Nghiên cứu giải pháp bù sai số cho máy đo tọa độ dạng cầu trục

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM HỒNG THANH NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BÙ SAI SỐ CHO MÁY ĐO TỌA ĐỘ DẠNG CẦU TRỤC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Tp Hồ Chí Minh năm 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM HỒNG THANH NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BÙ SAI SỐ CHO MÁY ĐO TỌA ĐỘ DẠNG CẦU TRỤC Công nghệ chế tạo máy Chuyên ngành: Mã số chuyên ngành: 62520401 Phản biện độc lập 1: PGS TS Nguyễn Thị Phương Mai Phản biện độc lập 2: PGS TS Hà Minh Hùng Phản biện 1: PGS TS Vũ Khánh Xuân Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Trường Thịnh Phản biện 3: PGS TS Nguyễn Hữu Lộc NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Thái Thị Thu Hà Tp Hồ Chí Minh năm 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các kết nghiên cứu số liệu trình bày Luận án thực Phịng Thiết kế cơng ty TNHH Tân Hạnh Phịng Thí nghiệm Đo lường – Khoa Cơ khí – Trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh hồn tồn trung thực, chưa công bố đâu cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh ngày tháng năm 2017 Tác giả Phạm Hồng Thanh ii LỜI CẢM TẠ Trong trình thực luận án này, nhận giúp đỡ tận tình, hiệu quý thầy cô bạn đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm tạ: + Cô hướng dẫn khoa học Cô PGS TS Thái Thị Thu Hà Đã hướng dẫn luận án tận tình, khoa học Thiết nghĩ luận án khơng thể hoàn thành thiếu hướng dẫn quý cô + Cô GS TS Ngô Kiều Nhi + Thầy PSG TS Trần Thiên Phúc + Thầy PGS TS Phạm Huy Hoàng + Thầy PGS TS Nguyễn Hữu Lộc + Thầy PGS TS Nguyễn Tiến Thọ Đã giúp đỡ phương pháp luận, ý kiến đóng góp tài liệu hữu ích để luận án hồn thành + Thầy PGS TS Phạm Ngọc Tuấn + Thầy TS Trần Nguyên Duy Phương Đã cho đóng góp hữu ích tạo điều kiện thuận lợi để luận án trình bày buổi sinh hoạt học thuật mơn + Thầy PGS.TS Đặng Văn Nghìn + Thầy PGS TS Trần Dỗn Sơn + Cơ TS Hồ Thị Thu Nga + Thầy TS Bùi Trọng Hiếu + Thầy TS Trần Anh Sơn + Thầy TS Tôn Thiện Phương + Thầy TS Lê Đình Tuân + Thầy TS Võ Tường Quân Cùng quý thầy cô khác đóng góp hữu ích để luận án hồn thành + Th.S Huỳnh Quang + KS Trần Quang Phước Đã giúp đỡ để hoàn thành việc thực nghiệm kiểm chứng mơ hình bù sai số iii TĨM TẮT LUẬN ÁN Luận án “Nghiên cứu giải pháp bù sai số cho máy đo tọa độ dạng cầu trục” trình bày chương Đầu tiên, tác giả giới thiệu máy đo tọa độ sau tìm hiểu cấp thiết luận án, hệ thống lại cơng trình nghiên cứu có liên quan đến lĩnh vực ngồi nước từ đặt nhiệm vụ cụ thể Luận án Xu hướng hồn thiện máy móc, thiết bị nâng cao suất chất lượng, máy đo tọa độ không nằm ngồi quy luật Để nâng cao suất đo cần phải tăng tốc độ di chuyển máy gần tốc độ giới hạn tốt Khi tăng tốc độ di chuyển, có thay đổi tốc độ đầu dị, lực qn tính xuất tác động đến phận máy khâu khớp (đặc biệt khớp) Khớp tạo thành từ ổ đệm khí liên kết khâu mang (khâu có gắn ổ đệm khí) khâu dẫn hướng, đặc tính làm việc ổ đệm khí ln có dao động nên có lực qn tính tác dụng khớp chuyển vị làm giảm độ xác máy Việc giảm tốc độ di chuyển đo mâu thuẫn với xu hướng tăng suất máy đo tọa độ thực tế muốn tăng suất cần phải đo với tốc độ di chuyển cao, lúc chênh lệch tốc độ di chuyển tốc độ đo lớn, dẫn đến xuất gia tốc lực quán tính Dựa việc phân tích giải pháp thiết kế, chế tạo, sử dụng vật liệu, điều khiển, bù sai số nghiên cứu công bố, tác giả lựa chọn giải pháp hiệu chỉnh sai số để cải thiện độ xác máy đo tọa độ Từ việc phân tích nguyên nhân gây chuyển vị khâu khớp dẫn đến sai số máy đo tọa độ ảnh hưởng chuyển vị đến độ xác máy đo, tác giả chọn thành phần chuyển vị cần nghiên cứu chuyển vị khớp Trong nội dung chương tác giả thực nghiên cứu thành phần chuyển vị khớp cảm biến đo dịch chuyển lắp khâu mang trục máy, đề xuất giải pháp xây dựng hàm biểu diễn thành phần chuyển vị khớp theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm yếu tố toàn phần Nội dung chương tiến hành xây dựng mơ hình tốn học bù sai số cho máy đo tọa độ dạng cầu trục Chương tiến hành thực nghiệm kiểm tra đánh giá máy đo tọa độ trước sau bù sai số Phần cuối kết luận hướng phát triển luận án iv SUMMARY The thesis of “Research the error compensation solution for the bridge coordinate measuring machine” is presented in four chapters First, the Coordinate