Nghiên cứu phương pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba chiều

..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VŨ VĂN DUY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH : CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ

CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP
NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC PHÉP ĐO
TRÊN MÁY ĐO TỌA ĐỘ BA CHIỀU

VŨ VĂN DUY

2005 - 2007
HÀ
NỘI
2007

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: NGUYỄN THỊ NGỌC LÂN

HÀ NỘI 2007


MỤC LỤC
Mở đầu ................................................................................................ 1

Chương I - Tổng quan về máy đo tọa độ ............................................ 3
1.1. Giới thiệu chung về máy đo tọa độ ................................................................ 3

1.1.1. Phân loại các phương pháp đo tọa độ ................................... 5
1.1.2. Giới thiệu máy đo tọa độ đề các............................................. 8
1.1.2.1. Hệ thống đầu đo......................................................... 9
1.1.2.2. Hệ thống dẫn động ..................................................... 10
1.1.2.3. Hệ thống đo ................................................................ 11
1.1.2.3. Máy tính và phần mềm đo lường ................................ 12
1.1.2.4. Quá trình đo trên máy đo tọa độ và nguyên tắc đo .... 13
Chương II
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác phép đo .....................................16
2.1. Đệm khí .......................................................................................................... 16

2.1.1. Lý do và tác dụng của việc sử dụng đêm khí ....................... 16
2.1.2. Chuyển đổi khí nén ................................................................. 19
2.1.3. Miền làm việc của đệm khí..................................................... 19
2.2. Đầu đo ............................................................................................................ 20

2.2.1. Đầu đo chuyển mạch điện tử, nguyên lý và cấu tạo ............ 22
2.2.2. Đầu dò quang học.................................................................... 25
2.2.3. Đầu dò quét bằng tia lazer, nguyên lý hoạt động ................ 25
2.2.4. Giới thiệu một số đầu đo của hãng Renishaw ...................... 27
2.2.5. Các mũ dò ................................................................................ 28
2.2.6. Các loại cảm biến dùng trong đầu đo ................................... 31
2.2.7. Đảm bảo an toàn trong thiết kế đầu đo ................................ 32
2.2.8. Nghiên cứu lực tác động khi đo ............................................. 33
2.3. Thước định chiều dài trên trục đo .................................................................. 44

2.3.1. Cấu tạo và thước kính ............................................................ 44

2.3.2. Chuyển đổi quang điện ........................................................... 46
2.3.3. Tạo và thu tín hiệu chu kỳ...................................................... 46
2.3.4. Chia nhỏ khoảng cách gia 2 vch khc............................... 48
Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba
chiÒu


2.3.5. Bộ đếm ...................................................................................... 50
2.4. Phần mềm .......................................................................................................53
2.5. sai số do mẫu điều chỉnh ................................................................................ 58
2.6. Nhiệt độ .......................................................................................................... 58

Chương III
Phương pháp xác định các kích thước hình học phổ biến
3.1. Cơ số hình học của phép đo tọa độ.................................................................60

3.1.1. Hệ tọa độ Đề các vng góc.................................................... 60
3.1.2. Các phép biến đổi tọa độ ........................................................ 64
3.2. Thuật toán xác định các kích thước hình học phổ biến

3.2.1. Thuật tốn xác định đường thẳng qua tọa độ 2 điểm đo .... 67
3.2.2. Thuật tốn xác định tâm và bán kính đ−ờng trịn............... 69
3.2.3. Thuật tốn xác định đường kính mặt cầu ............................ 71
3.2.4. Đo đường kính trụ trên máy đo tọa độ ba chiều bằng tay .. 77
CHƯƠNG iV
phương pháp đo hình trụ đặt bất kỳ trong khơng gian
4.1. Đặt vấn đề....................................................................................................... 80

4.1.1. Một số kết quả đo đường kính hình trụ. ............................... 80
4.1.2. Cơ sở lý thuyết xác định bán kính trụ khi biết toạ độ sáu điểm

trên bề mặt. ................................................................................................ 85
Kt lun .............................................................................................. 106

Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba
chiÒu


Luận văn Cao học

Trang 1

Vũ Văn Duy

M u
Khoa hc phỏt triển đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của con người,
đồng thời các thiết bị càng ngày càng có những khả năng đặc biệt để giúp con
người xác định, nhận biết và phân loại sản phẩm. Cụ thể, hiện nay có những
thiết bị chuyên dụng nhằm đảm bảo chất lượng và u cầu chun mơn hố
trong sản xuất cơng nghiệp. Mỗi thiết bị đều có những khả năng nhất định,
nếu người sử dụng có những hiểu biết về thiết bị sẽ sử dụng thiết bị có hiệu
quả hơn.
Riêng trong ngành Cơ khí, việc sử dụng thiết bị đo lường là rất quan
trọng. Vì đây sẽ là kết quả để đánh giá khả năng gia công cững như đưa ra
được những dự báo về khả năng, tuổi thọ của chi tiết được chế tạo. Đây là
một vấn đề lớn, bởi vì các hình dạng của chi tiết được chế tạo rất phức tạp,
nhiệm vụ đặt ra là tìm được một kích thước chung nhất để đại diện cho chi tiết
thực.
Máy đo toạ độ là một thành tựu to lớn của khoa học kỹ thuật, dùng để
đo kích thước hình học của vật thể. Loại máy này được đánh giá cao hơn các
loại cơng cụ đo chiều dài khác vì dễ sử dụng đo được nhiều thơng số và có độ

chính xác cao.
Những năm gần đây máy đo tọa độ được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam.
Trong tương lai thiết bị này sẽ còn được sử dụng rộng rãi hơn. Tuy nhiên,
hiểu biết về thiết bị này cịn chưa nhiều vì vậy việc khai thác sử dụng còn
nhiều hạn chế.
Bản luận văn này tiếp cận máy đo tọa độ theo hướng nghiên cứu tìm
hiểu một số yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến độ chính xác phép đo. Trong đó,
đặc biệt quan tâm đến quy trình lấy điểm đo trên bề mặt chi tiết nhằm nâng
cao độ chính xác của phép o trờn cựng mt thit b.

Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ ®é ba
chiÒu


Luận văn Cao học

Trang 2

Vũ Văn Duy

Vi ti Nghiờn cứu phương pháp nâng cao độ chính xác phép đo
trên máy đo tọa độ ba chiều” bản luận văn này đề cập đến một số nội dung
sau:
- Các vấn đề tổng quan về máy đo tọa độ.
- Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo.
- Phương pháp xác định các kích thước hình học phổ biến
- Phương pháp đo đường kính hình trụ đặt bất kỳ trong không gian
Hy vọng rằng với hướng tiếp cận này, bản luận văn sẽ góp một phần
nhỏ trong việc tăng thêm hiểu biết về máy đo tọa độ nhằm nâng cao hiệu quả
sử dụng loại thiết bị đo này.

Tuy nhiên, do thời gian và khả năng bản thân có hạn nên bản luận văn
khơng tránh khỏi thiếu sót và hạn chế. Rất mong nhận được sự góp ý của các
thầy cơ giáo, đồng nghiệp để bản luận văn được hồn chnh hn.

Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba
chiều


Luận văn Cao học

Trang 3

Vũ Văn Duy

Chng I

Tng quan v máy đo tọa độ
1.1 Giới thiệu chung về máy đo toạ độ:

Đo lường các thơng số hình học của sản phẩm cơ khí nhằm qua đó đánh
giá được chất lượng sử dụng của nó ln chiếm một vai trị quan trọng trong
cơng nghiệp sản xuất cơ khí. Trước đây, người ta thường sử dụng các thiết bị
đo như micrometers, panme, thước cặp, thước đo lỗ, thước đo sâu, thước đo
chiều cao, kính hiển vi cơng cụ vạn năng... để kiểm tra thông số kể trên. Tuy
nhiên các dụng cụ đo này có phạm vi đo bị giới hạn, phải đọc kết quả trực tiếp
trên các vạch khắc của thước và xử lý kết quả thủ công.
Do những yêu cầu cấp thiết trong sản xuất chế tạo mà đo lường ngày
càng phát triển để đáp ứng những yêu cầu đó. Nhiều phương pháp đo mới ra
đời, nhiều phương tiện đo mới hiện đại được chế tạo với độ chính xác của
phép đo ngày càng cao. Từ thập kỷ 70 trở lại đây cùng với sự phát triển mạnh

mẽ của các ngành cơ - điện tử - tin học và việc ứng dụng những thành tựu của
kỹ thuật - điện tử tin học vào ngành cơ khí khiến cho đo lường tiến bộ vượt
bậc. Sự ghép nối thành cơng giữa máy tính và máy công tác làm xuất hiện các
thiết bị đo, hệ thống đo lường mới sử dụng kỹ thuật vi điện tử, vi xử lý có tính
năng hiện đại và độ chính xác cao. Các thiết bị đo thơng minh được cài đặt
các bộ vi xử lý hay vi tính đơn phiến mà chúng có những khả năng vượt trội
các thiết bị đo thông thường như:
* Cho phép chuyển thẳng số liệu đo vào máy tính để xử lý và đưa ra kết
quả đo nhanh chóng - chính xác.
* Có khả năng tự xử lý và lưu giữ kết quả đo.
* Thực hiện cơng việc đo theo chương trình.
* Tự động thu thập số liệu đo và có khả năng truyền số liệu đi xa.
Một bước nhảy vọt nhất là từ khi việc ghép nối máy tính và máy cơng
tác trở thành hiện thực vào năm 1973 cho phép chuyển thng s liu o vo
Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba
chiÒu


Luận văn Cao học

Trang 4

Vũ Văn Duy

mỏy tớnh x lý và đưa ra kết quả đo một cách nhanh chóng thì hàng loạt
các thiết bị đo hiện đại ra đời: kính hiển vi đo lường kết nối camera, máy đo
độ khơng trịn, máy đo độ nhám, độ cứng, máy đo biên dạng có ghép nối máy
tính... Trong đó đặc biệt phải kể tới là máy đo tọa độ với các tên viết tắt như
UMM (Universal Measuring Machine), CMS (Co-ordinate Measuring
System) hay CMM (Co-ordinate Measuring Machine) đã sử dụng một cách

hiệu quả những thành tựu đó để hồn thiện khả năng đo lường vốn có của nó
ngay cả với những phép đo phức tạp, khối lượng xử lý thông tin rất lớn. Máy
đo tọa độ có khả năng xác định kích thước, hình dáng, sai số vị trí dễ dàng,
chính xác, nhanh chóng với khả năng tiếp cận đối tượng đo phong phú nên
hầu như các bề mặt hay vật thể thực đều đo được bởi thiết bị này. Do đó
CMM đã trở thành một cơng cụ vạn năng và mạnh mẽ trong đo lường sản
xuất cơ khí và trong nghiên cứu khoa học.
Với những ưu điểm nổi trội đó, máy đo tọa độ ngày càng được sử dụng
rộng rãi trong đo lường sản xuất ở các quốc gia trên thế giới. Tại Việt Nam
chỉ trong vài năm gần đây máy đo tọa độ của nhiều hàng sản xuất đã được
giới thiệu và bán cho các cơ sở trung tâm sản xuất. CMM đi vào ngành sản
xuất cơ khí đã tạo ra một bước nhảy vọt trong đo lường cơ khí - góp phần đẩy
mạnh sự phát triển của khoa học kỹ thuật.
Muốn đáp ứng được sự phát triển trong sản xuất thì việc kiểm tra đo
lường độ chính xác của chi tiết cũng phải được hiện đại hoá. Nhiều phương
pháp đo mới cũng như thiết bị đo mới ra đời. Sự thành cơng trong ghép nối
máy tính và máy công cụ đã quyết định sự xuất hiện của các trung tâm đo
mềm. Điều đó có nghĩa là việc đo - di chuyển đầu đo được thực hiện nhờ hệ
thống dẫn động tự động đồng thời việc xử lý dữ liệu đo được thực hiện qua hệ
thống máy tính. Sau khi xử lý máy tính sẽ đưa ra tất cả các thông số cần đo
mà người sử dụng yêu cầu. Một trong các thiết bị đo như thế là máy đo tọa
độ. Cơ sở của phương pháp đo tọa độ dựa trên việc coi bề mặt chi tiết là một
tập hợp có quy luật của vơ số các điểm mà vị trí của một điểm bất kỳ nếu đặt
trong một hệ tọa độ sẽ được xác định qua bộ tọa độ của điểm đó. Phương
pháp này khơng mới nhưng khả năng mạnh mẽ tiềm tàng của nó được thực sự
Nghiªn cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba
chiều


