thuật toán mới và chương trình matlab xác định sai lệch độ tròn từ dữ liệu đo trên máy cmm c544

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP




LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT









ĐỀ TÀI:
THUẬT TOÁN MỚI VÀ CHƢƠNG TRÌNH MATLAB XÁC ĐỊNH
SAI LỆCH ĐỘ TRÕN TỪ DỮ LIỆU ĐO TRÊN MÁY CMM 544

VŨ THỊ TÂM










Thái nguyên - 2010




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP


THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ĐỀ TÀI:
THUẬT TOÁN MỚI VÀ CHƢƠNG TRÌNH MATLAB XÁC ĐỊNH
SAI LỆCH ĐỘ TRÕN TỪ DỮ LIỆU ĐO TRÊN MÁY CMM 544


Học viên: Vũ Thị Tâm
Lớp: CHK11
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Người HD khoa học: PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe



KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC
NGƯỜI HD KHOA HỌC
HỌC VIÊN









PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe

Vũ Thị Tâm


THÁI NGUYÊN - 2010




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3
MỤC LỤC


Trang

Mục lục
1

Danh mục các chữ viết tắt
3

Danh mục các bảng
4

Danh mục các hình vẽ
5

Phần mở đầu
7

Chƣơng 1 Tổng quan về kỹ thuật đo
9
1.1
Các khái niệm cơ bản trong kỹ thuật đo
9
1.1.1
Đo lường
9
1.1.2
Đơn vị đo - Hệ thống đơn vị đo
9
1.1.3
Phương pháp đo
10
1.1.4
Kiểm tra - phương pháp kiểm tra
12
1.1.5
Phương tiện đo - Phân loại phương tiện đo.
13
1.1.6
Các chỉ tiêu cơ bản trong đo lường
13
1.1.7
Các nguyên tắc cơ bản trong đo lường.
14
1.1.7.1

Nguyên tắc Abbe
14
1.1.7.2
Nguyên tắc chuỗi kính thước ngắn nhất
15
1.1.7.3
Nguyên tắc chuẩn thống nhất
16
1.1.7.4
Nguyên tắc kinh tế
17
1.1.8
Các thông số chất lượng của hệ thống đo
17
1.1.8.1
Độ nhạy
17
1.1.8.2
Độ phân giải
18
1.1.8.3
Độ chính xác đo
18
1.1.8.4
Độ chính xác lặp lại
19
1.1.8.5
Khoảng chết
19
1.1.8.6

Khả năng lặp
19
1.1.8.7
Khả năng tuyến tính hóa
19
1.1.8.8
Lỗi trong các thông số mô hình hóa hệ cơ điện tử
20
1.1.8.9
Ảnh hưởng của các sai số thành phần đến sai số tổng
20
1.2
Phương pháp đo các thông số hình học
23
1.2.1
Phương pháp đo kích thước thẳng
23
1.2.1.1
Phương pháp đo hai tiếp điểm
23
1.2.1.2
Phương pháp đo ba tiếp điểm.
24



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4
1.2.1.3

Phương pháp đo một tiếp điểm
28
1.2.2
Phương pháp đo các thông số chỉ tiêu chất lượng chính của chi tiết
30
1.2.2.1
Đo độ tròn
32
1.2.2.2
Đo độ trụ
36
1.2.2.3
1.2.2.4
Đo độ thẳng
Đo độ phẳng
41
42
1.3
Kết luận chương 1
45

Chƣơng 2 Cơ sở toán học của phép đo đƣờng tròn
46
2.1.
Cơ sở hình học của phép đo toạ độ
46
2.1.1.
Hệ tọa độ Đề các vuông góc
46
2.1.2

Các phép biến đổi tọ a độ
49
2.2
Thuật toán xác định tâm và bán kính đường tròn
52
2.2.1
Thuật toán xác định đường tròn qua tọa độ 3 điểm đo
52
2.2.2
Thuật toán xác định đường tròn qua tọa độ nhiều điểm đo

