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 mạ nh bằ ng 0,79.
Như vậ y, ph ầ n tính toán và th ử nghiệ m ở mục 4.4.1 và 4.4.2 đã chứ ng minh thiế t b ị đo biên dạ ng chi ti ế t tròn xoay 3D-LSM-01 ch ế tạo có độ không đả m b ảo đo mở r ộng ngang tr ục là 1,68 µm và d ọc tr ục là 6 µm với hệ số phủ k = 2 và xác xu ấ t tin c ậ y là 95%.
V ới sai s ố biên d ạng đai dẫ n c ủa viên đạ n Tct = 0,05 mm thì để đả m b ả o khi
kiể m tra không b ị nhậ n nh ầ m ho ặ c lo ạ i nh ầ m s ả n ph ẩ m thì sai s ố cho phép c ủa phương pháp đo biên dạ ng Tpp = 14%Tct = 7 (µm) [103]. Điề u này kh ẳng đị nh thi ế t b ị đo biên
dạ ng 3D-LSM-01 chế t ạ o có thể ứ ng d ụng trong việ c kiể m tra biên d ạ ng các lo ại đạ n.
4.5 Đo biên dạng một số chi tiết tròn xoay trên thiết bị quét laser 3D-LSM-01 LSM-01
- L ự a chọ n thông s ố đầ u vào cho các bài đo biên d ạ ng (Hình 4.25):
+ Ch ọ n các thông s ố c ổng Com phù h ợp nh ậ n tín hi ệ u t ừ Bộ điề u khi ể n LS5001, B ộ hiể n th ị tọa độ WE6800-3 và M ạch điề u khi ể n các chuyển động quay, t ịnh tiế n.
+ Th ời gian l ấ y mẫu đố i v ới máy LSM: 50 ms
+ Th ời gian l ấ y mẫu đố i v ị trí d ọc tr ục, góc quay: 50 ms + T ốc độ d ịch chuyể n d ọc trục: 1 mm/s + T ốc độ góc quay: 3 vòng/phút + H ệ số bù: D ọ c trụ c là 1 và góc quay ch ọn b ằ ng 10. 106 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Biê n dạ ng dọ c trụ c (µ m)
(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 nghiệ m như Hình 4.18 . Sau khi thu được t ậ p d ữ liệu các điể m đo biên dạ ng chi ti ế t tr ục nhôm b ậ c chuyể n qua ph ầ n mềm 3D Meshlab ta được biên dạng như Hình 4.26 b,c.
(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 d ạng đo thu đượ c th ể hiệ n ở các ả nh
phía bên ph ả i (Hình 4.26b và Hình
4.26c) phản ánh đúng biên dạ ng th ự c t ế c ủa chi ti ế t quét các ả nh phía bên trái khi ch ụ p
(Hình 4.26a).
Khi thu được biên d ạng dưới d ạng đám mây điểm, để xác định kích thước, biên dạ ng tạ i các v ị trí c ần đo ta tiế n hành c ắ t các mặ t c ắ t ngang tạ i các v ị trí đó. Ví d ụ ta xét các mặ t c ắ t d ọc tr ục cách đầ u các kho ảng 10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm đế n 160 mm (Hình 4.33) và so sánh k ế t qu ả đo với máy đo CMM c ủa hãng Microstar: model
220- 162, kích thước 3 chi ề u (500 x 500 x 400) mm , độ phân gi ả i 0,5 µm và độ chính
xác ± (4,5 + L/150) µm. K ế t qu ả đo so sánh trong bả ng 4.3 v ới h ệ số tương quan về
đường kính là 1.
Hình 4. 27: Vị trí các điểm đo mẫu trụ nhôm bậc.
1 0 8
Bảng 4.3: Bảng so sánh kết quả đo trên máy CMM và thiết bị 3D-LSM-01.
Chi tiết trục nhôm
Hình 4. 28: Mô hình máy đo CMM hãng Microstar.
109
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
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 dạ ng chi ti ết đạ n 14,5 mm: Đ ạ n 1 4 , 5 m m
(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 dạ ng chi ti ết đạ n H ải quân sát thương vạch đường 25 mm
Đạn HQSTVĐ25 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.
T ừ kế t qu ả biên d ạng đạ n đo được trên thi ế t b ị quét laser 3D-LSM-01 ta xác định được các kích thước c ần đo. So sánh với b ả n v ẽ thi ế t k ế để đánh giá sự phù h ợp về chất lượng c ủ a quá trình gia công và l ắp ghép đạ n trong s ả n xu ấ t.
4.6 Kết luận chương 4
N ội du ng Chương 4 đã sử dụng các chu ẩ n mẫu đánh giá sai số thiế t b ị đo biên dạ ng 3D-LSM-01 sau thi ế t k ế , ch ế tạ o: Sai s ố máy LSM, sai s ố dịch chuyể n d ọc tr ục, sai l ệch đường d ẫn hướ ng.
Thử nghi ệ m đánh giá giải pháp nâng cao độ chính xác b ằng phương pháp đả o ngược . Đ ánh giá ảnh hưởng vị trí c ủa chi ti ết đo trong vùng quét laser đế n k ế t qu ả đo biên dạ ng.
Đánh giá độ không đảm đo của thiế t b ị đo sau chế t ạ o. Độ không đả m b ảo đo mở r ộng theo phương ngang trục là 1,68 µm, phương dọ c tr ụ c là 6 µm với h ệ s ố ph ủ k = 2, xác xu ấ t tin c ậ y là 95%. V ới độ không đả m b ảo đo này c ả m biế n hoàn toàn có th ể ứ ng dụng đo biên dạ ng các chi ti ết đạ n trong s ả n xu ấ t qu ố c phòng.
