5. Nội dung của đề tài
2.6.4Phân tích kết quả đo, các giải pháp hồi quy profin đo, giải pháp về sai số
Giả sử cần tiếp tục xử lý file dữ liệu *.xls thành file *.dwg có thể thực hiện theo cách khác nhƣ sau:
Sau khi máy đã dựng hoàn chỉnh và dữ liệu đo từ hai cảm biến đã kết nối vào máy tính, kết quả đo dƣới dạng hai cột tọa độ (file *.txt) tiếp tục đƣợc xử lý thành đồ thị (file *.dwg) nhằm hỗ trợ gia công trên các phần mềm CAD/CAM đƣợc thuận tiện.
B 2.21: Trích một đoạn biên dạng đo đƣợc dƣới dạng text
X Y X Y P1 130.6873 49.26048 P11 130.4713 49.26882 P2 130.6719 49.32511 P12 130.4373 49.23175 P3 130.6873 49.26048 P13 130.4218 49.29631 P4 130.6719 49.32511 P14 130.3879 49.25924 P5 130.6379 49.28799 P15 130.3724 49.32378 P6 130.604 49.2509 P16 130.3384 49.2867 P7 130.5701 49.21382 P17 130.3045 49.24964 P8 130.5546 49.27842 P18 130.289 49.31415 P9 130.5207 49.24133 P19 130.2211 49.24002 P10 130.5052 49.3059 P20 130.1716 49.26747
Sau khi có tọa độ điểm tiếp xúc giữa đầu đo và chi tiết với một mật độ lấy mẫu nào đó thì có thể xây dựng đƣợc quỹ tích các điểm này bằng cách tiến hành nội
- Nội suy bằng cách sử dụng đa thức Lagrange; - Nội suy bằng cách sử dụng đa thức Newton; - Nội suy theo phƣơng pháp bình phƣơng bé nhất;
- Nội suy đƣờng cong phức hợp bậc ba (bezier, B-Spline, ferguson,…).
Cách làm này cần khối lƣợng thực nghiệm lớn và khối lƣợng tính toán lớn mới đảm bảo chính xác. Do bản thân các hệ trên cần viết đủ số phƣơng trình cân bằng với số ẩn mới đủ điều kiện xác định các ẩn đƣa vào, trong bài toán cụ thể là làm trơn đồ họa của đƣờng cong đƣợc lấy mẫu bởi máy PCMM ở đây, có một điểm khác biệt với các tình huống thƣờng thấy nói trên là tần xuất lấy mẫu lớn (50Hz). Với mật độ điểm dày đặc nhƣ vậy đủ mô tả chính xác các bề mặt kỹ thuật mà không cần nội suy. Bản chất của việc nội suy cũng là tạo ra cơ sở xác định lại mật độ các điểm trung gian đủ lớn làm căn cứ mô tả, khi đó di chuyển của đầu đo giữa hai điểm kề nhau là đƣờng thẳng. Còn trong trƣờng hợp mật độ điểm đo không đủ dày không thể sử dụng phân tố bậc nhất để nội suy, lúc này cần sử dụng đến các kỹ thuật nội suy nói trên.
2.39: Sự khác nhau của phân tố nội suy khi mật độ điểm mẫu khác nhau
Do vậy trong trƣờng hợp này biên dạng của chi tiết đo đƣợc hoàn toàn có thể xây dựng theo cách nối các điểm chốt bằng đoạn thẳng. Chú ý rằng nếu nghiên cứu kỹ cách thức hành xử của MasterCAM có thể nhận ra quan điểm tƣơng đồng trong việc tạo ra file NC-Code khi điều khiển máy công cụ:
- Nếu là đƣờng tròn, sử dụng phân tố nội suy bậc 2, số lƣợng điểm key nhỏ; - Nếu là đƣờng cong khác, sử dụng mật độ key lớn, phân tố bậc nhất.
Trong trƣờng hợp không có điều kiện lấy mẫu với tần suất lớn, dựa vào nghiệm của đa thức trêbƣsep ngƣời ta xác định đƣợc tần suất lấy mẫu tối ƣu [3].
Nếu theo phƣơng án chỉ đo đạc một vài điểm quan trọng của biên dạng sau đó nội suy biên dạng bằng cách sử dụng các đa thức bậc ba tổ hợp nhƣ:
- Đƣờng cong đa thức tham số chuẩn tắc bậc ba; - Đƣờng cong ferguson;
- Đƣờng cong Bspline; - Đƣờng cong Bezier; - Đƣờng cong hữu tỉ…
Có hai khả năng xảy ra nếu thực sự vận dụng phƣơng pháp này trên mô hình: - Nếu mật độ điểm thƣa, mô hình toán vẫn rất lớn vì mỗi phân tố bậc ba cần đƣa vào bốn ẩn giả định trong khi sai số tại các điểm trung gian chỉ có thể khống chế bằng cách tăng mật độ điểm lấy mẫu;
- Nếu mật độ điểm mẫu dày đủ khống chế sai số các điểm trung gian, mô hình rất lớn, tốc độ tính toán không đạt hoặc không thể thực hiện đƣợc.