Measuring Machine is introduced next the thesis’s materiality is surveyed then literature overview of reseearches that concerning this field is summarized, from that specific tasks of the thesis are determined Trends finishing machinery and equipment is to improve productivity and quality, coordinate measuring machine isn’t out of this rule To improve productivity traverse speed of the machine should be increased as close as possible speed limit When measuring at hight speed (there is rate of change), inertial forces appear and bring about CMM’s components, such as links, joints (especially joints) to be impacted Joints are prismatic formed from air bearings that mounted between the carriage and the slideway Because of the air bearing’s property, joints are deformed under inertial forces The deceleration measurements contradict trend productivity growth of coordinate measuring machines so must accept the fact that the acceleration caused by hight travelling speed Based on analyses of the design, manufacture and use of materials, control, error compensation of the researches were published, an error compensation solution was chosen to improve the accuracy of CMMs The component of joints’ deformation were determined to be studied by investigating the sources which affect and cause the error of coordinate measuring machines In chapter the component deformations of joints’re studied with some displacement measurement laser sensors (ZX – LD30V ) attached on the carrige and a solution was suggested to build the regression equations which describes the joint’s deformation by using empirical method Chapter deals with the building of the mathematical model to compensate errors and a mathematical model for coordinate measuring machines is presented Some experimental researches have been carried out to evaluate the accuracy of the coordinate measuring machine before and after it was compensated errors in chapter At last this thesis will be completed by conclusions and recommendations given in the last section v MỤC LỤC Trang Lời cam đoan i Lời cảm tạ ii Tóm tắt luận án iii Mục lục v Danh mục số kí hiệu chữ viết tắt x Danh mục bảng xii Danh mục hình vẽ đồ thị xvi CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐO TỌA ĐỘ 1.1 Giới thiệu chung máy đo tọa độ 1.1.1 Cấu trúc máy đo tọa độ 1.1.2 Ứng dụng máy đo tọa độ 1.1.3 Các nguồn gây sai số máy đo tọa độ 1.1.4 Các loại sai số máy đo tọa độ 1.2 Các hướng nghiên cứu giới nước máy đo tọa độ 1.2.1 Các nghiên cứu giới để giảm sai số, tăng tốc độ di chuyển, tăng độ tin cậy máy đo tọa độ 1.2.2 Các nghiên cứu nước để giảm sai số, tăng tốc độ di chuyển, tăng độ tin cậy thiết bị đo nói chung, máy đo tọa độ nói riêng 15 1.2.3 Sự thay đổi tốc độ đo làm suy giảm độ xác máy đo tọa độ 17 1.3 Tính cấp thiết luận án 17 1.4 Nhiệm vụ luận án 18 1.5 Mục đích nghiên cứu 18 1.6 Nội dung nghiên cứu 19 1.7 Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 19 Kết luận chương 20 vi CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CHUYỂN VỊ CỦA KHỚP TRÊN MÁY ĐO TỌA ĐỘ KHI CĨ LỰC QN TÍNH TÁC ĐỘNG 2.1 Kết cấu máy đo tọa độ dạng cầu trục 21 2.2 Khớp máy đo tọa độ 22 3.2.1 Mơ hình khớp trượt 22 2.2.2 Các khớp máy đo tọa độ dạng cầu trục 23 2.2.3 Các thành phần chuyển vị khớp 24 2.3 Chuyển vị khớp máy đo 30 2.3.1 Phân tích chuyển vị khớp trục Y 30 2.3.2 Quan hệ lực quán tính thành phần chuyển vị khớp 38 2.4 Xác định quy luật biến đổi chuyển vị khớp chịu lực quán tính 42 2.4.1 Các thành phần chuyển vị 42 2.4.2 Bố trí cảm biến đo chuyển vị khớp 43 2.4.3 Chọn cảm biến đo chuyển vị cho khớp 45 2.4.4 Tiến hành thực nghiệm 50 2.4.5 Xác định quy luật chuyển vị khớp 52 Kết luận chương 64 vii CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC BÙ SAI SỐ CHO MÁY ĐO TỌA ĐỘ DẠNG CẦU TRỤC 3.1 Mơ hình động học máy khơng có sai số tác động 65 3.1.1 Xây dựng hệ quy chiếu cho máy đo tọa độ 65 3.1.2 Mơ hình động học máy đo tọa độ dạng cầu trục 66 3.2 Mơ hình động học máy đo có sai số tác động 68 3.2.1 Xác định ma trận biến đổi DH 6S từ hệ tọa độ B6 sang hệ tọa độ B5 68 3.2.2 Xác định ma trận biến đổi DH 4S từ hệ tọa độ B4 sang hệ tọa độ B3 69 S 3.2.3 Xác định ma trận biến đổi DH từ hệ tọa độ B2 sang hệ tọa độ B1 70 3.3 Mơ hình bù sai số cho máy đo tọa độ dạng cầu trục 72 3.3.1 Trường hợp không bù sai số 72 