HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Đo hình dạng bề mặt đá mài phương pháp quét laser trung bình A method in averagge-laser scanning for measurement shape of grinding wheel Phùng Xuân Sơn*, Nguyễn Duy Trinh, Đỗ Đức Trung Khoa Cơ khí, Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội * Email: phungxuanson@gmail.com Tel: 0912548656 Tóm tắt Từ khóa: Đo hình dạng đá mài; Hình dạng chi tiết; Hình dạng đá mài; Phương pháp quét laser trung bình Chất lượng bề mặt gia công phương pháp mài phụ thuộc nhiều vào hình dạng bề mặt đá Nếu xác định đặc điểm bề mặt đá mài tạo điều kiện cho trình gia công bề mặt chi tiết máy theo yêu cầu Nghiên cứu trình bày phương pháp đo hình dạng bề mặt đá mài phương pháp đo không tiếp xúc sử dụng đầu quét laser Phương pháp phát chiều cao đo lường bề mặt phép đo tiến hành với thấu kính (thấu kính chủ động) giữ cố định Từ kết thực nghiệm nhận thấy phương pháp trình bày nghiên cứu cho phép đo hình dạng bề mặt đá mài với độ xác cao Abstract Keywords: Grinding wheel measurement; Workpiece shape; Grinding wheel shape; Laser scanning method Surface quality when machined by grinding depends on the shape of the grinding wheel surface Therefore, if the characteristics of the grinding wheel surface are determined, it will facilitate the machining of the machine surface as required This paper presents methods of measuring surface shape of grind wheel by non contact method using laser scanner The method of detecting the surface height of the measurement conducted with the main lens (active lens) is kept constant From the experimental results found that the method presented in this study allows the measurement of surface roughness with high accuracy Ngày nhận bài: 31/7/2018 Ngày nhận sửa: 10/9/2018 Ngày chấp nhận đăng: 15/9/2018 ĐẶT VẤN ĐỀ Khi gia công bề mặt chi tiết máy phương pháp mài, chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc nhiều vào hình dạng bề mặt đá mài [1] Việc dự đốn, kiểm sốt hình dạng bề mặt chi tiết hồn tồn thực xác định hình dạng bề mặt đá [2] HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Hiện có số phương pháp đo hình dạng bề mặt đá tia laser công bố [3, 4] Với phương pháp tam giác Lee cơng [5] có ưu điểm việc tiến hành đơn giản có nhược điểm không phù hợp để đo chiều cao phần có độ dốc lớn Vì khó để đo xác bề mặt hình dạng đá mài với hạt mài có hình dạng phức tạp Đối với phương pháp sử dụng tia laser tương tự [6] lại có hạn chế chỗ để thực tự động lấy nét đo điểm cho phương pháp này, thời gian đo tăng lên với số điểm đo tăng lên Do đó, để đo xác bề mặt không đồng bề mặt mài, cần phải làm ngắn khoảng cách đo, với phương pháp đòi hỏi thời gian đo lớn Trong nghiên cứu phương pháp phát chiều cao sau đo phương pháp quét laser đề xuất Nghiên cứu nhằm mục đích đo chất lượng hình dáng bề mặt ba chiều đá mài cách sử dụng thiết bị đo bề mặt nguyên mẫu PHƯƠNG PHÁP QUÉT LASER VÀ PHÁT HIỆN CHIỀU CAO SAU ĐO Một phương pháp đo quét laser thể hình Hình Nguyên tắc phương pháp quét laser Chùm tia laser chiếu từ máy phát laser phản xạ hai nửa gương Sau đó, tia laser qua thấu kính chiếu xạ lên vật đo Sau đó, chùm laser phản xạ vật thể đo qua thấu kính lần nữa, qua thấu kính ngưng Cuối cùng, bốn cảm biến photodiode A, B, C D nhận chùm laser Từ điện áp đầu cảm biến, điện áp phân tích V định nghĩa sau: (1) Trong đó, Va, Vb, Vc Vd tương ứng điện áp cảm biến A, B, C D Khi điện áp phân tích 0(V), đối tượng đo hội tụ Trong phương pháp quét laser, chiều cao ống kính điện áp phân tích trở 0(V) tính điểm đo cách hội tụ tự động ống kính chủ động Mặt khác, nghiên cứu