53
2.3
Kết luận chương 2
54

Chƣơng 3 Thuật toán ứng dụng mới xác định độ không tròn

55
3.1
Giớ i thiệ u
55
3.2
Xác định vấn đề
56
3.3
Mô tả thuật toán
57
3.4
Ví dụ áp dụng

63
3.5
Kết luận chương 3
70

Chƣơng 4 Chƣơng trình xử lý kết quả thực nghiệm
71
4.1
Lập cơ sở dữ liệu
71
4.1.1
Máy đo tọa độ 3 chiều CMM
71
4.1.2
Tạo bộ số liệu cho chương trình lập trình
75
4.2
Ứng dụng phần mềm matlab
83
4.2.1
Giới thiệu về phần mềm matlab
83
4.2.2
Kết quả chạy chương trình
84
4.3
Kết luận chương 4
90

Kết luận chung

91

Tóm tắt luận văn
92

Tài liệu tham khảo
93



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT















Chữ viết tắt

Tên tiếng Anh
Tiếng Việt
CMM
Coordinate Measuring Machine
Máy đo toạ độ
RE
Reverse Engineering
Kỹ thuật tái tạo ngược
Co-or. Sys
Coordinate System
Hệ toạ độ
MB
MasterBall
Quả cầu chuẩn
HTML
HyperText Markup Language
Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản
MATLAB
Matrix laboratory

CAM
Computer Aided Manufacturing
Sản xuất có trợ giúp của máy tính
CNC
Computer Numerical Control
Điều khiển số bằng máy tính
TCVN

Tiêu chuẩn Việt nam

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng số
Nội dung
Trang
1-1
Thông số quy định sai số hình dáng bề mặt trong TCVN
11-77
31
1-2
Các tham số đặc trưng của hệ 3 tiếp điểm đối xứng
37
2-1
Dấu của các góc tọa độ
47
2-2
Cosin chỉ phương hệ tọa độ mới
50
3-1

Dữ liệu và kết quả sau lần lặp 1, vòng lặp 1
63
3-2
Bộ tham chiếu gốc lần lặp 1, vòng lặp 1
64
3-3
Bộ tham chiếu gốc lần lặp 1, vòng lặp 2
66
3-4
Dữ liệu và kết quả lần lặp 2, vòng lặp 1
67
3-5
Bộ tham chiếu gốc lần lặp 2, vòng lặp 1
68
3-6
Bộ tham chiếu gốc lần lặp 2, vòng lặp 2
69
3-7
Dữ liệu tọa độ điểm và sai số e
70






Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình số
Nội dung
Trang
Hình 1-1
Phân tích kết quả đo theo nguyên tắc abbe
15
Hình 1-2
Đo khoảng cách giữa 2 tâm
16
Hình 1-3
Mô hình chuyển dịch cơ bản
17
Hình 1-4
Mối quan hệ đầu vào/đầu ra
17
Hình 1-5
Ví dụ mục tiêu bắn
19
Hình 1-6
Phương pháp đo 2 tiếp điểm
23
Hình 1-7
Phương pháp đo 3 tiếp điểm
24
Hình 1-8
Chi tiết then hoa
26
Hình 1-9
Chi tiêt méo 3 cạnh

26
Hình 1-10
Dựng đường tròn qua 3 điểm
26
Hình 1-11
Phương pháp đo cung 3 tiếp điểm
27
Hình 1-12
Chỉnh “0” cho dụng cụ dùng H
0
28
Hình 1-13
Phương pháp đo toạ độ
29
Hình 1-14
Đo độ tròn
32
Hình 1-15
Kiểm tra theo các điểm ngẫu nhiên
33
Hình 1-16
Đo độ tròn theo phương pháp 2 tiếp điểm
34
Hình 1-17
Sơ đồ đo kiểu khí nén
34
Hình 1-18
Đo độ tròn theo phương pháp 3 tiếp điểm dạng đối xứng
35
Hình 1-19

