Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy đo tọa độ 3DCNC

Trong cuộc cách mạng công nghệ nanô khi mà các sản phẩm ngày càng thu nhỏ, ngày càng chính xác thì việc nghiên cứu thiết kế chế tạo máy đo tọa độ ba chiều có độ chính xác cao càng trở nê

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC.05.13/06-10

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

“Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy đo tọa độ 3D CNC”

MÃ SỐ ĐỀ TÀI: KC.05.13/06-10

Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học Bách Khoa,

Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Thái Thị Thu Hà

TP HỒ CHÍ MINH - 2010

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC.05.13/06-10

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

“Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy đo tọa độ 3D CNC”

BẢNG KÊ CÁC BẢNG TRONG BÁO CÁO TỔNG HỢP

Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật ban đầu cho máy CMM cần thiết kế

Bảng 2.2: Những lĩnh vực ứng dụng tương ứng với từng dạng máy CMM Bảng 2.3: Trọng số của các đặc tính kỹ thuật để đánh giá chọn loại máy CMM Bảng 2.4: Kết quả tính toán mô hình dựa vào trọng số đặc tính kỹ thuật

Bảng 3.1: Các nguyên nhân gây sai số hệ thống

Bảng 3.2: So sánh ưu và nhược điểm giữa hai phương pháp lấy mẫu

Bảng 4.1: So sánh những đặc tính kỹ thuật của hai loại ổ đệm

Bảng 4.2: Các hệ số đặc tính của đệm khí

Bảng 5.1: So sánh giữa đầu dò tiếp xúc và đầu dò không tiếp xúc

Bảng 5.2: Kết quả độ lặp lại khi thử ngiệm đầu dò trên máy phay CNC

Bảng 6.1: Các bước thực hiện quá trình đo vật thể của máy CMM

Bảng 6.2: So sánh sự khác nhau giữa AC & DC servo

Bảng 6.3: Bảng đặc tính của động cơ HF-KB (B) (200V)

Bảng 6.4: So sánh 3 model của MR-J3 series

Bảng 6.5: Đặc tính của MR-J3-A&MR-J3-B(200V).

Bảng 6.6: Ý nghĩa các chân kết nối MH8

Hình 6.7: Thước quang HEIDENHAIN LIDA 477.

Bảng 6.8: Mô tả ý nghĩa chân 4 connector

Bảng 6.9: Mô tả ý nghĩa chân J3 connector

Bảng 6.10: Mô tả chân DDA-Pulse Ouput

Bảng 6.11: Mô tả chân Encoder Input

Bảng 6.12: Bảng mô tả chân Local I/O

Bảng 6.13 : Mô tả chân Voltage Ouput và 1 số chân khác

Bảng 7.1: Số lượng điểm tối thiểu trong kĩ thuật đo tọa độ

Bảng 7.2: Tính ứng dụng của các phương pháp nội suy cho các đối tượng h.học

Bảng 7.3: Tập hợp điểm dữ liệu thu thập được nhờ đo đạc

Bảng 8.1: Kết quả đo độ lặp lại

Bảng 8.2: Kết quả đo độ chính xác

Bảng 9.1: Các đặc tính kỹ thuật của máy đo tọa độ 3D CNC

Bảng 9.2: Các sản phẩm dạng II

Bảng 9.3: Kết quả tham gia đào tạo sau đại học và đại học

Bảng 9.4: Dự toán giá thành các sản phẩm so với giá ngoại nhập

BẢNG KÊ CÁC HÌNH TRONG BÁO CÁO TỔNG HỢP

Hình 1.1: Thu thập dữ liệu tập hợp điểm trên bề mặt vật thể

Hình 1.2: Tính toán vật thể thay thế dựa trên dữ liệu thu thập được

Hình 1.3: So sánh vật thể thay thế với bản vẽ kĩ thuật

Hình 1.4: Máy đo tọa độ Ferranti Merlin 750

Hình 1.5: Máy đo tọa độ CORDAX 1808

Hình 1.6: Máy đo tọa độ ZMC 550

Hình 1.7: Máy đo tọa độ UPMC 850 CARAT

Hình 1.8: CMM kích thước lớn

Hình 1.9: CMM kích thước thường

Hình 1.10: Nano CMM F25 của hãng Carl Zeiss

Hình 1.11: CMM kiểu công xôn

Hình 1.12: CMM kiểu cầu di động (loại sử dụng đệm khí)

Hình 1.13: CMM kiểu cầu di động (loại sử dụng băng trượt)

Hình 1.14: CMM kiểu giàn cần trục

Hình 1.15: CMM kiểu cánh tay ngang

Hình 1.16: Mô hình các thành phần cơ bản của một hệ thống CMM hiện đại Hình 1.17: Lược đồ các thành phần cơ bản của máy đo tọa độ

Hình 3.1 : Cấu trúc dạng cầu trục của CMM

Hình 3.2 : Sơ đồ cấu tạo đầu dò

Hình 3.3: Sai số bán kính đầu dò

Hình 3.4: Sai số cosine trong bù trừ theo phương di chuyển đầu dò

Hình 3.5: Bù trừ bán kính đầu dò theo hướng

Hình 3.11: Minh họa giải pháp hợp nhất

Hình 3.12: Biểu diễn khai triển tam giác

Hình 3.13: Trình tự việc đánh giá và giảm sai số động học bằng bồi thường Hình 3.14: Sơ đồ dùng cho mô hình động học

Hình 3.15: Thông số vận tốc và gia tốc để khảo sát sai số động học

Hình 3.16: Khử ứng suất nhiệt

Hình 3.17 : Dạng shell xếp chồng là một ưu tiên trong thiết kế

Hình 3.18 : Mô hình xét cấu trúc cầu khi xét đến biến dạng nhiệt

Hình 3.19: Mô hình lắp ráp đế bàn

Hình 3.20 : Mô hình lắp ráp chân đế

Hình 3.21: Các sai số trong 3 trục chuyển động của máy CMM

Hình 3.22: Sơ đồ nguyên lý máy CMM dạng cầu

Hình 3.23: Khớp trượt thứ 1 – Khớp trượt trục Z

Hình 3.24: Khớp trượt thứ 2 – Khớp trượt dọc trục Y

Hình 3.25: Khớp trượt thứ 3 – Khớp trượt trục X

Hình 3.26: Sơ đồ giải thuật phần mềm bù trừ sai số

Hình 3.27: Giao diện phần mềm bù trừ sai số

Hình 3.28: Biểu diễn cách lấy mẫu hệ thống lưới chữ nhật theo một hướng Hình 3.29: Biểu diễn cách lấy mẫu hệ thống lưới chữ nhật theo hai hướng Hình 3.30 : Hình chiếu đứng của chi tiết là khối trụ tròn

Hình 3.31: Hình chiếu của khối rắn có bề mặt tự do

Hình 3.32: Minh họa chi tiết khối trụ tròn đo trên máy đo tọa độ BEYON 504 Hình 3.33: Kết quả mô phỏng Monte Carlo với 100 lần cho mỗi điểm đo Hình 4.1: Những dạng đế cho dạng máy cầu di chuyển