Do đó phƣơng thức thích hợp hơn cả là tăng tần xuất lấy mẫu và nối hai điểm đủ gần bằng đƣờng thẳng, loại bỏ các điểm do không chẵn xung bị đẩy ra ngoài biên dạng đang khôi phục bằng chƣơng trình lọc dữ liệu.
Dƣới đây là kết quả nối các điểm đo bằng đƣờng Pline, thực tế với mật độ điểm đủ lớn, khoảng cách bƣớc nhảy giữa hai điểm kề nhau xấp xỉ với bƣớc di chuyển đơn vị của đầu đo theo tính toán ở trên. Kết quả đo thô ban đầu dạng phóng đại cho thấy hiện tƣợng sau:
2.40: Biên dạng phóng đại nhận được qua phép đo tiếp xúc
Sau khi xem xét kỹ các giá trị bƣớc nhảy của biên dạng so sánh với bề mặt mẫu đƣợc gia công tinh xác có độ nhấp nhô bé hơn nhiều so với kết quả đo. Nhận thấy việc tạo ra các bƣớc nhảy trên biên dạng đo là do sự phát xung không đồng bộ của 2 cảm biến vào thời điểm lấy mẫu đã định trƣớc. Biên dạng thực tế sẽ nằm ở giữa các tọa độ ghi nhận đƣợc do vậy cần xử lý để giá đo thực tế sau khi hiệu chỉnh cần
giảm khoảng cách với đƣờng danh nghĩa này. Sử dụng tọa độ trung bình so với các tọa độ ghi nhận đƣợc từ phép đo với số lần khác nhau nhận thấy nhƣ sau:
2.41: Kết quả đo ban đầu chưa qua xử lý
Hoàn toàn có thể cải thiện kết quả đo với các encoder có độ phân giải lớn hơn song quá trình này có nhƣợc điểm là sự cải thiện diễn ra khá chậm và tăng chi phí phần cứng rất nhiều. Sẽ là hợp lý hơn nếu vấn đề này xử lý bằng phần mềm và giữ nguyên cấu hình phần cứng. Một bộ số liệu mới đƣợc sinh ra từ bộ gốc bằng cách lấy trung bình các tọa độ kề nhau, lặp lại liên tiếp có kiểm soát quá trình này để các điểm sinh ra về sau càng dịch chuyển về phía bề mặt cần tái tạo.
2.43: Biên dạng đã xử lý hoàn thiện với 1000 vòng lặp (đường pline màu đỏ)
Dữ liệu trong file excel là 2 cột mang giá trị x và y là tọa độ của một điểm, nhƣ vậy mỗi hàng trong excel là một điểm. Lấy dữ liệu vào trƣơng trình “Làm Mịn Biên Dạng” trong excel.
Chƣơng trình sẽ thực hiện việc xử lý dữ liệu với thuật toán nhƣ sau:
Có n điểm để biểu diễn biên dạng của vật thể, bằng cách nối các điểm đó lại với nhau lần lƣợt từ điểm thứ nhất đến điểm thứ n. Để xử lý sự nhấp nhô của biên dạng vật thể thực hiện phép lấy trung bình cộng tọa độ giữa hai điểm liên tiếp nhƣ sau:
2.44: Sơ đồ lấy trung bình tọa độ đo
Điểm D1 (X1,Y1) sẽ đƣợc thay thế bẳng điểm P1 (X’1,Y’1) với : X’1=(X1 +X2 )/2
X’2=(X3 +X2 )/2 Y’2=(Y3 +Y2 )/2
Cứ tiếp tục thực hiện nhƣ vậy cho tới điểm thứ n-1 nhận đƣợc bộ dữ liệu mới cũng gồm có n-1 điểm. Thực hiện vẽ biên dạng của vật thể theo bộ dữ liệu mới nhận đƣợc, sẽ có biên dạng của vật thể ở dạng mịn hơn so với ban đầu. Tùy theo kết quả cuối cùng có đƣợc mà số lần lặp lại thuật toán nhƣ trên nhiều hay ít do ngƣời dùng quyết định. Việc lấy dữ liệu trung bình mỗi lần mất đi một điểm mút, song dữ liệu đo dạng đám mây nên lƣợng mất đi là không đáng kể.
* Xử lý dữ liệu với digg:
Digg là một ứng dụng tùy chọn của excel có chức năng kết nối dữ liệu excel và cad để đồ họa kết quả đó. Trong trƣờng hợp này nó có vai trò liên kết máy đo với cad để vẽ đồ thị, biên dạng có thể vẽ từ file text mà máy đo cung cấp bằng nhiều phần mềm khác nhau nhƣ excel, matlab, cad nhƣng chỉ có định dạng *.dwg của cad dùng điều khiển máy công cụ. Bên cạnh file digg.xla có sẵn để add vào excel, file LamMinBienDang cần tự viết chƣơng trình.
Đầu tiên, cần 2 file add-in sau: LamMinBienDang.xla và didg.xla nạp vào excel đây là các file công cụ dùng để xử lý số liệu máy đo vừa cung cấp.
2.46: Cài bổ sung các file công cụ vào excel
2.47: Giao diện add in ứng dụng didg.xla vào excel
2.48: Giao diện của file LamMinBienDang
Code của chƣơng trình hồi quy (làm mịn) biên dạng có thể xem trong phần phụ lục của đề tài.