Tự động hoá quá trình đo và đánh giá sai số chế tạo các thông số ăn khớp của bánh răng trụ trên máy đo toạ độ 3 chiều cmm 544 mitutoyo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ----------o0o----------
---------------------------------------------------------









LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT






TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH ĐO VÀ ĐÁNH GIÁ
SAI SỐ CHẾ TẠO CÁC THÔNG SỐ ĂN KHỚP
CỦA BÁNH RĂNG TRỤ TRÊN MÁY ĐO TOẠ ĐỘ 3 CHIỀU
CMM 544 MITUTOYO

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
LỚP : CHK9
GVHD : PGS.TS. NGUYỄN ĐĂNG HOÈ
HỌC VIÊN : ĐỖ THẾ VINH











KHOA SAU ĐẠI HỌC GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN







TS. Nguyễn Văn Hùng PGS.TS. Nguyễn Đăng Hoè



THAI NGUYÊN 2009

Luận văn Tốt nghiệp Cao học



Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


1
MỤC LỤC
Trang
Mục lục 1
Bảng các chữ viết tắt 4
Bảng các hình vẽ 5
Mở đầu 7
Chương 1 Tổng quan đo các thông số bánh răng trụ
9
I. Các khái niệm cơ bản trong kỹ thuật đo lường 9
1.1. Đo lường 9
1.2. Đơn vị đo - Hệ thống đơn vị đo 9
1.3. Phương pháp đo 10
1.4. Kiểm tra - phương pháp kiểm tra 12
1.5. Phương tiện đo - Phân loại phương tiện đo. 13
1.6. Các chỉ tiêu đo lường cơ bản 13
1.7 Các nguyên tắc cơ bản trong đo lường. 14
1.7.1. Nguyên tắc Abbe 14
1.7.2. Nguyên tắc chuỗi kính thước ngắn nhất 15
1.7.3. Nguyên tắc chuẩn thống nhất 16
1.7.4. Nguyên tắc kinh tế 16

II. Phương pháp đo các thông số hình học của chi tiết cơ khí 17
2.1. Phương pháp đo kích thước thẳng 17
2.1.1. Phương pháp đo hai tiếp điểm 17
2.1.2. Phương pháp đo ba tiếp điểm. 17
2.1.3. Phương pháp đo một tiếp điểm 22
III Phương pháp đo các thông số bánh răng. 24
3.1. Phương pháp kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp một bên 24
3.2. Phương pháp kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp khít. 29
3.3. Phương pháp đo sai số tích luỹ bước vòng. 32
3.3.1. Đo theo sai lệch bước góc 33
3.3.2. Đo theo sai số tích luỹ bước sau nửa vòng quay của bánh răng 34
3.3.3. Đo sai lệch bước vòng trên vòng tròn đo. 34
3.3.4. Đo sai lệch giới hạn bước pháp cơ sở
35
3.3.5. Đo sai lệch khoảng pháp tuyến chung 36
3.3.6. Đo độ đảo hướng tâm vành răng 38


Luận văn Tốt nghiệp Cao học



Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


2
3.3.7. Đo đường kính vòng chia 39
3.3.8. Đo sai số prôfin răng 39
Chương 2 Một số mô hình toán học áp dụng khi đo 3D

42
2.1. Cơ sở hình học của phép đo toạ độ 42
2.1.1. Hệ tọa độ Đề các vuông góc 42
2.1.2. Các phép biến đổi tạo độ 44
2.2. Thuật toán cho những yếu tố hình học cơ bản 47
2.2.1. Thuật toán xác định đường thẳng qua toạ độ 2 điểm đo 47
2.2.2 Thuật toán xác định tâm và bán kính đường tròn 48
2.2.3. Thuật toán xác định phương trình tổng quát của mặt bậc hai 50
2.2.4. Thuật toán xác định mặt phẳng qua toạ độ 51
2.2.5 Thuật toán xác định mặt cầu 57
2.3. Độ chính xác phép đo 62
2.3.1. Sai số chỉ thị 62
2.3.2. Sai số do mẫu điều chỉnh 63
2.3.3. Sai số do biến dạng nhiệt 63
2.3.4. Sai số do lực đo 64
2.3.5. Sai số do bản thân chi tiết đo gây ra 65
2.4. Mô hình toán học và sơ đồ điều khiển động cơ Servo. 67
Chương 3 Phần mềm tính sai số bánh răng trụ dùng ngôn ngữ lập
trình JavaScript.
71
3.1. Tạo bộ số liệu cho chương trình lập trình 71
3.2. Lập trình chương trình tính toán sai số gia công bánh răng trụ răng
thẳng bằng ngôn ngữ JavaScript
74
3.2.1. Tính sai số đường kính vòng đỉnh răng. 74
3.2.2. Sai số đường kính vòng chân răng 75
3.2.3. Sai số chiều cao răng 76
3.2.4. Sai số chiều dày răng trên vòng tròn chia lí thuyết 76
3.2.5. Sai số bước ăn khớp 78
3.2.6. Sai số bước góc 79