Sai lệch về độ trụ
36
Hình 1-20
Đo độ côn theo sơ đồ cơ bản
38
Hình 1-21
Đo độ côn theo sơ đồ đo vi sai
39
Hình 1-22
Đo độ côn dùng dụng cụ đo dạng tự chọn chuẩn
39
Hình 1-23
Đo độ phình thắt
40
Hình 1-24
Đo độ cong trục
40
Hình 1-25
Độ thẳng
41
Hình 1-26
Đo độ thẳng
42
Hình 1-27
Nguyên tắc đo độ phẳng
43
Hình 1-28
Đo độ phẳng bằng ống nhòm tự chuẩn
44
Hình 2-1

Hệ tọa độ Đề các
46
Hình 2-2
Cách xác định tọa độ 1 điểm
47
Hình 3.1
Mô phỏng tọa độ các điểm đo
56



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8
Hình 4.1
Cấu tạo máy CMM
73
Hình 4.2
Các loại đầu dò dùng cho máy CMM
74
Hình 4.3
Máy đo CMM thông dụng kiểu cầu
75
Hình 4.4
Máy CMM kiểu Grantry của B&S
76
Hình 4.5
Máy CMM kiểu Cantiver của Tarrus
76
Hình 4.6

Mẫu thử đo trên máy CMM
77
Hình 4.7
Đo mẫu thử trên máy CMM 544 MITUTOYO
77
Hình 4.8
Phần mềm GEOPAK
77
Hình 4.9
Hộp thoại Start up Wizard
78
Hình 4.10
Thiết lập thông số tạo đầu đo chuẩn
78
Hình 4.11
Hiệu chỉnh đầu đo
79
Hình 4.12
Giao diện chương trình sau khi hiệu chỉnh đầu đo
79
Hình 4.13
Hộp thoại Element Plane
80
Hình 4.14
Chọn mặt phẳng chuẩn
80
Hình 4.15
Đo vòng tròn chuẩn
81
Hình 4.16

Hộp thoại Create Origin
81
Hình 4.17
Lệnh đo các điểm
82
Hình 4.18
Dữ liệu dạng text
82
Hình 4.19
Giao diện chương trình
85
Hình 4.20
Chọn file chứa mẫu
85
Hình 4.21
Kết quả hiển thị
86










Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9

PHẦN MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài.
+ Cơ sở khoa học:
Trong những năm gần đây của các hệ thống sản xuất có tích hợp máy tính
đòi hỏi tăng tốc độ và độ chính xác của các phương pháp kiểm tra kích thước. Nhằm
đáp ứng yêu cầu này, hệ thống kiểm tra kích thước có tích hợp máy tính được sử
dụng, trong đó máy đo tọa độ ba chiều (CMM) là lựa chọn hàng đầu của các nhà
sản xuất.
Trong chế tạo máy hiện đại, kỹ thuật đo ứng dụng máy CMM để kiểm tra độ
chính xác hình dáng chi tiết ngày càng phổ biến. Các máy CMM tích hợp máy tính
và phần mềm phù hợp để phân tích và xử lý kết quả đo. Vấn đề đặt ra là cùng một
chi tiết với các phương thức đo khác nhau máy CMM đưa ra kết quả đo khác nhau
và cùng một bộ dữ liệu về tọa độ nhưng các máy CMM lại cho các kết quả khác
nhau, điều này được giải thích là do thuật toán xử lý dữ liệu khác nhau.
Đã có nhiều nghiên cứu để xác định độ tròn, độ song song, độ côn nhưng để
có một thuật toán đơn giản và phần mềm hỗ trợ cho việc xác định độ không tròn lại
chưa được đề cập đến. Trên cơ sở nghiên cứu P.D.Dhanish [6], Tác giả tiếp tục
nghiên cứu phát triển ứng dụng thuật toán để xác định sai lệch về độ tròn từ dữ liệu
tọa độ các điểm đo trên máy CMM 544 Mitutoyo. Hi vọng thành công của đề tài sẽ
là đóng góp mới cho việc phát triển mô hình đo lường và kiểm tra trong chế tạo
máy hiện đại.
+ Cơ sở thực tiễn
Hiện nay ở Việt Nam, nhiều cơ sở sản xuất có khả năng đã và đang trang bị
máy CMM thay thế cho các thiết bị đo đã cũ và không đáp ứng được yêu cầu sản
xuất hiện đại. Việc khai thác có hiệu quả và tin cậy máy CMM là cần thiết. Hi vọng
chương trình xây dựng dựa trên các thuật toán xác định sai lệch về độ tròn từ dữ



