BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HOÀNG TÙNG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PROFILE BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CƠNG CƠ KHÍ BẰNG ẢNH KỸ THUẬT SỐ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hµ NỘI - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HOÀNG TÙNG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PROFILE BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG CƠ KHÍ BẰNG ẢNH KỸ THUẬT SỐ CHUYÊN NGÀNH MÃ SỐ : KỸ THUẬT CƠ KHÍ : 62520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS NGUYỄN THỊ PHƯƠNG MAI : PGS.TS NGUYỄN VĂN VINH Hµ NéI - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan luận án cơng trình khoa học tơi nghiên cứu Các kết cơng bố trung thực khơng trùng với cơng trình khoa học khác Nghiên cứu sinh Nguyễn Hoàng Tùng LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án tơi nhận giúp đỡ nhiệt tình nhiều cá nhân tập thể Bộ mơn Cơ khí xác Quang học - Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành giúp đỡ q giá Lời xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới cô giáo PGS.TS Nguyễn Thị Phương Mai thầy giáo TS Nguyễn Văn Vinh, người tận tâm bảo, hướng dẫn tận tình cho tơi khơng q trình thực luận án Xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo, giáo tồn thể cán làm việc Bộ mơn Cơ khí xác Quang học - Viện Cơ khí - Trường ĐH Bách khoa Hà Nội giúp đỡ tơi suốt q trình học tập thực luận án Nhân dịp này, xin bày tỏ lời cảm ơn tới Thủ trưởng, phịng ban chức thuộc Viện Cơng nghệ - Tổng cục Cơng nghiệp Quốc phịng; lãnh đạo huy, đồng nghiệp Trung tâm Đo lường - Viện Cơng nghệ - Tổng cục Cơng nghiệp Quốc phịng, nơi công tác, tạo điều kiện cho thời gian, động viên tinh thần quý giá Cuối xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân, bạn bè giúp đỡ, động viên để tơi hồn thành luận án Nghiên cứu sinh Nguyễn Hoàng Tùng MỤC LỤC Trang DANH MỤC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU DANH MỤC NG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU 10 Chƣơng TỔNG QUAN VỀ ĐO LƢỜNG PROFILE Ề MẶT CHI TIẾT CƠ KHÍ 14 1.1 Đánh giá chất lƣợng độ xác chi tiết khí qua profile bề mặt 14 1.2 Các thông số đánh giá profile bề mặt 16 1.2.1 Thông số nhám 2D 17 1.2.2 Thông số nhám 3D 17 1.3 Các phƣơng pháp đo profile bề mặt 22 1.3.1 Phƣơng pháp chép hình 23 1.3.2 Phƣơng pháp đo theo mặt 26 1.3.3 Phƣơng pháp dùng kính hiển vi đo quét 32 1.3.4 Xác định chiều sâu từ độ nhòe ảnh 36 1.4 Kết luận chƣơng 47 Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THUẬT TOÁN TÁI HIỆN PROFILE BA CHIỀU 49 2.1 Cơ sở lý thuyết 49 2.1.1 Mô hình hóa ảnh đơn giản 49 2.1.2 Mơ hình nhịe dƣới dạng trình khuếch tán 54 2.1.3 Mơ hình tính tốn sử dụng độ nhịe ảnh 58 2.2 Phƣơng pháp xây dựng lại profile / biên dạng 60 2.3 Hiệu chuẩn thuật toán 67 2.3.1 Tính tốn bề mặt giả định để kiểm tra thuật toán 67 2.3.2 Khảo sát độ xác bề mặt thay đổi số bƣớc lặp, trƣờng hợp bề mặt dạng dốc 70 2.3.3 Khảo sát độ xác bề mặt thay đổi khoảng cách ảnh nhòe, trƣờng hợp bề mặt dạng phẳng 74 2.4 Kết luận chƣơng 78 Chƣơng XÂY DỰNG CƠ SỞ TÍNH TỐN CHUYỂN ĐỔI ĐO VÀ TÍNH TỐN CHO KÍNH HIỂN VI KỸ THUẬT SỐ 79 3.1 Nguyên lý hệ hiển vi k thuật số 79 3.2 Xây dựng sở tính tốn chuyển đổi tín hiệu đo hệ quang điểm sáng bề mặt đo 79 3.2.1 Khi điểm sáng bề mặt đo nằm mặt phẳng vật thấu kính tƣơng đƣơng .80 3.2.2 Khi điểm sáng bề mặt đo nằm tiêu cự thấu kính tƣơng đƣơng .80 3.2.3 Khi điểm sáng bề mặt đo nằm tiêu cự thấu kính tƣơng đƣơng .82 3.3 Tính tốn thơng số kính hiển vi k