Nhan đề : Xây dựng thiết bị đo biên dạng nòng pháo bằng quét tia laser Tác giả : Phạm Đức Tuân Người hướng dẫn: Nguyễn Văn Vinh Từ khoá : Pháo; Nòng pháo; Đo lường biên dạng Năm xuất bản : 2020 Nhà xuất bản : Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Tóm tắt : Tổng quan về phương pháp đo lường biên dạng nòng pháo; cơ sở xây dựng phương pháp đo lường biên dạng nòng pháo bằng máy quét laser; thí nghiệm và thiết kế kết cấu thiết bị.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Xây dựng thiết bị đo biên dạng nòng pháo quét tia laser PHẠM ĐỨC TUÂN Tuan.PDCA190002@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật khí Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Văn Vinh Viện: Cơ khí HÀ NỘI, 7/2020 Chữ ký GVHD Lời cảm ơn Qua thời gian học tập nghiên cứu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội nhận quan tâm dậy nhiệt tình thầy mơn Cơ khí xác Quang học nói riêng thầy Viện Cơ khí nói chung, tơi lĩnh hội kiến thức quý giá phục vụ cho q trình cơng tác quan Để hồn thành luận văn thạc sỹ này, tơi xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình giảng viên PGS.TS Nguyễn Văn Vinh, thầy cô mơn Cơ khí xác quang học bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ trình thực luận văn Trong luận văn cịn thiếu xót định, tơi mong muốn nhận thơng cảm đóng góp thầy cô, nhà khoa học bạn đồng nghiệp Tơi xin chân thành cảm ơn! Tóm tắt nội dung luận văn Thiết bị đo lường biên dạng nòng pháo quét tia laser thiết bị đo lường đại, có độ xác cao, có khả đo nịng pháo có chiều dài dài gấp 20 đường kính nòng pháo Căn vào đặc điểm đo lường biên dạng nòng pháo quét tia laser điều kiện công nghệ nước, phạm vi luận văn tập trung vào xây dựng sở lý thuyết tính tốn, xây dựng sơ đồ đo, thiết kế, chế tạo vật kính thu, thực nghiệm kết tính tốn thiết kế đầu đo, xây dựng phần mềm tính khoảng cách Luận văn xây dựng sơ đồ nguyên lý đo lường biên dạng nòng pháo từ nguyên lý đo tam giác lượng có góc α=00, β=300, tiêu cự vật kính f=41 mm, độ phóng đại G=-0,5 mm, phạm vi đo từ -2 mm đến mm, độ xác phép đo ±0,02 mm sở sử dụng đầu thu có độ phân giải 1920 x 1080 (kích thước điểm ảnh 2,9 µm), lăng kính, gương phản xạ đầu phát laser Các thông số đáp ứng đặc điểm yêu cầu đo lường biên dạng nòng pháo có đường kính 85 mm chiều dài 4,675 m Trong luận văn kết hợp nguyên lý đo không tiếp xúc quét tia laser thực tiễn yêu cầu đo lường biên dạng nòng pháo để xây dựng sơ đồ đo lựa chọn thành phần đầu đo phù hợp Kết hợp tính toán hàm truyền thực nghiệm đo lường để bổ sung sai số hệ thống để nâng cao độ xác phép đo Q trình thực luận văn sử dụng công cụ đại phần mềm thiết kế quang học Zemax, phần mềm lập trình Matlab, phần mềm tính tốn Mathcad, phần mềm vẽ khí Autocad, phần mềm thiết kế 3D Inventor Luận văn hoàn thành kết đặt tạo sở cho việc tính tốn, thiết kế, chế tạo cảm biến đo khoảng cách phương pháp quét tia laser áp dụng cho thiết bị đo biên dạng nòng pháo HỌC VIÊN Phạm Đức Tuân MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯỜNG BIÊN DẠNG NÒNG PHÁO 1.1 1.2 1.3 Đặc điểm kiểm tra lòng nòng pháo 1.1.1 Đối tượng đo 1.1.2 Yêu cầu kiểm tra Phương pháp đo lường nòng pháo dạng tiếp xúc 1.2.1 Kiểm tra đường kính lịng nịng 1.2.2 Kiểm tra độ thẳng nòng 1.2.3 Kiểm tra khuyết tật bề mặt lòng nòng Phương pháp đo lường nịng pháo khơng tiếp xúc 