nhằm mục đích đo điện áp phân tích vật thể di chuyển thấu kính chủ động giữ cố định Sau đó, thay đổi chiều cao thấu chủ động cách HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 tuần tự, đo điện áp phân tích lần Sau đo, chiều cao thấu kính chủ động điện áp phân tích tính tốn trở 0(V) Trong phương pháp này, chiều cao thấu kính chủ động tính sau đo thay di chuyển chiều cao thấu kính chủ động đo đối tượng lúc Vì lý nghiên cứu này, phương pháp gọi phương pháp đo chiều cao sau đo Chi tiết phương pháp đo giải thích phần từ kết đo thực tế PHƯƠNG PHÁP ĐO HÌNH DẠNG BỀ MẶT ĐÁ MÀI Một sơ đồ thiết bị đo bề mặt thể hình hình ảnh thiết bị thể hình Đặc điểm kỹ thuật thiết bị thể bảng Hình Sơ đồ thiết bị đo hình dạng bề mặt Hình Thiết bị đo hình dạng bề mặt Đá mài vật đo gắn vào trục quay, đầu quét laser (VK-8700 by Keyence Corporation) bố trí đầu Trong q trình đo, đá mài quay với ống kính nằm phận đầu quét laser Khi giá trị điện áp nhận cảm biến ảnh, thiết bị đo điện áp vi sai từ điện áp cảm biến ảnh A, B, C D bên Tiếp theo, thay đổi chiều cao thấu kính đá mài xoay Khi điện áp phân tích tính tốn lại Q trình đo lặp lại chiều cao thấu kính chủ động thay đổi đến dải độ cao định Sau đo dải chiều cao, đá mài di chuyển theo phương chiều trục đá mài lặp lại phép đo Theo phương pháp đo trên, đo tồn chu vi đá mài Bảng Thơng số kỹ thuật thiết bị đo hình dạng bề mặt Bước sóng tia laser Cơng suất tia laser Yếu tố tiếp nhận ánh sáng Đơn vị đầu quét laser Sự khuếch đại thấu kính chủ động Phạm vi di chuyển thấu kính chủ động Độ phân giải thấu kính chủ động Độ phân giải theo phương hướng kính Độ phân giải theo phương trục 635 [nm] [mW] Cảm biến ảnh 100 10 [mm] 0,01 [µm] 0,00072 [độ] [µm] HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Phương pháp xác định chiều cao thấu kính điện áp phân tích trở 0(V) sau Ví dụ với kết đo, mối quan hệ điện áp phân tích phương chu vi từ 2100 m đến 2300 m thể hình Hình cho thấy điện áp phân tích đo chiều cao thấu kính chủ động từ 380m đến 420 m khoảng 10 m Trước đo với hướng chu vi 2180 m, điện áp phân tích gần -0,5 V độ cao thấu kính chủ động Bởi vì, khơng có đối tượng tập trung dải chiều cao Mặt khác, sau đo theo hướng chu vi 2200 m, điện áp phân tích khác tùy thuộc vào chiều cao thấu kính chủ động, đối tượng cần xác định tiêu điểm khoảng chiều cao Hình Mối quan hệ điện áp hướng chu vi Hình Mối quan hệ điện áp chiều cao thấu kính chủ động HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Tiếp theo, độ cao thấu kính chủ động điện áp phân tích trở V tính tốn theo phương chu vi Với chiều cao thấu kính chủ động vơn kế phân tích trở thành V tính tốn theo hướng chu vi Ví dụ, mối quan hệ điện áp phân tích chiều cao thấu kính chủ động hướng chu vi 2251 µm thể hình Trong hình cho thấy kết đo chiều cao thấu kính chủ động 380 µm đến 420 µm, hình cho thấy chiều cao thấu kính chủ động từ 360 µm đến 560 µm Từ hình 5, nhận thấy chiều cao thấu kính chủ động nằm vị trí 390 µm 400 µm Trong nghiên cứu này, hai điểm điện áp phân tích thay đổi từ dương đến âm qua V, tiêu cự chiều cao thấu kính chủ động gần với V Do đó, độ cao thấu kính chủ động theo hướng chu vi 2251 µm trở thành 400 µm Trong phép đo này, khoảng cách chiều cao thấu kính chủ động thiết lập đến 10 µm, cách đặt µm, độ xác phép đo cải thiện Từ kết kiểm tra này, thu hình dạng hai chiều theo chiều rộng, đưa hình dạng bề mặt chiều đá mài KẾT QUẢ ĐO HÌNH DẠNG BỀ MẶT CỦA ĐÁ MÀI Hình dạng bề mặt ba chiều đá mài WA60J6V đo Điều kiện đo trình bày bảng Phạm vi đo thiết lập theo chiều chu vi chiều rộng 4x4 (mm) Khoảng cách hướng chu vi thiết lập 17,5 µm, khoảng