3.3. Giao diện chương trình 80
3.3.1 Lập giao diện chương trình 80
3.3.2. Lưu đồ thuật toán và các đoạn mã javaScript 80
3.3.3. Cách sử dụng chương trình để tính toán sai số chế tạo bánh răng 93


Luận văn Tốt nghiệp Cao học



Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


3
trụ răng thẳng
Chương 4 Ứng dụng chương trình đo sai số bánh răng trụ răng thẳng. 94
4.1. Quét biên dạng bánh răng 94
4.2. Tạo bộ số liệu 96
4.3. Chạy chương trình 97
4.4. Phân tích đánh giá 99
Chương 5 Kết luận
100
Phụ lục 1 Giới thiệu về máy đo CMM 544 Mitutoyo của Trung tâm thí
nghiêm trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
101
Phụ lục 2 Các đoạn mã của chương trình 113
Phụ lục 3 Bộ số liệu toạ độ các điểm trên biên dạng bánh răng thực nghiệm 123
Tài liệu tham khảo
140

Luận văn Tốt nghiệp Cao học



Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4


BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT





















CMM Coordinate Measuring Machine Máy đo toạ độ 3 chiều
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
CAD Computer Aided Design
Thiết kế với trợ giúp của máy
tính
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


Luận văn Tốt nghiệp Cao học



Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


5

BẢNG CÁC HÌNH VẼ
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 Phương pháp đo 2 tiếp điểm 17
Hình 1-4

18
Hình 1-5

18
Hình 1-6

20
Hình 1-7 Chi tiết méo 3 cạnh 20
Hình 1-8

20
Hình 1-9 Phương pháp đo cung 3 tiếp điểm 21
Hình 1-10
Chỉnh “0” cho dụng cụ dùng H
0
21
Hình 1-11 Phương pháp đo toạ độ 23
Hình 1-12 Sơ đồ nguyên tắc đo sai số động học 25
Hình 1-13 Sơ đồ nguyên tắc của máy kiểm tra tổng hợp kiểu ăn khớp 1 bên 25
Hình 1-14 Các sơ đồ đo bánh răng dùng bánh răng trung gian 26
Hình 1-15 Máy đo sai số tổng hợp dùng đòn trung gian 27
Hình 1-16 Máy đo sai số tổng hợp dùng thước sin 27
Hình 1-17 Phân tích quá trình đo thuận nghịch 29
Hình 1-18
Sơ đồ nguyên tắc của máy kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp 2 bên
30
Hình 1-19
Sơ đồ máy đo độ dao động khoảng cách tâm
31
Hình 1-20
Xác định khe hở mặt bên
31

Hình 1-21 Sự phân bố của răng gây nên sai số tích luỹ bước vòng 32
Hình 1-22 Phương pháp đo sai lệch bước góc 33
Hình 1-23 Phương pháp đo theo sai số tích luỹ bước sau nửa vòng quay 34
Hình 1-24 Sơ đồ đo sai lệch bước vòng 35
Hình 1-25 Sơ đồ đo sai lệch bước cơ sở 36
Hình 1-26 Sơ đồ đo khoảng pháp tuyến chung 37
Hình 1-27 Sơ đồ đo độ đảo hướng tâm vành răng 38
Hình 1-28 Đo đường kính vòng chia 39
Hình 1-29 Các phương pháp tạo hình thân khai mẫu 40
Hình 1-30 Máy đo thân khai đơn giản 40
Hình 1-31 Máy đo thân khai Evonvienmet 41
Hình 2-1 Hệ toạ độ Đề các 42


Luận văn Tốt nghiệp Cao học



Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


6
Hình 2-2 Cách xác định toạ độ 1 điểm 43
Hình 2-3 Toạ độ đường 47
Hình 2-4 Sai số và chiều dày vạch khắc 62
Hình 2-5 Sai số và khoảng chia 62
Hình 2-6 Sơ đồ khối động cơ servo với khuếch đại công suất 68
Hình 2-7 Sơ đồ điều khiển vận tốc 69
Hình 2-8 Sơ đồ điều khiển mômen 69

Hình 3-1 Điểm chạm đầu đo với biên dạng 72
Hình 3-2 Dữ liệu dạng text 73
Hình 3-3 Bảng phân tích toạ độ trong MasterCam 73
Hình 3-4 Xác định điểm R
d
*
max
75
Hình 3-5
Xác định điểm có R
c
*
min

75
Hình 3-6 Xác định chiều cao răng 76
Hình 3-7 Xác định chiều dày răng 77
Hình 3-8 Xác định bước ăn khớp 78
Hình 3-9 Xác định góc giữa các răng 79
Hình 3-10 Giao diện chương trình 93
Hình 4-1 Bánh răng thực nghiệm 94
Hình 4-2 Tác giả tiến hành đo biên dạng bánh răng 94
Hình 4-3 Quét biên dạng 94
Hình 4-4 Hộp thoại Scanning (CNC) 95
Hình 4-5 Biên dạng bánh răng được scan 95
Hình 4-6 Hộp thoại Expost contuor 96
Hình 4-7 Phân tích contuor trong Mastercam 96
Hình 4-8 Kết quả tính toán với bánh răng thực nghiệm 97
Hình 4-9 Biên dạng bánh răng do chương trình cho ra 98

Luận văn Tốt nghiệp Cao học



Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


7

MỞ ĐẦU
Trong tất cả các ngành kỹ thuật nói chung và ngành Cơ khí nói riêng, đo lường
giữ một vị trí hết sức quan trọng. Đo lường là phương pháp để nhận biết chất lượng,
và như vậy dụng cụ đo lường trở thành một trong những công cụ lao động góp phần
tạo ra lao động có chất lượng cao, sản phẩm có chất lượng tốt.
Ngày nay, các sản phẩm ra đời được đòi hỏi chất lượng rất cao với độ chính xác
ngày càng lớn. Do vậy, trong quy trình kiểm tra chất lượng sản phẩm cùng đòi hỏi
các dụng cụ về đo lường ngày càng chính xác. Trước đây, chúng ta chỉ biết đến các
dụng cụ đo kích thước trong cơ khí với độ chính xác không cao. Ví dụ: panme,
thước cặp,…Ngày nay, với sự phát triển như vũ bão của KHKT, công nghệ mới ,
các sản phẩm hiện đại liên tục ra đời trong đó có các sản phẩm về dụng cụ đo

lường.
Dụng cụ đo lường hiện đại không đơn thuần là sản phẩm của riêng ngành cơ khí
hay ngành điện, mà thực chất nó là một sản phẩm Cơ điện tử được điều khiển và sử
lí dữ liệu bằng máy tính thông qua phần mềm tin học. Do vậy, việc khai thác và sử
dụng chúng hiệu quả không hề dễ dàng.
Dụng cụ đo lường hiện đại do các hãng hàng đầu trên Thế giới đang du nhập vào
nước ta một cách nhanh chóng. Tuy vậy, những hiểu biết của các nhà kỹ thuật trong
nước về chúng lại hết sức hạn chế làm ảnh hưởng lớn đến việc sử dụng và khai thác
và thậm chí còn tác động ngay từ khâu mua sắm sản phẩm. Do vậy, việc nghiên cứu
khai thác các dụng cụ đo lường hiện đại là hết sức cần thiết.
Trong cơ khí, chúng ta thường gặp những chi tiết có bề mặt phức tạp như bánh
răng, trục vít... việc đo đạc lại chúng để đánh giá các sai số chế tạo là rất thường
gặp. Trước đây, với các dụng cụ đo thông thường, các kỹ sư đã dựng lên nhiều bài
toán đo lại các thông số trên, tuy nhiên do độ chính xác của dụng cụ, hay do mô
hình đo chưa hoàn chỉnh mà chúng ta chưa có được các kết quả thật chính xác. Với
việc muốn đưa ra kết quả đánh giá một cách chính xác và tự động cho nên tôi đã
quyết định thực hiện đề tài: Tự động hoá quá trình đo và đánh giá sai số chế tạo
các thông số ăn khớp của bánh răng trụ trên máy đo toạ độ 3 chiều CMM 544
Mitutoyo.
Công cụ nghiên cứu của đề tài bao gồm:
-Máy Đo 3 chiều CMM C544 của Hãng Mitutoyo và phần mềm MCOSMOS
kèm theo máy.


Luận văn Tốt nghiệp Cao học



Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8
-Máy vi tính.
Đối tượng nghiên cứu:
- Nghiên cứu thiết lập chương trình đo tự động các sai số chế tạo của bánh răng trụ
và đưa ra kết quả đánh giá sai số một cách tự động.
Mục đích nghiên cứu:
- Xây dựng được một chương trình đánh giá kết quả sai số chế tạo các thông số ăn
khớp của bánh răng trụ bằng việc sử dụng ngôn ngữ tin học.
Phương pháp nghiên cứu:
- Lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
Nội dụng đề tài:
- Xây dựng phần mềm tính sai số chế tạo bánh răng trụ răng thẳng bằng ngôn ngữ
lập trình JavaScript. Bộ số liệu đầu vào được tạo ra bằng việc scaning biên dạng
bánh răng trên máy CMM 544 Mitutoyo. Chương trình sẽ cho ra: Sai số đường kính
vòng đỉnh, sai số đường kính vòng chân, sai số chiều cao răng, sai số chiều dày
răng, sai số bước răng, sai số góc giữa các răng và vẽ lại biên dạng bánh răng.