1.3.1 Cấu tạo hoạt động 1.3.2 Ngun lý đo đường kính nịng pháo 1.3.3 Một số module đầu đo 1.3.4 Một số thiết bị đo lường biên dạng nịng khơng tiếp xúc 10 CHƯƠNG CƠ SỞ XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯỜNG BIÊN DẠNG NÒNG PHÁO BẰNG MÁY QUÉT LASER 17 2.1 Đặc điểm đối tượng đo lường 17 2.2 Nguyên lý đo tam giác lượng 17 2.3 Đo lường đường kính nòng pháo 19 2.4 Hàm truyền yếu tố ảnh hưởng 20 2.4.1 Xây dựng hàm truyền 20 2.4.2 Phân tích thơng số ảnh hưởng đến hàm truyền 21 2.4.3 Khảo sát thông số ảnh hưởng đến độ phân giải phạm vi 23 đo 2.5 2.6 Thiết kế, chế tạo vật kính thu vết laser 24 2.5.1 Tính tốn thiết kế hệ quang 24 2.5.2 Thiết kế kết cấu khí hệ quang 27 2.5.3 Kiểm tra chất lượng vật kính sau tổng lắp 28 Xây dựng phần mềm tính khoảng cách đo 29 CHƯƠNG THÍ NGHIỆM VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU THIẾT BỊ 32 3.1 Thực nghiệm 32 3.1.1 Xây dựng sơ đồ thí nghiệm 32 3.2 3.1.2 Xây dựng mơ hình thí nghiệm 34 3.1.3 Hiệu chỉnh thành phần bàn quang học 35 3.1.4 Thí nghiệm 38 3.1.5 Kết đánh giá 42 Thiết kế kết cấu thiết bị 44 CHƯƠNG KẾT LUẬN 45 4.1 Kết luận 45 4.2 Hướng phát triển đề tài tương lai 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mặt cắt dọc trục nòng pháo Hình 1.2 Cấu tạo chung thước hình PKI Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động thước PKI Hình 1.4 Dưỡng kiểm tra độ thẳng Hình 1.5 Sơ đồ tổng thể thiết bị đo lường biên dạng nòng pháo hãng Dtest Hình 1.6 Module đầu đo Hình 1.7 Nguyên lý đo tam giác lượng Hình 1.8 Sơ đồ ngun lý đo đường kính nịng pháo Hình 1.9 Tập hợp điểm đo tọa độ (r,ϕ) module đầu đo quay Hình 1.10 Module đầu đo cố định với đầu thu-phát laser Hình 1.11 Đầu đo có cảm biến chuyển động quay Hình 1.12 Hình ảnh đầu đo thiết bị PS125 12 Hình 1.13 Kết cấu đầu đo PS125 12 Hình 1.14 Nguồn laser PS125 12 Hình 1.15 Bia hiệu chỉnh PS125 12 Hình 1.16 Ống đỡ ngồi PS125 13 Hình 1.17 Đầu đo thiết bị đo PS 57/120 13 Hình 1.18 Module laser thiết bị đo PS 57/120 14 Hình 1.19 Thiết bị PS 120/159 14 Hình 1.20 Đầu đo thiết bị PS 120/159 15 Hình 2.1 Đặc điểm đối tượng đo lường 17 Hình 2.2 Bề mặt cảm biến tạo với trục quang góc γ 18 Hình 2.3 Cảm biến bố trí vng góc với trục quang 18 Hình 2.4 Sơ đồ ngun lý phương pháp đo đường kính nịng pháo 19 Hình 2.5 Sơ đồ tính tốn hàm truyền 20 Hình 2.6 Các thơng số kết cấu hệ quang 26 Hình 2.7 Kết cấu hệ quang 26 Hình 2.8 Đồ thị điểm ảnh hệ quang 26 Hình 2.9 Hàm truyền MTF hệ quang 27 Hình 2.10 Kết cấu khí hệ quang 28 Hình 2.11 Sơ đồ bố trí kiểm tra chất lượng vật kính 28 Hình 2.12 Hình ảnh mia USAF thu 28 Hình 2.13 Hình ảnh mia USAF thu mô Zemax 29 Hình 2.14 Lưu đồ thuật tốn dùng để tính khoảng dịch chuyển 30 Hình 2.15 Giao diện xác định khoảng cách 30 Hình 3.1 Bố trí laser đầu thu vng góc với bề mặt đo 32 Hình 3.2 Bố trí laser đầu thu nghiêng góc so với pháp tuyến bề mặt đo 32 Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý đo thiết bị 34 Hình 3.4 Bố trí thành phần thí nghiệm 34 Hình 3.5 Phương pháp hiệu chỉnh góc xoay bề mặt phản xạ 35 Hình 3.6 Hiệu chỉnh bề mặt đo 36 Hình 3.7 Hiệu chỉnh góc β 36 Hình 3.8 Hiệu chỉnh bề mặt cảm biến vng góc với tia laser 37 Hình 3.9 Sơ đồ đo độ phóng đại 38 Hình 3.10 Sơ đồ nguyên đo cho kết đo âm 39 Hình 3.11 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 40 Hình 3.12 Hình ảnh thực