Hình 4.2: Kích thước bàn máy

Hình 4.3: Những nguồn gốc gây ra sai số đối với thanh dẫn hướng

Hình 4.4: Hình vẽ tổng quan hệ thống cơ máy CMM

Hình 4.5: Cấu tạo đệm khí

Hình 4.6: Mô hình tương tự như xe mang đầu đo

Hình 4.7: Cấu tạo đệm khí loại rãnh

Hình 4.8: Đệm khớ 2 rãnh- 2 lỗ tiết lưu

Hình 4.9: Đệm khí nhiều lỗ tiết lưu

Hình 4.10: Dạng đường cong đặc tính tải của đệm khí

Hình 4.11: Họ đường cong biểu diễn quan hệ độ cứng đệm khí với khe hở z

Hình 4.12: Kết cấu một loại máy đo ba chiều CMM

Hình 4.13: Thể hiện thanh trượt OZ và vị trí các ổ đệm

Hình 4.14: Thể hiện khung trượt và vị trí các ổ đệm

Hình 4.15: Vị trí các ổ đệm khí ở vị trí thứ 4

Hình 4.16: Thể hiện vị trí các ổ đệm trên khung máy

Hình 4.17: Thể hiện vị trí các ổ đệm ở mặt trước trên khung máy

Hình 4.18: Thể hiện vị trí các ổ đệm khí ở đế khung máy

Hình 4.19: Thể hiện vị trí các ổ đệm khí ở trên đế khung máy

Hình 4.20: Thể hiện vị trí các ổ đệm hai bên đế khung máy

Hình 4.21: Các bước thiết kế ổ đệm khí

Hình 4.22: Ổ đệm khí một lỗ khí ở giữa

Hình 4.23: Thể hiện vị trí các ổ đệm hình chữ nhật

Hình 4.24: Kết cấu một ổ đệm khí hình chữ nhật dùng để thiết kế

Hình 4 25: Mô hình hoá hình học máy đo ba chiều CMM

Hình 4.26: Mô hình tính toán bộ truyền đai đối với các trục X,Y,Z

Hình 4.27: Kết quả Chia lưới

Hình 4.28: Chọn bài toán để giải

Hình 4.29: Chọn điều kiện biên

Hình 4.30: Vị trí đặt lực

Hình 4.31: Công cụ tính

Hình 4.32: Kết quả Oy

Hình 4.33 : Biến dạng của đầu dò theo phương Oy

Hình 4.34: Điều kiện biên

Hình 4.35: Đặt lực

Hình 4.36: Đặt lựcTa tiến hành đặt lực tại vị trí cách vị Hình 4.37: Đặt lực

Hình 4.38: Đặt lực

Hình 4.39: Kết quả Ox, Oz

Hình 4.40: Chuyển vị của đầu dò theo phương Ox, Oz

Hình 4.41 : Máy đo tọa độ đề tài KC.05.13/10-06

Hình 5.1: Đầu dò dạng laser

Hình 5.2: Đầu dò QVP Accel 808

Hình 5.3: Cấu tạo chung đầu dò trigger

Hình 5.4: Cấu tạo chung đầu dò scanning

Hình 5.5: Các bộ phận cơ bản của đầu dò tiếp xúc

Hình 5.6: Các nguyên tắc làm việc của đầu dò dạng tiếp xúc Hình 5.7: Kết cấu đầu dò tiếp xúc dạng contact

Hình 5.8: Sơ đồ làm việc

Hình 5.9: Sơ đồ mạch điện

Hình 5.10: Sơ đồ nguyên lý mạch điện cảm biến

Hình 5.11: Module vi điều khiển

Hình 5.12: Mạch giao tiếp máy tính qua cổng USB

Hình 5.13: Module công tắc

Hình 5.14: module loa

Hình 5.15: Vỏ ngoài

Hình 5.16: Thân trong

Hình 5.17: Khối giữ kim

Hình 5.18: Đầu dò sau khi lắp hoàn chỉnh

Hình 5.19: Mạch điện

Hình 5.21: Hình mô tả quá trình thử đầu dò

Hình 6.1: Mô tả các thành phần máy CMM

Hình 6.2: Sơ đồ các phần tử điều khiển của hệ thống

Hình 6.3: Các động cơ AC của Mitsubishi

Hình 6.4: Driver của động cơ Mitsubishi

Hình 6.5: Driver MR-J3(200V)

Hình 6.6: Đầu dò MH8

Hình 6.7: Nguyên lý hoạt động đầu dò

Hình 6.8: Nguyên lý thước quang

Hình 6.9: Thước quang HEIDENHAIN LIDA 477

Hình 6.10: Joystick

Hình 6.11: Card PCI-1242-A

Hình 6.12:Sơ đồ chân và mô tả của 4 connector

Hình 6.13: Sơ đồ chân và mô tả các chân của J1 connector

Hình 6.14: Sơ đồ chân và mô tả các chân của J3 connector

Hình 6.15 : Sơ đồ chân của SCSI-II 68 chân

Hình 6.16 : Sơ đồ kết nối giữa Card 1242 và Driver điều khiển xung Hình 6.17: Trip Rectangle

Hình 6.18: Tổng quát phiên làm việc đo một đối tượng hình học Hình 6.19: Sơ đồ xử lý của bộ định thời

Hình 6.20: Sơ đồ thực thi của card điều khiển

Hình 6.21: Sơ đồ xử lý ngắt

Hình 7.1: Các chức năng cơ bản của phần mềm đo cho máy CMM

Hình 7.2: Cấu trúc các lớp C++ định nghĩa các đối tượng hình học

Hình 7.3: Các lớp thực hiện các phép toán hình học

Hình7.4: Các hệ tọa độ đo: (a) hệ tọa độ máy ; (b) hệ tọa độ

Hình7.5: Chuyển đổi hệ

Hình 7.6: Bù trừ bán kính đầu dò cho các

Hình 7.7: Ảnh hưởng của các hướng bù bán kính khác nhau

Hình 7.8: Đường thẳng bình phương tối thiểu

Hình 7.9: Lưu đồ giải thuật nội suy đường thẳng và mặt phẳng

Hình 7.10: Đường tròn bình phương tối thiểu trong không gian 3 chiều

Hình 7.11: Lưu đồ giải thuật nội suy

Hình 7.12: Giao diện phần mềm đo

Hình 7.13: Các cửa sổ con Properties và List of Elements của mPrecision

Hình 7.14: Thanh trình đơn của phần mềm đo mPrecision v1.0

Hình 7.15: Standard toolbar của phần mềm đo mPrecision v1.0

Hình 7.16: Element toolbar của phần mềm đo mPrecision v 1.0

Hình 7.17: Hộp thoại Element Point

Hình 7.18: View toolbar của phần mềm đo mPrecision

Hình 7.19: Hộp thoại CS tranform cho phép thiết lập hệ tọa

Hình 7.20: XDựng đường tròn bằng cách sử dụng các điểm dữ liệu đo đạc được Hình 7.21: Xây dựng điểm bằng cách sử dụng phép

Hình 7.22: Hộp thoại Angle cho phép tính thông số góc của mPrecision

Hình 7.23: Hộp thoại Distance cho phép tính khoảng cách của mPrecision Hình 7.24: Biểu diễn các điểm dữ liệu trong không gian bởi phẩn mềm

Hình 25: Xây dựng đường tròn từ 10 điểm dữ liệu đo

Hình 7.26: Xác định giao điểm của hai đường tròn bằng

Hình 7.31: Đa giác điều khiển sau khi tính được có thể gần với đa giác dữ liệu hoặc cũng có thể khác

Hình 7.32 : Các đường scan thể hiện trong 3Dscanwatch

Hình 7.33 : Sử dụng chức năng Translate để dời các contour về vị trí mong muốn Hình 7.34: Hộp thọai Save options

Hình 8.1: Các hệ tọa độ gắn với bàn máy, Bridge, Carriage, và Ram

Hình 8.2: Sáu vị trí đo lường

Hình 8.12: Tọa độ của các tâm lỗ thứ 3 đến 11

Hình 8.13: Kết quả lưu vào tập tin xyPosition1.txt

Hình 8.14: Kết quả của mạng thần kinh xấp xỉ hàm sai số xtx

Hình 8.15: Một số kết quả tính toán bằng phần mềm CMM Calibration

Hình 8.16: Sai số tọa độ tại điểm trong hệ quy chiếu gắn với bàn máy

Mục lục

Mở đầu i Danh sách các bảng chú giải các chữ viết tắt, bảng, hình viii CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐO TỌA ĐỘ 1.1 Giới thiệu 1.1

CHƯƠNG 2:PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

CHƯƠNG 3: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MÁY ĐO TỌA ĐỘ CMM

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CƠ CHO MÁY CMM

4.1 Thiết kế sơ bộ cấu trúc máy CMM……… 4.1

CHƯƠNG 5 NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐẦU DÒ

7.1 Đặt vấn đề………7.1 7.2 Thiết lập cơ sở lập trình phần mềm đo……… 7.4 7.3 Hệ tọa độ đo và bù bán kính đầu dò……….7.7 7.4 Chuyển đổi hệ tọa độ đo……….7.9 7.5 Bù bán kính đầu dò……….7.10 7.6 Nội suy các đối tượng hình học……… 7.11 7.7 Tao ra các đối tượng hình học 7.31

