Luận văn thạc sĩ thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị số hóa dữ liệu bề mặt vật thể kiểu tay robot

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRẦN NAM THẮNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ SỐ HÓA DỮ LIỆU BỀ MẶT VẬT THỂ KIỂU TAY ROBOT LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ THÁI NGUYÊN – NĂM 2016 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRẦN NAM THẮNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ SỐ HÓA DỮ LIỆU BỀ MẶT VẬT THỂ KIỂU TAY ROBOT Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 60520103 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHẠM THÀNH LONG THÁI NGUYÊN – NĂM 2016 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tên là: Trần Nam Thắng Học viên: Lớp Cao học K16 Đơn vị công tác: Công ty CP Cơ khí tơ Nghệ An – Tổng Công ty Công nghiệp ô tô Việt Nam Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị số hóa liệu bề mặt vật thể kiểu tay Robot Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 60520103 Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân Các ý tưởng, thiết kế, chế tạo số liệu hoàn toàn trung thực, chưa công bố cơng trình khác Thái Ngun, ngày tháng năm 2016 Học viên: Trần Nam Thắng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đề tài, tác giả nhận nhiều giúp đỡ từ phía nhà trường, thấy cô giáo Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp – Đại học Thái Nguyên Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, phòng Đào tạo, thầy cô giáo tham gia giảng dạy tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành chương trình học hồn thiện luận văn Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo PGS.TS Phạm Thành Long định hướng, theo dõi truyền đạt kiến thức để tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo, Ban giám đốc Công ty CPCK ô tô Nghệ An tạo điều kiện cho tác giả học nâng cao trình độ; Xin cảm ơn đến bạn Tô Tấn Trung Dũng – Công ty TNHH Châu Đà – Đà Nẵng, xin cảm ơn bạn lớp Lê Tiến Thanh – Trường CĐ nghề Việt-Hàn – Nghệ An giúp đỡ tác giả tháo gỡ khó khoăn làm luận văn Mặc dù cố gắng song kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên đề tài chắn cịn nhiều thiếu sót cần bổ sung Do vậy, kính mong q thầy cơ, đồng nghiệp, bạn bè đóng góp để tác giả hồn thiện kiến thức ứng dụng kiến thức học vào thực tế Tác giả xin chân thành cảm ơn! Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT TT Kí hiệu PCMM CMM PLC NC CNC RE CAD CAM CIM 10 FE 11 DH 12 2D 13 3D 14 VBA 15 GUI DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU STT Kí hiệu Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Hình 1.9 10 Hình 1.10 11 Hình 1.11 12 Hình 1.12 13 Hình 1.13 14 Hình 1.14 15 Hình 1.15 16 Hình 2.1 17 Hình 2.2 18 Hình 2.3 19 Hình 2.4 20 Hình 2.5 21 Hình 2.6 22 Hình 2.7 23 Hình 2.8 24 Hình 2.9 25 Hình 2.10 26 Hình 2.11 27 Hình 2.12 28 Hình 2.13 29 Hình 2.14 30 Hình 2.15 31 Hình 4.1 32 Hình 4.2 33 Hình 4.3 34 Hình 4.6 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 35 Hình 4.7 36 Hình 4.8 37 Hình 4.9 38 Hình 4.10 39 Hình 4.11 40 Hình 4.17 41 Hình 5.1 42 Hình 5.2 43 Hình 5.3 44 Hình 5.4 45 Hình 5.5 46 Hình 5.6 47 Hình 5.7 48 Hình 5.8 49 Hình 5.9 50 Hình 5.10 51 Hình 5.12 52 Hình 5.14 STT Kí hiệu Sơ đồ 1.1 Sơ đồ 1.2 Sơ đồ 3.1 Sơ đồ 3.2 Biểu đồ 4.12 Biểu đồ 4.13 Biểu đồ 4.14 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 8 Sơ đồ 5.11 Sơ đồ 5.13 STT Kí hiệu Bảng 4.4 Bảng 4.5 Bảng 4.15 Bảng 4.16 Bảng 4.18 Bảng 4.19 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC Mở đầu Chương 1: Tổng quan vấn đề số hóa bề mặt 1.1 Sản xuất ngược 1.2 Thiết bị số hóa đo lường sản xuất ngược 1.2.1 Các loại máy CMM 1.2.1.1 Máy công cụ số hóa 1.2.1.2.Máy quét Laser 1.2.1.3 Máy đo tọa độ CMM 1.2.2 Các loại đầu dò 1.2.2.1 Đầu dò điểm tiếp xúc 1.2.2.2 Đầu quét liên tục 1.2.2.3 Đầu quét Laser 1.3 Cơ sở lý thuyết xây dựng đường cong, mặt cong 1.3.1 Phương pháp nội suy 1.3.1.1 Phương pháp nội suy theo đa thức Lagrange 1.3.1.2 Phương pháp nội suy đường cong tham số bậc khúc 1.3.1.3 Phương pháp nội suy đường cong Spline bậc 1.3.2 Phương pháp xấp xỉ 1.3.2.1 Xấp xỉ Bézier 1.3.2.2 Xấp xỉ B-spline 1.3.3 Phương pháp số từ liệu đám mây điểm 1.4 Kết luận chương Chương 2: Nguyên lý, cấu trúc máy đo ba chiều kiểu robot 2.1 Định hướng đề tài 2.1.1 Lý chọn đề tài 2.1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2.1.3 Phương pháp phương pháp luận 2.1.4 Ý nghĩa nghiên cứu Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 10 80 For i = To a Cells(i, 1) = x(i) Cells(i, 2) = y(i) Range(Cells(1, 3), Cells(a, 3)).Value = tbx1.Value Next typemismath: MsgBox "Du lieu phai la so >=1" GoTo endsub endsub: End Sub Private Sub btn_Z_Click() Dim a As Long a = ActiveSheet.Range("A" & Rows.Count).End(xlUp).Row If tbx1.Value And tbx1.Value "" Then Range(Cells(1, 3), Cells(a, 3)).Value = tbx1.Value Range(Cells(a, 1), Cells(a, 3)).Value = "" Worksheets(1).Range(Cells(1, 1), Cells(a - 1, 3)).Select Else: MsgBox "Vui lòng nhap toa Z" End If End Sub Code chương trình tạo Add-in phần mềm OfficeCustomUIEditorSetup: Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 81 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 82 Phụ lục 2: Code lập trình phần