Nghiên cứu phương pháp đo biên dạng chi tiết sử dụng quét laser

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu phương pháp đo biên dạng chi tiết sử dụng quét laser PHẠM DUY HÙNG phamduyhung92.hust@gmail.com Ngành Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Giảng viên hướng dẫn : TS Hoàng Hồng Hải Chữ ký GVHD Viện : Cơ Khí Hà Nội, 11/2020 LỜI CẢM ƠN Đề tài thực hiện, hồn thành Bộ mơn Cơ điện tử Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Trong thời gian thực đề tài, tác giả nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ thầy cô, anh chị em đồng nghiệp, bạn bè gia đình Với tất kính trọng lịng biết ơn, Tác giả xin chân thành cảm ơn TS Hoàng Hồng Hải, người hướng dẫn giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến q trình viết hồn thiện Luận văn Tác giả bày tỏ lịng biết ơn thầy, mơn Cơ Điện Tử mơn Máy Chính Xác & Quang Học – Viện Cơ khí trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện đào tạo Sau Đại học, Viện Cơ khí trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn Tác giả chân thành cảm ơn Thạc sĩ Lê Xuân Cam – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội hỗ trợ cho tác giả thực nghiệm đề tài phòng thực hành Do lực thân cịn nhiều hạn chế nên luận văn khơng thể tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận góp ý kiến Thầy, Cơ, nhà khoa học đồng nghiệp Tác giả Phạm Duy Hùng MỤC LỤC Chương TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Lý chọn đề tài, lĩnh vực nghiên cứu 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Nội dung đề tài vấn đề cần giải 1.5 Phương pháp nghiên cứu kết cấu cơng trình nghiên cứu 1.6 Kết luận chương Chương TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO BIÊN DẠNG TRÒN CHI TIẾT 2.1 Các phương pháp đo biên dạng 2.1.1 Phương pháp đo tiếp xúc 2.1.2 Phương pháp đo không tiếp xúc 13 2.2 Phương pháp đo biên dạng sử dụng laser quét 17 2.2.1 Nguyên lý thiết bị Laser scan micrometer (LSM) 17 2.2.2 Sơ đồ khối chức 18 2.2.3 Quan hệ tín hiệu đo kích thước chi tiết 22 2.2.4 Ứng dụng phương pháp đo laser quét 23 2.2.5 Giới thiệu số máy đo sử dụng phương pháp đo laser quét hãng thị trường sản xuất 25 2.3 Kết luận chương 26 Chương NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐẢO NGƯỢC SỬ DỤNG ĐO BIÊN DẠNG QUÉT LASER 28 3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ xác 28 3.1.1 Các nguyên nhân gây sai số 28 3.1.2 Tính tốn sai số biện pháp khắc phục 30 3.2 Xây dựng phương pháp đảo ngược sử dụng đo biên dạng laser quét 45 3.3 Kết luận chương 47 Chương XÂY DỰNG THIẾT BỊ VÀ THỰC NGHIỆM ĐO 48 4.1 Lựa chọn xây dựng thiết bị đo 48 4.1.1 Sử dụng đầu đo thiết bị đo LSM 48 4.1.2 Bàn xoay quang học 50 4.1.3 Hệ điều khiển phần mềm 51 4.2 Thực nghiệm thiết bị đo 52 4.2.1 Vật mẫu thực nghiệm đường kính d= 10,59 mm 52 4.2.2 Thực nghiệm đo vật mẫu đường kính d=20 mm 59 4.2.3 Vật mẫu thực nghiệm đo đường kính d= 34 mm 64 4.3 Kết luận chương 67 KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1: Thông số tiêu chuẩn thiết bị LSM 49 Bảng 4.2: Ảnh hưởng dao động nhiệt độ đến LSM 49 Bảng 4.3: Thông số kỹ thuật điều khiển LSM 51 Bảng 4.4: Kết đo vật mẫu d=10,59 mm (lần đo vị trí 1) 53 Bảng 4.5: Kết đo vật mẫu d=10,59 mm (vị trí 1) 55 Bảng 4.6: Kết đo vật mẫu d=10,59 mm (vị trí 2) 55 Bảng 4.7: Kết đo vật mẫu d=10,59 mm (vị trí 2) 57 Bảng 4.8: Kết đo vật mẫu d=10,59 mm (vị trí 3) 57 Bảng 4.9: Kết đo vật mẫu d=10,59 mm (vị trí 3) 59 Bảng 4.10: Kết đo vật mẫu d= 20mm (vị trí 1) 60 Bảng 4.11: Kết đo vật mẫu d=20 mm (vị trí 2) 61 Bảng 4.12: Kết đo vật mẫu d=20 mm ( vị trí 1,2) 63 Bảng 4.13: Kết đo vật mẫu d=34mm (vị trí 1) 64 Bảng 4.14: Kết đo sai lệch độ tròn sai lệch tâm qua mẫu chuẩn 66 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Hình 2.1: Phương pháp đo hai tiếp điểm Hình 2.2: Sơ đồ đo độ trịn khối V 10 Hình 2.3: Chi tiết méo cạnh đo khối V 11 Hình 