- Trang Chủ
- Cơ khí - Chế tạo máy
- Luận văn: TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH ĐO VÀ ĐÁNH GIÁ SAI SỐ CHẾ TẠO CÁC THÔNG SỐ ĂN KHỚP CỦA BÁNH RĂNG TRỤ TRÊN MÁY ĐO TOẠ ĐỘ 3 CHIỀU CMM 544 MITUTOYO
Xem mẫu
- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ----------o0o----------
---------------------------------------------------------
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH ĐO VÀ ĐÁNH GIÁ
SAI SỐ CHẾ TẠO CÁC THÔNG SỐ ĂN KHỚP
CỦA BÁNH RĂNG TRỤ TRÊN MÁY ĐO TOẠ ĐỘ 3 CHIỀU
CMM 544 MITUTOYO
: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
CHUYÊN NGÀNH
LỚP : CHK9
: PGS.TS. NGUYỄN ĐĂNG HOÈ
GVHD
HỌC VIÊN : ĐỖ THẾ VINH
KHOA SAU ĐẠI HỌC GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
TS. Nguyễn Văn Hùng PGS.TS. Nguyễn Đăng Hoè
THAI NGUYÊN 2009
- Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9
1
MỤC LỤC
Trang
Mục lục 1
Bảng các chữ viết tắt 4
Bảng các hình vẽ 5
Mở đầu 7
Chương 1 Tổng quan đo các thông số bánh răng trụ 9
I. Các khái niệm cơ bản trong kỹ thuật đo lường 9
1.1. Đo lường 9
1.2. Đơn vị đo - Hệ thống đơn vị đo 9
1.3. Phương pháp đo 10
1.4. Kiểm tra - phương pháp kiểm tra 12
1.5. Phương tiện đo - Phân loại phương tiện đo. 13
1.6. Các chỉ tiêu đo lường cơ bản 13
1.7 Các nguyên tắc cơ bản trong đo lường. 14
1.7.1. Nguyên tắc Abbe 14
1.7.2. Nguyên tắc chuỗi kính thước ngắn nhất 15
1.7.3. Nguyên tắc chuẩn thống nhất 16
1.7.4. Nguyên tắc kinh tế 16
II. Phương pháp đo các thông số hình học của chi tiết cơ khí 17
2.1. Phương pháp đo kích thước thẳng 17
2.1.1. Phương pháp đo hai tiếp điểm 17
2.1.2. Phương pháp đo ba tiếp điểm. 17
2.1.3. Phương pháp đo một tiếp điểm 22
III Phương pháp đo các thông số bánh răng. 24
3.1. Phương pháp kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp một bên 24
3.2. Phương pháp kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp khít. 29
3.3. Phương pháp đo sai số tích luỹ bước vòng. 32
3.3.1. Đo theo sai lệch bước góc 33
3.3.2. Đo theo sai số tích luỹ bước sau nửa vòng quay của bánh răng 34
3.3.3. Đo sai lệch bước vòng trên vòng tròn đo. 34
3.3.4. Đo sai lệch giới hạn bước pháp cơ sở 35
3.3.5. Đo sai lệch khoảng pháp tuyến chung 36
3.3.6. Đo độ đảo hướng tâm vành răng 38
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9
2
3.3.7. Đo đường kính vòng chia 39
3.3.8. Đo sai số prôfin răng 39
Chương 2 Một số mô hình toán học áp dụng khi đo 3D 42
2.1. Cơ sở hình học của phép đo toạ độ 42
2.1.1. Hệ tọa độ Đề các vuông góc 42
2.1.2. Các phép biến đổi tạo độ 44
2.2. Thuật toán cho những yếu tố hình học cơ bản 47
2.2.1. Thuật toán xác định đường thẳng qua toạ độ 2 điểm đo 47
2.2.2 Thuật toán xác định tâm và bán kính đường tròn 48
2.2.3. Thuật toán xác định phương trình tổng quát của mặt bậc hai 50
2.2.4. Thuật toán xác định mặt phẳng qua toạ độ 51
2.2.5 Thuật toán xác định mặt cầu 57
2.3. Độ chính xác phép đo 62
2.3.1. Sai số chỉ thị 62
2.3.2. Sai số do mẫu điều chỉnh 63
2.3.3. Sai số do biến dạng nhiệt 63
2.3.4. Sai số do lực đo 64
2.3.5. Sai số do bản thân chi tiết đo gây ra 65
2.4. Mô hình toán học và sơ đồ điều khiển động cơ Servo. 67
Chương 3 Phần mềm tính sai số bánh răng trụ dùng ngôn ngữ lập
71
trình JavaScript.
3.1. Tạo bộ số liệu cho chương trình lập trình 71
3.2. Lập trình chương trình tính toán sai số gia công bánh răng trụ răng
74
thẳng bằng ngôn ngữ JavaScript
3.2.1. Tính sai số đường kính vòng đỉnh răng. 74
3.2.2. Sai số đường kính vòng chân răng 75
3.2.3. Sai số chiều cao răng 76
3.2.4. Sai số chiều dày răng trên vòng tròn chia lí thuyết 76
3.2.5. Sai số bước ăn khớp 78
3.2.6. Sai số bước góc 79
3.3. Giao diện chương trình 80
3.3.1 Lập giao diện chương trình 80
3.3.2. Lưu đồ thuật toán và các đoạn mã javaScript 80
3.3.3. Cách sử dụng chương trình để tính toán sai số chế tạo bánh răng 93
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9
3
trụ răng thẳng
Chương 4 Ứng dụng chương trình đo sai số bánh răng trụ răng thẳng. 94
4.1. Quét biên dạng bánh răng 94
4.2. Tạo bộ số liệu 96
4.3. Chạy chương trình 97
4.4. Phân tích đánh giá 99
Chương 5 Kết luận 100
Phụ lục 1 Giới thiệu về máy đo CMM 544 Mitutoyo của Trung tâm thí
101
nghiêm trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
Phụ lục 2 Các đoạn mã của chương trình 113
Phụ lục 3 Bộ số liệu toạ độ các điểm trên biên dạng bánh răng thực nghiệm 123
Tài liệu tham khảo 140
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9
4
BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Máy đo toạ độ 3 chiều
CMM Coordinate Measuring Machine
Kỹ thuật tái tạo ngược
RE Reverse Engineering
Hệ toạ độ
Co-or. Sys Coordinate System
Quả cầu chuẩn
MB MasterBall
Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản
HTML HyperText Markup Language
Thiết kế với trợ giúp của máy
CAD Computer Aided Design
tính
Sản xuất có trợ giúp của máy
CAM Computer Aided Manufacturing
tính
Điều khiển số bằng máy tính
CNC Computer Numerical Control
Tiêu chuẩn Việt nam
TCVN
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9
5
BẢNG CÁC HÌNH VẼ
Phân tích kết quả đo theo nguyên tắc Abbe
Hình 1-1 15
Đo khoảng cách giữa 2 tâm
Hình 1-2 16
Phương pháp đo 2 tiếp điểm
Hình 1-3 17
Hình 1-4 18
Hình 1-5 18
Hình 1-6 20
Chi tiết méo 3 cạnh
Hình 1-7 20
Hình 1-8 20
Phương pháp đo cung 3 tiếp điểm
Hình 1-9 21
Chỉnh “0” cho dụng cụ dùng H0
Hình 1-10 21
Phương pháp đo toạ độ
Hình 1-11 23
Sơ đồ nguyên tắc đo sai số động học
Hình 1-12 25
Sơ đồ nguyên tắc của máy kiểm tra tổng hợp kiểu ăn khớp 1 bên
Hình 1-13 25
Các sơ đồ đo bánh răng dùng bánh răng trung gian
Hình 1-14 26
Máy đo sai số tổng hợp dùng đòn trung gian
Hình 1-15 27
Máy đo sai số tổng hợp dùng thước sin
Hình 1-16 27
Phân tích quá trình đo thuận nghịch
Hình 1-17 29
Sơ đồ nguyên tắc của máy kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp 2 bên
Hình 1-18 30
Sơ đồ máy đo độ dao động khoảng cách tâm
Hình 1-19 31
Xác định khe hở mặt bên
Hình 1-20 31
Sự phân bố của răng gây nên sai số tích luỹ bước vòng
Hình 1-21 32
Phương pháp đo sai lệch bước góc
Hình 1-22 33
Phương pháp đo theo sai số tích luỹ bước sau nửa vòng quay
Hình 1-23 34
Sơ đồ đo sai lệch bước vòng
Hình 1-24 35
Sơ đồ đo sai lệch bước cơ sở
Hình 1-25 36
Sơ đồ đo khoảng pháp tuyến chung
Hình 1-26 37
Sơ đồ đo độ đảo hướng tâm vành răng
Hình 1-27 38
Đo đường kính vòng chia
Hình 1-28 39
Các phương pháp tạo hình thân khai mẫu
Hình 1-29 40
Máy đo thân khai đơn giản
Hình 1-30 40
Máy đo thân khai Evonvienmet
Hình 1-31 41
Hệ toạ độ Đề các
Hình 2-1 42
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9
6
Cách xác định toạ độ 1 điểm
Hình 2-2 43
Toạ độ đường
Hình 2-3 47
Sai số và chiều dày vạch khắc
Hình 2-4 62
Sai số và khoảng chia
