2.4.1 Phần mềm matlab
Matlab là một ngôn ngữ lập trình thực hành bậc cao đƣợc sử dụng để giải các bài toán về kỹ thuật. Matlab tích hợp đƣợc việc tính toán, thể hiện kết quả, cho phép lập trình, giao diện làm việc rất dễ dụng cho ngƣời sử dụng. Dữ liệu cùng với thƣ viện đƣợc lập trình sẵn cho phép ngƣời sử dụng có thể có đƣợc những ứng dụng nhƣ:
Trang 57 - Sử dụng các hàm có sẵn trong thƣ viện, các phép tính toán học thông thƣờng . - Cho phép lập trình tạo ra những ứng dụng mới.
- Cho phép mô phỏng các mô hình thực tế. Phân tích, khảo sát và hiển thị dữ liệu.
- Với phần mềm đồ hoạ cực mạnh Cho phép phát triển,giao tiếp với một số phần mềm khác.
Khi mở chƣơng trình matlab có giao diện nhƣ hình 2.18
Trong đó:
1 - Menu của phần mềm 2 – Thư mục chứa code
3 – Khu vực viết code trực tiếp
4 – Các biến
5 – Các lệnh đã thực hiện
Sau khi đã mở đƣợc giao diện của phần mềm ta chọn ”New scrip” bắt đầu viết chƣơng trình. Trong quá trình viết ta có thể dùng các hàm có sẵn hoặc vẽ các hàm mới function {tên kết quả}= tên hàm(danh sách các biến), sử các vòng lặp for; while.
Hình 2.18 Giao diện khởi động của phần mềm Matlab
1
3
4
5 2
Trang 58 Các câu điều kiện if , end, các toán tử logic... để tiến hành khởi tạo một trƣơng trình phần mềm mong muốn.
Giao diện điều khiển của phần mềm đã xây dựng nhƣ hình
Hình2.19 Viết chương trình trên matlab
Trang 59 Từ phần mềm điều khiển ta có thể chọn đo quét bề mặt hoặc đo quét tròn xoay.
Hình 2.21 Giao diện chương trình đo quét bề mặt Với :
1. Khu vực hiển thị các thông số máy
2. Khu vực hiển thị của CAMERA xử
lý
3. Khu vực tiến hành đo hoặc thay đổi thông số đo
4. Các phím chức năng cơ bản của máy nhằm hiết lập bước dịch chuyển khi đo
5. Hiệu chỉnh về vị trí bàn đo và đầu đo 6. Khu vực thiết lập bước khi đo &hiển thị thông số của thước quang
Trang 60
Hình 2.22 Giao diện chương trình đo quét tròn xoay
Với : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1. Khu vực hiển thị các thông số máy
2. Khu vực hiển thị của CAMERA
xử lý
3. Khu vực chọn kết nối giữa máy tính và thiết bị đo quét
4. Khu vực tùy chỉnh cho CAMERA
thu ảnh tốt nhất
5. Các phím chức năng cơ bản của máy
6. Thiết lập bước dịch chuyển khi đo
2.4.2 Về phần mềm đo
Máy đo laser 3D QLS -12 là thiết bị đang đƣợc chế tạo thử nghiệm, và phần mềm Matlab đã giải quyết đƣợc các mục đích nhằm để điều khiển các chuyển động của bàn máy và đầu đo, việc thu thập và xử lý số liệu, Calip đầu đo, kiểm tra trạng thái làm việc của thiết bị. Để có đƣợc biên dạng của chi tiết sau khi quét một cách
Trang 61 hoàn chỉnh. Nhƣng bên cạnh đó vẫn còn một số các hạn chế trong quá trình sử dụng các modul nhƣ sau:
Mỗi khi khởi động lại máy hay dịch chuyển bàn đo trong quá trình đo quét ta cũng phải tiến hành căn chỉnh, thiết lập lại gốc tọa độ chuẩn của ”hệ quy chiếu” của máy trƣớc khi đo.
Hình 2.23 Ô bàn cờ dùng khi Calib đầu đo
Trong quá trình căn chỉnh vẫn còn nhiều các thao tác dùng tay mà chƣa đƣa vào tự động nhƣ: bật Camera, chọn độ phân giải của Camera ...
Khi Calip việc chon điểm chuẩn của hệ quy chiếu trên ô bàn cờ vẫn phải theo một chiều nhất định, đó là phải chọn thuận chiều kim đồng hồ. Nếu ngƣợc chiều sẽ dẫn tới Calip sai chi tiết đo không thành hình.
Trang 62 Mặt phẳng laser phải vuông góc với mặt phẳng Calip thì khi đó mới đƣa ra đƣợc kết quả chính xác sau khi đo.
