố):

Để đánh giá độ chính xác của kết quả đo, người ta dùng trị số sai lệch bình phương trung bình (độ lệch chuẩn):

σ =

với độ chính xác hay sai số cho phép là εα

εα = tα σ

trong đó tα được tra từ bảng tích phân Student phụ thuộc vào số lần đo n và

độ tin cậy yêu cầu α Kết quả đo sẽ được biểu diễn là: X = ± εα ; với α là xác suất thu nhận cho phép

1.2.2 Sai số hệ thống – Phương pháp khử sai số hệ thống

Sai số hệ thống là loại sai số mà có thể dự đoán trước được nguyên nhân gây ra sai số, nắm trước được luật biến thiên, có trị số và dấu xác định trong mỗi điều kiện đo cụ thể Do đặc điểm này, sai số hệ thống có thể dùng các biện pháp khác nhau để làm giảm đến mức tối thiểu hoặc khử hoàn toàn khỏi kết quả đo, và vì vậy, trong các phép đo thông thường ở kết quả đo chỉ ghi trị số giới hạn của sai số ngẫu nhiên mà không ghi thành phần sai số hệ thống

Trong mỗi phép đo khó tránh khỏi có sai số hệ thống trong kết quả đo,

đó là do những nguyên nhân không khắc phục hết được Các tính toán để tìm kết quả đo ở mục 1.2.1 sẽ sai, nhiều khi là vô nghĩa nếu không loại trừ được thành phần sai số hệ thống, vì thường sai số này có thể có trị số lớn hơn cả thông số độ chính xác tính được

Do các nguyên nhân gây ra sai số, sai số hệ thống có thể có các quy luật biến thiên khác nhau và có thể chia làm 2 nhóm: nhóm có trị số không đổi và nhóm có trị số biến đổi trong quá trình đo

Sai số hệ thống có trị số không đổi là sai số có một trị số không đổi trong một điều kiện đo nhất định trong suốt miền đo Chẳng hạn sai số điểm

Sai số hệ thống xuất hiện do nhiều nguyên nhân khác nhau như :

- Sai số của chuẩn : Mỗi chuẩn đều có sai số do chế tạo và độ biến thiên kích thước khi sử dụng Các sai số này còn có thể thay đổi cùng với thời gian

- Sai số của phương tiện đo

- Sai số nghiêng hay sai số Abbe đó là sai số xuất hiện khi đo và mẫu kích thước không nằm song song với nhau và đường sống trượt không thẳng

(Nguyên tắc Abbe: nếu đường tâm kích thước đo và đường tâm kích thước cùng nằm trên một đường thẳng thì phép đo đạt độ chính xác cao nhất)

- Sai số do vật đo gây ra: nguyên nhân của loại sai số này thường do độ nhám bề mặt, hình dáng và độ dẻo của vật đo và mẫu kích thước không giống nhau, hoặc do hiện tượng biến dạng của vật đo vì nó được đặt lên trên bề mặt không phẳng Cụ thể nếu mặt đo không phẳng chiều dài của đối tượng đo sẽ thay đổi hoặc khi đối tượng đo nằm trên các ụ đỡ thì nó sẽ bị uốn cong và chiều dài sẽ bị ngắn đi

- Ảnh hưởng của nhiệt độ: Các yếu tố ảnh hưởng từ môi trường như : nhiệt độ, độ ẩm, áp suất không khí, trường điện từ,…

Do đặc điểm của sai số hệ thống, ảnh hưởng của nó tới luật phân bố ngẫu nhiên cũng khác nhau Do đó phương pháp khử sai số hệ thống cũng tùy thuộc vào đặc điểm riêng của sai số

a) Phương pháp hiệu chỉnh:

Dùng khi biết rõ trị số và dấu của sai số tại miền đo xác định Khi hiệu chỉnh cần cộng với giá trị đo một lượng bù (có trị số bằng nhau và trái dấu) của sai số hệ thống tại miền đo tương ứng

Phương pháp này thường dùng để khắc phục sai số hệ thống do sai số chế tạo, lắp ráp và điều chỉnh gây ra Thường trị số sai số và dấu của nó

đã được ghi trong dấu kiểm định xuất xưởng của dụng cụ đo

b) Phương pháp so sánh với mẫu

Phương pháp này được dùng khi đo so sánh: đại lượng đo được đem so sánh với đại lượng mẫu có cùng kích thước nhưng có độ chính xác cao hơn Kết quả đo cho ta sai lệch tuyệt đối giữa kích thước đo và kích thước mẫu Như vậy trong cùng điều kiện đo, mọi yếu tố ảnh hưởng tới kích thước đo và kích thước mẫu là như nhau, do đó trong kết quả cuối cùng sai số được khử Với phương pháp này các sai số do vị trí cơ cấu,

do điều kiện đo… sẽ được khử hết

c) Phương pháp bù (phương pháp bồi thường)