Luận văn Cao học

Trang 5

Vũ Văn Duy

phỏt huy trong mỏy đo tọa độ nhờ sự ghép nối để xử lý bằng máy tính. ở đây
ta đề cập tới bản chất của phương pháp đo này là một phép đo gián tiếp - khác
với các phép đo trực tiếp như ở thước cặp, panme. Ví dụ khi đo đường kính
của một hình trụ bằng thước cặp thì nó là khoảng cách giữa hai điểm xa nhất
theo phương đo còn trong máy đo tọa độ thì ta xác định tọa độ một số điểm
lựa chọn trên bề mặt trụ rồi từ đó qua chương trình trong máy tính tìm ra
đường kính của đường trịn xấp xỉ tốt nhất
với bộ điểm đó. Nghĩa là kết quả đo ở đây là
một giá trị trung bình một đại lượng gián
tiếp được xác định qua các đại lượng trực
tiếp là tọa độ các điểm đo. Sau đây là một ví
dụ có thể phần nào làm rõ đặc điểm M1, M2,
M3 của phép đo tọa độ.
Với một chi tiết như (hình 1.1) ta cần
xác định đường kính của trụ ngồi và của lỗ.
Hình 1.1
Để tìm đường kính của trụ ngoài ta cố định
A B C trục z và đo ba điểm A(x1, y1), B(x2, y2), C(x3, y3) của mặt ngoài, từ ba
tọa độ này ta xác định được đường trịn qua 3 điểm có đường kính ∅1 - đó là
đường kính trụ ngồi. Để đo đường kính lỗ xiên, người ta đo ba điểm trên bề
mặt xiên M1(x1, y1, z1), M2(x2, y2, z2), M3(x3, y3, z3) xác định mặt phẳng này
cùng vectơ pháp tuyến của nó. Lấy ba điểm M4(x4, y4, z4), M5(x5, y5, z5),
M6(x6, y6, z6) trên mặt trụ trong rồi chiếu lên mặt phẳng đầu theo phương của
vectơ pháp tuyến ta được các điểm có tọa độ (x’4, y’4, z’4), (x’5, y’5, z’5), (x’6,
y’6, z’6). Từ ba điểm này ta xác định được đường tròn đường kính ∅2 - đó là

đường kính của trụ xiên.
Như vậy ta thấy phương thức tiếp cận đối tượng đo của máy đo tọa độ
hoàn toàn mới: Rất linh hoạt và hiện đại. Do đó các thiết bị đo tọa độ như
máy đo tọa độ Đềcác, độc cực, cầu, tay quay... với khả năng đo lường lớn là
không thể thiếu trong các trung tâm đo mềm một phần quan trọng trong hệ
thống sản xuất linh hoạt.
1.2 Phân loại các phương phỏp o ta

Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba
chiều


Luận văn Cao học

Trang 6

Vũ Văn Duy

Hin nay, vi cụng cụ tốn học đa dạng chúng ta có thể thực hiện được
tất cả các phép đo vị trí, kích thước tương quan hình dáng hình học của một
đối tượng, nhất là các chi tiết có hình dạng phức tạp, địi hỏi độ chính xác
tương quan hình học cao. Vì thế cơng tác đo lường càng địi hỏi cần phải áp
dụng cơng nghệ tiên tiến và các cơng cụ tốn học về đo lường. Đo lường các
thơng số hình học của chi tiết trong hệ tọa độ đề các ngày càng được áp dụng
như một phương pháp đo lường phổ biến nhất trong việc xác định các thơng
số hình học của chi tiết. Có rất nhiều phương pháp để xác định tọa độ của một
vị trí bất kỳ trong khơng gian. Nhưng việc xác định tọa độ điểm đo trong hệ
trục tọa độ đề các là đơn giản hơn cả. Thêm vào đó việc chế tạo các thiết bị đo
cho hệ tọa độ này cũng trở lên đơn giản rất nhiều. Đối với phần cứng của
máy, những vấn đề khó khắc phục để tạo nên độ chính xác cao cho thiết bị

như độ ổn định kết cấu, độ đảm bảo đo, độ chính xác thiết kế, độ cứng vững
của phần cứng… đã được hạn chế một cách tối đa. Ngoài ra, đối với trợ giúp
của phần mềm đo lường xử lý và tính tốn dữ liệu đo, việc sử dụng các thuật
toán để giải bài toán đo lường và đưa ra kết quả đo cũng cải thiện được phần
sai số.
Hơn thế nữa, khi sử dụng hệ tọa độ đề các làm cho kết cấu của máy trở
lên đơn giản. Việc thiết kế ba trục chuyển động của đầu đo trùng với các trục
X, Y, Z của hệ trục tọa độ đề các, trên đó có gắn với các thước định chiều dài
tuân theo nguyên tắc Abbe trong khi đo. Như vậy, càng làm cho máy đo tăng
thêm độ chính xác.
* Hiện nay khi nói tới phương pháp đo tọa độ trong không gian người ta
thường phân loại dựa trên các cơ sở sau:
- Dựa vào quan hệ giữa đầu đo và bề mặt chi tiết đo ta có đo tiếp xúc và
đo không tiếp xúc (Sử dụng đầu đo tiếp xúc hoặc đầu đo không tiếp xúc).
Khi đo tiếp xúc đầu đo tiếp xúc với bề mặt chi tiết đo theo điểm, theo
đường hoặc theo mặt. Khi đó giữa đầu đo và bề mặt chi tiết đo tồn tại một áp
lực, gọi là lực đo. Lực đo làm cho sự tiếp xỳc n nh. Nhng mt khỏc di

Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba
chiều


Luận văn Cao học

Trang 7

Vũ Văn Duy

tỏc dng ca lc đo, bề mặt chi tiết sẽ bị biến dạng, nếu sự biến dạng vượt quá
giới hạn đàn hồi, sau khi đo sẽ để lại vết trên bề mặt chi tiết đo.