Trong quá trình làm việc đối với việc quét bề mặt, việc chọn gốc đo (độ rộng của chi tiết từ khi bắt đầu đo đến khi kết thúc đo) còn nhiều bƣớc, chƣa tự động tiến hành đo luôn khi biết kích thƣớc của chi tiết trong khoảng đo, mà ta phải chọn vùng kích thƣớc, sau đó di chuyển bàn máy đi một lƣợt, rồi mới tiến hành thiết lập và đo chi tiết đƣợc.
2.4.3 Phần mềm kiểm tra thiết bị
Hình 2.25. Giao diện chương trình kiểm tra giao tiếp RS232 với bộ thước quang
Phần mềm kiểm tra thiết bị bao gồm kiểm tra giao tiếp RS232 với bộ đọc thƣớc quang. Trên giao diện chƣơng trình có các cụm chính là cụm kết nối và cụm đọc số liệu và hiển thị số liệu . Cụm kết nối bao gồm các phím chức năng quét cổng COM kết nối, chọn cổng kết nối và phím kết nối cũng nhƣ ngắt kết nối với thiết bị. Cụm đọc và hiển thị kết quả gồm phím đọc dữ liệu có nhiệm vụ đọc dữ liệu đƣợc gửi qua cổng giao tiếp rs232 và xử lý số liệu thu đƣợc , dữ liệu sau khi xử lý hiển thị lên phần hiển thị của giao diện chƣơng trình.
Trang 63
CHƢƠNG III
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC MÁY QLS -12 KHI ĐO CHI TIẾT TIỆN CNC
3.1 THIẾT KẾ MẪU ĐO THỰC NGHIỆM
Đối với các chi tiết tiện thì hình dạng đặc thù của sản phẩm là biên dạng tròn. Hơn nữa thế mạnh của máy QLS -12 là đo chi tiết, nên mẫu chuẩn ta không dùng các căn mẫu (hình vuông, hình chữ nhật) có sẵn, mà cách tốt nhất là thiết kế các mẫu đo có các hình dạng khác nhau trụ tròn, trụ bậc có đƣờng kính thay đổi để tiến hành thực nghiệm.
Ngoài ra một trong các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình đo quét laser 3D , thì biên dạng của chi tiết cũng là 1 trong những yếu tố ảnh hƣởng rất lớn đến các sai số đo.
3.1.1 Mục đích thực nghiệm
Mục đích của việc tiến hành thực nghiệm trên máy QLS -12 nhằm phân tích sự khác biệt về hai phƣơng pháp đo “Quét bề mặt & Quét tròn xoay”, nhƣ là: quá trình calib căn chỉnh các thông số trƣớc khi tiến hành đo quét, cách gá đặt phôi, chọn phƣơng quét.
Nhằm thông qua hai phƣơng pháp quét laser 3D này đánh giá sự chính xác của từng phƣơng pháp quét laser 3D đối với các chi tiết đã đƣợc thiết kế. Việc đánh giá sự chính xác của chi tiết sẽ dùng cách lập bảng thống kê các kích thƣớc cần đo trong phần mềm “Geomagic Studio 10”, sau đó tổng hợp các phần trăm sai số của các lần đo và đƣa ra đánh giá đối với hai phƣơng pháp đo quét này.
3.1.2 Điều kiện thực nghiệm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Quá trình đo quét trên máy QLS -12 sử dụng phƣơng pháp quét vệt, đƣợc thực hiện tại phòng thí nghiệm quang cơ điện tử - Bộ môn máy chính xác của Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội.
Trang 64 Việc thực hiện quá trình đo quét ta tiến hành trong điều kiện thực nghiệm là:
- Nhiệt độ 180C, độ ẩm 62% đo trên đồng hồ Extech, cƣờng độ sáng 10lux đo trên máy luxmet AEMC810.07J702125Dv.
- Tín hiệu đo từ camera đƣợc thu và xử lý trên máy tính bằng phần mềm viết trên ngôn ngữ matlab.
- Số liệu đo đƣợc xử lý bằng phần mềm “Geomagic Studio10” Với thông số đầu đo là :
- Laser bán dẫn GaAs, bƣớc sóng: 650 nm. - Công suất: 2mW.
- Kích thƣớc chùm tia: 1mm.
- Nguồn sáng laser đỏ bƣớc sóng: 650nm. - Nguồn điện cung cấp: 5V.
Camera có ống kính điều chỉnh tiêu cự trong khoảng 3-8mm, và có độ phân giải 640 x 480.
Khoảng cách giữa nguồn Laser và Camera là H=50 mm theo phƣơng thẳng đứng.
Camera đƣợc đặt nằm nghiêng so với phƣơng ngang của chùm tia Laser một góc α=30°. Khoảng cách giữa Camera đến chi tiết là L0=100 mm.