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10
liệu đo trên máy CMM sẽ hữu ích cho việc sử dụng máy đo để tự động hóa xác định
sai lệch độ tròn trong nghiên cứu và sản xuất thực tiễn.
Từ những cơ sở phân tích trên việc nghiên cứu “Thuật toán mới và chương
trình MATLAB xác định sai lệch độ tròn từ dữ liệu đo trên máy CMM C544” là
cấp thiết và có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
II. Mục đích của đề tài
 Xây dựng thuật toán ứng dụng xác định sai lệch độ tròn từ dữ liệu đo trên
máy CMM.
 Thiết lập chương trình xử lý dữ liệu.
 Ứng dụng kết quả nghiên cứu trong đo lường kiểm tra chi tiết họ trục/lỗ.
III. Nội dung của đề tài
 Đánh giá tổng quan về các phương pháp đo trên các máy CMM.
 Cơ sở toán học và các công cụ toán về phép đo và xử lý dữ liệu.
 Thuật toán mới xác định sai lệch độ tròn.
 Viết chương trình ứng dụng trên máy CMM 544 Mitutoyo.
 Đánh giá kết quả nghiên cứu.
IV. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Ứng dụng toán.
- Ứng dụng kỹ thuật lập trình.
- Kiểm nghiệm chương trình xử lý dữ liệu.
V. Công cụ nghiên cứu
- Công cụ toán.
- Phần mềm tin học matlab.
- Công cụ phần mềm MCOSMOS.
- Máy CMM 544 Mitutoyo.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

11
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ĐO

1.1. Các khái niệm cơ bản trong kỹ thuật đo
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.
1.1.1. Đo lường
Đo lường là việc định lượng thông số 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 được 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
u
Q


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.
1.1.2. Đơn vị đo - Hệ thống đơn vị đo
Đơn vị đo 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.



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
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
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 định của hệ
thống đo lường quốc tế ISO.
1.1.3. 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. Các 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
sh
R
82
2



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:
D =
V
G

Trong đó D là tỷ trọng, G là trọng lượng mẫu, V là thể tích mẫu.
Nếu ta chọn mẫu dạng trụ thì:
V =
h
d
4
.
2


với d là đường kính mẫu, h là chiều dài mẫu, khi đó ta có:
D =
hd
G

4
2


Việc chọn mối quan hệ nào trong các mối quan hệ có thể 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:



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13
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.
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 dụ 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 lực đo mà khi đo tiếp xúc không tránh khỏi sai số do các biến
dạng có liên quan đến áp lực đo gây ra, đặc biệt đo các chi tiết bằng vật liệu mềm,
dễ biến dạng hoặc các hệ đo kém cứng vững.
Phương pháp đo không tiếp xúc là phương pháp đo không có áp lực đo giữa
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
đo chia ra phương pháp đo tuyệt đối và phương pháp đo tương đối.
Trong phương pháp đo tuyệt đối, giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo là giá trị đo
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 của phép đo tuyệt đối và phụ
thuộc chủ yếu vào độ chính xác của mẫu và quá trình chỉnh “0”.
c) Dựa vào quan hệ giữa đại lượng cần đo và đại lượng được đo chia ra:
phương pháp đo trực tiếp và phương pháp đo gián tiếp.
Phương pháp đo trực tiếp là phương pháp đo mà đại lượng được đo chính là
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.



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14
Phương pháp đo gián tiếp là phương pháp đo trong đó đại lượng được đo
không phải là đại lượng cần đo nó có quan hệ hàm số với đại lượng cần đo, ví dụ
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.
1.1.4. 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 người 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 kiểm tra thông qua việc theo dõi
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 nghệ hiện đại, đặc biệt là khi chế tạo các chi tiết
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.



