4. Các kết quả mới của luận án
4.5 Đo biên dạng một số chi tiết tròn xoay trên thiết bị quét laser 3D-LSM-01
với hệ số tương quan mạnh bằng 0,79.
Như vậy, phần tính toán và thử nghiệm ở mục 4.4.1 và 4.4.2 đã chứng minh thiết bị đo biên dạng chi tiết tròn xoay 3D-LSM-01 chế tạo có độ không đảm bảo đo mở rộng ngang trục là 1,68 µm và dọc trục là 6 µm với hệ số phủ k = 2 và xác xuất tin cậy là 95%.
Với sai số biên dạng đai dẫn của viên đạn Tct = 0,05 mm thì để đảm bảo khi kiểm tra không bị nhận nhầm hoặc loại nhầm sản phẩm thì sai số cho phép của phương pháp đo biên dạng Tpp = 14%Tct = 7 (µm) [103]. Điều này khẳng định thiết bị đo biên dạng 3D-LSM-01 chế tạo có thể ứng dụng trong việc kiểm tra biên dạng các loại đạn.
4.5 Đo biên dạng một số chi tiết tròn xoay trên thiết bị quét laser 3D-LSM-01 LSM-01
- Lựa chọn thông số đầu vào cho các bài đo biên dạng (Hình 4.25):
+ Chọn các thông số cổng Com phù hợp nhận tín hiệu từ Bộ điều khiển LS5001, Bộ hiển thị tọa độ WE6800-3 và Mạch điều khiển các chuyển động quay, tịnh tiến.
+ Thời gian lấy mẫu đối với máy LSM: 50 ms
+ Thời gian lấy mẫu đối vị trí dọc trục, góc quay: 50 ms + Tốc độ dịch chuyển dọc trục: 1 mm/s + Tốc độ góc quay: 3 vòng/phút + Hệ số bù: Dọc trục là 1 và góc quay chọn bằng 10. -2.00 -1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 B iên dạng dọc tr ục (µm ) Vị trí đo Máy LSM Đồng hồ so
107
(a)
(b)
Hình 4. 25: Thông số đầu vào của bài đo biên dạng.
a) Thông số đầu vào từ Bộ điều khiển LS5001 và Bộ hiển thị tọa độ WE6800-3, b) Thông số đầu vào của Mạch điều khiển chuyển động quay và tịnh tiến.
4.5.1 Đo biên dạng chi tiết trục nhôm bậc
Sơ đồ bố trí thử nghiệm như Hình 4.18. Sau khi thu được tập dữ liệu các điểm đo biên dạng chi tiết trục nhôm bậc chuyển qua phần mềm 3D Meshlab ta được biên dạng như Hình 4.26b,c.
108
(a) (b) (c)
Hình 4. 26: Biên dạng chi tiết trục nhôm bậc.
a) Chi tiết trục nhôm bậc, b) Biên dạng đo được dưới dạng điểm, c) Biên dạng đo được dưới dạng lưới điểm.
Biên dạng đo thu được thể hiện ở các ảnh phía bên phải (Hình 4.26b và Hình 4.26c) phản ánh đúng biên dạng thực tế của chi tiết quét các ảnh phía bên trái khi chụp (Hình 4.26a).
Khi thu được biên dạng dưới dạng đám mây điểm, để xác định kích thước, biên dạng tại các vị trí cần đo ta tiến hành cắt các mặt cắt ngang tại các vị trí đó. Ví dụ ta xét các mặt cắt dọc trục cách đầu các khoảng 10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm đến 160 mm (Hình 4.33) và so sánh kết quả đo với máy đo CMM của hãng Microstar: model 220-162, kích thước 3 chiều (500 x 500 x 400) mm, độ phân giải 0,5 µm và độ chính xác ± (4,5 + L/150) µm. Kết quả đo so sánh trong bảng 4.3 với hệ số tương quan về đường kính là 1.
109
Bảng 4.3: Bảng so sánh kết quả đo trên máy CMM và thiết bị 3D-LSM-01.