Luận văn Tốt nghiệp Cao học



Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


9
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐO CÁC THÔNG SỐ BÁNH RĂNG TRỤ
I. Các khái niệm cơ bản trong kỹ thuật đo lường
Đảm bảo chất lượng sản phẩm là đảm bảo hiệu quả kinh tế cho nền sản xuất.
Việc đảm bảo chất lượng sản phẩm không đơn thuần là việc kiểm tra sản phẩm sau
khi chế tạo mà cái chính là phải vạch ra các nguyên nhân gây sai hỏng ngay trong
khi gia công để có được quy trình công nghệ hợp lý có thể điều chỉnh quá trình gia
công nhằm tạo ra sản phẩm đạt chất lượng. Mức độ đưa thiết bị và kỹ thuật đo vào
công nghệ gia công chế tạo thể hiện mức độ tiên tiến của nền sản xuất.
1.1. Đo lường
Đo lường là việc định lượng độ lớn của đối tượng đo. Đó là việc thiết lập quan
hệ giữa đại lượng cần đo và một đại lượng có cùng tính chất vật lý được quy định

dùng làm đơn vị đo.
Thực chất đó là việc so sánh đại lượng cần đo với đơn vị chuẩn để tìm ra tỷ lệ
giữa chúng. Độ lớn của đối tượng cần đo dược biểu diễn bằng trị số của tỷ lệ nhận
được kèm theo đơn vị đo dùng khi so sánh.
Ví dụ: Đại lượng cần đo là Q
,
đơn vị đo dùng so sánh là u. Khi so sánh ta có tỷ
lệ giữa chúng là:
q
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 do là yếu tố chuẩn mực dùng để so sánh. Vì thế độ chính xác của đơn
vị đo sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác khi đo.
Độ lớn của đơn vị đo cần được quy định thống nhất mới đảm bảo được việc
thống nhất trong giao dịch, mua bán, chế tạo sản phẩm thay thế, lắp lẫn...


Luận văn Tốt nghiệp Cao học




Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


10
Các đơn vị đo cơ bản và đơn vị đo dẫn suất hợp thành hệ thống đơn vị được
quy định trong bảng đơn vị đo hợp pháp của nhà nước dựa trên quy định của hệ
thống đo lường thế giới ISO.
1.3. Phương pháp đo
Phương pháp đo là cách thức, thủ thuật để xác định thông số cần đo. Đó là tập
hợp mọi cơ sở khoa học và có thể thực hiện phép đo, trong đó nói rõ nguyên tắc để
xác định thông số đo. 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
π

với d là đường kính mẫu, h là chiều dài mẫu, khi đó ta có:
D =
hd
G
..
4
2
π

Việc chọn mối quan hệ nào trong các mối quan hệ có thể thông với thông số
đo phụ thuộc vào độ chính xác yêu cầu đối với đại lượng đo, trang thiết bị hiện có,
có khả năng tìm được hoặc tự chế tạo được. Mối quan hệ cần được chọn sao cho
đơn giản, các phép đo dễ thực hiện với yêu cầu về trang bị đo ít và có khả năng hiện
thực.
Cơ sở để phân loại phương pháp đo:
a) Dựa vào quan hệ giữa đầu đo và chi tiết đo chia ra: Phương pháp đo tiếp xúc
và phương pháp đo không tiếp xúc.


Luận văn Tốt nghiệp Cao học



Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


11
Phương pháp đo tiếp xúc là phương pháp đo giữa đầu đo và bề mặt chi tiết đo
tồn tại một áp lực gọi là áp lực đo. Ví 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 mền, 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 g iữa
đầu đo và bề mặt chi tiết. Vì không có áp lực đo nên khi đo bề mặt chi tiết không bị
biến dạng hoặc bị cào xước... Phương pháp này thích hợp với các chi tiết nhỏ, mềm,
mỏng, dễ biến dạng, các sản phẩm không cho phép có vết xước.
b) Dựa vào quan hệ giữa giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo và giá trị của đại lượng
do chia ra phương pháp đo tuyệt đối và phương pháp đo tương đối.
Trong phương pháp đo 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.
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