Tiế n hành thử nghiệ m đo biên dạ ng một s ố d ạ ng chi ti ế t tròn xoay thông d ụng, đặ c bi ệ t là biên d ạ ng các lo ại đạ n trong s ả n xu ấ t qu ốc phòng. K ế t qu ả đo biên dạ ng ch ứ ng minh tính kh ả thi c ủa phương pháp đo biên dạ ng luậ n án đề xu ấ t.
KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN
Sau quá trình nghiên c ứ u lý thuyế t và xây d ự ng thử nghi ệ m đánh giá luận án đã đạt được kế t qu ả với nh ững đóng góp mới mang ý nghĩa khoa họ c và th ự c tiễ n sau:
Luậ n án nghiên c ứu, phân tích ưu nhược điể m c ủa các phương pháp đo biên dạ ng. Các nghiên c ứ u trên th ế giới và trong nước v ề đo lườ ng biên d ạ ng chi ti ế t tròn xoay.
Luậ n án đã nghiên c ứ u xây d ựng cơ sở toán h ọc biên d ạ ng chi ti ế t tròn xoay. Xây d ựng phương pháp đo lường biên d ạ ng chi ti ế t tròn xoay sử dụ ng quét laser.
Nghiên c ứ u các yế u t ố ảnh hưởng đế n sai s ố c ủa phương pháp đo biên dạ ng chi tiế t tròn xoay s ử dụ ng quét laser: các yế u t ố do c ả m bi ế n Laser Scan Micrometer, do điểm đặ t m ẫu ban đầ u, nghiêng tr ục d ẫn hướ ng, l ệch đầu đo. Phân tích và đưa ra các giải pháp nâng cao độ chính xác.
Nghiên cứ u các gi ải pháp nâng cao độ chính xác c ủa phương pháp đo: ứ ng d ụng phương pháp đảo ngượ c kh ử độ lệ ch tâm, hi ệ u ch ỉnh v ị trí chi ti ết đo trong vùng quét, hiệ u ch ỉnh sai s ố c ả m bi ế n LSM.
Chế tạ o thành công h ệ thống th ử nghiệ m đo biên dạ ng chi ti ế t tròn xoay có đường kính (2 đế n 40) mm, độ phân gi ả i 0,05 µm, độ chính xác đường kính ± 2 µm; chiều dài đ o đế n 300 mm, độ phân gi ả i d ọ c trụ c 0,5 µm, độ chính xác ± 5 µm.
Thử nghi ệ m đánh giá trên các mẫ u chuẩ n và so sánh v ới thi ế t b ị đo biên dạ ng công nghi ệ p F135 nhằ m chứ ng minh tính đúng đắ n c ủa nh ữ ng lu ận điể m khoa h ọ c đưa ra: khi tâm chi ti ế t càng xa tâm quét laser thì sai s ố đo biên dạ ng càng l ớn, loạ i b ỏ độ lệ ch tâm giữ a chi ti ế t và tâm bàn quay bằng phương pháp đảo ngược.
T ính toán độ không đả m b ảo đo của c ả m bi ế n đo biên dạ ng chi ti ế t tròn xoay bằng phương pháp quét laser sau chế t ạ o. Độ không đả m b ảo đo mở r ộng theo phương ngang tr ụ c là 1,68 µm, phương dọc tr ụ c là 6 µm với h ệ số ph ủ k = 2, xác xu ấ t tin c ậ y là 95%. V ới độ không đả m b ảo đo này thiế t b ị có th ể ứ ng d ụng đo biên dạ ng các chi tiết đạ n trong s ả n xu ấ t Công nghi ệ p Qu ốc phòng.
HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
1. Nghiên c ứ u các gi ải pháp nâng cao độ chính xác c ủa phương pháp đo biên dạ ng chi tiế t tròn xoay b ằ ng quét laser tr ự c tiế p trên h ệ th ống dây chuyề n s ả n xuấ t.
2. Hoàn thi ệ n ph ầ n mề m x ử lý b ộ dữ liệ u l ớn các điểm đo thu được nh ằ m nâng cao năng xuấ t đo.
DANH MỤC
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
1. , Nguyễn Văn Vinh (2018), "Thi ế t k ế , ch ế tạo thi ế t b ị đo biên
dạng 3D chi ti ế t tròn xoay s ử dụng phương pháp quét laser truyề n qua", H ội ngh ị
khoa h ọc và công ngh ệ toàn qu ốc v ề cơ khí l ầ n thứ V - VCME 2018, tr.622-628. 2. , Nguyễn Văn Vinh, Lưu Đứ c Hùng (2019), " Ứng d ụng
phương pháp quét laser truyề n qua trong ki ể m tra biên d ạng 3D đạ n", T ạ p chí nghiên
c ứ u Khoa h ọc và Công ngh ệ quân s ự (ISSN 1859 - 1043), s ố 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. , Nguyễn Văn Vinh, Hoàng Hồng H ả i (2020), "Nghiên c ứu đo
biên d ạng chi ti ế t tròn xoay b ằng thi ế t b ị quét laser", H ội ngh ị khoa h ọc k ỹ thu ật đo
lường toàn qu ốc l ầ n th ứ VII (2020), tr.259-265.
5. , Nguyễn Văn Vinh, Hoàng H ồng H ả i (2020), "Nghiên c ứ u
nâng cao độ chính xác đo độ tròn b ằng phương pháp quét laser ", H ội ngh ị khoa h ọc
k ỹ thu ật đo lường toàn qu ố c lầ n 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. , 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),
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15]
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
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.
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.
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.
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.
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. 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.
Zawada-Tomkiewicz A (2010), "Estimation of surface roughness parameter
based on machined surface image", Metrology and Measurement Systems, No.
17/3, pp. 493–504.
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".
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".
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.
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.
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.
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.
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.
[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.
[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,