Tài liệu 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 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------------------------------------------- CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ----------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 : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY : CHK9 : PGS.TS. NGUYỄN ĐĂNG HOÈ : ĐỖ THẾ VINH CHUYÊN NGÀNH LỚP GVHD HỌC VIÊN 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  1 Lớp CHK9  MỤC LỤC Trang Mục lục Bảng các chữ viết tắt 1 4 Bảng các hình vẽ Mở đầu 5 7 9 Chương 1 Tổng quan đo các thông số bánh răng trụ 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 1.3. Phương pháp đo 1.4. Kiểm tra - phương pháp kiểm tra 9 10 12 1.5. Phương tiện đo - Phân loại phương tiện đo. 1.6. Các chỉ tiêu đo lường cơ bản 1.7 Các nguyên tắc cơ bản trong đo lường. 13 13 14 1.7.1. Nguyên tắc Abbe 1.7.2. Nguyên tắc chuỗi kính thước ngắn nhất 1.7.3. Nguyên tắc chuẩn thống nhất 14 15 16 1.7.4. Nguyên tắc kinh tế 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 2.1.2. Phương pháp đo ba tiếp điểm. 2.1.3. Phương pháp đo một tiếp điểm III Phương pháp đo các thông số bánh răng. 3.1. Phương pháp kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp một bên 3.2. Phương pháp kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp khít. 3.3. Phương pháp đo sai số tích luỹ bước vòng. 3.3.1. Đo theo sai lệch bước góc 3.3.2. Đo theo sai số tích luỹ bước sau nửa vòng quay của bánh răng 3.3.3. Đo sai lệch bước vòng trên vòng tròn đo. 3.3.4. Đo sai lệch giới hạn bước pháp cơ sở 16 17 17 17 17 22 24 24 29 32 33 34 34 35 3.3.5. Đo sai lệch khoảng pháp tuyến chung 36 3.3.6. Đo độ đảo hướng tâm vành răng 38 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Tốt nghiệp Cao học  2 Lớp CHK9  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 2.1. Cơ sở hình học của phép đo toạ độ 42 42 2.1.1. Hệ tọa độ Đề các vuông góc 2.1.2. Các phép biến đổi tạo độ 2.2. Thuật toán cho những yếu tố hình học cơ bản 42 44 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 2.2.4. Thuật toán xác định mặt phẳng qua toạ độ 2.2.5 Thuật toán xác định mặt cầu 50 51 57 2.3. Độ chính xác phép đo 2.3.1. Sai số chỉ thị 2.3.2. Sai số do mẫu điều chỉnh 62 62 63 2.3.3. Sai số do biến dạng nhiệt 2.3.4. Sai số do lực đo 2.3.5. Sai số do bản thân chi tiết đo gây ra 63 64 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. 3.1. Tạo bộ số liệu cho chương trình lập trình 3.2. Lập trình chương trình tính toán sai số gia công bánh răng trụ răng thẳng bằng ngôn ngữ JavaScript 3.2.1. Tính sai số đường kính vòng đỉnh răng. 3.2.2. Sai số đường kính vòng chân răng 3.2.3. Sai số chiều cao răng 3.2.4. Sai số chiều dày răng trên vòng tròn chia lí thuyết 3.2.5. Sai số bước ăn khớp 3.2.6. Sai số bước góc 3.3. Giao diện chương trình 3.3.1 Lập giao diện chương trình 3.3.2. Lưu đồ thuật toán và các đoạn mã javaScript 3.3.3. Cách sử dụng chương trình để tính toán sai số chế tạo bánh răng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71 71 74 74 75 76 76 78 79 80 80 80 93 http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Tốt nghiệp Cao học  3 Lớp CHK9  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 4.2. Tạo bộ số liệu 94 96 4.3. Chạy chương trình 4.4. Phân tích đánh giá 97 99 100 Chương 5 Kết luận 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 Phụ lục 3 Bộ số liệu toạ độ các điểm trên biên dạng bánh răng thực nghiệm 113 123 140 Tài liệu tham khảo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Tốt nghiệp Cao học  4 Lớp CHK9  BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT CMM RE Co-or. Sys MB HTML Coordinate Measuring Machine Reverse Engineering Coordinate System MasterBall HyperText Markup Language CAD Computer Aided Design CAM Computer Aided Manufacturing CNC TCVN Computer Numerical Control Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Máy đo toạ độ 3 chiều Kỹ thuật tái tạo ngược Hệ toạ độ Quả cầu chuẩn Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản Thiết kế với trợ giúp của máy tính Sản xuất có trợ giúp của máy tính Điều khiển số bằng máy tính Tiêu chuẩn Việt nam http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Tốt nghiệp Cao học Hình 1-1 Hình 1-2 Hình 1-3 Hình 1-4 Hình 1-5  5 Lớp CHK9  BẢNG CÁC HÌNH VẼ Phân tích kết quả đo theo nguyên tắc Abbe Đo khoảng cách giữa 2 tâm 15 16 Phương pháp đo 2 tiếp điểm 17 18 18 Hình 1-6 Hình 1-7 Hình 1-8 Hình 1-9 Hình 1-10 20 Chi tiết méo 3 cạnh 20 Phương pháp đo cung 3 tiếp điểm 20 21 21 Hình 1-11 Hình 1-12 Hình 1-13 Chỉnh “0” cho dụng cụ dùng H0 Phương pháp đo toạ độ Sơ đồ nguyên tắc đo sai số động học Sơ đồ nguyên tắc của máy kiểm tra tổng hợp kiểu ăn khớp 1 bên Hình 1-14 Hình 1-15 Hình 1-16 Các sơ đồ đo bánh răng dùng bánh răng trung gian Máy đo sai số tổng hợp dùng đòn trung gian Máy đo sai số tổng hợp dùng thước sin 26 27 27 Hình 1-17 Hình 1-18 Hình 1-19 Hình 1-20 Hình 1-21 Hình 1-22 Hình 1-23 Hình 1-24 Hình 1-25 Hình 1-26 Hình 1-27 Hình 1-28 Hình 1-29 Hình 1-30 Hình 1-31 Hình 2-1 Phân tích quá trình đo thuận nghịch 29 30 31 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 40 41 42 Sơ đồ nguyên tắc của máy kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp 2 bên Sơ đồ máy đo độ dao động khoảng cách tâm Xác định khe hở mặt bên Sự phân bố của răng gây nên sai số tích luỹ bước vòng Phương pháp đo sai lệch bước góc Phương pháp đo theo sai số tích luỹ bước sau nửa vòng quay Sơ đồ đo sai lệch bước vòng Sơ đồ đo sai lệch bước cơ sở Sơ đồ đo khoảng pháp tuyến chung Sơ đồ đo độ đảo hướng tâm vành răng Đo đường kính vòng chia Các phương pháp tạo hình thân khai mẫu Máy đo thân khai đơn giản Máy đo thân khai Evonvienmet Hệ toạ độ Đề các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23 25 25 http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Tốt nghiệp Cao học  6 Lớp CHK9  Hình 2-2 Cách xác định toạ độ 1 điểm 43 Hình 2-3 Toạ độ đường 47 Hình 2-4 Hình 2-5 Sai số và chiều dày vạch khắc Sai số và khoảng chia 62 62 Hình 2-6 Hình 2-7 Hình 2-8 Sơ đồ khối động cơ servo với khuếch đại công suất Sơ đồ điều khiển vận tốc Sơ đồ điều khiển mômen 68 69 69 Hình 3-1 Điểm chạm đầu đo với biên dạng 72 Hình 3-2 Dữ liệu dạng text 73 Hình 3-3 Hình 3-4 Hình 3-5 Bảng phân tích toạ độ trong MasterCam Xác định điểm Rd*max 73 75 75 Hình 3-6 Hình 3-7 Hình 3-8 Xác định điểm có Rc*min Xác định chiều cao răng Xác định chiều dày răng Xác định bước ăn khớp Hình 3-9 Hình 3-10 Hình 4-1 Xác định góc giữa các răng Giao diện chương trình Bánh răng thực nghiệm 79 93 94 Hình 4-2 Hình 4-3 Hình 4-4 Hình 4-5 Hình 4-6 Hình 4-7 Hình 4-8 Hình 4-9 Tác giả tiến hành đo biên dạng bánh răng Quét biên dạng Hộp thoại Scanning (CNC) Biên dạng bánh răng được scan Hộp thoại Expost contuor Phân tích contuor trong Mastercam Kết quả tính toán với bánh răng thực nghiệm Biên dạng bánh răng do chương trình cho ra 94 94 95 95 96 96 97 98 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 76 77 78 http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Tốt nghiệp Cao học  7  Lớp CHK9 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. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Tốt nghiệp Cao học  8  Lớp CHK9 -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. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Tốt nghiệp Cao học  9 Lớp CHK9  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 =q u 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... Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9  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: R= h s2 + 2 8h 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= G V Trong đó D là tỷ trọng, G là trọng lượng mẫu, V là thể tích mẫu. Nếu ta chọn mẫu dạng trụ thì: V= π .d 2 4 h với d là đường kính mẫu, h là chiều dài mẫu, khi đó ta có: D= 4G π .d 2 .h 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. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9  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 d ụ 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 ự l c 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 ực l 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 ếp ti 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Tốt nghiệp Cao học  12  Lớp CHK9 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 ng ười 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 ngh ệ 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, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9  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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9  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 = Xmax - Xmin Trong đó Xmax và Xmin 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 nghiêngệch l lớn nhất là: ∆α = arcrg δ L 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 ∆α 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. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9  15  Hình 1-1 Phân tích kết quả đo theo nguyên tắc Abbe 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: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Tốt nghiệp Cao học  16  Lớp CHK9 Hình 1-2 Đo khoảng cách giữa 2 tâm 1) Đo L1, d1, d2: L0 = L1 + d1 + d 2 2 2) Đo L2 , d1, d2: L0 = L2 - d1 + d 2 2 3) Đo L1, L2 L0 = L1 + L2 2 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9  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 ới v 1 -1. Áp lực đo có phương tác dụng trùng với 1 -1. Để chi tiết đo Hình 1-3 Phương pháp đo 2 tiếp điểm 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. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9  18  Hình 1-4 Hình 1-5 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 h R= 1 sin ±1 α 2 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 = ∆h 1 sin α ±1 2 và R = R0 + ∆R với R0 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= ∆h 1 = ±1 ∆R sin α 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Tốt nghiệp Cao học Lớp CHK9  19  Với: 450 ≤ α ≤ 1200 ta luôn có Ka > 1; Kb ≤ 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 = 1800 - n 3600 z 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 = Φ0 + 2 ∆h K Φ0 - 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 = 1800 - 3600 = 600 sẽ đo được đường kính và độ z méo của sản phẩm loại này. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn