Luận văn Thiết Kế, Chế Tạo Và Thử Nghiệm Thiết Bị Đo Biên Dạng

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LÝ THANH MINH THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ ĐO BIÊN DẠNG THEO NGUYÊN TẮC SỐ HÓA KIỂU ROBOT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGƢỜI HD KHOA HỌC: PGS.TS.PHẠM THÀNH LONG Thái Nguyên, tháng 12-2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ii ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN -Họ tên: Lý Thanh Minh Học viên: Lớp cao học K15 CTM, Trƣờng Đại học Kỹ thuật công nghiệp LÝ THANH MINH Thái Nguyên Nơi công tác: Cơng ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất 13 Tên đề tài luận văn thạc sỹ: "Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị số hóa biên dạng kiểu ROBOT" THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Mã số: 60520103 THIẾT BỊ ĐO BIÊN DẠNG THEO NGUYÊN TẮC Sau hai năm học tập,SỐ rènHÓA luyện KIỂU nghiên cứu trƣờng, em lựa chọn thực ROBOT đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị số hóa biên dạng kiểu ROBOT” CHUYÊN NGÀNH Đƣợc giúp đỡ hƣớng dẫn tận tình Thầy giáo PGS.TS Phạm Thành Long nỗ lực CÔNG NGHỆ thân, đềCHẾ tài đãTẠO đƣợcMÁY hoàn thành Em xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân em Các số liệu, kết có luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Ngun,SĨ ngày 04 tháng 12 năm 2015 LUẬN VĂNThái THẠC KỸ THUẬT HỌC VIÊN KHOA CHUYÊN MÔN TRƢỞNG KHOA NGƢỜI HD KHOA HỌC Lý Thanh Minh PHÒNG ĐÀO TẠO Thái Nguyên, tháng 12-2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học làm đề tài thạc sỹ, em nhận đƣợc truyền đạt kiến thức, phƣơng pháp tƣ duy, phƣơng pháp luận giảng viên trƣờng Sự quan tâm lớn Nhà trƣờng, khoa Cơ khí, thầy cô giáo trƣờng Đại Học Kỹ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên bạn lớp Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, khoa Đào tạo Sau đại học, thầy cô giáo tham gia giảng dạy tận tình hƣớng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Phạm Thành Long tập thể cán giảng viên Bộ môn Cơ điện tử, Hội đồng bảo vệ đề cƣơng thạc sỹ khóa K15 CTM cho dẫn quý báu để em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp của bạn đồng nghiệp Phòng Cơ điện giúp đỡ nhiệt tình Phân xƣởng A2 Cơng ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất 13 phối hợp gia công thiết bị Các đồng nghiệp Công ty Tự động hóa Tâm Phát phối hợp với em xây dựng phần mềm thiết bị Mặc dù cố gắng song kiến thức kinh nghiệm cịn hạn chế nên chắn luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong muốn nhận đƣợc dẫn từ thầy cô giáo bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện có ý nghĩa thực tiễn Xin chân thành cảm ơn! HỌC VIÊN Lý Thanh Minh Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU x MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Phạm vi nghiên cứu đề tài 3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài a) Ý nghĩa khoa học b) Ý nghĩa thực tiễn 4 Phƣơng pháp phƣơng pháp luận a) Phƣơng pháp nghiên cứu b) Phƣơng pháp luận 5 Nội dung đề tài CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT THEO KỸ THUẬT NGƢỢC 1.1 Thiết kế ngƣợc sản xuất theo kỹ thuật ngƣợc 1.2 Một số kỹ thuật thiết bị đo lƣờng đại thiết kế ngƣợc 10 1.3 Một số nghiên cứu Việt Nam có liên quan đến đề tài 13 1.4 Phạm vi nghiên cứu đề tài 14 1.5 Kết luận chƣơng 14 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ MÁY 16 2.1 Xác định đặc tính kỹ thuật máy 16 2.1.1 Khái quát đặc điểm họ chi tiết cần đo 16 2.1.2 Đặc tính kỹ thuật máy đo 17 2.2 Cơ sở thiết kế 18 2.2.1 Sơ đồ chuyển đổi tọa độ điểm không gian 18 2.2.2 Bài toán ngƣợc độ phân giải Encoder (số xung /1 vòng quay) 20 2.2.3 Xác định sơ sơ đồ động học máy đo 29 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn v 2.2.4 Xác định sơ đồ liên kết điện tử 29 2.3 Phƣơng pháp tính tọa độ điểm đo máy theo phƣơng pháp hình học 31 2.3.1 Xác định tọa độ khởi điểm đầu đo (khi set X, Y: 0,0) 31 2.3.2 Xác định tọa độ đầu đo vị trí thứ i 33 2.3.3 Độ phân giải hai điểm đo liên tiếp 34 2.4 Lựa chọn kiểu đầu đo, chuẩn định chi tiết đo 35 2.4.1 Lựa chọn kiểu đầu đo 36 2.4.2 Chuẩn định vị chi tiết đo 37 2.5 Kiểm định thông số thiết bị bị đo theo phƣơng pháp hình học mơ hình tính tốn để làm sở xây dựng phần mềm xác định tọa độ điểm đo 37 2.5.1 Kết tính thơng số thiết bị set (0,0) ( Excel) 39 2.5.2 Kết tính độ phân giải thiết bị vị trí B1 40 2.5.3 Kết tính độ phân giải thiết bị vị trí B2 43 2.5.4 Kết tính độ phân giải thiết bị vị trí B3 46 2.5.5 Kết tính độ phân giải thiết bị vị trí B4 49 2.5.6 Lựa chọn dung sai chiều dài khâu dung sai đƣờng kính đầu đo nhập vào phần mềm máy đo 53 2.5.7 Ảnh hƣởng số xung Encoder đến độ phân giải tính bị 56 2.5.8 Cấu hình phần cứng máy 57 2.6 Phầm mềm máy 57 2.6.1 Mục tiêu phần mềm 57 2.6.2 Xác định sai số phƣơng pháp nội suy sử dụng hàm định dạng 57 2.6.3 Chế thử, nghiên cứu xác định mẫu mực thiết kế phần mềm 62 2.6.4 Phân tích kết đo, giải pháp hồi quy profin đo, giải pháp sai số 63 2.7 Lựa chọn chi tiết khác máy đo 70 2.7.1 Ổ lăn: 70 2.7.2 Thông số linh kiện điện tử 76 2.8 Bản vẽ chế tạo sản phẩm 78 2.9 Hƣớng dẫn sử dụng 78 CHƢƠNG 3: ĐO VÀ ĐÁNH GIÁ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 80 3.1 Nội dung đánh giá, thiết bị đánh giá 80 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn vi 3.1.1 Đánh giá “độ xác lặp lại phép đo” máy 80 3.1.2 Đánh giá “sai số tƣơng đối theo đƣờng kính” so với phƣơng pháp đo áp dụng sở (Cơng ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất 13) 80 3.1.3 Thiết bị đánh giá 81 3.2 Kết đánh giá “độ xác lặp lại phép đo” phƣơng pháp Quy hoạch thực nghiệm 83 3.2.1 Xác định số lần đo 83 3.2.2 Kết đo 83 3.3 Kết đánh giá “sai số tƣơng đối theo đƣờng kính” 87 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN 88 4.1 Kết luận 88 4.2 Kiến nghị 88 CÁC TÀI LIỆU ĐÍNH KÈM - Hƣớng dẫn sử dụng - Code Printed PLC - Code Printed PC - Bản vẽ chế tạo sản phẩm - Kết qủa đo phòng LAB - Bài báo đăng Tạp chí Khoa học Việt Nam " Thiết kế, chế tạo ứng dụng máy đo PCMM kiểu ROBOT" Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn vii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT TT KÍ HIỆU DIỄN GIẢI NỘI DUNG ĐẦY ĐỦ PCMM Portable Coodianate Measure Machine CMM Coodianate Measure Machine PLC Programable Logic Control NC Numerical Control CNC RE CAD Computer Aided Design CAM Computer Aided Manufacturing CIM Computer Integrated Manufacturing 10 FE Forward Engineering 11 DH Denavit Haternbeg 12 3D Direction 13 x(t) Quỹ đạo đầu đo không gian công tác 14 q(t) Quỹ đạo đầu đo không gian khớp 15 qi ĐƠN VỊ Computer Numerical Control Reverse Engineering Biến khớp thứ (i) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Hình 1: Sơ đồ hóa mơ hình thiết kế từ mẫu đến triển khai bƣớc công nghệ Hình 2: Sơ đồ hóa mơ hình bƣớc thiết kế thử nghiệm chầy dập (vuốt) cho chặng công nghệ cụ thể Hình 1.1: Minh họa quy trình sản xuất ngƣợc Hình 1.2: Rapidform - phần mềm hàng đầu thiết kế ngƣợc Hình 1.3: Quét 3D với điểm đánh dấu bề mặt 10 Hình 1.4: Qt laser khơng tiếp xúc 10 Hình 1.5: Robot PCMM hệ thống công nghệ 11 Hình 1.6: Máy CMM để bàn kiểu shop floor 11 Hình 1.7: Máy CMM cấu trúc dạng khung 11 Hình 1.8: Máy CMM cấu trúc đứng 12 Hình 1.9: Một số kiểu đầu đo khác máy CMM 12 2.1:Mặt hypeboloid tròn xoay 16 2.2: Sơ đồ hệ thống công nghệ sơ đồ chuyển đổi tọa độ 18 2.3: Sơ đồ động học xác định độ phân giải Encoder 20 2.4: Chuyển động với bƣớc bé đầu đo hai điểm không gian 22 2.5: Vùng làm việc máy 24 2.6: Sơ đồ chia lƣới khảo sát lựa chọn Encoder 24 2.7: Bƣớc dịch chuyển nhỏ mà đầu đo phát xung quanh điểm khảo sát 25 nh 2.8: Sơ đồ động học máy đo 29 2.9: Sơ đồ mô tả thực trình đo 30 2.10: Sơ đồ liên kết Cơ - Điện tử máy đo 31 2.11: Sơ đồ tính tọa độ đo khởi điểm (điểm set 0,0) 32 2.12: Sơ đồ tính tọa độ điểm đo 33 2.13: Sơ đồ tính độ phân giải hai điểm đo liên tiếp 35 2.14: Mơ hình động học sử dụng đầu đo hình cầu 36 2.15: Các dạng sai số gá chi tiết xẩy trƣờnghợp sử dụng đầu đo cầu 36 2.16: Mơ hình động học sử dụng đàu đo hình trụ 37 2.17: Không xuất dạng sai số gá chi tiết xẩy trƣờng 37 2.18: Không gian làm việc máy đo 38 2.19: Sơ đồ tính thơng số ban đầu 39 2.20: Sơ đồ tính độ phân giải điểm B1 40 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ix 2.21: Sơ đồ tính độ phân giải điểm B2 43 2.22: Sơ đồ tính độ phân giải điểm B3 46 2.23: Sơ đồ tính độ phân giải điểm B4 49 2.24: Các dạng sai số chế tạo khâu robot 58 2.25: a Sơ đồ chia lƣới không gian công tác mặt chiếu đứng chiếu 61 2.26: Sơ đồ mô điểm đo 62 2.27: Sơ đồ mô biên dạng đo đƣợc hồi quy (làm mịn) 63 2.28: Sự khác phân tố nội suy mật độ điểm mẫu khác 64 2.29: Biên dạng phóng đại nhận đƣợc qua phép đo tiếp xúc 65 2.30: Kết đo ban đầu chƣa qua xử lý 66 2.31: Kết đo xử lý vòng lặp (đen – đỏ - xanh) 66 2.32: Biên dạng xử lý hoàn thiện với 1000 vòng lặp (đƣờng pline màu đỏ) 67 2.33: Sơ đồ lấy trung bình tọa độ đo 67 2.34: Sơ đồ giải thuật lấy tọa độ điểm trung bình mịn hóa 68 2.35: Cài bổ sung file công cụ vào excel 69 2.36: Giao diện add in ứng dụng didg.xla vào excel 70 2.37: Giao diện file LamMinBienDang 70 2.38: Cách sử dụng kết tính tốn dung sai 71 2.39: điểm xê dịch cho phép khâu cuối phạm vi mặt cầu giới hạn sai số 72 2.40: Khe hở hƣớng kính:δ ; khe hở dọc trục: δ1+δ2 74 2.41: Encoder E40S6 -5000 - - T -24 77 2.42: PLC CP1L Omron 77 2.43: Cổng chuyển đổi USB sang RS232 78 3.1: Máy phóng hình 50 lần JT3-D 82 3.2: Máy hiển vi vạn JX13B 83 3.3: Sơ đồ đo chi tiết dạng 84 3.4: Sơ đồ đo chi tiết dạng 85 3.5: Sơ đồ đo chi tiết dạng 86 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn x DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 2.1: Kết tính tốn cảm biến phƣơng pháp số miền làm việc 25 2.2: lọc cực theo yêu cầu 29 2.3:Các thông số thiết bị 38 2.4: Bảng tính thơng số ban đầu thiết bị set 0,0 39 2.5: Các thơng số thiết bị vị trí đo B1.1 41 2.6: Bảng tính thông số đầu đo đo B1.1 + thêm xung E1 42 2.7: Các thông số thiết bị vị trí đo B2.2 44 2.8: Bảng tính thông số đầu đo đo B2.2 + thêm xung E1 45 2.9: Các thông số thiết bị vị trí đo B3.3 47 2.10: Bảng tính thơng số đầu đo đo B3.3 + thêm xung E148 2.11: Các thông số thiết bị vị trí đo B4.4 50 2.12: Bảng tính thơng số đầu đo đo B4.4 + thêm xung E152 2.13: Các thơng số thiết bị 53 2.14:Các thông số thiết bị với giá trị Max 54 2.15: Các thông số thiết bị vị trí đo B3.3 Max 54 2.16 Các thông số thiết bị với giá trị 55 2.17: Các thông số thiết bị vị trí đo B3.3 Min 55 2.18: Khoảng cách max từ điểm đo B3.3 đến gốc 0,0 56 2.19: Khoảng cách từ điểm đo B3.3 đến gốc 0,0 56 2.20: Bộ thông số kỹ thuật máy 57 2.21: Trích đoạn biên dạng đo đƣợc dƣới dạng text 63 2.22: Bảng DH tay đo PCMM hai khâu 71 2.23: Kết khảo sát dung sai chiều dài khâu điểm khác theo GRG [3] 72 2.24: Ký hiệu phụ khe hở vòng bi 75 2.25: Radial internal clearances in deep groove ball bearings 76 3.1: Bảng kết đo chi tiết dạng 84 3.2: Bảng kết đo chi tiết dạng 85 3.3: Bảng kết đo chi tiết dạng 86 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 77 - Kiểu lắp: T 2.52: Encoder E40S6 -5000 - - T -24 2.7.2.2 PLC CP1L-L20DR-A 2.53: PLC CP1L Omron PLC CP1L-L20DR-A OMRON có thơng số kỹ thuật nhƣ sau: Kết nối với môđun mở rộng tƣơng tự nhƣ cho loại CPM1 (tối đa môđun cho CPU 30,40, 60 I/O cho CPU 14, 20 I/O)) - Đầu vào analog 0-10V (256) - Đầu vào/ra xung 100kHz - Bộ nhớ 5/10Kstep, có nhớ ngồi, - Tốc độ thực thi 0,55 s Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 78 - Bộ hiển thị LCD gắn (CP1W-DAM01) giúp theo dõi, điều chỉnh thơng số chỗ - Lập trình cổng USB CX-Programmer - Chạy mô CX-Simulator - Nguồn cấp 100-240 VAC - Ngõ vào DC: 12 - Ngõ relay: 2.54: Cổng chuyển đổi USB sang RS232 PLC dùng cổng RS232 cịn máy tính khơng có cổng Com nên sử dụng thêm cổng chuyển đổi để dùng cổng USB máy tính để nhận liệu truyền xuống từ PLC 2.8 Bản vẽ chế tạo sản phẩm (Xem Phụ lục) 2.9 Hƣớng dẫn sử dụng (Xem Phụ lục) 2.10 Kết luận chƣơng Các tính toán chƣơng sai số chiều dài tay đo ảnh hƣởng khơng nhiều đến độ xác kết đo, di chuyển góc làm điểm mút khâu có di động tự lớn Tuy nhiên dung sai chế tạo khâu khe Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 79 hở hƣớng kính ổ lăn đƣợc chọn dựa định lƣợng tin cậy phản ứng động học tự nhiên cấu kết hợp với kỹ thuật thống kê Dựa tính tốn quy đổi di chuyển nhỏ hai không gian robot, yêu cầu khả nhận biết di chuyển có bƣớc biết trƣớc khơng gian cơng tác hồn tồn xác định đƣợc độ phân giải cảm biến Tuy nhiên độ phân giải tham số tiêu chuẩn cảm biến hãng quy định nên việc chọn cảm biến thƣờng dẫn đến cảm biến có độ phân giải cao yêu cầu, điều làm cho khả nhận biết di chuyển nhỏ máy tốt yêu cầu thiết kế Cơ chế ảnh hƣởng lẫn sai số chế tạo lắp ráp cấu chấp hành cảm biến khơng mơ hình hóa đƣợc lý thuyết Vì đề tài chuyển qua đo lƣờng thực nghiệm nội suy điểm khác để giảm chi phí tính tốn Kết tính sau đƣợc bù vào kết đo, hƣớng làm chuyển chức máy vào phần mềm thay thuộc phần cứng, cách làm trì đƣợc độ xác lâu dài cho máy Với thiết bị đo kiểu Robot (theo mô hình đề tài) Để xác định độ xác máy cần xác định vị trí đo xa vùng làm việc, thỏa mãn yêu cầu đầu bải đủ điều kiện kết luận độ xác máy đo Có hai phƣơng pháp để tính chiều tay đo, độ phân dải Encoder: Phƣơng pháp số phƣơng pháp hình học, đó: - Phƣơng pháp số: + Với số điểm khảo sát tốc độ khảo sát cao hơn; + Phạm vi khảo sát rộng - Phƣơng pháp hình học: + Quan sát trực quan + Xây dựng công thức để mơ tả thuật tốn lập trình phần mềm đơn giản Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 80 CHƢƠNG 3: ĐO VÀ ĐÁNH GIÁ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 3.1 Nội dung đánh giá, thiết bị đánh giá 3.1.1 Đánh giá “độ xác lặp lại phép đo” máy * Mục đích: Nhằm đánh giá độ xác phép đo sau thực vòng lặp đo thiết bị Phƣơng pháp đánh giá khơng địi hỏi cao chất lƣợng gia công, lắp ghép chi tiết, mặt khác giữ đƣợc độ xác lâu dài chức bù sai số phần mềm * Phƣơng pháp: Cơ chế ảnh hƣởng lẫn sai số chế tạo lắp ráp cấu chấp hành cảm biến không mơ hình hóa đƣợc lý thuyết Vì đề tài chuyển qua đo lƣờng thực nghiệm nội suy điểm khác để giảm chi phí tính tốn Kết tính sau đƣợc bù vào kết đo, hƣớng làm chuyển chức máy vào phần mềm thay thuộc phần cứng, cách làm trì đƣợc độ xác lâu dài cho máy 3.1.2 Đánh giá “sai số tƣơng đối theo đƣờng kính” so với phƣơng pháp đo áp dụng sở (Công ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất 13) * Mục đích: Đánh giá độ xác phép đo thiết bị số hóa biên dạng kiểu robot theo yêu cầu đặt Từ đề xuất giải pháp để tăng độ xác thiết bị * Phƣơng pháp: - Lựa chọn chi tiết chuẩn để đo kiểm: Sử dụng loại chi tiết chuẩn đƣợc gia cơng mài xác + Chi tiết dạng 1: Chi tiết dạng trịn xoay có profin đƣờng sinh đƣờng cong + Chi tiết dạng 2: Chi tiết dạng trịn xoay có profin đƣờng thẳng khơng song song với đƣờng tâm (hình cơn) + Chi tiết dạng 3: Chi tiết dạng trịn xoay có profin đƣờng thẳng song song với đƣờng tâm (hình trụ) - Sử dụng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm để xác định số lần đo đảm bảo độ tin cậy 95% Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 81 - Tiến hành đo chi tiết thiết bị đo nêu mục 3.1.3 theo số lần đo tính tốn tay, kiểm tra phần mềm Minitab để làm kết đối chứng - Tiến hành đo lại chi tiết thiết bị chế tạo với số lần đo nhƣ - Trong lần đo chi tiết đƣợc để cố định, vị trí đo thống theo sơ đồ (có sơ đồ xác định vị trí đo kèm theo) - Lập bảng để xác định sai lệch hai phƣơng pháp: Yêu cầu sai lệch không vƣợt 0,10mm - Lập bảng để so sánh, đánh giá kết 3.1.3 Thiết bị đánh giá Các thiết bị dùng để so sánh thiết bị Phòng đo lƣờng Nhà máy Z113 “phòng LAB đƣợc tổng cục kỹ thuật đo lƣờng Quân đội cấp chứng nhận đạt chuẩn LAB quốc gia”, gồm: - Máy đo hình 50 lần JT3-D phóng ảnh đến 50 lần: Áp dụng với mẫu đo có biên dạng định hình (Hình 3.1) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 82 3.55: Máy phóng hình 50 lần JT3-D Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 83 - Máy hiển vi vặn (chính xác đến 0,0001mm): Áp dụng với mẫu đo hình trụ, trụ bậc (Hình 4.2) 3.56: Máy hiển vi vạn JX13B 3.2 Kết đánh giá “độ xác lặp lại phép đo” phƣơng pháp Quy hoạch thực nghiệm 3.2.1 Xác định số lần đo Theo yêu cầu kỹ thuật thiết bị: sai số lặp cho phép < 0,10mm Tính tốn tay sử dụng phần mềm Minitab với giả thiết phát biểu rằng: - Chƣa biết độ lệch chuẩn; - Yêu cầu sai số phép đo ≤ 0,10mm có nghĩa sai số kích thƣớc ±0,10mm, ta kiểm định hai phía; - Để đơn giản hóa tính tốn chọn giá trị trung bình sai khác so với thực tế không 01 lần độ lệch chuẩn; - Chọn mức ý nghĩa α = 0,05; mức độ mạo hiểm β = 0,1 Dựa giả thiết tính tốn cho số lần đo tối thiểu 18 lần 3.2.2 Kết đo Để thống số liệu đo, lần đo lấy số liệu theo sơ đồ nhƣ hình 3.3, 3.4 3.5 Sau 18 lần đo thiết bị chế tạo (của luận văn) với loại chi tiết so sánh với kết đo thiết bị phòng LAB Nhà máy Z113 có kết theo Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 84 3.57: Sơ đồ đo chi tiết dạng 3.26: Bảng kết đo chi tiết dạng B Kết Lần đo đo 10 Kết đo máy CMM ( đề tài) 2,499 5,236 7,525 9,289 10,536 11,574 11,562 11,592 11,596 11,594 2,471 5,248 7,542 9,274 10,574 11,575 11,577 11,588 11,584 11,598 2,442 5,245 7,527 9,286 10,526 11,577 11,562 11,593 11,583 11,593 2,482 5,291 7,537 9,283 10,521 11,576 11,567 11,591 11,592 11,588 2,481 5,254 7,548 9,287 10,514 11,563 11,567 11,596 11,593 11,595 2,478 5,248 7,521 9,289 10,553 11,552 11,566 11,597 11,591 11,587 2,494 5,247 7,545 9,278 10,523 11,549 11,559 11,591 11,564 11,581 2,492 5,271 7,522 9,267 10,525 11,557 11,527 11,591 11,576 11,579 2,485 5,272 7,526 9,262 10,522 11,587 11,573 11,581 11,597 11,592 10 2,488 5,294 7,538 9,293 10,539 11,587 11,568 11,588 11,593 11,581 11 2,491 5,281 7,535 9,288 10,554 11,572 11,567 11,591 11,593 11,591 12 2,489 5,264 7,526 9,271 10,524 11,599 11,582 11,589 11,585 11,592 13 2,491 5,268 7,525 9,272 10,533 11,571 11,568 11,591 11,575 11,589 14 2,493 5,269 7,527 9,281 10,554 11,562 11,597 11,593 11,597 11,593 15 2,499 5,291 7,542 9,298 10,556 11,588 11,574 11,583 11,591 11,597 16 2,499 5,295 7,535 9,288 10,541 11,573 11,572 11,585 11,571 11,574 17 2,491 5,279 7,537 9,298 10,561 11,564 11,577 11,582 11,581 11,587 18 2,492 5,281 7,536 9,293 10,555 11,572 11,584 11,591 11,592 11,593 T.Bình 2,487 5,269 7,533 9,283 10,540 11,572 11,569 11,590 11,586 11,589 11,671 Kết đo Máy đo phóng hình 50 lần JT3-D Sai lệch 2,526 0,039 5,3 0,031 7,564 0,031 9,33 0,047 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 10,591 11,622 11,642 11,674 11,674 0,051 0,050 0,073 0,084 0,088 http://www.lrc.tnu.edu.vn 0,082 85 3.58: Sơ đồ đo chi tiết dạng 3.27: Bảng kết đo chi tiết dạng Kết Lần đo đo 10 11 Kết đo máy CMM ( đề tài) 10,034 10,053 15,994 15,996 17,013 17,753 18,774 19,666 20,515 21,901 21,921 10,028 10,058 15,988 15,994 17,019 17,748 18,782 19,672 20,538 21,903 21,915 10,021 10,079 15,987 15,985 17,018 17,738 18,782 19,624 20,549 21,937 21,917 10,012 10,067 15,982 15,986 17,023 17,739 18,765 19,652 20,528 21,901 21,942 10,034 10,059 15,975 15,988 17,022 17,744 18,785 19,624 20,516 21,933 21,955 10,041 10,076 15,986 15,992 17,012 17,771 18,764 19,665 20,533 21,937 21,949 10,034 10,078 15,973 15,986 17,013 17,731 18,784 19,671 20,522 21,964 21,926 10,016 10,066 15,973 15,996 17,019 17,763 18,795 19,678 20,511 21,928 21,925 10,028 10,063 15,971 15,989 17,012 17,746 18,761 19,673 20,545 21,954 21,933 10 10,033 10,071 15,997 15,968 17,013 17,744 18,782 19,669 20,539 21,972 21,947 11 10,017 10,065 15,992 15,986 17,017 17,737 18,782 19,682 20,552 21,954 21,957 12 10,015 10,085 15,993 15,998 17,015 17,755 18,793 19,671 20,534 21,954 21,964 13 10,021 10,068 15,973 15,986 17,017 17,764 18,793 19,667 20,525 21,939 21,923 14 10,027 10,067 15,985 15,994 17,016 17,764 18,797 19,675 20,531 21,947 21,951 15 10,013 10,076 15,991 15,983 17,012 17,757 18,792 19,658 20,511 21,941 21,921 16 10,007 10,085 15,98 15,985 17,016 17,754 18,769 19,686 20,543 21,921 21,954 17 10,009 10,076 15,984 15,986 17,027 17,744 18,783 19,683 20,544 21,943 21,954 18 10,008 10,056 15,988 15,984 17,086 17,742 18,774 19,651 20,525 21,931 21,934 T.Bình 10,022 10,069 15,984 15,988 17,021 17,750 18,781 19,665 20,531 21,937 21,938 19,579 20,443 22,026 22,028 Kết đo Máy hiển vi vạn 10,047 10,047 16,03 16,037 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 16,988 17,787 18,718 http://www.lrc.tnu.edu.vn 86 S.lệch 0,025 0,022 0,046 0,049 0,033 0,037 0,063 0,086 0,088 0,089 0,090 3.59: Sơ đồ đo chi tiết dạng 3.28: Bảng kết đo chi tiết dạng Kết Lần đo đo Kết đo máy CMM ( đề tài) 6,004 5,989 9,95 10,098 13,895 13,956 19,954 19,953 6,016 5,985 9,978 10,062 13,888 13,949 19,91 19,954 6,016 5,978 9,957 10,055 13,914 13,968 19,882 19,92 6,007 5,982 9,972 9,997 13,941 13,947 19,918 19,932 6,021 5,987 9,976 9,948 13,97 13,962 19,945 19,951 6,017 5,982 9,982 9,968 13,97 13,971 19,96 19,939 6,023 5,976 9,976 9,967 13,965 13,971 19,961 19,946 6,013 5,971 9,974 9,977 13,974 13,935 19,956 19,972 6,012 5,993 9,988 9,963 13,965 13,97 19,964 19,943 10 6,013 5,972 9,963 9,95 13,973 13,947 19,941 19,965 11 6,014 5,988 9,986 9,963 13,96 13,926 19,986 19,973 12 6,003 5,977 9,986 9,95 13,961 13,927 19,961 19,943 13 6,019 5,972 9,975 9,952 13,955 13,934 19,938 19,968 14 6,005 5,997 9,968 9,946 13,948 13,943 19,957 19,974 15 6,027 6,032 9,997 9,947 13,95 13,959 19,954 19,962 16 6,009 6,066 10,025 9,948 13,955 13,948 19,953 19,934 17 6,021 6,092 10,063 9,957 13,968 13,943 19,958 19,961 18 6,011 6,093 10,084 9,942 13,964 13,94 19,946 19,924 T.Bình 6,014 6,002 9,989 9,977 13,951 13,950 19,947 19,951 Kết đo Máy hiển vi vạn Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 87 6,046 6,042 10,034 10,032 14,031 14,030 20,033 20,032 Sai lệch 0,032 0,040 0,045 0,055 0,081 0,080 0,086 0,081 Số liệu đƣợc đo lần gá, chi tiết đo để cố định suốt trình đo Hình vẽ chi tiết đo đƣợc xuất file CAD có định dạng *dwg Các kích thƣớc đo trực tiếp hình vẽ Kết bảng cho thấy: - Kết đo máy CMM chế tạo cho độ tin cậy đến 95% so với kết đo phòng LAB nằm giới hạn sai số cho phép đặt đầu - Vị trí đo xa chi tiết cho sai lệch lớn (sai số lớn hơn), dự báo phần tính tốn lý thuyết 3.3 Kết đánh giá “sai số tƣơng đối theo đƣờng kính” Đặt chi tiết chuẩn lên thiết bị số hóa biên dạng kiểu robot tiến hành đo kích thƣớc theo sơ đồ Căn vào kích thƣớc đo đƣợc để kết luận: - Kết đo vùng xa gốc máy sai số trung bình cao vùng gần gốc máy + Sai số trung bình vùng xa gốc máy chi tiết dạng 1, 2, lần lƣợt là: 0,084; 0,089; 0,083mm + Sai số trung bình vùng gần gốc máy chi tiết dạng 1, 2, lần lƣợt là: 0,034; 0,031; 0,039mm 3.4 Kết luận chƣơng - Dựa vào kỹ thuật robot nghiên cứu phát triển thành công phần cứng phần mềm chuyên dụng cho máy đo PCMM - Các kỹ thuật xử lý đồ họa, nội suy, bù sai số đƣợc vận dụng nhằm xây dựng liệu sát với yêu cầu thiết kế Các định dạng liệu phục vụ điều khiển máy công tác đạt đƣợc, nhìn chung việc sử dụng máy đảm bảo hai yếu tố xác thuận tiện - Các phép thử dƣỡng mẫu cho thấy máy đạt độ xác lớn yêu cầu thiết kế quy luật thay đổi độ xác biến thiên theo tầm với nhƣ Đây gợi ý quan trọng nên ý vận hành máy để có kết tối ƣu Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 88 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận - Với mục đích hồn chỉnh lý luận thiết kế thử nghiệm chế tạo máy đo tọa độ cấu hình robot phục vụ nhu cầu đo lƣờng, số hóa biên dạng phức tạp đề tài thành cơng - Các lý luận tính tốn thiết kế phần cấu chấp hành, lựa chọn cảm biến theo tiêu chí kinh tế kỹ thuật đƣợc ứng dụng kết hợp với nội suy bù sai số mang tính quy luật làm cho máy đo đạt độ xác cao trì đƣợc độ xác theo thời gian - Đề tài hoàn thành nội dung đăng kí đề cƣơng, giải triệt để vấn đề kỹ thuật có liên quan, kết đo đƣợc xuất định dạng theo yêu cầu ban đầu Kiến nghị Với khả làm chủ hệ thống lý luận thiết kế, cơng nghệ chế tạo khí, thiết kế điện - điện tử gia công phần mềm Đề tài sẵn sàng triển khai vào ứng dụng thực tiễn, song bên cạnh cịn vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu cải tiến Cụ thể: - Mở rộng khả đo bề mặt 3D cách tích hợp thêm trục điều khiển số đồng với trục có robot - Để tăng độ xác phép đo phải giải vấn đề sau: + Chọn Encoder có số xung lớn hơn; + Chế tạo khâu trung gian tay đo có dung sai độ song song đƣờng tâm lỗ cao hơn; Chế tạo đầu đo ( que đo) vật liệu có khả chịu mài mịn cao, độ khơng trịn thấp tốt, đo nhập xác kích thƣớc đƣờng kính đầu đo ( quy đo); + Chọn vịng bi độ xác cao; + Chế tạo đế có chuẩn định vị khối V đảm bảo độ vng góc đƣờng tâm que đo với cạnh bên khối V; Hạn chế luận văn Với thời gian kiến thức hạn chế theo luận văn cịn có số hạn chế phần mềm nhƣ phần cứng là: - Chƣa có phần bù nhiệt cho tay đo; - Chƣa có chức tích hợp rung động; Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 89 - Chƣa có chức đo tự động TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Thành Long, Lý Thanh Minh, Thiết kế, chế tạo ứng dụng máy đo PCMM kiểu robot, Tạp chí khí, số năm 2014, Tr 35-41 Phạm Thành Long, Điều khiển robot mềm phương pháp nội suy sử dụng hàm định dạng kết hợp với chế bù kép, Tạp chí khí, số năm 2015, Tr 116123 Phạm Thành Long, Xác định dung sai giới hạn khâu khớp động dựa phản ứng động học robot, Tạp chí khí, số năm 2015, Tr Tạ Văn Đĩnh, Phương pháp Tính, tái lần thứ 5, NXB Giáo Dục 1999 M Hebert, “Active and passive range sensing for robotics,” in Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA '00), pp 102–110, San Francisco, Calif, USA, April 2000 J L Martinez, A Pozo-Ruz, S Pedraza, and R Fernandez, “Object following and obstacle avoidance using a laser scanner in the outdoor mobile robot Aurigaα,” in Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp 204–209, October 1998 S I Roumeliotis and G A Bekey, “SEGMENTS: A layered, dual-Kalman filter algorithm for indoor feature extraction,” in Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp 454–461, Takamatsu, Japan, November 2000 .Y D Kwon and J S Lee, “Stochastic map building method for mobile robot using 2-D laser range finder,” Autonomous Robots, vol 7, no 2, pp 187–200, 1999 View at Publisher · View at Google Scholar· View at Scopus A Scott, L E Parker, and C Touzet, “Quantitative and qualitative comparison of three laser-range mapping algorithms using two types of laser scanner data,” in Proceedings of the IEEE Interantional Conference on Systems, Man and Cybernetics, pp 1422–1427, October 2000 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 90 10 J Guivant, E Nebot, and S Baiker, “High accuracy navigation using laser range sensors in outdoor applications,” in Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA '00), pp 3817–3822, April 2000 11 L A Albuquerque and J M S T Motta, “Implementation of 3D shape reconstruction from range images for object digital modeling,” ABCM Symposium Series in Mechatronics, vol 2, pp 81–88, 2006 12 L Zhang and B K Ghosh, “Line segment based map building and localization using 2D laser rangefinder,” in Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA '00), pp 2538–2543, April 2000 13 P Biber, H Andreasson, T Duckett, and A Schilling, “3D modeling of indoor environments by a mobile robot with a laser scanner and panoramic camera,” in Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Sendai, Japan, October 2004 14 T Borangiu, A Dogar, and A Dumitrache, “Modeling and simulation of short range 3D triangulation-based laser scanning system,” International Journal Computers,Communications & Control, vol 3, supplement, pp 190–195, 2008 15 S Larsson and J A P Kjellander, “Motion control and data capturing for laser scanning with an industrial robot,” Robotics and Autonomous Systems, vol 54, no 6, pp 453–460, 2006 View at Publisher· View at Google Scholar · View at Scopus 16 R A Jarvis and Y L Chiu, “Robotic replication of 3D solids,” in Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, (IROS '96), pp 89–95, November 1996 17 R Brancati, C Rossi, and S Scocca, “An experimental planar manipulator controlled in the joint space,” in Proceedings of the 4th IEEE International Conference on Intelligent Engineering Systems (INES '00), pp 125–128, Portoroz, Slovenia, September 2000 18 S Pagano, C Rossi, and F Timpone, “A low cost axes revolute industrial robot design,” in Proceedings of the Workshop On Robotics in Alpe-Adria-Danube (RAAD '02), pp 117–122, Balatonfüred, Hungary, June 2002 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 91 19 R Brancati, C Rossi, S Savino, and G Vollono, “A robot prototype for advanced didatic,” inProceedings of the 13th International Workshop On Robotics in Alpe-Adria-Danube (RAAD '04), pp 293–298, Brno, Czech Republic, June 2004 20 R Brancati, C Rossi, and S Savino, “A method for trajectory planning in the joint space,” in Proceedings of the 14th International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region, pp 81–85, Bucharest, Romania, May 2005 21 V Niola, C Rossi, S Savino, and S Strano, “A method for the calibration of a 3-D laser scanner,” inProceedings of the 19th International Conference on Flexible Automation and Intelligent Manufacturing, 2009 22 V Niola, C Rossi, S Savino, and S Strano, “A new real time shape acquisition system with a laser scanner: first test results,” in Proceedings of the 19th International Conference on Flexible Automation and Intelligent Manufacturing, 2009 23 V Niola, C Rossi, S Savino, and S Strano, “Robot trajectory planning by points and tangents,” inProceedings of the 10th WSEAS International Conference On Robotics, Control And Manufacturing Technology, Hangzhou, China, April 2010 24 C Rossi, S Savino, and S Strano, “3D object reconstruction using a robot arm,” in Proceedings of the 2nd European Conference on Mechanism Science, Cassino, Italy, 2008 25 C Rossi, Lectures notes in Mechanics of Robot, Edizioni Scientifiche ed Artistiche, Naples, Italy, 2008, ISBN 978-88-95430-118-8, A.Y 2008-2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ... tài luận văn thạc sỹ: "Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị số hóa biên dạng kiểu ROBOT" THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Mã số: 60520103 THIẾT BỊ ĐO BIÊN DẠNG... lần thử nghiệm, biên dạng dụng cụ cuối kết đƣợc tái tạo từ biên dạng thực tế - Mỗi lần thử nghiệm phải triển khai nhiều công việc đo kiểm thiết kế lại dụng cụ, thiết kế dƣỡng kiểm dụng cụ, thiết. .. loại thiết bị đo quét tọa độ phổ biến thiết bị đo không tiếp xúc thiết bị đo tiếp xúc Điển hình loại máy máy quét laser máy đo tọa độ (Coordinate Measuring Machine - CMM) Trong giai đo? ??n thiết bị