Do phân tích được nguyên nhân gây ra sai số, nắm được quy luật biến thiên của nó ta có thể tạo ra quy trình đo, sử dụng các thủ thuật đo để sao cho sai số đo được xuất hiện với dấu trái nhau trong các lần đo và

do đó trong kết quả cuối cùng sai số hệ thống sẽ được loại trừ

Có các phương pháp bù khác nhau theo nguyên nhân và theo quy luật xuất hiện của sai số :

- Bù theo dấu của sai số: là phương pháp bù dựa vào phương tác dụng của sai số để có thủ thuật đo thích hợp

- Bù theo nguyên nhân gây sai số: khi biết nguyên nhân gây ra sai số, chẳng hạn do đặc tính phi tuyến của cơ cấu có thể thiết kế đưa vào các khâu bù sai số nhằm làm tuyến tính hóa đường đặc tính của chuyển đổi như dùng khâu bù có đặc tính làm ngược như sin – sin ngược; tang – tang ngược; sin – tang … hoặc dùng chuyển đổi dạng

- 14 -

- Phương pháp nửa chu kỳ: thường dùng với các sai số có chu kỳ bằng cách tìm đặt điểm quan sát đọc số thích hợp để trong kết quả tính toán các sai số chu kỳ sẽ khử nhau

1.3 Độ không đảm bảo đo – Phương pháp tính độ không đảm bảo đo 1.3.1 Khái niệm độ không đảm bảo đo

Độ không đảm bảo đo (gọi tắt là độ không đảm bảo) được định nghĩa

là thông số gắn với kết quả của phép đo, đặc trưng cho sự phân tán của các giá trị có thể quy cho đại lượng đo một cách hợp lý Thông số ở đây có thể là

độ lệch chuẩn; bội số của độ lệch chuẩn hoặc một nửa độ rộng của một khoảng mức tin cậy (xác suất tin cậy) xác định

Độ không đảm bảo của phép đo thường gồm nhiều thành phần Các thành phần này đều được đặc trưng qua độ lệch chuẩn rút ra từ phân bố thống

kê, từ các thông số có sẵn hoặc từ sự phán đoán

Kết quả của phép đo nêu trong định nghĩa độ không đảm bảo đo ở trên được hiểu là ước lượng tốt nhất về giá trị của đại lượng đo và về tất cả các thành phần của độ không đảm bảo, bao gồm cả những thành phần do các ảnh hưởng hệ thống như các thành phần gắn với sự hiệu chỉnh và gắn với các chuẩn đo lường dùng làm mốc so sánh gây ra

Độ không đảm bảo đo là sự thể hiện một cách thực tế: với một đại lượng đo và một kết quả đo đã cho của nó, không phải chỉ có một giá trị, mà

là vô số giá trị phân bố xung quanh kết quả đo đó, những giá trị này phù hợp với tất cả các quan trắc, các hiểu biết của con người về thế giới tự nhiên và đều có thể quy cho giá trị của đại lượng đo một xác suất (mức độ) tin cậy nhất định nào đó

1.3.2 Phân loại độ không đảm bảo đo

Độ không đảm bảo của chuẩn (u): là độ không đảm bảo của kết quả

phép đo được thể hiện như là độ lệch chuẩn

Độ không đảm bảo chuẩn tổng hợp ( ): là độ không đảm bảo chuẩn

của kết quả phép đo khi kết quả này nhận được từ giá trị của một số các đại lượng khác Độ không đảm bảo chuẩn tổng hợp bằng dương căn bậc hai của tổng phương sai hoặc hiệp biến của các đại lượng nói trên, những phương sai

hoặc hiệp biến này được lấy trọng số tùy theo kết quả của phép đo biến đổi phụ thuộc vào sự thay đổi của đại lượng này như thế nào

Độ không đảm bảo mở rộng (U): là đại lượng xác định một khoảng bao

quanh kết quả đo với hy vọng rằng nó sẽ phủ một phần lớn phân bố của các giá trị có thể quy cho đại lượng đo một cách hợp lý

Với k là hệ số phủ, thường nằm trong khoảng 2 3

Về việc đánh giá độ không đảm bảo đo, chia làm hai loại :

Đánh giá loại A (về độ không đảm bảo): Phương pháp đánh giá độ

không đảm bảo bằng cách phân tích thống kê một loạt các kết quả quan trắc

Đánh giá loại B (về độ không đảm bảo): Phương pháp đánh giá độ

không đảm bảo bằng phương pháp khác với phương pháp sử dụng phân tích thống kê một loạt các kết quả quan trắc

1.3.3 Đánh giá độ không đảm bảo đo

1.3.3.1 Đặt vấn đề

Thường đại lượng đo Y không được đo trực tiếp mà được xác định qua

N các đại lượng , ,…, nhờ hàm số:

Y = f( , ,…, ) (3.4) Tập hợp tất cả các đại lượng vào , ,…, có thể phân ra:

- Các đại lượng có giá trị và độ không đảm bảo của nó được xác định trực tiếp từ phép đo hiện hành Ví dụ từ phép đo một lần; từ một dãy kết quả quan trắc lặp lại hoặc từ việc đánh giá dựa trên kinh nghiệm, bao gồm cả việc xác định các giá trị hiệu chỉnh đối với các đại lượng ảnh hưởng như nhiệt độ,

áp suất, độ ẩm…

- Các đại lượng có giá trị và độ không đảm bảo được đưa vào phép đo

từ các nguồn bên ngoài Như các đại lượng gắn với các chuẩn đo lường đã được hiệu chuẩn, các mẫu chuẩn đã được chứng nhận, các số liệu tra cứu lấy

từ các sổ tay…

Như vậy, giá trị ước lượng của đại lượng đo Y, ký hiêu là y, nhận được

từ biểu thức (3.4) bằng cách sử dụng các ước lượng đầu vào , ,…, cho các giá trị của N đại lượng , ,…, :

- 16 -

Độ lệch chuẩn ước lượng gắn với ước lượng đầu ra hoặc kết quả của phép đo y gọi là độ không đảm bảo chuẩn tổng hợp và ký hiệu là (y) Độ không đảm bảo chuẩn tổng hợp này được xác định từ các độ lệch chuẩn ước lượng gắn với từn ước lượng đầu vào , độ lệch chuẩn ước lượng này được gọi là độ không đảm bảo chuẩn và ký hiện là u( )

1.3.3.2 Đánh giá độ không đảm bảo chuẩn loại A

Đánh giá độ không đảm bảo chuẩn loại A dựa trên một phương pháp thống kê hợp lý nào đó trong việc phân tích một dãy các quan trắc

Thành phần đánh giá độ không đảm bảo chuẩn loại A do ảnh hưởng ngẫu nhiên gây ra Phân bố Gauss (còn gọi là phân bố chuẩn) của sai số là cơ

sở để nghiên cứu phân tích các ảnh hưởng ngẫu nhiên

Trong hầu hết các trường hợp, ước lượng tốt nhất có thể có của các giá trị kỳ vọng của đại lượng q là trung bình số học , nó thay đổi một cách ngẫu nhiên Trung bình số học của n quan trắc độc lập được tính bằng biểu thức :

1.3.3.3 Đánh giá độ không đảm bảo chuẩn loại B

Trường hợp các giá trị ước tính của đại lượng không nhận được trực tiếp từ các kết quả quan trắc lặp lại, độ không đảm bảo chuẩn u( ) sẽ được đánh giá từ sự phán đoán khoa học dựa vào tất cả các thông tin thích hợp và sự biến đổi có thể có của Đó là :

- Các số liệu đo trước đây

- Kinh nghiệm hay hiểu biết về cách vận hành và tính chất của các phương tiện và vật liệu có liên quan

- Quy định kĩ thuật của nhà sản xuất

- Số liệu được cho trong các báo cáo hiệu chuẩn và các báo cáo khác

- Độ không đảm bảo gắn với số liệu tham khảo lấy từ dữ liệu tra cứu (*) Trường hợp ước lượng của giá trị q được lấy từ giấy chứng nhận hiệu chuẩn hoặc từ liệu kỹ thuật khác, trong đó độ không đảm bảo của nó được xác định là một bội số của độ lệch chuẩn, thì độ không đảm bảo chuẩn u(q) đơn giản là giá trị độ không đảm bảo được trích dẫn chia cho số nhân

Ví dụ: Chiều cao của chuẩn bậc được đo bằng thiết bị so sánh căn mẫu TESA upd/1G01 mã số V01.TB3.05 của phòng đo lường độ dài – VMI với độ không đảm bảo công bố trong giấy chứng nhận hiệu chuẩn là 64nm tại mức độ lệch chuẩn 2 Do đó độ không đảm bảo cho yếu tố chuẩn được xác định

u( = = 32 nm (*) Chuyển đổi độ không đảm bảo trích dẫn sang độ không đảm bảo chuẩn dựa trên sự hiểu biết về phân bố xác suất của độ không đảm bảo: chia độ không đảm bảo trích dẫn cho một hệ số, hệ số này phụ thuộc vào phân bố xác suất

- Phân bố xác suất hình chữ nhật:

Sử dụng trong trường hợp biết chắc chắn các giá trị sẽ nằm trong bất

cứ nơi nào trong 1 giới hạn tối đa nào đó hay được cho bằng một giới hạn cực đại trong đó tất cả các giá trị có xác suất như nhau Độ không đảm bảo chuẩn được tính bằng cách chia nửa độ rộng của khoảng (ký hiệu là a) cho

Ví dụ: Độ chính xác đo của vôn kế là 0,05% Nửa độ rộng giới hạn

“a” là 0,05% và độ không đảm bảo chuẩn là:

u(v) =

- 18 -

- Phân bố hình tam giác:

Phân bố tam giác là một mô hình tốt hơn nếu biết rằng hầu hết các giá

trị ở gần tâm của phân bố Độ không đảm bảo chuẩn được tính bằng cách chia nửa độ rộng của khoảng (ký hiệu là a) cho