7.8 Phần mềm đo mprecision V1.0……… 7.32 7.9 Phần mềm hỗ trợ ………7.43

CHƯƠNG 8: CA LÍP MÁY VÀ THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ

8.1 Các định nghĩa về liên quan đến calíp máy đo tọa độ CMM…… 8.1 8.2 Các phương pháp calíp máy đo tọa độ CMM………8.3 8.3 Mô hình toán học……… 8.3 8.4 Mạng thần kinh xấp xỉ hàm sai số……… 8.6 8.5 Thiết kế và chế tạo bàn lỗ……… 8.11 8.6 Xây dựng hhần mềm "CMM Calibration"……… 8.14 8.7 Thực nghiệm……….8.16 8.8 Kiểm tra toàn bộ hệ thống máy 8.21 8.9 Tiến hành thực nghiệm trên máy 8.29 CHƯƠNG 9: CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

9.1 Sản phẩm dạng I 9.1 9.2 Các sản phẩm dạng II 9.2 9.3 Các sản phẩm dạng III 9.4 9.4 Kết quả tham gia đào tạo sau đại học và đại học 9.5 9.5 Các sản phẩm đã đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp 9.7 9.6 Tác động đối với kinh tế, xã hội và môi trường 9.7 9.7 Mức độ sẵn sàng chuyển giao, thương mại hóa kết quả nghiên cứu9.7 CHƯƠNG 10: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÁY ĐO TỌA ĐỘ 3D CNC

10.1 Công dụng của máy 10.2 10.2 Một số bộ phận chính 10.2 10.3 Vận hành máy 10.4 10.3 Vận hành máy 10.4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

MỞ ĐẦU

1 Sự hình thành đề tài

Trong chiến lược phát triển ngành cơ khí Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn

2020 lấy cơ khí là nền tảng có vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế, củng

cố an ninh quốc phòng của đất nước Phát triển ngành cơ khí một cách hiệu quả, bền vững trên cơ sở phát huy nguồn lực trong nước kết hợp với nguồn lực bên ngoài, khuyến khích các thành phần kinh tế phát triển cơ khí Tập trung phát triển một số chuyên ngành, sản phẩm cơ khí trọng điểm nhằm khai thác, phát huy tốt tiềm năng (tài nguyên, nguồn nhân lực) để đáp ứng yêu cầu cơ bản của công cuộc phát triển đất nước

Định hướng chiến lược phát triển một số chuyên ngành và nhóm sản phẩm cơ khí quan trọng như: Máy động lực, máy kéo, máy nông nghiệp, cơ khí tàu thuỷ, thiết

bị điện, cơ khí ôtô….với mục tiêu đến năm 2010 ngành cơ khí sẽ đáp ứng 45%-50% nhu cầu sản phẩm cơ khí cả nước, trong đó xuất khẩu đạt 30% giá trị sản lượng

Điều kiện gắn liền với khả năng phát triển mạnh của ngành cơ khí là áp dụng

kỹ thuật đo lường tiên tiến, như một thế cạnh tranh và sự khẳng định mình trên thương trường thế giới Có thể nói rằng máy đo ba chiều (Coordinate Measuring Machine – CMM) là một thiết bị đo có độ chính xác cao được dùng trong công tác kiểm tra cũng như trong thiết kế, đem lại kết quả có độ tin cậy rất cao Máy còn được dùng trong quá trình chế tạo và lắp ráp để kiểm tra chi tiết hay để lắp ráp dựa vào nội dung thiết kế…

Với phạm vi ứng dụng khá rộng trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí và chịu ảnh hưởng lớn đến tính chất sản xuất hiện nay là phải nâng cao năng suất, giảm chi phí và đáp ứng nhanh nhu cầu, nên máy đo ba chiều trở thành đối tượng cần nghiên cứu nhằm làm thỏa những mục tiêu đặt ra

Có thể nói máy đo tọa độ ba chiều CNC là thiết bị đo lường có tầm quan trọng rất lớn trong các nhà máy cơ khí để đảm bảo và nâng cao chất lượng của sản phẩm

Điều này được nhấn mạnh trong các cuốn sách [4] của Boch từ năm 1995, cũng như các cuốn [3], [2], [1] vừa mới xuất bản năm 2006, 2007

Tầm quan trọng thứ hai của máy đo tọa độ ba chiều CNC là thiết kế và phát triển nhanh sản phẩm đặc biệt là trong giai đoạn cạnh tranh toàn cầu hiện nay Điều này được khẳng định qua gần 30 luận án tiến sĩ [5], [6], [7], [8] đã thực hiện ở Mỹ,

Hà Lan, Hungary, Đức, Nhật, Canada, Hàn Quốc, Đài loan và Trung quốc trong giai đoạn gần đây Đến nay các nhà nghiên cứu đã công bố gần 200 Patents về máy đo tọa độ 3 chiều

Trong cuộc cách mạng công nghệ nanô khi mà các sản phẩm ngày càng thu nhỏ, ngày càng chính xác thì việc nghiên cứu thiết kế chế tạo máy đo tọa độ ba chiều

có độ chính xác cao càng trở nên cấp thiết Điều này được thể hiện qua các bài báo của Takamasu [10], Đại học Tokyo cũng như trong [9] của GS Fan, Đại học Quốc gia Đài Loan và GS Fei của Đại học An Huy Trung quốc và đặc biệt là luận án tiến sĩ của Seggelen J K [6] về máy đo tọa độ nano CMM ở Đại học Eindhoven, Hà Lan Ngoài ra máy đo tọa độ 3 chiều CNC còn có vai trò lớn trong việc nội địa hóa sản phẩm Đây là một trong những công cụ thiết kế ngược để chúng ta có thể thiết kế, chế tạo những chi tiết phụ tùng thay thế cho các loại máy móc Đối với Việt Nam chúng ta khi mà Đảng và Nhà nước có chủ trương đưa nước ta trở thành một nước công nghiệp vào năm 2020, vì vậy việc làm chủ được công nghệ và chế tạo thiết bị

đo tọa độ 3 chiều CNC là một công việc rất cấp bách và xuất phát từ vấn đề bức xúc này mà đề tài đã được hình thành

2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu và ứng dụng

2.1 Hiện trạng sử dụng máy đo tọa độ 3D CMM

Trong những năm gần đây trong xu thế hội nhập để phát triển nhanh sản phẩm, các trường đại học và Viện nghiên cứu ở Việt Nam như Đại học Bách Khoa-TP.HCM, ĐHBK Hà Nội, Đại học Thủy sản Nha Trang, Đại học Cần Thơ, Viện nghiên cứu IMI, Trung tâm đo lường 3 và các nhà máy cơ khí quốc phòng đã trang

bị máy đo tọa độ ba chiều CNC Đề tài cấp thành phố [14] đã triển khai ứng dụng

máy đo tọa độ ba chiều CNC để thiết kế chế tạo nhanh khuôn mẫu nhựa

Một số trường Cao đẳng dạy nghề cũng đầu tư máy đo tọa độ 3 chiều Các Viện nghiên cứu như Viện công nghệ, viện IMI cũng nghiên cứu áp dụng máy đo tọa

độ như tay đo để tái tạo bản vẽ chi tiết

Đặc biệt hiện nay là các doanh nghiệp sản xuất sản phẩm nhựa ở Thành phố

Hồ Chí Minh đã mạnh dạn đầu tư các thiết bị này đề thiết kế nhanh sản phẩm cũng như thiết kế nhanh khuôn mẫu nhựa

2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới

Theo Bách khoa toàn thư cũng như trong cuốn sách của Bosch [4] khi máy đo tọa độ đầu tiên trên thế giới được tập đoàn Ferranti của Scotland phát triển từ nhu cầu

để đo các chi tiết chính xác trong các sản phẩm an ninh quốc phòng

Đây cũng là bước khởi đầu cho việc phát triển máy đo tọa độ chính xác sau này, cũng như ý tưởng về hệ thống đo quang học, và cấu trúc bàn máy dạng cầu Nâng cao khả năng chính xác và độ phân giải cao

Máy đo tọa độ Ferrenti đã thật sự trở thành loại máy chiếm lĩnh trên thị trường rộng lớn, với khả năng độ chính xác và độ phân giải khả quan

Năm 1961 tập đoàn Sheffield đã quyết định thương mại hóa sản phẩm Ferranti với tên CORDAX

Năm 1965 Tập đoàn điện tử tự động kỹ thuật số (DEA) của Italy đã cho ra đời máy đo tọa độ 3 chiều điều khiển bằng tay và đến năm 1973 đã thành máy điều khiển tự động

Năm 1968 hãng Mitutoyo của Nhật đã sản xuất ra máy đo 2 chiều, sau đó phát triển thành ba chiều X, Y , Z Và đến năm 1980 đã giới thiệu chiếc máy đo tọa độ có khả năng giao tiếp với máy tính

