Nghiên cứu chuyển vị trục của máy đo 3 tọa độ dạng cầu trục chạy trên đệm khí

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu chuyển vị trục máy đo tọa độ dạng cầu trục chạy đệm khí TRẦN VĂN DOANH Doanh.TVCB170290@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật khí Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Thị Phương Mai Chữ ký GVHD Viện: Cơ khí HÀ NỘI, 9/2020 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Trần Văn Doanh Đề tài luận văn: Nghiên cứu chuyển vị trục máy đo tọa độ dạng cầu trục chạy đệm khí Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã số SV: CB170290 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 13 tháng 10 năm 2020 với nội dung sau: - Thêm phần tính cấp thiết đề tài, chuyển mục 3.6 thành kết luận luận văn - Cần có hình vẽ minh họa phần giải thích (trang 7) - Cần ghi thích đầy đủ tên thiết bị hình vẽ (Hình 2.1, 2.5 ) - Trình tự đo phải rõ ràng, làm rõ ảnh hưởng chuyển vị tới kết đo - Bổ sung điều kiện biên chương trình mơ - Chỉnh sửa phần trích dẫn, cần phải lấy từ tài liệu gốc - Chỉnh sửa đơn vị biểu đồ (Hình 3.13) Ngày Giáo viên hướng dẫn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG tháng năm 2020 Tác giả luận văn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn cơng trình tơi nghiên cứu điều kiện Việt Nam, không vi phạm quyền tác giả Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực Tác giả luận văn Trần Văn Doanh LỜI CẢM ƠN Học viên xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Phương Mai, Bộ mơn Cơ khí xác quang học – ĐH Bách khoa Hà Nội, thầy cô mơn hướng dẫn giúp đỡ tận tình cung cấp điều kiện thí nghiệm tốt để học viên hoàn thành Luận văn Đề tài hoàn thành với tài trợ Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, đề tài “Nghiên cứu xây dựng phương pháp đo dịch chuyển độ xác ±0.1 micromet ứng dụng đo kiểm sống dẫn máy cơng cụ, trung tâm gia cơng khí”, PC 2020 TĨM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Tính cấp thiết luận văn: máy đo tọa độ ứng dụng nhiều sở sản xuất Do đó, việc đảm bảo độ xác kết đo q trình đo ln đặt lên vị trí hàng đầu Việc nghiên cứu máy đo tọa độ, tìm nguyên nhân gây sai số kết đo thu được, qua xây dựng phương pháp giải pháp loại bỏ sai số này, xu hướng nghiên cứu Luận văn viết nhằm thực nội dung sau đây: • Mục đích nghiên cứu: ảnh hưởng chuyển vị đến độ xác máy đo tọa độ • Nhiệm vụ luận văn: - Phân tích thành phần chuyển vị lực quán tính tác động, đánh giá mức độ ảnh hưởng thành phần chuyển vị tới độ xác máy đo tọa độ - Mô ứng suất chuyển vị tải trọng tĩnh tác phần mềm mô Inventor - Xây dựng thực nghiệm đánh giá độ xác máy đo tọa độ mẫu Từ liệu đo thu được, đánh giá nhân tố ảnh hưởng đến kết đo • Đối tượng đo: chiều dài mẫu song phẳng • Phạm vi nghiên cứu: chuyển vị khớp độ xác phép đo chiều dài máy đo tọa độ • Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận văn ❖ Ý nghĩa khoa học: tạo hướng cho việc bù sai số ảnh hưởng chuyển vị gây sau Đồng thời, thực nghiệm thực điều kiện tiêu chuẩn, giúp đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ đến việc đo lường chiều dài máy đo tọa độ Ở nhiệt độ 20ºC, sai số giãn nở nhiệt 1µm chiều dài 600mm ❖ Ý nghĩa thực tiễn: kết nghiên cứu áp dụng cho việc giảng dạy đo lường máy đo tọa độ môn • Cấu trúc luận văn: Chương 1: Máy đo tọa độ dạng cầu trục Chương 2: Nghiên