Sử dụng thuật toán particle swarm optimization đánh giá độ trụ từ dữ liệu đo trên máy CMM c544

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP




HOÀNG THỊ QUYÊN



ĐỀ TÀI:
SỬ DỤNG THUẬT TOÁN PARTICLE SWARM OPTIMIZATION
ĐÁNH GIÁ ĐỘ TRỤ TỪ DỮ LIỆU ĐO TRÊN MÁY CMM C544

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT





KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC
NGƯỜI HD KHOA HỌC
HỌC VIÊN

PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe



Hoàng Thị Quyên




THÁI NGUYÊN - 2011
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện được đề tài, tác giả đã nhận được sự quan tâm rất
lớn
của nhà trường, khoa cơ khí, trung tâm thí nghiệm, bộ môn kỹ thuật máy tính,
các thầy cô giáo trường Đại học công nghiệp Thái Nguyên và các bạn cùng lớp
.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, khoa đào tạo sau đại học, các
giáo viên
giảng dạy đã tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn này.

Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS Nguyễn Đăng
Hòe,
Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp đã tận tình hướng dẫn trong quá trình

thực hiện
luận văn.
Tác giả chân thành cảm ơn đến ThS. Nguyễn Văn Huy, bộ môn kỹ thuật máy tính
đã nhiệt tình giúp đỡ quá trình lập trình Matlab để chạy chương trình thuật toán trong
quá trình thực hiện luận văn.
Tác giả xin cảm ơn Trung tâm thí nghiệm và các giáo viên thuộc Trung
tâm đã
tạo điều kiện về thiết bị và giúp đỡ trong quá trình sử dụng thiết bị để thực hiện luận
văn.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp của các thầy
giáo
thuộc khoa Cơ khí và các đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tác
giả
tháo gỡ những vướng mắc trong thời gian thực hiện luận văn.
Mặc dù đã cố gắng, song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên
chắc
chắn luận văn này không tránh khỏi thiếu sót. Tác giả rất mong sẽ nhận được
những ý
kiến đóng góp từ các thầy cô giáo và các đồng nghiệp để luận văn được
hoàn thiện
hơn và có ý nghĩa trong thực tiễn.
Xin chân thành cảm ơn!




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Các số liệu,
kết quả có trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ một công
trình nào khác.


Thái Nguyên, ngày 10 tháng 11 năm 2011

Tác giả luận văn






Hoàng Thị Quyên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

1
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 4
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6
PHẦN MỞ ĐẦU 9
I. Tính cấp thiết của đề tài. 9
II. Mục đích của đề tài 10
III. Nội dung của đề tài 10
IV. Phương pháp nghiên cứu 11
V. Công cụ nghiên cứu 11
Chƣơng 1: CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ ĐO ĐỘ TRỤ 12
I. Các khái niệm cơ bản trong kỹ thuật đo: 12
1.1. Đo lường. 12
1.2. Đơn vị đo - Hệ thống đơn vị đo. 12
1.3. Phương pháp đo. 13
1.4. Kiểm tra - phương pháp kiểm tra. 15

1.5. Phương tiện đo - Phân loại phương tiện đo. 16
1.6. Các chỉ tiêu đo lường cơ bản. 16
1.7. Các nguyên tắc cơ bản trong đo lường. 17
1.7.1. Nguyên tắc Abbe. 17
1.7.2. Nguyên tắc chuỗi kính thước ngắn nhất 18
1.7.3. Nguyên tắc chuẩn thống nhất. 19
1.7.4. Nguyên tắc kinh tế. 19
1.8. Các thông số chất lượng của hệ thống đo. 19
1.8.1. Độ nhạy. 20
1.8.2. Độ phân giải. 20
1.8.3. Độ chính xác đo. 21
1.8.4. Độ chính xác lặp lại 21

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

2
1.8.5. Khoảng chết. 22
1.8.6. Khả năng lặp. 22
1.8.7. Khả năng tuyến tính hóa. 22
1.8.8. Sai số gắn với mô hình hóa hệ thống đo. 22
1.8.9. Phương pháp tính sai số tổng. 23
II. Phương pháp đo các thông số hình học. 25
2.1. Phương pháp đo kích thước. 25
2.1.1. Phương pháp đo hai tiếp điểm. 25
2.1.2. Phương pháp đo ba tiếp điểm. 26
2.1.3. Phương pháp đo tọa độ. 31
2.2. Phương pháp đo độ trụ. 33
III. Một số mô hình toán học áp dụng khi đo 3D 38
3.1. Cơ sở khoa học của phép đo tọa độ. 38
3.1.1. Hệ tọa độ đề các vuông góc. 38