Vị trí đo (mm)
Kết quả đo đường kính
(mm) Kết quả đo độ tròn (µm) Máy CMM Thiết bị 3D- LSM-01 Chênh lệch Máy CMM Thiết bị 3D- LSM-01 Chênh lệch 10 14,964 14,968 0,004 5,2 4,5 0,7 20 14,963 14,960 0,003 1,3 0,4 0,9 30 16,372 16,375 0,003 6,3 7,1 0,8 40 19,969 19,970 0,001 4,2 4,8 0,3 50 19,965 19,969 0,004 3,8 4,2 0,4 60 19,960 19,963 0,003 4,1 4,7 0,6 70 19,966 19,962 0,004 2,4 2,9 0,5 80 19,962 19,963 0,001 5,1 5,6 0,5 90 32,476 32,481 0,005 6,4 6,9 0,5 100 34,031 34,030 -0,001 5,9 5,4 0,5 120 34,027 34,022 -0,005 4,4 4,8 0,4 140 34,032 34,034 0,002 5,9 5,5 0,4 160 34,033 34,036 0,003 4,8 4,3 0,5
Hình 4. 28: Mô hình máy đo CMM hãng Microstar.
110
Vị trí 120 mm Vị trí 70 mm Vị trí 20 mm
Hình 4. 29: Biên dạng mặt cắt mẫu trụ nhôm tại các vị trí khác nhau.
4.5.2 Đo biên dạng chi tiết đạn
- Đo biên dạng chi tiết đạn 14,5 mm:
(a) (b)
Hình 4. 30: Đo biên dạng chi tiết đạn 14,5 mm. a) Sơ đồ thử nghiệm, b) Kết quả đo biên dạng.
- Đo biên dạng chi tiết đạn Hải quân sát thương vạch đường 25 mm
(a) (b)
Hình 4. 31: Đo biên dạng chi tiết đạn Hải quân sát thương vạch đường 25 mm. a) Sơ đồ thử nghiệm, b) Kết quả đo biên dạng.
Đạn 14,5 mm
Đạn HQSTVĐ25 mm
111
Từ kết quả biên dạng đạn đo được trên thiết bị quét laser 3D-LSM-01 ta xác định được các kích thước cần đo. So sánh với bản vẽ thiết kế để đánh giá sự phù hợp về chất lượng của quá trình gia công và lắp ghép đạn trong sản xuất.
4.6 Kết luận chương 4
Nội dung Chương 4 đã sử dụng các chuẩn mẫu đánh giá sai số thiết bị đo biên dạng 3D-LSM-01 sau thiết kế, chế tạo: Sai số máy LSM, sai số dịch chuyển dọc trục, sai lệch đường dẫn hướng.
Thử nghiệm đánh giá giải pháp nâng cao độ chính xác bằng phương pháp đảo ngược. Đánh giá ảnh hưởng vị trí của chi tiết đo trong vùng quét laser đến kết quả đo biên dạng.
Đánh giá độ không đảm đo của thiết bị đo sau chế tạo. Độ không đảm bảo đo mở rộng theo phương ngang trục là 1,68 µm, phương dọc trục là 6 µm với hệ số phủ k = 2, xác xuất tin cậy là 95%. Với độ không đảm bảo đo này cảm biến hoàn toàn có thể ứng dụng đo biên dạng các chi tiết đạn trong sản xuất quốc phòng.
Tiến hành thử nghiệm đo biên dạng một số dạng chi tiết tròn xoay thông dụng, đặc biệt là biên dạng các loại đạn trong sản xuất quốc phòng. Kết quả đo biên dạng chứng minh tính khả thi của phương pháp đo biên dạng luận án đề xuất.
112
KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN
Sau quá trình nghiên cứu lý thuyết và xây dựng thử nghiệm đánh giá luận án đã đạt được kết quả với những đóng góp mới mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sau:
Luận án nghiên cứu, phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp đo biên dạng. Các nghiên cứu trên thế giới và trong nước về đo lường biên dạng chi tiết tròn xoay.
Luận án đã nghiên cứu xây dựng cơ sở toán học biên dạng chi tiết tròn xoay. Xây dựng phương pháp đo lường biên dạng chi tiết tròn xoay sử dụng quét laser.
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sai số của phương pháp đo biên dạng chi tiết tròn xoay sử dụng quét laser: các yếu tố do cảm biến Laser Scan Micrometer, do điểm đặt mẫu ban đầu, nghiêng trục dẫn hướng, lệch đầu đo. Phân tích và đưa ra các giải pháp nâng cao độ chính xác.
Nghiên cứu các giải pháp nâng cao độ chính xác của phương pháp đo: ứng dụng phương pháp đảo ngược khử độ lệch tâm, hiệu chỉnh vị trí chi tiết đo trong vùng quét, hiệu chỉnh sai số cảm biến LSM.
