Đang tải... (xem toàn văn)
tài liệu tham khảo tìm hiểu về cơ sở thiêt kế, nguyên lý hoạt động của phương pháp đo và mô hình máy
Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ Mở ĐầU Trên thực tế, bề mặt có dạng hình trụ cầu chiếm tỉ lệ lớn sản phẩm khí, đăc biệt chi tiết có độ xác cao, đòi hỏi độ tròn dới 1àm nh ổ bi, bề mặt trục lắp với ổ bi, pittông, xi lanh, bơm cao áp, thấu kính quang học Trớc để đo biên dạng kiểm tra độ tròn chi tiết ngời ta thờng dùng phơng pháp đo cổ điển nh là: Phơng pháp hai tiếp điểm (sử dụng panme,đồng hồ số), phơng pháp ba tiếp điểm (sử dụng khối V) Các ph ơng pháp có khả phát độ tròn tơng đôi tốt, nhng thích hợp với bề mặt không bị khuyết, suất hiệu công việc không cao Đặc biệt, cần đo chi tiết đòi hỏi độ xác cao, sai số gá đặt v ợt giới hạn cho phép Để giải khó khăn cần có phơng pháp thiết bị đo mà đó, thực thao tác đo không cần phải quan tâm đến vấn đề gá đặt tâm chi tiết trùng với tâm bàn đo Với phát triển khoa học kĩ thuật nh ngày nay,đặc biệt ngành công nghệ thông tin,kĩ thuật điện tử việc ghép nối với máy tính để qua sử lí số liệu đo trở nên đơn giản hiệu qủa nhiều Chính từ khả u việt nh đà cho đời thiết bị đo đáp ứng đợc hầu hết yêu cầu kĩ thuật khắt khe mà với phép đo thông thờng khó đáp ứng đợc, máy đo biên dạng chi tiết tròn Độ tròn biên dạng chi tiết đo đ ợc xác định cách xác thông qua xử lí số liệu đo đà đợc lập trình cài đặt sẵn máy tính Mặc dù máy đo biên dạng chi tiết tròn có nhiều tính mà với phép đo thông thờng khó thực cách xác , song tình hình thực tế sản xt c¬ khÝ ë ViƯt Nam hiƯn cha cã sở đa tính u việt máy áp dụng vào sản xuất giá thành cao Việc Khoa khí _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ tìm hiểu khai thác tính cha đợc quan tâm lu ý nhiều số khó khăn khác Nội dung đề tài tốt nghiệp tìm hiểu sở thiết kế, nguyên lí hoạt động phơng pháp đo mô hình máy phòng nghiên cứu đo lờng môn Cơ Khí Chính Xác Quang Học_ khoa Cơ Khí_ trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Trong suốt qúa trình tìm hiểu nghiên cứu máy đo độ tròn chúng em đà nhận đợc ủng hộ nhiệt tình ý kiến đóng góp đầy qúy báu thầy cô giáo môn, đặc biệt hớng dẫn đầy nhiệt tâm thầy giáo trực tiếp hớng dẫn Nguyễn Văn Vinh đà giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án Qua em xin đợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy , cô Kính chúc thầy, cô dồi sức khỏe để tiếp tục dậy dỗ, bảo hớng dẫn trang lứa sinh viên nh chúng em trờng, tạo điều kiện cho chúng em đợc đóng góp phần søc lùc nhá bÐ cđa m×nh cho x· héi, cho đất nớc Khoa khí _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ Chơng I đo biên dạng chi tiết tròn máy đo I Định nghĩa độ tròn Độ tròn đuợc định nghĩa sai lệch lớn bề mặt thực chi tiết đến đờng tròn áp Đờng tròn áp đờng bao quanh tiếp xúc với đờng giới hạn bề mặt thực Nếu gọi Ra bán kính vòng tròn áp , Rt bán kính bề mặt thực lấy tâm với đờng tròn áp sai lệch