Khi đo không tiếp xúc, đầu đo không tiếp xúc với mặt chi tiết đo, đo đó
khơng có áp lực tiếp xúc giữa chúng, tức là khơng có lực đo. Đo khơng có lực
đo nên khơng có sai số đo do biến dạng bề mặt, không làm tổn hại tới bề mặt
chi tiết đo, đặc biệt là đối với các chi tiết làm bằng vật liệu kém bền.
- Dựa vào cấu trúc chuyển động giữa các phần của máy đo ta có các loại
máy đo sau: Máy đo tọa độ hệ tọa độ đề các, máy đo tọa độ dạng tay quay…
Máy đo tọa độ hệ tọa độ đề các là loại máy được xây dựng trên cơ sở
gồm 03 chuyển động di chuyển đầu đo theo 03 trục của hệ tọa độ đề các. Mỗi
trục xác định một tọa độ của điểm cần đo và kết hợp 3 tọa độ đó máy đo cho
ta kết quả.
Máy đo tọa độ dạng tay máy là loại máy được xây dựng trên cơ sở
chuyển động quay của các khâu (gọi là tay máy). Đầu đo được di chuyển nhờ
các khâu nối với nhau bằng các khớp quay. Các khớp quay được gắn sensor
đo góc. Kết cấu nhỏ gọn, có thể gắn trên bàn máy hoặc ngay trên thân chi tiết
đo. Như vậy, máy đo có thể di chuyển đầu đo một cách rất linh hoạt, các khâu
có tính mềm dẻo cao, giảm được những hạn chế về không gian đo. Dựa vào
độ dài của các khâu và tín hiệu đo góc quay, phần mền sẽ đưa ra kết quả đo là
tọa độ các điểm đo trên bề mặt vật đo nhờ phép biến đổi từ hệ tọa độ cực và
các phép tính ứng dụng cơ học hệ nhiều vật.
- Dựa vào hệ dẫn động các khâu của máy đo ta có các loại máy đo sau:
Máy tự động và máy điều khiển bng tay.

Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba
chiều


Luận văn Cao học

Trang 8

Vũ Văn Duy

Hỡnh 1.2: Mỏy o tọa độ dạng quay Hình 1.3: Máy đo tọa độ Đềcác
Máy đo điều khiển bằng tay tức là việc di chuyển đầu đo đến điểm cần
đo được thực hiện bằng tay. Loại máy này thường phụ thuộc nhiều vào người
thao tác, do vậy mang lại độ chính xác khơng cao cho phép đo và rất khó cho
việc tích hợp với hệ thống kiểm tra tự động trên dây chuyền sản xuất.
Máy đo tọa độ tự động (CNC CMM) là loại máy mà việc dẫn động
chuyển động của các khâu được thực hiện nhờ các động cơ điều khiển Servo.
Vì vậy việc di chuyển đầu đo tới vị trí cần đo được thực hiện một cách
nhanh chóng, chính xác và có thể ứng dụng đo tự động trên dây chuyền sản
xuất.
1.3. Giới thiệu máy đo tọa độ đề các.

Cấu hình cơ bản của một máy đo tọa độ bao gồm các thành phần sau:
* Hệ thống đầu đo với hệ thống dẫn động đầu đo.
* Hệ thống điều khiển.
* Máy vi tính và phần mềm đo lường.
* Các thiết bị ngoại vi khỏc.

Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba
chiều


Luận văn Cao học

Trang 9

Vũ Văn Duy

Hỡnh 1.4: H thng máy đo tọa độ 3D hệ tọa độ đề các

1.3.1. Hệ thống đầu đo
Đặc điểm của phương pháp đo tọa độ như đã nói ở trên là phải xác định
tọa độ các điểm trên bề mặt chi tiết. Công việc này được thực hiện bởi các
đầu đo. Nhiệm vụ của đầu đo là khi chạm vào chi tiết sẽ báo về vị trí của nó
trong hệ tọa độ của máy chính là tọa độ điểm chạm trên bề mặt chi tiết. Đây
chính là thiết bị cảm nhận thu nhận thơng tin từ chi tiết đo nên đầu đo là một
bộ phận quan trọng trong thiết bị đo tọa độ. Mỗi máy đo được trang bị một hệ
thống đầu đo. Các đầu đo này phải đảm bảo lực tiếp xúc ổn định trong mọi
điểm đo. Hệ thống đầu đo trong máy đo tọa độ gồm nhiều đầu dò. Mỗi đầu đo
được ký hiệu bằng một chữ số và được ghi vào bảng đầu dị dưới số hiệu của
nó. Trước khi đo phải xác định cỡ đầu dò rồi sử dụng đầu dò cần thiết tùy
theo từng nhiệm vụ đo cụ thể theo số hiệu của nó. Một số nhiệm vụ đo cần
phải đo với nhiều đầu dị thì có thể sử dụng chức năng thay đầu dị trong máy,
khi đó máy đo sẽ tự động tính tốn với đầu dị hiện thời.
Đầu dị thường có dạng hình cầu để đo các phần tử hình học từ bất kỳ
điểm nào trên bề mặt của nó đều cách tâm một khoảng cố định bằng bán kính
cầu.
* Giá giữ đầu dị:
Trước đây, các mũi dị lựa chọn cho từng cơng việc đo được gá lên đầu
đo và sau đó được calip bằng chuẩn calip. Ngày nay cơng việc đó được thay
thế bởi hệ thống thay đổi mũi dò mà hạt nhân của hệ thống này là một đĩa tiếp
hợp để giữ các đầu dò cần thiết. Tổ hợp mũi dị tốt nhất có thể gi c cỏc
Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba
chiều


Luận văn Cao học

Trang 10

Vũ Văn Duy

mi dũ phc v cho từng loại chi tiết đo hay họ các chi tiết. Đĩa tiếp hợp này
có khả năng tiếp nhận các mũi dị trở lại vị trí với độ chính xác 1àm. Có các
dạng mũi dị khác nhau được lưu giữ trên một giá giữ mũi dò. Giá giữ mũi dò
đã được calip trước đó và trở thành dụng cụ đã được điều chỉnh. Các số liệu
cần thiết khi thay đổi mũi dò đều được lưu giữ trong máy. Sự thay đổi mũi dị
có thể thực hiện bằng tay hay trong các máy CMM hiện đại công việc này
được thực hiện bởi cơ cấu tự động thay đổi mũi dò, thậm chí ngay cả trong
khi đang đo tự động.
Đĩa tiếp hợp là một trong những cụm chi tiết của hệ thống thay đổi mũi
dò và đồng thời là bộ phận liên kết giữa mũi dò và các cảm biến. Bộ phận này
thể hiện ngun tắc khơng gian điểm đỡ có độ chính xác cao, một nam châm
vĩnh cửu giữ và kẹp đĩa dùng lực gián tiếp. Để dịch chuyển hay gá đặt đĩa từ
lực được tăng lên hay giảm đi theo yêu cầu.
1.3.2. Hệ thống dẫn động
Muốn đo được các điểm khác nhau trên những bề mặt khác nhau của chi
tiết ta cần cho đầu dị chạm vào các điểm đó. Như vậy đầu dò phải dịch
chuyển được theo các phương khác nhau mà ở máy đo tọa độ Đềcác, đầu dò
dịch chuyển theo 3 chiều trục tọa độ Ox, Oy, Oz của máy. Việc dẫn động đầu
đo đòi hỏi phải nhẹ những, tránh va đập làm hỏng đầu dò cũng như phát sai
tín hiệu về bộ xử lý. Do đó ta cần giảm hệ số ma sát trên các sống dẫn một
cách tối đa nhằm giảm lực cản khi di chuyển đầu dò. Điều này được thực hiện
nhờ một hệ thống đệm khí trên các sống dẫn và tồn bộ hệ thống đo đều được
di chuyển trên đệm khí.
Trong máy CMM của hãng Tesa (Mỹ) có tổng số 26 đệm khí gồm : 9
chiếc trên trục X, 9 chiếc trên trục Y và 8 chiếc trên trục Z. Trong máy CMM
của hãng MITUTOYO (Nhật bản) có tổng số 20 đệm khí gồm: 7 chiếc trên

