5. Nội dung của đề tài
2.7.2Thông số của các linh kiện điện tử
2.7.2.1 Encoder (bộ mã hóa vòng quay quang học Autonics) E40S6-5000-3-T-24
Thông số cơ bản:
- Số xung: 5000 xung/ vòng; - Điện áp : 12-24 VDC - 3 lỗ gá.
- Kiểu lắp: T
2.52: Encoder E40S6 -5000 - 3 - T -24
2.7.2.2 PLC CP1L-L20DR-A
2.53: PLC CP1L của Omron
PLC CP1L-L20DR-A OMRON có thông số kỹ thuật nhƣ sau:
Kết nối với môđun mở rộng tƣơng tự nhƣ cho loại CPM1 (tối đa 3 môđun cho CPU 30,40, 60 I/O và 1 cho CPU 14, 20 I/O))
- Đầu vào analog 0-10V (256) - Đầu vào/ra xung 100kHz
- Bộ nhớ 5/10Kstep, có bộ nhớ ngoài, - Tốc độ thực thi 0,55 s
- Bộ hiển thị LCD gắn ngoài (CP1W-DAM01) giúp theo dõi, điều chỉnh thông số tại chỗ
- Lập trình cổng USB bằng CX-Programmer - Chạy mô phỏng bằng CX-Simulator
- Nguồn cấp 100-240 VAC - Ngõ vào DC: 12
- Ngõ ra relay: 8
2.54: Cổng chuyển đổi USB sang RS232
PLC dùng cổng RS232 còn máy tính không có cổng Com nên sử dụng thêm một cổng chuyển đổi để dùng cổng USB trên máy tính để nhận dữ liệu truyền xuống từ PLC. 2.8 Bản vẽ chế tạo sản phẩm (Xem Phụ lục) 2.9 Hƣớng dẫn sử dụng (Xem Phụ lục) 2.10 Kết luận chƣơng 2
Các tính toán trong chƣơng này chỉ ra rằng sai số chiều dài tay đo ảnh hƣởng không nhiều đến độ chính xác kết quả đo, trong khi các di chuyển góc làm điểm mút khâu có di động tự do rất lớn. Tuy nhiên các dung sai chế tạo khâu hoặc khe
hở hƣớng kính của ổ lăn đều đã đƣợc chọn dựa trên các căn cứ định lƣợng tin cậy và phản ứng động học tự nhiên của cơ cấu kết hợp với kỹ thuật thống kê.
Dựa trên các tính toán về quy đổi di chuyển nhỏ giữa hai không gian của robot, nếu yêu cầu về khả năng nhận biết một di chuyển có bƣớc biết trƣớc trong không gian công tác hoàn toàn có thể xác định đƣợc độ phân giải của cảm biến. Tuy nhiên độ phân giải là tham số tiêu chuẩn của cảm biến do hãng quy định nên việc chọn cảm biến thƣờng dẫn đến một cảm biến có độ phân giải cao hơn yêu cầu, điều này làm cho khả năng nhận biết di chuyển nhỏ nhất của máy luôn tốt hơn yêu cầu thiết kế.
Cơ chế ảnh hƣởng lẫn nhau giữa sai số chế tạo hoặc lắp ráp của cơ cấu chấp hành và cảm biến không mô hình hóa đƣợc bằng lý thuyết. Vì vậy đề tài đã chuyển qua đo lƣờng bằng thực nghiệm và nội suy tại các điểm khác nhau để giảm chi phí tính toán. Kết quả tính sau đó đƣợc bù vào kết quả đo, đây là hƣớng làm chuyển chức năng máy vào phần mềm thay vì chỉ thuộc phần cứng, cách làm này duy trì đƣợc độ chính xác lâu dài cho máy.
Với thiết bị đo kiểu Robot (theo mô hình của đề tài). Để xác định độ chính xác của máy chỉ cần xác định ở vị trí đo xa nhất trong vùng làm việc, nếu thỏa mãn yêu cầu của đầu bải thì đủ điều kiện kết luận độ chính xác của máy đo.
Có hai phƣơng pháp để tính chiều tay đo, độ phân dải của Encoder: Phƣơng pháp số và phƣơng pháp hình học, trong đó:
- Phƣơng pháp số:
+ Với cùng số điểm khảo sát thì tốc độ khảo sát cao hơn; + Phạm vi khảo sát rộng hơn
- Phƣơng pháp hình học: + Quan sát trực quan
+ Xây dựng công thức để mô tả trong thuật toán lập trình phần mềm đơn giản hơn.