3.3.2 Trường hợp có bù sai số 72 3.3.3 Xây dựng mơ hình bù sai số cho máy đo tọa độ 73 3.3.4 Các giai đoạn bù sai số cho máy đo tọa độ 77 3.3.5 Xây dựng giải thuật phần mềm bù sai số cho máy đo tọa độ 79 Kết luận chương 85 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO CỦA MÁY SAU KHI ĐƯỢC BÙ SAI SỐ 4.1 Giới thiệu máy đo tọa độ bù sai số 86 4.2 Chọn phương pháp kiểm tra cho máy đo toạ độ, bước thực đo kiểm tra đánh giá độ xác 86 4.2.1 Mục đích 86 4.2.2 Các phương pháp kiểm tra độ xác cho máy đo tọa độ 87 4.2.3 Các bước thực đo kiểm tra độ xác 88 4.3 Thiết bị, vật mẫu dùng để kiểm tra độ xác 88 4.3.1 Vật mẫu dùng để kiểm tra độ xác 88 viii 4.3.2 Quy trình đo kiểm tra độ xác 89 4.4 Đo mẫu máy đo tọa độ chưa bù sai số 91 4.4.1 Đo chiều dài mẫu theo phương AB (Phương trục X) 91 4.4.2 Đo chiều dài mẫu theo phương CD (Phương trục Y) 94 4.4.3 Đo chiều dài mẫu mặt XY (Phương EF) 96 4.4.4 Đo mẫu mặt phẳng XZ (Phương GH) 98 4.4.5 Đo mẫu mặt phẳng YZ (Phương IJ) 99 4.4.6 Đo mẫu theo phương MN 101 4.4.7 Đo mẫu theo phương PQ 103 4.5 Đo mẫu máy đo tọa độ bù sai số 105 4.5.1 Đo chiều dài mẫu theo phương trục X (Phương AB) 105 4.5.2 Đo chiều dài mẫu theo phương trục Y (Phương CD) 106 4.5.3 Đo chiều dài mẫu theo phương EF (Mặt phẳng XY) 108 4.5.4 Đo mẫu theo phương GH (Mặt phẳng XZ) 110 4.5.5 Đo mẫu theo phương IJ (Mặt phẳng YZ) 111 4.5.6 Đo mẫu theo phương MN 113 4.5.7 Đo mẫu theo phương PQ 115 4.5.8 So sánh kết đo máy trước bù sai số, sau bù sai số với tiêu chuẩn ISO 10360 117 Kết luận chương 119 KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Kết luận 120 Hướng phát triển luận án 121 -1174.5.8 So sánh kết đo máy trước bù sai số, sau bù sai số với tiêu chuẩn ISO 10360-2 4.5.8.1 Đo chiều dài mẫu theo phương AB (Phương trục X) Bảng 4.73 Giá trị mẫu nhận theo phương trục X trước sau bù sai số Kích thước mẫu nhiệt độ đo t = 210±10C (mm) Kích thước mẫu máy chưa bù sai số (mm) Kích thước mẫu máy bù sai số (mm) Kích thước mẫu theo tiêu chuẩn ISO (mm) 100±0,00020 200±0,00025 300±0,00030 400±0,00035 100,0012 200,0023 300,0035 400,0046 500,0058 100,003 200,003 300,004 400,004 500,005 100±0,0034 200±0,0038 300±0,0042 400±0,0046 500±0,00040 100,007 200,007 300,008 400,009 500,012 Kích thước mẫu nhiệt độ tiêu chuẩn t = 200C (mm) 500±0,0050 4.5.8.2 Đo chiều dài mẫu theo phương CD (theo phương trục Y) Bảng 4.74 Giá trị mẫu nhận theo phương trục Y trước sau bù sai số Kích thước mẫu nhiệt độ đo t = 210±10C (mm) Kích thước mẫu máy chưa bù sai số (mm) Kích thước mẫu máy bù sai số (mm) 100±0,00020 200±0,00025 300±0,00030 400±0,00035 100,0012 200,0023 300,0035 400,0046 100,008 200,009 300,009 400,012 100,003 200,003 300,004 400,004 100±0,0034 200±0,0038 300±0,0042 400±0,0046 500±0,00040 500,0058 500,013 500,005 500±0,0050 Kích thước mẫu nhiệt độ tiêu chuẩn t = 200C (mm) Kích thước mẫu theo tiêu chuẩn ISO (mm) 4.5.8.3 Đo chiều dài mẫu theo phương EF (trong mặt XY) Bảng 4.75 Giá trị mẫu nhận theo phương EF trước sau bù sai số Kích thước mẫu nhiệt độ đo t = 210±10C (mm) Kích thước mẫu máy chưa bù sai số (mm) Kích thước mẫu máy bù sai số (mm) Kích thước mẫu theo tiêu chuẩn ISO (mm) 100±0,0002 200±0,00025 300±0,0003 400±0,00035 100,0012 200,0023 300,0035 400,0046 100,008 200,009 300,009 400,012 100,003 200,003 300,004 400,004 100±0,0034 200±0,0038 300±0,0042 400±0,0046 500±0,0004 500,0058 500,013 500,005 500±0,0050 Kích thước mẫu nhiệt độ tiêu chuẩn t = 200C (mm) -1184.5.8.4 Đo mẫu theo phương GH (trong mặt phẳng XZ) Bảng 4.76 Giá trị mẫu nhận theo phương GH trước sau bù sai số Kích thước mẫu nhiệt độ tiêu chuẩn t = 200C (mm) 100±0,0002 200±0,00025 300±0,0003 400±0,00035 500±0,0004 Kích thước mẫu nhiệt độ đo t = 210±10C (mm) Kích thước mẫu máy chưa bù sai số (mm) Kích thước mẫu máy bù sai số (mm) Kích thước mẫu theo tiêu chuẩn ISO (mm) 100,0012 200,0023 300,0035 400,0046 500,0058 100,007 200,008 300,009 400,011 500,012 100,003 200,003 300,004 400,004 500,005 100±0,0034 200±0,0038 300±0,0042 400±0,0046 500±0,0050 4.5.8.5 Đo mẫu theo phương IJ (mặt phẳng YZ) Bảng 4.77 Giá trị mẫu nhận theo phương IJ trước sau bù sai số Kích thước mẫu nhiệt độ tiêu chuẩn t = 200C (mm) 100±0,0002 200±0,00025 300±0,0003 400±0,00035 500±0,0004 Kích thước mẫu nhiệt độ đo t = 210±10C (mm) Kích thước mẫu máy chưa bù sai số (mm) Kích thước mẫu máy bù sai số (mm) Kích