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

15
Kiểm tra theo thành phần: Thực hiện riêng với một thống số, thông thường đó
là các thông số quan trọng, ảnh hưởng chính tới chất lượng sản phẩm. Ngoài ra,
trong nghiên cứu độ chính xác trong khi gia công, để hợp lý hoá quy trình công
nghệ, tìm nguyên nhân gây sai hỏng 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 thường 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.
1.1.5. 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
1.1.6. 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.



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

16
* Tỷ số truyền và độ nhậy K là tỷ số giữa sự thay đổi 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
nguyên, gọi là tỷ số truyền. Khi các sự thay đổi này không cùng tính 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  là chuyển vị nhỏ nhất ở đầu vào còn gây ra được chuyển
vị ở đầu ra ổn định và quan sát được. Khi  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
= X
max
- X
min

Trong đó X
max
và X
min
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.
1.1.7. Các nguyên tắc cơ bản trong đo lƣờng
1.1.7.1. 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 thước đo có thể đặt nối tiếp hoặc đặt song song với kích thước
mẫu. Khe hở khâu dẫn đầu đo di 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 , chiều dài khâu dẫn là L, theo hình 1-1 góc nghiêng lệch lớn
nhất là:
L
arcrg




Khi đo không theo nguyên tắc Abbe, sai số đo sẽ là:

1
= S.tg  S.



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

17
Khi đo theo Abbe, sai số sẽ là: 
2
= l(1-cos)  l
2
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.

Hình 1.1: Phân tích kết quả đo theo nguyên tắc Abbe

1.1.7.2. Nguyên tắc chuỗi kính thước ngắn nhất
Chuỗi kích thước trong khi đo hình thành bởi một số các khâu của trang bị đo
và kích thước đo, trong đó kích thước đo là khâu khép kín. Khi trang thiết bị đo
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



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

18
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.

Hình 1.2: Đo khoảng cách giữa hai tâm

Ví dụ: Khi ta đo khoảng cách giữa hai tâm, có thể có 3 phương án:
1) Đo L
1
, d
1
, d
2
: L
0
= L
1

+
2
21
dd 

2) Đo L
2
, d
1
, d
2
: L
0
= L
2
-
2
21
dd 

3) Đo L
1
, L
2
L
0
=
2
21
LL 

Có thể nhận thấy rằng phương án đo thứ 3 là tốt nhất.
1.1.7.3. 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, tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng thông tin kiểm tra và sự
phức tạp của phương pháp đo - kiểm mà người ta có thể ưu tiên cho việc chọn
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.





Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

19
1.1.7.4. 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 đến:
- Giá thành của thiết bị đo, tuổi bền của thiết bị đo.
- Số lượng sản phẩm
- 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.
1.1.8. Các thông số chất lƣợng của hệ thống đo.

Trong một hệ thống đo kiểm, các sensor và các bộ chuyển đổi thường được
dùng trong các điều kiện, môi trường khác nhau. Cũng giống như con người, chúng
rất nhạy cảm với các thông số đầu vào như áp suất, dịch chuyển, nhiệt độ, sóng âm
và từ trường. Các đặc tính của sensor được thảo luận theo các tính chất sau:
Độ nhạy
Độ phân giải
Độ chính xác lặp lại (Precision)
Độ chính xác đo (Accuracy)
Khoảng chết
Khả năng lặp lại
Khả năng tuyến tính
Mỗi tính chất trên đây sẽ được thảo luận và minh họa ở các phần sau:
1.1.8.1. Độ nhạy
Độ nhạy là khả năng thiết bị đo phản ứng lại với các thay đổi của đại lượng
đo. Nói cách khác, đó là tỉ lệ giữa khoảng thay đổi của tín hiệu đầu ra và đầu vào,
như minh họa trên hình 1.3 và 1.4






Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

20

S
I




Trong đó, S là độ nhạy, O là khoảng thay đổi của tín hiệu đầu ra, I là
khoảng thay đổi tín hiệu đầu vào.
Ví dụ: một thiết bị đo cho đầu ra là tín hiệu điện, nếu một thay đổi dịch
chuyển 0.001mm gây nên sự thay đổi hiệu điện thế là 0.02V thì độ nhạy của thiết bị
sẽ là:

0.02
20 /
0.001
S V mm

1.1.8.2. Độ phân giải
Độ phân giải được định nghĩa là số gia nhỏ nhất trong giá trị của phép đo mà
thiết bị có thể xác định được. Ví dụ một panme với khoảng chia độ nhỏ nhất 1mm
được dùng để đo khoảng cách gần nhất là 0.5 mm, thì độ phân giải sẽ ước lượng là
0.5 mm.
1.1.8.3. Độ chính xác đo
Độ chính xác đo (accuracy) được đánh giá bằng sự sai khác giữa giá trị đo và
giá trị thực tế. Độ chính xác đo (accuracy) phụ thuộc vào các giới hạn của thiết bị.
Một thí nghiệm được coi là chính xác nếu nó không bị ảnh hưởng bởi các lỗi của thí
nghiệm đó. Một độ chính xác ±0.001 có nghĩa là giá trị đo sai khác so với giá trị
thực trong phạm vi 0.001 đơn vị. Trong thực tế, độ chính xác được định nghĩa bằng
phần trăm của giá trị thực:

Phần trăm giá trị thực = (Giá trị đo – giá trị thực) / giá trị thực
Một cái cân có thể cân 1g với lỗi là 0.001g, vậy độ chính xác của thiết bị đo
này là 0.1%. Sự sai khác giữa giá trị đo và giá trị thực tế được gọi là độ lệch (bias)
Transducer
I
O
∆I
∆O
Hình 1.3 Mô hình đặc trưng
của một bộ chuyển đổi
Nguồn năng lượng
Hình 1.4 Mối quan hệ đầu vào/đầu ra



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

21
1.1.8.4. Độ chính xác lặp lại
Độ chính xác lặp lại (precision) là khả năng của thiết bị có thể tạo được một
tập các giá trị đo trong một phạm vi cho trước. Độ chính xác lặp lại (precision) phụ
thuộc vào độ ổn định của thiết bị.
Ví dụ: Hình 1.5 minh họa các mức độ khác nhau của Precision và Accuracy
trong thí nghiệm bắn bia.

Trường hợp precision cao, accuracy thấp xảy ra khi các vết đạn nằm ở vòng
tròn ngoài cùng. Trong trường hợp thứ 2, accuracy và precision cao, các vết đạn
nằm trong vòng tâm và khoảng cách rất gần nhau (rất chụm). Trường hợp thứ 3,
accuracy trung bình, precision thấp các vết đạn nằm ở các vòng giữa nhưng rời rạc,
không gần nhau. Trường hợp cuối, precision và accuracy thấp, các vết đạn nằm ở
các vị trí ngẫu nhiên.
1.1.8.5. Khoảng chết
Khoảng chết được định nghĩa là khoảng cách lớn nhất hoặc góc lớn nhất mà
một bộ phận cơ khí nào của hệ thống có thể dịch chuyển theo một phương nhưng
không gây ra một dịch chuyển của một bộ phận nào khác đính kèm với nó.
1.1.8.6. Khả năng lặp
Khả năng lặp là khả năng tạo ra một loạt tín hiệu đầu ra hoàn toàn giống
nhau khi lặp lại phép đo trong môi trường giống nhau. (Khi phép đo được lặp lại thì
kết quả đo không bị sai khác, mà hoàn toàn giống nhau – độ ổn định)
1.1.8.7. Khả năng tuyến tính hóa
Accuracy thấp
Precision cao
Accuracy cao
Precision cao
Accuracy trung bình,
Precision thấp
Accuracy thấp
Precision thấp