Hình 2-5 62
Sơ đồ khối động cơ servo với khuếch đại công suất
Hình 2-6 68
Sơ đồ điều khiển vận tốc
Hình 2-7 69
Sơ đồ điều khiển mômen
Hình 2-8 69
Điểm chạm đầu đo với biên dạng
Hình 3-1 72
Dữ liệu dạng text
Hình 3-2 73
Bảng phân tích toạ độ trong MasterCam
Hình 3-3 73
Xác định điểm Rd*max
Hình 3-4 75
Xác định điểm có Rc*min
Hình 3-5 75
Xác định chiều cao răng
Hình 3-6 76
Xác định chiều dày răng
Hình 3-7 77
Xác định bước ăn khớp
Hình 3-8 78
Xác định góc giữa các răng
Hình 3-9 79
Giao diện chương trình
Hình 3-10 93
Bánh răng thực nghiệm
Hình 4-1 94
Tác giả tiến hành đo biên dạng bánh răng
Hình 4-2 94
Quét biên dạng
Hình 4-3 94
Hộp thoại Scanning (CNC)
Hình 4-4 95
Biên dạng bánh răng được scan
Hình 4-5 95
Hộp thoại Expost contuor
Hình 4-6 96
Hình 4-7 Phân tích contuor trong Mastercam 96
Kết quả tính toán với bánh răng thực nghiệm
Hình 4-8 97
Biên dạng bánh răng do chương trình cho ra
Hình 4-9 98
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9
7
MỞ ĐẦU
Trong tất cả các ngành kỹ thuật nói chung và ngành Cơ khí nói riêng, đo lường
giữ một vị trí hết sức quan trọng. Đo lường là phương pháp để nhận biết chất lượng,
và như vậy dụng cụ đo lường trở thành một trong những công cụ lao động góp phần
tạo ra lao động có chất lượng cao, sản phẩm có chất lượng tốt.
Ngày nay, các sản phẩm ra đời được đòi hỏi chất lượng rất cao với độ chính xác
ngày càng lớn. Do vậy, trong quy trình kiểm tra chất lượng sản phẩm cùng đòi hỏi
các dụng cụ về đo lường ngày càng chính xác. Trước đây, chúng ta chỉ biết đến các
dụng cụ đo kích thước trong cơ khí với độ chính xác không cao. Ví dụ: panme,
thước cặp,…Ngày nay, với sự phát triển như vũ bão của KHKT, công nghệ mới ,
các sản phẩm hiện đại liên tục ra đời trong đó có các sản phẩm về dụng cụ đo
lường.
Dụng cụ đo lường hiện đại không đơn thuần là sản phẩm của riêng ngành cơ khí
hay ngành điện , mà thực chất nó là một sản phẩm Cơ điện tử được điều khiển và sử
lí dữ liệu bằng máy tính thông qua phần mềm tin học. Do vậy, việc khai thác và sử
dụng chúng hiệu quả không hề dễ dàng.
Dụng cụ đo lường hiện đại do các hãng hàng đầu trên Thế giới đang du nhập vào
nước ta một cách nhanh chóng. Tuy vậy, những hiểu biết của các nhà kỹ thuật trong
nước về chúng lại hết sức hạn chế làm ảnh hưởng lớn đến việc sử dụng và khai thác
và thậm chí còn tác động ngay từ khâu mua sắm sản phẩm. Do vậy, việc nghiên cứu
khai thác các dụng cụ đo lường hiện đại là hết sức cần thiết.
Trong cơ khí, chúng ta thư ờng gặp những chi tiết có bề mặt phức tạp như bánh
răng, trục vít ... việc đo đạc lại chúng để đánh giá các sai số chế tạo là rất thường
gặp. Trước đây, với các dụng cụ đo thông thường, các kỹ sư đã dựng lên nhiều bài
toán đo l i các thông số trên, tuy nhiên do độ chính xác của dụng cụ, hay do mô
ạ
hình đo chưa hoàn chỉnh mà chúng ta chưa có được các kết quả thật chính xác. Với
việc muốn đưa ra kết quả đánh giá một cách chính xác và tự động cho nên tôi đã
quyết định thực hiện đề tài: Tự động hoá quá trình đo và đánh giá sai số chế tạo
các thông số ăn khớp của bánh răng trụ trên máy đo to độ 3 chiều CMM 544
ạ
Mitutoyo.
Công cụ nghiên cứu của đề tài bao gồm:
-Máy Đo 3 chi CMM C544 của Hãng Mitutoyo và phần mềm MCOSMOS
ều
kèm theo máy.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9
8
-Máy vi tính.
Đối tượng nghiên cứu:
- Nghiên cứu thiết lập chương trình đo tự động các sai số chế tạo của bánh răng trụ
và đưa ra kết quả đánh giá sai số một cách tự động.
