Nghiên cứu độ chính xác khi đo profile bề mặt chi tiết máy bằng phương

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ LỜI NÓI ĐẦU 11 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY QUÉT LASER THEO ĐƢỜNG 13 1.1 Các phƣơng pháp đo quét tia laser ứng dụng máy LSM 13 1.1.1 Các phƣơng pháp đo biên dạng quét tia laser theo đƣờng 13 1.1.1.1 Phƣơng pháp đo quang thông chiếu sáng 13 1.1.1.2 Phƣơng pháp tạo ảnh chi tiết đầu thu camera 14 1.1.1.3 Phƣơng pháp tạo xung đo sử dụng tia laser quét 15 1.1.2 Ứng dụng máy đo LSM 16 1.2 Giới thiệu số máy LSM hãng sản xuất 18 1.3 Những vấn đề mà luận án tập trung nghiên cứu, giải 20 CHƢƠNG II: PHƢƠNG PHÁP ĐO KÍCH THƢỚC BẰNG MÁY ĐO LSM VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC 21 2.1 Phƣơng pháp đo kích thƣớc máy đo LSM 21 2.1.1 Sơ đồ khối chức 21 2.1.1.1 Đầu phát tia Laser 21 2.1.1.2 Bộ phận tạo tia Laser quét 22 2.1.1.3 Bộ phận trực chuẩn tia quét 23 2.1.1.4 Bộ phận cảm nhận chùm tia Laser quét tạo tín hiệu đo 24 2.1.1.5 Bộ phận xử lý tín hiệu 25 2.1.1.6 Bộ phận hiển thị kết đo 26 2.1.2 Tính toán quan hệ tín hiệu đo kích thƣớc chi tiết 26 2.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến độ xác máy đo LSM 28 2.2.1 Các nguyên nhân gây sai số 28 2.2.1.1 Sai số phƣơng pháp đo 28 2.2.1.2 Sai số kết cấu điều kiện sử dụng 28 2.2.1.3 Phƣơng thức khảo sát sai số đo 28 2.2.2 Tính toán sai số biện pháp khắc phục 29 2.2.2.1 Xác định độ lệch tiêu điểm tia quét góc sử dụng gƣơng đa giác 29 2.2.2.2 Xác định độ không song song tia laser quét tia quét góc lệch tiêu điểm 36 2.2.2.3 Sai số độ không song song tia quét quang sai thấu kính chuẩn trực 38 2.2.2.4 Xác định sai số đo chùm tia quét không song song với quang trục42 2.2.2.5 Sai số đƣờng kính chi tiết đo vận tốc quét tia laser 47 2.2.2.6 Xác định sai số gá đặt chi tiết 52 2.2.2.7 Xác định sai số kích thƣớc tia laser xác định độ phân giải đo 56 2.2.2.8 Mối quan hệ độ xác đo độ ổn định vận tốc quay gƣơng đa giác 62 2.2.2.9 Xác định sai số đo chi tiết trạng thái động 63 2.2.2.11 Xác định sai số đặc trƣng bề mặt chi tiết đo 74 2.2.2.12 Sai số số tƣợng bất thƣờng máy 83 CHƢƠNG III: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY ĐO LSM 85 3.1 Thiết kế lựa chọn hệ quang 86 3.1.1 Thiết kế thấu kính thứ 86 3.1.2 Thấu kính TK2 96 3.2 Chọn gƣơng quay xác định vị trí đặt gƣơng 97 3.3 Thiết kế đồ gá chi tiết đo 100 3.4 Thiết kế chế tạo mạch xử lý tín hiệu đo 101 3.4.1 Tính toán mạch khuyếch đại 102 3.4.2 Mạch sửa xung 104 3.4.3 Mạch vi xử lý 105 CHƢƠNG IV: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MÁY LSM 113 4.1 Nguyên lý việc hiệu chỉnh máy 113 4.2 Khả hiệu chỉnh máy LSM 114 4.3 Hiệu chuẩn phần mềm đo 117 4.4 Thực nghiệm xác định độ không đảm bảo đo thiết bị 119 KẾT LUẬN 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO 124 LỜI CAM ĐOAN Tên Lê Xuân Cam, học viên cao học ngành Chế tạo máy khóa 2013-2015 Giáo viên hƣớng dẫn khoa học PGS TS Nguyễn Văn Vinh Tôi xin cam đoan luận văn với đề tài “Nghiên cứu độ xác đo profile bề mặt chi tiết máy phương pháp quét laser theo đường” công trình nghiên cứu riêng chƣa đƣợc công bố công trình khác Các số liệu nêu luận văn trung thực DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1: Máy đo LSM hãng 18 Bảng 2: Thời gian che khuất đo đƣợc tƣơng ứng với mẫu chuẩn 110 Bảng 3: Kết tính toán kích thƣớc sai số 111 Bảng 4: Kết đo thiết bị độ lệch chuẩn 120 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Hình 1.1: Nguyên lý đo theo lƣợng nhận đƣợc từ nguồn sáng chiếu qua vật đo 13 Hình 1.2: Nguyên lý đo sử dụng đầu thu camera độ phân giải cao 14 Hình 1.3: Nguyên lý tạo xung đo sử dụng tia laser quét 15 Hình 1.4: Các ứng dụng máy đo LSM 17 Hình 2.1: Sơ đồ chức máy LSM 21 Hình 2.2: Các phƣơng pháp tạo tia laser quét gƣơng đa giác quay 22 Hình 2.3: Chuẩn trực chùm tia quét góc thành chùm tia quét song 23 Hình 2.4: Sự giảm đƣờng kính tia laser quét vị trí quét lên cạnh vật đo 24 Hình 2.5: Nguyên lý phận tạo xung đo 24 Hình 2.6: Sơ đồ chuyển đổi tƣơng ứng từ độ rộng xung đo thành việc đếm số xung nhịp thời gian 25 Hình 2.7: Sự tƣơng ứng kích thƣớc chi tiết với khoảng mà che khuất chùm tia quét 26 Hình 2.8: Sơ đồ đƣờng tia laser qua hệ gƣơng tạo tia quét 29 Hình 2.9: Hệ tọa độ để xác định đƣờng tia laser quét 30 Hình 2.10: Xác định giao điểm N tia tới T với mặt gƣơng đa giác quay 30 Hình 2.11: Xác định giao điểm K tia phản xạ P với quang trục x’ TK1 32 Hình 2.12: Độ lệch giao điểm tia phản xạ với quang trục TK1 33 Hình 2.13: Đồ thị quan hệ K góc lệch  đo với chi tiết với đƣờng kính khác 34 Hình 2.14: Các mô hình gƣơng quay tạo tia laser quét góc“hội tụ” điểm 35 Hình 2.15: Sự không song song với quang trục tia qua thấu kính chuẩn trực tia phản xạ từ gƣơng đa giác không qua tiêu điểm TK1 36 Hình 2.16: Sơ đồ tính toán góc lệch tia qua TK1 K nằm tiêu cự TK1 36 Hình 2.17: Sơ đồ tính toán góc lệch tia qua TK1 K nằm khoảng tiêu cự TK1 37 Hình 2.18: Sự không song song của tia quét quang sai thấu kính chuẩn trực 38 Hình 2.19: Đƣờng thông số hình học để tính quang sai tia laser qua thấu kính 40 Hình 2.20: Sơ đồ quét chùm tia laser lên chi tiết chúng không 42 song song với quang trục TK1 42 Hình 2.21: Sai lệch đo nửa chi tiết 43 Hình 2.22: Sai lệch đo nửa dƣới chi tiết 44 Hình 2.23: Sơ đồ bố trí khác hệ tạo tia quét gƣơng phẳng - gƣơng đa giác tiêu cự TK1 lớn 46 Hình 2.24: Sơ đồ bố trí thêm thấu kính phụ Fp tiêu cự TK1 lớn 47 Hình 2.25: Quan hệ vận tốc quét góc quét song song tia 48 Hình 2.26: Đồ thị mối quan hệ vận tốc quét tia song song với vị trí tia quét góc 48 Hình 2.27: Tính toán kết đo chi tiết đối xứng với trục TK1 49 Hình 2.28: Đồ thị quan hệ góc quét giới hạn lên chi tiết đo đƣờng kính chi tiết với sai số đo 50 Hình 2.29: So sánh kết đo chi tiết đối xứng không đối xứng với quang trục 51 Hình 2.30: Gắn hệ tọa độ cho tia quét chi tiết đo 52 Hình 2.31: Tọa độ góc lệch trục chi tiết Ox’ so với với trục chuẩn Ox 53 Hình 2.32: Phép quay tọa độ Oxyz xung quanh trục Oy để đƣợc hệ tọa độ Ox1y1z1 54 Hình 2.33: Phép quay tọa độ Ox1y1z1 xung quanh trục Oz1 để đƣợc hệ tọa độ Ox’y’z’ 54 Hình 2.34: Mặt cắt tia laser vị trí quét cạnh chi tiết 57 Hình 2.35: Dạng xung phát từ tế bào quang điện tia laser quét lên chi tiết 57 Hình 2.36: Sự thu hẹp đƣờng kính tia laser quét tiêu diện thấu kính trực chuẩn 59 Hình 2.37: Sơ đồ điều chế để thu hẹp mức “0” “1” xung phát từ tế bào quang điện 61 Hình 2.38: Hệ tọa độ khảo sát phƣơng mà chi tiết đo chuyển động 64 Hình 2.39 : Sơ đồ đo chi tiết chuyển động theo phƣơng Oy 65 Hình 2.40: Sơ đồ đo chi tiết dao động điều hòa theo phƣơng Oy 66 Hình 2.41: Biểu đồ giá trị đo kích thƣớc chi tiết nhiều lần quét liên tục loạt đo chi tiết dao động điều hòa theo phƣơng Oy 67 chi tiết dao động 68 Hình 2.43: Sơ đồ đo chi tiết chuyển động theo phƣơng Oz 69 Hình 2.44: Sơ đồ đo chi tiết chuyển động theo phƣơng Ox 70 Hình3.45: Sự phản xạ tia quét bề mặt chi tiết dạng cạnh 71 Hình 2.46: Sự phản xạ tia quét bề mặt chi tiết dạng trụ 71 Hình 2.47: Sơ đồ tìm góc lệch tới hạn so với quang trục tụ quang tia phản xạ mà tế bào quang điện cảm nhận đƣợc 72 Hình 2.48: Quan hệ góc lệch tới hạn tia phản xạ sai số đo 73 Hình 2.49: Sự phản xạ tia quét bề mặt chi tiết đo 74 Hình 2.50: Các mức điện áp xung tế bào quang điện 75 Hình 2.51: Vị trí mặt cắt tia laser quét cạnh chi tiết nhẵn nhám 76 Hình 2.52: Sự khác dạng xung tế bào quang điện đo chi tiết nhẵn nhám 77 Hình 2.46: Sự khác dạng xung tế bào quang điện đo chi tiết có chiều cao nhám khác 78 Hình 2.54: Sự khác dạng xung tế bào quang điện đo chi tiết có biên dạng nhám khác 79 Hình 2.55: Hợp lực bám dính lên bề mặt chi tiết giọt lỏng hiệu 81 ứng sức căng bề mặt 81 Hình 2.56: Sự thay đổi dạng xung tế bào quang điện nguồn phát laser không ổn định 83 Hình 3.1: Sơ đồ phận máy đo LSM 85 Hình 3.2: Thông số kết cấu hệ quang 86 Hình 3.3: Góc quang sai hệ quang phát 87 Hình 3.4: Thông số kết cấu hệ quang 90 Hình 3.5: Hình vẽ biểu diễn quang sai hệ quang 91 Hình 3.6: Bảng hệ số quang sai 91 Hình 3.7: Đồ thị hàm truyền điều biến MTF 92 Hình 3.8: Sơ đồ điểm ảnh 92 Hình 3.9: Thông số kết cấu sau tối ƣu 93 Hình 3.10: Hình vẽ biểu diễn quang sai hệ quang sau tối ƣu 94 Hình 3.11: Đồ thị hàm truyền điều biến MTF sau tối ƣu 94 Hình 3.12: Hệ số quang sai sau tối ƣu 95 Hình 3.13a: Đồ gá kẹp thấu kính TK1 95 Hình 3.13b: Thấu kính TK1 96 Hình 3.14a: Thấu kính TK2 96 Hình 3.14b: Thấu kính TK2 97 Hình 3.15: Kích thƣớc gƣơng đa giác 97 Hình 3.16: Vị trí đặt gƣơng nguồn laser 98 Hình 3.17a: Kích thƣớc đồ gá chi tiết đo 100 Hình 3.17b: Đồ gá chi tiết đo chế tạo 100 Hình 3.18: Xung thu đƣợc chƣa có vật đo 101 Hình 3.19: Xung thu đƣợc có vật đo 101 Hình 3.20: Mạch khuyếch đại dòng – áp 102 Hình 3.21: Khoảng thời gian ứng với kích thƣớc chi tiết 103 Hình 3.22: Mạch khuyếch đại dòng – áp sau thiết kế 104 Hình 3.23: Hình ảnh nhiễu 104 Hình 3.24: Mạch lọc tích cực LM6321 105 Hình 3.25: Xử lý tín hiệu qua mạch vi xử lý 105 Hình 3.26: Sơ đồ chân Vi xử lý Texas Instruments LM4F120XL 106 Hình 3.27a hình 3.27b 106 Hình 3.27a: Chu trình hệ thống 107 Hình 3.27b: Chu trình ngắt 108 Hình 3.28: Sơ đồ chân mạch xử lý tín hiệu 109 Hình 3.29: Mạch xử lý tín hiệu đo nguồn chế tạo 109 Hình 3.30: Thiết bị LSM chế tạo 110 Hình 3.31: Đồ thị biểu diễn sai số máy LSM chế tạo 111 Hình 4.1: Đồ thị đặc tính quan hệ giá trị đo giá trị thực 116 Hình 4.2: Sơ đồ thuận toán phần mềm đo 118 Hình 4.3: Phần mềm đo 119 10 Từ số liệu đo tính toán đƣợc ta có nhận xét: - Vật đo đặt phía trục hệ quang cho sai số dƣơng (Kích thƣớc đo lớn kích thƣớc thực) - Vật đo qua trục hệ quang cho sai số âm (Kích thƣớc đo nhỏ kích thƣớc thực) - Vật có kích thƣớc lớn cho sai số cao - Sai số máy sau chế tạo lớn nhiều so với đầu đặt (Sai số lớn đo đƣợc 99 µm kích thƣớc 30 mm) Sai số máy lớn nhiều nguyên nhân nhƣ: + Sai số chế tạo (Hệ quang, gƣơng đa giác, đồ gá, mạch điện, …) + Sai số lắp đặt + Chất lƣợng linh kiện mua thị trƣờng khó kiểm soát đƣợc chất lƣợng (Nguồn laser, động cơ, linh kiện điện tử,…) 112 CHƢƠNG IV: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MÁY LSM Ta biết máy LSM có phận chính: a/Bộ phận tạo tín hiệu đo Bộ phận đƣợc coi “phần cứng” máy, bao gồm: - Hệ quang - Bộ tạo xung phát từ tế bào quang - Bộ tạo xung đếm từ máy phát xung nhịp thời gian - Đồ gá chi tiết đo b/Bộ phận xử lý tín hiệu đo Bộ phận đƣợc coi “phần mềm” máy, bao gồm: - Bộ so sánh xung phát xung đếm - Bộ xử lý, hiệu chỉnh