thước mẫu theo tiêu chuẩn ISO (mm) 100,0012 200,0023 300,0035 400,0046 500,0058 100,008 200,009 300,010 400,011 500,012 100,003 200,003 300,004 400,004 500,005 100±0,0034 200±0,0038 300±0,0042 400±0,0046 500±0,0050 4.5.8.6 Đo mẫu theo phương MN Bảng 4.78 Giá trị mẫu nhận theo phương MN trước sau bù sai số Kích thước mẫu nhiệt độ tiêu chuẩn t = 200C (mm) 100±0,0002 200±0,00025 300±0,0003 400±0,00035 500±0,0004 Kích thước mẫu nhiệt độ đo t = 210±10C (mm) Kích thước mẫu máy chưa bù sai số (mm) Kích thước mẫu máy bù sai số (mm) Kích thước mẫu theo tiêu chuẩn ISO (mm) 100,0012 200,0023 300,0035 400,0046 500,0058 100,008 200,009 300,010 400,011 500,012 100,003 200,003 300,004 400,004 500,005 100±0,0034 200±0,0038 300±0,0042 400±0,0046 500±0,0050 4.5.8.7 Đo mẫu theo phương PQ Bảng 4.79 Giá trị mẫu nhận theo phương PQ trước sau bù sai số Kích thước mẫu nhiệt độ tiêu chuẩn t = 200C (mm) 100±0,0002 200±0,00025 300±0,0003 400±0,00035 500±0,0004 Kích thước mẫu nhiệt độ đo t = 210±10C (mm) 100,0012 200,0023 300,0035 400,0046 500,0058 Kích thước mẫu máy chưa bù sai số (mm) Kích thước mẫu máy bù sai số (mm) Kích thước mẫu theo tiêu chuẩn ISO (mm) 100,007 200,008 300,009 400,010 500,012 100,003 200,003 300,004 400,004 500,005 100±0,0034 200±0,0038 300±0,0042 400±0,0046 500±0,0050 -119Kết luận chương Kết tiến hành thực nghiệm hiệu chỉnh độ xác cho máy đo tọa độ 3D CNC (máy chế tạo Việt Nam) cho thấy: Máy chưa bù sai số: Khi đo mẫu với tốc độ di chuyển cao (tốc độ di chuyển đầu dò Vy= 55mm/s, gia tốc trường hợp 450mm/s2) ảnh hưởng chuyển vị khớp nên kết đo chiều dài mẫu bị tác động, ví dụ đo mẫu theo đường chéo PQ + Kích thước chiều dài thu mẫu bị sai số lực quán tính gây Cụ thể, sai số mẫu có chiều dài 100; 200; 300; 400; 500mm tương ứng 5,8m ; 5,7 m ; 5,5m ; 5,4m ; 6,2m sai số nhỏ 5,4m , sai số lớn 6,2m Máy bù sai số: Đo mẫu với điều kiện trường hợp chưa bù sai số, kích thước mẫu thu đảm bảo độ xác theo tiêu chuẩn: + Yêu cầu độ xác máy thiết kế: 4  L /100m Cụ thể là: 100 ± 0,005mm 200 ± 0,006mm 300 ± 0,007mm 400 ± 0,008mm 500 ± 0,009mm + Theo tiêu chuẩn VDI/VDE 2617, ASME B89.4.1: 4  5L /1000m Cụ thể: 100 ± 0,0045mm 200 ± 0,005mm 300 ± 0,0055mm 400 ± 0,006mm 500 ± 0,0065mm + ISO 10360-2: 3  L / 250m Cụ thể: 100 ± 0,0034mm 200 ± 0,0038mm 300 ± 0,0042mm 400 ± 0,0046mm 500 ± 0,005mm +JIS:  2,9  4L /1000   m Cụ thể: 100 ± 0,0033mm 200 ± 0,0037mm 300 ± 0,0041mm 400 ± 0,0045mm 500 ± 0,0049mm Như vậy, phần mềm bù sai số xây dựng loại bỏ sai số chuyển vị khớp gây làm máy đo tọa độ đạt độ xác theo yêu cầu Kết Trung tâm tiêu chuẩn đo lường – chất lượng thuộc Cục tiêu chuẩn đo lường – chất lượng kiểm tra xác nhận (phụ lục 18) KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI -120Có nhiều nguồn gây sai số ảnh hưởng đến độ xác kết đo máy đo tọa độ, nguồn dao động lực quán tính Các máy đo tọa độ (cả máy máy cũ) có xu hướng giảm độ xác tăng tốc độ di chuyển để đảm bảo suất Khi tăng tốc độ di chuyển (chênh lệch tốc độ di chuyển tốc độ đo tăng), lực quán tính xuất tác động đến phận máy khâu khớp (đặc biệt khớp) Khớp tạo thành từ ổ đệm khí liên kết khâu mang khâu dẫn, đặc tính làm việc ổ đệm khí ln có dao động nên có lực quán tính tác dụng khớp chuyển vị làm giảm độ xác máy Để đảm bảo độ xác máy cần nghiên cứu giải pháp bù sai số, chương tóm tắt kết thực luận án đề xuất hướng nghiên cứu Kết luận Tất kiểu máy đo tọa độ dù thiết kế cứng vững (tay đo ngang, công xôn) hay thiết kế cứng vững (như kiểu khung dàn cầu trục) chịu thành phần chuyển vị khớp lớn có lực qn tính trục lớn Các chuyển vị khớp truyền đến vị trí đầu dị thơng qua cấu trúc động học máy gây sai số Dựa việc phân tích giải pháp thiết kế, chế tạo, sử dụng vật liệu, điều khiển, bù sai số nghiên cứu công bố, tác giả lựa chọn giải pháp hiệu chỉnh độ xác cho máy đo tọa độ nhằm loại bỏ ảnh hưởng thành phần chuyển vị khớp lực quán tính gây Các kết đạt luận án: Luận án trình bày nguồn gốc gây thành phần chuyển vị dẫn đến sai số máy đo tọa độ, phân tích ảnh hưởng thành phần chuyển vị đến độ xác máy đo từ lựa chọn thành phần chuyển vị cần nghiên cứu thành phần chuyển vị khớp Tiến hành nghiên cứu thành phần chuyển vị khớp cảm biến đo dịch chuyển lắp khâu mang trục máy, tác giả đề xuất giải pháp xây dựng hàm biểu diễn thành phần chuyển vị khớp theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm yếu tố toàn phần Luận án tiến sĩ kỹ thuật -1213 Dựa cấu trúc máy đo tọa độ 3D CNC, tác giả xây dựng mơ hình tốn học để chuyển điểm từ hệ tọa độ đầu dò hệ tọa độ máy hai trường hợp khơng có chuyển vị khớp có chuyển vị khớp Luận án xây dựng mơ hình toán học bù sai số thành phần chuyển vị khớp máy đo tọa độ gây ra, từ giải thuật phần mềm xây dựng để thực bù sai số cho máy Thực nghiệm kiểm tra cho thấy: phần mềm bù sai số loại bỏ thành phần chuyển vị khớp máy có độ xác đạt theo tiêu chuẩn giới Phương pháp bù áp dụng cho máy mà kết cấu có sử dụng ổ đệm khí Một số điểm luận án: + Tác giả đề xuất giải pháp tiến hành nghiên cứu thành phần chuyển vị khớp (được coi thành phần thông số ngẫu nhiên) phương pháp quy hoạch thực nghiệm + Tác giả xây dựng mô hình tốn học để bù sai số hình học thông số động lực học gây (thành phần chuyển vị khớp) + Tác giả xây dựng quy trình calip phần mềm cho máy đo tọa độ dạng cầu trục là: xác định chuyển vị khớp, đo chuyển vị khớp từ hiệu chỉnh độ xác cho máy Hướng phát triển luận án Giải pháp bù sai số cho máy đo tọa độ dạng cầu trục xây dựng xem xét áp dụng cho dạng máy đo tọa độ khác hay thiết bị mà kết cấu có sử dụng ổ đệm khí Để thuận tiện cho việc biểu diễn thực bù sai số, mối quan hệ chuyển vị khớp có lực qn tính tác động nghiên cứu để biểu diễn tất chuyển vị khớp theo hàm Luận án tiến sĩ kỹ thuật DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ BÀI BÁO KHOA HỌC Thái Thị Thu Hà, Phạm Hồng Thanh “Xác định tốc độ thích hợp đo hay dị nhanh máy đo tọa độ dạng cầu trục,” Tạp chí Cơ khí Việt Nam số 6, 6/2012 Thái Thị Thu Hà, Phạm Hồng Thanh “Influence of acceleration on the CMMs accuracy in fast measuring,” Tạp chí Science & Technology Development, Vol 15, No.K1, 2012 Thái Thị Thu hà, Phạm Hồng Thanh “Nghiên cứu xây dựng mơ hình bù sai số động lực học cho máy đo toạ độ dạng cầu trục chế tạo Việt nam,” Chuyên san Kỹ thuật ĐK&TĐH, số 8, tr 18-25, tháng 12/2013 Thái Thị Thu hà, Phạm Hồng Thanh “Research the variation of dynamic error at the bridge coordinate measuring machine’s prismatic joints made in Vietnam,” Chuyên san Kỹ thuật ĐK&TĐH, số 9, tr 66-71, tháng 4/2014 HỘI NGHỊ TRONG NƯỚC Thái Thị Thu Hà, Phạm Hồng Thanh, “Nghiên cứu tượng dao động ổ đệm khí máy đo tọa độ,” Kỷ yếu Hội nghị Cơ học toàn quốc, Hà Nội, 2012 Thái Thị Thu Hà, Phạm Hồng Thanh, “Một số kết đề tài Nghiên cứu giải pháp bù sai số cho máy đo tọa độ dạng cầu trục”, Kỷ yếu Hội nghị Khoa học kỹ thuật đo lường toàn quốc lần thứ VI, Hà Nội, 5/2015 HỘI NGHỊ NƯỚC NGOÀI Thái Thị Thu Hà, Phạm Hồng Thanh, “Application of air bearings in manufacturing three-dimensional coordinate measuring machines,” AUN/SEED -Net, ISSN 2094-0297, Philippin, November 5-6, 2012 TÀI LIỆU THAM KHẢO Thái Thị Thu Hà “Thiết kế chế tạo máy đo tọa độ- Đề tài KC05 DCSELAB” Khoa khí – Trường ĐHBK TPHCM, 2010 Anderson P 1992, topic: “Methodology for evaluating the production accuracy of the machine tools.” Tampere Technical University, 1992 Chatterjee ‘‘An Assessment of Quasi-Static and Operational Errors in NC Machine Tools,’’ J Manuf Syst., 16~1, pp 59– 68 1997 Mahbubur, Rahman “Modeling and measurement of multi-axis machine tools to improve positining accuracy in a software way,” M.A thesic, University of Oulu, Filand, 2004 Ahmad K Elshennawy, Inyong Ham “Performance Improvement in Coordinate Measuring Machines by Error Compensation,” Journal of Manufacturing Systems, Volume 9, Issue 2, pp 151-158, 1990 Edward P Morse “Artifact selection and its role in CMM evaluation” Department of Mechanical Engineering and Engineering Science The University of North Carolina at Charlotte 2002 Makoto Abbe, Kiyoshi Takamasu, Shigeo Ozono “Calibration of CMM by 3Dimensional Coordinate Comparison,” Journal of the Japan Society for Precision Engineering, Vol.66, No.4, pp 578-583, 2009 J.P Kruth, P Vanherck, L De Jonge “Self-calibration method and software error correction for three-dimensional coordinate measuring machines using artefact measurements,” Measurement, Vol.14, No.2, pp 157-167, 1994 N.A Barakat, M.A Elbestawi, A.D Spence “Kinematic and geometric error compensation of a coordinate measuring machine,” International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol.40, No.6, pp 833-850, 2000 10 T.O Ekinci, J.R.R Mayer “Relationships between