CHƢƠNG 3: ĐO VÀ ĐÁNH GIÁ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 3.1 Nội dung đánh giá, thiết bị đánh giá.
3.1.1 Đánh giá “độ chính xác lặp lại phép đo” của máy.
* Mục đích:
Nhằm đánh giá độ chính xác của phép đo sau khi thực hiện các vòng lặp khi đo trên thiết bị.
Phƣơng pháp đánh giá này không đòi hỏi cao về chất lƣợng gia công, lắp ghép chi tiết, mặt khác giữ đƣợc độ chính xác lâu dài chức năng bù sai số trên phần mềm. * Phƣơng pháp:
Cơ chế ảnh hƣởng lẫn nhau giữa sai số chế tạo hoặc lắp ráp của cơ cấu chấp hành và cảm biến không mô hình hóa đƣợc bằng lý thuyết. Vì vậy đề tài đã chuyển qua đo lƣờng bằng thực nghiệm và nội suy tại các điểm khác nhau để giảm chi phí tính toán. Kết quả tính sau đó đƣợc bù vào kết quả đo, đây là hƣớng làm chuyển chức năng máy vào phần mềm thay vì chỉ thuộc phần cứng, cách làm này duy trì đƣợc độ chính xác lâu dài cho máy.
3.1.2 Đánh giá “sai số tƣơng đối theo đƣờng kính” so với phƣơng pháp đo hiện đang áp dụng tại cơ sở (Công ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất 13) hiện đang áp dụng tại cơ sở (Công ty TNHH MTV Cơ khí hóa chất 13)
* Mục đích:
Đánh giá độ chính xác các phép đo của thiết bị số hóa biên dạng kiểu robot theo yêu cầu đặt ra. Từ đây đề xuất giải pháp để tăng độ chính xác của thiết bị. * Phƣơng pháp:
- Lựa chọn chi tiết chuẩn để đo kiểm: Sử dụng 3 loại chi tiết chuẩn đƣợc gia công mài chính xác.
+ Chi tiết dạng 1: Chi tiết dạng tròn xoay có profin đƣờng sinh là đƣờng cong. + Chi tiết dạng 2: Chi tiết dạng tròn xoay có profin là đƣờng thẳng không song song với đƣờng tâm (hình côn)
+ Chi tiết dạng 3: Chi tiết dạng tròn xoay có profin là đƣờng thẳng song song với đƣờng tâm (hình trụ)
- Sử dụng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm để xác định số lần đo đảm bảo độ tin cậy 95%.
- Tiến hành đo các chi tiết trên các thiết bị đo nêu tại mục 3.1.3 theo số lần đo tính toán bằng tay, kiểm tra bằng phần mềm Minitab để làm kết quả đối chứng.
- Tiến hành đo lại các chi tiết trên thiết bị chế tạo với số lần đo nhƣ trên.
- Trong các lần đo chi tiết đƣợc để cố định, các vị trí đo thống nhất theo sơ đồ (có sơ đồ xác định vị trí đo kèm theo).
- Lập bảng để xác định sai lệch giữa hai phƣơng pháp: Yêu cầu sai lệch không vƣợt quá 0,10mm.
- Lập bảng để so sánh, đánh giá kết quả.
3.1.3 Thiết bị đánh giá
Các thiết bị dùng để so sánh là các thiết bị tại Phòng đo lƣờng của Nhà máy Z113 “phòng LAB đƣợc tổng cục kỹ thuật đo lƣờng Quân đội cấp chứng nhận đạt chuẩn LAB quốc gia”, gồm:
- Máy đo phỏng hình 50 lần JT3-D phóng ảnh đến 50 lần: Áp dụng với mẫu đo có biên dạng định hình (Hình 3.1).
- Máy hiển vi vặn năng (chính xác đến 0,0001mm): Áp dụng với mẫu đo hình trụ, trụ bậc (Hình 4.2).