tế thí nghiệm 40 Hình 3.13 Phương trình sai số bề mặt gương 41 Hình 3.14 Phương trình sai số bề mặt mẫu đo có độ nhám cấp 41 Hình 3.15 Mơ sai số Matlab 43 Hình 3.16 Kết sau hiệu chỉnh sai số bề mặt gương 43 Hình 3.17 Kết sau hiệu chỉnh sai số bề mặt có độ nhám cấp 43 Hình 3.18 Kết cấu tổng thể đầu đo 44 Hình 0.1 Giá trị phạm vi đo độ phân giải phụ thuộc vào f’ (với α=0) 50 Hình 0.2 Giá trị phạm vi đo độ phân giải phụ thuộc vào f’ (với α=10) 51 Hình 0.3 Giá trị phạm vi đo độ phân giải phụ thuộc vào f’ (với α=20) 52 Hình 0.4 Giá trị phạm vi đo độ phân giải phụ thuộc vào f’ (với α=30) 52 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Một số loại thước PKI sử dụng phổ biến Bảng 1.2 Thơng số thiết bị đo biên dạng đường kính loại RF040 10 Bảng 1.3 Thông số thiết bị đo biên dạng đường kính loại RF096 10 Bảng 1.4 Các thơng số chung dịng sản phẩm PS 11 Bảng 1.5 Tổng hợp tham số hệ thống theo đề nghị người sử dụng 11 Bảng 1.6 Các thông số PS125 12 Bảng 1.7 Các thông số PS 57/120 13 Bảng 1.8 Các thông số PS 120/159 14 Bảng 2.1 Kích thước điểm ảnh hệ quang sau thiết kế 27 Bảng 0.1Các thông số đo bề mặt gương 48 Bảng 0.2 Sai số đo bề mặt gương sau hiệu chỉnh sai số 48 Bảng 0.3 Dữ liệu đo bề mặt có độ nhám cấp 49 Bảng 0.4 Thông số thành phần thí nghiệm 53 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯỜNG BIÊN DẠNG NỊNG PHÁO Trong q trình sử dụng pháo, nịng pháo chịu tác động khí thuốc, độ xiết đai đạn bắn…sẽ làm nịng pháo bị mịn, phình, nứt, cong nịng [1] Những lỗi phình nịng, nứt bề mặt ngồi quan sát trực tiếp mắt lỗi mòn, nứt bề mặt trong, cong nịng phải sử dụng dụng cụ chun dụng để đo kiểm quan sát Để kiểm tra độ mịn nịng thường sử dụng thước hình PKI, dụng cụ chuyên dụng để đo độ mòn nòng nước sử dụng hệ pháo Liên Xơ Để kiểm tra độ thẳng nịng sử dụng dưỡng thẳng Để kiểm tra nứt bề mặt sử dụng gương nhỏ kết hợp với soi đèn để quan sát (mục 1.2) Trước phát triển khoa học kỹ thuật việc số hóa dụng cụ đo lường phát triển cách nhanh chóng Trong năm gần đây, nhà máy Dtest Nga kết hợp với hãng Riftek Belarus phát triển thiết bị đo lường biên dạng nòng pháo dựa nguyên lý quét tia laser Thiết bị đo lúc độ mịn (đường kính lịng nịng), độ thẳng, kiểm tra chất lượng bề mặt, dựng 3D bề mặt lòng nòng (mục 1.3) 1.1 Đặc điểm kiểm tra lòng nịng pháo 1.1.1 Đối tượng đo Nịng pháo có đường kính sống xoắn dn, đường kính rãnh xoắn dr (pháo nịng trơn khơng có rãnh xoắn), chiều dài nịng pháo L > 20dn Thơng thường, độ nhám bề mặt sống xoắn Ra 0,63 (cấp 8) rãnh xoắn Ra 2,5 (cấp 6) [2] (hình 1.1) Căn vào điều kiện hoạt động tính nịng pháo thơng số cần kiểm tra lịng nịng bao gồm: Đường kính rãnh nòng dr pháo nòng xoắn dn pháo nòng trơn, độ thẳng lòng nòng pháo khuyết tật lòng nòng Như vậy, đối tượng cần đo bề mặt lỗ chiều sâu lỗ tương đối lớn, bề mặt lỗ bóng có cấp độ nhám thay đổi từ cấp đến cấp có bậc (pháo rãnh xoắn) Hình 1.1 Mặt cắt dọc trục nòng pháo 1.1.2 Yêu cầu kiểm tra Từ đặc điểm làm việc nịng pháo, thơng số kiểm tra bên nòng bao gồm: + Kiểm tra đường kính rãnh xoắn nịng pháo dr: Đường kính lớn cho phép drmax tùy thuộc vào loại pháo khác nhau; + Kiểm tra độ thẳng nịng pháo δ: Nịng pháo khơng cong q giới hạn cho phép δmax; + Kiểm tra khuyết tật: Lòng nịng khơng có khuyết tật như: Vết nứt, han gỉ, rỗ, vết xước 1.2 Phương pháp đo lường nòng pháo dạng