straightness and angular kinematic errors in machines,” International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol.47, No.12, pp 1997-2004, 2007 11 Jorge Santolaria, Juan-José Aguilar, José-Antonio Yagüe, Jorge Pastor “Kinematic parameter estimation technique for calibration and repeatability improvement of articulated arm coordinate measuring machines,” Precision Engineering, Vol.32, No.4, pp 251-268, 2008 12 K.H Breyer, H.G Pressel Progress in Precision Engineering SpringerVerlag Berlin, Heidelberg, 1991 13 Valdés R A, B Di Giacomo F T Paziani “Synthesization of Thermally Induced Errors in Coordinate Measuring Machines,” J Of the Braz Soc Of Mech Sci &Eng, Vol.XXVII, No.2, pp 177, 2005 14 Wim Weekers “Compensation for Dynamic Errors of Coordinate Measuring Machines,” Ph.D dissertation, University of Eindhoven, Netherlands, 1996 15 Hocken, R.J “Technology of machine tools: A survey of the state of art by the Machine Tool Task Force,” Machine tool accuracy, Vol 5, University of California, Livermore, 1980 16 Weck, M Werkzeugmaschine- Band Düsseldorf: VDI – Verlag, 1981 17 Weekers et al “Assessment of dynamic errors of CMMs for fast probing,” Annals of the CIRP, Vol 44/1, pp 459-474, 1995 18 PP Ramu, J.A Yagüe, R.J Hocken, J Miller “Development of a parametric model and virtual machine to estimate task specific measurement uncertainty for a five-axis multi-sensor coordinate measuring machine,” Precision Engineering, In Press, Corrected Proof, Available online 22 January 2011 19 Slocum, A H Precision machine design New - Yersey: Prentince-Hall Inc, 1993 20 Teague et al “Patterns for precision instrument design, mechanical aspects.” U.S NIST, Gaithersburg, 1989 21 Nijs et al “Modelling of a coordinate measuring machine for analysis of its dynamic behaviour,” Annals of the CIRP, Vol 37/1, pp 507-510, 1988 22 Asada et al Robot analysis and control New York: John Wiley & Sons Inc, 1986 23 Spong et al Robot dynamics and control New York: John Wiley & Sons Inc, 1989 24 Lammerts, I M M “Adaptive computed reference computed torque control of flexible manipulators,” Ph.D dissertation, Eindhoven University of Technology, Netherlands, 1993 25 Park et al “Concurrent design optimization of mechanical structure and control for high speed robots,” Transactions of the ASME, Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, Vol 116, pp 344-356, September, 1994 26 Katebi et al “Optimal control design for fast coordinate measuring machine,” Control Eng Practice, Vol 1, No 5, pp 797-806, 1993 27 Jones, S D “Quantification and reduction of dynamically induced errors in coordinate measuring machines,” Ph D thesis, University of Michigan, USA, 1993 28 H Schwenke, W Knapp, H Haitjema, A Weckenmann, R Schmitt, F Delbressine “Geometric error measurement and compensation of machines— An update,” CIRP Annals - Manufacturing Technology, Volume 57, Issue 2, p 660-675, 2008 29 Huang, J Ni “On-line error compensation of coordinate measuring machines,” International Journal of machine tools and Manufacture, Vol 35, No 5, pp 725-738, 1995 30 Kok Kiong Tan, Sunan Huang “Geometrical error compensation of machines with significant random errors,” ISA Transactions, Volume 44, Issue 1, p.4353, January 2005 31 K.K Tan, S.N Huang, T.H Lee “Geometrical error compensation and control of an XY table using neural networks,” Control Engineering Practice, Volume 14, Issue 1, p 59-69, January 2006 32 Sartori et al “Geometric error measurement and compensation of machines,” Annals of the CIRP, Vol 44/2, 1995 33 Sergey, Viktor “Inertia Compensation While Scanning Screw Threads on CMMs,” Measurement Science Review, Vol 10, No 2, 2010 34 Wei Jinwen, Chen Yanling “The geometric dynamic errors of CMMs in fast scanning-probing,” Measurement, Vol 44, Issue 3, p 511-517, March, 2011 35 Trần Hữu Tâm “Nghiên cứu nâng cao độ xác hệ thống đo lường bề mặt,” Ph D thesis, University of Technology, Việt Nam, 2005 36 Lương Hồng Sâm “Nâng cao độ xác định vị cho tay máy phương pháp hiệu chỉnh sai lệch vị trí,” Ph D thesis, University of Technology, Việt Nam, 2007 37 Nguyễn Nam Khánh “Nghiên cứu sai số hình học máy đo tọa độ CMM,” M A thesis, University of Technology, Việt Nam, 2010 38 Lưu Văn cảnh “Nghiên cứu ảnh hưởng chuyển vị nhiệt đến độ xác máy đo tọa độ,” M A