3.56: Máy hiển vi vạn năng JX13B
3.2 Kết quả đánh giá “độ chính xác lặp lại phép đo” bằng phƣơng pháp Quy hoạch thực nghiệm hoạch thực nghiệm
3.2.1 Xác định số lần đo
Theo yêu cầu kỹ thuật của thiết bị: sai số lặp cho phép < 0,10mm
Tính toán tay và sử dụng phần mềm Minitab với giả thiết phát biểu rằng: - Chƣa biết độ lệch chuẩn;
- Yêu cầu sai số phép đo ≤ 0,10mm có nghĩa sai số kích thƣớc là ±0,10mm, ta kiểm định hai phía;
- Để đơn giản hóa tính toán chọn giá trị trung bình sai khác so với thực tế không quá 01 lần độ lệch chuẩn;
- Chọn mức ý nghĩa α = 0,05; mức độ mạo hiểm β = 0,1
Dựa trên các giả thiết tính toán cho số lần đo tối thiểu là 18 lần.
3.2.2 Kết quả đo
Để thống nhất số liệu đo, các lần đo lấy số liệu theo sơ đồ nhƣ hình 3.3, 3.4 và 3.5.
Sau 18 lần đo trên thiết bị chế tạo (của luận văn) với 3 loại chi tiết và so sánh với kết đo của các thiết bị tại phòng LAB của Nhà máy Z113 có kết quả theo Bảng
3.57: Sơ đồ đo chi tiết dạng 1
B 3.26: Bảng kết quả đo chi tiết dạng 1 Kết quả
Lần đo
đo
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Kết quả đo trên máy CMM ( đề tài)
1 2,499 5,236 7,525 9,289 10,536 11,574 11,562 11,592 11,596 11,594 2 2,471 5,248 7,542 9,274 10,574 11,575 11,577 11,588 11,584 11,598 3 2,442 5,245 7,527 9,286 10,526 11,577 11,562 11,593 11,583 11,593 4 2,482 5,291 7,537 9,283 10,521 11,576 11,567 11,591 11,592 11,588 5 2,481 5,254 7,548 9,287 10,514 11,563 11,567 11,596 11,593 11,595 6 2,478 5,248 7,521 9,289 10,553 11,552 11,566 11,597 11,591 11,587 7 2,494 5,247 7,545 9,278 10,523 11,549 11,559 11,591 11,564 11,581 8 2,492 5,271 7,522 9,267 10,525 11,557 11,527 11,591 11,576 11,579 9 2,485 5,272 7,526 9,262 10,522 11,587 11,573 11,581 11,597 11,592 10 2,488 5,294 7,538 9,293 10,539 11,587 11,568 11,588 11,593 11,581 11 2,491 5,281 7,535 9,288 10,554 11,572 11,567 11,591 11,593 11,591 12 2,489 5,264 7,526 9,271 10,524 11,599 11,582 11,589 11,585 11,592 13 2,491 5,268 7,525 9,272 10,533 11,571 11,568 11,591 11,575 11,589 14 2,493 5,269 7,527 9,281 10,554 11,562 11,597 11,593 11,597 11,593 15 2,499 5,291 7,542 9,298 10,556 11,588 11,574 11,583 11,591 11,597 16 2,499 5,295 7,535 9,288 10,541 11,573 11,572 11,585 11,571 11,574 17 2,491 5,279 7,537 9,298 10,561 11,564 11,577 11,582 11,581 11,587 18 2,492 5,281 7,536 9,293 10,555 11,572 11,584 11,591 11,592 11,593 T.Bình 2,487 5,269 7,533 9,283 10,540 11,572 11,569 11,590 11,586 11,589
Kết quả đo trên Máy đo phóng hình 50 lần JT3-D
1 2,526 5,3 7,564 9,33 10,591 11,622 11,642 11,674 11,674 11,671
3.58: Sơ đồ đo chi tiết dạng 2
3.27: Bảng kết quả đo chi tiết dạng 2 Kết quả
Lần đo
đo
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Kết quả đo trên máy CMM ( đề tài)
