Lựa chọn các chi tiết khác của máy đo

5. Nội dung của đề tài

2.7Lựa chọn các chi tiết khác của máy đo

2.7.1 Ổ lăn:

Để chọn đƣợc khe hở hƣớng kính của ổ lăn khi thiết kế cần có dữ liệu về độ dịch chuyển tự do của nó hoặc dung sai chiều dài cho phép của khâu khi biết trƣớc độ di động cho phép của khâu cuối, theo [3] vấn đề sẽ giải quyết theo cách riêng của chúng tôi. Mô hình động học của tay máy viết dƣới dạng đầy đủ cần đƣa thêm các chiều dài của khâu vào mô hình nhƣ sau:

n i l l f q q q fi i i 1 )) ( ) ,..., , ( 1 2 6 (2.68) Trong đó li là chiều dài danh nghĩa của khâu thứ i, li là sai số chiều dài cho phép của khâu đó, đại lƣợng này chƣa xác định đƣợc giá trị để chế tạo. Nhằm xác định giá trị này của khâu, quy trình định lƣợng thực hiện nhƣ sau:

Gọi vị trí điểm đang xét trong vùng làm việc (không gian công tác) của robot là: ) , , , , , ( i i i i i i i x y z p (2.69) Trong đó: ) , ,

(xi yi zi mô tả vị trí khâu tác động cuối; )

, ,

( i i i mô tả hƣớng khâu tác động cuối

Giá trị biến khớp cho trạng thái này đƣợc tìm thấy từ việc giải hệ phƣơng trình sau:

n i p q q q fi i 1 ) ,..., , ( 1 2 6 (2.70) Giả sử điểm pi trong không gian khớp tại trạng thái hiện thời đƣợc biểu diễn bởi:

) ( 6 2 1, ,..., ) ( i i q q q p (2.71) Kết hợp phƣơng trình (2.71) với các giá trị chiều dài danh nghĩa li đã biết trƣớc của mỗi khâu, phƣơng trình (2.68) trở thành n ẩn số với các giá trị li khi thiết lập phƣơng trình di chuyển nhỏ theo di động tự do của ngõ ra biết trƣớc, hệ này giải đƣợc bằng phƣơng pháp GRG [6].

nh 2.49: Cách sử dụng kết quả tính toán dung sai

Hình 4a. nếu quan niệm toàn bộ dung sai tính toán đƣợc thuộc về khâu ta xác định đƣợc dung sai chiều dài khâu.

Hình 4b. nếu quan niệm dung sai tính toán đƣợc là dung sai khe hở hƣớng kính để chọn ổ thì khâu cần chế tạo không có dung sai chiều dài.

Hình 4c. dung sai tính toán đƣợc chia làm hai phần là dung sai chiều dài khâu và dung sai hƣớng kính của ổ, tổng đại số hai giá trị này không đƣợc vƣợt quá giá trị tính toán.

Sơ đồ tính toán với robot hai khâu tại các điểm chuẩn trong vùng làm việc chọn trên cơ sở robot có kết cấu đối xứng. Các điểm chuẩn thuộc về các vùng khác nhau của góc phần tƣ thứ nhất là vùng mà robot làm việc nhiều nhất khi đo (xem bảng 2.5).

Xét sơ đồ động học của robot hai khâu phẳng làm tay đo với bảng DH nhƣ sau: 2.22: Bảng DH của tay đo PCMM hai khâu

Khớp R(z, ) T(z,d) T(x,a) R(x, )

Yêu cầu đặt ra tìm dung sai các kích thƣớc a1 = 180, a2 = 160 trong bảng DH, điều kiện thiết kế cho trƣớc là độ di động tự do của tâm bàn tay không quá 0.006 (mm) theo mọi hƣớng trong mặt phẳng làm việc (dR = 0.006 mm, xem hình 3.39).

2.50: 6 điểm xê dịch cho phép của khâu cuối trong phạm vi mặt cầu giới hạn sai số

Trên hình 3.39, mô tả 6 điểm xê dịch cho phép của khâu cuối trong phạm vi mặt cầu, tọa độ các điểm này tính đƣợc theo tâm cầu (vị trí danh nghĩa cần đạt của tâm bàn tay) và đƣờng kính cho trƣớc của cầu (hay dung sai giới hạn khâu cuối), tuy nhiên robot phẳng nên chỉ xét các điểm khảo sát 1, 3, 5, 6 thuộc mặt phẳng làm việc xoy.

