Nghiên cứu phương pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba chiều

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VŨ VĂN DUY TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH : CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC PHÉP ĐO TRÊN MÁY ĐO TỌA ĐỘ BA CHIỀU VŨ VĂN DUY 2005 - 2007 HÀ NỘI 2007 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: NGUYỄN THỊ NGỌC LÂN HÀ NỘI 2007 MỤC LỤC Mở đầu Chương I - Tổng quan máy đo tọa độ 1.1 Giới thiệu chung máy đo tọa độ 1.1.1 Phân loại phương pháp đo tọa độ 1.1.2 Giới thiệu máy đo tọa độ đề 1.1.2.1 Hệ thống đầu đo 1.1.2.2 Hệ thống dẫn động 10 1.1.2.3 Hệ thống đo 11 1.1.2.3 Máy tính phần mềm đo lường 12 1.1.2.4 Quá trình đo máy đo tọa độ nguyên tắc đo 13 Chương II Các yếu tố ảnh hưởng đến độ xác phép đo .16 2.1 Đệm khí 16 2.1.1 Lý tác dụng việc sử dụng đêm khí 16 2.1.2 Chuyển đổi khí nén 19 2.1.3 Miền làm việc đệm khí 19 2.2 Đầu đo 20 2.2.1 Đầu đo chuyển mạch điện tử, nguyên lý cấu tạo 22 2.2.2 Đầu dò quang học 25 2.2.3 Đầu dò quét tia lazer, nguyên lý hoạt động 25 2.2.4 Giới thiệu số đầu đo hãng Renishaw 27 2.2.5 Các mũ dò 28 2.2.6 Các loại cảm biến dùng đầu đo 31 2.2.7 Đảm bảo an toàn thiết kế đầu đo 32 2.2.8 Nghiên cứu lực tác động đo 33 2.3 Thước định chiều dài trục đo 44 2.3.1 Cấu tạo thước kính 44 2.3.2 Chuyển đổi quang điện 46 2.3.3 Tạo thu tín hiệu chu kỳ 46 2.3.4 Chia nhỏ khoảng cách vch khc 48 Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy ®o to¹ ®é ba chiỊu 2.3.5 Bộ đếm 50 2.4 Phần mềm .53 2.5 sai số mẫu điều chỉnh 58 2.6 Nhiệt độ 58 Chương III Phương pháp xác định kích thước hình học phổ biến 3.1 Cơ số hình học phép đo tọa độ .60 3.1.1 Hệ tọa độ Đề vng góc 60 3.1.2 Các phép biến đổi tọa độ 64 3.2 Thuật tốn xác định kích thước hình học phổ biến 3.2.1 Thuật tốn xác định đường thẳng qua tọa độ điểm đo 67 3.2.2 Thuật tốn xác định tâm bán kính đ−ờng trịn 69 3.2.3 Thuật tốn xác định đường kính mặt cầu 71 3.2.4 Đo đường kính trụ máy đo tọa độ ba chiều tay 77 CHƯƠNG iV phương pháp đo hình trụ đặt không gian 4.1 Đặt vấn đề 80 4.1.1 Một số kết đo đường kính hình trụ 80 4.1.2 Cơ sở lý thuyết xác định bán kính trụ biết toạ độ sáu điểm bề mặt 85 Kết luận 106 Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Trang Vũ Văn Duy Mở Đầu Khoa học phát triển đáp ứng yêu cầu ngày cao người, đồng thời thiết bị ngày có khả đặc biệt để giúp người xác định, nhận biết phân loại sản phẩm Cụ thể, có thiết bị chuyên dụng nhằm đảm bảo chất lượng u cầu chun mơn hố sản xuất cơng nghiệp Mỗi thiết bị có khả định, người sử dụng có hiểu biết thiết bị sử dụng thiết bị có hiệu Riêng ngành Cơ khí, việc sử dụng thiết bị đo lường quan trọng Vì kết để đánh giá khả gia công cững đưa dự báo khả năng, tuổi thọ chi tiết chế tạo Đây vấn đề lớn, hình dạng chi tiết chế tạo phức tạp, nhiệm vụ đặt tìm kích thước chung để đại diện cho chi tiết thực Máy đo toạ độ thành tựu to lớn khoa học kỹ thuật, dùng để đo kích thước hình học vật thể Loại máy đánh giá cao loại cơng cụ đo chiều dài khác dễ sử dụng đo nhiều thơng số có độ xác cao Những năm gần máy đo tọa độ sử dụng rộng rãi Việt Nam Trong tương lai thiết bị sử dụng rộng rãi Tuy nhiên, hiểu biết thiết bị cịn chưa nhiều việc khai thác sử dụng nhiều hạn chế Bản luận văn tiếp cận máy đo tọa độ theo hướng nghiên cứu tìm hiểu số yếu tố ảnh hưởng đến độ xác phép đo Trong đó, đặc biệt quan tâm đến quy trình lấy điểm đo bề mặt chi tiết nhằm nâng cao độ xác phép o trờn cựng mt thit b Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Trang Vũ Văn Duy Vi ti Nghiờn cu phng phỏp nâng cao độ xác phép đo máy đo tọa độ ba chiều” luận văn đề cập đến số nội dung sau: - Các vấn đề tổng quan máy đo tọa độ - Các yếu tố ảnh hưởng đến độ xác phép đo - Phương pháp xác định kích thước hình học phổ biến - Phương pháp đo đường kính hình trụ đặt không gian Hy vọng với hướng tiếp cận này, luận văn góp phần nhỏ việc tăng thêm hiểu biết máy đo tọa độ nhằm nâng cao hiệu sử dụng loại thiết bị đo Tuy nhiên, thời gian khả thân có hạn nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót hạn chế Rất mong nhận góp ý thầy giáo, đồng nghiệp để luận văn hoàn chỉnh hn Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Trang Vũ Văn Duy Chng I Tổng quan máy đo tọa độ 1.1 Giới thiệu chung máy đo toạ độ: Đo lường thông số hình học sản phẩm khí nhằm qua đánh giá chất lượng sử dụng ln chiếm vai trị quan trọng cơng nghiệp sản xuất khí Trước đây, người ta thường sử dụng thiết bị đo micrometers, panme, thước cặp, thước đo lỗ, thước đo sâu, thước đo chiều cao, kính hiển vi cơng cụ vạn để kiểm tra thông số kể Tuy nhiên dụng cụ đo có phạm vi đo bị giới hạn, phải đọc kết trực tiếp vạch khắc thước xử lý kết thủ công Do yêu cầu cấp thiết sản xuất chế tạo mà đo lường ngày phát triển để đáp ứng yêu cầu Nhiều phương pháp đo đời, nhiều phương tiện đo đại chế tạo với độ xác phép đo ngày cao Từ thập kỷ 70 trở lại với phát triển mạnh mẽ ngành - điện tử - tin học việc ứng dụng thành tựu kỹ thuật - điện tử tin học vào ngành khí khiến cho đo lường tiến vượt bậc Sự ghép nối thành cơng máy tính máy công tác làm xuất thiết bị đo, hệ thống đo lường sử dụng kỹ thuật vi điện tử, vi xử lý có tính đại độ xác cao Các thiết bị đo thơng minh cài đặt vi xử lý hay vi tính đơn phiến mà chúng có khả vượt trội thiết bị đo thông thường như: * Cho phép chuyển thẳng số liệu đo vào máy tính để xử lý đưa kết đo nhanh chóng - xác * Có khả tự xử lý lưu giữ kết đo * Thực cơng việc đo theo chương trình * Tự động thu thập số liệu đo có khả truyền số liệu xa Một bước nhảy vọt từ việc ghép nối máy tính máy cơng tác trở thành thực vào năm 1973 cho phép chuyển thng s liu o vo Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Trang Vũ Văn Duy mỏy tớnh x lý v a kết đo cách nhanh chóng hàng loạt thiết bị đo đại đời: kính hiển vi đo lường kết nối camera, máy đo độ không tròn, máy đo độ nhám, độ cứng, máy đo biên dạng có ghép nối máy tính Trong đặc biệt phải kể tới máy đo tọa độ với tên viết tắt UMM (Universal Measuring Machine), CMS (Co-ordinate Measuring System) hay