mềm “SoHoa3D_Matlab” viết GUI Matlab 2007: function varargout = SoHoa3d_Matlab(varargin) % SOHOA3D_MATLAB M-file for SoHoa3d_Matlab.fig % SOHOA3D_MATLAB, by itself, creates a new SOHOA3D_MATLAB or raises the existing % singleton* % % H = SOHOA3D_MATLAB returns the handle to a new SOHOA3D_MATLAB or the handle to % the existing singleton* % % SOHOA3D_MATLAB('CALLBACK',hObject,eventData,handles, ) calls the local % function named CALLBACK in SOHOA3D_MATLAB.M with the given input arguments % % SOHOA3D_MATLAB('Property','Value', ) creates a new % existing singleton* Starting from the left, property value pairs are % applied to the GUI before SoHoa3d_Matlab_OpeningFunction gets called An % unrecognized property name or invalid value makes property application % stop All inputs are passed to SoHoa3d_Matlab_OpeningFcn via varargin % % *See GUI Options on GUIDE's Tools menu Choose "GUI allows only one % instance to run (singleton)" % % See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 83 % Copyright 2002-2003 The MathWorks, Inc % Edit the above text to modify the response to help SoHoa3d_Matlab % Last Modified by GUIDE v2.5 18-Nov-2015 21:41:27 % Begin initialization code - DO NOT EDIT gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, 'gui_Singleton', gui_Singleton, 'gui_OpeningFcn', @SoHoa3d_Matlab_OpeningFcn, 'gui_OutputFcn', @SoHoa3d_Matlab_OutputFcn, 'gui_LayoutFcn', [] , 'gui_Callback', []); if nargin && ischar(varargin{1}) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1}); end if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); else gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); end % End initialization code - DO NOT EDIT % - Executes just before SoHoa3d_Matlab is made visible function SoHoa3d_Matlab_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) % This function has no output args, see OutputFcn % hObject handle to figure Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 84 % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % varargin command line arguments to SoHoa3d_Matlab (see VARARGIN) % Choose default command line output for SoHoa3d_Matlab handles.output = hObject; % Update handles structure guidata(hObject, handles); % UIWAIT makes SoHoa3d_Matlab wait for user response (see UIRESUME) % uiwait(handles.figure1); % - Outputs from this function are returned to the command line function varargout = SoHoa3d_Matlab_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) % varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT); % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Get default command line output from handles structure varargout{1} = handles.output; function txtOpen_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to txtOpen (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of txtOpen as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of txtOpen as a double % - Executes during object creation, after setting all properties Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 85 function txtOpen_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to txtOpen (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows See ISPC and COMPUTER % if ispc set(hObject,'BackgroundColor','white'); else set(hObject,'BackgroundColor',get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')); end % - Executes on button press in btnDuyet function btnDuyet_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to btnDuyet (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) [filename pathfolder] = uigetfile({'*.xls'},'MultiSelect','on'); set(handles.txtOpen,'String', pathfolder); set(handles.listbox1,'String', filename); % - Executes on button press in btnVe function btnVe_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to btnVe (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) y{i} = a(1,i).Sheet1(:,2); a1 = str2num(get(handles.txtSoDuong,'string')); for i = 1:a1 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 86 pathfolder = get(handles.txtOpen,'string'); a(i) = importdata([pathfolder,num2str(i),'tnt.xls']); x{i} = a(1,i).Sheet1(:,1); z{i} = a(1,i).Sheet1(:,3); m{i} = plot3(x{1,i},y{1,i},z{1,i}); hold on %b{i} = [x{i} y{i} z{i}]; end %c = vertcat(b{:}); %dlmwrite('pointcoud.xyz',c,'delimiter',',','newline','pc'); function txtSoDuong_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to txtSoDuong (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of txtSoDuong as text str2double(get(hObject,'String')) returns contents of txtSoDuong as a double % % - Executes during object creation, after setting all properties function txtSoDuong_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to txtSoDuong (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows See ISPC and COMPUTER % if ispc set(hObject,'BackgroundColor','white'); Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 87 else set(hObject,'BackgroundColor',get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')); end % - Executes on button press in pushbutton3 function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to pushbutton3 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % - Executes on button press in btnClose