Xét các điểm khảo sát thuộc vùng làm việc và dung sai chiều dài khâu tìm đƣợc qua bài toán động học ngƣợc trong bảng sau, chú ý rằng tay đo có tính đối xứng về kết cấu nên chỉ cần khảo sát trong góc phần tƣ thứ nhất cũng là góc mà nó làm việc nhiều nhất mà không làm bài toán mất tính tổng quát.

2.23:Kết quả khảo sát dung sai chiều dài khâu tại các điểm khác nhau theo GRG [3]

P Px Py a1 a2 q1 q2 Mục tiêu P1 30 75 180 160 -0.177164293 2.734908485 1.05013E-26 1 30.003 75 180.0041806 160.0013366 2.23446E-23 3 29.997 75 179.9958194 159.9986634 8.04548E-23 5 30 75.003 180.0063277 160.0074654 3.20694E-25 6 30 74.997 179.9936723 159.9925346 3.1428E-23 P2 55 40 180 160 -0.771151718 2.79989601 6.46235E-27 1 55.003 40 180.0080304 160.0062398 4.77705E-23 3 54.997 40 179.9919696 159.9937602 2.25996E-23 5 55 40.003 180.0039582 159.0064202 1.60398E-23

6 55 39.997 179.9960418 159.9935798 1.84954E-23 P3 110 90 180 160 -0.521813898 2.415086817 2.28202E-26 1 110.003 90 180.0042835 160.0022512 4.7218E-23 3 109.997 90 179.9957165 159.9977488 1.89423E-22 5 110 90.003 180.0014313 160.0039152 2.05973E-23 6 110 89.997 179.9985687 159.9960848 1.50842E-21 P4 86 155 180 160 -0.047441902 2.223375338 1.81754E-27 1 86.003 155 180.0031054 160.0001791 2.13526E-23 3 85.997 155 179.9968946 159.9998209 2.4771E-23 5 86 155.003 180.002148 160.0037716 1.64467E-24 6 86 154.997 179.997852 159.9962284 2.2909E-23 P5 145 130 180 160 -0.331399957 2.124613327 1.61559E-27 1 145.003 130 180.0034404 160.0011476 8.56261E-24 3 144.997 130 179.9965596 159.9988524 3.19014E-23 5 145 130.003 180.0007781 160.0033353 4.93118E-23 6 145 129.997 179.9992219 159.9966647 1.78078E-23 P6 235 180 180 160 -0.084033565 1.475338923 3.23117E-26 1 235.003 180 180.0029653 160.000253 7.27014E-27 3 234.997 180 179.9970347 159.999747 6.86625E-26 5 235 180.003 179.999462 160.0030031 4.20376E-24 6 235 179.997 170.000538 159.9969969 1.54999E-23 P7 350 66 180 160 -0.286143663 0.945052904 1.81754E-27 1 350.003 66 180.0022661 160.0010447 5.64971E-23 3 349.997 66 179.9977339 159.9989553 8.5305E-24 5 350 66.003 179.9970735 160.0035508 1.50575E-23 6 350 65.997 180.0029265 159.9964492 3.98262E-24

Áp dụng chức năng thống kê tự động của excel để xác định miền dung sai chế tạo cho mỗi khâu, dựa trên giá trị mà bảng số liệu cung cấp:

Kích thƣớc a1 theo thống kê biến thiên trong [179.9919696; 180.00803] Kích thƣớc a2 theo thống kê biến thiên trong [159.9925346; 160.0074654]

∆a1 = 0.0160604 ∆a2 = 0.0149308

Kết quả tính toán nói trên cũng làm căn cứ để chọn khe hở hƣớng kính của ổ nhƣ hình 2.38 hoặc phân phối thành dung sai chiều dài khâu nhƣ trên hình 2.40.

Căn cứ trên kết quả tính toán nói trên, chọn vòng bi 6000 của hãng NSK có đƣờng kính trục là 10mm.