thesis, University of Technology, Việt Nam, 2010 39 Phan Vũ Bảo “Nghiên cứu sai số động học máy đo tọa độ CMM,” M.A thesis, University of Technology, Việt Nam, 2009 40 Thái Thị Thu Hà, Phạm Hồng Thanh “Xác định tốc độ thích hợp đo hay dị nhanh máy đo tọa độ dạng cầu trục,” Tạp chí Cơ khí Việt Nam số 6, 6/2012 41 Thái Thị Thu Hà, Phạm Hồng Thanh “Influence of acceleration on the CMMs accuracy in fast measuring,” Tạp chí Science & Technology Development, Vol 15, No.K1, 2012 42 Thái Thị Thu Hà, Phạm Hồng Thanh, “Nghiên cứu tượng dao động ổ đệm khí máy đo tọa độ,” Kỷ yếu Hội nghị Cơ học toàn quốc, Hà Nội, 2012 43 Thái Thị Thu Hà, Phạm Hồng Thanh, Vũ Toàn Thắng “Application of air bearings in manufacturing three-dimensional coordinate measuring machines,” AUN/SEED -Net, ISSN 2094-0297, Philippin, November 5-6, 2012 44 Thái Thị Thu hà, Phạm Hồng Thanh, Huỳnh.T.Quang “Nghiên cứu xây dựng mơ hình bù sai số động lực học cho máy đo toạ độ dạng cầu trục chế tạo Việt nam,” Chuyên san Kỹ thuật ĐK&TĐH, số 8, tr 18-25, tháng 12/2013 45 Thái Thị Thu hà, Phạm Hồng Thanh “Research the variation of dynamic error at the bridge coordinate measuring machine’s prismatic joints made in Vietnam,” Chuyên san Kỹ thuật ĐK&TĐH, số 9, tr 66-71, tháng 4/2014 46 Thái Thị Thu Hà, Đặng Văn Nghìn, Tơ Hồng Minh, Dương Quang Đức, Nguyễn Lê Huy “Xây dựng phần mềm đo cho máy đo tọa độ ba chiều,” Luận văn tốt nghiệp, Bộ mơn Cơ điện tử-Khoa Cơ khí, Trường ĐHBK TPHCM, 2008 47 Thái Thị Thu hà, Phạm Hồng Thanh “Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố động học đến độ xác máy đo tọa độ,” Báo cáo chuyên đề Bộ môn Chế tạo máy – Trường ĐHBK TPHCM, 01/2012 48 P.C Jain, R.P Singhal Dimentional Metrology: Coordinate measurements ISBN No 81-7556-277-3 India: A Pragati’s publication, 2001 49 Thái Thị Thu hà, Phạm Hồng Thanh “Nghiên cứu thành phần tính chất sai số động lực máy đo tọa độ,” Báo cáo chuyên đề Bộ môn Chế tạo máy – Trường ĐHBK TPHCM, 06/2013 50 Thái Thị Thu hà, Phạm Hồng Thanh “Nghiên cứu xây dựng mơ hình bù sai số thực bù sai số cho máy đo tọa độ,” Báo cáo chuyên đề Bộ môn Chế tạo máy – Trường ĐHBK TPHCM, 06/2014 51 Ed J.A Bosch CMMs and Systems-Evolution of Measurement, Chapter1 Marcel Dekker Inc New York, N Y., 10016, USA, 1995 52 Breyer et al “Method of measuring the effective instantaneous position of a slide –mounted probe element or tool.” U.S Patent 333 386, 1994 53 David Flak Measurement Good Practice Guide No.43, ISSN 1368-6650, National Physical Laboratory Queens Road, Teddington, Middlesex, United Kingdom, TW11 0LW, 2001 54 Johnson K.L Contact mechanics Cambridge University Press, New York, 1985 55 T Onat Ekinci, J.R.R Mayer, Guy M Cloutier “Investigation of accuracy of aerostatic guideways,” International Journal of Machine Tools and Manufacture, Volume 49, Issue 6, p 478-487, May 2009 56 Ahmad K Elshennawy, Inyong Ham “Performance improvement in coordinate measuring machines by error compensation,” Journal of Manufacturing Systems, Volume 9, p 151-158 Issue 2, p 151-158, 1990 57 N A Barakat, M A Elbestawi, A D Spence “Kinematic and geometric error compensation of a coordinate measuring machine,” International Journal of Machine Tools and Manufacture, Volume 40, Issue 6, p 833-850, May 2000 58 A K Elshennawy, I Ham “Performance Improvement in Coordinate Measuring Machines by Error Compensation,” Precision Engineering, Volume 13, Issue 2, p 155, April 1991 59 S Sartori, PP.C Cresto, M Di Ciommo, T.K Kancheva “A way to improve the accuracy of a co-ordinate measuring machine,” Measurement, Volume 6, Issue 2, p 50-54, April-June 1988 60 H F F Castro, M Burdekin Dynamic calibration of the positioning accuracy of machine tools and coordinate measuring machines using a laser interferometer International Journal of Machine Tools and Manufacture, Volume 43, Issue 9, p 947-954, July 2003 61 Francesco Aggogeri, Giulio Barbato, Emanuele Modesto Barini, Gianfranco Genta, Raffaello Levi “Measurement uncertainty assessment of Coordinate Measuring Machines by simulation and planned experimentation,” CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology In Press, Corrected Proof, Available online 16 February 2011 62 M Sokovic, M Cedilnik, J Kopac “Identification of scanning errors using touch trigger probe head,” Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Volume 