Trong lĩnh vực máy đo tọa độ ba chiều hãng Carl Zeiss có những thành tựu đáng kể Năm 1973 hãng đã chế tạo thành công máy đo 3 chiều vạn năng với đầu đo, năm 1978 đã chế tạo thành công máy đo 3 chiều có đầu đo với cảm biến áp điện, năm

1982 đã giới thiệu chiếc máy đo CMM (ZMC 850) để đo các chi tiết của bánh răng

và bộ truyền, năm 1985 đã cho ra sản phẩm máy đo tọa độ với phiên bản phần mềm, được gọi là kết hợp với máy tính độ chính xác nâng cao

Đặc biệt vào năm 1989 hãng đã cho ra đời máy Zeiss-UPMC 850 làm cho máy có khả năng ổn định làm việc ngay cả khi nhiệt độ thay đổi

Sau những năm 2000 đã có những sáng chế về máy đo tọa độ di động (Portable Coordinate Measuring Machine) Nắm bắt được nhu cầu của các nhà sản xuất về yêu cầu lắp ráp di động cũng như nhu cầu rất lớn về thiết kế ngược, một số hãng như Faro của Mỹ đã cho ra đời một loại máy đo tọa độ 3 chiều di động Tuy độ chính xác của loại máy đo này không cao so với máy đo cố định những phát triển rất nhanh vì nhu cầu thị trường rất lớn

Nói tóm lại, như TS K Doytchinov [7] của Canada trong báo cáo của mình về vai trò của máy đo tọa độ ba chiều trong chế tạo cơ khí đã khẳng định trải qua khoảng

50 năm ra đời và phát triển Máy đo tọa độ không ngừng phát triển từ máy đo điều khiển bằng tay với vạch đo hoặc kính hiển vi không có màn hình, trải qua máy đo tọa

độ điều khiển bằng tay có hiển thị số, tiến đến máy đo tọa độ điều khiển CNC Phát triển mạnh nhất là hệ thống đầu đo và phần mềm điều khiển Các loại máy hiện đại này có thể đứng rời hoạt động độc lập hoặc tích hợp vào hệ thống sản xuất linh hoạt FMS hoặc vào hệ thống sản xuất tích hợp CIM Những thành tựu của tự động hóa và

công nghệ thông tin đã được áp dụng để phát triển máy đo tọa độ ba chiều CNC

2.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam

Trong những năm gần đây do nhu cầu của xã hội tăng mạnh về máy đo tọa độ

3 chiều và hãng Mitutoyo đã đề nghị Khoa cơ khí – Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM đi thuyết trình giới thiệu về kỹ thuật đo lường và máy đo tọa độ 3 chiều Đặc biệt hãng Zeiss nổi tiếng của Đức về máy đo tọa độ 3 chiều cũng mời 1 đoàn các cán bộ của Việt nam sang Đức trao đổi kinh nghiệm về khai thác, bảo trì và đào tạo trong lĩnh vực máy đo tọa độ 3 chiều Không dừng ở lại đó, các trường đại học Bách Khoa Hà Nội, Bách Khoa Tp.HCM đã có những nghiên cứu về tính toán thiết kế tay

đo 3D xử lý tín hiệu đo bằng máy tính

Trong luận văn tiến sĩ của mình [12],Th.S Trần Hữu Tâm và nhóm nghiên cứu đã chế tạo được tay đo 3 chiều điều khiển bằng CNC Luận án tiến sĩ của NCS Lương Hồng Sâm cũng đề cập đến việc nâng cao độ chính xác của Robot đo 5 bậc tự

do Mới dây NCS Đặng Quốc Cường đã bảo vệ thành công luận văn tiến sĩ ở Hàn quốc về đề tài “Xác định sai số hệ thống trên máy đo 3 tọa độ bằng phương pháp tự hiệu chỉnh”

Trong những năm vừa qua Khoa Cơ khí trường đại học Bách Khoa – Tp.HCM cũng đang nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đo 3 tọa độ cỡ Meso và Micro cũng như máy đo 3 tọa độ kiểu song song được điều khiển bằng máy tính Đây

là những bước tích lũy kinh nghiệm để thực hiện đề tài này

Nói tóm lại, hiện nay chưa có đề tài nào đi sâu vào việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy đo tọa độ 3 chiều Hiện nay đa phần các công ty, doanh nghiệp chỉ mới dừng lại ở mức đầu tư thiết bị và tìm hiểu sử dụng máy CMM Có một vài nghiên cứu của nhóm tác giả về động học của máy CMM, hệ điều khiển của máy CMM, cấu trúc CMM, Tuy nhiên mức độ nghiên cứu mới chỉ ở phần cơ bản, thử nghiệm mô

hình

3.Mục tiêu

Mục tiêu của đề tài là nắm vững phương pháp thiết kế hiện đại để có thể thiết

kế, chế tạo lắp ráp và điều khiển máy đo tọa độ ba chiều CNC (3D CNC), đảm bảo

đo được sản phẩm có kích thước từ (600x500x400) mm trở lên có tính năng và chất lượng tương đương ngoại nhập cùng phạm vi đo

4 Những vấn đề mà đề tài cần giải quyết

-Nghiên cứu tổng quan về máy đo tọa độ 3D CNC đặc biệt là các chỉ tiêu kỹ thuật của các máy đo do các hãng trên thế giới để từ đó kết hợp với nhiệm vụ nhà nước đặt ra để xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của máy cần chế tạo

-Phân tích, đánh giá các phương án để chọn phương án thiết kế hợp lý

-Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo một số chi tiết cơ bản và quan trọng và

đặc biệt là qui trình công nghệ lắp ráp toàn máy

-Xây dựng phần mềm tính toán để xác định, tọa độ, kích thước, độ chính xác -Xây dựng kỹ thuật đo thực hiện bằng tay

-Xây dựng phần mềm điều khiển, thiết kế và chế tạo bộ điều khiển toàn máy -Xây dựng phần mềm tái tạo bề mặt của sản phẩm

5 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài bao gồm quá trình thiết kế chế tạo máy đo tọa

độ 3D CNC, xây dựng phần mềm đo có các chức năng thực hiện việc xác định các thông số hình học của sản phẩm

6 Ý nghĩa khoa học

Việc thực hiện thành công đề tài sẽ đóng góp rất lớn về mặt công nghệ, điều này chứng tỏ chúng ta cũng có khả năng chế tạo thành công các thiết bị hiện đại tương đương hàng ngoại nhập Đề tài nghiên cứu này sẽ là bước khởi đầu đột phát trong việc nghiên cứu về máy CMM tại Việt Nam, giúp cho các nhà khoa học tiếp cận một cách nhanh nhất với công nghệ chế tạo máy CMM, đồng thời có thể dùng nó làm nền tảng để nghiên cứu sâu hơn về các ứng dụng, các chức năng mới của máy CMM Đối với quốc tế, đề tài sẽ mở ra hướng hợp tác nghiên cứu các công nghệ liên quan đến CMM giúp cho công nghệ chế tạo thiết bị công nghệ cao, cơ khí chính xác tại việt phát triển một cách mạnh mẽ hơn, tiệm cận với khoa học thế giới hơn

Máy CMM giá rẻ được nghiên cứu thiết kế và chế tạo thành công sẽ giúp cho các doanh nghiệp có được sự đầu tư trang thiết bị hỗ trợ sản xuất hợp lý nhất, giúp cho quá trình sản xuất được linh hoạt, tạo ra lợi ích to lớn về kinh tế và phát triển doanh nghiệp

7 Ý nghĩa thực tiễn

Sau khi thiết kế chế tạo thành công máy đo tọa độ CMM, sản phẩm nghiên cứu khoa học sẽ được dùng trong giảng dạy và nghiên cứu khoa học ngay tại trường Bách Khoa TP.HCM, giúp cho sinh viên đại học, cao học có cơ hội thực tập trực tiếp trên máy CMM trong quá trình học tập, nghiên cứu khoa học, làm luận văn tốt nghiệp

Đối với các doanh nghiệp liên kết nghiên cứu, ứng dụng kết quả nghiên cứu sẽ rất có lợi về mặt kinh tế, cạnh tranh và phát triển các sản phẩm của doanh nghiệp

8 Các phương pháp, kỹ thuật áp dụng trong đề tài

Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm nghiên cứu đã:

- Trong quá trình thực hiện đã thực hiện đồng thời việc thiết kế phần mềm đo, thiết kế và chế tạo máy đo tọa độ, trong việc phối hợp các cán bộ từ nhiều ngành (thiết kế máy, kỹ thuật chế tạo, cơ điện tử và tự động hóa, công nghệ thông tin và phần mềm)

-Áp dụng phương pháp thiết kế ngược trong việc thiết kế và lập trình phần mềm đo trên cơ sở tham khảo một số phần mềm tương tự của nước ngoài, thiết kế và chế tạo đo tọa độ CNC trên cơ sở tham khảo một số mẫu máy tương tự của nước ngoài

-Áp dụng các phương pháp giải tích toán học trong việc viết phần mền đo -Áp dụng phương pháp phân tích và thiết kế hệ thống trong quá trình thiết kế cấu hình và tích hợp hệ thống

-Sử dụng các công cụ phần mềm AutoCad, Inventor, Ansys trong tính toán,

thiết kế và mô phỏng máy đo tọa độ CNC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 10 năm 2010

BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I THÔNG TIN CHUNG

Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy đo tọa độ 3D CNC

Mã số đề tài: KC.05.13/06-10

Thuộc Chương trình: Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng Công nghệ Cơ khí Chế tạo, mã số KC.05/06-10

2 Chủ nhiệm đề tài:

Họ và tên: Thái Thị Thu Hà

Ngày, tháng, năm sinh: 11/11/19575 Nam/ Nữ: Nữ

Học hàm, học vị: Phó Giáo sư, Tiến sĩ

Chức danh khoa học: Chức vụ: trưởng PTN đo lường

Điện thoại: CQ: (08)38653896 NR: (08)38491701

Mobile: 0918386168

Fax: , E-mail: tttha2005@yahoo.com

Tên tổ chức đang công tác: Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh

Địa chỉ tổ chức: 268 Lý Thường Kiệt, Quận 10, TP Hồ Chí Minh

Địa chỉ nhà riêng: 1C Bàu cát 2, Phường 14, Quận Tân Bình, TP Hồ Chí Minh

Ngân hàng: Kho bạc nhà nước Quận 10, TP Hồ Chí Minh

Tên cơ quan chủ quản đề tài: Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh

II TÌNH HÌNH THỰC HIỆN

1 Thời gian thực hiện đề tài:

- Theo Hợp đồng đã ký kết: từ tháng 03/ năm 2008 đến tháng 08/ năm 2010

- Thực tế thực hiện: từ tháng 03/năm 2008 đến tháng 08/năm 2010

- Được gia hạn (nếu có): không

2 Kinh phí và sử dụng kinh phí:

a) Tổng số kinh phí thực hiện: 3.000 triệu đồng, trong đó:

+ Kính phí hỗ trợ từ SNKH: 3.000 triệu đồng

+ Kinh phí từ các nguồn khác: 0 triệu đồng

+ Tỷ lệ và kinh phí thu hồi đối với dự án (nếu có): 0 triệu đồng

Thời gian

(Tháng, năm)

Kinh phí (Tr.đ)

Thời gian (Tháng, năm)

Kinh phí (Tr.đ)

TT các khoản chi Nội dung

Theo kế hoạch Thực tế đạt được

3 Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án:

(Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xác định nhiệm vụ, xét chọn,

phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện nếu có); văn

bản của tổ chức chủ trì đề tài, dự án (đơn, kiến nghị điều chỉnh nếu có)

để tuyển chọn thực hiện trong kế hoạch năm

2008, Phụ lục 5, Chương trình “Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ cơ khí chế

“Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ

4

Số: 282/QĐ-BKHCN,

ngày 27/02/2008 Quyết định phê duyệt kinh phí 06 đề tài và 2 dự án bắt đầu thực hiện năm 2008 thuộc Chương

trình “Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ cơ khí chế tạo”, mã số KC.05/06-10

5 Số: 13/2008/HĐ-ĐTCT-KC.05/06-10 Hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ

4 Tổ chức phối hợp thực hiện đề tài:

Nội dung tham gia chủ yếu

Sản phẩm chủ yếu đạt được chú* Ghi

Chủ trì đề tài, thiết kế máy, thiết kế và xây dựng phần mềm

đo, tích hợp hệ thống

Thiết kế máy, thiết kế và xây dựng phần mềm đo, tích hợp hệ thống hoàn chỉnh

2

Trường Đại học bách khoa Hà nội

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Nghiên cứu, phân tích lựa chọn, tính toán thiết kế ổ đệm khí Nghiên cứu, phân tích, tính toán thiết kế cụm đầu dò, nghiên cứu lập qui trình công nghệ chế tạo cụm truyền động X,Y,Z

Nghiên cứu, phân tích lựa chọn, tính toán thiết kế,chế tạo

ổ đệm khí

3

Công ty TNHH Tân Hạnh 126 C

xã Phước Lộc huyện nhà Bè

Quá trình lắp ráp và hiệu chỉnh máy

Lắp ráp và hiệu chỉnh máy

5 Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án:

(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá 10

người kể cả chủ nhiệm)

Số

TT Tên cá nhân đăng ký theo thuyết minh Tên cá nhân đã tham gia thực hiện Nội dung tham gia chính Sản phẩm chủ yếu đạt được

Ghi chú

2 ThS Trần Tuấn Đạt ThS Trần Tuấn Đạt Thư ký và thiết kế

4 ThS Tô Hoàng Minh ThS Tô Hoàng Minh Viết phần mềm đo Viết phần mềm đo

5 ThS Đặng Thành

Trung

Th.S Đặng Thành Trung

Hệ thống điều khiển máy Hệ thống điều khiển máy

6 ThS Võ Văn Cương ThS Võ Văn Cương Nghiên cứu, thiết kế

cấu trúc của máy Nghiên cứu, thiết kế cấu trúc của máy

7 ThS Đặng Thành

Trung KS Huỳnh Thanh Quang

Giao tiếp giữa phần mềm đo và hệ thống điều khiển máy

Giao tiếp giữa phần mềm đo và hệ thống điều khiển máy

8 PGS.TS

Thái Thị Thu Hà ThS Nguyễn Nam Khánh

Sai số hình học của máy CMM Xây dựng mô hình tính toán sai số hình

học của máy CMM

9 KS Dương Quang Đức KS Dương Quang

Đức Viết phần mềm đo Viết phần mềm đo

10 ThS Tô Hoàng Minh KS Nguyễn Lê Huy Viết phần mềm đo Viết phần mềm đo

6 Tình hình hợp tác quốc tế: không có

7 Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị: Tổ chức hội thảo về vai trò của máy đo tọa độ

trong công nghiệp

8 Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:

(Nêu tại mục 21 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát

trong nước và nước ngoài)

1 Xây dựng hoàn chỉnh thuyết minh đề

2 Nội dung 1: Nghiên cứu tổng quan

4/2008 6/2008 Thái nhóm đề tài Thị Thu Hà và

3 Nội dung 2: lựa chọn phương án và

thiết kế sơ bộ 4/2008 6/2008 Thái Võ Văn Cương, Thị Thu Hà

Đặng Thành Trung

4 Nội dung 3: : Nghiên cứu các yếu tố

ảnh hưởng đến sai số của máy đo và

xác định phương pháp bù

3/2009

6 Nội dung 5:Nghiên cứu, tính toán thiết

kế các cụm chi tiết chính của Máy đo

tọa độ 3D

2/2009

6/2008-11/2009 Thái Thị Thu Hà

Đặng Thành Trung, Trần Tuấn Đạt

7 Nội dung 4: Nghiên cứu, lập quy trình

CN chế tạo và chế tạo các cụm thiết bị

3/2009 Thái Thị Thu Hà

Võ Văn Cương Đặng Thành Trung

8 Nội dung 7: Nghiên cứu, thiết kế và

chế tạo các bộ phận phụ trợ 6/2009 11/2009 Thái thị thu Hà, Vũ toàn Thắng

9 Nội dung 8: Nghiên cứu, lập quy trình

lắp ráp các cụm thiết bị 12/2009-2/2010 1/2010

Thái Thị Thu Hà Đặng Thành Trung

10 Nội dung 9: Nghiên cứu xây dựng qui

trình đo và thiết kế chế tạo các đồ gá

kiểm tra

4/2010 4/2010 Thái Thị Thu Hà

Trần Tuấn Đạt

11 Nội dung 10 : Xây dựng phần mềm

điều khiển máy và phần mềm đường 10/2009 5/1009- 7/2010

Thái Thị Thu Hà Đặng Thành Trung

và làm trơn bề mặt để tái tạo bề mặt đo Huỳnh Thanh Quang

12 Nội dung 12: Lắp Ráp và Chạy thử

nghiệm máy và hiệu chỉnh máy 3/2010-4/2010 7/2010

Thái Thị Thu Hà Đặng thành Trung Huỳnh Thanh Quang

13 Nội dung 12: Thuê Đánh giá các chỉ

tiêu kỹ thuật của máy 5/2010 8/2010 Thái Thị Thu Hà

14 Viết Báo cáo khoa học tổng kết đề tài 10/3010 8/2010 Thái Thị Thu Hà

III SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI

1 Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:

a) Sản phẩm Dạng I:

Số

TT tiêu chất lượng chủ yếu Tên sản phẩm và chỉ vị đo Đơn Số lượng Theo kế hoạch đạt được Thực tế

1 Máy đo tọa độ 3D CNC Cái 01

- Phạm vi đo:

mm

X= 600 mm Y= 500 mm Z= 400 mm

X= 700 mm Y= 570 mm Z= 400 mm

Theo kế hoạch Thực tế đạt được

1 Bộ tài liệu thiết

Bao gồm các bản vẽ lắp và bản

vẽ chi tiết theo các tiêu chuẩn TCVN về vẽ cơ khí hiện hành, đảm bảo chế tạo được

Theo mẫu các tài liệu về qui trình công nghệ hiện hành và phù hợp với điều kiện chế tạo tại Việt Nam

- Có thể điều chỉnh tốc độ tùy theo yêu cầu

-Hoạt động trên môi trường Windows

-Giao diện đơn giản, dễ sử dụng

- Phần mềm điều khiển được tích hợp với phần mềm đo

- Có thể dùng joystick độc lập,

có thể dùng phím hoặc thanh gạt

- Có thể điều chỉnh tốc độ tùy

theo yêu cầu

- Đánh giá được sai số hình dáng, sai số vị trí

- Cho phép lưu trữ file dưới dạng văn bản

- Dễ dàng giao tiếp với các phần mềm CAD

- Phần mềm viết trên môi trường Windows

- Ngôn ngữ tiếng Anh theo qui định của máy đo

- Thân thiện với người sử dụng

- Có hệ thống chuyển tọa độ,

ca líp bù bán kính đầu dò

- Đo được các lệnh đường thẳng, mặt phẳng, đướng tròn, khoảng cách

- Đánh giá được sai số hình dáng, sai số vị trí

(Tạp chí, nhà

xuất bản)

Theo

kế hoạch đạt được Thực tế

1 Bù trừ bán kính đầu dò trong máy đo tọa độ CMM (

Báo cáo khoa học)

Trình bày các phương pháp bù bán kính đầu dò

Trình bày các phương pháp bù bán kính đầu dò

Hội nghị KHCN cơ khí chế tạo toàn quốc lần thứ nhất

19/12/2008 tại Tp.HCM

2 Nghiên cứ sai số hình học trên máy đo tọa độ CMM (

Báo cáo khoa học)

Trình bày cách xác định sai số hình học của máy đo tọa độ 3D CMM

Trình bày cách xác định sai số hình học của máy đo tọa độ 3D CMM

HN KHCN cơ khí chế tạo toàn quốc lần thứ nhất

19/12/2008 tại Tp.HCM

3 Ứng dụng ổ đệm khí trong các máy yêu cầu độ chính

xác cao ( Báo cáo khoa học)

Trình bày cách tính toán và thực nghiệm đối với ổ đệm khí

Trình bày cách tính toán và thực nghiệm đối với ổ đệm khí

HN KHCN viện

cơ học- viện khoa học Việt Nam 6/2009

4 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy đo tọa độ 3D CNC (

Bài báo)

Trình bày các nội dung của đề tài

Trình bày các nội dung của đề tài

Tạp chí Cơ khí Việt Nam "số

143” tháng 6 năm 2009 , trang 21-23

5 The sampling method using monte carlo simulation on

CMM ( Báo cáo khoa học)

Không có trong

kế họach

Phương pháp lấy mẫu trên máy đo tọa độ

HNKH & CN thứ 11 trường ĐHBK- HCM 10/2009

5

Xây dựng mô hình toán học

phân tích sai số hình học

của máy đo tọa độ CMM

(báo cáo khoa học)

Xây dựng mô hình toán học để phân tích sai số của máy đo CMM

Xây dựng mô hình toán học để phân tích sai số của máy đo CMM

Kỷ yếu Hội nghị khoa học công nghệ cơ khí chế tạo toàn quốc lần thứ hai, trang 131-

134, tháng 11/2009

6 Research on the thermal efects in the CMM (báo cáo

khoa học)

Không có trong

kế hoạch

Nghiên cứu các yếu tố phát sinh trong quá trình làm việc của máy đo và cách xác định

Hội nghị khoa học và công nghệ lần thứ 1 trường ĐHBK Tp.HCM trang 21-23, tháng 10/2009

7 sampling method on CMM ( Researching for the

bài báo)

Trình bày phương pháp lấy mẫu trên máy đo tọa độ CMM và thực nghiệm

Trình bày phương pháp lấy mẫu trên máy đo tọa độ CMM và thực nghiệm

Tạp chí Phát triển khoa học công nghệ ĐHQG

Trình bày cách phân tích cấu trúc của máy dùng ANSYS

Kỷ yếu Hội nghị khoa học công nghệ cơ khí chế tạo toàn quốc lần thứ hai.-, trang 131-

134, tháng 11/2009

9

Maximum- inscribed and

minimum- circumscribed

fitting for co-ordinate

measuring machine (bài

báo)

Không có trong

kế hoạch

Mô tả phương pháp nội suy cực đại và cực tiểu trên máy đo tọa độ CMM

Tạp chí Phát triển khoa học công nghệ ĐHQG

TP.HCM

- Lý do thay đổi: bổ sung các báo cáo từ yêu cầu thực tế

d) Kết quả đào tạo:

Số

TT Cấp đào tạo, Chuyên ngành đào tạo

(Thời gian kết thúc)

Theo

kế hoạch

Thực tế đạt được

1 Phần mềm đo trên máy đo tọa độ đăng ký Không Đã nhận 08/2010

2 Máy đo tọa độ 3D CNC Không đăng ký tục đăng ký Đã làm thủ 11/2010

e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế

xã Phước Lộc huyện nhà Bè

Đạt yêu cầu

Tháng 8/2010

Công ty cổ phần SXTM Ngôi sao Đất Việt, 56D Lê đình Thám phường Tân Quí Quận Tân Phú Tp.HCM

Đạt yêu cầu

2 Đánh giá về hiệu quả do đề tài mang lại:

a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:

(Nêu rõ danh mục công nghệ và mức độ nắm vững, làm chủ, so sánh với trình độ công

nghệ so với khu vực và thế giới…)

Kết quả của Đề tài là một máy đo tọa độ 3 D CNC lần đầu tiên được nghiên cứu và

chế tạo ở Việt Nam Máy đo này được ứng dụng để đo và kiểm tra thông số hình học của

các sản phẩm cơ khí nói riêng và các lĩnh vực khác Có thể sử dụng để thu thập các số liệu

3D của bề mặt trong việc thiết kế ngược Đây là một đóng góp của nhóm đề tài, có ý

nghĩa khẳng định trình độ công nghệ của Việt Nam trong lĩnh vực cơ khí chế tạo máy

chính xác, tự động hóa và công nghệ thông tin

b) Hiệu quả về kinh tế xó hội:

(Nờu rừ hiệu quả làm lợi tớnh bằng tiền dự kiến do đề tài, dự ỏn tạo ra so với cỏc sản phẩm cựng loại trờn thị trường…)

- Về mặt kinh tế:

Kết quả của đề tài được ỏp dụng sẽ tăng năng lực đo, tăng độ chớnh xỏc của phộp đo

từ đú làm tăng hiệu quả kinh tế trong hoạt động sản xuất của cỏc doanh nghiệp cơ khớ núi riờng và cỏc lĩnh vực khỏc, nõng cao chất lượng sản phẩm, gúp phần nõng cao hiệu quả và

sự phỏt triển của nền kinh tế đất nước

- Thuyết minh chi tiết của đề tài

- 01 bộ tài liệu về nội dung 1: Nghiờn cứu tổng quan: Nghiờn cứu đỏnh giỏ tổng quan về cụng nghệ của mỏy đo tọa độ 3 D CNC