chuyển đổi xung đếm thành kết đo - Hệ thống CPU chuyển đổi liệu đo sang giao diện khác nhƣ: thị, bàn phím, máy in, chuyển đổi D/A Với sai số phần cứng gây nhƣ ta xét chƣơng II đƣợc khắc phục giảm thiểu thông qua việc thiết kế chế tạo thiết bị Độ lớn sai số không phụ thuộc vào tính toán thiết kế cách xác mà phụ thuộc vào khả công nghệ chế tạo hiệu chỉnh máy Nhƣ vậy, ta xem sai số phần cứng sinh sai số “cố hữu” máy Với nhận định trên, phần ta xét phƣơng pháp hiệu chỉnh máy biện pháp xử lý phần mềm 4.1 Nguyên lý việc hiệu chỉnh máy Hiệu chỉnh máy thực chất việc điều chỉnh kết đo theo quy luật mà ngƣời sử dụng mong muốn sở khả cho phép xử lý phần mềm máy LSM 113 Đối với phần mềm máy LSM cho phép ta điều chỉnh máy cho kết đo máy sau hiệu chỉnh so với trƣớc hiệu chỉnh có tính chất sau: a/Tính chất cộng (trừ) giá trị đo với số đo: hc = Dhc– D = const (4.1) Trong đó: Dhc kết đo trƣớc hiệu chỉnh D kết đo sau hiệu chỉnh Đặc tính hiệu chỉnh đƣợc thực cách xử lý cộng trừ số xung đếm cho số (tƣơng ứng với kích thƣớc cần hiệu chỉnh hc) mà ngƣời sử dụng mong muốn b/Tính chất nhân (chia) giá trị đo với hệ số hằng: Khc = Dhc = const D (4.2) Đặc tính hiệu chỉnh đƣợc thực cách xử lý nhân chia số xung đếm với số (bằng Khc) mà ngƣời sử dụng mong muốn 4.2 Khả hiệu chỉnh máy LSM Trong kết nhiều lần đo với nhiều chi tiết mẫu ta gán biến đo nhƣ sau: - Biến x giá trị kích thƣớc mẫu đo (ta xem giá trị thực) - Biến y kết đọc máy tƣơng ứng với mẫu đo (ta gọi giá trị đo) Máy đƣợc gọi sai số ta có: y = x (4.3) Trong thực tế máy có sai số nên ta đƣợc: y = f (x, z, t ) với z, t, yếu tố ảnh hƣởng đến độ xác máy Ở biểu thức (4.3) ta thấy việc cộng (trừ) hay nhân (chia) vế với số ta đƣợc biểu thức có dạng y = ax + b (với a, b số) 114 Điều cho ta thấy: Với khả hiệu chỉnh máy LSM (cộng, trừ, nhân, chia với số) muốn hiệu chỉnh để sai số đo mối quan hệ giá trị đo giá trị thực phải luôn có dạng y = ax + b (với a, b số) Mối quan hệ kỹ thuật đo gọi quan hệ tuyến tính Phương thức hiệu chỉnh máy mối quan hệ đo tuyến tính Với quan hệ giá trị đo giá trị thực y = ax + b phƣơng pháp hiệu chỉnh máy ta đƣa quan hệ đo sai số y = x theo lần lƣợt bƣớc nhƣ sau: Bước 1: Hiệu chỉnh cộng (trừ) giá trị đo với số b (lấy cộng b < trừ b > 0) ta đƣợc quan hệ đo sau hiệu chỉnh: yhc1 = y – b = (ax + b) – b = ax (4.4) Bước 2: Tiếp tục hiệu chỉnh máy cách chia giá trị đo (đã đƣợc hiệu chỉnh bƣớc 1) cho hệ số a ta đƣợc quan hệ đo sau hiệu chỉnh: yhc2 = y hc1 ax = =x a a (4.5) Nhƣ vậy, sau lần hiệu chỉnh máy ta đƣợc quan hệ đo y = x Phương pháp hiệu chỉnh máy kết đo không tuyến tính Thực tế cho