tiếp xúc Đo lường biên dạng nòng pháo trường hợp riêng đo lường biên dạng lỗ Phương pháp đo phổ biến sử dụng để đo lường biên dạng nòng pháo phương pháp đo tiếp xúc cách sử dụng thước đo chuyên dụng PKI Thước đo cho pháo nòng trơn rãnh xoắn 1.2.1 Kiểm tra đường kính lịng nịng Độ mòn nòng pháo sinh cọ sát đai đạn vào lòng nòng pháo Để đo độ mịn nịng sử dụng thước hình PKI Độ mịn đánh giá thơng qua đường kính lịng nịng đo giới hạn lớn cho phép Thước có sơ đồ kết cấu thể hình 1.2 [2] Hình 1.2 Cấu tạo chung thước hình PKI Thang đo; Ly hợp; Ống lót; Vòng định tâm; Thanh truyền; Đầu đo Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động thước PKI Tay quay; Tang trống; Đầu dịch chuyển; Ly hợp; Trục truyền; Ống lót; Vịng định tâm; Cặp bánh côn; Cặp bánh dẫn; 10 Đầu đo; 11 Gối tỳ; 12 Bề mặt nòng pháo; 13 Thang đo Sơ đồ nguyên lý hoạt động thước thể hình 1.3 [2] Khi quay tay (1) làm quay tang trống (2) dịch chuyển đầu dịch chuyển (3) hiển thị thành cự ly đo thang đo (13) Chuyển động quay truyền qua ly hợp (4), trục truyền (5), cặp bánh côn (8) làm dịch chuyển đầu đo (10) theo phương vng góc với bề mặt đo (12) Thang đo (13) có khoảng chia 0,05 Tiến hành thí nghiệm xác định sai số (hình 3.9) sau: + Xác định vị trí “0”: Vị trí bàn dịch chuyển mang bề mặt đo ứng với vị trí nét ảnh tâm cảm biến xác định vị trí “0” phép đo; + Dịch chuyển bề mặt đo bàn dịch chuyển từ -2 mm đến +5 mm, bước dịch chuyển 0,2 mm Tương ứng với vị trí bàn dịch chuyển ta có giá trị y panmel y’ tính từ phần mềm đo vết Thu liệu [y] [y’] Dữ liệu tính chiều thuận ngược bàn dịch chuyển Lập đồ thị với trục hoành giá trị cần đo [y], trục tung sai số phép đo = ∆y g( y') − y xây dựng hàm sai số theo giá trị cần đo Đối với bề mặt gương (hình 3.13), phương trình sai số đo phụ thuộc vào khoảng cách đo là: ∆ y = 0,0004 y − 0,01011y + 0,0364 y +0,0084 CT (3.4) Đối với bề mặt có độ nhám cấp (hình 3.12), phương trình sai số đo phụ thuộc vào khoảng cách đo là: CT (3.5) ∆ y = ,0003 y − ,0079 y + ,0078 y +0,026 Hình 3.13 Phương trình sai số bề mặt gương Hình 3.14 Phương trình sai số bề mặt mẫu đo có độ nhám cấp 41 3.1.5 Kết đánh giá Qua kết kết đồ thị sai số hai bề mặt có độ nhám khác thấy rằng: + Đều có dạng đồ thị bậc có cực đại gần nhau; + Trong phạm vi đo -2 mm đến +5 mm sai số đo 0,15 mm Yêu cầu sai số phép đo ± 0,02 mm nên cần đưa sai số vào q trình tính tốn Ngun nhân dẫn đến sai số là: + Do tồn sai số hệ thống thơng số đầu vào để tính tốn (góc α, góc β, độ phóng đại G, tiêu cự vật kính f) chất lượng vật kính Các sai số ước lượng ∆α=±0,5 độ, ∆β=±0,5 độ, ∆G=±0,05, ∆f=±2 mm Vết laser vật kính tạo ảnh lên cảm biến tốt tâm (vị trí “0”) ngồi biên (y≠0) chất lượng tạo ảnh thay đổi Thay đổi theo chiều âm (y0); + Do ảnh hưởng bề mặt đo: Độ nhám, độ phẳng khuyết tật bề mặt Để xác định ảnh hưởng thông số hệ thống khảo sát sai số từ cơng thức hàm truyền Q trình bỏ qua ảnh hưởng chất lượng tạo ảnh vật kính ảnh hưởng bề mặt đo Căn vào công thức hàm truyền CT (2.6) sai số đề cập, khảo sát sai số: ∆ = y h( y') − g( y') CT (3.6) Trong đó: h( y') = y' ( a ± ∆a )cos( α ± ∆α ) ( a' ± ∆a') sin( α ± ∆α + β ± ∆β ) − y' cos( α ± ∆α + β ± ∆β ) g( y') = y' a cos α a' sin( α + β ) − y' cos( α + β ) ∆a ∆a’ tính từ ∆G ∆f thơng qua cơng thức CT (2.12) CT (2.13) Dùng phần mềm Matlab lập đồ thị mối quan hệ ∆y