trục X, 7 chiếc trên trục Y và 6 chiếc trên trục Z. Chúng có nhiệm vụ tạo sự
chuyển động không tiếp xúc giữa các bề mặt trên sống dẫn nhờ sự cứng vững
và lực nâng của các màng khí. Các đệm khí này được tính toán thiết kế phù
hợp với yêu cầu về tải trọng và sai số tại từng trục cũng như từng vị trớ trờn
Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba
chiều


Luận văn Cao học

Trang 11

Vũ Văn Duy

trc. ng thi tu theo yêu cầu về định vị, điều chỉnh mà một số đệm khí có
bulơng điều chỉnh. Kích thước các đệm khí này khơng giống nhau tùy theo
chức năng của nó: Các đệm chịu lực lớn như trên trục X có kích thước lớn
hơn các đệm chịu lực nhỏ hay để điều chỉnh trên trục Z. Các đệm khí được
hoạt động nhờ hệ thống cung cấp khí nén. Khí nén dùng để vận hành CMM
cần thỏa mãn những yêu cầu sau:
* áp suất khí vận hành của CMM trong khoảng 4 - 4,5 kgf/ cm2
* Khí cần phải làm sạch trước khi đưa vào vận hành độ tinh khiết cần đạt
97% trở lên. Khí khơng được phép lẫn tạp chất ở thể rắn, dầu, hơi nước. Để
lọc khí người ta sử dụng một màng lọc bằng than hoạt tính đặt sau màng lọc
phụ.
Hệ thống cung cấp khí nén bao gồm:
* Phần tử lọc khí.
* Bộ phận điều khiển áp suất.
* Các ống dẫn khí.
* Van tiết lưu

* Các đầu nối.
* Lưu lng khớ tiờu th 10 ữ15 lớt/phỳt.

Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba
chiều


Luận văn Cao học

Trang 12

Vũ Văn Duy

Hỡnh 1.5: B iu chỉnh lượng cấp khơng khí
1.3.3. Hệ thống đo
Để biết vị trí đầu dị hay chính là tọa độ điểm đo ta cần biết nó có vị trí
như thế nào trên các trục tọa độ. Đối với máy đo tọa độ Đề các vng góc ta
cần biết vị trí của đầu dò trên 3 trục Ox, Oy, Oz của hệ tọa độ máy. Người ta
thực hiện điều này bằng cách gắn trên 3 trục tọa độ máy 3 thước kính. Thước
kính là một loại thước khắc vạch với độ chính xác rất cao được chế tạo từ
thủy tinh đặc biệt có hệ số giãn nở nhiệt rất thấp khoảng 8 - 10ppm/K (8.10-6
1/độ). 12
Thước kính có phạm vi đo lớn, độ chính xác cao, tín hiệu đo được xử lý
tự động và nhanh chóng qua một bộ đầu đọc tín hiệu mà vạch trên thước. Các
thước trên 3 trục tọa độ có chiều dài khác nhau tương ứng với giới hạn đo của
từng máy.
1.3.4. Máy tính và phần mềm đo lường
Bộ phận đo trong máy xác định các điểm riêng biệt cần thiết trên bề mặt
chi tiết đo, sau đó chương trình đo sẽ tính tốn các thơng số hình học từ tọa độ
các điểm đó. Muốn tính tốn được như vậy, trước hết khi đo phải tuân theo

nguyên tắc số điểm đo ít nhất cho phép đối với từng hình dạng của vật đo. Ví
dụ: để xác định một mặt phẳng cần ít nhất 3 điểm , một mặt cơn cần ít nhất 6
điểm… Khi số điểm đo thực hiện nhiều hơn số điểm ít nhất thì việc tính tốn
lại dựa trên phương pháp bình phương bé nhất để tìm ra thông số rồi so sánh
với dung sai cho phép. Đó là cơ sở để xây dựng các phần mềm chuyên dùng
cho máy đo tọa độ. Các chương trình phần mềm này được cài đặt trong máy
tính. Máy tính chính là phương tiện để người sử dụng giao tiếp với máy đo.
Như vậy tuỳ theo yêu cầu đo mà người dùng sẽ gọi một chương trình thích
hợp trong hệ thống chương trình đó để điều khiển q trình đo và xử lý số
liệu đo đưa ra kết quả cuối cùng. Máy đo tọa độ có một chương trình cơ bản
và một số chương trình phục vụ. Người ta cịn đưa vo s dng cỏc chng

Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba
chiÒu


Luận văn Cao học

Trang 13

Vũ Văn Duy

trỡnh con (part program ) để sử dụng trong những yêu cầu đo đơn giản nhằm
tiết kiệm bộ nhớ, thời gian.
Chương trình cơ bản của máy đo tọa độ có 4 phương thức hoạt động:
* Phương thức đơn: Được sử dụng nếu nhiệm vụ đo chỉ xuất hiện một
lần và không yêu cầu lặp lại q trình đo, khi đó q trình đo sẽ không được
đưa vào bộ nhớ.
* Phương thức học: Được sử dụng nếu quá trình đo và đánh giá lặp lại
nhiều lần. Trong phương thức này việc đo được thực hiện dưới hình thức một

chương trình con lấy từ chương trình cơ bản. Các chương trình con này sẽ
xuất hiện tại thời điểm nào đó trong phương thức gọi lại.
* Phương thức gọi lại: Tái hiện lại chương trình con đã tạo trong phương
thức học.
* Phương thức soạn thảo.
Có bốn mức sử dụng cho từng trình độ và u cầu cơng việc :
- Mức 1: dành cho người mới học với các lệnh cho các công việc đơn
giản.
- Mức 2: gồm các lệnh cho công việc sử dụng hàng ngày trong phân
xưởng.
- Mức 3: dành cho những người đã sử dụng thành thạo tất cả các lệnh.
- Mức 4: bổ sung một số chương trình nhánh và phụ để khai thác nâng
cao.
Trong CMM thì hệ thống đo, máy tính và phần mềm tạo ra một hệ thống
hoàn chỉnh. Mặc dù khả năng của máy đo tọa độ rất phong phú nhưng việc
khai thác sử dụng nó lại phụ thuộc vào người sử dụng thơng qua việc tạo các
chương trình phần mềm cho máy hoạt động.
1.3.5. Quá trình đo trên máy đo ta v nguyờn tc o.

Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ ®é ba
chiÒu


Luận văn Cao học

Trang 14

Vũ Văn Duy

Quỏ trỡnh o trờn máy đo tọa độ là quá trình đầu đo tiếp xúc trực tiếp với

chi tiết đo, đưa ra chỉ thị đo đồng thời ghi chúng vào bộ nhớ nếu cần thiết.
Ngồi ra, trong q trình đo này một loạt các phép xử lý số liệu đo, tính
tốn các thơng số hình học của bề mặt đo, kích thước vị trí tương quan giữa
chúng và tính tốn sai lệch thử rồi đưa ra kết quả đo. Trong những máy đo tọa
độ hiện đại ngày nay, tất cả các quá trình đo đều được thực hiện tự động nhờ
hệ thống cơ điện khí và những thiết bị tính tốn. Những hệ thống và thiết bị
này tạo thành những phân hệ trong hệ điều khiển. Sự có mặt của chúng phụ
thuộc vào mức độ tự động của máy đo.

Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống đo
1. Hệ thống đo trên máy đo tọa độ: Có nhiệm vụ xác định tọa độ điểm
trên bề mặt chi tiết đo bằng bộ đầu dò, ghi và đưa ra tín hiệu chỉ thị vị trí của
đầu đo bảo đảm giá trị tọa độ cố định trong từng thời điểm đo.
2. Thiết bị ghép nối máy tính: Đây là phần chuyển tiếp giữa hệ đo và bộ
phận xử lý với nhiệm vụ đưa dữ liệu đo vào máy tính để tính tốn.
3. Máy tính điện tử: Tín hiệu từ đầu đo đưa vào máy được lưu trong bộ
nhớ của hệ thống chỉ thị đo tọa độ và sau đó được đưa vào thiết bị xử lý để
đưa ra kết qu cui cựng.
Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba
chiều


Luận văn Cao học

Trang 15

Vũ Văn Duy

4. B nh ngoi: Lưu giữ các kết quả trong quá trình đo.
5. Màn hình, bàn điều khiển: Các chương trình đo được đưa vào bộ phận

này để điều khiển máy đo tọa độ đây chính là bộ phận giao tiếp giữa người sử
dụng và máy đo. Thông qua bộ phận này mà người sử dụng điều khiển được
q trình đo cũng như tính ra các thông số cần biết.
6. Thiết bị in và thiết bị ghi hình: Kết quả đo cùng với sự đánh giá sai
lệch được đưa vào phân hệ này. Nếu kết quả ở dạng số liệu thì đưa ra máy in,
nếu kết quả dạng biểu đồ thì được đưa ra màn hình. Mọi khả năng vận hành
ứng dụng của máy đo tọa độ được đánh giá căn cứ vào những tính năng của
hệ thống máy tính. Tuỳ theo yêu cầu mà máy tính có thể là loại chun dùng
tính tốn thiết kế kỹ thuật có bàn phím bộ điều khiển riêng hoặc sử dụng
những chương trình tính tốn định trước. Ngày nay, hệ thống máy tính đã
được tối ưu cả về chất lượng cũng như hình thức với độ tin cậy cao tốc độ xử
lý nhanh, đạt hiệu quả cao trong ứng dụng.
Khi thực hiện thao tác đo, người ta đưa đầu đo tới các bề mặt chi tiết tại
những điểm cần thiết sao cho lực đo không làm biến dạng đầu đo làm cho hệ
thống cảm ứng phát sai tín hiệu về máy. Tuy nhiên do đầu đo có dạng hình
cầu nên các giá trị tọa độ điểm đo chính là tọa độ tâm đầu đo chứ khơng phải
là điểm chạm thực tế. Như vậy để nhận biết đúng các điểm trên bề mặt chi tiết
ta cần phải bù bán kính đầu đo. Việc bù bán kính đầu đo không được thực
hiện cho từng điểm riêng biệt mà cho toàn yếu tố nghĩa là các yếu tố đầu tiên
được tính cho tâm bi đo và sau đó mới được bù trong q trình tính tốn. Đối
với các yếu tố đơn giản ta chỉ cần cộng hay trừ kích thước bị đo cịn đối với
các yếu tố phức tạp thì giá trị bù tính theo phương vng góc với chi tit ti
im tip xỳc.

Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba
chiều


Luận văn Cao học

Trang 16

Vũ Văn Duy

Chng ii

Cỏc yu t ảnh hưởng đến độ chính xác phép đo.
2.1 Đệm khí.