cứu chuyển vị máy đo tọa độ Chương 3: Ảnh hưởng chuyển vị đến kết đo Chương 4: Kết luận hướng phát triển HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC CHƯƠNG MÁY ĐO TỌA ĐỘ DẠNG CẦU TRỤC 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Giới thiệu chung phân loại máy đo tọa độ 1.1.2 Ưu, nhược điểm máy đo tọa độ dạng cầu trục 1.1.3 Ứng dụng máy đo tọa độ 1.1.4 Đệm khí 1.2 Cấu trúc chung máy đo tọa độ dạng cầu trục 1.3 Các hướng nghiên cứu chuyển vị trục máy đo tọa độ CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC CHUYỂN VỊ TRÊN MÁY ĐO TỌA ĐỘ 11 2.1 Chuyển vị lực quán tính tác động 11 2.1.1 Các khớp máy đo tọa độ dạng cầu trục 11 2.1.2 Các thành phần chuyển vị khớp 13 2.2 Phân tích thí nghiệm chuyển vị tải trọng tĩnh 16 2.2.1 Ứng suất chuyển vị trục Z nằm bên trái trục X 17 2.2.2 Ứng suất chuyển vị trục Z nằm bên phải trục X 19 CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA CHUYỂN VỊ ĐẾN KẾT QUẢ ĐO 24 3.1 Phương pháp kiểm tra độ xác 24 3.2 Thiết kế sơ đồ đo 25 3.3 Thực nghiệm đo chuẩn bậc máy đo tọa độ Hexagon Global I 071070 ………………………………………………………………………….31 3.4 Thực nghiệm đo mẫu máy đo tọa độ Mitutoyo Crysta – Apex S544 ………………………………………………………………………….35 3.5 Độ không đảm bảo đo phép đo chiều dài với phôi chưa hiệu chuẩn 40 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 46 PHỤ LỤC 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Máy đo tọa độ dạng công-xôn (cantilever arm) Hình 1.2 Máy đo tọa độ kiểu tay địn nằm ngang (horizontal arm) Hình 1.3 Máy đo tọa độ kiểu giàn (gantry) Hình 1.4 CMM kiểu cầu cố định Hình 1.5 CMM kiểu cầu di động Hình 1.6 Kiểm tra sản phẩm sau gia công máy CMM Hình 1.7 Máy đo tọa độ lấy kích thước dựng lại mẫu máy tính Hình 1.8 Đệm khí sử dụng máy đo tọa độ Hình 1.9 Vị trí đệm khí máy đo tọa độ Mitutoyo Hình 1.10 Cấu trúc chung máy đo tọa độ dạng cầu trục Hình 1.11 Nguyên tắc hoạt động máy đo tọa độ dạng cầu trục Hình 2.1 Khớp khâu dẫn hướng khâu mang 11 Hình 2.2 Bố trí đệm khí trục Y 11 Hình 2.3 Bố trí đệm khí theo trục X 12 Hình 2.4 Sơ đồ bố trí đệm khí trục Z 13 Hình 2.5 Các thành phần chuyển vị khâu mang khâu dẫn 14 Hình 2.6 Phân bố ứng suất hệ khí trục Z thép C45 17 Hình 2.7 Phân bố ứng suất hệ khí trục Z hợp kim nhơm 18 Hình 2.8 Chuyển vị trục trục Z thép C45 18 Hình 2.9 Chuyển vị hệ khí trục Z hợp kim nhôm 19 Hình 2.10 Phân bố ứng suất hệ khí trục Z thép C45 20 Hình 2.11 Chuyển vị hệ khí trục Z thép C45 20 Hình 2.12 Phân bố ứng suất hệ khí trục Z làm hợp kim nhơm 21 Hình 2.13 Chuyển vị hệ khí trục Z hợp kim nhơm 22 Hình 3.1 Sơ đồ đo không dùng công cụ đo khoảng cách 25 Hình 3.2 Sơ đồ đo dùng công cụ đo khoảng cách 25 Hình 3.3 Khoảng cách điểm khơng gian 26 Hình 3.4 Các khoảng cách hai điểm không gian 26 Hình 3.5 Phép chiếu điểm đo lên mặt phẳng tham chiếu 27 Hình 3.6 Hệ trục tọa độ vật cho trường hợp 28 Hình 3.7 Kết đo mẫu trường hợp 29 Hình 3.8 Kết đo chiều dài trường hợp 30 Hình 3.9 Hệ trục tọa độ vật cho trường hợp 30 Hình 3.10 Sơ đồ đo đo chuẩn bậc 31 Hình 3.11 Bố trí thực nghiệm đo chuẩn bậc 32 Hình 3.12 Trình tự đo chuẩn bậc máy đo tọa độ 33 Hình 3.13 Đồ thị sai số đo chiều dài 100 – 600 mm máy đo DEA 34 Hình 3.14 Bố trí thực nghiệm 35 Hình 3.15 Sơ đồ đo mẫu song phẳng 35 Hình 3.16 Biểu đồ sai lệch chiều dài đo mẫu theo phương Ox 38 Hình 3.17 Biểu đồ sai lệch chiều dài đo mẫu theo phương Oy 39 Hình 3.18 Biểu đồ sai lệch chiều dài đo mẫu theo phương Oz 39 Hình 3.19 Phương đo theo tiêu chuẩn ISO [17] 44 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các thành phần chuyển vị ảnh hưởng lớn máy đo tọa độ dạng cầu di động [2] 15 Bảng 2.2 Kết đo mẫu vận tốc di chuyển khác [6] 16 Bảng 3.1 Một số hệ thống tiêu chuẩn đánh giá độ xác máy đo tọa độ 24 Bảng 3.2 Các phương tiện đo sử dụng 32 Bảng 3.3 Kết đo chiều dài (100 - 600) mm máy đo tọa độ DEA 34 Bảng 3.4 Các phương tiện đo sử dụng 36 Bảng 3.5 Kết hiệu chuẩn mẫu Viện đo lường Việt Nam 37 Bảng 3.6 Kết trung bình đo mẫu máy đo tọa độ 38 Bảng 3.7 Kết đo kích thước phơi hình hộp (mm) 45 Bảng 3.8 Kết đo kích thước mẫu song phẳng 100 mm 45 Kết hiệu chuẩn Kiểm tra bên ngoài: Đạt Kiểm tra kỹ thuật: Đạt Kiểm tra đo lường: Bảng 3.5 Kết hiệu chuẩn mẫu Viện đo lường Việt Nam - STT Kích thước danh nghĩa (mm) Số serial Độ lệch kích thước (µm) 25 50 100 974189 971396 974177 - 0,01 -0,05 -0,36 Độ song song mặt đo (µm) 0,01 0,05 0,32 c Chuẩn bị thí nghiệm Khởi động máy đo tọa độ Đặt sensor nhiệt độ lên mẫu Làm đầu đo, bàn đo mẫu khăn lau dung dịch chuyên dụng, ổn định trước tiến hành 1h Khởi động phần mềm đo, khai báo liệu chuẩn mẫu trước đo d Trình tự đo Đặt kẹp chặt mẫu vị trí giữa, dọc theo trục X máy đo tọa độ hình 3.15 Xác định chiều dài mẫu thực bước sau: Đo điểm khơng thẳng hàng (trong điểm nằm điểm lại cách mép khoảng 1,5 mm) mặt đo mẫu 𝐿1 = 25 𝑚𝑚, tạo mặt phẳng (A) từ điểm phần mềm đo (hình 3.14) Đo điểm (B) nằm mặt đo, đối diện với mặt đo bước (1) tính khoảng cách điểm đến mặt phẳng A phần mềm đo Giá trị thu kết đo mẫu 𝐿1 = 25 𝑚𝑚 máy đo tọa độ Lặp lại bước (2) thêm lần với điểm khác nhau, thu kết đo mẫu 𝐿1 = 25 𝑚𝑚 Như vậy, mẫu đo vị trí khác nhau, lặp lại lần nhận 21 phép đo mẫu 𝐿1 = 25 𝑚𝑚 Thay mẫu 𝐿2 = 50 𝑚𝑚 𝐿3 = 100 𝑚𝑚 lặp lại bước từ “1” đến “4” nhận tổng số 63 phép đp mẫu theo phương trục X Lặp lại bước (1) đến (4) với phương theo trục Y, trục Z, xác định 189 kết đo chiều dài mẫu 37 e Kết đo mẫu Mỗi mẫu đo điểm, theo vận tốc di chuyển khác (lần 1: mm/s; lần 2: 12 mm/s; lần 3: 20 mm/s), theo phương song song với trục, thu 189 kết đo trình bày phần Phụ lục Bảng 3.6 Kết trung bình đo mẫu máy đo tọa độ L =25 mm L = 50 mm L = 100 mm Lần đo 24,996 24,995 49,996 49,995 99,996 99,995 21 21 17 20 19 13 10 11 15 13 𝐿̅ ≈ 24,9958 49,9958 99,9956 Biểu diễn kết đo mẫu theo phương dạng đồ thị Hình 3.16 Biểu đồ sai lệch chiều dài đo mẫu theo phương Ox 38 Hình 3.17 Biểu đồ sai lệch chiều dài đo mẫu theo phương Oy Hình 3.18 Biểu đồ sai lệch chiều dài đo mẫu theo phương Oz Nhận xét: Khi tốc độ di chuyển nhanh tăng dần từ mm/s lên 20 mm/s, tần suất xuất giá trị đo có sai số lớn tăng theo + ISO 10360-2: (3+L/250) μm + Theo công bố hãng Mitutoyo: (2,5+4L/1000) μm 39 3.5 Độ không đảm bảo đo phép đo chiều dài với phôi chưa hiệu chuẩn Như nêu ISO GUM [20] ISO 14253 đánh giá phù hợp với đặc điểm kỹ thuật tính đến độ khơng đảm bảo đo Máy đo tọa độ (CMM) thiết bị đo linh hoạt CMM đo số điểm nằm phôi để xây dựng yếu tố liên quan (như hình trịn, mặt phẳng, v.v.) đầu đo Từ tính liên quan, kết đo mong muốn sai lệch hình dạng, sai lệch vị trí, sai lệch kích thước rút Các kết đo so sánh với dung sai thiết kế Đánh giá độ không đảm bảo đo thông số yếu tố liên quan phức tạp có nhiều yếu tố không đảm bảo đo Một nguồn quan trọng độ không đảm bảo thân phôi Sai lệch hình thức (như sai lệch độ tròn, độ phẳng, v.v.) kết hợp với việc lấy mẫu hạn chế nguồn độ khơng đảm bảo đo, khó định lượng tính đến Thành phần độ không đảm bảo đo cho máy CMM - Phơi: sai lệch hình dạng, độ nhám, độ uốn dẻo, kẹp, trọng lượng, nhiệt độ - Phần cứng: lỗi đầu đo, lỗi hình học CMM, lỗi thước kính, lỗi nhiệt - Phương pháp đo: số lượng phân bố điểm, tốc độ đo - Phương pháp đánh giá: chỉnh, thuật toán Kỹ thuật xác định độ không đảm bảo đo CMM Khi kết đo Y viết dạng hàm phân tích 𝑦 = 𝑓(𝑋1 , 𝑋2 , … , 𝑋𝑁 ) đầu vào 𝑋𝑖 , độ khơng đảm bảo đo đánh giá theo ISO GUM [20] Đối với máy đo tọa độ, có mơ hình phân tích q trình đo Các phương pháp khác sử dụng để xác định độ không đảm bảo đo CMM, số số chúng mô tả ISO / TS 15530 Các phương pháp thường sử dụng là: - Dùng nhiều phương pháp đo khác Dùng phôi hiệu chuẩn (ISO / TS 15530-3) Dùng mô máy tính (ISO / TS 15530-4) Dùng đánh giá chuyên gia Hai phương pháp cho phép đánh giá độ không đảm bảo đo đáng tin cậy cách tiếp cận thực nghiệm chúng Chúng dễ thực tốn thời gian Việc sử dụng mơ máy tính địi hỏi nỗ lực thực đáng kể, hữu ích Về độ phức tạp phép đo CMM, đánh giá chuyên gia lúc đáng tin cậy, khuyến nghị khơng có phương pháp khác 40 Nguyên tắc phương pháp xác định độ không đảm bảo đo theo ISO GUM tiến hành số phép đo trình tự đo thay đổi vị trí đo phương đo vùng làm việc máy đo tọa độ Việc phân tích kết thực sở phân tích độ lệch chuẩn đối tượng đo, tách hai thành phần độ không đảm bảo đo: • Ảnh hưởng độ lặp lại phép đo kết hợp với việc phân bố điểm đo sai lệch hình dạng, độ nhám bề mặt đối tượng đo (urep) • Ảnh hưởng sai số hình học liên quan đến ảnh hưởng trình kiểm tra chất lượng đầu đo (ugeo) Trong trường hợp đại lượng đo khoảng cách vị trí, ba thành phần khác độ khơng đảm bảo đo xác định thêm: • Sai số trung bình đo độ dài xác định đo chuẩn độ dài Thành phần tính cách tính đến độ khơng đảm bảo việc hiệu chuẩn độ dài chuẩn độ lặp lại phép đo (EL) • Sai số trung bình đường kính đầu đo độ lệch chuẩn liên quan đến sai số Nó bao gồm thành phần hệ thống độ không đảm bảo đo đặc tính đối tượng đo (ED) • Độ khơng đảm bảo đo ảnh hưởng nhiệt độ, ước tính theo độ giãn nở nhiệt máy đo tọa độ đối tượng đo thay đổi nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến kết đo (utemp) Kết cuối (ycorr) xác định theo phương trình: ycorr = y – EL – ED PT 3.1 Trong đó: y: giá trị trung bình kết đo thu từ tất phép đo EL: Sai số hệ thống đối tượng đo độ dài ED: Sai số hệ thống đầu đo không kiểm định chất lượng mà xác định hệ thống Trong trường hợp đo mẫu song phẳng: 𝐿𝑚𝑒𝑎𝑠𝑠𝑡𝑑 − 𝐿𝑐𝑎𝑙𝑠𝑡𝑑 𝐸𝐿 = ×𝐿 𝐿𝑐𝑎𝑙𝑠𝑡𝑑 Trong 𝐿𝑚𝑒𝑎𝑠𝑠𝑡𝑑 : giá trị trung bình tất phép đo mẫu 𝐿𝑐𝑎𝑙𝑠𝑡𝑑 : giá trị xác chiều dài mẫu (được ghi chứng hiệu chuẩn) 41 L: kích thước danh nghĩa mẫu Trong trường hợp đo vòng chuẩn trơn: 𝐸𝐷 = 𝐷 − 𝐷𝑐𝑎𝑙𝑠𝑡𝑑 Trong đó: D: đường kính trung bình từ tất phép đo Dcalstd: giá trị đường kính vịng chuẩn (được chứng hiệu chuẩn) Độ không đảm bảo mở rộng đo xác định công thức sau: 2 2 + 𝑢2 𝑈 = 𝑘 √𝑢𝑟𝑒𝑝 𝑔𝑒𝑜 + 𝑢𝐷 + 𝑢𝑐𝑜𝑟𝑟𝐿 + 𝑢𝑡𝑒𝑚𝑝 PT 3.2 Trong k: hệ số phủ (thường k=2) 𝑢𝑟𝑒𝑝 : thành phần độ không đảm bảo đo liên quan với độ lặp lại, xác định công thức: 1 PT 3.3 ∑( 𝑗𝑆) 𝑢𝑟𝑒𝑝 = √𝑛1 √𝑛2 n1: số lần lặp lại phép đo theo phương đo n2: số phương đo 𝑗 độ lệch chuẩn giá trị trung bình phương đo