CMM (Co-ordinate Measuring Machine) sử dụng cách hiệu thành tựu để hồn thiện khả đo lường vốn có với phép đo phức tạp, khối lượng xử lý thông tin lớn Máy đo tọa độ có khả xác định kích thước, hình dáng, sai số vị trí dễ dàng, xác, nhanh chóng với khả tiếp cận đối tượng đo phong phú nên bề mặt hay vật thể thực đo thiết bị Do CMM trở thành công cụ vạn mạnh mẽ đo lường sản xuất khí nghiên cứu khoa học Với ưu điểm trội đó, máy đo tọa độ ngày sử dụng rộng rãi đo lường sản xuất quốc gia giới Tại Việt Nam vài năm gần máy đo tọa độ nhiều hàng sản xuất giới thiệu bán cho sở trung tâm sản xuất CMM vào ngành sản xuất khí tạo bước nhảy vọt đo lường khí - góp phần đẩy mạnh phát triển khoa học kỹ thuật Muốn đáp ứng phát triển sản xuất việc kiểm tra đo lường độ xác chi tiết phải đại hoá Nhiều phương pháp đo thiết bị đo đời Sự thành cơng ghép nối máy tính máy cơng cụ định xuất trung tâm đo mềm Điều có nghĩa việc đo - di chuyển đầu đo thực nhờ hệ thống dẫn động tự động đồng thời việc xử lý liệu đo thực qua hệ thống máy tính Sau xử lý máy tính đưa tất thông số cần đo mà người sử dụng yêu cầu Một thiết bị đo máy đo tọa độ Cơ sở phương pháp đo tọa độ dựa việc coi bề mặt chi tiết tập hợp có quy luật vơ số điểm mà vị trí điểm đặt hệ tọa độ xác định qua tọa độ điểm Phương pháp không khả mạnh mẽ tim tng ca nú c thc s Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Trang Vũ Văn Duy phỏt huy mỏy o ta độ nhờ ghép nối để xử lý máy tính ta đề cập tới chất phương pháp đo phép đo gián tiếp - khác với phép đo trực tiếp thước cặp, panme Ví dụ đo đường kính hình trụ thước cặp khoảng cách hai điểm xa theo phương đo máy đo tọa độ ta xác định tọa độ số điểm lựa chọn bề mặt trụ từ qua chương trình máy tính tìm đường kính đường trịn xấp xỉ tốt với điểm Nghĩa kết đo giá trị trung bình đại lượng gián tiếp xác định qua đại lượng trực tiếp tọa độ điểm đo Sau ví dụ phần làm rõ đặc điểm M1, M2, M3 phép đo tọa độ Với chi tiết (hình 1.1) ta cần xác định đường kính trụ ngồi lỗ Hình 1.1 Để tìm đường kính trụ ngồi ta cố định A B C trục z đo ba điểm A(x1, y1), B(x2, y2), C(x3, y3) mặt ngoài, từ ba tọa độ ta xác định đường tròn qua điểm có đường kính ∅1 - đường kính trụ ngồi Để đo đường kính lỗ xiên, người ta đo ba điểm bề mặt xiên M1(x1, y1, z1), M2(x2, y2, z2), M3(x3, y3, z3) xác định mặt phẳng vectơ pháp tuyến Lấy ba điểm M4(x4, y4, z4), M5(x5, y5, z5), M6(x6, y6, z6) mặt trụ chiếu lên mặt phẳng đầu theo phương vectơ pháp tuyến ta điểm có tọa độ (x’4, y’4, z’4), (x’5, y’5, z’5), (x’6, y’6, z’6) Từ ba điểm ta xác định đường trịn đường kính ∅2 - đường kính trụ xiên Như ta thấy phương thức tiếp cận đối tượng đo máy đo tọa độ hoàn tồn mới: Rất linh hoạt đại Do thiết bị đo tọa độ máy đo tọa độ Đềcác, độc cực, cầu, tay quay với khả đo lường lớn thiếu trung tâm đo mềm phần quan trọng hệ thống sản xuất linh hoạt 1.2 Phân loại phương phỏp o ta Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Trang Vũ Văn Duy Hiện nay, với cơng cụ tốn học đa dạng thực tất phép đo vị trí, kích thước tương quan hình dáng hình học đối tượng, chi tiết có hình dạng phức tạp, địi hỏi độ xác tương quan hình học cao Vì cơng tác đo lường địi hỏi cần phải áp dụng cơng nghệ tiên tiến cơng cụ tốn học đo lường Đo lường thơng số hình học chi tiết hệ tọa độ đề ngày áp dụng phương pháp đo lường phổ biến việc xác định thơng số hình học chi tiết Có nhiều phương pháp để xác định tọa độ vị trí không gian Nhưng việc xác định tọa độ điểm đo hệ trục tọa độ đề đơn giản Thêm vào việc chế tạo thiết bị đo cho hệ tọa độ trở lên đơn giản nhiều Đối với phần cứng máy, vấn đề khó khắc phục để tạo nên độ xác cao cho thiết bị độ ổn định kết cấu, độ đảm bảo đo, độ xác thiết kế, độ cứng vững phần cứng… hạn chế cách tối đa Ngoài ra, trợ giúp phần mềm đo lường xử lý tính tốn liệu đo, việc sử dụng thuật toán để giải toán đo lường đưa kết đo cải thiện phần sai số Hơn nữa, sử dụng hệ tọa độ đề làm cho kết cấu máy trở lên đơn giản Việc thiết kế ba trục chuyển động đầu đo trùng với trục X, Y, Z hệ trục tọa độ đề các, có gắn với thước định chiều dài tuân theo nguyên tắc Abbe đo Như vậy, làm cho máy đo tăng thêm độ xác * Hiện nói tới phương pháp đo tọa độ không gian người ta thường phân loại dựa sở sau: - Dựa vào quan hệ đầu đo bề mặt chi tiết đo ta có đo tiếp xúc đo không tiếp xúc (Sử dụng đầu đo tiếp xúc đầu đo không tiếp xúc) Khi đo tiếp xúc đầu đo tiếp xúc với bề mặt chi tiết đo theo điểm, theo đường theo mặt Khi đầu đo bề mặt chi tiết đo tồn áp lực, gọi lực đo Lực đo làm cho tiếp xúc ổn định Nhưng mặt khác Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Trang Vũ Văn Duy tỏc dng ca lực đo, bề mặt chi tiết bị biến dạng, biến dạng vượt giới hạn đàn hồi, sau đo để lại vết bề mặt chi tiết đo Khi đo không tiếp xúc, đầu đo khơng tiếp xúc với mặt chi tiết đo, đo khơng có áp lực tiếp xúc chúng, tức khơng có lực đo Đo khơng có lực đo nên khơng có sai số đo biến dạng bề mặt, không làm tổn hại tới bề mặt chi tiết đo, đặc biệt chi tiết làm vật liệu bền - Dựa vào cấu trúc chuyển động phần máy đo ta có loại máy đo sau: Máy đo tọa độ hệ tọa độ đề các, máy đo tọa độ dạng tay quay… Máy đo tọa độ hệ tọa độ đề loại máy xây dựng sở gồm 03 chuyển động di chuyển đầu đo theo 03 trục hệ tọa độ đề Mỗi trục xác định tọa độ điểm cần đo kết hợp tọa độ máy đo cho ta kết Máy đo tọa độ dạng tay máy loại máy xây dựng sở chuyển động quay khâu (gọi tay máy) Đầu đo di chuyển nhờ khâu nối với khớp quay Các khớp quay gắn sensor đo góc Kết cấu nhỏ gọn, gắn bàn máy thân chi tiết đo Như vậy, máy đo di chuyển đầu đo cách linh hoạt, khâu có tính mềm dẻo cao, giảm hạn chế không gian đo Dựa vào độ dài khâu tín hiệu đo góc quay, phần mền đưa kết đo tọa độ điểm đo bề mặt vật đo nhờ phép biến đổi từ hệ tọa độ cực phép tính ứng dụng học hệ nhiều vật - Dựa vào hệ dẫn động khâu máy đo ta có loại máy đo sau: Máy tự động mỏy iu khin bng tay Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Dy = Vũ Văn Duy Trang 97 2(x A x B ) x 2A + y 2A − x 2B − y 2B 2(x A − x C ) x 2A + y 2A − x C2 − y C2 = 2[(xA - xB)( x 2A + y 2A − x C2 − y C2 ) - (xA - xC)( x 2A + y 2A − x 2B − y 2B )] D= 2(x A − x B ) 2(y A − y B ) 2(x A − x C ) 2(y A − y C ) = 4[(xA - xB)(yA - yC) - (xA - xC)(yA - yB)] Tọa độ I xác định bởi: x1 = D x (x 2A + y 2A − x 2B − y 2B )(y A − y C ) − (x 2A + y 2A − x C2 − y C2 )(y A − y C ) = D 2[(x A − x B )(y A − y C ) − (x A − x C )(y A − y B )] y1 = D y (x A − x B )(x 2A + y 2A − x C2 − y C2 ) − (x A − x C )(x 2A + y 2A − x 2B − y 2B ) = D 2[(x A − x B )(y A − y C ) − (x A − x C )(y A − y B )] ⇔ X1 = x1 (X 2A + YA2 − X 2B − YB2 )(YA − YC ) − (X 2A + YA2 − X 2C − YC2 )(YA − YB ) = a 2[(X A − X B )(YA − YC ) − (X A − X C )(YA − YB )] ⇔ Y1 = y1 (X A − X B )(X 2A + YA2 − X 2C − YC2 ) − (X A − X C )(X 2A + YA2 − X 2B − YB2 ) = a 2[(X A − X B )(YA − YC ) − (X A − X C )(YA − YB )] Độ lệch tâm tâm đường tròn qua ba điểm đo với tâm elip (tâm trụ) là: ∆= X 12 + Y12 Từ công thức ta thấy ∆ hàm số phụ thuộc vào góc ϕ (vị trí điểm đo) hệ số k (góc nghiêng trụ so với mặt phẳng chuẩn) Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Vũ Văn Duy Trang 98 tỡm độ lệch tâm lớn nhất, trước hết ta khảo sát phụ thuộc ∆ theo góc ϕ cho k = 0,5 (ϕ = 0o ÷ 360o) Do điểm A, B, C nằm cách 120o nên ta cần xét ϕ = 0o ÷ 120o Bảng 4.1 ϕ (độ) ∆ 0.27099 10 0.24935 20 0.20568 30 0.18305 40 0.20568 50 0.24935 60 0.27099 70 0.24935 80 0.20568 90 0.18305 100 0.20568 Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Vũ Văn Duy Trang 99 110 0.24935 120 0.27099 Hình 4.2: Đồ thị quan hệ độ lệch gócα Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy ϕ = 0o, 60o, 120o độ lệch tâm lớn nghĩa điểm A, B, C nằm bán trục lớn elip tâm đường trịn qua điểm lệch xa so với tâm elip Ngược lại ϕ = 30o, 90o độ lệch tâm nhỏ nghĩa điểm A, B, C nằm bán trục nhỏ elip tâm đường trịn qua điểm lệch so với tâm elip Như ta khảo sát ảnh hưởng góc ϕ (nghĩa ảnh hưởng vị trí điểm đo) đến độ lệch tâm với điều kiện hệ số k = 0,5 (nghĩa cố định góc nghiêng α trụ Mục đích khảo sát tìm vị trí điểm đo gây sai số lớn Sau ta khảo sát phụ thuộc ∆ vào hệ số k với điều kiện điểm đo nằm bán trục lớn elip Hình 4.3 Nghiªn cøu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Vũ Văn Duy Trang 100 Phng trỡnh ng thng i qua B O là: y = kx Ta có góc BOX = 60o nên k = tg60o ⇒ y = 3x Vì B giao điểm elip đường thẳng y = 3x nên x 3x ⇒ + =1 a b a2b2 ⇒x = b + 3a2 ⇒x=± ab b2 + 3a2 ab ⇒y=± b2 + 3a2 Vậy tọa độ ba điểm đo là: A = (-a; 0)  ab ab B=  ; −  2 b2 + 3a2  b + 3a  ab ab C=  ;  2 b2 + 3a2  b + 3a       đó: I tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC: I = (xo, 0) O tâm hình trụ hay tâm elip tiết diện Ta có điều kiện: IA = IB = IC Vì IA = IB ta có:   ab 3a2b2 (- a - xo) + =  − xo  + 2 3a + b2  b + 3a  Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Vũ Văn Duy Trang 101 a2 + 2axo + x 2o = x 2o + a2b2 3a2b2 + − b2 + 3a2 b2 + 3a2 2abx o b2 + 3a2   −3a(a2 − b2 )  ⇔ xo =   (b2 + 3a2 )(b + (b2 + 3a2 ))    * Tìm mối liên hệ độ lệch tâm với bán kính góc nghiêng α Gọi: - r bán kính hình trụ - α góc nghiêng tâm hình trụ với