Ví dụ: Nhiệt độ mội trường được khống chế sao cho nó chỉ dao động

trong khoảng (20 ) C Như vậy giới hạn nửa khoảng là 2 C và độ không đảm bảo chuẩn là: u(T) =

- Phân bố xác suất chuẩn (phân bố Gauss):

Dạng phân bố này có thể được chấp nhận cho độ không đảm bảo để định nghĩa một khoảng tin cậy có mức tin cậy đã cho thường là 95% hoặc

99% Độ không đảm bảo chuẩn nhận được bằng cách chia độ không đảm bảo trích dẫn cho một số hệ số tương ứng với phân bố

Ví dụ: Một báo cáo hiệu chuẩn cho biết độ không đảm bảo là 0,1dB

với hệ số phủ 2,63 Độ không đảm bảo chuẩn được cho là:

u(x) =

(*) Độ không đảm bảo chuẩn tổng hợp (y)

Độ lệch chuẩn ước lượng gắn với ước lượng đầu ra hoặc kết quả đo y được gọi là độ không đảm bảo chuẩn tổng hợp và ký hiệu là (y) Độ không đảm bảo chuẩn tổng hợp này được xác định từ độ không đảm bảo chuẩn u(

gắn với từng ước lượng đầu vào

độ không đảm bảo để xác định một khoảng xung quanh kết quả đo y mà có

- 20 -

Thước đo của độ không đảm bảo phù hợp với yêu cầu trên được gọi là

“độ không đảm bảo mở rộng”, ký hiệu là U và nhận được bằng cách nhân

(y) với hệ số phủ k

Và có thể khẳng định một cách tự tin rằng (y – U) Y (y + U) với mức tin cậy P = …%

CHƯƠNG II KẾT CẤU MÁY ĐO TỌA ĐỘ 3 CHIỀU CMM GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY SMART CMM – X500

2.1 Giới thiệu về máy đo tọa độ CMM

Máy đo tọa độ (Coordinae Measuring Machine – CMM) là tên gọi chung của các thiết bị vạn năng có thể thực hiện việc đo thông số hình học theo phương pháp tọa độ Thông số cần đo được tính từ các tọa độ điểm đo Tùy theo thông số cần đo và cách lấy tọa độ điểm đo mà việc tính toán có mức độ phức tạp khác nhau Bởi vậy, để dễ dàng cho việc tính toán kết quả đo mà máy đo tọa độ thường kèm theo máy tính có phần mềm thiết kế trước cho từng loại thông số cần đo Các loại máy này còn được gọi là máy quét hình vì chúng còn có thể quét hình dáng của vật thể Có 2 loại máy đo tọa độ thông dụng là máy đo bằng tay (đầu đo được dẫn động bằng tay) và máy đo dạng CNC (đầu đo được dẫn động bằng chương trình số)

Máy đo tọa độ thường là các máy đo 3 phương chuyển vị đo X, Y,Z Bàn

đo được làm bằng đá granit Đầu đo được gắn trên phía đầu đo lắp trên thân trượt theo phương Z Khi đầu đo được điều chỉnh đến 1 điểm nào đó thì 3 đầu đọc sẽ cho ta biết 3 tọa độ X,Y,Z tương ứng với độ chính xác có thể lên đến 0,1micromet

Máy đo tọa độ có thể xác định kích thước, hình dáng, sai số vị trí dễ dàng, chính xác và nhanh chóng với khả năng tiếp cận đối tượng đo phong phú, đồng thời từ bộ tọa độ các điểm đo có thể dựng lại bề mặt không gian của vật đo, trợ giúp cho quá trình tạo mẫu và gia công sản phẩm Ngoài ra đo trên máy đo tọa độ còn giảm được các khó khăn về gá đặt

- 22 - Hình 2.1 Kết cấu điển hình của một máy đo tọa độ ba chiều (CMM)

Sau đây, sẽ giới thiệu một số bộ phận cơ bản

2.2 Bàn máy (Base plate)

Bàn máy được chế tạo từ đá cứng tự nhiên (dạng đá granite) Đảm bảo

ít bị ảnh hưởng biến dạng bởi môi trường xung quanh (nhiệt độ, độ ẩm…) Ngoài ra, bàn máy còn có nhiệm vụ như là một đối trọng cũng như một liên kết cơ bản trong cơ hệ tạo nên độ cứng vững của máy đo

Bàn máy được dùng để gá đặt chi tiết Do đó, phụ thuộc vào thiết kế cho từng loại mà bàn máy có thể được chế tạo các lỗ ren và/hoặc các rãnh dạng chữ T Ngoài ra, trên bàn máy cũng có thể được lắp mâm quay/phân độ

2.3 Hệ dẫn động

Máy đo tọa độ có khả năng đạt độ chính xác cao, độ chính xác mỗi trục

cỡ µm, có loại đến 0,1µm hoặc cao hơn nữa Sở dĩ đạt độ chính xác như vậy

là vì hầu hết các hệ thống dẫn động của máy đo tọa độ đều chạy trên đệm khí với những ưu điểm nổi trội sau:

- Không có sự tiếp xúc cơ khí giữa sống dẫn và xe trượt nên hệ số ma sát gần như bằng không, tránh được mài mòn, tránh được ảnh hưởng của nhiệt, không có hiện tượng nén đàn hồi khi bắt đầu chuyển động và do đó không bị trễ khi chuyển động

- Độ cứng của lớp đệm khí cao do đó sự biến thiên khe hở khớp động coi như bằng không, xe trượt trên sống dẫn không có khe hở, điều này giải thích tại sao phương pháp đo tọa độ mặc dù vi phạm nghiêm trọng nguyên tắc đo lường ABBE mà vẫn đảm bảo độ chính xác cao

- Trung bình hoá toàn bộ nhấp nhô tế vi dưới bề mặt làm việc của đệm khí đảm bảo độ chính xác dịch chuyển

Hiện nay phương pháp dùng đệm khí được coi là phương pháp hiệu quả nhất để giảm hệ số ma sát Đó chính là nguyên nhân của việc sử dụng đệm khí trong máy đo tọa độ

- 24 -

2.3.1 Nguyên lý cấu tạo của đệm khí

Đệm khí sử dụng một lớp khí nén mỏng tạo ra sự không ma sát giữa hai bề mặt phân cách Lớp khí này được tạo ra bằng cách cung cấp một dòng khí nén

có áp suất P chảy vào bề mặt đệm, khí qua lỗ tiết lưu chảy vào buồng hoặc phân phối theo các rãnh khi đó hình thành một phân bố áp giữa bề mặt đẹm

và bề mặt dẫn, tạo một lực nâng đệm khí khỏi bề mặt dẫn

Hình 2.2 : Mô hình một dạng đệm khí phẳng Hiện nay có rất nhiều loại đệm khí đang được sử dụng nhưng ta có thể chia đệm khí ra làm các loại sau:

d P

z

Hình 2.3 : Đệm khí dạng buồng nhỏ Hình 2.4 : Đệm khí dạng rãnh

thoát ra ngoài, áp suất dưới bề mặt đệm giảm nhanh làm cho đệm khí không

có khả năng trở lại vị trí cân bằng Khi bán kính buồng càng nhỏ thì khả năng cân bằng của đệm khí càng cao nhưng lực nâng sẽ giảm do vùng đồng áp sau tiết lưu giảm

b Đệm khí dạng rãnh

Để giảm thể tích buồng dưới bề mặt đệm chống rung động, việc dẫn khí thực hiện theo rãnh Các dạng rãnh có thể thay đổi tuỳ theo mục đích và hiệu quả sử dụng (hình 2.4)

c Đệm khí xốp

Đệm khí dạng rãnh và đệm khí xốp có buồng đồng áp được thu hẹp tới mức tối giản Áp suất dưới bề mặt đệm khí có tính cục bộ cao làm tăng khả năng cân bằng của đệm khí Khi bị lệch khỏi vị trí cân bằng do có tích cục bộ áp suất cao nên đệm khi sẽ tự trở về trạng thái cân bằng và tổng áp suất dưới bề mặt đệm khí không đổi, không có sự tiêu hao áp suất khí như với đệm khí dạng buồng

Hình 2.5 : Đệm khí bạc xốp

2.3.2 Các yêu cầu đặt ra đối với đệm khí

Đệm khí được sử dụng trong các máy đo ba toạ độ với mục đích làm giảm

hệ số ma sát, giảm khe hở khớp động và nâng cao độ chính xác cho máy đo

Để làm được điều đó thì tất cả các đệm khí phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

- 26 -

1 Áp suất phân bố trên đệm khí phải đủ lớn để tạo lực nâng Đảm bảo

không có tiếp xúc cơ khí giữa sống dẫn và bề mặt đệm khí làm cho hệ số ma

sát nhỏ f ≈ 0

2 Độ cứng vững cao để khi có sự thay đổi lớn của tải trọng thì khe hở sống

dẫn biến thiên ít Làm cho sai số chuyển vị của hệ đo nhỏ.Bên cạnh đó thì khe

hở giữa bề mặt đệm khí và sống dẫn phải lớn hơn 2 lần chiều cao nhám bề

mặt để đảm bảo không có sự tiếp xúc cơ khí

3 Ngoài ra đệm khí còn cần phải có độ cân bằng và ổn định cao, làm việc

êm không rung động, tức là kết cấu của đệm khí phải hợp lí để cục bộ hóa áp

suất phân bố dưới bề mặt đệm để khi có một tác động nào đó làm đệm khí

mất cân bằng thì chênh áp cục bộ dưới bề mặt đệm sẽ tạo ra mô men quay đẩy

đệm khí về vị trí cân bằng

2.3.3 Cách bố trí đệm khí trên sống dẫn

Đệm khí được bố trí trên sống dẫn phải đủ đảm bảo khống chế các bậc tự do

để tạo ra 1 chuyển động duy nhất dọc theo trục dẫn Ở mặt phẳng 1 và 4 được

bố trí tới 3 đệm khí ( hoặc 2 đệm trên mặt 1) hạn chế 3 bậc tự do, trên mặt

Để đọc được tọa độ trên mỗi trục được bố trí thước đo dịch chuyển số

(encoder)