thứ j 𝑆: 𝑗 𝑆=√ ( 𝑗𝑦𝑖 − 𝑗𝑦)2 𝑛1 − 𝑗 𝑦𝑖 : kết đo thứ i phương đo thứ j 𝑗 𝑦: giá trị trung bình phương đo thứ j PT 3.4 𝑢𝑔𝑒𝑜 : thành phần độ không đảm bảo liên quan đến độ tái lập phép đo 42 𝑢𝑔𝑒𝑜 = 1 ∑(𝑗𝑦 − 𝑦)2 √ 𝑛 − 𝑛 √ 2 PT 3.5 𝑢𝐷 : Độ không đảm bảo đo hiệu chuẩn bán kính đầu xác định bởi: 𝑢𝐷 = √ ( 𝑈𝑐𝑎𝑙𝑠𝑡𝑑𝐷 2 ) − 𝑢𝑚𝑒𝑠𝑠𝑡𝑑𝐷 𝑘 PT 3.6 𝑈𝑐𝑎𝑙𝑠𝑡𝑑𝐷 : Độ không đảm bảo hiệu chuẩn chuẩn đọc từ chứng hiệu chuẩn k: hệ số phủ đưa chứng hiệu chuẩn (thường k = 2) 𝑢𝑚𝑒𝑠𝑠𝑡𝑑𝐷 : Độ không đảm bảo độ lặp lại phép đo đường kính chuẩn tất kết đo 𝑢𝑐𝑜𝑟𝑟𝐿 = 𝐿 𝐿𝑐𝑎𝑙𝑠𝑡𝑑 √( 𝑈𝑐𝑎𝑙𝑠𝑡𝑑𝐿 𝑢𝑚𝑒𝑠𝑠𝑡𝑑𝐿 ) + 𝑘 𝑛3 PT 3.7 𝑈𝑐𝑎𝑙𝑠𝑡𝑑𝐿 : Độ không đảm bảo việc hiệu chuẩn mẫu (thường k = 2) 𝑢𝑚𝑒𝑠𝑠𝑡𝑑𝐿 : Độ không đảm bảo đo độ lặp lại đo chiều dài mẫu 𝑢𝑡𝑒𝑚𝑝 : độ không đảm bảo thay đổi chiều dài ảnh hưởng nhiệt độ - Thành phần độ không đảm bảo đo nhiệt độ 𝑢 𝑇 , tính theo cơng thức sau: 𝑢 𝑇 = 𝛼 ∙ 𝐿 ∙ 𝑢(𝑡) PT 3.8 đó: 𝑢 𝑇 độ khơng đảm bảo đo nhiệt độ, tính µm; α hệ số dãn nở nhiệt vật liệu, tính µm/mm oC; L chiều dài đo, tính mm; u(t) độ khơng đảm bảo đo thiết bị đo nhiệt độ - Thành phần độ không đảm bảo đo hệ số giãn nở nhiệt 𝑢𝛼 tính theo cơng thức: PT 3.9 𝑢𝛼 = ∆𝑇 ∙ 𝐿 ∙ 𝑢(𝛼) đó: 𝑢𝛼 độ không đảm bảo đo hệ số dãn nở nhiệt máy cơng cụ, tính micromét (µm) ∆T chênh lệch nhiệt độ so với 20 oC, tính độ (oC), ∆T = T – 20 oC 43 L chiều dài đo, tính milimét (mm) u(α) độ không đảm bảo đo hệ số giãn nở nhiệt, tính µm/mm oC Do đó, độ khơng đảm bảo đo thay đổi chiều dài ảnh hưởng nhiệt độ bằng: PT 3.10 𝑢 = √𝑢2 + 𝑢2 𝑡𝑒𝑚𝑝 𝛼 𝑇 * Quy định phương đo Đối với chi tiết cần đo: Hình 3.19 Phương đo theo tiêu chuẩn ISO [17] Theo ISO [17], máy đo tọa độ sử dụng hệ tọa độ Đề - các, phôi cần đo vị trí khác nhau, theo phương đo khác (hình 3.19) • • • • Phương đo hay cịn gọi phương đo sở Phương đo 2, xoay phơi góc 90º theo trục X Phương đo 3, xoay phơi góc 90º theo trục Y Phương đo 4, xoay phơi góc 90º theo trục Z Đối với mẫu song phẳng vòng chuẩn phải đo lần theo phương trục tọa độ máy Ví dụ: xác định độ đảm bảo đo đo kích thước chi tiết dạng hộp có kích thước theo thiết kế 100±0,01mm Căn mẫu song phẳng 100mm có kích thước thực 99,99964mm Được thực máy đo Mitutoyo S544 (Do khơng có vịng chuẩn nên chưa có kết độ khơng đảm bảo đo bán kính đầu đo (𝑢𝐷 ) 44 Bảng 3.7 Kết đo kích thước phơi hình hộp (mm) Lần Lần Lần Lần Lần 𝑗 𝑆 Phương đo 100,009 100,010 100,013 100,012 100,014 0,00021 Phương đo 100,010 100,015 100,009 100,012 100,012 0,00023 Phương đo 100,010 100,012 100,012 100,013 100,011 0,00011 Phương đo 100,012 100,010 100,009 100,012 100,011 0,00013 Bảng 3.8 Kết đo kích thước mẫu song phẳng 100 mm Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Phương đo 99,995 99,995 99,995 99,995 99,995 99,996 99,996 Phương đo 99,996 99,996 99,995 99,995 99,995 99,995 99,996 Phương đo 99,995 99,995 99,995 99,995 99,995 99,996 99,996 Lần lượt áp dụng công thức (PT3.3, PT3.5, PT 3.6) thu Độ không đảm bảo đo sai số hình học máy 𝑢𝑔𝑒𝑜 =0,0002 mm Độ khơng đảm bảo đo độ lặp lại là: 𝑢𝑟𝑒𝑝 = 0,0008 mm Sai số hệ thống phép đo chiều dài chuẩn là: 𝐸𝐿 = 4,3 µm Độ khơng đảm bảo đo phép đo chiều dài chuẩn độ lặp lại là: 𝑢𝑚𝑒𝑎𝑠𝑠𝑡𝑑 = 0,0002 mm Độ không đảm bảo đo hiệu chuẩn mẫu là: 𝑢𝑐𝑜𝑟𝑟𝐿 = 0,0001 mm Do sử dụng cảm biến đo nhiệt độ để bù ảnh hưởng nhiệt độ đến kết đo nên độ không đảm bảo đo nhiệt độ 𝑢𝑡𝑒𝑚𝑝 = Độ không đảm bảo đo mở rộng là: 𝑢 = √0,00022 + 0,00082 + 0,00012 + 𝑢𝐷2 = √6,9 × 10−7 + 𝑢𝐷2 45 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ❖ Kết luận Chuyển vị lực quán tính (do chênh lệch tốc độ di chuyển tốc độ đo lớn) hay tải trọng tĩnh sinh sai số động lực học sai số độ không cứng vững cho máy đo tọa độ Các chuyển vị làm sai lệch vị trí đầu đo so với mong muốn, làm máy thiếu cứng vững, dao động, từ ảnh hưởng đến độ xác kết đo Sử dụng mẫu song phẳng hay chuẩn bậc cho phép đo chiều dài mẫu xác định độ xác máy đo tọa độ số yếu tố gây sai lệch kích thước Đề tài đạt kết quả: Phân tích thành phần chuyển vị khớp máy đo tọa độ, thành phần chuyển vị xoay gây sai số thành phần chuyển vị tịnh tiến gần khơng gây sai số, từ phân tích ảnh hưởng thành phần chuyển vị - Mô ứng suất chuyển vị cho phép người thiết kế chọn vật liệu phù hợp vừa nhẹ vừa đảm bảo độ cứng vững, tránh lãng phí - Hiệu chuẩn mẫu song phẳng số hiệu 974189, 971396, 974177 dùng thí nghiệm - Xây dựng quy trình đo chiều dài mẫu (sơ đồ đo, trình tự đo…) máy đo tọa độ Dựa vào lấy kích thước mẫu hiệu chuẩn làm kích thước so sánh, thấy sai lệch chiều dài lớn chiều dài 100mm máy Mitutoyo 4µm vượt xa so với sai lệch công bố 𝐸0, 𝑀𝑃𝐸 ≈ 3𝜇𝑚 ❖ Hướng phát triển đồ án tương lai - Trong tương lai, đồ án phát triển theo hướng phân tích nguồn sai số, gây sai lệch chiều dài lớn chiều dài đo 100mm 4µm Từ tìm ý tưởng để giảm bớt hay loại bỏ sai số khỏi kết đo là: • • Xây dựng chương trình đo tự động hoàn toàn nhằm loại bỏ yếu tố người đến kết đo Đo nhiệt độ 20ºC để giảm ảnh hưởng nhiệt độ đến kết đo Đo mẫu có chiều dài lớn để nâng cao phạm vi xem xét độ xác máy đo tọa đô Dựa cấu trúc máy đo tọa độ, tìm cách xây dựng mơ hình tốn học để chuyển điểm từ hệ tọa độ điểm đo hệ tọa độ máy trường hợp có chuyển vị khớp khơng có chuyển vị khớp Từ mơ hình tốn học đề xuất cách bù sai số thông số động lực học gây (thành phần chuyển vị khớp) Đây hạn chế mà luận văn chưa giải Mô ứng xuất trước chưa xét tới ảnh hưởng áp suất khí lên đệm khí, dẫn hướng xe mang Nên hướng nghiên cứu ảnh hưởng áp suất tới độ xác máy nên quan tâm 46 PHỤ LỤC Bảng Kết đo mẫu theo phương Ox máy đo tọa độ Mitutoyo Kích Vị thước trí thực điểm mẫu đo (mm) Giá trị chiều dài đo (mm) Lần Lần Lần Sai lệch chiều dài 𝑬𝟎 (mm) Lần Lần Lần Sai lệch công bố (mm) 24,99999 24,996 24,996 24,995 0,004 0,004 0,005 0,0023 49,99995 49,996 49,996 49,996 0,004 0,004 0,004 0,0024 99,99964 99,995 99,996 99,996 0,005 0,004 0,004 0,0026 24,99999 24,996 24,996 24,996 0,004 0,004 0,004 0,0023 49,99995 49,996 49,996 49,996 0,004 0,004 0,004 0,0024 99,99964 99,995 99,995 99,996 0,005 0,005 0,004 0,0026 24,99999 24,996 24,996 24,995 0,004 0,004 0,005 0,0023 49,99995 49,996 49,996 49,996 0,004 0,004 0,004 0,0024 99,99964 99,995 99,996 99,996 0,005 0,004 0,004 0,0026 24,99999 24,996 24,996 24,995 0,004 0,004 0,005 0,0023 49,99995 49,996 49,995 49,996 0,004 0,005 0,004 0,0024 99,99964 99,995 99,995 99,996 0,005 0,005 0,004 0,0026 24,99999 24,996 24,996 24,995 0,004 0,004 0,005 0,0023 49,99995 49,996 49,996 49,996 0,004 0,004 0,004 0,0024 99,99964 99,995 99,996 99,996 0,005 0,004 0,004 0,0026 24,99999 24,996 24,996 24,996 0,004 0,004 0,004 0,0023 49,99995 49,996 49,996 49,995 0,004 0,004 0,005 0,0024 99,99964 99,996 99,996 99,996 0,004 0,004 0,004 0,0026 24,99999 24,996 24,996 24,996 0,004 0,004 0,004 0,0023 49,99995 49,996 49,996 49,996 