vectơ pháp tuyến mặt phẳng - β góc nghiêng tâm hình trụ với mặt phẳng Hình 4.4 Theo hình vẽ ta có: sin β= b = k ⇒a= a b=r r r = sin β cosα Thay vào biểu thức xo ta có:   −3a(a2 − b2 )  xo =   (b2 + 3a2 )(b + (b2 + 3a2 ))    xo = r  r2  r −  sin β  sin2 β  r2  r2   r +3 r+ r +3  sin β  sin Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học xo = xo = xo = xo = Vũ Văn Duy Trang 102 3r cos2 β r   2r sin2 β + sin2 β  r + + sin2 β  sin β   −3r cos2 β 2sin β + sin2 β (sin β + + sin2 β ) −3r(1 − sin2 β) 2sin β + sin2 β (sin β + + sin2 β ) −3r(1 − cos2 α) cosα + cos2 α (cosα + + cos2 α ) Chuyển xo đại lượng không thứ nguyên để khảo sát tổng quát cách đặt: Xo = −3(1 − cos2 α) xo = r cosα + cos2 α (cosα + + cos2 α ) (4 - 1) Trên thực tế góc lệch α nhỏ nên ta xét α = 0o ÷ 10o Sau ta khảo sát biến thiên Xo ứng với giá trị khác α Bảng 4.2: Khảo sát phụ thuộc Xo vào góc nghiêng α Góc α (độ) Xo 0 0.1 7.61544E-07 0.2 3.04619E-06 0.3 6.85398E-06 0.4 1.2185E-05 0.5 1.90393E-05 Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Vũ Văn Duy Trang 103 0.6 2.74172E-05 0.7 3.73186E-05 0.8 4.87439E-05 0.9 6.16932E-05 7.61668E-05 0.000304818 0.000686407 0.00122169 0.00191173 0.002757899 0.003761884 0.004925689 0.006251646 10 0.007742418 Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Trang 104 Vũ Văn Duy Hỡnh 4.5 th quan h độ lệch tâm nhỏ Xo với góc nghiêng α Nhận xét: góc nghiêng α lớn độ lệch tâm cànglớn - Với α = 0o (trụ hồn tồn vng góc với mặt phẳng chuẩn) độ lệch tâm khơng - Với α = 1o độ lệch tâm 7,6.10-5 lần bán kính trụ - Với α = 10o độ lệch tâm 7,7.10-3 lần bán kính trụ Thí dụ: chi tiết có bán kính r = 100mm, đặt nghiêng 10o lệch tâm 0,77mm b) ảnh hưởng đến kết đo đường kính trụ Như khảo sát, A nằm bán trục lớn elip độ lệch tâm đường tròn qua ba điểm đo A, B, C tâm elip lớn Hình 4.6 Nghiªn cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Trang 105 Vũ Văn Duy lch c tớnh là:   −3a(a2 − b2 )  xo =   (b2 + 3a2 )(b + (b2 + 3a2 ))    xo = −3r(1 − cos2 α) cosα + cos2 α (cosα + + cos2 α ) Bán kính đường trịn qua ba điểm đo là: R = IA = a - 3a(a2 − b2 ) (b2 + 3a2 )(b + (b2 + 3a2 )) r 3r(1 − cos2 α) R= − cosα cosα + cos2 α (cosα + + cos2 α )  r  3(1 − cos2 α) R= 1 −  2 cosα  + cos α (cosα + + cos α )   Bán kính thực trụ là: Rthực = b = r Sai số bán kính sinh là:  r  3(1 − cos2 α) ∆R = R - Rthực = 1 −  -r 2 cosα  + cos α (cosα + + cos α )   ∆R = R - Rthực     3(1 − cos2 α) = r − 1 1 −  + cos2 α (cosα + + cos2 α )   cosα   Chuyển đại lượng không thứ nguyên:  ∆R  3(1 − cos2 α) = 1 −  -1 2 r cosα  + α α + + α cos (cos cos )    (4 - 2) Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Vũ Văn Duy Trang 106 Biu thc (4 - 2) quan hệ sai số tương đối bán kính góc nghiêng α Ta khảo sát mối quan hệ thông qua bảng số liệu đồ thị sau: Bảng 4.2 Góc α 103 ∆r/r Góc α 103 ∆r/r (độ) (độ) 0 0.076161 0.1 0.000762 0.304726 0.2 0.003046 0.685938 0.3 0.006854 1.220206 0.4 0.012185 1.908104 0.5 0.019039 2.750376 0.6 0.027416 3.747935 0.7 0.037317 4.901875 0.8 0.048742 6.21347 