20, issues 1-2, 2007 63 Reza N Jazar Theory of Applied Robotics; Kinamatics, Dynamics, and control-Second Edition New York: Springer’s publication, 2010 64 W Van Vliet “Development of a Fast Mechanical Probe for Coordinate Measuring Machine,” PhD thesis, Eindhoven University of Technology, 1996 65 W Onno Pril “Development of High Precision Mechanical Probes for Coordinate Measuring Machine,” PhD thesis, Eindhoven University of Technology, 2002 66 W.C.Young Roark’s Formulas for Stress and Strains ISBN -07-100373-8, McGraw-Hill, 1989 67 Butler C “An investigation into the performance of probes on coordinate measuring machine,” Industrial Metrology Vol.2, 1991 68 Tyler Estler W et al “Practical aspect of touch-trigger probe error compensation,” Precision Engineering 21, 1997 69 Woz’niak A, Dobosz M “Research on hysteresis of triggering probes applied in coordinate measuring machines,” Metrology and Measurement Systerms, vol XII, no 4, 2005 70 Renishaw Probing systerms for coordinate measuring machine United Kingdom, 1996 71 Liangsheng Qu, Guanhua Xu, Guohua Wang “Optimization of the measuring path on a coordinate measuring machine using genetic algorithms,” Measurement, Volume 23, Issue 3, p159-170, April 1998 72 H.F.F Castro “Uncertainty analysis of a laser calibration system for evaluating the positioning accuracy of a numerically controlled axis of coordinate measuring machines and machine tools,” Precision Engineering, Volume 32, Issue 2, p 106-113, April 2008 73 Marek Dobosz, Adam Woźniak “CMM touch trigger probes testing using a reference axis,” Precision Engineering, Volume 29, Issue 3, p 281-289, July 2005 74 A K Elshennawy, I Ham “Performance Improvement in Coordinate Measuring Machines by Error Compensation,” Journal of Manufacturing Systems, pp 151–158, 1990 75 M.M.PP.A Vermeulen, PP.C.J.N Rosielle, PP.H.J Schellekens “Design of a High-Precision 3D-Coordinate Measuring Machine,” CIRP Annals Manufacturing Technology, Volume 47, Issue 1, p 447-450, 1998 76 Q Yang, C Butler, PP Baird “Error compensation of touch trigger probes,” Measurement, Volume 18, Issue 1, p 47-57, May 1996 77 Yin-Lin Shen, Xianping Zhang “Pretravel compensation for horizontally oriented touch trigger probes with straight styli,” Journal of Manufacturing Systems, Volume 18, Issue 3, p 175-186, 1999 78 W Tyler Estler, S D Phillips, B Borchardt, T Hopp, C Witzgall, M Levenson, K Eberhardt, M McClain, Y Shen, X Zhang “Error compensation for CMM touch trigger probes,” Precision Engineering, Volume 19, Issues 2-3, p 85-97, October-November 1996 79 PP.H Pereira, R.J Hocken “Characterization and compensation of dynamic errors of a scanning coordinate measuring machine,” Precision Engineering, Vol 31, Issue 1, p.22-32, January 2007 80 John S Agapiou, Hao Du “Assuring the Day-to-Day Accuracy of Coordinate Measuring Machines—A Comparison of Tools and Procedures,” Journal of Manufacturing Processes, Volume 9, Issue 2, p 109-120, 2007 81 Ping Yang, Tomohiko Takamura, Satoru Takahashi, Kiyoshi Takamasu, Osamu Sato, Sonko Osawa, Toshiyuki Takatsuji “Development of highprecision micro-coordinate measuring machine: Multi-probe measurement system for measuring yaw and straightness motion error of XY linear stage.” Precision Engineering, In Press, Corrected Proof, Available online 28 January 2011 82 Krajewski, Grzegorz, and Adam Woźniak “Simple master artefact for CMM dynamic error identification,” Precision Engineering, Volume 38, Issue 1, p 64-70, 2014 83 Woźniak, Adam, and Grzegorz Krajewski “CMM Dynamic Properties of the Scanning Measurement of a 2D Profile,” International Journal of Automation Technology, Volume 9, Issue 5, p 530-533, 2015 ... số tiến hành bù sai số nhằm hiệu chỉnh lại độ xác cho máy đo tọa độ dạng cầu trục 1.5 Mục đích nghiên cứu Luận án ? ?Nghiên cứu giải pháp bù sai số cho máy đo tọa độ dạng cầu trục? ?? thực với mục... ? ?Nghiên cứu giải pháp bù sai số cho máy đo tọa độ dạng cầu trục? ?? với phạm vi thực nghiên cứu chuyển vị khớp máy đo q trình đo có thay đổi tốc độ, từ xây dựng mơ hình bù sai số tiến hành bù sai. .. HỌC BÙ SAI SỐ CHO MÁY ĐO TỌA ĐỘ DẠNG CẦU TRỤC 3.1 Mô hình động học máy khơng có sai số tác động 65 3.1.1 Xây dựng hệ quy chiếu cho máy đo tọa độ 65 3.1.2 Mơ hình động học máy đo tọa độ