2.1.1. Lý do và tác dụng của việc sử dụng đệm khí trong CMM
Ta thấy máy đo tọa độ CMM vi phạm hai nguyên tắc cơ bản trong đo
lường là nguyên tắc Abbe và nguyên tắc xích kích thước ngắn nhất. Trong đó
vi phạm nghiêm trọng nguyên tắc Abbe.
Nguyên tắc Abbe phát biểu như sau :
“Nếu đường tâm của kích thước đo và đường tâm của kích thước mẫu
cùng nằm trên một đường thẳng thì phép đo đạt độ chính xác cao nhất ”
Nguyên nhân chính gây ra sai số này là do trong dụng cụ đo ln ln có
khâu tĩnh gắn với chuẩn đo và khâu động gắn với mặt đo mà trong khâu động
bao giờ cũng tồn tại khe hở khớp động. Do đó các dụng cụ đo nên chế tạo
tuân theo nguyên tắc Abbe sẽ đạt dược độ chính xác cao hơn. Vậy mà trong
CMM kích thước mẫu là ba thước kính được đặt trên trên 3 trục x, y, z còn
chi tiết được đặt ở bàn đo cách xa kích thước mẫu, do đó hệ thống này đã
không tôn trọng nguyên tắc Abbe. Tuy nhiên CMM vẫn đạt độ chính xác đo
cao - điều đó nghĩa là nó đã khắc phục được sai số Abbe.
Trong phần này ta phân tích sai số Abbe trong máy đo tọa độ và phương
pháp hạn chế nó tới mức tối đa và cơ sở lựa chọn kích thước hệ thống phù
hợp. Để phân tích ta xét mơ hình tương tự như xe mang đầu đo chạy trên cầu
của máy đo tọa độ. Mơ hình gồm một thanh mang đầu đo gắn vng góc với
sống trượt. Sống trượt này trượt trong một rãnh trượt có 4 đệm khí hoạt động.
Các đệm khí này được bố trí đối xứng và giả định là cùng loại. Trọng lượng

của sống dẫn và thanh đo là Q coi như đặt ở điểm giữa của sống là O. Cỏc
kớch thc khỏc nh hỡnh 2.1

Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba
chiều


Luận văn Cao học

Vũ Văn Duy

Trang 17

Hỡnh 2.1 : S đồ tác động lực
* Khi chưa có lực đẩy để dịch chuyển đầu đo :
Gọi lực đẩy của các đệm là N1, N2, N3, N4 nhưng vì lý do đối xứng nên:
N1 = N3 = N1

N2 = N4 = N2

để cho gọn ta gọi là N1 và N2, khi đó ta có phương trình cân bằng lực :
2(N2 - N1) = Q

(2.1)

* Khi xuất hiện lực đẩy Pd sẽ làm sống dẫn và thanh nghiêng đi một góc
ϕ gây ra biến thiên khe hở ∆z cho tất cả các đệm:

∆z = a. tgϕ

Biến thiên ∆z này gây ra biến thiên lực đẩy là ∆N ở tất cả các đệm.
Chúng có cùng ∆N do có cùng biến thiên khe hở ∆z vì có cùng một đường
đặc tính làm việc. Do đó lực ở các đệm sẽ là:
1 - N1 + ∆N

2 - N2 + ∆N

3 - N3 + ∆N

4 - N4 + ∆N

Ta có phương trình cân bằng mơmen với điểm O
{[(N1 + ∆N) +( N2 + ∆N)] - [(N2 - ∆N) + (N1 - ∆N)]}a - Pd. l = 0
hay

4∆N.a = Pd. l

(2.2)

(ở đây các lực ma sát đối xứng với O nên tổng mômen với O bằng 0)
Chiếu lên phng nm ngang ta cú
Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba
chiÒu


Luận văn Cao học

Vũ Văn Duy

Trang 18

Pd = Fms = [(N1+ ∆N) + (N2 - ∆N) + (N1 - ∆N) + (N2 + ∆N)].fms = 2[N1 + N2] .
fms
Muốn đầu đo dịch chuyển thì lực đẩy phải thắng lực ma sát - nghĩa là :
Pd > 2(N1 + N2) fms = fms.Q

(2.3)

Vấn đề đặt ra là: Pd = f.Q là lực đẩy cần thiết để hệ bàn trượt dịch chuyển
mà Pd đặt tại C nên nó làm thanh đo nghiêng đi một góc ϕ. Vào lúc đầu đo
chạm bề mặt chi tiết thì bàn đo (mang thước đo) cịn cách chi tiết một khoảng
δ1. Vì thế khi Pd thoả mãn các u cầu trên thì đã có một sai số δ1 là: δ1 = l
tgϕ ≈ 1ϕ
Muốn giảm δ1 ta cần giảm ϕ tức là giảm ∆z dẫn tới giảm ∆N do đó lực
đẩy phải nhỏ nhất bằng cách giảm
tối đa hệ số ma sát. Mặt khác khi xét
ở phần trên ta coi thanh và sống dẫn
cứng tuyệt đối nhưng thực tế dưới
tác dụng của Pd thanh đo đã bị cong
một giá trị δ2. Nếu coi đầu O là
ngàm ta có thể tính được δ2 qua cơng thức của sức bền vật liệu:
Hình 2.2 : Độ cong của dầm

Pl 3
δ2 =
3EJ
Nếu khơng vi phạm ngun tắc Abbe thì mặc dù vẫn có Pd nhưng do l =
0 nên δ = 0 . Nhưng do bắt buộc phải có chiều dài l nên để δ giảm thì phải
giảm lực đo trong khi Q khơng giảm được nữa nên chỉ cịn cách giảm fms.
Hiện nay phương pháp dùng đệm khí được coi là biện pháp hữu hiệu

nhất để giảm hệ số ma sát. Đó chính là ngun nhân của việc sử dụng m khớ
trong mỏy o ta .

Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba
chiều


Luận văn Cao học

Vũ Văn Duy

Trang 19

2.1.2. Chuyn i khớ nén
Nguyên tắc của đệm khí là dựa trên mối quan hệ giữa áp suất và lưu
lượng với kích thước trong chuyển đổi khí
nén. Trong dịng chảy của chất khí chịu
nén với áp suất H cố định ta đặt một tiết
diện thắt có diện tích F1. Khi đó dịng đi
qua F1 sẽ có lưu lượng là G áp suất giảm
xuống cịn h. Lỗ tiết lưu F1 có tác dụng
cản trở dịng khí qua nó như điện trở
trong mạch điện nên được gọi là khí trở.
Khí trở này là đại lượng tỷ lệ nghịch với bình phương tiết diện chảy F.
Hình 2.3: Sơ đồ chuyển đổi khí nén
Để tăng cường mối quan hệ phụ thuộc người ta bố trí trên dịng chảy khí
hai cản trở F1 và F2. Khi đó với áp suất H trước cản trở F1, áp suất h sau F1
trước F2 sẽ phụ thuộc vào H, F1, F2. Khoảng không gian giữa F1 và F2 được
gọi là buồng đo, lưu lượng khí phụ thuộc vào H và các kích thước F1, F2. ở
đệm khí người ta tạo F2 bằng đầu phun d2 cách tấm chắn phẳng cách miệng

phun d2 một khe hở z. Lỗ tiết lưu F1 có dạng trịn cịn buồng khí F2 thường có
dạng hình chữ nhật.
Với áp suất nguồn H cố định và d1, d2 cố định thì
F2 = π.d2.z
Ta có quan hệ :