Chế tạo thành công hệ thống thử nghiệm đo biên dạng chi tiết tròn xoay có đường kính (2 đến 40) mm, độ phân giải 0,05 µm, độ chính xác đường kính ± 2 µm; chiều dài đo đến 300 mm, độ phân giải dọc trục 0,5 µm, độ chính xác ± 5 µm.
Thử nghiệm đánh giá trên các mẫu chuẩn và so sánh với thiết bị đo biên dạng công nghiệp F135 nhằm chứng minh tính đúng đắn của những luận điểm khoa học đưa ra: khi tâm chi tiết càng xa tâm quét laser thì sai số đo biên dạng càng lớn, loại bỏ độ lệch tâm giữa chi tiết và tâm bàn quay bằng phương pháp đảo ngược.
Tính toán độ không đảm bảo đo của cảm biến đo biên dạng chi tiết tròn xoay bằng phương pháp quét laser sau chế tạo. Độ không đảm bảo đo mở rộng theo phương ngang trục là 1,68 µm, phương dọc trục là 6 µm với hệ số phủ k = 2, xác xuất tin cậy là 95%. Với độ không đảm bảo đo này thiết bị có thể ứng dụng đo biên dạng các chi tiết đạn trong sản xuất Công nghiệp Quốc phòng.
HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
1. Nghiên cứu các giải pháp nâng cao độ chính xác của phương pháp đo biên dạng chi tiết tròn xoay bằng quét laser trực tiếp trên hệ thống dây chuyền sản xuất.
2. Hoàn thiện phần mềm xử lý bộ dữ liệu lớn các điểm đo thu được nhằm nâng cao năng xuất đo.
113
DANH MỤC
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
1. Lê Xuân Cam, Nguyễn Văn Vinh (2018), "Thiết kế, chế tạo thiết bị đo biên dạng 3D chi tiết tròn xoay sử dụng phương pháp quét laser truyền qua", Hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí lần thứ V - VCME 2018, tr.622-628.
2. Lê Xuân Cam, Nguyễn Văn Vinh, Lưu Đức Hùng (2019), "Ứng dụng phương pháp quét laser truyền qua trong kiểm tra biên dạng 3D đạn", Tạp chí nghiên cứu Khoa học và Công nghệ quân sự (ISSN 1859 - 1043), số 62 (2019), tr.195-204.
3. Le Xuan Cam, Nguyen Van Vinh, Hoang Hong Hai (2020), "Measurement Profile of Surface Revolution by Laser Scan Micrometer Method", American Scientific Research Journal for Engineering, Technology and Sciences (ISSN 2313-4402), Volume 67 (2020), No 1, pp 36-44.
4. Lê Xuân Cam, Nguyễn Văn Vinh, Hoàng Hồng Hải (2020), "Nghiên cứu đo biên dạng chi tiết tròn xoay bằng thiết bị quét laser", Hội nghị khoa học kỹ thuật đo lường toàn quốc lần thứ VII (2020), tr.259-265.
5. Lê Xuân Cam, Nguyễn Văn Vinh, Hoàng Hồng Hải (2020), "Nghiên cứu nâng cao độ chính xác đo độ tròn bằng phương pháp quét laser", Hội nghị khoa học kỹ thuật đo lường toàn quốc lần thứ VII (2020), tr.253-258.
6. Le Xuan Cam, Nguyen Van Vinh, Hoang Hong Hai (2020), "Non-contact Measurement Profile 2D of Revolution Surface by Using a Laser Scan Micrometer Device", The Second International Conference on Material, Machines, and Methods for Sustainable Development - MMMS2020, tr.205-212.
7. Le Xuan Cam, Nguyen Van Vinh, Hoang Hong Hai (2021), "Measurement of Cylinder Surface Profile by Using a Laser Scan Micrometer Device", International Journal of Advanced Research in Engineering and Technology (IJARET) (ISSN 0976- 6499), Volume 12, Issue 1, January 2021, pp. 465-472.
8. Lê Xuân Cam, Nguyễn Văn Vinh, Hoàng Hồng Hải, Nguyễn Thị Kim Cúc (2021), " Đánh giá độ không đảm bảo đo trong phép đo độ trụ chi tiết tròn xoay bằng phương pháp quét laser", Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải (ISSN 2615-9554), Tập 72, Số 9 (12/2021), tr.1107-1117.