Mục đích nghiên cứu:
- Xây dựng được một chương trình đánh giá kết quả sai số chế tạo các thông số ăn
khớp của bánh răng trụ bằng việc sử dụng ngôn ngữ tin học.
Phương pháp nghiên cứu:
- Lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
Nội dụng đề tài:
- Xây dựng phần mềm tính sai số chế tạo bánh răng trụ răng thẳng bằng ngôn ngữ
lập trình JavaScript. Bộ số liệu đầu vào được tạo ra bằng việc scaning biên dạng
bánh răng trên máy CMM 544 Mitutoyo. Chương trình sẽ cho ra: Sai số đường kính
vòng đỉnh, sai số đường kính vòng chân, sai số chiều cao răng, sai số chiều dày
răng, sai số bước răng, sai số góc giữa các răng và vẽ lại biên dạng bánh răng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9
9
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐO CÁC THÔNG SỐ BÁNH RĂNG TRỤ
I. Các khái niệm cơ bản trong kỹ thuật đo lường
Đảm bảo chất lượng sản phẩm là đảm bảo hiệu quả kinh tế cho nền sản xuất.
Việc đảm bảo chất lượng sản phẩm không đơn thuần là việc kiểm tra sản phẩm sau
khi chế tạo mà cái chính là phải vạch ra các nguyên nhân gây sai hỏng ngay trong
khi gia công để có được quy trình công nghệ hợp lý có thể điều chỉnh quá trình gia
công nhằm tạo ra sản phẩm đạt chất lượng. Mức độ đưa thiết bị và kỹ thuật đo vào
công nghệ gia công chế tạo thể hiện mức độ tiên tiến của nền sản xuất.
1.1. Đo lường
Đo lường là việc định lượng độ lớn của đối tượng đo. Đó là việc thiết lập quan
hệ giữa đại lượng cần đo và một đại lượng có cùng tính chất vật lý được quy định
dùng làm đơn vị đo.
Thực chất đó là việc so sánh đại lượng cần đo với đơn vị chuẩn để tìm ra tỷ lệ
giữa chúng. Độ lớn của đối tượng cần đo dược biểu diễn bằng trị số của tỷ lệ nhận
được kèm theo đơn vị đo dùng khi so sánh.
Ví dụ: Đại lượng cần đo là Q, đơn vị đo dùng so sánh là u. Khi so sánh ta có tỷ
lệ giữa chúng là:
Q
=q
u
Kết quả đo sẽ biểu diễn là:
Q = q.u
Việc chọn độ lớn của đơn vị đo khác nhau khi so sánh sẽ có trị số q khác nhau.
Chọn độ lớn của đơn vị đo sao cho việc biểu diễn kết quả đo gọn, đơn giản, tránh
nhầm lẫn trong ghi chép và tính toán. Kết quả đo cuối cùng cần biểu diễn theo đơn
vị đo hợp pháp.
1.2. Đơn vị đo - Hệ thống đơn vị đo
Đơn vị do là yếu tố chuẩn mực dùng để so sánh. Vì thế độ chính xác của đơn
vị đo sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác khi đo.
Độ lớn của đơn vị đo cần được quy định thống nhất mới đảm bảo được việc
thống nhất trong giao dịch, mua bán, chế tạo sản phẩm thay thế, lắp lẫn...
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9
10
Các đơn vị đo cơ bản và đơn vị đo dẫn suất hợp thành hệ thống đơn vị được
quy định trong bảng đơn vị đo hợp pháp của nhà nước dựa trên quy đ của hệ
ịnh
thống đo lường thế giới ISO.
1.3. Phương pháp đo
Phương pháp đo là cách thức, thủ thuật để xác định thông số cần đo. Đó là tập
hợp mọi cơ sở khoa học và có thể thực hiện phép đo, trong đó nói rõ nguyên tắc để
xác định thông số đo. C ác nguyên tắc này có thể dựa trên cơ sở mối quan hệ toán
học hay mối quan hệ vật lý có liên quan tới đại lượng đo.
Ví dụ: Để đo bán kính cung tròn, có thể dựa vào mối quan hệ giữa các yếu tố
trong cung:
h s2
R= +
2 8h
Trong đó h là chiều cao cung, s là độ dài dây cung.
Ví dụ: Khi đo tỷ trọng vật liệu, dựa trên quan hệ vật lý:
G
D=
V
Trong đó D là tỷ trọng, G là trọng lượng mẫu, V là thể tích mẫu.
Nếu ta chọn mẫu dạng trụ thì:
π .d 2
V= h
4
với d là đường kính mẫu, h là chiều dài mẫu, khi đó ta có:
4G
D=
π .d 2 .h
Việc chọn mối quan hệ nào trong các mối quan hệ có thể thông với thông số
đo phụ thuộc vào độ chính xác yêu cầu đối với đại lượng đo, trang thiết bị hiện có,
có khả năng tìm được hoặc tự chế tạo được. Mối quan hệ cần được chọn sao cho
đơn giản, các phép đo dễ thực hiện với yêu cầu về trang bị đo ít và có khả năng hiện
thực.
