CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ MÁY CMM 1. Lịch sử phát triển của máy CMM 1.1 Lịch sử phát triển của đo lường.1 Sự phát triển của đo lường trong nền văn minh cổ đại. Đo lường đã được phát triển từ rất lâu trước đây, nhiều công trình cổ đại cho thấy sự phát triển của đo lường đã đạt được nhiều thành tựu to lớn. Ví dụ bao gồm Vạn Lý Trường Thành của Trung Quốc, các tảng đá nguyên khối trên Đảo Phục Sinh, các ngôi đền của người Maya ở Nam Mỹ và Stonehenge ở Anh.
Các kim tự tháp của Ai Cập là một trong những kim tự tháp ấn tượng nhất. Đại kim tự tháp Cheops (Khufu), được xây dựng cách đây khoảng 4.000 mét vuông và chứa khoảng 2.000 khối đá có khối lượng trung bình là 2.270 kg mỗi khối. Người ta đã ước đoán rằng phải mất 100.000 người đàn ông từ 20 đến 30 năm để hoàn thành kim tự tháp. Đây là nỗ lực tương tự như nỗ lực trong nhiều năm của con người để đưa một người đàn ông lên mặt trăng.
Những công cụ xây dựng hạng nặng duy nhất dành cho người Ai Cập là đòn bẩy, con lăn và những con dốc bằng đất rộng lớn. Khả năng đo lường của người Ai Cập có thể đã được cải tiến rất nhiều vì người ta ước tính rằng sự khác biệt về chiều cao của các góc đối diện của kim tự tháp ở đáy của nó chỉ là 13 mm (Morse và Babcock 2009).1 Đo lường được mô tả trong lăng mộ Rekhmire ở Thebes Một bản ghi chép ban đầu về phép đo đã được tìm thấy trong lăng mộ của Rekhmire ở Thebes (Hình 1.1), có niên đại từ thế kỷ thứ mười lăm trước Công nguyên. Đối với những người liên quan đến đo lường thủ công trong quá trình này, điều thú vị là phải lưu ý rằng nhiệm vụ đo của họ được thực hiện đồng thời với quá trình làm việc. Giải thích trong Hình 1.1 đơn giản rằng các mặt phẳng bên của các khối được làm phẳng bằng một sợi dây – điều này là rất khó để làm phẳng toàn bộ bề mặt.
Các sợi dây được căng để kiểm tra chỗ nhô cao khỏi bề mặt và sau đó các chỗ nhô được loại bỏ bằng một chiếc đục.2 Cubit – một trong những đơn vị đo đầu tiên. Từ những thời kì phát triển đầu tiên của đo lường, con người đã chọn bộ phận tự nhiên của mình làm cơ sở cho các đơn vị đo lường đầu tiên - chiều dài của cẳng tay, bàn chân và chiều rộng của ngón tay. Các đơn vị như vậy luôn có sẵn và dễ hiểu. Trong số này, cubit trở thành vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong thế giới cổ đại.
Cubit được định nghĩa là khoảng cách từ khuỷu tay đến cuối ngón tay giữa duỗi ra. Tuy nhiên, chiều dài cánh tay của 1 người là không đồng nhất, do đó người Ai Cập đã có cho mình cách giải quyết. Hình cho thấy một bản sao của tiêu chuẩn chính của cubit hoàng gia Ai Cập. Tiêu chuẩn dựa trên độ dài của cẳng tay của Pharaoh Amenhotep I (khoảng năm 1550 TCN).
Nó dài khoảng 524 mm (Hình 1.2 ) và được gọi là cubit hoàng gia. Như được minh họa trong bản sao này, tiêu chuẩn được chia nhỏ bằng các vạch chia khối lập phương thành 2 nhịp, 6 gang tay và 24 chữ số. Các chữ số lần lượt được chia thành một nửa, một phần ba, một phần tư và giảm xuống còn 16 phần. Tổng thể cubit hoàng gia được làm bằng đá granit đen và được đặt dưới sự giám sát của kiến trúc sư hoàng gia.