Luận văn Tốt nghiệp Cao học



Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


12
như khi ta đo đường kính chi tiết thông qua việc đo các yếu tố trong cung hay qua
chu vi..
Phương pháp đo gián tiếp thông qua các mối quan hệ toán học hoặc vật lý học
giữa đại lượng đo và đại lượng cần đo là phương pháp đo phong phú, đa dạng và rất
hiệu quả. Tuy nhiên, nếu hàm quan hệ phức tạp thì độ chính xác đo thấp.
Việc tính toán xử lý kết quả đo và độ chính xác đo rất phụ thuộc vào việc chọn
mối quan hệ này.
1.4. Kiểm tra - phương pháp kiểm tra
Kiểm tra là việc xem xét chất lượng thực của đối tượng có nằm trong giới hạn
cho phép đã được quy định hay không. Giới hạn cho phép là sai lệch cho phép trong
dung sai sản phẩm mà 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 l à 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,


Luận văn Tốt nghiệp Cao học



Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


13
trong nghiên cứu độ chính xác trong khi gia công, để hợp lý hoá quy trình côn g
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.
1.5. Phương tiện đo - Phân loại phương tiện đo
Phương tiện đo là tập hợp các dụng cụ đo, máy đo, gá đo và các phương tiện
phụ trợ cho quá trình đo.
Phương tiện đo được phân loại chủ yếu theo bản chất vật lý của quá trình đo:
quang học, cơ khí, thủy lực, điện, điện tử...
Phương tiện đo còn được phân loại theo đặc tính sử dụng: vạn năng và chuyên
dùng.
Phương tiện đo được phân loại theo số toạ độ có thể có một, hai, ba hay nhiều
toạ độ.
Việc chọn phương tiện đo nào cho quá trình đo phụ thuộc vào:
- Các đặc điểm riêng của sản phẩm. Ví dụ: độ cứng, độ lớn, trọng lượng, độ
chính xác và cả số lượng sản phẩm cần đo kiểm.
- Phương pháp đo.
- Khả năng có thể của thiết bị
1.6. Các chỉ tiêu đo lường cơ bản
* Giá trị chia độ c hay là độ phân giải: Đó là chuyển vị thực ứng với kim chỉ
dịch đi một khoảng chia a. Giá trị c càng nhỏ thì độ chính xác đo càng cao.
* Khoảng chia độ a là khoảng cách giữa tâm hai vạch trên bảng chia độ.
* Tỷ số truyền và độ nhậy K là tỷ số giữa sự thay 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

Luận văn Tốt nghiệp Cao học



Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


14
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 ε là chuyển vị nhỏ nhất ở đầu vào còn gây ra được chuyển
vị ở đầu ra ổn định và quan sát được. Khi ε càng bé thì độ chính xác đo càng cao.
* Độ biến động chỉ thị là phạm vi dao động của chỉ thị khi ta đo lập lại cùng
một giá trị đo trong cùng một điều kiện đo.
∆
bd
= 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 lường
1.7.1. Nguyên tắc Abbe
Khi kích thước đo và kích thước mẫu nằm trên một đường thẳng thì kết quả đo
đạt độ chính xác cao nhất.
Khi đo kích thước đo có thể đặt nối tiếp hoặc đặt song song với kích thước
mẫu. Khe hở khâu dẫn đầu đo đi động dưới tác dụng của áp lực đo và các biến dạng
tế vi dưới tác dụng của áp lực đo chính là nguyên nhân gây ra sai số đo. Khi sự thay
đổi ở đầu vào và đầu ra cùng tính chất vật lý thì K là đại lượng không thứ nguyên,
gọi là tỷ số truyền.
Với khe hở δ, chiều dài khâu dẫn là L, theo hình 1-1 góc nghiêng lệch lớn
nhất là:
L
arcrg
δ
α
=∆

Khi đo không theo nguyên tắc Abbe, sai số đo sẽ là:
∆
1
= S.tg∆α ≈ S.∆α
Khi đo theo Abbe, sai số sẽ là: ∆
2
= l(1-cos∆α) ≈ l
2
2
α
∆

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.