1 10,034 10,053 15,994 15,996 17,013 17,753 18,774 19,666 20,515 21,901 21,921 2 10,028 10,058 15,988 15,994 17,019 17,748 18,782 19,672 20,538 21,903 21,915 3 10,021 10,079 15,987 15,985 17,018 17,738 18,782 19,624 20,549 21,937 21,917 4 10,012 10,067 15,982 15,986 17,023 17,739 18,765 19,652 20,528 21,901 21,942 5 10,034 10,059 15,975 15,988 17,022 17,744 18,785 19,624 20,516 21,933 21,955 6 10,041 10,076 15,986 15,992 17,012 17,771 18,764 19,665 20,533 21,937 21,949 7 10,034 10,078 15,973 15,986 17,013 17,731 18,784 19,671 20,522 21,964 21,926 8 10,016 10,066 15,973 15,996 17,019 17,763 18,795 19,678 20,511 21,928 21,925 9 10,028 10,063 15,971 15,989 17,012 17,746 18,761 19,673 20,545 21,954 21,933 10 10,033 10,071 15,997 15,968 17,013 17,744 18,782 19,669 20,539 21,972 21,947 11 10,017 10,065 15,992 15,986 17,017 17,737 18,782 19,682 20,552 21,954 21,957 12 10,015 10,085 15,993 15,998 17,015 17,755 18,793 19,671 20,534 21,954 21,964 13 10,021 10,068 15,973 15,986 17,017 17,764 18,793 19,667 20,525 21,939 21,923 14 10,027 10,067 15,985 15,994 17,016 17,764 18,797 19,675 20,531 21,947 21,951 15 10,013 10,076 15,991 15,983 17,012 17,757 18,792 19,658 20,511 21,941 21,921 16 10,007 10,085 15,98 15,985 17,016 17,754 18,769 19,686 20,543 21,921 21,954 17 10,009 10,076 15,984 15,986 17,027 17,744 18,783 19,683 20,544 21,943 21,954 18 10,008 10,056 15,988 15,984 17,086 17,742 18,774 19,651 20,525 21,931 21,934 T.Bình 10,022 10,069 15,984 15,988 17,021 17,750 18,781 19,665 20,531 21,937 21,938
Kết quả đo trên Máy hiển vi vạn năng
S.lệch 0,025 0,022 0,046 0,049 0,033 0,037 0,063 0,086 0,088 0,089 0,090
3.59: Sơ đồ đo chi tiết dạng 3
3.28: Bảng kết quả đo chi tiết dạng 3 Kết quả
Lần đo
đo
1 2 3 4 5 6 7 8
Kết quả đo trên máy CMM ( đề tài)
1 6,004 5,989 9,95 10,098 13,895 13,956 19,954 19,953 2 6,016 5,985 9,978 10,062 13,888 13,949 19,91 19,954 3 6,016 5,978 9,957 10,055 13,914 13,968 19,882 19,92 4 6,007 5,982 9,972 9,997 13,941 13,947 19,918 19,932 5 6,021 5,987 9,976 9,948 13,97 13,962 19,945 19,951 6 6,017 5,982 9,982 9,968 13,97 13,971 19,96 19,939 7 6,023 5,976 9,976 9,967 13,965 13,971 19,961 19,946 8 6,013 5,971 9,974 9,977 13,974 13,935 19,956 19,972 9 6,012 5,993 9,988 9,963 13,965 13,97 19,964 19,943 10 6,013 5,972 9,963 9,95 13,973 13,947 19,941 19,965 11 6,014 5,988 9,986 9,963 13,96 13,926 19,986 19,973 12 6,003 5,977 9,986 9,95 13,961 13,927 19,961 19,943 13 6,019 5,972 9,975 9,952 13,955 13,934 19,938 19,968 14 6,005 5,997 9,968 9,946 13,948 13,943 19,957 19,974 15 6,027 6,032 9,997 9,947 13,95 13,959 19,954 19,962 16 6,009 6,066 10,025 9,948 13,955 13,948 19,953 19,934 17 6,021 6,092 10,063 9,957 13,968 13,943 19,958 19,961 18 6,011 6,093 10,084 9,942 13,964 13,94 19,946 19,924 T.Bình 6,014 6,002 9,989 9,977 13,951 13,950 19,947 19,951
1 6,046 6,042 10,034 10,032 14,031 14,030 20,033 20,032
Sai lệch 0,032 0,040 0,045 0,055 0,081 0,080 0,086 0,081
Số liệu đƣợc đo trên một lần gá, chi tiết đo để cố định trong suốt quá trình đo. Hình vẽ chi tiết đo đƣợc xuất ra file CAD có định dạng *dwg. Các kích thƣớc đo trực tiếp trên hình vẽ.