hai đờng tròn đợc viết là: trßn = Ra − Rt max Hay : ∆ trßn = R max Rmin Bề mặt thực Vòng tròn ¸p R R ma x H×nh I.1 Khoa khí _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ II Các phơng pháp đo độ tròn Độ tròn chi tiết đợc xác định thông qua quan sát lợng biến thiên đơng kính : phơng pháp đo tiếp điểm, phơng pháp đo tiếp điểm + Phơng pháp đo tiếp điểm (H_I.2) : Phơng pháp đợc sử dụng tiết diện đo có méo cạnh chẵn Hình I.2_ Phơng pháp đo hai tiếp điểm Công thức tính độ tròn : tròn = X Max X Min Muốn đo đợc Xmax Xmin cần phải đo liên tục toàn vòng Trong chuyển đổi đo thờng đứng yên, chi tiết quay toàn vòng Với phơng pháp đo chi tiết phải xoay liên tục , đầu đo rà bề mặt chi tiết làm mòn đầuđo mặt chuẩn đo Trên thực tế, để tránh làm tổn hại dụng cụ đo làm mòn bềmặtchuẩn đo, ®ång thêi ®Ĩ cho qóa tr×nh thùc hiƯn phÐp ®o đợc nhanh ngời đo nên thực phép đo theo số điểm định nh hình I.3 : Khoa khí _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ I I ii ii iii iii ii ii I iv ii ii iii I I iii iv I Hình I.3 + Phơng pháp đo tiếp điểm (H I.4) : Phơng pháp đợc sử dụng tiết diện đo có méo cạnh lẻ Hình I.4_ Phơng pháp đo ba tiếp điểm Công thức tính ®é trßn : ∆trßn = X max − X α Sin + Khoa c¬ khÝ _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ Trong gócV đợc chọn theo sè c¹nh n cđa mÐo : α = 180 o 360 n Các phơng pháp xác định độ tròn thông qua biến thiên đ0 ờng kính (Di ) Nhận xét: Các phơng pháp đo độ tròn nêu có khả đo độ tròn tơng đối tốt Tuy nhiên phơng pháp cho suất không cao, độ xác nhiều hạn chế thích hợp với bề mặt không bị khuyết Chính lý đó, nên cần phải có thiết bị đo tiên tiến hơn, có khả phát độ tròn cách xác đo đợc nhiều bề mặt phức tạp Với ph¸t triĨn cđa khoa häc kÜ tht nh hiƯn nay, đặc biệt ngành công nghệ thông tin việc ghép nối với máy tính để lấy xử lí số liệu trở nên đơn giản hiệu qủa nhiều Máy đo độ tròn đợc tìm hiểu thiết kế dựa sở III Xây dựng công thức xác định độ không tròn hệ tọa độ cực Để thực phép đo độ tròn hệ tọa độ cực yêu cầu đặt phải đặt đợc tâm chi tiết trùng với tâm quay bàn đo, điều thực tế khó khăn Đối với máy đo độ tròn, chi tiết đợc đặt bàn đo nên có độ lệch tâm e tâm thực chi tiết tâm quay bàn đo Số đo bán kính Ri có lẫn độ lệch tâm e đó, nhng xác định đợc tâm thực bán kính thùc cđa chi tiÕt tõ tËp hỵp n bé sè đo (i, Ri ) _ độ biến thiên góc quay biến thiên bán kính chi tiết mà máy đo thu đợc qúa trình đo Khi độ tròn chi tiết : tròn = Rctmax - Rctmin Khoa khí _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ Hình 1.5 cho thấy tâm bàn đo O (gốc tọa độ độc cực), tâm thực chi tiết O1, OO1= e, la độ lệch tâm OO lập víi trơc Ox mét gãc α ϕ = Xét i, điểm đo Mi , số đo OMi= ri , bán kính thực OMi= Ri Ri ri mi o1 o e H×nh I.5 XÐt ∆OO1Mi : áp dụng định lí hàm số cos : R i2 = O1 M i2 = OM i2 + OO12 − 2OM i OO1 cos(O1OM i ) Ri2 = ri + e − 2ri eCos ( ϕ i − α ) Ri = e + ri − 2eri Cos (ϕ i − α ) B¸n kÝnh trung bình chi tiết đo: R tb = Ri n Khoa khí _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ Nh bán kính điểm đờng tròn sai lệch so với bán kính trung bình giá trÞ : ∆Ri = Ri − Rtb = Ri − Ri n Luôn tìm đợc đờng tròn xấp xỉ tốt với tập hợp n điểm đo Phuơng pháp bình phơng nhỏ Rtb bán kính gần với số liệu đo tổng bình phơng sai lệch đo Ri đạt giá trị nhỏ , nghĩa là; ∑(∆Ri)2 = F(e, α) ==> (*) Trong F(e,α) c¸c giá trị ri i tọa độ điểm đo số đà biết, hai ẩn số la độ lệch tâm e góc lệch , biểu thức (*) tháa m·n : ∂F ∂F = =0 ∂e Thay giá trị Ri lấy đạo hàm riêng biểu thức F(e, ) theo e, vào phơng trình (I.1) đợc: e ri cos( ϕ i − α ) = = F1 (e,α ) ∑ ( e − ri Cos (ϕ i − α ) − n ∑ ( Ri )∑ Ri er sin ( ϕ − α ) ( er sin ( ϕ − α ) ) − = = F2 (e,α ) ∑ i ∑ ( Ri ) i R i i n i (I.2) Đây hệ phơng trình hai ẩn siêu việt, phi tuyến nên ta giải phơng pháp thông thờng mà phải dùng phơng pháp gần Có nhiều phơng pháp để giải phơng trình này, ta dùng phơng pháp lặp Newton Giả sử nghiệm gần hệ (I.2) e1, sai khác so với nghiệm lợng tơng ứng h1, k1nên hệ (I.2) viết thành: [ ] F1 ( e,α ) = F1 ( e1 + h1 ) , ( α + k1 ) = F2 ( e,α ) = F2 ( e1 + h1 ) , ( α + k1 ) = [ ] Khoa c¬ khÝ _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ Khai triển TAYLOR cho hệ (I.3) giá trị nghiệm e 1, có: ( ) + ∂∂eF h + ∂∂αF k + θ ( h ; k ) = ( ) + ∂∂eF h + ∂∂ αF k + θ ( h ; k ) = 1 F1 e ,α F e1 , α 1 1 2 1 1 1 1 Trong ®ã 1, đại lợng vô bé cấp cao h1, k1 nên cách gần ta có hệ hai phơng trình bậc với ẩn h1, k1: a1 + b1h1 + c1k1 = a2 + b2 h1 + c2 k1 = a1 c −a c1 h1 = b2 c1 −b1 c ∂F1 b1 = ∂e a b1 −a1 b2 e − R Cos (α c) − b2 − ϕ 1 + A b1 c = n − ∑ n R k = 1 n i i i =1 { ( Rict − e1 − Ri Cos α − ϕ i A = ∑ Rict ∑ Rict i =1 i =1 n b2 = n ict )} n ∂F2 = ∑ Ri Sin α − ϕ i − ( B1 + B 2) ∂e1 i =1 ( ) ( n e1 − Ri Cos α − ϕ i B1 = ∑ n i =1 Rict ) ( e1 Ri Sin α − ϕ i ∑ Rict i =1 n )( ( ) ( n R − e1 e1 − Ri Cos α − ϕ i n Rict ∑ Rict Sin α − ϕ i ict ∑ i =1 n i =1 Rict Giải hệ phơng trình (I.5) ta tìm đợc: ( B2 = ( ) a1 = F1 e1 , α ; ( ) a = F2 e1 , α ; Khoa c¬ khÝ _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học ))) Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ Trong đó: c1 = F1 F2 = = b2 ∂ α ∂ e1 n ∂F2 e1 Ri Sin(α − ϕ i ) 1 + C c = = ∑ e Ri Cos (α − ϕ i ) − n Rict ∂α i =1 1 n n e Ri { Rict Cos (α − ϕ i ) − e Ri Sin (α − ϕ i )} C = ∑ Rict ∑ Rict i =1 i =1 Thay giá trị h1, k1 vừa tìm đợc vào biểu thức (I.5) tiến hành phép lặp nhận đợc hn [h], kn [k] Phép lặp theo phơng pháp NEWTON đà đợc chứng minh luôn hội tụ nghiệm Tuy nhiên, số lần lặp phụ thuộc vào việc chọn giá trị nghiệm gần Nếu không đợc tính toán trớc, nghiệm xa so với nghiệm số lần lặp lớn Để giảm bớt số lần lặp, nhanh chóng nhận đợc nghiệm, cần có biện pháp xác định nghiệm gần [h], [k] sai số nghiệm gần tìm đợc nghiệm thực Nó phụ thuộc vào độ phân giải panme điều chỉnh tâm theo hai trục X, Y chỉnh tâm Với mô hình đà chế tạo độ phân giải panme 0.01mm nên chọn [h] = [k] = 0.005 III.1 Chọn số liệu ban đầu cho vòng lặp: Việc chọn lựa số liệu ban đầu cho vòng lặp có ảnh hởng định đến số bớc lặp Nếu chọn số liệu ban đầu sai khác nghiệm toán nhiều số lần lặp tăng Qua ba điểm không thẳng hàng dựng đợc đờng tròn, nhiên số điểm đo ®iỊu quan träng lµ chän ba ®iĨm ®o nµo ®Ĩ độ lệch tâm 10 Khoa khí _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ Trong máy đo độ tròn thờng góc i i+1 lợng = 360 , với n số điểm đo Số điểm đo n ngời điều khiển máy n nhËp vµo tõ bµn phÝm theo ý muèn bắt đầu thực qúa trình đo II.2 Cảm biến đo độ dài II.2.1 Cấu tạo Gồm đầu đo mang răng, ăn khớp với bánh Z lắp cố định đồng trục với bánh Z3, bánh Z3 ăn khớp với bánh Z1 Đĩa chia độ đợc gắn trục bánh Z1 nằm Led hồng ngoại photodiod Hình II.7_ Cấu tạo sensor đo độ dài Thanh răng; Bánh Z2; Bánh Z1; Photodiod; Led hồng ngoại ; Đĩa chia độ; Bánh Z3 22 Khoa khí _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ Trong mô hình độ xác cảm biến đo độ dài 0,01 mm Nghĩa đầu đo dịch chuyển đợc 1mm đĩa chia độ đợc gá đồng trục với bánh Z3 phải quay đợc vòng tín hiệu thu đợc đầu cảm quang sau qua chuyển đổi đa đến đếm phải đủ 100 xung Để đạt đợc điều đĩa chia độ phải đợc chia thành 200 khoảng sáng tối nằm xen kẽ lẫn toàn chu vi đĩa Cấu tạo đĩa chia độ cảm biến đo độ dài tơng tự nh cấu tạo đĩa chia độ cảm biến đo góc, nhiên, số khoảng sáng, tối đợc tính toán phụ thuộc vào độ xác cảm biến đo độ dài II.2.2 Nguyên lý hoạt động Khi thực qúa trình đo, chi tiết quay, đầu đo tiếp xúc với chi tiết, cảm biến đo độ dài cảm nhận đợc biến thiên bán kính chi tiết đo, trục đo lúc chuyển vị làm quay bánh Z2, thông qua khuếch đại gồm bánh Z3 Z1 làm cho đĩa chia độ quay theo Khi đầu vào cảm quang (gồm đĩa chia độ, Led hồng ngoại photodiod) thay đổi trạng thái dẫn đến xuất tín hiệu điện áp đầu cảm quang Tín hiệu điện áp có dạng xung sin đợc đa đến tạo xung vuông vi phân để xác định chiều đếm thuận (đếm lên) hay ngịch (đếm xuống), sau đợc đa vào ®Õm thn ngÞch BCD, qua bé m· hãa ®Ĩ ®a đến hiển thị Mặt khác , sau đợc đa vào đếm thuận ngịch BCD, tín hiệu đợc đa vào máy tính để lấy liệu thông qua đệm va chốt Bộ cảm quang cảm biến đo độ dài đợc bố trí có sơ đồ nguyên lý hoạt động giống nh cảm biến đo góc Tuy nhiên cảm quang cảm biến đo độ dài phải dùng hai photodiod qúa trình đo, độ biến thiên bán kính chi tiết tăng dần giảm ngợc lại Chính 23 Khoa khí _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ mà việc nhận biết đợc chiều đếm quan trọng phép đo, nên cần phải bố trí hai photodiod lệch pha 90 để xác định đợc chiều đếm II.3 Bàn chỉnh tâm Bàn chỉnh tâm có nhiệm vụ điều chỉnh tâm chi tiết trùng với tâm quay bàn đo sau đà tính toán độ lệch tâm Bàn chỉnh tâm đợc thiết kế để dịch chuyển theo hai phơng x ,y vuông góc với nhờ dẫn trợt sống trợt ma sát Độ dịch chuyển theo hai phơng x, y đợc xác định panme, có độ phân giải 0,01 mm, gắn dọc theo hai