cách chiều rộng thiết lập 20 µm khoảng cách chiều cao thấu kính chủ động đặt 10 µm Kết đo ba chiều hình dạng bề mặt đá mài thể hình Đá mài biết đến bề mặt nhẵn khó để đo phản xạ không phép đo laser Nhưng từ hình 6, nhận thấy đo mà khơng xảy lỗi tiêu điểm đo Ngồi ra, xác định số hạt mài phân tán bề mặt đá mài Bảng Điều kiện đo Đối tượng đo Tốc độ quay đá mài Dải đo theo phương chu vi Dải đo theo chiều rộng Dải đo chiều cao thấu kính chủ động Khoảng cách đo theo phương chu vi Khoảng cách đo theo chiều rộng Khoảng đo thấu kính chủ động Đá mài WA60J6V vòng/phút [mm] [mm] 360 560 [m] 17,5 [m] 20 [m] 10 [m] Để đánh giá hiệu kết đo đạt được, hình ảnh bề mặt đá mài so sánh với kết đo Hình dạng bề mặt thực tế đá mài thể hình Để dễ dàng cho việc so sánh này, bề mặt đá mài vị trí có độ nhơ cao sơn màu đen sau đo So sánh hình với hình 7, nhận thấy phát hạt mài thể Trong hình dạng bề mặt đá mài khó đo phương pháp tam giác, rõ ràng phương pháp đo đề xuất sử dụng để đo bề mặt đá mài Trong nghiên cứu này, đo diện tích hẹp bề mặt đá mài Tuy nhiên, cách tăng diện tích đo theo hướng chu vi chiều rộng đá mài, thu tồn hình dạng chu vi đá mài Hơn nữa, cách sử dụng mơ kết đo, bề mặt phơi dự đốn trước q trình mài HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Hình Hình dạng bề mặt ba chiều đá mài Hình Bề mặt thực đá mài KẾT LUẬN Bài báo phát triển thiết bị đo bề mặt phương pháp phát chiều cao sau đo Trong hình dạng bề mặt đá mài đo thiết bị Các kết thu nghiên cứu tóm tắt sau: Kết thực nghiệm cho thấy hình dạng bề mặt đá mài với bề mặt chiều cao sau đo đo với độ xác cao Trong nghiên cứu diện tích đo 4mm x 4mm tăng diện tích đo phương chu vi chiều rộng, thu tồn hình dạng chu vi đá mài với nghiên cứu tương lai TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] C Walter, T Komischke, F Kuster, K Wegener, Laser-structured grinding tools Generation of prototype patterns and performance evaluation, Journal of Materials Processing Technology, 214 (2014) 951-961 [2] H S Lee, T Yamada and M Kobayashi, Development of 3-D measuring equipment for surface geometries of grinding wheel surface, Proceedings of the ASPE 2006 Annual Meeting, 2006.10, CD/ROM [3] Q Wang, W Zhao, Z Liang, X Wang, T Zhou, Y Wu, L Jiao, Investigation of diamond wheel topography in Elliptical Ultrasonic Assisted Grinding (EUAG) of monocrystal sapphire using fractal analysis method, Ultrasonics, 84 (2018) 87-95 [4] J Palmer, H Ghadbeigi, D Novovic, D Curtis, An experimental study of the effects of dressing parameters on the topography of grinding wheels during roller dressing, Journal of Manufacturing Processes, 31 (2018) 348-355 [5] W.F Ding, J.H Xu, Z.Z Chen, Wear behavior and mechanism of sigle-layer brazed CBN abrasive wheels during creep-feed grinding cast nickel-based superalloy, Int J Adv Manuf Tech 51 (2010) 541–550 [6] ISO 25178-6:2010, Geometrical product specifications (GPS) - Surface texture: Areal - Part 6: Classification of methods for measuring surface texture ... VCME 2018 Hình Hình dạng bề mặt ba chiều đá mài Hình Bề mặt thực đá mài KẾT LUẬN Bài báo phát triển thiết bị đo bề mặt phương pháp phát chiều cao sau đo Trong hình dạng bề mặt đá mài đo thiết... mài thể Trong hình dạng bề mặt đá mài khó đo phương pháp tam giác, rõ ràng phương pháp đo đề xuất sử dụng để đo bề mặt đá mài Trong nghiên cứu này, đo diện tích hẹp bề mặt đá mài Tuy nhiên, cách... đồ thiết bị đo bề mặt thể hình hình ảnh thiết bị thể hình Đặc điểm kỹ thuật thiết bị thể bảng Hình Sơ đồ thiết bị đo hình dạng bề mặt Hình Thiết bị đo hình dạng bề mặt Đá mài vật đo gắn vào trục