0,004 0,004 0,004 0,0024 99,99964 99,996 99,996 99,996 0,005 0,004 0,004 0,0026 47 Bảng Kết đo mẫu theo phương Oy máy đo tọa độ Mitutoyo Kích Vị thước trí thực điểm mẫu đo (mm) Giá trị chiều dài đo (mm) Lần Lần Lần Sai lệch chiều dài 𝑬𝟎 (mm) Lần Lần Lần Sai lệch công bố (mm) 24,99999 24,996 24,996 24,996 0,004 0,004 0,004 0,0023 49,99995 49,996 49,996 49,996 0,004 0,004 0,004 0,0024 99,99964 99,996 99,996 99,996 0,004 0,004 0,004 0,0026 24,99999 24,996 24,996 24,996 0,004 0,004 0,004 0,0023 49,99995 49,996 49,996 49,996 0,004 0,004 0,004 0,0024 99,99964 99,996 99,995 99,996 0,004 0,005 0,004 0,0026 24,99999 24,996 24,996 24,995 0,004 0,004 0,005 0,0023 49,99995 49,996 49,996 49,996 0,004 0,004 0,004 0,0024 99,99964 99,995 99,995 99,996 0,005 0,005 0,004 0,0026 24,99999 24,996 24,996 24,995 0,004 0,004 0,005 0,0023 49,99995 49,996 49,995 49,996 0,004 0,005 0,004 0,0024 99,99964 99,995 99,995 99,995 0,005 0,005 0,005 0,0026 24,99999 24,996 24,996 24,995 0,004 0,004 0,005 0,0023 49,99995 49,996 49,995 49,996 0,004 0,005 0,004 0,0024 99,99964 99,995 99,996 99,996 0,005 0,004 0,004 0,0026 24,99999 24,996 24,996 24,996 0,004 0,004 0,004 0,0023 49,99995 49,996 49,996 49,995 0,004 0,004 0,005 0,0024 99,99964 99,995 99,995 99,995 0,005 0,005 0,005 0,0026 24,99999 24,996 24,995 24,996 0,004 0,005 0,004 0,0023 49,99995 49,996 49,996 49,996 0,004 0,004 0,004 0,0024 99,99964 99,996 99,996 99,995 0,005 0,004 0,005 0,0026 48 Bảng Kết đo mẫu theo phương Oz máy đo tọa độ Mitutoyo Kích Vị thước trí thực điểm mẫu đo (mm) Giá trị chiều dài đo (mm) Lần Lần Lần Sai lệch chiều dài 𝑬𝟎 (mm) Lần Lần Lần Sai lệch công bố (mm) 24,99999 24,996 24,996 24,995 0,004 0,004 0,005 0,0023 49,99995 49,996 49,996 49,996 0,004 0,004 0,004 0,0024 99,99964 99,995 99,996 99,996 0,005 0,004 0,004 0,0026 24,99999 24,996 24,996 24,996 0,004 0,004 0,004 0,0023 49,99995 49,996 49,996 49,996 0,004 0,004 0,004 0,0024 99,99964 99,995 99,995 99,996 0,005 0,005 0,004 0,0026 24,99999 24,996 24,996 24,995 0,004 0,004 0,005 0,0023 49,99995 49,996 49,996 49,996 0,004 0,004 0,004 0,0024 99,99964 99,995 99,996 99,996 0,005 0,004 0,004 0,0026 24,99999 24,996 24,996 24,995 0,004 0,004 0,005 0,0023 49,99995 49,996 49,995 49,996 0,004 0,005 0,004 0,0024 99,99964 99,995 99,995 99,996 0,005 0,005 0,004 0,0026 24,99999 24,996 24,996 24,995 0,004 0,004 0,005 0,0023 49,99995 49,996 49,996 49,996 0,004 0,004 0,004 0,0024 99,99964 99,995 99,996 99,996 0,005 0,004 0,004 0,0026 24,99999 24,996 24,996 24,996 0,004 0,004 0,004 0,0023 49,99995 49,996 49,996 49,995 0,004 0,004 0,005 0,0024 99,99964 99,996 99,996 99,996 0,004 0,004 0,004 0,0026 24,99999 24,996 24,996 24,996 0,004 0,004 0,004 0,0023 49,99995 49,996 49,996 49,996 0,004 0,004 0,004 0,0024 99,99964 99,996 99,996 99,996 0,005 0,004 0,004 0,0026 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] W Weekers, "Compensation for Dynamic Errors of Coordinate Measuring Machines," in Ph.D dissertation, Netherlands, University of Eindhoven, 1996 [2] P.C Jain, R.P Singhal, Dimentional Metrology: measurements, India: A Pragati's publication, 2001 Coordinate [3] ISO/ TS 15530-3, Geometrical product specifications (GPS)— Coordinate measuring machines(CMM): techniques for evaluation of uncertainty of measurement part 3: use of calibrated workpieces or standards (2004) [4] Ninh Đức Tốn, Dung sai lắp ghép, NXB Giáo dục Việt Nam, 2014 [5] R Mahbubur, "Modeling and measurement of multi-axis machine tools to improve positining accuracy in a software way," in M.A thesic, Filand, University of Oulu, 2004 [6] Phạm Hồng Thanh, “Nghiên cứu giải pháp bù sai số cho máy đo tọa độ dạng cầu trục,” Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Bách Khoa Hồ Chí Minh, 2016, pp 20 - 30 [7] ĐLVN 131:2004, Hướng dẫn đánh giá trình bày độ khơng đảm bảo đo, Hà Nội: Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng, 2004 [8] Mitutoyo-Metrology Handbook, The Science of Measurement, Singapore: Mitutoyo Asia Pacific Pte Ltd, 2005 [9] ĐLVN 61-2018, Căn mẫu song phẳng - Quy trình hiệu chuẩn, Hà Nội: Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng, 2018 [10] Makoto Abbe, Kiyoshi Takamasu, Shigeo Ozono, "Calibration of CMM by 3-Dimensional Coordinate Comparison," Journal of the Japan Society for Percision Engineering, vol 66, pp 578-583, 2009 [11] Đoàn Trọng Đại, Vũ Lê Hoàng Đức, Trần Văn Doanh, “Thiết kế, chế tạo máy đo tọa độ dẫn động tay”, Đồ án tốt nghiệp đại học, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội, trang 24 - 30, Giáo viên hướng dẫn: TS Vũ Thanh Tùng, 2017 50 [12] Anderson.P, "Methodology for evaluating the production accuracy of the machine tools," Tampere Technical University, 1992 [13] N.A Barakat, M.A Elbestawi, A.D Spence, "Kimematic and geometric error compensation of a coordinate measuring machine," International Journal of Machine Tools and Manufacture, vol 40, pp 833-850, 2000 [14] Teague, Patterns for precision instrument design, mechanical aspects, Gaithersburg: U.S NIST, 1989 [15] Sergey, Viktor, "Intertia Compensation While Sacnning Screw Threads on CMMs," Measurement Science Review, vol 10, no 2, 2010 [16] Huang, J Ni, "On-line error compensation of coordinate measuring machines," International Journal of machine tools and Manufacture, vol 35, no 1, pp 735-738, 1995 [17] ISO/ TS 15530-4, Geometrical product specifications (GPS)— Coordinate measuring machines(CMM): techniques for evaluation of uncertainty of measurement part 3: use of calibrated workpieces or standards (2004) [18] ISO/ TS 15530-5, Geometrical Product Specyfications (GPS)— Coordinate measuring machines (CMM): techniques for evaluation of uncertainty of measurement part 5: (Draft) GPS—Use of expert judgement [19] ISO/ TS 15530-2, Geometrical product specifications (GPS): Techniques for evaluation of the uncertainty of measurement Part 2: Use of multiple measurement strategies in measurements of artefacts [20] ISO/IEC GUIDE 98-3:2008, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM), Geneva: International Organization Standardization 51 ... nghiên cứu chuyển vị trục máy đo tọa độ CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC CHUYỂN VỊ TRÊN MÁY ĐO TỌA ĐỘ 11 2.1 Chuyển vị lực quán tính tác động 11 2.1.1 Các khớp máy đo tọa độ dạng cầu trục. .. dụng máy đo tọa độ Hình 1.9 Vị trí đệm khí máy đo tọa độ Mitutoyo 1.2 Cấu trúc chung máy đo tọa độ dạng cầu trục Máy đo tọa độ thường gồm khối sau đây: Hình 1.10 Cấu trúc chung máy đo tọa độ dạng. .. đo tọa độ 1.1.2 Ưu, nhược điểm máy đo tọa độ dạng cầu trục 1.1 .3 Ứng dụng máy đo tọa độ 1.1.4 Đệm khí 1.2 Cấu trúc chung máy đo tọa độ dạng cầu trục 1 .3 Các hướng nghiên