شناسايي فاكتورهاي طراحي بازوي اندازه گيري مختصاتي دقيق به روش طراحي آزمايش

Identifying Design Factors of Coordinate Measurement Arm using Design of Experiment Method

با توجه به اينكه بازوهاي اندازه¬گيري مختصات براي كار در شرايط كنترل نشده محيطي طراحي مي¬شوند، خطا و قابليت اطمينان اندازه¬گيري اين سيستم¬ها تحت تأثير هر يك از منابع عدم قطعيت مي‏باشد. در نتيجه در راستاي طراحي چنين سيستم¬هايي مي-بايست اين پارامترها و منابع عدم قطعيت شناسايي و تأثير آنها مورد ارزيابي قرار گيرد. در اين مقاله يك بازوي اندازه¬گيري مختصاتي قابل حمل سه درجه آزادي با شعاع فضاي كاري و حداكثر خطاي مجاز اندازه‏گيري معين و قابليت اطمينان اندازه‏گيري 99.7% مورد مطالعه قرار مي¬گيرد. با توجه به اينكه دقت نهايي سيستم تحت تأثير منابع عدم قطعيت مي¬باشد، شناسايي دقيق آنها جهت ايجاد يك طراحي همه جانبه و بهينه ضروري مي¬باشد. در اين سيستم تمام منابع ايجاد خطا از جمله قطعات دستگاه، شرايط محيطي، خطاي انكودرهاي مفاصل بازو، خطاي ناشي از انبساط حرارتي و در نهايت خطاي ناشي از لقي مفاصل و حساسه بررسي شده است و با توجه به ماهيت غيرقطعي و تصادفي اين منابع عدم قطعيت با استفاده از روش مونت¬كارلو شبيه‏سازي و قابليت اطمينان سيستم با حضور اين منابع عدم قطعيت در فضاي كاري ارزيابي مي¬شود. سپس با استفاده از روش طراحي آزمايش اثر هر يك از منابع عدم قطعيت سيستم بر اساس قابليت اطمينان مورد ارزيابي قرار گرفته و سه عامل عدم قطعيت با بيشترين تأثير جهت طراحي انتخاب مي¬شوند. به عبارت ديگر از روش طراحي آزمايش كه يك روش آماري و يكي از ابزارهاي مهندسي كيفيت است، جهت ارزيابي حساسيت سيستم (پاسخ سيستم بر اساس قابليت اطمينان) به منابع عدم قطعيت، استفاده شده است.

Since the coordinate measuring arm is designed to work in uncontrolled environmental conditions, measurement errors and reliability of these systems are influenced by any of sources of uncertainty. As a result, in order to design such systems, should parameters and sources of uncertainty are identified and their impact evaluated. In this paper, a portable coordinate measuring arm is studied with a given workspace radius and maximum permissible error of measurement and reliability of 99.7%. Considering that the ultimate accuracy of the system is affected by sources of uncertainty, accurate identification them is necessary to create a comprehensive design and optimization. In this system, all sources of error such as machine parts, environmental conditions, the encoder s error, error due to thermal expansion and ultimately errors due to clearances and probe have been investigated. According to non-deterministic and stochastic nature of these uncertainty sources, simulation is done using Monte Carlo method and system reliability is evaluated by the presence of these uncertainty sources. Then the effect of each uncertainty sources is evaluated using design of experiment method (DOE) based on reliability and finally three uncertainty factors with the greatest impact are selected for design. In other words, DOE method that is a statistical method and is one of the tools of quality engineering, have been used for assessing the sensitivity of the system (system response based on reliability) to uncertainty sources.