Hình 1.5 Ví dụ mục tiêu bắn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

22
Đặc tính của các thiết bị đo chính xác là khi tín hiệu đầu ra là một hàm tuyến
tính của tín hiệu đầu vào. Tuy nhiên, sự tuyến tính này không bao giờ là tuyệt đối,
và sai khác này được gọi là dung sai tuyến tính. Tính tuyến tính được hiểu là sai
lệch lớn nhất của đường cong tín hiệu đầu ra với đường thẳng trong vòng lặp hiệu
chỉnh. Sự phi tuyến tính thường gây ra bởi các thành phần phi tuyến như độ trễ của
các thành phần cơ khí, độ nhớt của dung dịch và sự khuếch đại của tín hiệu điện.
1.1.8.8. Lỗi trong các thông số mô hình hóa hệ cơ điện tử
Các hệ cơ điện tử hiện đại phụ thuộc nhiều vào việc sử dụng các sensor và
các kỹ thuật đo. Việc điều khiển các quá trình công nghiệp và các hệ thống tự động
sẽ rất khó khăn nếu như không có các sensor và các hệ đo đếm chính xác. Hiệu quả
của các thiết bị cơ điện tử yêu cầu có các sự lựa chọn hợp lý các loại sensor, vật
liệu, phần cứng và phần mềm. Nói một cách rộng hơn, sự lựa chọn một thiết bị cho
một ứng dụng cụ thể sẽ phụ thuộc vào độ chính xác yêu cầu. Nếu chỉ cần độ chính
xác thấp thì không cần thiết phải sử dụng các sensor đắt tiền và các thành phần cảm
biến chính xác. Ngược lại, nếu thiết bị được dùng trong các ứng dụng yêu cầu độ
chính xác cao thì sai số của thiết bị cảm biến và đo đạc phải nhỏ tới mức cho phép.
Mỗi hệ thống phụ thuộc vào hệ đo đạc sẽ liên quan đến một lượng không ổn định
nào đó. Sự không ổn định này có thể do sự thiếu chính xác của một sensor riêng lẻ
nào đó, hoặc do sai số ngẫu nhiên của phép đo, hoặc do các điều kiện về môi
trường. Độ chính xác tổng thể của hệ thống sẽ phụ thuộc vào sự tương tác giữa các
thành phần trong hệ thống, đồng thời phụ thuộc vào độ chính xác của từng thành
phần riêng lẻ. Điều này đúng với các thiết bị đo, cũng như các hệ thống sản xuất có
nhiều thành phần và hệ thống con. Một thiết bị đo thông thường có thể bao gồm
nhiều thành phần, có quan hệ phức tạp, và mỗi thành phần có thể ảnh hưởng đến sai
số tổng thể của hệ thống.
1.1.8.9. Ảnh hƣởng của các sai số thành phần đến sai số tổng.
Độ chính xác của một hệ cơ khí phức tạp trong môi trường sản xuất phụ

thuộc vào thiết kế và sai số thiết kế của các thành phần trong hệ thống đó. Một cách
đơn giản, nếu một thí nghiệm có một số nguồn thành phần, mỗi nguồn được đo
riêng biệt sử dụng các thiết bị đo độc lập, sẽ cần phải có một thuật toán để xử lý,



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

23
tính toán sai số tổng thể của hệ thống. Nói chung, thuật toán này cũng cần phải tính
toán được sai số riêng lẻ của từng thành phần hệ thống. Phương pháp phân tích lỗi
giúp ta xác định được mức độ ảnh hưởng của các sai số thành phần đến sai số chung
của hệ. Thuật toán này cũng giúp ta xác định được sai số thiết kế nếu như biết được
sai số thiết kế tổng của hệ thống. Một ví dụ minh họa sẽ được trình bày sau đây:
Xét vấn đề tính toán số N là một hàm của n biến độc lập x
1
, x
2
, … x
n
, là các
số lượng đã đo của một thiết bị đo (hay là các thành phần đầu ra của các thiết bị đo
khác nhau trong một hệ thống).
N=f(x
1
, x
2
, … x
n
) (1.1)

Gọi ± x
1
, ± x
2
, … ± x
n
, là các sai số riêng lẻ của từng loạt đo. Các lỗi
này sẽ hình thành nên lỗi tổng của N như trong biểu thức 1.2:
N ± N = f(x
1
± x
1
, x
2
± x
2
, … x
n
± x
n
,) (1.2)
Ta có thể tính được N bằng cách lấy tổng (N±N) trừ đi N. Vì quá trình
này rất mất thời gian nên có thể dùng chuỗi Taylor để tính xấp xỉ. Khai triển biểu
thức 1.2 theo chuỗi Taylor ta được:
1 1 2 2
2
2
1 2 1 2 1
1 2 1
( , , , )