114
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] ISO 12180-1:2011 (accessed on 16 October 2018), "Annex B: Geometrical Product Specifications (GPS)-Cylindricity-Part 1: Vocabulary and Parameters of Cylindrical Form-Consideration in the Assessment of Deviations from Cylindrical Form (International Organization for Standardization)", Available online: https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso:12180:-1:ed-1:v1:en
[2] Adamczak S., Makieła W (2011), "Analyzing the variations in roundness profile parameters during the wavelet decomposition process using the MATLAB environment", Metrology and Measurement Systems, 18 No. 1, pp. 25–34.
[3] Adamczak S., Bochnia J., Kaczmarska B (2014), "Estimating the uncertainty of tensile strength measurement for a photocured material produced by additive manufacturing", Metrology and Measurement Systems, 21 No. 3, pp.553–560. [4] Kundera C., Kozior T (2014), "Research of the elastic properties of bellows
made in SLS technology", Advanced Materials Research, Vol. 874 (2014), pp. 77–81.
[5] Tạ Thị Thúy Hương (2016), "Cơ sở đảm bảo độ chính xác của phép đo sai lệch độ tròn", Luận án Tiến sĩ kỹ thuật.
[6] Adamczak S., Miko E., Cus F (2009), "A model of surface roughness constitution in the metal cutting process applying tools with defined stereometry", Strojniški vestnik - Journal of Mechanical Engineering, 55 (2009), pp. 45–54.
[7] Poniatowska M, Werner A (2010), "Fitting spatial models of geometric deviations of free-form surfaces determined in coordinate measurements", Metrology and Measurement Systems, No. 12/4, pp. 599–610.
[8] Zawada-Tomkiewicz A (2010), "Estimation of surface roughness parameter based on machined surface image", Metrology and Measurement Systems, No. 17/3, pp. 493–504.
[9] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 5906 : 2007 (2007), "Đặc tính hình học của sản phẩm (GPS) – Dung sai hình học – Dung sai hình dạng, hướng, vị trí và độ đảo". [10] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7294 -1: 2003 (2008), "Dung sai chung – Phần 1:
Dung sai của các kích thước dài và kích thước góc không có chỉ dẫn dung sai riêng".
[11] Lê Quang Trà (2016), "Nghiên cứu đo biên dạng 3D của chi tiết bằng phương pháp sử dụng ánh sáng cấu trúc", Luận án tiến sĩ kỹ thuật.
[12] Nguyễn Thị Kim Cúc (2018), "Nghiên cứu sử dụng phương pháp ánh sáng cấu trúc để nâng cao chất lượng đo chi tiết cơ khí", Luận án tiến sĩ kỹ thuật.
[13] Salah A.H.R (2008), "The influence of fitting algorithm and scanning speed on roundness error for 50 mm standard ring measurement using CMM", Metrology and Measurement Systems, 15/1 (2008), pp. 33–54.
[14] Nemedi, M. Sekulic, V. Radlovacki et al. (2017), "A method for determining roundness and actual form of circular workpiece cross sections", Acta Polytech. Hung. 14(6), pp. 169–184.
[15] Vũ Toàn Thắng (2005), "Xây dựng phương pháp đo sai lệch độ tròn của các chi tiết cơ khí trong hệ tọa độ cực", Luận án tiến sĩ kỹ thuật.
115
[16] Stepien, Krzysztof (2014), "New trends in design of instruments for measurements of roundness and cylindricity", Advanced Technologies in Mechanics, doi: 10.17814/atim.y2014.iss1(1).art8.
[17] Page, D. et al (2005), "3D CAD model generation of mechanical parts using coded‐pattern projection and laser triangulation systems", Assembly Automation 25(3), pp. 230-238.
[18] Denkena, Berend & Huke, Philipp (2009), "Development of a high resolution pattern projection system using linescan cameras", Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, doi: 10.1117/12.823837.
[19] B. Denkena, P. Huke, "Development of a high resolution pattern projection system using linescan cameras", Proc. SPIE 7389, Optical Measurement Systems for Industrial Inspection VI, 73890F (17 June 2009).
[20] Frank Chen, Mumin Song, Gordon M. Brown (2000), "Overview of three- dimensional shape measurement using optical methods", Optical Enineering, 39, pp. 10–22.
[21] Apulacheeva, E. (2006), "Overview of 3D surface digitization technologies in Europe", Three-Dimensional Image Capture and Applications VII, Proceedings of the SPIE. 6056.
[22] Schwarte, R. (1997), "Überblick und Vergleich aktueller Verfahren der optischen Formerfassung", GMA-Bericht 30, Optische Formerfassung, Langen, pp. 1-12. [23] Sandner, Marc. (2015), "Optical measurement of partially specular surfaces by
combining pattern projection and deflectometry techniques", doi: 10.13140/RG.2.1.3771.7363.