- 02 bộ tài liệu về nội dung 2: Lựa chọn phương ỏn và thiết kế sơ bộ, gồm cỏc mục 2.1, 2.2

- 01 bộ tài liệu về nội dung 4: Tớnh toỏn và thiết kế tổng thể mỏy, gồm cỏc mục 4.1

- 05 bộ tài liệu về nội dung 5: Nghiờn cứu, tớnh toỏn, thiết kế cỏc cụm chi tiết chớnh của mỏy đo tọa độ, gồm cỏc mục: 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5

Bỏo cỏo định kỳ

lần 2 13/03/2009

- 04 bộ tài liệu về nội dung 3: Nghiên cứu các yếu tố

ảnh hưởng đến sai số của máy đo và xác định phương pháp bù, gồm cỏc mục 3.1, 3.2, 3.3, 3.4

-01 bộ tài liệu về nội dung 5: Nghiên cứu, tính toỏn thiết kế các cụm chi tiết chính của máy đo tọa độ 3D, gồm mục 5.8

-03 bộ tài liệu về nội dung 6: Nghiên cứu, lập qui trình CN chế tạo và chế tạo các cụm thiết bị chính, gồm cỏc mục 6.1, 6.2, 6.3

-03 bộ tài liệu về nội dung 7: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các bộ phận phụ trợ, gồm cỏc mục 7.8,7.13, 7.14

thiết kế các cụm chi tiết chính của máy đo tọa độ 3D, gồm mục 5.9

-03 bộ tài liệu về nội dung 6: Nghiên cứu, lập qui trình CN chế tạo và chế tạo các cụm thiết bị chính, gồm cỏc mục.6.4, 6.5,6.6

-08 bộ tài liệu về nội dung 7: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các bộ phận phụ trợ, gồm cỏc mục 7.1, 7.2, 7.5, 7.6,7.7, 7.9, 7.10, 7.15,

- 05 bộ tài liệu về nội dung 10: Xây dựng phần mềm

điều khiển và phần mềm xây dựng đường và làm trơn

bề mặt để tái tạo bề mặt đo, gồm cỏc mục: 10.1, 10.2, 10.5, 10.6, 10.8

Bỏo cỏo định kỳ

lần 4 14/3/2010

- 04 bộ tài liệu về nội dung 7 : Nghiờn cứu, thiết kế

và chế tạo cỏc bộ phận phụ trợ, gồm cỏc mục 7.3, 7.4, 7.11, 7.12

- 06 bộ tài liệu về nội dung 8: Nghiờn cứu, lập quy trỡnh lắp rỏp cỏc cụm thiết bị, gồm cỏc mục 8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5, 8.6,

-03 Bộ tài liệu về nội dung 9: Nghiờn cứu xõy dựng qui trỡnh đo và thiết kế chế tạo cỏc đồ gỏ kiểm tra, gồm cỏc mục 9.1, 9.2, 9.3

- 02 bộ tài liệu nội dung 10 : Xõy dựng phần mềm điều khiển mỏy và phần mềm xõy dựng đường và làm trơn bề mặt để tỏi tạo bề mặt đo, gồm cỏc mục 10.3, 10.4

- 03 bộ tài liệu nội dung 11 : Lắp rỏp mỏy, Chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh mỏy, gồm cỏc muc 11.1, 11.2, 11.3

+Nghiờn cứu, thiết kế sơ bộ cấu trỳc tổng thể

- 01 bộ tài liệu về:

+Tớnh toỏn và thiết kế tổng thể mỏy

- 05 bộ tài liệu về : +Nghiờn cứu, thiết kế, tớnh toỏn cụm truyền động X +Nghiờn cứu, thiết kế, tớnh toỏn cụm truyền động Y +Nghiờn cứu, thiết kế, tớnh toỏn cụm truyền động Z +Nghiờn cứu, phõn tớch lựa chọn, tớnh toỏn thiết kế ổ đệm khớ

+Xõy dựng bộ hồ sơ thiết kế tổng thể mỏy CMM

Kiểm tra định kỳ

lần 2 29/04/2009

- 04 bộ tài liệu về +Nghiên cứu phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ đến

độ chính xác của máy đo tọa độ 3D CNC +Nghiên cứu phân tích ảnh hưởng của các yếu tố

động học đến độ chính xác của máy đo tọa độ 3D CNC

+Nghiên cứu phân tích ảnh hưởng của các yếu tố khác (vật liệu, lực đo…) đến độ chính xác của máy

đo tọa độ 3D CNC +Nghiên cứu đề xuất các giải pháp bù giảm các sai số -01 bộ tài liệu về

+Nghiên cứu thiết kế cụm truyền động Z ( Cú đối trọng)

-03 bộ tài liệu +QTCN chế tạo cụm truyền động X +QTCN chế tạo cụm truyền động Y +QTCN chế tạo cụm truyền động Z -03 bộ tài liệu về

+ Nghiên cứu lập QTCN chế tạo ổ đệm khí + Chế tạo ổ đệm khí

+Nghiên cứu, thiết kế hệ thống vỏ che +Nghiên cứu thiết kế đế máy

+ Nghiên cứu thiết kế cụm giảm chấn + Nghiên cứu lập QTCN chế tạo đế máy + Chế tạo hệ thống vỏ che

+ Chế tạo đế máy + Chế tạo cụm giảm chấn +Nghiên cứu lập QTCN chế tạo hệ thống vỏ che

- 05 bộ tài liệu về + Viết phần mềm cho bộ điều khiển + Thiết kế, tính toán hệ thống điều khiển cho cụm truyền động X,Y

+ Viết phần mềm đo + Viết phần mềm xây dựng đường và làm trơn bề

mặt để tái tạo bề mặt đo + Thử nghiệm phần mềm xây dựng đường và làm smoot bề mặt để tái tạo bề mặt đo

Kiểm tra định kỳ

lần 4

- 04 bộ tài liệu về +Nghiờn cứu, thiết kế hệ thống điện

+ Nghiờn cứu thiết kế bàn điều khiển + Chế tạo tủ điều khiển

+ Chế tạo bàn điều khiển tay

- 06 bộ tài liệu về +Nghiện cứu, lập qui trỡnh lắp rỏp cụm khung mỏy + Nghiện cứu, lập qui trỡnh lắp rỏp cụm đế mỏy + Nghiện cứu, lập QT lắp rỏp cụm truyền động X + Nghiện cứu, lập QT lắp rỏp cụm truyền động Y + Nghiện cứu, lập QT lắp rỏp cụm truyền động Z + Nghiện cứu lập qui trỡnh lắp rỏp tổng thể -03 Bộ tài liệu về

+Nghiờn cứu, xõy dựng quy trỡnh CN đo kiểm và bự sai số toàn hệ thống

+Bộ tài liệu thiết kế cụm gỏ đo kiểm ( gối đỡ động

cơ, kiểm tra độ vuụng gúc giữa cỏc trục), kiểm tra mỏy

+ Bộ đồ gỏ đo kiểm ( gối đỡ động cơ, kiểm tra độ vuụng gúc giữa cỏc trục) ,

+ Bộ đồ gỏ kiểm tra mỏy

- 02 bộ tài liệu về + Thiết kế, tớnh toỏn hệ thống điều khiển cho cụm truyền động Z

+ Thử nghiệm phần mềm khiển cho mỏy ( cú phần bự sau khi đó xỏc định sai số)

- 03 bộ tài liệu về + Lắp rỏp mỏy + Chạy thử nghiệm toàn bộ mỏy và hiệu chỉnh + xõy dựng quy trỡnh sử dụng mỏy và an toàn cho

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐO TỌA ĐỘ CMM

1.1 GIỚI THIỆU

Việc đo lường, đặc biệt là đo lường kích thước, ngày càng trở nên quan trọng trong quá trình sản xuất công nghiệp Khả năng nâng cao chất lượng sản phẩm và cải tiến các quá trình sản xuất phụ thuộc vào chất lượng của các thiết

bị đo lường Hiện nay người ta có thể khẳng định rằng trình độ đo lường trong quá trình sản xuất chế tạo thể hiện năng lực và tiềm năng phát triển của ngành công nghiệp một quốc gia