2.4.1 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của encoder dịch chuyển thẳng

Nguyên tắc tạo tín hiệu đo được xây dựng trên cơ sở điều khiển luồng

ánh sáng đi qua hai mành chuyển động tương đối so với nhau làm cho quang

thông đi tới các tế bào quang điện thay đổi Các tế bào quang điện này có

nhiệm vụ biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện Tín hiệu nhận được là

tín hiệu có quy luật được xử lý để biết được chiều và độ dài dịch chuyển

Hình vẽ dưới đây mô tả nguyên lý làm việc của encoder thẳng sử dụng

hệ quang cho qua ánh sáng

Hình 2.7 : Nguyên lý quét ánh sáng qua thước kính dựa trên hiệu ứng quang điện

Bộ phận dò bao gồm một nguồn sáng (LED) - “đầu phát”, một thấu

kính hội tụ để tạo chùm sáng song song chiếu vào các mặt nạ và thước khắc

vạch Thước khắc vạch bao gồm một hệ thống các vạch song song nhau,

Nguồn sáng LED

Thấu kính hội tụ

Thước khắc vạch

Chu kỳ khắc vạch

Mặt nạ

Cửa sổ tạo điểm

Các tế bào quang điện - “đầu thu” được đặt đối diện với các nguồn sáng qua các ô cửa sổ để thu nhận ánh sáng sau khi đã đi qua thước kính và mặt nạ

Đầu phát, đầu thu và hệ thống mặt nạ được gắn liền với nhau tạo thành một

khối, khi khối này dịch chuyển thì có sự chuyển động tương đối giữa mặt nạ

và thước kính gây ra sự thay đổi quang thông nhận được trên đầu thu, tạo ra

hiệu ứng quang điện (sự giảm điện trở của một số chất bán dẫn dưới tác dụng

của quang thông) dẫn đến sự thay đổi tín hiệu điện đầu ra

Xét vị trí tương đối của mặt nạ và thước khắc vạch như hình 2.9:

Tại cửa sổ A: Các vạch trên mặt nạ che kín các khoảng trống trên thước,

không cho ánh sáng đi qua, lúc này điện trở trên A là lớn nhất Rmax

Tại cửa sổ B: Các vạch trên mặt nạ trùng khít các vạch trên thước, khoảng

trống được mở hết cỡ cho ánh sáng đi qua, lúc này điện trở trên B là Rmin

Tại cửa sổ C: Các vạch trên mặt nạ đi ra khỏi các vạch đen đến giữa các

khoảng trống trên thước kính làm diện tích ánh sáng đi qua chỉ còn một nửa

so với B Lúc này điện trở trên C là (Rmax-Rmin)/2 Ta gọi vị trí này là vị trí

trung hòa - điện trở R0

Tại cửa sổ D: Các vạch trên mặt nạ đi vào đến giữa các vạch đen trên thước

kính làm diện tích ánh sáng chiếu qua cũng chỉ bằng một nửa giống cửa sổ C

Lúc này điện trở trên D là R0

Cửa sổ A

Tế bào thu

Mặt nạ Thước kính

Chiều chuyển động của mặt nạ

- 30 -

Khi mặt nạ dịch chuyển tương đối so với thước khắc vạch ¼ chu kỳ theo chiều như hình vẽ thì:

Tại cửa sổ A: Rmax giảm xuống R0

Tại cửa sổ B: Rmin tăng lên R0

Tại cửa sổ C: R0 tăng lên Rmax

Tại cửa sổ D: R0 giảm xuống Rmin

Và ¼ chu kỳ tiếp theo:

Tại cửa sổ A: R0 giảm xuống Rmin

Tại cửa sổ B: R0 tăng lên Rmax

Tại cửa sổ C: Rmax giảm xuống R0

Tại cửa sổ D: Rmin tăng lên R0

Quá trình này liên tục diễn ra tạo nên 4 tín hiệu chu kỳ tại 4 cửa sổ, các cửa sổ này mắc vào 2 mạch điện như hình 1.6b và 1.6c tạo thành 2 tín hiệu chu kỳ l1

và l2 lệch pha nhau 900

Phần cửa sổ đánh dấu sẽ tạo ra một tín hiệu tham khảo, tín hiệu tham khảo nhằm mục đích đánh dấu chuẩn “0” Đối với các thước chiều dài lớn thì tín hiệu tham khảo được tạo ra liên tục trên từng đoạn khắc vạch của thước chính, nhằm giảm thiểu sai số gia tăng khi đọc xung trên một chiều dài lớn (Tín hiệu l0 trên hình 1.7) Khi đầu đọc dịch chuyển được một đoạn qua 2 cửa

sổ đánh dấu thì giá trị chiều dài của đoạn dịch chuyển bằng một giá trị mặc

- 32 -

đọc được 4998 xung khi đi qua cửa sổ tham khảo thứ 2 thì máy tự động hiệu chỉnh giá trị đọc này là 5000 xung, và nếu đầu đọc đi tiếp thì giá trị đọc bắt đầu bằng 5000 xung cộng với giá trị giá tăng tính từ khi xuất hiện tín hiệu tham khảo Nếu đi qua cửa sổ tham khảo thứ 3 thì giá trị dịch chuyển sẽ là