- Khe hở hƣớng kính: 0,007- 0,013mm nhỏ hơn giới hạn tính toán đƣợc ở trên; - Cấp chính xác ổ bi: Lựa chọn chính xác CN (tham khảo TCVN 8036-2009); - Độ không đồng tâm của ca trong và ca ngoài: 0,004mm;

- Độ không đồng tâm của các gối bi: ≤ 0,005mm; - Độ không đồng tâm của trục robot: ≤ 0,005mm;

- Khe hở hƣớng kính bên trong (tham khảo TCVN 4369:2008);

Khe hở của vòng bi (hình 2.40) đƣợc định nghĩa nhƣ là khoảng cách mà một vòng của vòng bi có thể dịch chuyển tƣơng đối so với vòng kia theo phƣơng hƣớng kính (khe hở hƣớng kính) và theo phƣơng dọc trục (khe hở dọc trục).

2.51: Khe hở hướng kính:δ ; khe hở dọc trục:δ1+δ2

Cần phân biệt giữa khe hở của vòng bi khi chƣa lắp đặt và khe hở của vòng bi đã đƣợc lắp và đạt đến nhiệt độ làm việc ổn định (khe hở hoạt động). Khe hở ban đầu (trƣớc khi lắp) lớn hơn khe hở hoạt động vì sự khác biệt về chế độ lắp và sự giãn nở nhiệt khác nhau giữa các vòng của vòng bi và những bộ phận kế cận làm cho các vòng của vòng bi có thể bị nén lại.

Để vòng bi có thể hoạt động tốt thì khe hở hƣớng kính của vòng bi cần phải đƣợc xem xét kỹ lƣỡng. Nói chung vòng bi cần có khe hở hoạt động gần bằng không hoặc có một ít dự ứng lực. Trong khi đó, vòng bi đũa, vòng bi tang trống và

vòng bi CARB khi hoạt động cần phải có một khe hở nhất định cho dù rất nhỏ. Điều cũng đúng với vòng bi côn ngoại trừ kết cấu vòng bi côn cần đạt yêu cầu độ cứng vững cao nhƣ kết cấu vòng bi côn trong bánh răng đầu trục khi đó vòng bi côn cần lắp với một dự ứng lực nào đó.

Thông thƣờng một vòng bi có khe hở tiêu chuẩn nếu đƣợc lắp với chế độ lắp thông dụng và điều kiện hoạt động bình thƣờng thì sẽ đạt đƣơc khe hở hoạt động phù hợp. Khi chế độ lắp và đều kiện làm việc không bình thƣờng ví dụ nhƣ cả hai vòng của vòng bi cần phải đƣợc lắp chặt, nhiệt độ làm việc cao thì cần phải sử dụng vòng bi có khe hở lớn hơn hoặc nhỏ hơn tiêu chuẩn. Trong những trƣờng hợp này thì nhà khuyến cáo nên kiểm tra lại khe hở còn lại sau khi lắp theo hai cách sau:

Đo khe hở vòng bi tang trống bằng căn lá Đo bằng căn lá có độ chính xác cao

Những vòng bi có khe hở các tiêu chuẩn thì đƣợc nhận dạng bằng giá trị C1 đến C5 (bảng 2.24).

2.24: Ký hiệu phụ về khe hở của vòng bi

Tiếp vị ngữ Khe hở

C1 Nhỏ hơn C2

C2 Nhỏ hơn tiêu chuẩn

Khe hở tiêu chuẩn, ký hiệu này chỉ đƣợc sử dụng kèm với các chữ cái để chỉ rõ vùng khe hở bi thu hẹp hoặc

dịch chuyển.

C3 Lớn hơn tiêu chuẩn

C4 Lớn hơn C3

C5 Lớn hơn C4

Bảng giá trị về khe hở của các loại vòng bi sẽ đƣợc nêu trong phần giới thiệu của từng loại vòng bi tƣơng ứng (trong catalog của nhà sản xuất). Đối với vòng bi

đỡ chặn tiếp xúc góc lắp cặp và vòng bi côn, vòng bi đỡ chặn hai dãy, vòng bi tiếp xúc bốn điểm thì khe hở dọc trục sẽ đƣợc nêu thay cho khe hở hƣớng kính vì khe hở dọc trục có ý nghĩa quan trọng hơn trong việc thiết kế kết cấu các loại vòng bi này.

2.25: Radial internal clearances in deep groove ball bearings (Theo Rolling Bearings NSK) (Theo Rolling Bearings NSK)

2.7.2 Thông 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:

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

Lựa chọn các chi tiết khác của máy đo

phân giải hai điểm đo liên tiếp

Thông số của các linh kiện điện tử