Các cubit “làm việc” làm bằng gỗ được nhân bản từ cubit hoàng gia và được các nghệ nhân sử dụng trong các kim tự tháp lớn, lăng mộ và đền thờ.2 Cubit của hoàng gia Ai Cập 1.3 Sự ra đời của những dụng cụ đo đầu tiên Bắt nguồn từ điều hướng bằng cách sử dụng vị trí của mặt trời, mặt trăng và các ngôi sao đòi hỏi phải có các góc độ chắc chắn và chính xác, William Gascoigne, một nhà thiên văn học, đã phát triển một công cụ thiên văn bằng cách sử dụng một sợi vít vi sai (Towneley 1666). Gascoigne đã đo đường kính của mặt trời, mặt trăng và các thiên thể khác bằng phương pháp tam giác. Điều này đòi hỏi một phép đo rất chính xác về đường kính của mục tiêu tại thị kính Trang 9 của kính thiên văn. Ông biết bất kỳ sai sót nào trong việc đo lường hình ảnh trong kính thiên văn của mình sẽ gây ra sai số điều hướng lớn.
Thách thức của Gascoigne là đo chính xác hình ảnh trong kính thiên văn của mình. Sử dụng một thang chia độ đến hàng trăm inch sẽ là quá thô. Ngay cả khi đã có một thang có độ chia tốt hơn, khó khăn trong việc đọc nó vẫn có khiến nó không được sử dụng. Một phương tiện đo lường khác là cần thiết.
Gascoigne đã giải quyết vấn đề đo lường bằng cách tạo ra thước cặp, các đầu kẹp chỉ thị của chúng được di chuyển đồng thời theo các hướng ngược nhau bằng một con vít có một đầu ren thuận tay trái và một đầu ren tay phải ở đầu kia. Gascoigne đo số lượng ren trên mỗi inch bằng thang chia độ và do đó, tính toán bước vít. Tương tự như vậy, anh ta tính toán trước cho bất kỳ vòng quay nhỏ nào của vít. Đây là ý tưởng cơ bản mà panme hiện đại dựa trên đó.
Theo ghi chép của riêng mình, Gascoigne có thể đo góc đến giây. Gascoigne không quan tâm đến các phép đo cơ học và không thể thấy trước khả năng khám phá của mình trong tương lai. Trên thực tế, anh ta không cố gắng cấp bằng sáng chế cho thiết bị của mình. Hồ sơ cho thấy bằng sáng chế đầu tiên về “thước cặp vít” đã được cấp cho một thợ cơ khí người Pháp, Jean Laurent Palmer, vào năm 1848 (Roe 1916).
Đây là một dụng cụ bỏ túi và là tiền thân của panme hiện nay. Một cuốn tiểu sử của Joseph R. Brown cho biết rằng vào năm 1852, ông đã phát minh ra một cỗ máy phân chia mà từ đó ông đã chế tạo ra một thước đo vernier đọc chính xác đến phần nghìn inch. Động cơ phân chia đầu tiên của ông được đặt tại Bảo tàng Chính xác Hoa Kỳ ở Windsor, Vermont.
Tiếp tục phát triển thêm panme. Năm 1867, rắc rối xảy ra giữa Công ty Đồng thau Bridgeport và Công ty Hộp mực kim loại Union liên quan đến độ dày của tấm đồng thau mà Bridgeport cung cấp cho Union. Union trả lại lô hàng là không thể chấp nhận được. Khi kiểm tra lại các tấm, Bridgeport thấy chúng đáp ứng các thông số kỹ thuật.
Rắc rối là thiết bị của Union Company khác với thiết bị của Bridgeport. Cả hai đều khác với một thiết bị thứ ba được đưa đến để giải quyết tranh chấp. Tất cả các thiết bị đo được cho là dựa trên Tiêu chuẩn của Hoa Kỳ về thiết bị đo bằng dây được thông qua vào năm 1857. Tình huống này đòi hỏi phải có biện pháp khắc phục.3 Panme đầu tiên năm 1867 Giám đốc của Bridgeport, S.