2.4: Hình ảnh đo độ trịn máy đo tọa độ 12 Hình 2.5: Sơ đồ đo sai lệch độ tròn hệ tọa độ cực 12 Hình 2.6: Hình ảnh máy đo độ trịn số hãng giới 13 Hình 2.7: Nguyên lý đo theo lượng nhận từ nguồn sáng chiếu qua vật đo 14 Hình 2.8: Nguyên lý đo sử dụng đầu thu camera độ phân giải cao 15 Hình 2.9: Nguyên lý tạo xung đo sử dụng tia laser quét 15 Hình 2.10: Hình ảnh dựng ảnh đảo ngược 16 Hình 2.11: Nguyên lý phương pháp chiếu hình 16 Hình 2.12: Sơ đồ phận thiết bị đo LSM 17 Hình 2.13: Sơ đồ kết cấu thiết bị LSM 17 Hình 2.14: Xung thu từ Photodiode chưa có vật đo 18 Hình 2.15: Xung thu từ Photodiode có vật đo 18 Hình 2.16: Sơ đồ khối chức thiết bị LSM 18 Hình 2.17: Các phương pháp tạo tia laser quét gương đa giác quay 19 Hình 2.18: Chuẩn trực chùm tia quét góc thành chùm tia quét song song 20 Hình 2.19: Sự giảm đường kính tia laser vị trí quét lên cạnh vật đo 20 Hình 2.20: Nguyên lý phận tạo xung đo 21 Hình 2.21: Sơ đồ chuyển đổi tương ứng từ độ rộng xung đo thành việc đếm số xung nhịp thời gian 21 Hình 2.22: Sự tương ứng kích thước chi tiết với khoảng mà che khuất chùm tia quét 22 Hình 2.23: Các ứng dụng phương pháp đo kích thước laser quét 24 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý máy đo độ tròn sử dụng đầu đo 29 Hình 3.2: Sơ đồ biểu diễn chi tiết đặt lên bàn quay 30 Hình 3.3: Sơ đồ đường tia laser qua hệ gương tạo tia quét 30 Hình 3.4: Hệ tọa độ để xác định đường tia laser quét 31 Hình 3.5: Xác định giao điểm N tia tới T với mặt gương đa giác quay 31 Hình 3.6: Xác định giao điểm K tia phản xạ P với quang trục x’ TK1 33 Hình 3.7: Độ lệch giao điểm tia phản xạ với quang trục TK1 34 Hình 3.8: Quan hệ vận tốc quét góc song song tia quét 35 Hình 3.9: Đồ thị mối quan hệ vận tốc quét tia song song với vị trí tia qt góc [9] 35 Hình 3.10: Tính tốn kết đo chi tiết đối xứng với trục TK1 36 Hình 3.11: So sánh kết đo chi tiết đối xứng không đối xứng với quang trục 37 Hình 3.12: Sự phản xạ tia quét bề mặt chi tiết đo 38 Hình 3.13: Các mức điện áp xung tế bào quang điện 38 Hình 3.14: Vị trí mặt cắt tia qt laser cạnh chi tiết nhẵn nhám 39 Hình 3.15: Sự khác dạng xung tế bào quang điện đo chi tiết nhẵn nhám 40 Hình 3.16: Sự khác dạng xung tế bào quang điện đo chi tiết có chiều cao nhám khác 41 Hình 3.17: Sự khác dạng xung tế bào quang điện đo chi tiết có biên dạng nhám khác 42 Hình 3.18: Hợp lực bám dính lên bề mặt chi tiết giọt lỏng hiệu ứng sức căng bề mặt 43 Hình 3.19: Nguyên lý thiết bị LSM 45 Hình 3.20: Nguyên lý phương pháp đảo ngược 46 Hình 4.1: Hai đầu đo thiết bị LSM 48 Hình 4.2: Phạm vi đo lường độ xác LSM 49 Hình 4.3: Bàn xoay quang học 50 Hình 4.4: Thí nghiệm đo sử dụng bàn xoay quang học 50 Hình 4.5: Hệ thống điều khiển 51 Hình 4.6: Giao diện phần mềm đo 52 Hình 4.7: Vật mẫu d= 10,59 mm 52 Hình 4.8: Phần mềm hiển thị kích thước đo vật mẫu d=10,59 mm 53 Hình 4.9: Vật mẫu d=34mm 64 Đồ thị 4.1: Biên dạng vật mẫu d=10,59 mm (vị trí 1) 54 Đồ thị 4.2: Độ lệch tâm vật mẫu d= 10,59 mm (vị trí 1) 55 Đồ thị 4.3: Biên dạng vật mẫu d=10,59 mm (vị trí 2) 56 Đồ thị 4.4: Độ lệch tâm mẫu d=10,59 mm (vị trí 2) 57 Đồ thị 4.5: Biên dạng vật mẫu d=10,59 (vị trí 3) 58 Đồ thị 4.6: Độ lệch tâm vật mẫu d=10.59 mm (vị trí 3) 59 Đồ thị 4.7: Biên dạng vật mẫu d=20mm (vị trí 1) 61 Đồ thị 4.8: Độ lệch tâm mẫu d=20mm (vị trí 1) 61 Đồ thị 4.9: Biên dạng vật mẫu d=20 mm (vị trí 2) 63 Đồ thị 4.10: Độ lệch tâm mẫu d=20 mm (vị trí 2) 63 Đồ thị 4.11: Biên dạng mẫu d=34mm (vị trí 1) 65 Đồ thị 4.12: Độ lệch tâm mẫu d=34mm (vị trí 1) 66 Đồ thị 4.13: Đồ thị so sánh kết biên dạng đo qua mẫu chuẩn vị trí khác 67 Chương TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Lý chọn đề tài, lĩnh vực nghiên cứu Để đo kích thước đường kính, đo biên dạng kiểm tra độ trịn chi tiết khí người ta sử dụng phương pháp đo hai tiếp điểm, phương pháp ba tiếp điểm dùng dụng cụ panme, thước cặp, đồng hồ so, khối V,… Các phương pháp thích hợp với bề mặt khơng bị khuyết tật suất, hiệu công việc không cao, đặc biệt không đáp ứng cần đo chi tiết cần độ xác cao, bề mặt dễ bị biến dạng đo với tốc độ nhanh hay đo chi tiết chuyển động Ngày nay, khoa học công nghệ phát triển đưa laser vào đo lường đại Với tính ưu việt nó, người ta giải tốn đo biên dạng phương pháp quét tia laser (Laser scan micrometer - LSM) với độ xác, suất, khả đáp ứng cao nhiều so với phương pháp truyền thống Hiệu mang lại nâng cao tự động hóa q trình sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm, suất lao động giảm giá thành sản xuất Xuất phát từ thực tiễn đó, đề tài “Nghiên cứu phương pháp đo biên dạng chi tiết sử dụng quét Laser” với mục đích nghiên cứu phương pháp đo biên dạng chi tiết tròn xoay phương pháp quét laser áp dụng gia công khí 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Trên giới nay, hãng đo lường lớn như: Mitutoyo, Keyence, Lab, Santec, Micro-Epsilon,… quan tâm nhiều đến đo đường kính chi tiết phương pháp quét tia laser chưa kiểm soát đến biên dạng chi tiết Nghiên cứu đo lường biên dạng chi tiết tròn xoay quét laser phương pháp đo biên dạng cho độ xác cao, tốc độ đo nhanh đo trực tiếp dây chuyền sản xuất công nghiệp Đề tài giúp làm rõ thêm sở lý thuyết phương pháp đo cơng nghệ đo dựa thiết bị đo Từ làm sở nghiên cứu, tính tốn, xây dựng thiết bị đo thử nghiệm Nghiên cứu phương pháp đo giúp kiểm soát tốt lỗi biên dạng chi tiết q trình gia cơng cho chi tiết vũ khí đạn sản xuất Quốc phịng, lĩnh vực có yêu cầu nghiêm ngặt chất lượng lại bị hạn chế mua sắm thiết bị đo cơng nghệ cao nước ngồi 1.3 Mục tiêu đề tài Nghiên cứu phương pháp đo biên dạng chi tiết quét laser với đối tượng chi tiết trịn xoay, nhằm tìm hiểu phương pháp đo yếu tố ảnh hưởng đến sai số biên dạng Từ làm chủ cơng nghệ đo, xây dựng phương pháp đo phù hợp với điều kiện nước 1.4 Nội dung đề tài vấn đề cần giải - Nghiên cứu tổng quan phương pháp đo biên dạng chi tiết Nghiên cứu phương pháp đo biên dạng sử dụng quét laser Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo biên dạng sử dụng quét laser Thực nghiệm đo thiết bị đo Nghiên cứu số ảnh hưởng sai số đo 1.5 Phương pháp nghiên cứu kết cấu cơng trình nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu: - Thu thập phương pháp đo lường biên dạng chi tiết tài liệu, sách khoa học - Tiến hành xây dựng hệ thống thực nghiệm phương pháp đo lường biên dạng chi tiết - Xây dựng bảng biểu, đồ thị so sánh kết Kết cấu cơng trình nghiên cứu: Luận văn trình bày thành chương sau: Chương - Tổng quan đề tài nghiên cứu Chương - Tổng quan phương pháp đo biên dạng tròn chi tiết Chương - Nghiên cứu phương pháp đảo ngược sử dụng đo biên dạng quét laser Chương - Xây dựng thiết bị thực nghiệm đo Kết luận 1.6 Kết luận chương Chương giúp tác giả giải số vấn đề sau: - Lý chọn đề tài nghiên cứu Cơ sở khoa học, tính thực tiễn Nêu mục tiêu, kết cần đạt sau thực đề tài, lập nội dung cần thực bước giải Xây dựng Nội dung trình bày đề tài Sai lệch tâm 0,3 Sai lệch 0,2 0,1 0 50 100 150 200 250 300 350 400 -0,1 -0,2 -0,3 Góc quay Đồ thị 4.2: Độ lệch tâm vật mẫu d= 10,59 mm (vị trí 1) Dựa vào kết đo vị trí ta có: Bảng 4.5: Kết đo vật mẫu d=10,59 mm (vị trí 1) STT Vị trí Sai lệch độ trịn ( Rmax − Rmin ) ( µ m ) Sai lệch tâm ( µ m ) 1 465 Từ vị trí ta dịch vật mẫu vị trí thực nghiệm tương tự lần đo vị trí Lần đo vị trí 2: Bảng 4.6: Kết đo vật mẫu d=10,59 mm (vị trí 2) Đường kinh Cạnh Out2 10 10.58755 10.58725 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Góc Tedge −before Cạnh - Out3 Sai lệch Biên dạng Sai Lệch tâm 19.84185 19.80075 0.272884 0.231784 16.14395 16.1048 0.27099324 0.23184324 0.00094527 -2.973E-05 0.27193851 0.23181351 10.5874 10.58745 10.58705 10.588 10.5879 10.58815 19.75405 19.7006 19.6438 19.5831 19.5237 19.464 0.185084 0.131634 0.074834 0.014134 -0.04527 -0.10497 16.0572 16.00565 15.95075 15.8882 15.82915 15.7694 0.18424324 0.13269324 0.07779324 0.01524324 -0.04380676 -0.10355676 0.00042027 -0.0005297 -0.0014797 -0.0005547 -0.0007297 -0.0007047 0.18466351 0.13216351 0.07631351 0.01468851 -0.0445365 -0.1042615 10.58825 10.5885 10.588 10.58885 10.5886 10.589 19.40815 19.3566 19.3119 19.2733 19.2437 19.2245 -0.16082 -0.21237 -0.25707 -0.29567 -0.32527 -0.34447 15.71295 15.66005 15.6146 15.5761 15.5479 15.52855 -0.16000676 -0.21290676 -0.25835676 -0.29685676 -0.32505676 -0.34440676 -0.0004047 0.00027027 0.00064527 0.00059527 -0.0001047 -2.973E-05 -0.1604115 -0.2126365 -0.2577115 -0.2962615 -0.3251615 -0.3444365 55 Bedge − after 10.5887 10.58815 10.5882 10.5883 10.5885 19.21535 19.21805 19.2296 19.25185 19.28205 -0.35362 -0.35092 -0.33937 -0.31712 -0.28692 15.519 15.522 15.5343 15.55535 15.5866 10.5883 10.5883 10.5882 10.58815 10.5886 10.5886 19.3219 19.36875 19.4209 19.47785 19.5366 19.5968 -0.24707 -0.20022 -0.14807 -0.09112 -0.03237 0.027834 250 260 270 280 290 300 10.58875 10.5889 10.5885 10.5886 10.5885 10.58805 19.656 19.71385 19.76675 19.8126 19.8506 19.8796 310 320 330 340 350 360 10.58765 10.58725 10.5868 10.5868 10.58715 10.58745 19.89915 19.90815 19.9069 19.8945 19.87255 19.8414 180 190 200 210 220 230 240 -0.35395676 -0.35095676 -0.33865676 -0.31760676 0.00017027 2.027E-05 -0.0003547 0.00024527 -0.3537865 -0.3509365 -0.3390115 -0.3173615 15.6262 15.6743 15.72625 15.784 15.8434 15.90445 -0.28635676 -0.24675676 -0.19865676 -0.14670676 -0.08895676 -0.02955676 0.03149324 -0.0002797 -0.0001547 -0.0007797 -0.0006797 -0.0010797 -0.0014047 -0.0018297 -0.2866365 -0.2469115 -0.1994365 -0.1473865 -0.0900365 -0.0309615 0.02966351 0.087034 0.144884 0.197784 0.243634 0.281634 0.310634 15.9617 16.01835 16.0701 16.11445 16.15225 16.1827 0.08874324 0.14539324 0.19714324 0.24149324 0.27929324 0.30974324 -0.0008547 -0.0002547 0.00032027 0.00107027 0.00117027 0.00044527 0.08788851 0.14513851 0.19746351 0.24256351 0.28046351 0.31018851 0.330184 0.339184 0.337934 0.325534 0.303584 0.272434 16.20165 16.2099 16.20805 16.1963 16.1744 16.14445 0.32869324 0.33694324 0.33509324 0.32334324 0.30144324 0.27149324 0.00074527 0.00112027 0.00142027 0.00109527 0.00107027 0.00047027 0.32943851 0.33806351 0.33651351 0.32443851 0.30251351 0.27196351 Mẫu d=10,59 mm (Vi trí 2) 0,002 0,0015 0,001 Sai lệch 140 150 160 170 0,0005 -0,0005 50 100 150 200 250 300 350 -0,001 -0,0015 -0,002 Góc quay Đồ thị 4.3: Biên dạng vật mẫu d=10,59 mm (vị trí 2) 56 400 Sai lệch tâm 0,4 0,3 Sai lệch 0,2 0,1 -0,1 50 100 150 200 250 300 350 400 -0,2 -0,3 -0,4 Góc quay Đồ thị 4.4: Độ lệch tâm mẫu d=10,59 mm (vị trí 2) Dựa vào kết đo vị trí ta có: Bảng 4.7: Kết đo vật mẫu d=10,59 mm (vị trí 2) STT Vị trí Sai lệch độ trịn ( Rmax − Rmin ) ( µ m ) Sai lệch tâm ( µ m ) 3.2 690 Từ vị trí ta dịch vật mẫu vị trí đo giá trị tương tự lần đo vị trí Lần đo vị trí 3: Bảng 4.8: Kết đo vật mẫu d=10,59 mm (vị trí 3) Đường kinh Cạnh Out2 10.58835 19.3256 -0.22648 15.63545 -0.22686 0.00019 -0.22667 10 10.5881 19.3332 -0.21888 15.6441 -0.21821 -0.00034 -0.21855 20 10.5875 19.3496 -0.20248 15.66015 -0.20216 -0.00016 -0.20232 30 10.58785 19.37065 -0.18143 15.68235 -0.17996 -0.00074 -0.1807 40 10.5878 19.3979 -0.15418 15.71025 -0.15206 -0.00106 -0.15312 50 10.5879 19.4299 -0.12218 15.7425 -0.11981 -0.00119 -0.121 60 10.5876 19.46605 -0.08603 15.77885 -0.08346 -0.00129 -0.08475 70 10.58875 19.5039 -0.04818 15.81625 -0.04606 -0.00106 -0.04712 80 10.5888 19.5452 -0.00688 15.85585 -0.00646 -0.00021 -0.00667 90 10.5892 19.58585 0.033766 15.896 0.033687 3.99E-05 0.033726 100 10.58865 19.6268 0.074716 15.9357 0.073386 0.000665 0.074051 110 10.5888 19.66375 0.111666 15.97175 0.109436 0.001115 0.110551 120 10.5888 19.6985 0.146416 16.00695 0.144636 0.00089 0.145526 130 10.5884 19.72905 0.176966 