Cơ sở để phân loại phương pháp đo:
a) Dựa vào quan hệ giữa đầu đo và chi tiết đo chia ra: Phương pháp đo tiếp xúc
và phương pháp đo không tiếp xúc.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9
11
Phương pháp đo tiếp xúc là phương pháp đo giữa đầu đo và bề mặt chi tiết đo
tồn tại một áp lực gọi là áp lực đo. Ví d ụ như khi đo bằng dụng cụ đo cơ khí, điện
tiếp xúc... áp lực này làm cho vị trí đo ổn định vì thế kết quả đo tiếp xúc rất ổn định.
Tuy nhiên, do có áp ực đo mà khi đo tiếp xúc không tránh khỏi sai số do các biến
l
dạng có liên quan đến áp lực đo gây ra, đặc biệt đo các chi tiết bằng vật liệu mền, dễ
biến dạng hoặc các hệ đo kém cứng vững.
Phương pháp đo không tiếp xúc là phương pháp đo không có áp ực đo g iữa
l
đầu đo và bề mặt chi tiết . Vì không có áp lực đo nên khi đo bề mặt chi tiết không bị
biến dạng hoặc bị cào xước... Phương pháp này thích hợp với các chi tiết nhỏ, mềm,
mỏng, dễ biến dạng, các sản phẩm không cho phép có vết xước.
b) Dựa vào quan hệ giữa giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo và giá trị của đại lượng
do chia ra phương pháp đo tuyệt đối và phương pháp đo tương đối.
Trong phương pháp đo tuyt đối, giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo là giá trị đo
ệ
được. Phương pháp đo này đơn giản, ít nhầm lẫn, nhưng độ chính xác đo kém.
Trong phương pháp đo tương đối, giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo cho ta sai lệch
giữa giá trị đo và giá trị của chuẩn dùng khi chỉnh “0” cho dụng cụ đo. Kết quả đo
phải là tổng của giá trị chuẩn và giá trị chỉ thị:
Q = Q + ∆x
với: Q - kích thước mẫu chỉnh “0”
∆x - giá trị chỉ thị của dụng cụ.
Độ chính xác của phép đo tương đối cao hơn c phép đo tuyệt đối và phụ
ủa
thuộc chủ yếu vào độ chính xác của mẫu và quá trình chỉnh “0”.
c) Dựa vào quan h giữa đại lượng cần đo và đại lượng được đo chia ra:
ệ
phương pháp đo trực tiếp và phương pháp đo gián tiếp.
Phương pháp đo tr c tiếp là phương pháp đo mà đại lượng được đo chính là
ự
đại lượng cần đo, ví dụ như khi ta đo đường kính chi tiết bằng panme, thước cặp,
máy đo chiều dài...
Phương pháp đo trực tiếp có độ chính xác cao nhưng kém hiệu quả.
Phương pháp đo gián ếp là phương pháp đo trong đó đại lượng được đo
ti
không phải là đại lượng cần đo nó có quan hệ hàm số với đại lượng cần đo, ví dụ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9
12
như khi ta đo đường kính chi tiết thông qua việc đo các yếu tố trong cung hay qua
chu vi..
Phương pháp đo gián tiếp thông qua các mối quan hệ toán học hoặc vật lý học
giữa đại lượng đo và đại lượng cần đo là phương pháp đo phong phú, đa dạng và rất
hiệu quả. Tuy nhiên, nếu hàm quan hệ phức tạp thì độ chính xác đo thấp.
Việc tính toán xử lý kết quả đo và độ chính xác đo rất phụ thuộc vào việc chọn
mối quan hệ này.
1.4. Kiểm tra - phương pháp kiểm tra
Kiểm tra là việc xem xét chất lượng thực của đối tượng có nằm trong giới hạn
cho phép đã được quy định hay không. Giới hạn cho phép là sai lệch cho phép trong
dung sai sản phẩm mà ng ười thiết kế yêu cầu phụ thuộc vào độ chính xác cần thiết
của sản phẩm. Nếu giá trị thực nằm trong khoảng sai lệch cho phép, sản phẩm được
xem là đạt, ngược lại sản phẩm bị xem là không đạt.
Việc kiểm tra phải thông qua kết quả đo thực của sản phẩm hoặc qua kích
thước giới hạn của calip. Vì thế, người ta thường gắn hai quá trình đo - kiểm làm
một quá trình đảm bảo chất lượng sản phẩm.