giá trị đo g(y’) thu phạm vi sai số với sai số ngẫu nhiên thông số hệ thống y' < ,8 mm hình 3.13 Hầu hết giá trị sai số phi tuyến tương đối phù hợp với đồ thị sai số thực tế Các sai số hệ thống khó tránh khỏi điều kiện thực nghiệm Để khắc phục sai số đưa vào phần mềm tính tốn nhận kết sai số đo hình 3.16 3.17 với hai mẫu đo khác 42 Hình 3.15 Mơ sai số Matlab Hình 3.16 Kết sau hiệu chỉnh sai số bề mặt gương Hình 3.17 Kết sau hiệu chỉnh sai số bề mặt có độ nhám cấp 43 Nhận xét: Các giá trị sai số bề mặt gương đáp ứng yêu cầu sai số phép đo ±0,02 mm Sai số bề mặt có độ nhám cấp số giá trị vượt qua giá trị yêu cầu tâm vết laser có thay đổi đến ±10 pixel so với ± pixel bề mặt gương 3.2 Thiết kế kết cấu thiết bị Với thông số lựa chọn qua trình tính tốn thấy thơng số đảm bảo cho việc xây dựng thiết bị đo lường biên dạng nòng pháo Yêu cầu thiết kế quang đầu đo: + Các thành phần cần đảm bảo việc hiệu chỉnh vị trí tương đối góc xoay với nhau; + Đảm bảo độ xác bề mặt chuẩn; + Phù hợp với điều kiện gia cơng nước Hình 3.18 Kết cấu tổng thể đầu đo KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương xây dựng sơ đồ đo đường kính nịng pháo 85 mm có góc α=0 độ, β=30 độ, f’=41 mm, G=-0,5 thí nghiệm đánh giá sai số phép đo phạm vi dịch chuyển mẫu đo từ -2 đến +5 mm cho độ xác sau hiệu chỉnh sai số ±0,02 mm Đánh giá nguyên nhân sai số xây dựng kết cấu khí tổng thể đầu đo phù hợp với đo lường biên dạng nòng pháo 85 mm 44 CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Kết luận Hiện nay, sở đo lường, sửa chữa thiết kế qn đội việc đo lường biên dạng nịng pháo chủ yếu dựa vào phương pháp đo truyền thống mà chưa có thiết bị đo lường đại Thiết bị đo lường biên dạng nòng pháo quét tia laser thiết bị đo lường đại, có độ xác cao, xác định đầy đủ thơng số nịng pháo như: Biên dạng nịng pháo (đường kính rãnh xoắn sống xoắn), độ thẳng nòng pháo, xác định khuyết tật, xây dựng mơ hình 3D bề mặt lịng nịng chiều dài nòng Căn vào đặc điểm đo lường biên dạng nòng pháo quét tia laser điều kiện công nghệ nước, phạm vi luận văn tập trung vào xây dựng sở lý thuyết tính toán, xây dựng sơ đồ đo, thiết kế, chế tạo vật kính thu, thực nghiệm kết tính tốn thiết kế đầu đo, xây dựng phần mềm tính khoảng cách Luận văn xây dựng sơ đồ nguyên lý đo lường biên dạng nòng pháo từ nguyên lý đo tam giác lượng có góc α=00, β=300, chế tạo vật kính có tiêu cự vật kính f’=41 mm, độ phóng đại G=-0,5 mm, xác định phạm vi đo từ -2 mm đến mm, độ xác phép đo ±0,02 mm sở sử dụng đầu thu có độ phân giải 1920 x 1080 (kích thước điểm ảnh 2,9 µm), lăng kính, gương phản xạ đầu phát laser Các thông số đáp ứng đặc điểm yêu cầu đo lường biên dạng nịng pháo có đường kính 85 mm chiều dài 4,675 m Luận văn hoàn thành kết đặt tạo sở cho việc tính tốn, thiết kế, chế tạo cảm biến đo khoảng cách phương pháp quét tia laser áp dụng cho thiết bị đo biên dạng nòng pháo 4.2 Hướng phát triển đề tài tương lai Thiết bị đo lường biên dạng nòng pháo phương pháp quét tia laser thiết bị đại, có độ xác cao nên để thiết kế, chế tạo thiết bị đòi hỏi phối hợp nhiều ngành nghề như: Đo lường, khí, quang học, tự động hóa, tin học Do đó, cần phải có đầu tư nghiên cứu lý thuyết trang thiết bị để hiệu chỉnh, tổng lắp thiết bị Kết nghiên cứu luận văn tiền đề, sở cho việc phát triển thiết bị hoàn chỉnh tương lai đầu đo phận quan