16.03755 0.175236 0.000865 0.176101 Góc Tedge −before Cạnh Out3 57 Bedge − after Sai lệch Biên dạng Sai Lệch tâm 140 10.5878 19.75525 0.203166 16.064 0.201686 0.00074 0.202426 150 10.58785 19.7752 0.223116 16.0834 0.221087 0.001015 0.222101 160 10.5878 19.78845 0.236366 16.0965 0.234186 0.00109 0.235276 170 10.5878 19.79445 0.242366 16.1024 0.240086 0.00114 0.241226 180 10.58765 19.79265 0.240566 16.10135 0.239036 0.000765 0.239801 190 10.5878 19.78365 0.231566 16.09375 0.231436 6.49E-05 0.231501 200 10.5874 19.76755 0.215466 16.07885 0.216536 -0.00054 0.216001 210 10.58755 19.74575 0.193666 16.05725 0.194936 -0.00064 0.194301 220 10.5879 19.7178 0.165716 16.02995 0.167636 -0.00096 0.166676 230 10.58805 19.68535 0.133266 15.99805 0.135736 -0.00124 0.134501 240 10.5882 19.64895 0.096866 15.96185 0.099536 -0.00134 0.098201 250 10.5892 19.60945 0.057366 15.9222 0.059886 -0.00126 0.058626 260 10.58935 19.5701 0.018016 15.88105 0.018736 -0.00036 0.018376 270 10.5894 19.5307 -0.02138 15.8396 -0.02271 0.000665 -0.02205 280 10.58955 19.4914 -0.06068 15.8012 -0.06111 0.000215 -0.0609 290 10.5898 19.4535 -0.09858 15.7627 -0.09961 0.000515 -0.0991 300 10.5893 19.4181 -0.13398 15.72905 -0.13326 -0.00036 -0.13362 310 10.58935 19.3875 -0.16458 15.69795 -0.16436 -0.00011 -0.16447 320 10.5886 19.36285 -0.18923 15.67145 -0.19086 0.000815 -0.19005 330 10.5885 19.34305 -0.20903 15.65235 -0.20996 0.000465 -0.2095 340 10.5886 19.32995 -0.22213 15.6398 -0.22251 0.00019 -0.22232 350 10.58845 19.32435 -0.22773 15.63425 -0.22806 0.000165 -0.2279 360 10.5884 19.32515 -0.22693 15.6364 -0.22591 -0.00051 -0.22642 Mẫu d=10,59 mm (Vị trí 3) 0,0015 Sai lệch 0,001 0,0005 0 50 100 150 200 250 300 350 -0,0005 -0,001 -0,0015 Góc quay Đồ thị 4.5: Biên dạng vật mẫu d=10,59 (vị trí 3) 58 400 Sai lệch tâm 0,3 0,2 Sai lệch 0,1 0 50 100 150 200 250 300 350 400 -0,1 -0,2 -0,3 Góc quay Đồ thị 4.6: Độ lệch tâm vật mẫu d=10.59 mm (vị trí 3) Dựa vào kết đo vị trí ta có: Bảng 4.9: Kết đo vật mẫu d=10,59 mm (vị trí 3) STT Vị trí Sai lệch độ trịn ( Rmax − Rmin ) ( µ m ) 2.5 Sai lệch tâm ( µ m ) 470 4.2.2 Thực nghiệm đo vật mẫu đường kính d=20 mm Hình 4.1: Phần mềm hiển thị kích thước đo vật mẫu d=20mm 59 Lần đo vị trí 1: Bảng 4.10: Kết đo vật mẫu d= 20mm (vị trí 1) Góc Đường kinh Cạnh – Out2 Tedge −before Cạnh – Out3 Bedge − after Sai lệch Biên dạng Sai Lệch tâm 10 20 20.0022 20.0024 20.0021 13.8983 13.9713 14.0611 -0.61633 -0.54333 -0.45353 10.86975 10.94325 11.03285 -0.6156189 -0.5421189 -0.4525189 -0.0003568 -0.0006068 -0.0005068 -0.6159757 -0.5427257 -0.4530257 30 40 50 60 70 80 20.0023 20.00255 20.00185 20.00255 20.00255 20.0028 14.164 14.2791 14.40205 14.5272 14.6527 14.7761 -0.35063 -0.23553 -0.11258 0.012568 0.138068 0.261468 11.1366 11.2511 11.3739 11.4981 11.62495 11.74745 -0.3487689 -0.2342689 -0.1114689 0.0127311 0.1395811 0.2620811 -0.0009318 -0.0006318 -0.0005568 -8.177E-05 -0.0007568 -0.0003068 -0.3497007 -0.2349007 -0.1120257 0.01264934 0.13882434 0.26177434 90 100 110 120 130 140 20.00245 20.00225 20.00185 20.00215 20.00215 20.0022 14.8919 14.99595 15.08635 15.15925 15.2145 15.2479 0.377268 0.481318 0.571718 0.644618 0.699868 0.733268 11.86235 11.96575 12.0576 12.1301 12.1833 12.2175 0.3769811 0.4803811 0.5722311 0.6447311 0.6979311 0.7321311 0.00014323 0.00046823 -0.0002568 -5.677E-05 0.00096823 0.00056823 0.37712434 0.48084934 0.57197434 0.64467434 0.69889933 0.73269934 150 160 170 180 190 200 20.00235 20.0024 20.00195 20.00195 20.00215 20.0021 15.2611 15.25055 15.21755 15.16505 15.0926 15.00225 0.746468 0.735918 0.702918 0.650418 0.577968 0.487618 12.23015 12.21945 12.18725 12.13505 12.0632 11.9739 0.7447811 0.7340811 0.7018811 0.6496811 0.5778311 0.4885311 0.00084323 0.00091823 0.00051823 0.00036823 6.8235E-05 -0.0004568 0.74562434 0.73499934 0.70239934 0.65004934 0.57789934 0.48807434 