Luận văn Tốt nghiệp Cao học



Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


15

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
tiếp càng cao. Như vậy, sơ đồ đo càng đơn giản, càng ít thông số, mối quan hệ
không phức tạp đo thì kết quả đo càng chính xác.
Ví dụ: Khi ta đo khoảng cách giữa hai tâm, có thể có 3 phương án:

Hình 1-1 Phân tích kết quả đo theo nguyên tắc Abbe


Luận văn Tốt nghiệp Cao học




Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


16


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.
1.7.3. 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 đén:
- Giá thành của thiết bị đo, tuổi bền của thiết bị đo.
- Số lượng sản phẩm
Hình 1-2 Đo khoảng cách giữa 2 tâm


Luận văn Tốt nghiệp Cao học



Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


17
- Năng suất đo
- Yêu cầu trình độ người sử dụng và sửa chữa.
- Khả năng chuyên môn hoá, tự động hoá khâu đo kiểm.
- Khả năng lợi dụng các thiết bị đo phổ thông, thiết bị đo sẵn có hoặc các thiết
bị gá lắp đo lường tự trang bị được.
II. Phương pháp đo các thông số hình học của chi tiết cơ khí
2.1. Phương pháp đo kích thước thẳng
2.1.1. Phương pháp đo hai tiếp điểm
Phương pháp đo hai tiếp điểm là phương pháp
mà khi đo các yếu tố đo của thiết bị đo tiếp xúc với
bề mặt chi tiết đo ít nhất là trên 2 điểm, trong đó
nhất thiết phải có hai tiếp điểm nằm trên phương

biến thiên của kích thước đo 1-1 (hình 1-3).
Trong hai tiếp điểm. một gắn với yếu tố định
chuẩn MC và một gắn với yếu tố đo MD. Yêu cầu
MD // MC và cùng vuông góc với 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 cho chi tiết
đo ổn định dưới tác dụng của lực đo. Ngoài ra, để giảm ảnh hưởng của sai số chế
tạo mặt chuẩn và mặt đo cần có thêm các tiếp điểm phụ để làm ổn định thông số đo.
2.1.2. Phương pháp đo ba tiếp điểm
Phương pháp đo ba tiếp điểm là phương pháp đo mà khi đo các yếu tố đo của
thiết bị đo tiếp xúc với bề mặt chi tiết đo ít nhất là trên 3 điểm, trong đó không tồn
tại một cắp tiếp điểm nào nằm trên phương biến thiên của kích thước đo.
Cơ sở của phương pháp đo.
a) Từ một điểm I ngoài vòng tròn, quan sát vòng tròn dưới hai tiếp tuyến IA và
IB hợp với nhau một góc α. Khi R thay đổi, tâm O của vòng tròn sẽ di chuyển trên
phân giác Ix.

Hình 1-3 Phương pháp
đo 2 tiếp điểm


Luận văn Tốt nghiệp Cao học



Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

18


Để nhận biết sự thay đổi này, ta có thể đặt điểm quan sát tại M hoặc N.
Chuyển vị trí ở M hoặc N sẽ cho ta sự thay đổi của h.
Với
R =
1
2
sin
1
±
α
h

lấy dấu (+) khi đặt điểm quan sát ở N (1)
lấy dấu (-) khi đặt điểm quan sát ở M (2)
Trong kỹ thuật ta bắt buộc phải tiến hành phép đo so sánh vì kích thước h
không xác định được. Do đó ta có:
∆R =
1
2
sin
1
±
∆
α
h

và R = R

0
+ ∆R
với R
0
là bán kính chi tiết mẫu dùng khi đo so sánh.
Ứng với điều kiện (1) ta có sơ đồ đo (a) hình 1-5 và ứng với điều kiện (2) ta có
sơ đồ đo (b) hình 1-5.
Tỷ số truyền phụ của sơ đồ đo:
K =
R
h
∆
∆
=
1
2
sin
1
±
α

Hình 1-4 Hình 1-5


Luận văn Tốt nghiệp Cao học



Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

19
Với: 45
0
≤ α ≤ 120
0
ta luôn có K
a
> 1; K
b
≤ 1.
Sơ đồ đo (a) thường dùng khi kiểm tra thu nhận, yêu cầu chính xác cao và kích
thước đo không lớn lắm.
Sơ đồ đo (b) thường dùng khi kiểm tra các chi tiết đang gia công, các chi tiết
khó tháo ra khỏi vị trí gia công hoặc vị trí lắp ráp, chi tiết nặng. Dụng cụ đo được
thiết kế dưới dạng tự định vị trên chi tiết. Phương pháp đo 3 tiếp điểm đặc biệt ưu
việt khi đáp ứng yêu cầu đo đường kính mặt trụ, mặt cầu gián đoạn như bánh răng,
then hoa... đặc biệt mặt đo bị gián đoạn hoặc méo với số cạnh lẻ.
Khi đo đường kính mặt trụ gián đoạn như đường kính đỉnh răng bánh răng hay
then hoa, các mặt méo đặc biệt là với số cạnh lẻ cần xác định góc α thích hợp của
khối V.
α = 180
0
- n
z
0
360

trong đó:

z - số răng hoặc số cạnh méo
n - số bước góc bị kẹp trong V
với n = 1,3,5,7... khi z lẻ.
n = 2,4,6,8 ... khi z chẵn.
Ta có:
Φ = Φ
0
+ 2
K
h∆

Φ
0
- kích thước mẫu dùng khi chỉnh “0”
∆h - sai lệch chỉ thị khi đo
K - tỷ số truyền phụ của sơ đồ.
Với chi tiết méo 3 cạnh như hình 1-7, có đường kính mọi phía bằng nhau,
phương pháp đo 2 tiếp điểm khôn g thể đo được đường kính của chi tiết này. Dùng
phương pháp 3 tiếp điểm với α = 180
0
-
z
0
360
= 60
0
sẽ đo được đường kính và độ
méo của sản phẩm loại này.

