Thuật toán mới và chương trình MATLAB xác định sai lệch độ tròn từ dữ liệu đo trên máy CMM C544

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
Danh mục các chữ viết tắt

1
3

Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ

4
5

Phần mở đầu

7
9

1.1
1.1.1
1.1.2

Chƣơng 1
Tổng quan về kỹ thuật đo
Các khái niệm cơ bản trong kỹ thuật đo
Đo lường
Đơn vị đo - Hệ thống đơn vị đo

1.1.3

Phương pháp đo

10

1.1.4
1.1.5
1.1.6

Kiểm tra - phương pháp kiểm tra
Phương tiện đo - Phân loại phương tiện đo.
Các chỉ tiêu cơ bản trong đo lường

12
13
13

1.1.7
1.1.7.1
1.1.7.2

Các nguyên tắc cơ bản trong đo lường.
Nguyên tắc Abbe
Nguyên tắc chuỗi kính thước ngắn nhất

14
14
15

1.1.7.3

Nguyên tắc chuẩn thống nhất

16

1.1.7.4
1.1.8
1.1.8.1
1.1.8.2

Nguyên tắc kinh tế
Các thông số chất lượng của hệ thống đo
Độ nhạy
Độ phân giải

17
17
17
18

1.1.8.3
1.1.8.4
1.1.8.5
1.1.8.6
1.1.8.7

Độ chính xác đo
Độ chính xác lặp lại
Khoảng chết
Khả năng lặp
Khả năng tuyến tính hóa

18
19

19
19
19

1.1.8.8
1.1.8.9
1.2
1.2.1
1.2.1.1
1.2.1.2

Lỗi trong các thông số mô hình hóa hệ cơ điện tử
Ảnh hưởng của các sai số thành phần đến sai số tổng
Phương pháp đo các thông số hình học
Phương pháp đo kích thước thẳng
Phương pháp đo hai tiếp điểm
Phương pháp đo ba tiếp điểm.

20
20
23
23
23
24

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

9
9
9

4

1.2.1.3
1.2.2

Phương pháp đo một tiếp điểm
Phương pháp đo các thông số chỉ tiêu chất lượng chính của chi tiết

28
30

1.2.2.1

Đo độ tròn

32

1.2.2.2

Đo độ trụ

36

1.2.2.3

Đo độ thẳng

41

1.2.2.4

Đo độ phẳng

42

1.3

Kết luận chương 1

45

Chƣơng 2

46

Cơ sở toán học của phép đo đƣờng tròn

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 tọa 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

55

Thuật toán ứng dụng mới xác định độ không tròn

3.1

Giới thiệu

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
CMM
RE
Co-or. Sys
MB
HTML
MATLAB
CAM
CNC

Tên tiếng Anh
Coordinate Measuring Machine
Reverse Engineering
Coordinate System

MasterBall
HyperText Markup Language
Matrix laboratory
Computer Aided Manufacturing
Computer Numerical Control

TCVN

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

Tiếng Việt
Máy đo toạ độ
Kỹ thuật tái tạo ngược
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
Tiêu chuẩn Việt nam




6

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng số
1-1

Nội dung

Thông số quy định sai số hình dáng bề mặt trong TCVN

Trang
31

1-2

11-77
Các tham số đặc trưng của hệ 3 tiếp điểm đối xứng

37

2-1
2-2

Dấu của các góc tọa độ
Cosin chỉ phương hệ tọa độ mới

47
50

3-1
3-2
3-3

Dữ liệu và kết quả sau lần lặp 1, vòng lặp 1
Bộ tham chiếu gốc lần lặp 1, vòng lặp 1
Bộ tham chiếu gốc lần lặp 1, vòng lặp 2

63

64
66

3-4

Dữ liệu và kết quả lần lặp 2, vòng lặp 1

67

3-5
3-6
3-7

Bộ tham chiếu gốc lần lặp 2, vòng lặp 1
Bộ tham chiếu gốc lần lặp 2, vòng lặp 2
Dữ liệu tọa độ điểm và sai số e

68
69
70

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




7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình số

Hình 1-1

Nội dung
Phân tích kết quả đo theo nguyên tắc abbe

Hình 1-2
Hình 1-3

Đo khoảng cách giữa 2 tâm
Mô hình chuyển dịch cơ bản

16
17

Hình 1-4
Hình 1-5

Mối quan hệ đầu vào/đầu ra
Ví dụ mục tiêu bắn

17
19

Hình 1-6
Hình 1-7
Hình 1-8

Phương pháp đo 2 tiếp điểm
Phương pháp đo 3 tiếp điểm
Chi tiết then hoa

23
24
26

Hình 1-9

Chi tiêt méo 3 cạnh

26

Hình 1-10
Hình 1-11
Hình 1-12

Dựng đường tròn qua 3 điểm
Phương pháp đo cung 3 tiếp điểm

26
27
28

Trang
15

Hình 1-13
Hình 1-14
Hình 1-15

Chỉnh “0” cho dụng cụ dùng H0

Phương pháp đo toạ độ
Đo độ tròn
Kiểm tra theo các điểm ngẫu nhiên

Hình 1-16

Đo độ tròn theo phương pháp 2 tiếp điểm

34

Hình 1-17
Hình 1-18
Hình 1-19
Hình 1-20

Sơ đồ đo kiểu khí nén
Đo độ tròn theo phương pháp 3 tiếp điểm dạng đối xứng
Sai lệch về độ trụ
Đo độ côn theo sơ đồ cơ bản

34
35
36
38

Hình 1-21
Hình 1-22
Hình 1-23
Hình 1-24
Hình 1-25

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
Độ thẳng

39
39
40
40
41

Hình 1-26
Hình 1-27
Hình 1-28
Hình 2-1

Đo độ thẳng
Nguyên tắc đo độ phẳng
Đo độ phẳng bằng ống nhòm tự chuẩn
Hệ tọa độ Đề các
Cách xác định tọa độ 1 điểm
Mô phỏng tọa độ các điểm đo

42
43
44
46
47

56

Hình 2-2

Hình 3.1

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

29
32
33




8

Hình 4.1
Hình 4.2

Cấu tạo máy CMM
Các loại đầu dò dùng cho máy CMM

73
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




data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....



data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....