trọng thiết bị Để xây dựng thiết bị đo lường biên dạng nịng pháo cần tiếp tục nghiên cứu vấn đề sau: - Cơ sở lý thuyết: Xây dựng thuật toán xác định biên dạng đường kính lỗ đầu đo chuyển động quanh trục tịnh tiến dọc trục; - Áp dụng thành tựu khoa học ngành khác Sensor, laser để xác định độ lệch tâm bề mặt đo khoảng cách đến bề mặt chuẩn, ngành tự động hóa để điều khiển chuyển động quay tịnh tiến đầu đo, ngành điện tử để truyền nhận tín hiệu điều khiển; - Xây dựng thiết kế tổng thể thiết bị 45 Tác giả mong nhận đóng góp giúp đỡ nhà khoa học, thầy cô bạn bè đồng nghiệp để phát triển thiết bị đo lường đại phục vụ ngành đo lường quân đội nói riêng phát triển ngành đo lường Việt Nam nói chung 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] В Л.Хайков “Развитие методов инструментального контроля и визуализации состояния каналов стволов артиллерийских орудий” [2] https://topwar.ru/17460-85-millimetrovaya-ptp-d-44.html [3] https://studfile.net/preview/4530338/page:72/ [4] Manuel F M Costa “Optical Triangulation-Based Microtopographic Inspection of Surfaces” Sensors 2012, 12, 4399-4420 [5] Nguyễn Văn Vinh, Nguyễn Thị Phương Mai, Nguyễn Thị Lệ, Vũ Tiến Dũng, Nguyễn Thị Kim Cúc báo cáo tổng quan đề tài, Chế tạo thiết bị đo quét biên dạng chi tiết quét Laser 3D để sử dụng công nghiệp, Đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ năm 2012-2013 [6] https://riftek.com [7] https://www.d-test.eu [8] Hà Nguyên Bình, Lý thuyết hệ thống quang học, Học viện Kỹ thuật quân sự, 1999 [9] Zemax 13-Optical Design Program, “User's Manual” August 19, 2014 [10] Robert E.Fischer “Optical System Design” 2008 P 610 ÷ P 617 [11] https://www.edmundoptics.com/knowledge-center/tech-tools/1951-usafresolution/ [12] https://meijitechno.com/hd200-m-2-0-mp-camera-with-1-2-8-cmos-sonysuper-wide-dynamic-cmos-sensor 47 PHỤ LỤC A1 Chi tiết số liệu thí nghiệm Bảng 0.1Các thơng số đo bề mặt gương Khoảng cách đo Giá trị đo Khoảng cách đo Giá trị đo Khoảng cách đo Giá trị đo Khoảng cách đo Giá trị đo 0 3,932717 2,2 2,202051 -1,8 -1,8598 0,2 0,22682 4,2 4,11692 1,995198 -2 -2,0541 0,4 0,424949 4,4 4,312818 1,8 1,794332 -2,2 -2,2786 0,6 0,630964 4,6 4,510844 1,6 1,596284 -2 -2,0598 0,8 0,828666 4,8 4,700268 1,4 1,403147 -1,8 -1,8508 1,028792 4,876299 1,2 1,207093 -1,6 -1,6532 1,2 1,221326 4,884622 1,013109 -1,4 -1,4265 1,4 1,415672 4,8 4,685422 0,8 0,817535 -1,2 -1,2264 1,6 1,609626 4,6 4,506617 0,6 0,614153 -1 -1,0048 1,8 1,800267 4,4 4,299818 0,4 0,412196 -0,8 -0,7949 2,008194 4,2 4,115318 0,2 0,209089 -0,6 -0,5977 2,2 2,205735 3,918554 -0,00929 -0,4 -0,3975 2,4 2,391205 3,8 3,738416 -0,2 -0,20758 -0,2 -0,1896 2,6 2,596971 3,6 3,529661 -0,4 -0,40637 -0,0177 2,8 2,781993 3,4 3,348527 -0,6 -0,60789 2,984451 3,2 3,154897 -0,8 -0,81439 3,2 3,176811 2,961772 -1 -1,02234 3,4 3,371706 2,8 2,777958 -1,2 -1,2406 3,6 3,562674 2,6 2,580473 -1,4 -1,4456 3,8 3,745246 2,4 2,385069 -1,6 -1,65538 Bảng 0.2 Sai số đo bề mặt gương sau hiệu chỉnh sai số Thông số đo Sai số đo Thông số đo Sai số đo Thông số đo Sai số đo 0 -0,00991 0,2 0,000248 0,2 0,017777 -0,0011 -3,9E-16 -0,01515 0,4 0,014048 4,8 -0,01158 -0,2 -0,00992 0,6 0,018907 4,6 -0,00014 -0,4 -0,00441 0,8 0,016229 4,4 -0,01777 -0,6 -0,00075 0,016683 4,2 -0,01151 -0,8 -0,00109 1,2 0,010196 -0,01768 -1 -0,00193 1,4 0,006176 3,8 -0,00601 -1,2 -0,01175 1,6 0,002396 3,6 -0,02375 -1,4 -0,00787 48 Thông số đo Sai số đo Thông số đo Sai số đo Thông số đo Sai số đo 1,8 -0,00413 3,4 -0,01221 -1,6 -0,00761 0,007555 3,2 -0,01319 -1,8 -0,00136 2,2 0,009299 -0,01314 -2 0,015412 2,4 -0,00074 2,8 -0,00295 -2,2 0,004824 2,6 0,010623 2,6 -0,00635 -2 0,010108 2,8 0,001207 2,4 -0,00703 -1,8 0,007205 0,010316 2,2 0,005531 -1,6 -0,00561 3,2 0,009528 -0,0057 -1,4 0,010351 3,4 0,011882 1,8 -0,01016 -1,2 0,001858 3,6 0,010649 1,6 -0,01112 -1 0,014907 3,8 0,001121 1,4 -0,00647 -0,8 0,017764 -0,00286 1,2 -0,00413 -0,6 0,009137 4,2 -0,00983 0,000949 -0,4 0,004255 4,4 -0,0041 0,8 0,005101 -0,2 0,007659 4,6 0,004312 0,6 0,002161 -7,2E-16 -0,01778 4,8 0,004089 0,4 0,001393 Bảng 0.3 Dữ liệu đo bề mặt có độ nhám cấp Thông số Thông số đo chưa xử lý Sai số đo Thông số Thông số đo chưa xử lý Sai số đo 0 5,852597 0,00061 0,5 0,507377 -0,02051 6,5 6,318482 -0,00627 1,00487 -0,02109 6,783786 -0,01268 1,5 1,508117 -0,01223 7,5 7,249317 -0,01794 2,045314 0,034787 7,715496 -0,02178 2,5 2,5217 0,022959 8,5 8,198517 -0,00712 2,994063 0,009667 8,659251 -0,01585 3,5 3,468293 0,000769 3,942467 -0,0059 3,960758 0,01317 -1 -0,96859 0,021226 4,5 4,419842 -0,00713 -1,5 -1,48863 0,016541 4,89518 -0,00858 -2 -2,01815 0,007961 5,5 5,373325 -0,00535 -2,5 -2,55796 -0,00472 -0,5 -0,47969 0,000172 49 A2 Chi tiết biểu đồ khảo sát Với α=0 m=2 Với α=0 m=3 Với α=0 m=4 Hình 0.1 Giá trị phạm vi đo độ phân giải phụ thuộc vào f’ (với α=0) 50 Với α=10 độ m=2 Với α=10 độ m=3 Với α=10 độ m=4 Hình 0.2 Giá trị phạm vi đo độ phân giải phụ thuộc vào f’ (với α=10) Với α=20 độ m=2 Với α=20 độ m=3 51 Với α=20 độ m=4 Hình 0.3 Giá trị phạm vi đo độ phân giải phụ thuộc vào f’ (với α=20) Với α=30 độ m=2 Với α=30 độ m=3 Với α=30 độ m=4 Hình 0.4 Giá trị phạm vi đo độ phân giải phụ thuộc vào f’ (với α=30) 52 A3 Chi tiết thành phần thí nghiệm Bảng 0.4 Thơng số thành phần thí nghiệm STT Các thành phần thơng số Laser phát: Laser bán dẫn Model SYD1230, bước sóng 650 nm, cơng suất 5mW, đường kính ngồi 12 mm Camera: HD200-M - 2.0 MP + Kích thước pixel: 2,9µm (Chiều ngang) x 2,9µm (Chiều dọc); + Số pixel: 1920 (Chiều ngang) x 1080 (Chiều dọc); + Kích thước cảm biến: 1/2.8 inch + Sony CMOS IMX291 Super Wide Dynamic CMOS sensor Vật kính Relay có tiêu sau gia cơng 41 mm Gương phản xạ ngồi có độ phẳng bề mặt 1,5 vịng quang Lăng kính AP90: Lăng kính vng góc Điafram chắn sáng ID12-Thorlabs có đường kính chắn sáng: 0,8 ÷ 12 mm Hình ảnh Bàn dịch chuyển PT1-Thorlabs có phạm vi dịch chuyển 25 mm, bước dịch chuyển nhỏ 0,01 mm Bàn xoay CR1/M-Thorlabs, bước xoay nhỏ 5’ 53 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: Xây dựng thiết bị đo biên dạng nòng pháo quét tia laser Tác giả luận văn: Phạm Đức Tuân Khóa: 2019A Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Vinh Từ khóa (Keyword): Biên dạng nịng pháo, quét tia laser, nguyên lý tam giác lượng, đo đường kính Nội dung tóm tắt: a) Lý chọn đề tài Hiện đại hóa thiết bị đo lường xu hướng phát triển tất yếu với phát triển khoa học kỹ thuật nói chung cơng nghệ 4.0 nói riêng Do mà việc đại hóa thiết bị đo lường nịng pháo đòi hỏi cấp thiết để nâng cao hiệu q trình sản xuất, sửa chữa góp phần vào việc đại hóa trang thiết bị đo lường quân đội b) Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu: Trên