[24] Sindhu, V. & Soundarapandian, S. (2019), "Three-dimensional modelling of femur bone using various scanning systems for modelling of knee implant and virtual aid of surgical planning", Measurement: Journal of the International Measurement Confederation, 141:190–208, doi: 10.1016/j.measurement.2019.04.017.
[25] Hosseininaveh, Ali. (2014), "Photogrammetric Multi-View Stereo and Imaging Network Design".
[26] https://www.apogeeweb.net/electron/The-Function-And-Principle-Of-Laser- Sensor.html
[27] https://hub.hamamatsu.com/us/en/application-note/measuring-distance-with- light/index.html
[28] Laser Scan Micrometer-Mitutoyo (accessed on 5 October 2017)., Available online: http://www.mitutoyo.com/wp-content/uploads/2013/07/2101_Laser- Scan-Mic.pdf.
[29] Niu, Zengyuan & Chen, Yuan-Liu & Shimizu, Yuki & Matsukuma, Hiraku & Gao, Wei. (2018), "Error Separation Method for Precision Measurement of the Run-Out of a Microdrill Bit by Using a Laser Scan Micrometer Measurement System", Journal of Manufacturing and Materials Processing, 2(1), 4, doi: 10.3390/jmmp2010004.
[30] https://www.aeroel.it/technology/how-does-a-laser-micrometer-works/38- inglese/tecnologia.html.
116
[32] Endo, K.; Gao, W.; Yiyono, S. (2003), "A new multi-probe arrangement for surface profile measurement of cylinders", JSME Int. J. Ser. C 2003, 46, pp. 1531–1537.
[33] Wenwen Liu, Penghao Hu & KuangChao Fan (2018), "Comparison of Current Five-Point Cylindricity Error Separation Techniques", Applied Sciences, 8, 1946, doi : 10.3390/app8101946.
[34] Lee, J.C.; Yuki, S.Y.; Gao, W.; Oh, J.; Park, C.H. (2014), "Precision evaluation of surface form error of a large-scale roll workpiece on a drum roll lathe", Precision Engineering, 38, pp. 839–848.
[35] Shi, S.Y.; Lin, J.; Wang, X.F.; Zhao, M. (2016), "A hybrid three-probe method for measuring the roundness error and the spindle error", Precis. Eng., 45, pp. 403–413.
[36] Li, S.Y.; Dai, Y.F.; Xie, X.H. (2007), "On-Side Measurement and Error Compensation Technology for Precision and Ultra-Precision Machining", University of Defense Science and Technology Press: Changsha, China, pp. 95– 279; ISBN 978-7-81099 (In Chinese).
[37] Zhang, L.; Zhao, Y.; Ba, L. (2018), "Research and practice on the online measurement of cylindricity error in a grinding machine", Key Engineering Material, vols. 359–360, pp. 176–180.
[38] Liu, W.W.; Fan, K.C.; Hu, P.H.; Hu, Y. (2018), "A parallel error separation method for the on-line measurement and reconstruction of cylindrical profiles", Precision Engineering, volume 51, pp. 1–9, doi:10.1016/j.precisioneng.2017.06.017.
[39] Liu, W.W.; Zeng, H.; Liu, S.L.; Wang, H.T.; Chen, W.Y. (2018), "Four-point error separation technique for cylindricity", Meas. Sci. Technol, 29, 075007, doi: 10.1088/1361-6501/aac15b.
[40] Ste˛pien´(2014), "In situ measurement of cylindricity—Problems and solutions", Precis. Eng., 38, pp. 697–701.
[41] Ste˛pien´, K.; Janecki, D.; Adamczak, S. (2011), "Investigating the influence of selected factors on results of V-block cylindricity measurement", Measurement, 44, pp. 767–777.
[42] Adamczak, S.; Janecki, D.; Ste˛pien´, K. (2010), "Qualitative and quantitative evaluation of the accuracy of the V-block method of cylindricity measurements", Precis. Eng., 34, pp. 619–626.
[43] Chen, Y.L.; Niu, Z.; Matsuura, D.; Lee, J.C.; Shimizu, Y.; Gao, W.; Oh, J.S.; Park, C.H. (2017), " Implementation and verification of a four-probe motion error measurement system for a large-scale roll lathe used in hybrid manufacturing",