210 220 230 240 250 260 20.0022 20.0028 20.0023 20.00225 20.0019 20.0022 14.8978 14.7838 14.66035 14.53455 14.4084 14.2859 0.383168 0.269168 0.145718 0.019918 -0.10623 -0.22873 11.8689 11.75555 11.6321 11.50625 11.38045 11.2568 0.3835311 0.2701811 0.1467311 0.0208811 -0.1049189 -0.2285689 -0.0001818 -0.0005068 -0.0005068 -0.0004818 -0.0006568 -8.177E-05 0.38334934 0.26967433 0.14622433 0.02039933 -0.1055757 -0.2286507 270 280 290 300 310 320 20.0022 20.00205 20.0019 20.00175 20.0023 20.00255 14.1715 14.069 13.97845 13.90505 13.85025 13.81525 -0.34313 -0.44563 -0.53618 -0.60958 -0.66438 -0.69938 11.1415 11.0376 10.9482 10.8737 10.8197 10.78525 -0.3438689 -0.4477689 -0.5371689 -0.6116689 -0.6656689 -0.7001189 0.00036823 0.00106823 0.00049323 0.00104323 0.00064324 0.00036823 -0.3435007 -0.4467007 -0.5366757 -0.6106257 -0.6650257 -0.6997507 330 340 350 360 20.00245 20.00225 20.00225 20.00205 13.8039 13.81435 13.8464 13.89965 -0.71073 -0.70028 -0.66823 -0.61498 10.7726 10.7844 10.816 10.87035 -0.7127689 -0.7009689 -0.6693689 -0.6150189 0.00101823 0.00034323 0.00056823 1.8235E-05 -0.7117507 -0.7006257 -0.6688007 -0.6150007 60 Mẫu d=20 mm (Vị trí 1) 0,0015 Sai lệch 0,001 0,0005 -0,0005 50 100 150 200 250 300 350 400 -0,001 -0,0015 Góc quay Đồ thị 4.7: Biên dạng vật mẫu d=20mm (vị trí 1) Sai lệch tâm Sai lệch 0,8 0,6 0,4 0,2 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 50 100 150 200 250 300 350 400 Góc quay Đồ thị 4.8: Độ lệch tâm mẫu d=20mm (vị trí 1) Từ vị trí ta dịch vật mẫu vị trí đo giá trị tương tự lần đo vị trí Lần đo vị trí 2: Bảng 4.11: Kết đo vật mẫu d=20 mm (vị trí 2) Góc Đường kinh Cạnh - Out2 Tedge −before Cạnh - Out3 Bedge − after Sai lệch Biên dạng Sai Lệch tâm 20.00285 14.56065 0.027632 11.53035 0.0273662 0.00013312 0.02749932 10 20.00325 14.62835 0.095332 11.5995 0.0965162 -0.0005919 0.09592431 20 20.0031 14.6941 0.161082 11.6645 0.1615162 -0.0002169 0.16129932 30 20.00295 14.7544 0.221382 11.7266 0.2236162 -0.0011169 0.22249931 40 20.0028 14.80815 0.275132 11.78 0.2770162 -0.0009419 0.27607431 50 20.00235 14.85345 0.320432 11.8261 0.3231162 -0.0013419 0.32177432 60 20.0017 14.88965 0.356632 11.86195 0.3589662 -0.0011669 0.35779931 70 20.00185 14.9135 0.380482 11.88585 0.3828662 -0.0011919 0.38167432 80 20.0018 14.92645 0.393432 11.89865 0.3956662 -0.0011169 0.39454932 61 90 20.0021 14.92795 0.394932 11.89695 0.3939662 0.00048311 0.39444931 100 20.00225 14.91665 0.383632 11.88585 0.3828662 0.00038312 0.38324932 110 20.00205 14.89475 0.361732 11.8639 0.3609162 0.00040812 0.36132431 120 20.0019 14.86015 0.327132 11.8298 0.3268162 0.00015812 0.32697432 130 20.00255 14.8175 0.284482 11.78585 0.2828662 0.00080812 0.28367432 140 20.0022 14.7659 0.232882 11.734 0.2310162 0.00093312 0.23194932 150 20.0025 14.70665 0.173632 11.67495 0.1719662 0.00083311 0.17279932 160 20.0024 14.64255 0.109532 11.6112 0.1082162 0.00065812 0.10887432 170 20.0026 14.5746 0.041582 11.54245 0.00105812 0.04052431 20.00175 14.50465 -0.02837 0.00105812 -0.0294257 20.00215 14.4362 -0.09682 0.00055812 -0.0973757 20.0023 14.36955 -0.16347 -4.188E-05 -0.1634257 20.0022 14.3089 -0.22412 0.00015812 -0.2242757 20.00195 14.25425 -0.27877 -0.0007169 -0.2780507 20.00205 14.2085 -0.32452 -0.0009419 -0.3235757 20.00135 14.17325 -0.35977 -0.0012169 -0.3585507 20.0014 14.14895 -0.38407 -0.0009169 -0.3831507 20.0016 14.13645 -0.39657 -0.0010419 -0.3955257 20.0017 14.13695 -0.39607 0.00048312 -0.3965507 20.00195 14.1479 -0.38512 5.8115E-05 -0.3851757 20.00225 14.1711 -0.36192 0.00023312 -0.3621507 20.0022 14.205 -0.32802 0.00028312 -0.3283007 20.00215 14.24855 -0.28447 0.00065812 -0.2851257 20.00265 14.30105 -0.23197 0.00115811 -0.2331257 20.0026 14.3593 -0.17372 0.00085811 -0.1745757 20.0024 14.4237 -0.10932 0.00050812 -0.1098257 20.0024 14.49155 -0.04147 11.46045 0.0394662 0.0304838 0.0979338 0.1633838 0.2244338 0.2773338 0.3226338 0.3573338 0.3822338 0.3944838 0.3970338 0.3852338 0.3623838 0.3285838 0.2857838 0.2342838 0.1754338 0.1103338 0.0425338 0.00053312 -0.0420007 20.00295 14.56045 0.027432 11.52955 0.0265662 0.00043311 0.02699931 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 11.4725 11.40505 11.3396 11.27855 11.22565 11.18035 11.14565 11.12075 11.1085 11.10595 11.11775 11.1406 11.1744 11.2172 11.2687 11.32755 11.39265 62 Mẫu d=20 mm (Vị trí 2) 0,0015 Sai lệch 0,001 0,0005 0 50 100 150 200 250 300 350 400 -0,0005 -0,001 -0,0015 Góc quay Đồ thị 4.9: Biên dạng vật mẫu d=20 mm (vị trí 2) Sai lệch tâm 0,5 0,4 0,3 Sai lệch 0,2 0,1 -0,1 50 100 150 200 250 300 350 400 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 Góc quay Đồ thị 4.10: Độ lệch tâm mẫu d=20 mm (vị trí 2) Dựa vào kết đo vị trí ta có: Bảng 4.12: Kết đo vật mẫu d=20 mm ( vị trí 1,2) STT Vị trí Sai lệch độ trịn ( Rmax − Rmin ) ( µ m ) 2.5 63 Sai lệch tâm ( µ m ) 1457 791 4.2.3 Vật mẫu thực nghiệm đo đường kính d= 34 mm Hình 4.9: Vật mẫu d=34mm Lần đo 1: Bảng 4.13: Kết đo vật mẫu d=34mm (vị trí 1) Đường kinh Cạnh Out2 10 20 30 34.0295 34.02975 34.0295 34.0291 7.87345 8.0271 8.17595 8.3167 40 50 60 70 80 90 34.0305 34.02965 34.02865 34.0286 34.0288 34.0289 100 110 120 130 140 150 160 Góc Cạnh Out3 Bedge − after Sai lệch Biên dạng Sai Lệch tâm 0.007297 0.160947 0.309797 0.450547 4.181 4.3352 4.4851 4.62555 0.00686081 0.16106081 0.31096081 0.45141081 0.00021824 -5.676E-05 -0.0005818 -0.0004318 0.00707905 0.16100405 0.31037905 0.45097905 8.43985 8.5494 8.63755 8.7021 8.74095 8.7533 0.573697 0.683247 0.771397 0.835947 0.874797 0.887147 4.75115 4.85925 4.94695 5.01165 5.049 5.0597 0.57701081 0.68511081 0.77281081 0.83751081 0.87486081 0.88556081 -0.0016568 -0.0009318 -0.0007068 -0.0007818 -3.176E-05 0.00079324 0.57535405 0.68417905 0.77210405 0.83672905 0.87482905 0.88635405 34.02825 34.02895 34.02935 34.028 34.0288 34.02895 8.73815 8.69585 8.62875 8.5408 8.4306 8.30375 0.871997 0.829697 0.762597 0.674647 0.564447 0.437597 5.04415 5.00265 4.93585 4.84675 4.73745 4.6094 0.87001081 0.82851081 0.76171081 0.67261081 0.56331081 0.43526081 0.00099324 0.00059324 0.00044324 0.00101824 0.00056824 0.00116824 0.87100405 0.82910405 0.76215405 0.67362905 0.56387905 0.43642905 34.02835 8.16415 0.297997 4.4702 0.29606081 0.00096824 0.29702905 Tedge −before 64 34.02705 34.02815 34.0299 34.02945 34.0296 34.02975 8.01555 7.8595 7.7039 7.55475 7.41455 7.2886 0.149397 -0.00665 -0.16225 -0.3114 -0.4516 -0.57755 34.0297 34.02995 34.0294 34.03015 34.03085 34.0296 7.18015 7.0915 7.0286 6.9908 6.9794 6.99585 290 300 310 320 330 340 34.0285 34.03 34.0294 34.0299 34.0304 34.02975 350 360 34.0286 34.02865 220 230 240 250 260 270 280 4.3209 4.16515 4.01215 3.8643 3.7237 0.14676081 -0.0089892 -0.1619892 -0.3098392 -0.4504392 0.00131824 0.00116824 -0.0001318 -0.0007818 -0.0005818 0.14807905 -0.0078209 -0.1621209 -0.3106209 -0.4510209 -0.686 -0.77465 -0.83755 -0.87535 -0.88675 -0.8703 3.59855 3.4901 3.4025 3.33895 3.2994 3.2868 3.3036 -0.5755892 -0.6840392 -0.7716392 -0.8351892 -0.8747392 -0.8873392 -0.8705392 -0.0009818 -0.0009818 -0.0015068 -0.0011818 -0.0003068 0.00029324 0.00011824 -0.5765709 -0.6850209 -0.7731459 -0.8363709 -0.8750459 -0.8870459 -0.8704209 7.0372 7.10245 7.19205 7.3022 7.4289 7.56985 -0.82895 -0.7637 -0.6741 -0.56395 -0.43725 -0.2963 3.34425 3.41065 3.5002 3.6099 3.73605 3.87635 -0.8298892 -0.7634892 -0.6739392 -0.5642392 -0.4380892 -0.2977892 0.00046824 -0.0001068 -8.176E-05 0.00014324 0.00041824 0.00074324 -0.8294209 -0.7635959 -0.6740209 -0.5640959 -0.4376709 -0.2970459 7.7197 7.87375 -0.14645 0.007597 4.0266 4.18205 -0.1475392 0.00791081 0.00054324 -0.0001568 -0.1469959 0.00775405 Mẫu d=34 mm (Vị trí 1) 0,0015 0,001 Sai lệch 170 180 190 200 210 0,0005 -0,0005 50 100 