3.1.2. Các phép biến đổi tọ a độ 40
3.2 . Thuật toán xác định tâm và bán kính đường tròn. 44
3.2.1. Xác định đường tròn qua tọa độ 3 điểm đo 44
3.2.2. Xác định đường tròn qua tọa độ nhiều điểm đo. 45
Chƣơng 2: GIỚI THIỆU VỀ THOẬT TOÁN TỐI ƢU BẦY ĐÀN 47
2.1 Tổng quan về thuật toán Particle Swarm Optimization (PSO). 47
2.1.1 Giới thiệu 47
2.1.2 Thuật toán PSO 48
2.1.3 Sự khác biệt của thuật toán PSO so với các thuật toán tối ưu khác. 51
2.1.4 Tính chất của thuật toán PSO. 52
2.1.5 Ưu nhược điểm của thuật toán PSO. 52
2.1.6 Ứng dụng của thuật toán PSO. 52
2.2. Thuật toán PSO song song và PSO nối tiếp. 53
2.2.1. Thuật toán PSO song song. 53
2.2.2. Thuật toán PSO nối tiếp. 55

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

3
2.3. Các bước quan trọng trong việc áp dụng thuật toán PSO: 57
Chƣơng 3: ÁP DỤNG THUẬT TOÁN PSO ĐỂ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TRỤ 58
3.1 Yêu cầu đặt ra cho bài toán đánh giá độ trụ. 58
3.2. Đánh giá độ trụ dựa trên thuật toán PSO. 60
3.3. Lưu đồ thuật toán 63
Chƣơng 4: XỬ LÝ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 65
4.1. Lập cơ sở dữ liệu 65
4.1.1. Máy đo tọa độ 3 chiều CMM 65
4.1.2. Tạo bộ dữ liệu cho chương trình. 70
4.2. Giới thiệu về phần mềm matlab 77
4.3. Ứng dụng phần mềm matlab chạy chương trình PSO ứng dụng. 78

4.4. So sánh thuật toán PSO với thuật toán Dhanish. 82
4.4.1. Thuật toán Dhanish xác định độ không tròn. 82
4.4.2. Kết quả của việc ứng dụng thuật toán Dhanish. 89
4.4.3. Chuyển dữ liệu trên mặt trụ về một mặt phẳng. 90
4.4.4. Đánh giá kết quả. 93
KẾT LUẬN 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

4
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt
CMM
GA
PSO
Co-or. Sys
MB
HTML
CAM
CNC
Tên tiếng Anh
Coordinate Measuring Machine
Genetic algorithm
Particle swarm optimization
Coordinate System
MasterBall
HyperText Markup Language
Computer Aided Manufacturing

Computer Numerical Control
Tiếng Việt
Máy đo tọa độ
Thuật toán di truyền
Thuật toán tối ưu hóa bầy đàn
Hệ toạ độ
Quả cầu chuẩn
Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản
Sản xuất có trợ giúp của máy tính
Điều khiển số bằng máy tính

Thuật toán Dhanish

Thuật toán do P.B.Dhanish công bố trên International
journal of Maxhine Tool & Manufacture 42 (2002).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

5
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU


Bảng số
1.1
1.2
1. 3
3.1
4.1
4.2
4.3
4.4

Nội dung
Thông số quy định sai số hình dáng bề mặt TCVN-11-77.
Bảng dấu của các góc tọa độ.
Cosin chỉ phương hệ tọa độ mới.
Dữ liệu đo bất kỳ trên bề mặt trụ
Kết quả của PSO
Dữ liệu đo bất kỳ trên đường tròn
Bộ dữ liệu chiếu xuống mặt phẳng oxy
So sánh kết quả của hai thuật toán: PSO và Dhanish
Trang
33
39
41
64

82
89
90
93













Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình số
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8

1.9
1.10
1.11
1.12
1.13
1.14
1.15
1.16
1.17
1.18
1.19
1.20
1.21
Nội dung
Phân tích kết quả đo theo nguyên tắc Abbe
Đo khoảng cách giữa hai tâm
Mô hình đặc trưng của một bộ chuyển đổi
Mối quan hệ vào/ra
Ví dụ mục tiêu bắn
Phương pháp đo hai tiếp điểm
Phương pháp đo 3 tiếp điểm
Chi tiết then hoa
Chi tiết méo 3 cạnh
Dựng đường tròn đi qua 3 điểm
Phương pháp đo cung 3 tiếp tuyến
Chỉnh “zero” cho dụng cụ dùng H
0