thuật số 84 3.4 Tính tốn thơng số k thuật kính hiển vi tích hợp vật kính Mitutoyo 375-037-1 CMOS ký hiệu Touptek UCMOS 4000KPA TP614000A 87 3.4.1 Vùng quan sát bề mặt vật kính hiển vi .87 3.4.2 Xác định độ phóng đại hình 87 3.4.3 Xác định tiêu cự f vật kính, khoảng cách từ vật CMOS đến vật kính kính hiển vi 88 3.4.4 Tính đƣờng kính tƣơng đƣơng vật kính 90 3.4.5 Tính số lƣợng điểm ảnh bị chiếm thu CMOS điểm sáng bề mặt vật qua kính hiển vi 90 3.5 Kết luận chƣơng 91 Chƣơng THỰC NGHIỆM, KIỂM CHỨNG VÀ KẾT QU 92 4.1 Mục đích thực nghiệm 92 4.2 Mơ hình thực nghiệm 92 4.2.1 Kính hiển vi k thuật số Mitutoyo MF-B4020C 92 4.2.2 Các thông số thực nghiệm 93 4.3 Đối tƣợng thực nghiệm 94 4.3.1 ộ mẫu .94 4.3.2 Tấm chuẩn độ nhám .94 4.3.3 Một số chi tiết vi 95 4.3.4 Thƣớc kính chuẩn 96 4.4 Thực nghiệm mô tả lại profile khu vực ranh giới miếng mẫu 97 4.5 Thực nghiệm mô tả lại profile chuẩn độ nhám 103 4.5.1 Profile chuẩn độ nhám (gia công phƣơng pháp tiện) 105 4.5.2 Profile chuẩn độ nhám (gia công phƣơng pháp phay đứng) 108 4.6 Thực nghiệm mô tả lại profile chi tiết vi 112 4.6.1 Chi tiết vi số 112 4.6.2 Chi tiết vi số 113 4.6.3 Chi tiết vi số 114 4.7 Thực nghiệm mơ tả lại vùng thƣớc kính chuẩn 116 4.8 Sai số bù sai số kính hiển vi k thuật số 118 4.8.1 Một số sai số kính hiển vi k thuật số 118 4.8.2 ù sai số kính hiển vi k thuật số đo bề mặt dạng bậc 119 4.8.3 ù sai số kính hiển vi k thuật số đo bề mặt dạng chuẩn độ nhám có Ra 12,5 m đến Ra 3,2 m 123 4.9 Kết luận chƣơng 125 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 126 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG Ố CỦA LUẬN ÁN 127 TÀI LIỆU THAM KH O 128 DANH MỤC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU Tiếng Việt Tiếng Anh Bản đồ chiều sâu: Ma trận (m hàng, n cột) chứa thông tin khoảng cách từ điểm / mặt phẳng quy ước đến : Depth of map điểm [(1m)Δx, (1n)Δy] bề mặt vật - với chiều sâu Z[(1m)Δx,(1n)Δy] Chiều dài chuẩn : Sampling length / Cut-off length Chiều dài đánh giá : Assessment length / Evaluation length Chiều sâu hội tụ : Depth of Focus Chiều sâu từ độ sắc nét (DFF): phương pháp xác định đồ chiều sâu từ loạt hình ảnh bề mặt vật có độ nét khác nhau, chụp thay đổi khoảng cách hệ quang bề mặt vật Chiều sâu từ độ nhòe ảnh (DFD): phương pháp xác định đồ chiều sâu từ độ nhòe ảnh điểm bề mặt vật, thu qua hai hay nhiều hai ảnh nhòe Chiều sâu từ ảnh (DFS): phương pháp xác định đồ chiều sâu bề mặt vật từ ảnh chụp bề mặt vật vị trí khác Đường trung bình : Depth from focus : Depth from defocus : Depth from Stereo : Mean line Độ nhám : Roughness Độ sóng : Waviness Khẩu độ số (NA) : Numerical Aperture / Angular Aperture Đo đầu dò tiếp xúc : Stylus technique Đo chép hình : Profiling technique Đo mặt : Area technique Kính hiển vi kỹ thuật số: kính hiển vi quang học ghép nối với cảm biến hình ảnh quang điện tử (CCD) sử : Digital microscopy dụng chụp ảnh kỹ thuật số bề mặt quan sát qua hệ hiển vi Kính hiển vi điện tử truyền qua : Transmission Electron Microscope (TEM) Kính hiển vi quét (SEM) : Scanning Electron Microscope Sai lệch hội tụ : Focus Error Sai lệch hình dạng : Form error Thông số nhám bề mặt : Surface roughness parameters Thông số biên độ : Amplitude Parameter Thông số bước/khoảng cách : Spacing Parameter Thông số hỗn hợp : Hybrid Parameter Tín hiệu sai lệch hội tụ : Focus Error Signal Complementary metal oxide : semiconductor Cảm biến hình ảnh (CMOS) Một số ký hiệu h(y,x) Δσ2 : Hàm Gauss chiều hạt nhân thay đổi bất biến tròn đối xứng : Độ mờ tương đối ∇ : Toán tử Gradient / x1 ∇ : c : Hệ số khuyếch tán i 1 / x2 với x = [x1 x2]T T / xi E1(x,y) : Năng lượng ảnh nhòe trước thay đổi E2(x,y) : Năng lượng ảnh nhòe sau thay đổi D : Đường kính độ sáng DepthMap : Bản đồ chiều sâu ban đầu : Bản đồ lỗi φ : Trung bình bình phương lỗi tồn hình ảnh β : Số bước lặp δ : Khoảng cách từ điểm đo đến tiêu cự vật kính đo 0 : Quang thông điểm bề mặt vật đo ftd : Tiêu cự thấu kính tương đương u0 : Khoảng cách từ mặt phẳng vật đến thấu kính tương đương v0 : Khoảng cách từ thấu kính tương đương đến thu Rtd : Bán kính thấu kính tương đương r : Bán kính vịng trịn mờ thu : Quang thơng nhận bề mặt tế bào thu Uthu : Điện áp quang điện trở MQ : Độ phóng đại quang aCMOS : chiều dài ma trận thu CMOS bCMOS : chiều rộng ma trận thu CMOS aQS : Chiều dài vùng quan sát bề mặt vật bQS : Chiều rộng vùng quan sát bề mặt vật LP/mm Res : Cặp dòng cho mm : Khoảng cách nhỏ điểm vật mà kính hiển vi phân biệt gọi Độ phân giải quang 118 4.8 Sai số v bù sai số kính hiển vi kỹ thuật số 4.8.1 Một số sai số kính hiển vi kỹ thuật số nh hưởng kết đo khơng xác kính hiển vi kỹ thuật số thể qua sai lệch profile bề mặt chiều mô tả lại với profile bề mặt chiều thực tế yếu tố gây sai số thường thấy như: sai số kính hiển vi kỹ thuật số (phần cứng - hệ thống quang học, phần mềm - sai số q trình tính tốn), chất lượng bề mặt chi tiết cần đo, vật liệu chi tiết cần đo, ảnh hưởng người vận hành thiết bị, s t l Kính hiển vi kỹ thuật số có độ khơng xác vốn có như: loại quang sai, độ phân giải hệ quang, độ nhạy CMOS, độ xác dịch chuyển khí chiều cao z, Thơng thường nhà sản xuất cố gắng bù thông qua phần cứng phần mềm Khi cài đặt t lệ, so sánh với t lệ chuẩn Kính hiển vi kỹ thuật số đo dọc trục x, y, z theo t lệ điểm khác giá trị báo cáo so sánh với giá trị chuẩn Nếu giá trị kính hiển vi kỹ thuật số báo cáo 0,4992 mm giá trị chuẩn 0,5 mm khác biệt sai lệch tuyến tính t lệ vị trí Trong phương pháp bù tuyến tính hệ số bù áp dụng cho tồn dải đo mà kính hiển vi kỹ thuật số vừa phản hồi lại Tuy nhiên phương pháp bù tuyến tính lấy hệ số bù trung bình t lệ mà khơng quan tâm đến sai số vị trí Phương pháp khác để làm cho sai số vị trí t lệ nhỏ phương pháp phi tuyến Phương pháp xây dựng bảng giá trị bù đo tạo dạng nhấp nhô dọc theo t lệ s h quang Kính hiển vi thiết bị quang học thường bị ảnh hưởng lỗi thấu kính làm méo ảnh nhiều chế đa dạng liên quan tới khiếm khuyết (thường gọi chung quang sai) có nguồn gốc từ dạng hình cầu bề mặt thấu kính Có ba nguồn gốc hoạt động thấu kính khơng lí tưởng quan sát thấy kính hiển vi 119 Trong số ba loại sai sót chủ yếu thấu kính, hai loại liên quan tới định hướng đầu sóng tiêu diện so với trục quang kính hiển vi Những loại sai sót bao gồm lỗi thấu kính trục sắc sai cầu sai, lỗ trục chủ yếu biểu coma, loạn thị, cong trường Loại quang sai thứ ba, thường thấy kính hiển vi ghi hình có hệ thấu kính phóng to/thu nhỏ, méo hình, gồm méo tang trốngvà méo gối cắm kim Nói chung, hệ cuối quang sai kính hiển vi gây khiếm khuyết đặc trưng nhỏ xíu chi tiết mẫu vật ảnh quan sát thấy ghi hình k thuật số nh h ng ng ời v n hành Một số lỗi người vận hành d mắc phải như: vệ sinh bề mặt chi tiết cần đo không sạch, rung động trình đo, độ sắc nét ảnh phụ thuộc vào mắt người, 4.8.2 Bù sai số kính hiển vi kỹ thuật số đo b m t dạng bậc Mục đích việc bù sai số kính hiển vi kỹ thuật số nhằm giảm thiểu tối đa độ khơng xác kết đo sai số nêu phần trước gây nâng cao độ tin cậy kết đo Tiến hành bù sai số chiều cao z profile bề mặt chiều dạng bậc phạm vi từ 0,01 mm đến 0,5 mm phương pháp bù phi