- Căn cứ vào mục đích sử dụng của yếu tố cần kiểm tra người ta phân ra kiểm
tra thu nhận và kiểm tra trong khi gia công.
Kiểm tra thu nhận là phương pháp kiểm tra nhằm phân loại sản phẩm thành
các sản phẩm đạt và sản phẩm không đạt.
Kiểm tra trong khi gia công là phương pháp ki m tra thông qua việc theo dõi
ể
sự thay đổi của thông số đo để có tác dụng ngược vào hệ thống công nghệ nhằm
điều chỉnh hệ thống sao cho sản phẩm được tạo ra đạt chất lượng yêu cầu.
Trong các quá trình công ngh hiện đại, đặc biệt l à khi ch tạo các chi tiết
ệ ế
phức tạp, kiểm tra trong gia công không những hạn chế sản phẩm hỏng mà còn thực
hiện được các thao tác kiểm tra mà sau khi chế tạo sẽ khó mà kiểm tra được.
Căn cứ vào mức độ phức tạp của thông số chia ra kiểm tra theo thành phần và
kiểm tra tổng hợp.
Kiểm tra theo thành phần: Thực hiện riêng với một thống số, thông thường đó
là các thông s quan trọng, ảnh hưởng chính tới chất lượng sản phẩm. Ngoài ra,
ố
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9
13
trong nghiên c độ chính xác trong khi gia công, để hợp lý hoá quy trình côn g
ứu
nghệ, tìm nguyên nhân gây sai h
ỏng... người ta cần phải kiểm tra yếu tố mà thông
số kiểm tra chính là yếu tố đang thực hiện tại nguyên công.
Kiểm tra tổng hợp là phương pháp kiểm tra đồng thời sự ảnh hưởng của các
yếu tố tới chất lượng chung của sản phẩm, phương pháp này thư
ờng dùng để kiểm
tra thu nhận sản phẩm.
Ví dụ: với chi tiết ren khi đang gia công có thế kiểm tra đường kính trung bình,
đó là kiểm tra yếu tố. Khi chi tiết đã gia công có thể kiểm tra ăn khớp bằng cách cho
ăn khớp bu lông - đai ốc. Đó là việc kiểm tra tổng hợp.
1.5. Phương tiện đo - Phân loại phương tiện đo
Phương tiện đo là tập hợp các dụng cụ đo, máy đo, gá đo và các phương tiện
phụ trợ cho quá trình đo.
Phương tiện đo được phân loại chủ yếu theo bản chất vật lý của quá trình đo:
quang học, cơ khí, thủy lực, điện, điện tử...
Phương tiện đo còn được phân loại theo đặc tính sử dụng: vạn năng và chuyên
dùng.
Phương tiện đo được phân loại theo số toạ độ có thể có một, hai, ba hay nhiều
toạ độ.
Việc chọn phương tiện đo nào cho quá trình đo phụ thuộc vào:
- Các đặc điểm riêng của sản phẩm. Ví dụ: độ cứng, độ lớn, trọng lượng, độ
chính xác và cả số lượng sản phẩm cần đo kiểm.
- Phương pháp đo.
- Khả năng có thể của thiết bị
1.6. Các chỉ tiêu đo lường cơ bản
* Giá trị chia độ c hay là độ phân giải: Đó là chuyển vị thực ứng với kim chỉ
dịch đi một khoảng chia a. Giá trị c càng nhỏ thì độ chính xác đo càng cao.
* Khoảng chia độ a là khoảng cách giữa tâm hai vạch trên bảng chia độ.
* Tỷ số truyền và độ nhậy K là tỷ số giữa sự thay đổ i ở đầu ra tương ứng với
sự thay đổi ở đầu vào của dụng cụ đo. Khi K càng lớn, độ chính xác đo càng cao.
Khi sự thay đổi ở đầu vào ra cùng tính chất vật lý thì K là đại lượng không thứ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9
14
nguyên, gọi là tỷ số truyền. Khi các sự thay đổi này không cùng t ính chất vật lý thì
K là sẽ có thứ nguyên của đại lượng ra trên đại lượng vào và K gọi là độ nhậy.
* Độ nhậy giới hạn ε là chuyển vị nhỏ nhất ở đầu vào còn gây ra được chuyển
vị ở đầu ra ổn định và quan sát được. Khi ε càng bé thì độ chính xác đo càng cao.
* Độ biến động chỉ thị là phạm vi dao động của chỉ thị khi ta đo lập lại cùng
một giá trị đo trong cùng một điều kiện đo.
∆bd = Xmax - Xmin
Trong đó Xmax và Xmin là giá trị chỉ thị lớn nhất và nhỏ nhất trong n lần đo lặp
lại. ∆bd càng lớn thì độ chính xác đo càng kém.
* Phạm vi đo là phạm vi thay đổi của giá trị đo mà phương tiện đo có thể đo
được.
1.7. Các nguyên tắc cơ bản trong đo lường
1.7.1. Nguyên tắc Abbe
Khi kích thước đo và kích thước mẫu nằm trên một đường thẳng thì kết quả đo
đạt độ chính xác cao nhất.
Khi đo kích thư đo có thể đặt nối tiếp hoặc đặt song song với kích thước
ớc
mẫu. Khe hở khâu dẫn đầu đo đi động dưới tác dụng của áp lực đo và các biến dạng
tế vi dưới tác dụng của áp lực đo chính là nguyên nhân gây ra sai số đo. Khi sự thay
đổi ở đầu vào và đầu ra cùng tính chất vật lý thì K là đại lượng không thứ nguyên,
gọi là tỷ số truyền.
Với khe hở δ, chiều dài khâu dẫn là L, t heo hình 1-1 góc nghiêngệch lớn
l
n hất là:
δ
∆α = arcrg
L
Khi đo không theo nguyên tắc Abbe, sai số đo sẽ là:
∆1 = S.tg∆α ≈ S.∆α
∆α 2
Khi đo theo Abbe, sai số sẽ là: ∆2 = l(1-cos∆α) ≈ l
2
Với l là chiều dài đo. Có thể thấy sai số của dụng cụ đo không theo nguyên tắc
Abbe là rất lớn so với các dụng cụ đo theo nguyên tắc Abbe.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9
15
Hình 1-1 Phân tích kết quả đo theo nguyên tắc Abbe
1.7.2. Nguyên tắc chuỗi kính thước ngắn nhất
Chuỗi kích thước trong khi đo hình thành bởi một số c ác khâu của trang bị đo
và kích thư đo, trong đó kích thước đo là khâu khép kín. Khi trang thi t bị đo
ớc ế
càng đơn giản, ít khâu khớp thì độ chính xác đo càng cao.
Khi thiết kế phương án đo, Chuỗi kích thước hình thành bởi sơ đồ đo, trong đó
kích thước đo là đại lượng đo gián tiếp có quan hệ hàm số với các đại lượng đo trực
tiếp. Khi số đại lượng đo trực tiếp càng ít thì độ chính xác đo của đại lượng đo gián
tiếp càng cao. Như vậy, sơ đồ đo càng đơn giản, càng ít thông số, mối quan hệ
không phức tạp đo thì kết quả đo càng chính xác.
Ví dụ: Khi ta đo khoảng cách giữa hai tâm, có thể có 3 phương án:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9
16
Hình 1-2 Đo khoảng cách giữa 2 tâm
d1 + d 2
1) Đo L1, d1, d2: L0 = L1 +
2
d1 + d 2
2) Đo L2 , d1, d2: L0 = L2 -
2
L1 + L2
3) Đo L1, L2 L0 =
2
Có thể nhận thấy rằng phương án đo thứ 3 là tốt nhất.
1.7.3. Nguyên tắc chuẩn thống nhất
Khi kiểm tra, nếu chọn chuẩn kiểm tra trùng với chuẩn thiết kế và chuẩn công
nghệ thì kết quả kiểm tra đạt độ chính xác cao nhất.
Với mỗi chi tiết khi kiểm tra cần lưu ý tới chuẩn đã được dùng khi thiết kế và
khi gia công. Tuy nhiên, tu thuộc vào mục đích sử dụng thông tin kiểm tra và sự
ỳ
phức tạp của phương pháp đo - kiểm mà người ta có thể ưu tiên cho vi chọn
ệc
chuẩn đo. Chẳng hạn, thường ưu tiên chọn chuẩn kiểm tra là chuẩn công nghệ, đặc
biệt là khi nghiên cứu độ chính xác trong khi gia công, chọn chuẩn kiểm tra trùng
chuẩn thiết kế khi kiểm tra thu nhận.
1.7.4. Nguyên tắc kinh tế
Nguyên tắc này nhằm đảm bảo độ chính xác đo trong điều kiện giá thành khâu
đo thấp nhất, điều này có liên quan đén:
- Giá thành của thiết bị đo, tuổi bền của thiết bị đo.
- Số lượng sản phẩm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9
17
- Năng suất đo
- Yêu cầu trình độ người sử dụng và sửa chữa.
- Khả năng chuyên môn hoá, tự động hoá khâu đo kiểm.
- Khả năng lợi dụng các thiết bị đo phổ thông, thiết bị đo sẵn có hoặc các thiết
bị gá lắp đo lường tự trang bị được.
II. Phương pháp đo các thông số hình học của chi tiết cơ khí
2.1. Phương pháp đo kích thước thẳng
2.1.1. Phương pháp đo hai tiếp điểm
Phương pháp đo hai tiếp điểm là phương pháp
mà khi đo các yếu tố đo của thiết bị đo tiếp xúc với
bề mặt chi tiết đo ít nhất là trên 2 điểm, trong đó
nhất thiết phải có hai tiếp điểm nằm trên phương
biến thiên của kích thước đo 1-1 (hình 1-3).