Kết quả ở các bảng trên cho thấy:
- Kết quả đo trên máy CMM chế tạo cho độ tin cậy đến 95% so với kết quả đo tại phòng LAB và nằm trong giới hạn sai số cho phép đặt ra của đầu bài.
- Vị trí đo ở xa chi tiết cho sai lệch lớn hơn (sai số lớn hơn), đúng dự báo của phần tính toán lý thuyết.
3.3 Kết quả đánh giá “sai số tƣơng đối theo đƣờng kính”
Đặt chi tiết chuẩn lên thiết bị số hóa biên dạng kiểu robot tiến hành đo các kích thƣớc theo sơ đồ trên. Căn cứ vào các kích thƣớc đo đƣợc để kết luận:
- Kết quả đo ở vùng xa gốc máy sai số trung bình cao hơn vùng gần gốc máy. + Sai số trung bình vùng xa gốc máy đối với chi tiết dạng 1, 2, 3 lần lƣợt là: 0,084; 0,089; 0,083mm.
+ Sai số trung bình vùng gần gốc máy đối với chi tiết dạng 1, 2, 3 lần lƣợt là: 0,034; 0,031; 0,039mm.
3.4 Kết luận chƣơng 3
- Dựa vào các kỹ thuật robot nghiên cứu đã phát triển thành công cả phần cứng và phần mềm chuyên dụng cho máy đo PCMM.
- Các kỹ thuật xử lý đồ họa, nội suy, bù sai số cũng đã đƣợc vận dụng nhằm xây dựng dữ liệu sát nhất với yêu cầu thiết kế. Các định dạng dữ liệu phục vụ điều khiển máy công tác cũng đã đạt đƣợc, nhìn chung việc sử dụng máy đảm bảo hai yếu tố chính xác và thuận tiện.
- Các phép thử trên dƣỡng mẫu cũng cho thấy máy đạt độ chính xác lớn hơn yêu cầu thiết kế và quy luật của sự thay đổi của độ chính xác biến thiên theo tầm với nhƣ thế nào. Đây là gợi ý quan trọng nên chú ý trong khi vận hành máy để có kết quả tối ƣu.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
- Với mục đích hoàn chỉnh các lý luận thiết kế và thử nghiệm chế tạo máy đo tọa độ cấu hình robot phục vụ các nhu cầu đo lƣờng, số hóa các biên dạng phức tạp đề tài đã thành công.
- Các lý luận về tính toán thiết kế phần cơ cấu chấp hành, lựa chọn cảm biến theo các tiêu chí kinh tế và kỹ thuật đƣợc ứng dụng kết hợp với nội suy và bù các sai số mang tính quy luật làm cho máy đo đạt độ chính xác cao và duy trì đƣợc độ chính xác theo thời gian.
- Đề tài đã hoàn thành đúng nội dung đã đăng kí trong đề cƣơng, đã giải quyết triệt để các vấn đề kỹ thuật có liên quan, kết quả đo đƣợc xuất ra các định dạng theo đúng yêu cầu ban đầu.
2. Kiến nghị
Với khả năng làm chủ hệ thống lý luận về thiết kế, về công nghệ chế tạo cơ khí, về thiết kế điện - điện tử và gia công phần mềm. Đề tài đã sẵn sàng triển khai vào ứng dụng thực tiễn, song bên cạnh đó cũng còn những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu cải tiến. Cụ thể:
- Mở rộng khả năng đo các bề mặt 3D bằng cách tích hợp thêm 1 trục điều khiển số đồng bộ với 2 trục hiện có của robot.
- Để tăng độ chính xác phép đo phải giải quyết các vấn đề sau: + Chọn Encoder có số xung lớn hơn;
+ Chế tạo các khâu trung gian và tay đo có dung sai độ song song đƣờng tâm lỗ cao hơn; Chế tạo đầu đo ( que đo) bằng vật liệu có khả năng chịu mài mòn cao, độ không tròn càng thấp càng tốt, đo và nhập chính xác kích thƣớc đƣờng kính đầu đo ( quy đo);
+ Chọn vòng bi độ chính xác cao;
+ Chế tạo tấm đế có chuẩn định vị khối V đảm bảo độ vuông góc đƣờng tâm que đo với cạnh bên của khối V;
3. Hạn chế của luận văn
Với thời gian và kiến thức còn hạn chế theo đó trong luận văn này còn có một