tuyến Các bước thực sau: - Tạo chênh lệch chiều cao cao (sao cho cao bằng: 0,5 mm; 0,4 mm; 0,3 mm; 0,2 mm; 0,1 mm; 0,09 mm; 0,08 mm; 0,07 mm; 0,06 mm; 0,05 mm; 0,04 mm; 0,03 mm; 0,02 mm 0,01 mm) cách tích hợp miếng mẫu mẫu cấp giống thí nghiệm phần 4.4 - Tính tốn hình ảnh mờ vùng khác khu vực ranh giới miếng mẫu chụp lại kính hiển vi kỹ thuật số có kích thước 1024 x 822 pixel (tương đương 1,911 mm x 1,534 mm bề mặt mẫu) - Kết trung bình chênh lệch chiều cao miếng cao từ profile bề mặt chiều vùng khác khu vực ranh giới miếng mẫu mơ tả lại tính tốn bảng 4.4 120 B ng 4.4 K t qu trung ình ch nh ệch chi u cao mi ng cao từ profi e m t chi u vùng khác cao cao cao cao (mm) (mm) (mm) (mm) cao cao STT (mm) (%) 0,5 0,4992 0,5008 0,4995 0,4998 -0,03333 0,4 0,4011 0,3996 0,4006 0,4004 0,108333 0,3 0,299 0,303 0,3002 0,3007 0,244444 0,2 0,1992 0,1989 0,1993 0,1991 -0,43333 0,1 0,0991 0,0997 0,1004 0,0997 -0,26667 0,09 0,091 0,095 0,0899 0,0920 2,185185 0,08 0,0815 0,0809 0,0806 0,0810 1,25 0,07 0,0686 0,0679 0,0684 0,0683 -2,42857 0,06 0,0585 0,0592 0,0587 0,0588 -2 10 0,05 0,0482 0,0491 0,0483 0,0485 -2,93333 11 0,04 0,036 0,0374 0,0371 0,0368 -7,91667 12 0,03 0,0262 0,0273 0,0269 0,0268 -10,6667 13 0,02 0,0241 0,0238 0,02404 0,0240 19,9 14 0,01 0,013 0,0125 0,0119 0,0125 24,66667 - Dựa vào sai lệch trung bình chênh lệch chiều cao miếng cao từ profile bề mặt chiều vùng khác khu vực ranh giới miếng mẫu mô tả lại chênh lệch chiều cao miếng mẫu thực tế tiến hành tính tốn hệ số bù cho khoảng chiều cao z Đối với chênh lệch chiều cao cao bằng: 0,5 mm; 0,4 mm; 0,3 mm; 0,2 mm; 0,1 mm; 0,09 mm; 0,08 mm; 0,07 mm; 0,06 mm; 0,05 mm; 0,04 mm; 0,03 mm; 0,02 mm 0,01 mm ta phân khoảng chênh lệch chiều cao bằng: Từ 0,5 mm đến 0,4 mm; từ 0,4 mm đến 0,3 mm; ; từ 0,02 mm đến 0,01 mm 121 Tiến hành tính tốn hệ số bù theo phương trình bậc thỏa mãn điều kiện: cao = K x (cao trung ình H (4.3) Dựa vào số liệu bảng 4.4 ta tính hệ số bù K, H khoảng chênh lệch chiều cao z Số liệu cụ thể tính tốn bảng 4.5 B ng 4.5 Hệ số ù K, H kho ng ch nh ệch chi u cao cao STT (mm) 0,4 đến 0,5 1,006 -0,003 0,3 đến 0,4 1,003 -0,002 0,2 đến 0,3 0,984 0,004 0,1 đến 0,2 1,006 -0,0003 0,09 đến 0,1 1,288 -0,028 0,08 đến 0,09 0,912 0,006 0,07 đến 0,08 0,787 0,016 0,06 đến 0,07 1,053 -0,002 0,05 đến 0,06 0,974 0,003 10 0,04 đến 0,05 0,855 0,009 11 0,03 đến 0,04 0,997 0,003 12 0,02 đến 0,03 3,546 -0,065 13 0,01 đến 0,02 0,869 -0,001 - Tính lại chênh lệch chiều cao miếng cao từ profile bề mặt chiều với hệ số bù cho khoảng bước Tiến hành tính tốn lại giá trị chênh lệch chiều cao trung bình với hệ số bù bảng 4.5 thu giá trị chênh lệch chiều cao trung bình sau bù Số liệu cụ thể bảng 4.6 122 B ng 4.6 K t qu trung ình ch nh ệch chi u cao mi ng cao từ profi e cao m t chi u mô t cao ại sau ù cao cao STT (mm) (mm) (%) (%) 0,4998 -0,03333 -0,03353 0,4004 0,108333 0,399635 - 0,3007 0,244444 0,299922 -0,02613 0,1991 -0,43333 0,200028 0,014067 0,0997 -0,26667 0,100457 0,456533 0,0920 2,185185 0,089874 -0,14044 0,0810 1,25 0,079747 -0,31625 0,0683 -2,42857 0,06992 -0,11443 0,0588 -2 0,060271 0,452 10 0,0485 -2,93333 0,050496 0,992 11 0,0368 -7,91667 0,039723 -0,69292 12 0,0268 -10,6667 0,030033 0,109333 13 0,0240 19,9 0,019839 -0,8069 14 0,0125 24,66667 0,010034 0,335333 Một số nhận xét - Dạng profile bề mặt 3D khu vực ranh giới miếng mẫu mô tả lại sau bù giống với khu vực ranh giới miếng mẫu thực tế - Sai lệch trung bình bề mặt mơ tả lại với bề mặt thực tế giảm từ (24,67 đến 0,03 ) xuống (0,99 chiều dạng bậc đến 0,01 ) profile bề mặt 123 4.8.3 Bù sai số kính hiển vi kỹ thuật số đo b m t dạng chuẩn độ nhám c Ra 12,5 µm đến Ra 3,2 µm Tiến hành bù sai số profile bề mặt chiều dạng chuẩn độ nhám phạm vi từ Ra 12,5 µm đến Ra 3,2 µm phương pháp bù phi tuyến Các bước thực tương tự phần 4.8.2 thu kết sau: - Kết trung bình giá trị Ra profile bề mặt chiều vùng khác chuẩn độ nhám mơ tả lại tính tốn bảng 4.7 B ng 4.7 K t qu trung ình độ nhám (m) (m) (m) m t Ra mô t (m) ại chuẩn độ nhám (m) mô (%) I Gia công phương pháp tiện 12,5 10,2 9,8 10,1 10,03333 -19,7333 6,3 8,01 8,1 8,02 8,043333 27,67196 3,2 4,62 4,5 4,55 4,556667 42,39583 II Gia công phương pháp phay đứng 12,5 10,95 11 10,7 10,88333 -12,9333 6,3 7,41 6,9 6,5 6,936667 10,10582 3,2 4,35 4,1 3,6 4,016667 25,52083 Dựa vào số liệu bảng 4.7 ta tính hệ số bù K, H khoảng chênh lệch giá trị Ra Số liệu cụ thể tính tốn bảng 4.8 124 Kết tính hệ số bù sau: B ng 4.8 Hệ số ù K, H kho ng ch nh ệch giá tr Ra STT (m) I Gia công phương pháp tiện 6,3 đến 12,5 3,116 -18,7596 3,2 đến 6,3 0,889 -0,8513 II Gia công phương pháp phay đứng 6,3 đến 12,5 1,571 -4,597 3,2 đến 6,3 1,062 -1,064 Tiến hành tính tốn lại giá trị Ra trung bình với hệ số bù bảng 4.8 thu giá trị Ra trung bình sau bù Số liệu cụ thể bảng 4.9 Kết tính lại giá trị Ra sau bù: B ng 4.9 K t qu trung ình giá tr Ra từ profi e Ra m t chi u chuẩn độ nhám mô t Ra Ra ại sau ù Ra STT (mm) (%) (mm) (%) I Gia công phương pháp tiện 10,033 -19,7333 12,504 0,030933 8,043 27,67196 6,230 -0,00757 4,557 42,39583 3,1998 -0,00385 II Gia công phương pháp phay đứng 10,883 -12,9333 12,501 0,005733 6,937 10,10582 6,303 0,043492 4,017 25,52083 3,202 0,053125 125 Một số nhận xét - Dạng profile bề mặt 3D chuẩn độ nhám gia công phương pháp tiện gia công phương pháp phay đứng mô tả lại sau bù giống với profile chuẩn độ nhám thực tế - Tấm chuẩn độ nhám gia cơng phương pháp tiện sai lệch giá trị Ra chuẩn độ nhám thực tế mô tả lại sau bù giảm xuống 0,031 Tấm chuẩn độ nhám gia công phương pháp phay đứng sai lệch giá trị Ra chuẩn độ nhám thực tế mô tả lại sau bù giảm xuống 0,053 4.9 Kết luận chương Trong chương này, sử dụng thuật tốn kết hợp với kính vi kỹ thuật số mô tả lại profile bề mặt ba chiều nhiều dạng bề mặt chi tiết khí khác - Dạng profile bề mặt 3D mô tả lại giống với dạng profile bề mặt 3D mẫu thực Profile bề mặt chiều bề mặt có kích thước theo chiều x, y 1,911 mm x 1,534 mm theo chiều sâu z xuống đến 0,010 mm - Sai lệch tăng lên nhiều chênh lệch chiều cao điểm profile bề mặt chiều nhỏ chiều sâu hội tụ vật kính - Sau tiến hành bù sai số dạng profile bề mặt 3D mô tả lại sau bù giống với dạng profile bề mặt 3D mẫu thực Sai lệch giảm bù với hệ số bù tuyến tính khoảng chênh lệch chiều cao Các profile bề mặt ba chiều mô tả lại sai số giới hạn độ phân giải kính hiển vi, bề mặt vật đo khơng phẳng, thuật toán áp dụng phương pháp hiệu để đo chiều sâu cách sử dụng hình ảnh nhịe 126 KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu phương pháp xác định profile bề mặt chi tiết gia cơng khí ảnh kỹ thuật số, luận án giải nội dung: Nghiên cứu, tìm hiểu phương pháp đo profile bề mặt chiều dựa lý thuyết chiều sâu từ độ nhịe ảnh (D.F.D) Trên s chương trình tính tốn, biểu di n profile bề mặt đ xây dựng chiều từ ảnh nhòe hảo sát ảnh hư ng c a số bư c lặp , khoảng cách gi a ảnh nhịe t i trung bình bình phương lỗi φ c a tồn hình ảnh suy số bư c lặp tối ưu quy t c ch n khoảng cách gi a ảnh nhòe phải l n chiều sâu hội t c a kính hiển vi Xây dựng h thống thí nghi m dựa kính hiển vi tích h p vật kính Touptek itutoyo