150 200 250 300 350 -0,001 -0,0015 -0,002 Góc quay Đồ thị 4.11: Biên dạng mẫu d=34mm (vị trí 1) 65 400 Sai lệch tâm Sai lệch 0,5 0 50 100 150 200 250 300 350 400 -0,5 -1 Góc quay Đồ thị 4.12: Độ lệch tâm mẫu d=34mm (vị trí 1) Dựa vào thực nghiệm kết đo ta có bảng kết sai lệch biên dạng vị trí khác Bảng 4.14: Kết đo sai lệch độ tròn sai lệch tâm qua mẫu chuẩn Đường kính d vật mẫu (mm) Kết đo sai lệch độ trịn Lệch tâm ( µ m ) ( Rmax − Rmin ) ( µm ) 10,59 20 34 465 3.0 690 2.5 470 3.2 1457 791 2.5 1773 2.9 66 0,002 0,0015 0,001 0,0005 -0,0005 50 100 150 200 250 300 350 400 -0,001 -0,0015 -0,002 -0,0025 Mau d=10,59 mm (Vi tri 1) Mau d=10,59 mm (Vi tri 2) Mau d=10,59 mm (Vi tri 3) Mau d=20 mm (Vi tri 1) Mau d=20 mm (Vi tri 2) Mau d=34 mm (Vi tri 1) Đồ thị 4.13: Đồ thị so sánh kết biên dạng đo qua mẫu chuẩn vị trí khác Dựa vào kết đo thông qua thực nghiệm, tác giả rút số nhận xét sau sai lệch biên dạng áp dụng phương pháp đảo ngược đầu đo laser quét: - Đồ thị 4.13 cho thấy biên dạng chi tiết mẫu khác vị trí khác có biên dạng gần giống Bảng 4.13 cho thấy giá trị sai lệch biên dạng chi tiết mẫu nằm khoảng µ m → 3.2 µ m vị trí khác 4.3 Kết luận chương Trong chương tác giả giải vấn đề sau: - - Tiến hành phân tích đưa lựa chọn trang thiết bị để xây dựng lên hệ thống đo đủ tin cậy q trình thực nghiệm Điều giúp cho q trình thí nghiệm xác ổn định Kết thực nghiệm đo cho thấy sai lệch biên dạng chi tiết mẫu nằm khoảng xác định, cho dù sai lệch tâm khác bất kỳ, điều chứng tỏ phương pháp đảo ngược đầu đo tỏ hiệu việc khử độ lệch tâm chi tiết đo tâm quay KẾT LUẬN Với nội dung hoàn thiện luận văn giải vấn đề sau: 67 - Tìm hiểu tổng quan phương pháp quét laser - Xác định nguyên nhân gây sai số dẫn đến ảnh hưởng kết đo biện pháp khắc phục - Nghiên cứu xây dựng hệ thống đo phương pháp đảo ngược sử dụng đo biên dạng laser quét để xử lý độ sai lệch tâm chi tiết với tâm quay - Thực nghiệm ứng dụng phương pháp đảo ngược đo biên dạng sử dụng quét laser Hướng phát triển đề tài: Trong thời gian tới tiếp tục hoàn thiện xây dựng hệ thống, nâng cao độ ổn định, độ xác, mở rộng kết cấu nhằm nâng cao khả ứng dụng phương pháp đo biên dạng sử dụng laser quét kiểm tra chất lượng chi tiết, đặc biệt chi tiết vỏ đạn nhà máy sản xuất Quốc phòng TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 [1] Nguyễn Trọng Hiệp – Chi tiết máy – Nhà xuất giáo dục 2002 [2] Phan Quốc Phơ – Giáo trình cảm biến – Nhà xuất KHKT 2006 [3] Đỗ Xuân Thụ, Kĩ thuật điện tử, NXB Giáo dục 2002 [4] Trần Định Tường, Hoàng Hồng Hải – Quang Kỹ Thuật – Nhà xuất KHKT 2006 [5] Phạm Thị Ngọc Yến – Xử lý tín hiệu - Nhà xuất KHKT 2009 [6] High-accuracy Digital Micrometer LS-7000 series Keyence Catalog [7] High Accuracy Non- Contact Measuring System LSM Mitutoyo Catalog [8] Tạ Thị Thúy Hương (2016) Cơ sở đảm bảo, nâng cao độ xác phép đo độ trịn Luận án tiến sĩ kỹ thuật khí [9] Lê Xuân Cam (2015) Nghiên cứu độ xác đo profile bề mặt chi tiết máy phương pháp quét laser theo đường Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật [10] PGS.TS Nguyễn Tiến Thọ, GVC Nguyễn Thị Xuân Bảy, Ths Nguyễn Thị Cẩm Tú- Kỹ Thuật Đo lường- Kiểm tra chế tạo khí- Nhà xuất Khoa học kỹ thuật (2001) 69 ... tiễn đó, đề tài ? ?Nghiên cứu phương pháp đo biên dạng chi tiết sử dụng quét Laser? ?? với mục đích nghiên cứu phương pháp đo biên dạng chi tiết tròn xoay phương pháp quét laser áp dụng gia cơng khí... phương pháp đo biên dạng sử dụng quét laser Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo biên dạng sử dụng quét laser Thực nghiệm đo thiết bị đo Nghiên cứu số ảnh hưởng sai số đo 1.5 Phương pháp nghiên cứu kết... CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO BIÊN DẠNG TRÒN CHI TIẾT 2.1 Các phương pháp đo biên dạng 2.1.1 Phương pháp đo tiếp xúc Phương pháp đo tiếp xúc phương pháp đo đầu đo bề mặt chi tiết đo tồn áp lực gọi áp lực đo