3.1.3 Mẫu đo thực nghiệm
Dƣới đây là các mẫu đo thực nghiệm và các kích thƣớc cần cho quá trình thực nghiệm. Các kích thƣớc này sau khi thiết kế xong sẽ dùng thƣớc cặp bà Panme để đo lại và lấy các thông số thực tế so với thông số thiết kế.
Các thông số thực tế này sẽ đƣợc dùng để so sánh các kết quả đo của máy quét laser 3D
Trang 65
Hình3.1 Chi tiết 1
Các thông số thực tế sau khi đo lại và cần dùng trong quá trình tiến hành thực nghiệm là : Ф48+0.15; Ф32-0.1; Ф12; dài 86
Hình3.2 Chi tiết 2
Các thông số thực tế sau khi đo lại và cần dùng trong quá trình tiến hành thực nghiệm là : Ф18-0.1; Ф52+0.1; Ф81-0,2; dài 85+0.2 Hình3.3 Chi tiết 3 Ø48± 0. 1 5 Ø 3 2 -0 .1 5 M 1 2 x 1 .5 86 Ø81 -0 .2 Ø 52 ± 0.02 Ø 18 ± 0.1 85 Ø 7 8 ±0.03 Ø 4 7 ±0.1 Ø 3 1 ±0.1 84
Trang 66 Các thông số thực tế sau khi đo lại và cần dùng trong quá trình tiến hành thực nghiệm là : Ф31-0.1; Ф47-0.1; Ф78+0.01; dài 84+0.01
Hình3.4 Chi tiết 4
Các thông số thực tế sau khi đo lại và cần dùng trong quá trình tiến hành thực nghiệm là : Ф32-0.15; Ф60+0.1; Ф76+0.01; dài 76+0. 1
Hình3.5 Chi tiết 5
Các thông số thực tế sau khi đo lại và cần dùng trong quá trình tiến hành thực nghiệm là : Ф25+0.1; Ф36-0.15; Ф43+0. 1; dài 84+0.1 Ø76 ±0.01 Ø60 + 0.1 M32x1.5 76 Ø 2 5 ± 0 .1 Ø36 ± 0 .1 Ø43 ± 0 .0 2 118
Trang 67
3.2 SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP QUÉT BỀ MẶT VỚI CHI TIẾT THIẾT KẾ
Trƣớc khi tiến hành cả hai phƣơng pháp đo quét đó là “Quét bề mặt & Quét
tròn xoay” ta đều cần phải tiến hành kiểm tra tổng quan thiết bị và Calib đầu đo, bàn
máy. Các bƣớc tiến hành nhƣ sau:
a) Kiểm tra tổng quan thiết bị (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Toàn bộ máy đo
Các tín hiệu cảnh báo của máy QLS-12, tình trạng kết nối giữa máy tính và đầu đo.
b) Calib thiết bị trước khi tiến hành đo
Đối với máy QLS -12 có một đặc điểm quan trọng đó là mỗi lần sau khi khởi động lại phần mềm, chuyển đổi phƣơng thức đo hay khởi động lại nguồn thiết bị ta đều phải tiến hành Calib lại thiết bị đầu đo. Việc calib này nhằm mục đích giảm thiểu sai số sau khi thay đổi phƣơng thức vận hành máy trong quá trình đo quét.
Các bƣớc trong quá trình Calib:
Khởi động phần mềm và chạy file “Calib.m” để tiến hành hiệu chỉnh máy.
Chọn kết nối cổng COM giữa đầu đo với máy tính thông thƣờng chọn kết nối là COM4
Hình 3.6 Khung chọn cổng COM kết nối
Bật 2 Camera, chụp lại ảnh và lƣu lại file trong quá trình cài đặt ảnh dƣới tên gọi là Gốc1, Gốc 2 .
Trong suốt quá trình Calib đầu đo ta dùng mẫu ô bàn cơ nền đen trắng (với kích thƣớc ô vuông là 15x15 mm) để tiến hành Calib và hiệu chỉnh. Trong quá trình hiệu chỉnh việc chọn gốc tọa độ xOy, xOz, zOy phải theo 1 chiều nhất định (thuận chiều kim đồng hồ)
Trang 68
Hình 3.7 Mẫu ô bàn cờ dùng trong quá trình hiệu chỉnh máy
Sau khi Calib sai số nhỏ hơn 0.05 mm là chứng tỏ quá trình căn chỉnh thành công và có thể tiến hành đo quét.
Trang 69
c) Giao diện cơ bản của chương trình đo quét bề mặt
Hình 3.9 Giao diện khi quét bề mặt Với :
1 ..Khu vực hiển thị các thông số máy 2 ..Khu vực hiển thị của CAMERA xử lý
3 ..Khu vực tiến hành đo hoặc thay đổi thông số đo
4.. Các phím chức năng cơ bản của máy nhằm hiết lập bước dịch chuyển khi đo 5..Hiệu chỉnh về vị trí bàn đo và đầu đo 6..Khu vực thiết lập bước khi đo &hiển thị thông số của thước quang
d) Tiến hành đo thực nghiệm với các chi tiết thiết kế
Để kết quả đo phản ánh chính đƣợc chính xác nhất, ta tiến hành đo với các chi tiết có hình dạng kích thƣớc khác nhau, số lần đo tƣơng ứng với mỗi một chi tiết thiết kế là 5 lần. Bƣớc dịch chuyển của thiết bị đo là 0.5mm .