Các mục tiêu chính của kĩ thuật đo kích thước hiện đại là:

- Độ chính xác cao

- Năng suất cao

- Khả năng hiệu chuẩn (calibration) đáng tin cậy

- Có khả năng tích hợp vào hệ thống sản xuất chung

Để có thể đạt được những mục tiêu trên đòi hỏi cần phải có những thiết

bị đo lường hiện đại, chính xác và hiệu quả, đồng thời phải nghiên cứu và phát triển những kĩ thuật đo lường tiến bộ hơn Một trong những kĩ thuật mới nhất hiện nay, được xem như là tác nhân thúc đẩy sự phát triển của kĩ thuật đo lường, là kĩ thuật đo tọa độ (Coordinate Measuring Technique) được áp dụng trong các máy đo tọa độ

Máy đo tọa độ (Coordinate Measuring Machine – CMM) là một hệ

thống được trang bị các cơ cấu để di chuyển hệ thống đầu dò, nhằm mục đích xác định tọa độ trong không gian của các điểm trên bề mặt vật thể và thực hiện các quá trình xử lí đối với dữ liệu thu thập được (theo tiêu chuẩn ISO

10360 – 1:2000) Được xem là một trong những ứng dụng rộng rãi của hệ thống CAT (Computer Aided Testing), các máy CMM là một hệ thống tích hợp kỹ thuật của các lĩnh vực cơ khí, điện - điện tử, máy tính, có thể xác định

được kích thước các vật thể phức tạp, vật thể quá lớn hay quá nhỏ ở cả ba chiều tọa độ với độ chính xác rất cao mà các thiết bị đo truyền thống không thể thực hiện được

Sự ra đời của các máy đo tọa độ đánh dấu một bước phát triển của thiết

bị đo lường, góp phần nâng cao vai trò của đo lường trong sản xuất Độ chính xác cao cùng với khả năng tích hợp dễ dàng với các module khác đã giúp cho CMM có một vị trí quan trọng không những trong lĩnh vực đo lường mà còn trong sản xuất hiện đại

Chức năng cơ bản của máy đo tọa độ là xác định hình dạng thực của vật thể, so sánh với hình dạng danh nghĩa và xác định các thông số như kích thước, vị trí và hướng của vật thể Hình dạng thực của vật thể được xác định bởi đầu dò bằng cách đo những điểm riêng biệt trên bề mặt vật thể, mỗi điểm

đo được mô tả bởi tọa độ của chúng Từ tập hợp các điểm này, máy tính sẽ

mô hình hóa lại vật thể thật thông qua các giải thuật nội suy thích hợp Ta có thể mô tả quá trình trên thông qua sơ đồ minh họa sau đây:

Hình 1.1: Thu thập dữ liệu tập hợp điểm trên bề mặt vật thể

x y z

CMM

Hình 1.2: Tính toán vật thể thay thế dựa trên dữ liệu thu thập được

Hình 1.5: Máy đo tọa độ

theo trục x và y với lượng dịch chuyển lần lượt là 610mm (24 in) và 381mm (15 in), sử dụng một đầu dò dạng hình côn và có độ chính xác 0.025mm

Năm 1959, hãng Bendix của Mỹ đạt được thỏa thuận để bán những chiếc máy Ferranti CMM ở thị trường Bắc Mỹ Máy đo tọa độ Ferranti được hãng Bendix trưng bày tại triển lãm máy công cụ quốc tế Chicago vào năm

1960

Máy đo tọa độ Ferranti được bán đầu tiên cho công ty Western Electric cũa Mỹ Bằng việc thay thế các kĩ thuật kiểm tra truyền thống bằng máy CMM, thời gian kiểm tra chi tiết sau gia công đã giảm từ 20 phút xuống còn 1 phút Sự ưu việt của CMM từ đó được thừa nhận rộng rãi và thị trường dành cho máy CMM bắt đầu hình thành

Năm 1961, nhằm đáp ứng yêu cầu mở rộng thị trường, việc bán các máy Ferranti CMM được bàn giao cho Sheffield, một công ty tách ra từ Bendix vào năm 1956 Trong những năm 1961 đến 1964 đã có hơn 250 máy CMM được bán bởi Sheffield Thương hiệu CORDAX (được đặt theo cách viết tắt của cụm từ Coordinate Axes) trở nên nổi tiếng trên toàn thế giới Một thỏa thuận đạt được với Ferranti cho phép Sheffield chế tạo máy CMM tại

Mỹ

Thị trường máy CMM ngày càng phát triển mạnh mẽ với sự tham gia của nhiều công ty lớn trên thế giới Năm 1965, tập đoàn DEA (Digital Electronic Automation) của Italia sản xuất ra chiếc máy CMM 3D điều khiển bằng tay để kiểm tra các mẫu chi tiết Năm 1973, DEA chế tạo thành công máy CMM tự động đầu tiên

Năm 1968, hãng Mitutoyo của Nhật thiết kế thành công máy đo trong mặt phẳng x – y Sau đó là CMM đo được cả phương z Năm 1980, Mitutoyo giới thiệu chiếc máy CMM đầu tiên được điều khiển bởi máy tính (Direct Computer Control Coordinate Measuring Machine – DCC CMM)

Năm 1973 hãng Carl Zeiss của Đức giới thiệu máy CMM vạn năng đầu tiên được trang bị đầu dò 3D, từ đó mở ra khả năng dò quét liên tục trong việc kiểm tra chi tiết gia công Năm 1978, Carl Zeiss tiếp tục cho ra đời máy CMM WMM850 trang bị đầu dò dạng kích chạm có gắn cảm biến áp điện (piezo – electric sensor) Đầu dò trên cho phép máy đạt độ chính xác cao hơn, đồng thời giá thành rẻ hơn so với các máy CMM trước đó Năm 1982 Carl Zeiss cho ra đời ZMC 550, chiếc máy CMM đầu tiên được thiết kế để đo lường bánh răng và hệ thống truyền động trong các thiết bị

Năm 1985 Carl Zeiss và Sheffield chế tạo những máy CMM đầu tiên

có phần mềm bù trừ sai số Kĩ thuật bù trừ sai số bằng phần mềm đã mở ra hướng phát triển mới cho các máy CMM hiện đại

Năm 1989 Carl Zeiss giới thiệu máy UPMC 850 CARAT với độ ổn định đường dẫn hướng được nâng cao

Bên cạnh các sản phẩm đã được thương mại hóa như đã trình ở trên thì việc nghiên cứu nhằm nâng cao độ chính xác của máy đo CMM còn được thể hiện qua các luận án tiến sĩ [4], [5], [14] Từ năm 1997 đến nay, các nghiên cứu này tập trung vào các nguyên lý mới để có thể chế tạo các máy đo tọa độ

có độ chính xác cao, cực cao và độ chính xác cỡ nano

Theo xu hướng nghiên cứu các máy đo tọa độ có độ chính xác cao còn

có các GS Fan [9], Đại học quốc gia Đài Loan, và GS Fei của Đại học An Huy, Trung quốc, Giáo Sư K Takamasu [10] ở Đại học Tokyo, Nhật Bản đã

đề xuất một loại máy đo có cấu trúc động học song song với độ chính xác rất cao

Các đại học ở Đài Loan nghiên cứu ứng dụng máy đo tọa độ để phát triển nhanh công nghiệp sản xuất khuôn mẫu Trường đại học North Canolin,

Mỹ lại quan tâm đến các giải pháp giảm sai số động học của máy, cũng như phát triển Video CMM Trường Đại học Windson của Canada lại nghiên cứu đến hoạch định quỹ đạo của đầu dò khi đo các bề mặt phức tạp, Viện nghiên cứu kỹ thuật công nghệ của Hàn Quốc lại tập trung cho việc hiệu chỉnh các sai số

Nói tóm lại, cho đến thời điểm này đã có khoảng 30 luận án tiến sĩ nghiên cứu về máy đo tọa độ Những nghiên cứu này được khoảng 30 hãng, công ty thương mại hóa và tạo ra thị trường các loại máy đo rất đa dạng Bản thân các hãng, công ty không ngừng nghiên cứu để hoàn thiện và nâng cao tính năng hoạt động của thiết bị Các máy đo tọa độ phát triển từ cơ khí hóa

Hình 1.7: Máy đo tọa độ UPMC 850

CARAT

Hình 1.6: Máy đo tọa độ ZMC 550