thấy giá trị đo giá trị thực có đƣợc mối quan hệ tuyến tính tức là: y = f (x, z, t )  ax + b (trong kỹ thuật đo gọi mối quan hệ quan hệ phi tuyến) Nhƣng máy LSM nhƣ nói mục ta hiệu chỉnh mối quan hệ giá trị đo giá trị thực tuyến tính Để khắc phục mâu thuẫn ta đƣa phƣơng pháp hiệu chỉnh gần cho máy LSM dựa việc tuyến tính hóa kết đo theo bƣớc nhƣ sau: 115 Bước 1: Đo thực tế máy với mẫu đo Tiến hành đo máy với mẫu có kích thƣớc khác (kích thƣớc mẫu nên nằm phạm vi mà công việc thực tế thƣờng sử dụng phạm vi kích thƣớc hẹp độ tuyến tính hóa xác) Sau đo ta đƣợc tập hợp (xi , yi) với i =  n giá trị thực giá trị đo n phép đo mẫu nói Bước 2: Tuyến tính hóa kết đo Trên sở tập hợp giá trị (xi , yi) phƣơng pháp toán học (sẽ đƣợc nói cụ thể mục sau) ta tìm hàm số y = ax + b cho đƣờng thẳng biểu diễn (gọi đường tuyến tính hóa) có tiếp cận tốt với điểm đo (xi , yi) tạo nên đường cong thực đồ thị (xem Hình 4.1) Hình 4.1: Đồ thị đặc tính quan hệ giá trị đo giá trị thực Bước 3: Hiệu chỉnh máy Theo giá trị hàm tuyến tính hóa y = ax + b ta tiến hành hiệu chỉnh gần cho máy theo bƣớc nhƣ nói mục Tuyến tính hóa kết đo phương pháp bình phương bé 116 Có nhiều phƣơng pháp toán học để tuyến tính hóa quan hệ giá trị đo giá trị thực sở số liệu đo thực tế (xi , yi) nhƣ phƣơng pháp đồ thị, phƣơng pháp Lagrange, phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu Trong luận văn ta đƣa phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu có độ xác cao tƣơng đối đơn giản a/Bản chất phƣơng pháp: Phƣơng pháp bình phƣơng nhỏ dựa nhận định nhƣ sau: để có tiếp cận tốt đƣờng cong thực đƣờng tuyến tính hóa tổng bình phƣơng sai lệch giá trị đo thực nghiệm (yi) so với giá trị tƣơng ứng tính theo hàm tuyến tính hóa (y = axi + b) nhỏ nhất: n  (y ) i 1 i n =   y  ax i 1 i  b  = i (4.6) b/Phƣơng pháp xác định hệ số a, b hàm tuyến tính hóa Với phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu, hệ số a, b hàm tuyến tính hóa đƣợc xác định thông qua giá trị đo thực nghiệm biết (xi , yi) a, b nghiệm hệ phƣơng trình bậc ẩn số sau: (4.7) Sau có giá trị a b ta tiến hành hiệu chỉnh máy nhƣ nói phần 4.3 Hiệu chuẩn phần mềm đo Nhƣ trình bày phƣơng pháp xử lý sai số đo máy LSM, việc xây dựng phần mềm đo quan trọng cần thiết để khảo sát kết đo, hiệu chỉnh sai số máy cách thuận lợi Ngoài xây dựng phần mềm đo thông số cần khảo sát ảnh hƣởng đƣợc thực dễ dàng cách 117 nhập giá trị thay đổi, đồng thời thông tin mẫu đo kết đo đƣợc lƣu lại vào máy tính Phần mềm đƣợc viết ngôn ngữ lập trình Visual Studio 2012 Chức phần mềm: - Nhập thông tin vật đo: tên mẫu, ngày đo, đơn vị yêu