Luận văn Tốt nghiệp Cao học



Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


20


b) Dựa trên nguyên tắc qua 3 tiếp điểm có thể đựng được một vòng tròn duy
nhất. Như thế, nếu một trong 3 tiếp điểm thay đổi toạ độ thì sẽ có một vòng tròn
mới có bán kính khác.
Ta cố định hai trong ba điểm và theo dõi chuyển vị trí của điểm thứ ba. Để đơn
giản ta đặt điểm quan sát nằm trên
trục đối xứng của A, B (hình 1-8).
AB = s
IC = h
CC’ = ∆h.
Có thể dễ dàng có được quan hệ
R
1
=
h
sh
82
2
+

R
2
=
)(82
)(
2
hh
shh
∆+
+
∆+

Nếu ∆h > 0 thì R
2
< R
1
và
ngược lại
Trên nguyên tắc này người ta thiết kế ra phương pháp đo cung 3 tiếp điểm (hình 1-
9). Trong hình, cặp con lăn 1 và 2 có khoảng cách tâm s = 2L, được lắp đối xứng
qua phương chuyển vị trí của tiếp điểm 3 của đồng hồ có thể xác định được quan
hệ:
Hình 1-6 Hình 1-7 Chi tiêt méo 3 cạnh
Hình 1-8


Luận văn Tốt nghiệp Cao học




Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


21
Với cung lồi ta có: D = 2R =
H
LHdH
22
+−

Với cung lõm ta có: D = 2R =
H
LHdH
22
++

Khi tiến hành đo so sánh D
0
ta có:
∆D = -
h
H
L
∆









−1
2
2

D = D
0
+ ∆D
Với D
0
yêu cầu ta có thể tìm được trị
số H
0
cho dụng cụ có L và d cho trước.
Khi đo cung lồi
H
o
=
2
2
00
22
L
dDdD
−







+
−
+

Khi đo cung lõm
H
o
=
2
2
00
22
L
dDdD
−






−
−
−

Dùng H
0

để chỉnh “0” cho dụng cụ như hình 1-10 mô tả
Với phương pháp đo này ta có thể đo bán kính R của cung bất kỳ mà không
cần có vòng tròn mẫu D
0
.


Với các cung nhỏ, có thể suy biến cặp con lăn thành hai lưỡi dao, khi đó d = 0.
Khi đo chỏm cầu hoặc các lòng cầu, cặp con lăn suy biến thành một vòng chặn
có đường kính 2L.
Hình 1-9 Phương pháp
đo cung 3 tiếp điểm
Hình 1-10 Chỉnh “0” cho dụng cụ dùng H
0


Luận văn Tốt nghiệp Cao học



Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


22
Có thể thấy rằng sơ đồ đo này thuộc sơ đồ 3 tiếp điểm cùng phía nên tỷ số
truyền phụ
K =
1
1

1
2
2
≤
−
−=
∆
∆
H
L
D
h


Hơn nữa K còn phụ thuộc H = H
0
+ ∆h cho nên khi đo các vòng tròn kích
thước khác nhau cần tính lại K.
2.1.3. Phương pháp đo một tiếp điểm
Phương pháp đo một tiếp điểm là phương pháp đo mà khi đo yếu tố của thiết
bị đo tiếp xúc với bề mặt chi tiết đo trên một tiếp điểm. Kích thước đo được xác
định từ toạ độ các điểm tiếp xúc khi đo. Vì vậy, phương pháp đo một tiếp điểm còn
gọi là phương pháp đo toạ độ. Tuỳ theo yêu cầu đo mà có các phương pháp đo một,
hai, ba hay nhiều toạ độ như hình 1-11 mô tả. Trong đó ở sơ đồ a, đoạn AB được đo
trên thiết bị đo một toạ độ, ở sơ đồ b đoạn AB được đo trên thiết bị đo hai toạ độ với
phương trình kết quả đo được tính theo sơ đồ đo.
Trong sơ đồ c, chi tiết được đo trên thiết bị đo 3 toạ độ. M ặt của chi tiết đặt
trên mặt chuẩn MC của bàn đo, đặt trong hệ toạ độ 3 chiều x, y, z. Điều chỉnh cho
đầu đo tiếp xúc với bàn đo ít nhất là 3 điểm 1,2,3 có toạ độ x,y,z tương ứng với 3
điểm, xác định mặt phẳng MC, z sẽ là phương pháp tuyến với MC.