H = f(z)
H1 d1 d2

(2.4)

Nhận thấy áp suất trong buồng chỉ phụ thuộc vào khe hở và ngược lại.
Người ta sử dụng nguyên tắc này để thiết kế đệm khí trong CMM.
2.1.3. Miền làm việc của đệm khí
Đối với một chuyển đổi thì chỉ tiêu đo lường chính là tỷ số truyền hay độ
nhạy của chuyển đổi và miền làm việc với sai s phi tuyn cho trc. Hm
Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ ®é ba
chiÒu


Luận văn Cao học

Vũ Văn Duy

Trang 20

chuyn i ca chuyn khí nén là một hàm phi tuyến, độ dốc của tiếp tuyến
qua điểm uốn của đường đặc tính dùng để biểu thị tỷ số truyền của hệ
Từ đồ thị ta thấy càng xa điểm uốn thì đường cong càng xa tiếp tuyến ∆.
Sai số ∆y = y∆ - y tính trên khoảng đo là sai số phi tuyến δ:

δ(%) =

∆y
.100%
(x − x* ).i *o

Đối với đệm khí ta có:

πd12
F1 =
4

 0, 6

Điểm uốn : U 
; 0, 75H 
 a

Tỷ số truyền i* =

F2 = πd2z

với a =

h=

H
1 + a2z2

4d2

d12

d
dh
= - 0,65Ha = - 2,6H 22
dz
d1

Với sai số phi tuyến 1% ta có miền làm việc [z1, z2] quan hệ giữa h và z
được coi là tuyến tính và để tính tốn được dựa trên quan hệ h = - 0,65 H.a.z
với sai số không quá 1% ta phải cho đệm khí làm việc trong miền này.
2.2. Đầu đo

Để xác định được tọa độ các điểm trên bề mặt chi tiết cần đo thì mỗi
máy phải có một bộ phận để nhận biết vị trí trên bề mặt chi tiết đo tại điểm đo
- bộ phận đó gọi là đầu đo. Đầu đo là một trong những thành phần quan trọng
nhất của máy đo tọa độ, nó có tính quyết định tới độ chính xác của phép đo.
Mỗi máy đo tọa độ được trang bị một hệ đầu đo gồm các loại đầu đo khác
nhau được sử dụng cho từng nhiệm vụ đo, chế độ đo cụ thể. Đầu đo chỉ là tên
gọi chung mà thực chất tuỳ theo nhiệm vụ của nó mà nó là đầu đo hay đầu dị.
- Đầu đo có đặc điểm là trực tiếp thực hiện nhiệm vụ đo, biến chuyển vị
của đầu đo thành chuyển vị của kim chỉ thị trên mặt chia số v ta c kt qu
trờn mn hin th.

Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy ®o to¹ ®é ba
chiỊu


Luận văn Cao học

Trang 21

Vũ Văn Duy

- u dũ ch có nhiệm vụ tạo tín hiệu đo cho bộ phận đo để thực hiện
nhiệm vụ đo tức là đầu dò chỉ là bộ phận tạo mối liên hệ giữa chi tiết đo và bộ
phận đo.
Đầu dị có hai bộ phận chính là ;
* Mũi dị là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với chi tiết đo.
* Bộ phận cảm biến: là bộ phận có nhiệm vụ tạo tín hiệu điện khi có
chuyển vị ở bất kỳ phương nào đồng thời đảm bảo điểm không duy nhất đối
với mọi điểm đo.
Tuỳ theo cách tiếp xúc của đầu dò với chi tiết mà có các chế độ đo cơ
bản sau:
* Chế độ đo tĩnh: là chế độ mà đầu dò chỉ tiếp xúc với chi tiết đo tại
từng điểm riêng lẻ trên bề mặt. Chế độ này thường dùng khi ta vận hành bằng
tay.
* Chế độ đo quét động : Trong chế độ này đầu dị ln ln tiếp xúc với
bề mặt chi tiết và các tọa độ điểm được chuyển tới máy tính với mũi dị bị
lệch khỏi điểm khơng. Do sự lệch này tọa độ đọc được trên thước thường lớn
hơn hay nhỏ hơn giá trị thực. Giá trị thực nhận được bao gồm giá trị đọc được
trên thước cộng với giá trị nhận được trên hệ thống cảm ứng. Quá trình quét
liên tục cùng với sự dịch chuyển liên tục của máy cho ta giá trị đo của một
dãy giới hạn các điểm. Một số điểm được chạm trong thời gian ngắn - các
điểm này rất cần thiết để xác định các bề mặt tự do như bề mặt cong, profin
răng ...
* Chế độ tự định tâm : Chế độ này thường được sử dụng để đo các rãnh,
khe hở, lỗ nông ... Trong trường hợp này tất cả các trục sẽ khơng bị kẹp và lực
đo chỉ có theo hướng được dị. Mạch điều khiển vị trí sẽ điều khiển các đầu
đo cảm ứng trên cả 3 trục về vị trí khơng trong q trình dị.

Ngày nay có nhiều loại đầu dò mới ra đời và ngày càng hồn thiện.
Chúng có những đặc điểm như:
* Kích thước nhỏ gn, phm vi o rng.
Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba
chiÒu


Luận văn Cao học

Trang 22

Vũ Văn Duy

* Mi dũ cú khả năng lệch theo mọi hướng đo.
* Đảm bảo điểm không duy nhất trong mọi lần đo, mọi điểm đo.
* Tạo tín hiệu điện khi có chuyển vị từ bất kỳ phương nào.
* Lắp được nhiều loại mũi dò khác nhau, khi cần thiết có thể nối dài
thêm đầu dị, sử dụng khớp nối, khớp xoay để kết hợp đo nhiều thơng số bằng
nhiều đầu đo cùng một lúc.

Hình 2.4: Kết cấu đầu đo.

Hiện nay có rất nhiều loại đầu đo với nhiều hãng sản xuất khác nhau nên
việc phân loại đầu đo không được thống nhất. Sau đây tôi xin nêu một số loại
chủ yếu :
* Đầu đo chuyển mạch điện tử.
* Đầu đo quang học .
* Đầu đo quét.
2.2.1. Đầu đo chuyển mạch điện tử, nguyên lý và cu to

Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba
chiều