cầu, ngƣời đo, … - Tính toán đƣờng kính vật đo: D = 4πnfT - Thay đổi thông số đầu vào thiết bị - Hiệu chuẩn giá trị đo thiết bị: bƣớc theo thứ tự trình bày Khi nhập giá trị đo hai điểm mút, máy tính tự động tính toán hệ số a,b cho đoạn thẳng muốn hiệu chỉnh - In ấn, lƣu thông tin vật đo kết đo Hình 4.2: Sơ đồ thuận toán phần mềm đo 118 Hình 4.3: Phần mềm đo 4.4 Thực nghiệm xác định độ không đảm bảo đo thiết bị - Chuẩn sử dụng: mẫu có kích thƣớc danh nghĩa sau 1,45; 2,5; 4,5; 6; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 24; 26; 28 30 mm với ĐKĐBĐ mở rộng: U CM  0,0642  (1,5L)  m ([L]: m; độ tin cậy P = 95% hệ số phủ k = 2) - Tiến hành đo: Tại giá trị chuẩn miếng mẫu tiến hành đo 03 lần tính độ lệch chuẩn (L) loạt đo giá trị chiều dài thiết lập (L) =  n  Li  L n  i 1 119  (4.8) Bảng 4: Kết đo thiết bị độ lệch chuẩn Kích thƣớc mẫu (mm) 1,45 1,456 1,450 1,452 Độ lệch chuẩn (L) (µm) 3,055 2,5 2,503 2,497 2,502 3,214 4,5 4,497 4,502 4,503 3,214 6,001 6,003 6,004 1,527 7,997 8,003 8,000 3,000 10 10,002 10,001 10,003 1,000 12 12,001 12,004 12,005 2,082 14 13,997 14,001 14,002 2,646 16 16,002 15,998 15,996 3,055 10 18 18,005 17,999 18,001 3,055 11 20 20,002 19,996 19,998 3,055 12 22 22,002 22,005 21,999 3,000 13 24 24,001 23,998 23,995 3,000 14 26 25,996 26,002 26,001 3,214 15 28 28,001 27,995 27,998 3,000 16 30 29,996 29,997 30,002 3,214 STT Kết đo thiết bị (mm) - Xác định ĐKĐBĐ loại A: Để đảm bảo tin cậy cho điểm đo cần phải chọn điểm đo có độ lệch chuẩn lớn nhất, nhƣ điểm đƣợc chọn điểm đo có độ lệch chuẩn 3,214 uA   ( L) n  3,214  1,856 m - Xác định ĐKĐBĐ loại B: Thành phần ĐKĐBĐ loại B ĐKĐBĐ mẫu: 120 (4.9) 0,0642  (1,5 L) U CM u B1    0,039 m k (4.10) Khi L = 0,03 m uB1  0,0322  (0,75* 0,03)  0,039 m Thành phần ĐKĐBĐ loại B độ phân giải thiết bị: uB  b   0,29 m (4.11) - Độ không đảm bảo đo tổng hợp uC  u A2  uB21  uB2  1,8562  0,0392  0,292  1,879 m (4.12) - Độ không đảm bảo đo mở rộng Số bậc tƣ hiệu dụng ĐKĐBĐ tổng hợp: Vef  uC4 uC4 1,8794     2 u A4 uB41 uB4 u A4 1,8564     (4.13) Với số bậc tự 2, tra bảng phân bố Student đƣợc hệ số phủ k  4,303 cho xác suất tin cậy P = 95% Độ không đảm bảo đo mở rộng thiết bị là: U  k  uc  4,303  1,879 m  8 m (4.14) Nhƣ vậy, sau xây dựng hiệu chỉnh phần mềm đo sai số thiết bị LSM chế tạo giảm đáng kể (Từ 99 µm giảm xuống µm) Chu kỳ xung trung bình đo đƣợc Osilo 1456 µs số lần quét mẫu giây 1000000/1456  686 lần Thiết bị LSM chế tạo thỏa mãn đầu đặt Tuy nhiên, sai số lớn thiết bị 0,008 mm cao đầu 0,003 mm nhiều nguyên nhân mà chủ yếu phần cứng nhƣ: - Sai số chế tạo: Hệ quang, hệ khí, gƣơng đa