10000 xung

Hình 2.11 : Các cửa sổ đánh dấu điểm tham khảo trên thước chính

Trước đây, trình độ khắc vạch trên thước còn hạn chế, khả năng khắc vạch chính xác chỉ đến 20m cho một chu kỳ gồm một vạch đen và một khoảng trống, do đó để đạt độ chính xác đo đến 1m thì từ 2 tín hiệu lệch pha

900 thu được phải kết hợp để chia nhỏ chu kỳ tín hiệu 20 lần Ngày nay khi trình độ khắc vạch cao với chu kỳ 0,5m thì việc chia nhỏ khoảng cách khắc vạch có thể đạt độ chính xác đo cao hơn đến nm

2.5 Hệ đầu đo

Đầu đo được gắn trên giá đầu đo lắp trên thân trượt theo phương Z Khi đầu đo được điều chỉnh đến một điểm nào đó trên bề mặt chi tiết thì trên bộ hiển thị sẽ cho ta biết 3 toạ độ X, Y, Z tương ứng của điểm đo, với độ chính xác có thể lên đến 0,1micromet Trước đây chỉ có loại đầu đo cứng với các dạng mũi cầu, côn, đĩa và trụ Ngày nay hầu như người ta chỉ sử dụng loại đầu

cơ điện Các đầu đo có thể được dẫn động bằng tay hoặc dẫn động bằng cơ Đầu đo của máy đo tọa độ được chia làm 2 loại chính: loại đầu dò và loại đầu đo chạm tách tiếp điểm Sự khác biệt chính là đầu dò có khả năng đo liên tục trên bề mặt bằng cách khống chế lực đo và đọc các dịch chuyển nhỏ tại 3 phương của hệ lò xo trong đầu đo khi tiếp xúc vật đo, còn đầu đo tách tiếp điểm chỉ đo được các tọa độ điểm

Hình 2.12 : Nguyên lý hệ đầu đo

2.5.1 Đầu đo chạm tách tiếp điểm

Kết cấu của đầu đo được chỉ ra như trên hình vẽ 2.13

Bi đo (1) làm bằng Rubi, cứng và ít biến dạng và chống mài mòn, có

- 34 -

tiếp lên vật đo trong quá trình đo Bi đo (1) được gắn liền và đồng tâm với tay

đo (2), là một trụ dài, có độ cứng vững cao, làm bằng hợp kim duya ra Tay

đo (2) được gắn liền với bộ phận chia tay đo (3), bộ phận này cho phép gắn tối đa 5 tay đo trên một đầu đo Vít M3 (6) có tác dụng cố định vị trí nắp dưới (5) và vỏ (8) Lò xo (9) tiếp xúc với thân trên, tạo lực đàn hồi đẩy thân trên xuống Trên thân trên có 3 trụ (11) bằng kim loại, dẫn điện, được gắn cách điện với thân trên tương ứng cách nhau 1200, ở thân dưới có 3 cặp bi gắn trên một vòng tròn cách nhau tương ứng 1200, 3 trụ và 3 cặp bi tiếp xúc với nhau, cùng với ống mạch điện (10) tạo nên một mạch kín

Hình 2.13 : Kết cấu đầu đo Khi đầu đo chạm vào chi tiết đo, ít nhất 1 trong 3 cặp bi-trụ tách tiếp điểm, mạch điện bị ngắt, khi đó sinh ra một tín hiệu điện báo cho máy đọc giá trị của cảm biến đo dịch chuyển tại 3 trục tọa độ Sau mỗi điểm đo nhờ lực đàn hồi của lò xo mà cặp bi-trụ lại tiếp xúc với nhau

2.5.2 Đầu dò

Về hệ thống đầu dò cho máy CMM, người ta có thể sử dụng loại đầu dò tiếp xúc hay đo điểm rời rạc, hệ thống đầu đo laser, hoặc camera Máy đo CMM đa cảm biến có thể được trang bị một lúc nhiều hơn một cảm biến camera hoặc của đầu dò

Đầu dò gồm 3 lò xo lá hình bình hành đặt song song chồng lên nhau và trực giao nhau Ba lò xo lá này có thể dịch chuyển trong giới hạn nhỏ khoảng ±2,5

mm theo 3 phương X, Y, Z Các lò xo lá hình bình hành này có thể biến dạng

ở tốc độ di chuyển cao theo hướng dịch chuyển để cảm nhận sự bù do quán tính và khoảng cách để bảo vệ đầu dò trong trường hợp bị chạm