0.9 0.061689 10 7.68418 Nghiªn cøu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Trang 107 Vũ Văn Duy Hỡnh 4.7 th quan hệ sai số bán kính trụ với góc nghiêng α Nhận xét: Qua bảng số liệu đồ thị ta thấy, góc nghiêng α tăng sai số bán kính tăng Thí dụ: đo đường kính trụ φ100 - Nếu nghiêng góc α = 10o sai số bán kính ∆r = 384µm - Nếu nghiêng góc α = 5o sai số bán kính ∆r = 95µm - Nếu nghiêng góc α = 2o sai số bán kính ∆r = 15µm - Nếu nghiêng góc α = 1o sai số bán kính ∆r = 3,5µm So sánh với dung sai chế tạo trụ vi kớch thc = 100: Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Vũ Văn Duy Trang 107 Kết luận Khi đo máy đo tọa độ người sử dụng phải nắm yếu tố ảnh hưởng đến độ xác máy, sở biết hạn chế yếu tố nhằm đạt kết đo có kết cao Ví dụ nhiệt độ, lực tác dụng đầu đo Đặc biệt đo đường kính hình trụ: +Lấy tọa độ điểm phân bố tiết diện, ý đến thứ tự điểm đo + Các điểm đo nằm mặt phẳng song song có độ khơng vng góc với trục trụ nhỏ cho kết xác Tuy nhiên luận văn tìm phương pháp, phương pháp hạn chế, cụ thể đo đường kính trụ có tọa độ điểm sau: Bảng 1: Toạ độ điểm bề mặt trụ: Điểm X Y Z 3 4 0.5 4 5 1.5 Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Vũ Văn Duy Trang 108 Bng 2: To độ điểm chiếu nên mặt phẳng vng góc với trục trụ Điểm X Y Z 4,0227 2,9998 1.9543 3,0259 3,9998 1,9591 3,9933 4,9998 1,9547 3,9974 3,0000 1,9544 3,9974 5,0000 1,9547 5,0235 4,0000 1,9497 Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Vũ Văn Duy Ti liu tham khảo Tiếng Việt 1.Nguyễn Cơng Cát (2002), Giáo trình Máy đo ba chiều, phần II Trường Cao đẳng Công nghiệp Hà Nội 2.Tạ Văn Đĩnh (2006), Phương pháp tính, NXB Giáo dục Hoàng Xuân Hiển (1999), Nghiên cứu hệ dẫn động máy đo tọa độ CMM, Luận văn thạc sỹ khoa học, Trường ĐHBK Hà Nội Vũ Tồn Thắng (2005), Cơ sở tính tốn đệm khí dùng cho máy đo toạ độ, chuyên đề Tiến sỹ, Trường ĐHBK Hà Nội, 3-6 Tiếng Anh Mitutoyo (2002), Geometrical 3D Measurement Software for Coordinate Measuring machines, User’s Manual J.F.W.Garyer, C.R.Shotbolt (1990), Metrology for Enginneers, Cassell Publishers Ltd R Davies and T A Dean (1991), International Journal of Machine Tools & Manufacture Design, reseach and Application, Pergamon Press Richard S.Figliola, Donald E.Beasley (2006), Theory and Design for Mechanical Measurements, John Wiley & Sons, Inc Nghiªn cøu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Trang 61 Vũ Văn Duy Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ ®é ba chiÒu ... mt thit b Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Trang Vũ Văn Duy Vi ti Nghiờn cu phng phỏp nõng cao độ xác phép đo máy đo tọa độ ba chiều? ?? luận... động khâu máy đo ta có loại máy đo sau: Máy tự động máy iu khin bng tay Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Trang Vũ Văn Duy Hình 1.2: Máy đo. .. cho máy hoạt động 1.3.5 Quá trình đo máy đo tọa độ nguyên tắc đo Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ xác phép đo máy đo toạ độ ba chiều Luận văn Cao học Trang 14 Vũ Văn Duy Quỏ trỡnh o máy đo tọa