T - itutoyo F- ký hi u ính hiển vi không c chức n ng D.F.D kết h p v i chương trình tính tốn, biểu di n profile bề mặt từ ảnh nhòe c chức n ng D.F.D hứng minh thực nghi m khả n ng xác định profile chiều c a bề mặt gia cơng khí phương pháp D.F.D điều ki n hi n c c a phịng thí nghi m qua đ chứng t khả n ng ứng d ng c a phương pháp i t Nam ết thí nghi m cho th y khả n ng đo chiều theo D.F.D khả thi nh p nhô bề mặt l n chiều sâu hội t c a kính hiển vi Phương hướng nghiên cứu tiếp theo: Nghiên cứu m rộng phạm vi đo, nâng cao độ nhạy, độ xác tin cậy c a phương pháp đo lường chiều sâu từ độ nh ảnh Hồn chỉnh chương trình xử lý tính tốn d li u đo Đo vật thể kích thư c l n c u hình phức tạp Tác giả xin chân thành cảm ơn: - hòng Đo lường Độ dài - i n Đo lường i t Nam cung c p chuẩn bậc Mitutoyo code 178-610 - ộ mơn hí tài uang - hoa - Th Đặng ảo Lâm - ộ mơn hí - H c i n ỹ thuật quân s thiết kế áy Robot - Đại h c ách khoa Hà nội cung c p mẫu chi tiết khí kích thư c nh (vi cơ) 127 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Nguyễn Hoàng Tùng, Nguyễn Thị Phương Mai, Nguyễn Văn Vinh (2011), “Một số kỹ thuật phát biên xử lý ảnh áp dụng cho xây dựng mơ hình profile bề mặt chi tiết”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam ISSN 0866-7056 số 12 (12/2011), tr 46-49 Nguyễn Hoàng Tùng, Nguyễn Thị Phương Mai, Nguyễn Văn Vinh (2011), “Một phương pháp xây dựng mơ hình profile bề mặt chi tiết sau gia công máy cắt gọt”, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật ISSN 1859-0209 số 145 (12/2011), tr 110-114, Học viện Kỹ thuật Quân Nguyễn Hoàng Tùng, Nguyễn Thị Phương Mai, Nguyễn Văn Vinh (2013), “Xây dựng lại bề mặt phương pháp xác định chiều sâu từ độ nhòe ảnh sử dụng kính hiển vi kỹ thuật số VHX100 tích hợp vật kính VH-Z450”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ trường đại học kỹ thuật ISSN 0868-3980, số 96 (2013), tr 71-76 Nguyen Hoang Tung, Nguyen Thi Phuong Mai, Nguyen Van Vinh (2014), “Calculate the height of 3D surface profile using depth from defocus method with fixed camera parameters”, The 15th International Symposium on Ecomaterials processing and Design - ISEPD2014, ISBN 978-89-5708-236-2, Part B, pp.409-412 128 Tài liệu tham khảo [1] Ngô Ngọc Anh (2006), Phƣơng pháp đánh giá độ xác thiết bị đo độ nhám bề mặt kiểu tiếp xúc, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Bách khoa Hà nội [2] Ngô Ngọc Anh (2011), Nghiên cứu phƣơng pháp không tiếp xúc đo profin bề mặt chi tiết khí đầu dò quang học hoạt động theo nguyên lý tự động bù sai lệch hội tụ, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà nội [3] Nguyễn Tiến Thọ Nguyễn Thị Xuân Bảy (2007), Kỹ thuật đo lƣờng kiểm tra chế tạo khí, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [4] Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Nguyễn Văn Tiếp, Trần Xuân Việt (2008), Công nghệ Chế tạo máy, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [5] Lương Mạnh Bá, Nguyễn Thanh Thuỷ(1999), “Nhập môn xử lý ảnh số”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [6] Phạm Việt Bình (2006) "Phƣơng pháp xử lý biên ứng dụng nhận dạng đối tƣợng ảnh", Luận án tiến sỹ [7] Võ Đức Khánh, Hoàng Văn Kiếm "Giáo trình xử lý ảnh số" Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh [8] Hồng Kiếm, Nguyễn Ngọc Kỷ tác giả (1992), "Nhận dạng phƣơng pháp ứng dụng", Nhà xuất Thống kê [9] Kỉ yếu hội thảo quốc gia (2000), “Một số vấn đề chọn lọc công nghệ thông tin”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [10] Ngô Quốc Tạo (1996), “Nâng cao hiệu