Trang 70
Các bước trong quá trình đo gồm:
Bƣớc 1: Khởi động phần mềm và chạy trƣơng trình “Quét bề mặt” để tiến hành đo thực nghiệm.
Bƣớc 2: Chọn kết nối cổng COM giữa đầu đo với máy tính thông thƣờng chọn kết nối là COM4
Bƣớc3: Chọn thông số đầu vào và cài đặt độ phân giải cho Camera, ta chọn độ phân giải cho Camera là RGB24 1920x1080 .
Hình 3.10 thông số cài đặt CAM
Bƣớc 4: Chọn bƣớc dịch chuyển của bàn máy trong quá trình đo và tiến hành đo quét. Tùy vào yêu cầu của chi tiết mà ta có thể tiến hành chọn bƣớc dịch chuyển ( đối với máy QLS -12 có các bƣớc dịch chuyển từ 0.1 – 0.9) ta chọn bƣớc dịch chuyển là 0.5
Trang 71
Hình 3.11 Khung hiển thị bước quét và quá trình đo quét (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bƣớc 5: Sau khi máy đã thực hiện quá chình đo quét xong ta cần chọn vùng không gian để xử lý, ngay sau đó máy sẽ tự động tải các tải các ảnh chụp vào chƣơng trình, file dữ liệu đƣợc lƣu dƣới đuôi “.asc”.
Bƣớc 6: Khởi chạy trƣơng trình “Geomagic Studio 10” tiến hành xử lý dữ liệu đo quét và thu thập các thông số cần quan tâm trong quá trình đo.
Trang 72 Sau đây là quá trình tiến hành đo thực nghiệm các chi tiết và kết quả đƣợc biểu diễn bằng đồ thị, đi cùng đồ thị là các kích thƣớc của chi tiết trong mỗi lần đo.
Chi tiết 1
Trƣớc khi tiến hành đo quét ta phải gá đặt chi tiết lên trên bàn máy nhƣ sau:
Hình 3.13 gá đặt chi tiết trong quá trình đo
Trong quá trình tiến hành đo chi tiết ta phải điều chỉnh độ sáng tối tín hiệu thu của Camera về máy tính sao cho Camera thu đƣợc vệt ánh sáng laser là tốt nhất
Trang 73 Chi tiết sau khi đo quét bằng máy QLS -12 file dữ liệu sẽ đƣợc lƣu dƣới dạng đuôi “.asc” Sau đó ta sẽ khởi chạy chƣơng trình “Geomagic Studio 10” tiến hành xử lý, thu thập các thông số cần quan tâm trong quá trình đo.
Hình 3.15 Kết quả xử lý và xác định các thông số cần đo CT1
Trang 74
Tƣơng tự đối với các chi tiết 2, 3, 4, 5
Chi tiết 2
Trang 75
Chi tiết 3
Trang 76
Chi tiết 4
Trang 77
Chi tiết 5
Trang 78
Nhận xét:
Vậy thông qua việc thiến hành đo thực nghiệm trên 5 chi tiết trụ đã đƣợc thiết kế với các hình dạng kích thƣớc khác nhau nhƣ trên. Việc tiến hành đo thực nghiệm bằng phƣơng pháp “Quét bề mặt” đã giải quyết đƣợc ổn thỏa về vấn đề kích thƣớc chiều dài của chi tiết, sai số sau khi đo quét thông qua phần mềm sử lý đo kiểm lại chỉ dao động ≤ 0.1 mm
Nhƣng bên cạnh đó việc sử dụng phƣơng pháp “Quét bề mặt” để đo chi tiết tiện còn nhiều hạn chế đó là:
-Chi tiết sau khi đo quét xong phần kích thƣớc hình trụ tròn sai số còn nhiều. Mức độ của sai số qua 5 lần đo đối với mỗi chi tiết dao động từ 0 ÷ 5mm, có chi tiết sai số trong 1 lần đo còn lên đến ≤ 10mm.
-Khoảng cách từ bàn máy tới đầu đo laser còn hạn chế nên nếu đo các chi tiết kích thƣớc lớn có thể dẫn tới việc căn chỉnh, Calib đầu đo không đƣợc chính xác gây ra sai số lớn cho quá trình đo quét.
-Việc đo quét bằng phƣơng pháp “Quét bề mặt” đối với các chi tiết trụ tròn,