Wilmot, đã thiết kế một panme có kích thước chính xác đến phần nghìn inch. Nó được đọc bằng một con trỏ di chuyển qua một đường xoắn ốc được khắc có cùng độ cao với vít panme. Các đường trục trên hình xoắn ốc được khắc cho biết kích thước của lỗ mở micromet. Những nỗ lực của Wilmot để tiếp thị chiếc micromet của mình đã không thành công vì dụng cụ này quá phức tạp để sử dụng trong thực tế.
Sự gần gũi của các điểm phân loại khiến việc đọc chúng trở nên khó khăn và không có chỗ cho các số liệu. Cũng vào khoảng thời gian đó, J. Brown và Lucian Sharpe, trong khi đến thăm Triển lãm Paris, đã nhìn thấy một panme Palmer. Sử dụng những gì họ cho là tính năng tốt nhất của cả thiết kế Palmer và Wilmot, họ đã giới thiệu panme Brown & Sharpe vào năm 1867.
Đây là panme cơ khí thực tế đầu tiên được bán trên thị trường tại Hoa Kỳ (Hình 1. Đến năm 1877, những panme này đã được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp gia công kim loại. Độ chính xác của ngày đó còn nhiều vấn đề đáng quan tâm. Dụng cụ đo lường trong nhà máy sản xuất súng trường bao gồm thiết bị đo vòng quay, thước cặp trượt và một panme.
Thiết bị chế tạo là các khối thép, mỗi khối một kích thước. Mặc dù ý tưởng về dung sai đã được công nhận, nhưng không có ý tưởng nào được thể hiện trên các bản vẽ làm việc. Khi chính phủ Thụy Điển lựa chọn một khẩu súng trường có băng đạn, vấn đề chế tạo càng trở nên phức tạp. Một đơn đặt hàng súng trường đã được đặt hàng với Mauser-Werke, một công ty của Đức.
Hợp đồng quy định rằng một ủy ban từ nhà máy Eskilstuna sẽ kiểm tra súng trường mới và được cung cấp đầy đủ thông tin để cho phép sản xuất thêm tại Eskilstuna. Johansson là một thành viên của ủy ban này đã đến Đức vào năm 1894. Nhiệm vụ sản xuất các khối căn mẫu riêng lẻ theo cách thông thường cho nhiều kích thước quan trọng của súng trường Mauser mới khiến Johansson kinh hoàng. Ông tin rằng phải có một cách hiệu quả hơn để kiểm soát các chiều.
Johansson sau đó đã có ý tưởng tuyệt vời của mình là tạo ra một tập hợp các khối có kích thước đồng nhất, có thể được sử dụng đơn lẻ hoặc kết hợp để cân bằng với nhiều kích thước sản xuất gặp phải. Khi trở về Thụy Điển năm 1896, Johansson đã hoàn thành việc tính toán kích thước khối của mình. Đơn xin cấp bằng sáng chế Trang 11 của ông (Althin 1948) đã chỉ định kích thước của 111 khối trong bốn loạt. Từ các khối này, bất kỳ kích thước nào từ 2 đến 202 mm có thể được thiết lập theo các bước 0,001 mm cho tổng số 200.000 kết hợp đo lường khác nhau.
Một tập hợp điển hình ban đầu được thể hiện trong Hình 1.4 Hộp căn mẫu tại bảo tàng Hoa Kỳ 1.4 Sự ra đời của máy CMM. Một số máy đo lường, không chỉ là máy so sánh theo nghĩa thường được chấp nhận, đã được sản xuất (Hume 1953). Mặc dù các loại máy đo thời kỳ đầu khác nhau về kiểu dáng và nguyên lý hoạt động, nhưng chúng có đặc điểm chung là chứa các tiêu chuẩn đo lường riêng dưới dạng một thang đo hoặc các thang đo, panme hoặc các thiết bị khác. Máy ma trận được thiết kế như một thiết bị trung gian giữa máy so sánh tầm ngắn và máy đo độc lập.
Nó dựa trên thiết bị đo trượt cùng với một panme được sử dụng cùng với một chỉ báo.