số thuật tốn nhận dạng ảnh”, Luận án Phó tiến sỹ [11] Ngơ Quốc Tạo, Đỗ Năng Tồn (2001), “Tách bảng dựa tập hình chữ nhật rời rạc”, chun san Các cơng trình nghiên cứu triển khai Cơng nghệ thơng tin viễn thơng, Tạp chí Bưu viễn thơng [12] Đỗ Năng Tồn (2002), "Biên ảnh số tính chất", Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Tập 40, số ĐB, tr 41-48 129 [13] Nguyễn Quang Sơn (2008), “NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP PHÁT HIỆN BIÊN”, Luận văn Thạc sĩ Khoa học [14] Phạm Thế Long (2004), “Báo cáo tổng kết KHKT đề tài KC 01.15”, Học viện Kỹ thuật Quân [15] ThS Trần Thị Kim Phượng, PGS TS Huỳnh Văn Trí, “Thiết kế phần mềm phân tích độ xám để đo độ nhăn đƣờng may phƣơng pháp khách quan”, Trường Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh [16] American National Standard (2002), ASME B46.1 - Surface texture: surface roughness waviness and lay, Revision of ASME B46.1-1995, Published by The American Society of Mechanical Engineers [17] Australian Standard (1982), AS 2536-1982: Surface Texture, ISBN 07262-2554-1, Published by The Standards Association of Australia [18] Chetwynd D.G (1978), “Slope measurement in surface texture analysis”, Journal Mechanical Engineering Science, IMech 20/3, pp 115-119 [19] ISO 4287:1984, Geometrical Product Specifications (GPS) – Surface texture: Profile method – Terms, definitions and surface texture parameters, International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland [20] ISO 4287:1997, Geometrical Product Specifications (GPS) – Surface texture: Profile method – Terms, definitions and surface texture parameters, International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland [21] ISO/FDIS 25178-6 (2009), Geometrical product specification (GPS) – Surface texture: Areal - Part 6: Classification of methods for measuring surface texture, International Organization of Standardization [22] Park B.C (1997), “Surface Roughness Measurement”, Proceedings of the 15th workshop on the National Standards System and Precision Measurement, Published by Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) 130 [23] Richard L (2010), Fundamental Principles of Engineering Nanometrology, 1st edition, ISBN-13: 978-0-08-096454-6, Published by Elsevier Inc [24] Smith G.T (2002), Industrial Metrology: Surfaces and Roundness, Published by Springer, London, Great Britain [25] Stout K.J (2004), Development of methods for the characterisation of roughness in three dimensions, ISBN 1-8571-8023-2, Penton Press Kogan Page Ltd - UK [26] Vorburger T.V., Raja J (1990), Surface Finish Metrology Tutorial, NISTIR 89-4088, Published by National Institute of Standards and Technology (NIST) - USA [27] Whitehouse D.J (2002), Surfaces and their Measurement, ISBN 156032-969-6, Copyright by Taylor Hobson Ltd [28] Whitehouse D.J (2003), Handbook of Surface and Nanometrology, Institute of Physics Publishing [29] Pawlus P (2006), An analysis of slope of surface topography, Rzeszúw University of Technology, 35-959 rzeszuw, Poland [30] Muralikrishnan B., Raja J (2009), Computational Surface and Roundness Metrology, e-ISBN 978-1-84800-297-5, Copyright © Springer-Verlag London Limited [31] MacKenzie D.F (2008), Surface Texture Measurement Fundamentals, Technical Seminar, Metrology Center Open House, Mahr Federal Inc [32] Whitehouse D.J (1997), “Surface Metrology”, Meas Sci Technol 8, pp 955–972 [33] Conroy M., Armstrong J (2005), “A comparison of surface metrology techniques”, Journal of Physics: Conference Series 13, IoP Publishing, pp 458–465 [34] William Edward Crofts (2007), “The Generation of Depth Maps via Depth-from-Defocus”, A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy, School of Engineering, University of Warwick 131 [35] Crane H (1993), “A theoretical analysis ofthe visual accommodation system in humans”, IEEE Trans PAMI, v5, pp122-139 [36] Born M, Wolf E (1966), “Principles of Optics”; London, Pergamon ; ISBN-13: 9780521642224 [37] Ma Y, et al (2005), “An Invitation to 3-D Vision – from images to geometric models”; Springer-Verlag, New York, ISBN: 0-387-00893-4 [38] Jain R, et al (1995), “Machine Vision”; McGraw-Hill; ISBN 0-070332018-7 [39] Wu L D (1993), Computer Vision, Fudan University Press, 1993 [40] Bove V M.(1993) Entropy-based depth from focus Journal of Optical Society of America – A, Vol.10, No.4, pp.561-566 [41] Nayar S K.(1992) Shape from focus system, pp 302-308, Proceedings of IEEE Computer Vision and Pattern Recognition, Champaign, IL, USA, October 14-15,1992 [42] Pentland A P.(1987) A new sense for depth of field IEEE Transaction on Pattern and Machine Intelligence, Vol.9,No 4, pp.523-531 [43] Y Wei, Z Dong, C Wu, Depth measurement using single camera with fixed camera parameters, IET Comput Vis., 2012, Vol 6, Iss 1, pp 29 39 [44] Yangjie Wei, Chengdong Wu and Zaili Dong, Applications of Computer Vision in Micro/Nano Observation, Publisher InTech, , Published in print edition April, 2012 [45] Instruction of microscope - eclipse 90i, Nikon [46] Julian P Heath Dictionary of Microscopy Wiley, 2005 [47] Microscope units and objectives – Mitutoyo Catalog No E4191-378 [48] ToupTek Product Catalog [49] Advanced Machine Vision Technical GuideVol.7 [50] Advanced Machine Vision Technical GuideVol.8 [51] Basic Optics, © 2003 The Imaging Source Europe GmbH, All rights reserved 132 [52] Ens J and Lawrence P, A Matrix-Based Method for Determining Depthfrom-Defocus, IEEE PAMI, pp600-606, 1991 [53] Subbarao M; “Parallel Depth Recovery by changing Camera Parameters”; Proc.Int.Conf.on Computer Vision;Tarpon Springs FL, IEEE; pp.149-155; 1988 [54] Nayar SK, Watanabe M, Noguchi M,“Real-time Focus Range Sensor”, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, v18, No12, pp1186-1197, 1996 [55] Shree K Nayar, Shape from Focus, Department of Electrical and Computer Engineering - The Robotics Institute Carnegie Mellon University Pittsburgh, Pennsylvania 15213 November 1989 [56] Wong, K.T.; Ernst, F (2004), Master thesis “Single Image Depth-fromDefocus”, Delft university of Technology & Philips Natlab Research, Eindhoven, The Netherlands [57] Paolo Favaro, Stefano Soatto, 3-D Shape Estimation and Image Restoration, e-ISBN-13: 978-1-84628-688-9, Copyright © SpringerVerlag London Limited 2007 [58] Toshiba, Application Notes and Technical Articles ... HOÀNG TÙNG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PROFILE BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG CƠ KHÍ BẰNG ẢNH KỸ THUẬT SỐ CHUYÊN NGÀNH MÃ SỐ : KỸ THUẬT CƠ KHÍ : 62520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ HƯỚNG DẪN... pháp xác định profile bề mặt chi tiết gia cơng khí ảnh kỹ thuật số? ?? Trong phương pháp xác định profile bề mặt 3D này, kính hiển vi kỹ thuật số đóng vai trị phận ghi bề mặt vật đo Do có nhấp nhơ bề. .. vi đo profile bề mặt phương pháp đo chi? ??u sâu từ độ nhòe ảnh 14 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ ĐO LƢỜNG PROFILE BỀ MẶT CHI TIẾT CƠ KHÍ Trong cơng nghệ chế tạo chi tiết khí, sai số bề mặt gia công yếu