Phương pháp đo tọa độ
Sai lệch về độ trụ

Đo độ côn theo sơ đồ cơ bản
Đo độ côn theo sơ đồ đo vi sai
Đo độ côn dùng dụng cụ đo dạng tự chọn chuẩn
Đo độ phình thắt
Đo độ cong trục
Hệ toạ độ Đề các
Cách xác định toạ độ 1 điểm trong không gian 3D
Trang
17
18
20
20
21
26
27
29
29
29
30
30
32
33
34
35
35
36
37
38
39

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

7
2.1
2.2
2.3
3.1
3.2
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12
4.13
4.14
4.15
4.16
4.17
4.18
Sơ đồ một điểm tìm kiếm bằng phương pháp PSO
Lưu đồ giải thuật PSO song song
Lưu đồ giải thuật PSO nối tiếp
Miền dung sai hình trụ

Lưu đồ thuật toán
Cấu tạo máy CMM
Các loại đầu dò dùng cho máy CMM
Máy đo CMM thông dụng kiểu cầu.
Máy CMM kiểu Grantry của B&S.
Máy CMM kiểu Cantiver của Tarrus.
Mẫu thử đo trên máy CMM.
Phần mềm GEOPAK.
Hộp thoại Start up wizard.
Thiết lập thông số tạo đầu đo chuẩn.
Hiệu chỉnh đầu đo.
Giao diện chương trình sau khi hiệu chỉnh đầu đo.
Hộp thoại Element plane.
Chọn mặt phẳng chuẩn.
Đo vòng tròn chuẩn.
Hộp thoại Create origin.
Lệnh đo các điểm.
Dữ liệu dạng .txt trong không gian
Giao diện chương trình.
48
54
56
58
63
66
67
69
69
69
70

71
71
72
72
73
73
74
74
75
76
76
78

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

8
4.19
4.20
4.21
4.22
4.23
4.24
4.25
4.26
4.27
4.28
4.29
4.30
4.31
4.32

Hộp thoại Set path.
Hộp thoại Browse For Folder.
Hộp thoại Set path khi đã chọn xong.
Hiển thị kết quả.
Hình trụ kết quả và các điểm đo.
Hình chiếu kết quả các điểm đo.
Các lần lặp của PSO
Mô phỏng tọa độ các điểm
Kết quả hiển thị
Dữ liệu dạng .text trong mặt phẳng.
Giao diện chương trình thuật toán Dhanish
Chọn file chứa mẫu
Kết quả chạy bộ dữ liệu 32 điểm
Kết quả các vòng lặp
79
79
80
80
81
81
82
83
89
91
91
92
92
93

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

9
PHẦN MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài.
Cơ sở khoa học:
Trong nền sản xuất hiện đại, các hệ thống sản xuất có tích hợp máy tính đòi
hỏi độ chính xác cao của các phương pháp kiểm tra kích thước. Các phương pháp
kiểm tra kích thước truyền thống khó đáp ứng được nhu cầu ngay càng cao này và
do đó sức cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường bị hạn chế. Trước thực tế đó, 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.
Hiện nay, với sự suất hiện ngày càng nhiều của máy đo tọa đọ CMM, kỹ
thuật đo bằng máy CMM đã nhận được nhiều sự quan tâm. Các máy CMM tích hợp
máy tính và phần mềm phù hợp để phân tích và xử lý kết quả đo. Điều làm nhiều
người dùng băn khoăn là cùng một bộ dữ liệu về tọa độ nhưng các máy CMM khác
nhau lại cho các kết quả khác nhau. Điều này được giải thích là do thuật toán xử lý
dữ liệu khác nhau.
Xác định các thông số chuẩn cho hình trụ là một trong những tính năng quan
trọng nhất trong thiết kế, sản xuất và lắp ráp cơ khí. Nó là điều kiện cần thiết để xây
dựng một thuật toán để đánh giá sai số hình trụ. Độ trụ là sai lệch lớn nhất giữa bề
mặt thực đến bề mặt trụ áp (là mặt trụ lý thuyết bao lấy mặt trụ thực). Đã có nhiều
nghiên cứu để đánh giá sai số độ trụ [1-3]. Murthy [1] đã nâng cao một phương

pháp với các đa thức trực giao, có nghĩa là chiếu dữ liệu của hình trụ lên một số mặt
phẳng và sau đó nhận được sai số của hình trụ bằng phương pháp bằng phẳng. X
Qian [2] đã sử dụng hàm mục tiêu để đánh giá sai số hình trụ. Các sai số được tối
ưu hóa bằng thuật toán genetic algorithm (GA), phương pháp này cho phép giảm
không gian tìm kiếm mà vẫn hội tụ đến các giải pháp tối ưu toàn cục. Mặc dù vậy
tốc độ hội tụ của phương pháp này là quá chậm bởi các quá trình lai ghép và đột
biến trong quá trình tiến hóa. J Mao [3] phát triển một phương pháp để đánh giá sự
không chắc chắn của các sai số hình trụ. Phương pháp này dựa trên thuật toán tối ưu
hóa bầy đàn particle swarm optimization (PSO). Với phương pháp này cho tốc độ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