sở nguyên lý đo tam giác lượng ứng dụng để đo lường biên dạng lòng nòng, xây dựng sở tính tốn thiết kế đầu đo thiết bị đo lường biên dạng nòng pháo thực nghiệm kết tính tốn, thiết kế đầu đo Đối tượng nghiên cứu: Đo lường biên dạng lòng nòng phương pháp không tiếp xúc quét quét tia laser để xác định đường kính nịng pháo Phạm vi nghiên cứu: Ứng dụng nguyên đo tam giác lượng để xây dựng sơ đồ đo, hàm truyền, lựa chọn thông số thực nghiệm kiểm tra kết nghiên cứu c) Tóm tắt đọng nội dung đóng góp tác giả Đo lường biên dạng phương pháp quét laser phát triển rộng rãi ngành đo lường chưa có nghiên cứu cụ thể đo lường biên dạng lỗ Đặc biệt đo lường biên dạng nòng pháo có đường kính nhỏ chiều dài lớn địi hỏi kết cấu phù hợp Hơn nữa, cự ly đến đối tượng đo nhỏ nên để đạt độ xác địi hỏi q trình thực nghiệm tỉ mỉ, cụ thể sở tính tốn phù hợp với u cầu kết cấu thiết bị Luận văn tập trung vào nghiên cứu nội dung sau: + Tìm hiểu cơng cụ đo lường biên dạng nòng pháo truyền thống (thước PKI, dưỡng đo…) đại từ đưa đặc điểm yêu cầu đo lường biên dạng nòng pháo; + Xây dựng sở tính tốn đo lường biên dạng nòng pháo phương pháp quét tia laser: Xây dựng sơ đồ đo, tính tốn hàm truyền, khảo sát thơng số ảnh hưởng, tính tốn thiết kế, chế tạo hệ quang vật kính cho cảm biến có độ phân giải 1920 x 1080 (kích thước 2,9 mm), xây dựng phần mềm tính tốn khoảng cách; + Thực nghiệm kết tính tốn, xây dựng hàm sai số đánh giá sai số phép đo 54 + Thiết kế kết đầu đo thành phần thiết bị đo biên dạng nòng pháo Kết xây dựng đầu đo có khả đo đạt độ xác ±0,02 mm sở sử dụng cảm biến, laser, lăng kính, gương phản xạ đáp ứng kết cấu đo lường đường kính nịng pháo Q trình thực luận văn sử dụng phần mềm lập trình Matlab, phần mềm tính tốn mathcad, phần mềm thiết kế quang học Zemax, phần mềm vẽ đồ họa Autocad để thực luận văn Quá trình thực nghiệm kết hợp kiến thức đo lường, quang học, laser, lập trình, tối ưu để thực luận văn d) Phương pháp nghiên cứu Quá trình nghiên cứu kết hợp thực tiễn trình đo lường biên dạng nịng pháo dụng cụ khí truyền thống kết hợp với kiến thức đo lường áp dụng phương pháp đo lường biên dạng không tiếp xúc vào đo lường biên dạng nòng pháo Kết hợp lý thuyết tính tốn hàm truyền, sơ đồ đo, sai số lý thuyết làm sở để xây dựng mơ hình thực nghiệm Q trình thực nghiệm để kiểm tra lại q trình tính tốn lý thuyết e) Kết luận Thiết bị đo lường biên dạng nòng pháo phương pháp quét tia laser thiết bị đại, phức tạp có độ xác cao đòi hỏi kiến thức tổng hợp nhiều ngành Trong phạm vi luận văn xây dựng sở thực nghiệm nguyên lý đo lường đường kính nòng pháo thiết kế kết cấu đầu đo cho độ xác ±0,02 mm Luận văn hồn thành yêu cầu đặt từ làm sở để thiết kế chế tạo thiết bị đo lường hoàn thiện 55 ... văn Thiết bị đo lường biên dạng nòng pháo quét tia laser thiết bị đo lường đại, có độ xác cao, có khả đo nịng pháo có chiều dài dài gấp 20 đường kính nịng pháo Căn vào đặc điểm đo lường biên dạng. .. Phương pháp đo lường nòng pháo dạng tiếp xúc Đo lường biên dạng nòng pháo trường hợp riêng đo lường biên dạng lỗ Phương pháp đo phổ biến sử dụng để đo lường biên dạng nòng pháo phương pháp đo tiếp... cần đo dr Để nâng cao tốc độ đo xây dựng biên dạng bề mặt đo thiết bi đo tạo tia laser dạng đường tăng số lượng đầu thu phát Hình 1.8 Sơ đồ ngun lý đo đường kính nòng pháo Nòng pháo; Đầu đo;