1
( , , , ) ( )
2
nn
n
f x x x x x x
f f f
f x x x x x x
x x x
      
  
       
  
(1.3)
Tất cả các đạo hàm riêng trong dãy đều được tính toán tại các giá trị đã biết
x
1
, x
2
, … x
n
. Vì các phép đo đã được tiến hành nên các giá trị x
i
là các giá trị đã biết
và có thể thay vào biểu thức để tính các đạo hàm riêng.
Trong thực tế, các giá trị x rất nhỏ nên x
2
có thể bỏ qua. Biểu thức 1.3 có
thể viết lại thành
1 1 2 2

1 2 1 2
12
( , , , )
( , , , )
nn
nn
n
f x x x x x x
f f f
f x x x x x x
x x x
      
  
      
  
(1.4)
Sai số tuyệt đối E
a
sẽ được xác định như sau:
12
12

an
n
f f f
E N x x x
x x x
  
        
  

(1.5)



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

24
Giá trị tuyệt đối sẽ được sử dụng vì một vài giá trị đạo hàm riêng có thể có
giá trị âm. Biểu thức 1.5 thể hiện biến nào có ảnh hưởng lớn nhất đến độ chính xác
tổng thể của phép đo.
Ví dụ nếu
3
f
x


lớn hơn các giá trị đạo hàm riêng khác thì x
3
sẽ có ảnh
hưởng lớn đến sai số tổng E
a
.
Phần trăm lỗi:
100
100
a
r
E
N
E

NN

  

Các kết quả tính toán = N±
100
N
N



Trong một số trường hợp, giới hạn của độ chính xác tổng thể là có thể biết
được nhưng các giới hạn độ chính xác thiết kế có các thành phần riêng lẻ thì không.
Với các trường hợp đó, nếu biết được độ chính xác tổng thể và nếu cần tìm các độ
chính xác của các thành phần riêng lẻ thì có thể áp dụng “phương pháp của các ảnh
hưởng tương đương”. Phương pháp này giả sử rằng mỗi nguồn lỗi đều gây ra một
ảnh hưởng ngang bằng nhau tới lỗi tổng thể:
12
12

n
n
f f f
N x x x
x x x
  
       
  

Với giả thiết tất cả các thành phần trên đều như nhau, ta có thể viết:

12
12

n
n
f f f N
x x x
x x x n
   
      
  
(1.6)
Đến giờ, lỗi tổng thể N đã biết vì các thành phần x
1
, …, x
n
đã đều biết, ta
có thể viết:

i
i
fN
x
xn

  


Các lỗi thành phần x
i

trong mỗi phép đo đều được tính toán bằng cách giải
phương trình với x
i
cho phương trình
()
i
i
N
x
f
n
x




Với i = 1,2,3…,n (1.7a)



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

25
Phương pháp các ảnh hưởng tương đương tóm lược trong biểu thức 1.5, xét
các giá trị tuyệt đối của tất cả các biến và ước lượng khoảng không chắc chắn lớn
nhất của biến đo đạc theo thông số N.
Một phương pháp khác là Square root of sum of square (RSS) cũng dựa trên
giả thiết là tất cả các đại lượng không ổn định đều được tính toán với cùng một mức
hệ số tin cậy (Ganji 1996). Điều đó được chỉ ra trên biểu thức 1.7b. Khi nào áp dụng
phương pháp RSS thì hệ số tin cậy của lượng không ổn định trong kết quả tổng thể

N sẽ có giá trị bằng với hệ số tin cậy của các biến x
i

1
2
2
1
()
in
i
i
i
f
Nx
x




  




(1.7b)

1.2. Phƣơng pháp đo các thông số hình học của chi tiết cơ khí
1.2.1. Phƣơng pháp đo kích thƣớc thẳng
1.2.1.1. 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 1-6).

Hình 1.6. Phương pháp đo hai tiếp điểm

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 với phương 1-1. Áp lực đo có
phương tác dụng trùng với 1-1. Để chi tiết đo 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