giác, mạch điện, … 121 - Sai số lắp đặt phận: Lắp đặt hệ quang phát, hệ quang thu, gƣơng, động cơ, laser, cảm biến quang, đồ gá mẫu - Chất lƣợng linh kiện: linh kiện điện tử cho chế tạo mạch điện, laser, cảm biến, … mua thị trƣờng không đảm bảo đƣợc tiêu kỹ thuật ban đầu Với sai số độ ổn định đạt đƣợc máy LSM chế tạo hoàn toàn ứng dụng vào kiểm tra chất lƣợng chi tiết khí dạng trục có yêu cầu độ xác đến 0,01 mm tốc độ đo nhanh 600 mẫu/giây Thiết bị ứng dụng cho thí nghiệm giảng dạy trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội khảo sát kích thƣớc Vỏ liều đạn sản xuất Quốc phòng, …Đây sở nghiên cứu tìm hiểu để nâng cao độ xác độ ổn định thiết bị quét laser 122 KẾT LUẬN Với nội dung hoàn thiện luận văn giải đƣợc vấn đề sau: - Tìm hiểu máy quét laser theo đƣờng - Xác định nguyên nhân gây sai số máy biện pháp khắc phục - Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy LSM - Nghiên cứu biện pháp xử lý sai số đo phần mềm đo - Kiểm tra kết đo máy LSM chế tạo Tuy vậy, đề tài có hạn chế chƣa giải đƣợc là: Sai số, độ ổn định thiết bị chế tạo chƣa đạt nhƣ mong muốn Hƣớng phát triển đề tài Trong thời gian tới tiếp tục hoàn thiện thiết kế hệ thống, nâng cao độ ổn định, độ xác, mở rộng kết cấu nhằm nâng cao khả ứng dụng máy LSM chế tạo kiểm tra chất lƣợng Vỏ đạn nhà máy sản xuất Quốc phòng 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Trọng Hiệp – Chi tiết máy – Nhà xuất giáo dục 2002 [2] Phan Quốc Phô – Giáo trình cảm biến – Nhà xuất KHKT 2006 [3] Đỗ Xuân Thụ, Kĩ thuật điện tử, NXB Giáo dục 2002 [4] Trần Định Tường, Hoàng Hồng Hải – Quang Kỹ Thuật – Nhà xuất KHKT 2006 [5] Phạm Thị Ngọc Yến – Xử lý tín hiệu - Nhà xuất KHKT 2009 [6] High-accuracy Digital Micrometer LS-7000 series Keyence Catalog [7] High Accuracy Non-Contact Measuring System LSM Mitutoyo Catalog [8] www.alldatasheet.com [9] www.lap-laser.com [10] www.mathworks.com [11] www.Mitutoyo.com 124 Phụ lục 1: Tra hệ số k cặp vật liệu thủy tinh [4] 125 Phụ lục 2: Tra cặp thủy tinh [4] 126 ... tâm Đề tài Nghiên cứu độ xác đo profile bề mặt chi tiết máy phương pháp quét laser theo đường” với mục đích nghiên cứu độ 11 xác nguyên nhân ảnh hƣởng đến độ xác đo biên dạng chi tiết phƣơng... với bề mặt không bị khuyết tật suất, hiệu công việc không cao, đặc biệt không đáp ứng đƣợc cần đo chi tiết cần độ xác cao, bề mặt dễ bị biến dạng đo với tốc độ nhanh hay đo chi tiết chuyển động... TS Nguyễn Văn Vinh Tôi xin cam đoan luận văn với đề tài Nghiên cứu độ xác đo profile bề mặt chi tiết máy phương pháp quét laser theo đường” công trình nghiên cứu riêng chƣa đƣợc công bố công