10
hội tụ nhanh và kết quả chính xác, phù hợp hơn với tiêu chuẩn vùng tối thiểu, tuy
nhiên trong tính tường minh của thuật toán còn chưa rõ. Dhanish [4] đã đưa ra thuật
toán rất tường minh để tìm giá trị nhỏ nhất của các sai số độ tròn cho bất kỳ bộ dữ
liệu nào và được Vũ Thị Tâm [5] nghiên cứu ứng dụng thuật toán này xác định sai
số độ tròn trên máy CMM, nhưng chưa xét trên mặt cắt dọc để đánh giá độ bóng và
độ kín khít bề mặt. Trên cơ sở đó tác giả tiếp tục nghiên cứu phát triển ứng dụng
thuật toán PSO để xác định sai lệch về độ trụ từ dữ liệu tọa độ các điểm đo trên máy
CMM C544 Mitutoyo. Hi vọng thành công của đề tài sẽ là đóng góp mới cho việc
phát triển mô hình đo lường và kiểm tra khác trong chế tạo máy.
Cơ sở thực tiễn
Xuất phát từ thực tế trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã
đầu tư máy đo tọa độ 3 chiều CMM và nhiều cơ sở sản xuất có khả năng đã và đang
trang bị máy CMM thay thế cho các thiết bị đo 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 trụ từ
dữ liệu đo trên máy CMM sẽ hữu ích cho việc sử dụng máy đo để tự động hóa xác
định sai lệch độ trụ trong nghiên cứu và sản xuất thực tiễn.

Từ những cơ sở phân tích trên việc nghiên cứu “Sử dụng thuật toán
Particle Swarm Optimization đánh giá độ trụ 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
- Sử dụng thuật toán Particle Swarm Optimization xác định sai lệch
độ trụ 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.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

11
- Tổng quan về thuật toán Particle Swarm Optimization (PSO).
- Mô hình bài toán xác định sai số độ trụ.
- Sử dụng thuật toán PSO đánh giá độ trụ và lập trình ứng dụng thuật toán
này bằng phần mền Matlab để tính toán sai số độ trụ.
- Đánh giá kết quả và so sánh kết quả của bằng phương pháp PSO với
phương pháp xác định độ tròn theo Dhanish.
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 matlab.
- Phần mềm MCOSMOS.

- Máy CMM C544 Mitutoyo.










Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

12
Chƣơng 1
CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ ĐO ĐỘ TRỤ

I. Các khái niệm cơ bản trong kỹ thuật đo:
1.1. Đo lƣờng.
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.
1.2. 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.
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.


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

13
1.3. Phƣơng 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:
(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.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

14
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.
Phương pháp đo này 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
t
= 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.
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.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

15
1.4. Kiểm tra - phƣơng 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.
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.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

16
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. Phƣơng tiện đo - Phân loại phƣơng 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 lƣờng 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 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.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

17
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.
1.7. Các nguyên tắc cơ bản trong đo lƣờng.
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.

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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

18
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 là: 
1
= S.tg  S.
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.
1.7.2. Nguyên tắc chuỗi kính thƣớc 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 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 


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

19
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.
1.7.3. 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.
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.

1.8. 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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

20
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:
1.8.1. Độ nhạy.
Độ nhạy là khả năng thiết bị đo phản ứng lại với các thay đổi của đại lượng
đo. Hay là tỉ lệ giữa khoảng thay đổi của tín hiệu đầu ra và đầu vào.









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

1.8.2. 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.
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 vào / ra

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

21
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)
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 hợp 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,
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 – ĐHTN

22
không gần nhau. Trường hợp cuối, precision và accuracy thấp, các vết đạn nằm ở
các vị trí ngẫu nhiên.
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.
1.8.6. 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)
1.8.7. Khả năng tuyến tính hóa.
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 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.
1.8.8. Sai số gắn với mô hình hóa hệ thống đo.

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 thống đo 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 phải nhỏ tới mức cho phép.
Mỗi hệ thống phụ thuộc vào hệ đo 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