Một hệ thống đo cảm ứng trong mỗi trục ghi lại sự dịch chuyển (độ lệch) của mỗi lò xo lá và khi không cần thiết, lò xo lá bị khóa bởi cơ cấu đẩy khóa điện để giữ lò xo tại vị trí trung tâm của nó

Một thiết bị tự động bù trọng lượng sao cho khối lượng của các đầu đo lắp trên giá giữ đầu dò lên tới giá trị lớn nhất là 600g Các cần đẩy - ống dây phát ra một lực đo điện – không thay đổi trong các bước chọn trước để giữ cho mũi dò luôn tiếp xúc với vật đo

Đầu đo có thể dịch chuyển theo 3 trục bằng các đường dẫn tương ứng Trong bất kỳ chyển động nào, hai trong ba lò xo lá được kẹp riêng một cơ cấu khóa đẩy điện chính xác Vì vậy đầu đo không thể dịch chuyển theo các hướng này Quá trình kẹp này được xác định tự động do việc chọn hướng đo hoặc chọn trước modeproping

- 36 -

Hình 2.14 : Đầu dò Trước khi đo phải xác định bán kính của đầu đo, bán kính của đầu đo sẽ được Calip trên một quả cầu chuẩn Khi đo luôn luôn phải trừ hay công bán kính đầu đo tùy thuộc đo phía trong hay phía ngoài Ví dụ đo mặt trụ ngoài luôn hiển thị giá trị tọa độ tâm đầu đo, như vậy khi lập trình thì bán kính chi tiết đo được tính theo bán kính tọa độ điểm đo trừ đi bán kính đầu đo

Hình 2.15 : Hình minh họa khi đo đường kính chi tiết

2.6 Tính năng kỹ thuật và kết cấu của máy đo Smart CMM – X500

2.6.1 Phạm vi sử dụng

Máy đo tọa độ 3 chiều SMART CMM có thể được dùng cho các công việc sau:

- Đo lường các dữ liệu hình học của các chi tiết (đối tượng cần đo)

- Số hóa dữ liệu của đầu dò tiếp xúc / đầu đo quang học của các định dạng / bề mặt (phụ thuộc vào phụ tùng thiết bị kèm theo)

Máy đo tọa độ 3 chiều SMART CMM được sử dụng trong việc thiết kế chế tạo / kiểm tra dụng cụ, chi tiết cơ khí, bánh răng, định dạng khối/bề mặt hoặc thiết kế máy móc và các dạng sản phẩm nhựa

Kích thước lớn nhất có thể đo được của chi tiết cần đo phụ thuộc vào giới hạn đo của máy Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy được cho trong bảng dưới đây:

µm

Trong giải nhiệt độ 18-22o C

MPEE =3.5+L/300 (L-mm)

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật cơ bản của máy Smart CMM-X500

Hệ thống Máy đo tọa độ 3 chiều SMART CMM là loại máy đo 3 trục tọa độ (Đề-các) bằng các mô-tơ điều khiển cho từng trục tọa độ Điều khiển liên tục dịch chuyển bằng tay của các trục có thể được thực hiện thông qua thiết bị điều khiển bằng tay (joystick)

Các tùy chọn: Nếu như máy được trang bị với hệ điều khiển CNC (điều khiển có sự trợ giúp của máy tính), các trục tọa độ còn có thể được điều khiển hoàn toàn tự động bằng chương trình điều khiển CNC

Các loại phụ tùng: Với nhiều dạng đầu dò, hệ thống thay đổi đầu dò linh hoạt với các phụ tùng tương thích khác có thể cho phép mang đến sự linh hoạt và tiện dụng tối đa cho khả năng sử dụng máy

2.6.2 Minh họa các khối chức năng làm việc chính

Máy đo tọa độ 3 chiều SMART CMM được cấu trúc dạng tay với (công xôn) Máy được cấu thành từ các khối thiết bị chính:

- Bàn máy (Base plate)

- 3 trục chuyển động của máy (xác định dạng hệ tọa độ Đề-các)

- Hệ thống đầu dò (probe system) với các đầu đo (measuring probe)

- Hệ điều khiển WPC 20XX 3-/4-trục điều khiển theo hành trình (contour)

- Thiết bị điều khiển bằng tay (operating terminal)

- Hệ thống máy tính (PC system)

- Phần mềm tính toán, xử lý và phân tích số liệu (evaluation softwave)

- Các công cụ của WENZEL (hãng sản xuất máy)

- 40 -

Hình 2.16: Các khối chức năng cơ bản của máy đo

2.6.3 Nguyên lý hoạt động

Máy được cấu tạo dưới dạng ba trục tịnh tiến, xác định một hệ trục tọa

độ Đề-các, và nó cũng đồng thời được tham chiếu như là hệ tọa độ của máy