function btnClose_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to btnClose (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) close; % - Executes on slider movement function slider2_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to slider2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'Value') returns position of slider % get(hObject,'Min') and get(hObject,'Max') to determine range of slider % - Executes during object creation, after setting all properties function slider2_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to slider2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 88 % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: slider controls usually have a light gray background, change 'usewhitebg' to to use default See ISPC and COMPUTER % usewhitebg = 1; if usewhitebg set(hObject,'BackgroundColor',[.9 9]); else set(hObject,'BackgroundColor',get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')); end % - Executes on selection change in listbox1 function listbox1_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to listbox1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: contents = get(hObject,'String') returns listbox1 contents as cell array contents{get(hObject,'Value')} returns selected item from listbox1 % % - Executes during object creation, after setting all properties function listbox1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to listbox1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: listbox controls usually have a white background on Windows See ISPC and COMPUTER % if ispc set(hObject,'BackgroundColor','white'); Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 89 else set(hObject,'BackgroundColor',get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')); end % - Executes on selection change in popupmenu3 function popupmenu3_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to popupmenu3 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: contents = get(hObject,'String') returns popupmenu3 contents as cell array contents{get(hObject,'Value')} returns selected item from popupmenu3 % % - Executes during object creation, after setting all properties function popupmenu3_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to popupmenu3 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: popupmenu controls usually have a white background on Windows See ISPC and COMPUTER % if ispc set(hObject,'BackgroundColor','white'); else set(hObject,'BackgroundColor',get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')); end % - Executes during object creation, after setting all properties function btnVe_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 90 % hObject handle to btnVe (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % - Executes on button press in btn_Save function btn_Save_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to btn_Save (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % [filename, pathname]= uiputfile({'*.xyz';'*.xls';'*.mat';'*.*'},'Save as'); a1 = str2num(get(handles.txtSoDuong,'string')); for i = 1:a1 pathfolder = get(handles.txtOpen,'string'); a(i) = importdata([pathfolder,num2str(i),'tnt.xls']); x{i} = a(1,i).Sheet1(:,1); y{i} = a(1,i).Sheet1(:,2); end c = vertcat(b{:}); dlmwrite('pointcloud.xyz',c,'delimiter',',','newline','pc'); z{i} = a(1,i).Sheet1(:,3); b{i} = [x{i} y{i} z{i}]; % - Executes during object creation, after setting all properties function axes1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to axes1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: place code in OpeningFcn to populate axes1 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 91 % - Executes on button press in btn_Plot3 function btn_Plot3_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to btn_Plot3 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) figure; view(3); y{i} = a(1,i).Sheet1(:,2); a1 = str2num(get(handles.txtSoDuong,'string')); for i = 1:a1 pathfolder = get(handles.txtOpen,'string'); a(i) = importdata([pathfolder,num2str(i),'tnt.xls']); x{i} = a(1,i).Sheet1(:,1); z{i} = a(1,i).Sheet1(:,3); m{i} = plot3(x{1,i},y{1,i},z{1,i}); hold on end Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 92 Phụ lục 3: Code chương trình PLC điều khiển trục Z viết từ phần mềm GX-Devoloper 9.0 [18,19]: Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 93 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 94 Phụ lục 4: Bản vẽ thiết kế Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ... NGHIỆP TRẦN NAM THẮNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ SỐ HÓA DỮ LIỆU BỀ MẶT VẬT THỂ KIỂU TAY ROBOT Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 60520103 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT... tài: Thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị số hóa liệu bề mặt vật thể kiểu tay Robot Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 60520103 Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân Các ý tưởng, thiết. .. 2.3.1 Thiết bị CMM 2D có 2.3.2 Nâng cấp máy thiết bị số hóa CMM 2D lên 3D 2.3.3 Ý tưởng thiết kế thiết bị số hóa bề mặt vật thể kiểu tay robot 2.4.Kết luận chương Chương 3: Thiết