- Đo Φ
1
, Φ
2
, L
0
: cho đầu đo tiếp xúc với Φ
1
tại 4, 5, 6 và với Φ
2
tại 7, 8, 9 trên
cùng vị trí z
1
. Từ trị số toạ độ x,y tương ứng xác định được Φ
1
, Φ
2
toạ độ tâm O
1
,
O
2
và L
0
.
- Đo L
1
, L
2
tại điểm 1, 2, 3 cho z = 0, nâng đầu đo lên chạm vào B, rồi C tương

ứng ta có z
B
, z
C
nhờ đó xác định được L
1
= z
B
- z
0
, L
2
= z
C
- z
0

- Đo độ không vuông góc tâm lỗ Φ
2
với A, nâng đầu đo lên vị trí II. Lấy ba
điểm 7’, 8’, 9’. Xác định được O’
2
, từ O
2
(x
2
, y
2
, z
2

) và O’
2
(x’
2
, y’
2
, z’
2
) xác định
được độ không vuông góc tâm Φ
2
với A.


Luận văn Tốt nghiệp Cao học



Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


23
Độ chính xác đo và công thức tính kết quả đo phụ thuộc vào số điểm đo và
cách thức lấy điểm đo.


Ưu điểm của phương pháp đo toạ độ là có thể đo các kích thước chi tiết phức
tạp, kho đo, không yêu cầu rà chỉnh chi tiết đo trước khi đo, giảm một cách đáng kể
các động tác chuẩn bị khi đo.

Tuỳ theo số toạ độ có thể của thiết bị đo mà thao tác đo và cách tính toán kết
quả đo khác nhau. Số toạ độ của thiết bị càng nhiều thì thao tác đo càng đơn giản.
Số toạ độ càng nhiều, số điểm đo càng nhiều việc tính toán kết quả đo càng khó
khăn. Vì thế, để nâng cao độ chính xác khi đo người ta cần đo nhiều điểm đo và cần
Hình 1-11 Phương pháp đo toạ độ


Luận văn Tốt nghiệp Cao học



Lớp CHK9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


24
có sự giúp đỡ của thiết bị tính toán để giảm nhẹ lao động và đỡ nhầm lẫn trong tính
toán.
Phần lớn các thiết bị đo toạ độ có trang bị sẵn các chương trình tính cho các
yêu cầu đo thường gặp để giúp cho quá trình đo được nhanh chóng. Độ chính xác
của phương pháp đo phụ thuộc vào số điểm đo và cách phân bố các điểm đo trên chi
tiết đo.
III Phương pháp đo các thông số bánh răng
Bánh răng là loại chi tiết được dùng rất phổ biến trong kỹ thuật công nghiệp và
đời sống. Nó được dùng làm bộ truyền động và là thành phần cơ bản trong các bộ
truyền động, đặc biệt là đối với các máy cắt, ôtô máy kéo, máy móc đo lường, các
cơ cấu chia độ, cơ cấu điều chỉnh...
Chất lượng bánh răng quyết định độ chính xác truyền động máy, làm ảnh hưởng
đến độ chính xác của sản phẩm cũng như kết quả đo được trên nó.
Căn cứ vào công dụng và nhiệm vụ chủ yếu của bảnh răng, người ta qui định các

chỉ tiêu chất lượng cho bánh răng như sau:
- Mức chính xác động học.
- Mức làm việc êm.
- Mức tiếp xúc.
- Mức độ hở mặt bên.
Các chỉ tiêu chất lượng là các chỉ tiêu chất lượng tổng hợp
Trong sản xuất và nghiên cứu thông số hình học của bánh răng có ảnh hưởng tới
các chỉ tiêu tổng hợp khác nhau. Vì thế ngoài phương pháp đo các chỉ tiêu tổng hợp
người ta còn có các phương pháp đo các chỉ tiêu riêng lẻ mà nó có ảnh hưởng tới
chất lượng làm việc của bánh răng tương đương với các chỉ tiêu tổng hợp.
3.1. Phương pháp kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp một bên
Phương pháp kiểm tra tổng hợp là phương pháp kiểm tra sai số động học của
bánh răng trong điều kiện làm việc thực của nó.
Trong phương pháp này bánh răng thực hiện ăn khớp một bên, giống điều kiện
làm thực của bánh răng. Sai số động học được qui đinh là sai số góc lớn nhất sau