Trong hai tiếp điểm. một gắn với yếu tố định
chuẩn MC và một gắn với yếu tố đo MD. Yêu cầu
MD // MC và cùng vuông góc ới 1 -1. Áp l c đo
ự
v
Hình 1-3 Phương pháp
có phương tác d ng trùng với 1 -1. Để chi tiết đo
ụ đo 2 tiếp điểm
được ổn định nâng độ cao chính xác khi đo người
ta cần chọn mặt chuẩn và mặt đo phù hợp với hình dạng bề mặt đo sao cho chi tiết
đo ổn định dưới tác dụng của lực đo. Ngoài ra, để giảm ảnh hưởng của sai số chế
tạo mặt chuẩn và mặt đo cần có thêm các tiếp điểm phụ để làm ổn định thông số đo.
2.1.2. Phương pháp đo ba tiếp điểm
Phương pháp đo ba tiếp điểm là phương pháp đo mà khi đo các yếu tố đo của
thiết bị đo tiếp xúc với bề mặt chi tiết đo ít nhất là trên 3 điểm, trong đó không tồn
tại một cắp tiếp điểm nào nằm trên phương biến thiên của kích thước đo.
Cơ sở của phương pháp đo.
a) Từ một điểm I ngoài vòng tròn, quan sát vòng tròn dưới hai tiếp tuyến IA và
IB hợp với nhau một góc α. Khi R thay đổi, tâm O của vòng tròn sẽ di chuyển trên
phân giác Ix.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9
18
Hình 1-4 Hình 1-5
Để nhận biết sự thay đổi này, ta có thể đặt điểm quan sát tại M hoặc N.
Chuyển vị trí ở M hoặc N sẽ cho ta sự thay đổi của h.
Với
h
R=
1
±1
α
sin
2
lấy dấu (+) khi đặt điểm quan sát ở N (1)
lấy dấu (-) khi đặt điểm quan sát ở M (2)
Trong kỹ thuật ta bắt buộc phải tiến hành phép đo so sánh vì kích thước h
không xác định được. Do đó ta có:
∆h
∆R =
1
±1
α
sin
2
và R = R0 + ∆R
với R0 là bán kính chi tiết mẫu dùng khi đo so sánh.
Ứng với điều kiện (1) ta có sơ đồ đo (a) hình 1-5 và ứng với điều kiện (2) ta có
sơ đồ đo (b) hình 1-5.
Tỷ số truyền phụ của sơ đồ đo:
∆h 1
±1
K= =
∆R sin α
2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9
19
Với: 450 ≤ α ≤ 1200 ta luôn có Ka > 1; Kb ≤ 1.
Sơ đồ đo (a) thường dùng khi kiểm tra thu nhận, yêu cầu chính xác cao và kích
thước đo không lớn lắm.
Sơ đồ đo ( b) thường dùng khi kiểm tra các chi tiết đang gia công, các chi tiết
khó tháo ra khỏi vị trí gia công hoặc vị trí lắp ráp, chi tiết nặng. Dụng cụ đo được
thiết kế dưới dạng tự định vị trên chi tiết. Phương pháp đo 3 tiếp điểm đặc biệt ưu
việt khi đáp ứng yêu cầu đo đường kính mặt trụ, mặt cầu gián đoạn như bánh răng,
then hoa... đặc biệt mặt đo bị gián đoạn hoặc méo với số cạnh lẻ.
Khi đo đường kính mặt trụ gián đoạn như đường kính đỉnh răng bánh răng hay
then hoa, các mặt méo đặc biệt là với số cạnh lẻ cần xác định góc α thích hợp của
khối V.
3600
α = 1800 - n
z
trong đó:
z - số răng hoặc số cạnh méo
n - số bước góc bị kẹp trong V
với khi z lẻ.
n = 1,3,5,7...
khi z chẵn.
n = 2,4,6,8 ...
Ta có:
∆h
Φ = Φ0 + 2
K
Φ0 - kích thước mẫu dùng khi chỉnh “0”
∆h - sai lệch chỉ thị khi đo
K - tỷ số truyền phụ của sơ đồ.
Với chi tiết méo 3 cạnh như hình 1-7, có đư
ờng kính mọi phía bằng nhau,
phương pháp đo 2 ti p điểm khôn g thể đo được đường kính của chi tiết này. Dùng
ế
3600
phương pháp 3 ti p điểm với α = 1800 -
ế = 600 sẽ đo được đường kính và độ
z
méo của sản phẩm loại này.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
nguon tai.lieu . vn