phơng II.4 Động dẫn động bàn đo Trong máy đo độ tròn động ding để dẫn động cho bàn đo thờng động bớc thông qua truyền bánh _ bánh II.4.1 Khái niệm động bớc Động bớc ngày đợc sử dụng réng r·i , nhê u ®iĨm nỉi bËt cđa chóng đợc diều khiển dễ dàng xung thích hợp cho việc áp dụng kĩ thuật số thuận tiện ghép nối điều khiển máy tính Một u điểm động bớc : Chuyển động rôto động bớc chuyển động liên tục nh động khác mà nhảy từ vị trí cân sang vị trí cân khác (bớc động cơ) Các bớc động xác định 24 Khoa khí _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ Chi tiết đo Bộ đếm thuận nghịch Bộ đệm I/O Bộ xác định chiều Bộ tạo xung CPU Cảmbiến đo độ dài Động Bộ đệm I/O Cảm biến đo góc Bộ tạo xung Hình II 2: Sơ đồ khối máy đo biên dạng III Nguyên lí hoạt động máy đo biên dạng chi tiết tròn Khởi động qúa trình đo, máy tính phát lệnh cho động hoạt ®éng lµm cho ®Üa chia ®é chun ®éng Nh ®· mô tả trên, đià chia độ đợc gá đồng trục với bàn chỉnh tâm, bàn đo máy, chi tiết đo đợc gá lên bàn chỉnh tâm, phận đợc lắp ráp thành khối thống nhất, cïng chung mét trơc quay,hay nãi c¸ch kh¸c , c¸c bé phËn nµy cã trơc quay trïng víi trơc quay máy.Khi động hoạt động, đià chia độ chuyển động có nghĩa bàn đo, bàn chỉnh tâm chi tiết đo chuyển động lúc Đồng thời lúc đó, động làm cho phận đo hoạt động.Chi tiết,bàn đo,bàn chỉnh tâm, đià chia độ quay tròn quanh trục quay,đầu đo tì lên chi tiết đo Thực trình đo, đầu đo tiếp xúc lên bề mặt chi tiết cảm biến đo độ dài xác định đợc độ biến thiên bán kính r1 chi tiết ( điểm đo ), lúc đĩa chia độ dịch chuyển đợc độ,cảm biến đo góc xác định đợc độ biến thiên bán kính chi tiết Lúc máy tính phát lệnh cho động 25 Khoa khí _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ dừng lại (quá trình sảy nhanh, mắt thờng quan sát đợc) để nhập thông tin bé sè liÖu (r1, ϕ 1).Cø nh vËy suèt toàn chu trình đo 360 máy tính thu đợc số liệu (ri , i ) độ biến thiên bán kính góc quay chi tiết thời điểm đo.Tổng hợp số liệu lại, thông qua chơng trình phần mềm cài đặt sẵn máy, máy tính tính đợc độ lệch tâm e chi tiết so với tâm quay góc lệch ban đầu.Để điều chØnh cho t©m quay cđa chi tiÕt trïng víi t©m quay , máy tính phát lệnh cho động dÉn ®éng quay gãc ϕ quay mét gãc ϕ = , sau dùng bàn chỉnh tâm dịch chuyển chi tiết lợng e theo phơng đầu đo Sau đà điều chỉnh xong tiến hành lặp lại phép đo thu đợc kết qủa đo vẽ đợc biên dạng chi tiết đo Đối với máy đo độ tròn vai trò máy tính quan trọng, không nơi vận hành, điều khiển hoạt động máy mà nơi tiếp nhận xử lí thông tin trình đo thông qua chơng trình phần mềm đợc cài đặt sẵn máy chuyển ®ỉi sè liƯu nh bé ®Ưm I/O, bé ®Õm thn nghịch, xác định chiều tạo xung Qúa trình chuyển đỏi xử lí tín hiệu đợc mô tả nh sau: Khi máy tính phát lệnh cho động hoạt động bắt đầu thc qúa trình đo, cảm biến đo góc đo độ dài thu đợc tín hiệu điện biến thiên góc quay biến thiên bán kính r chi tiết Để xác định đợc chiều dịch chuyển tín hiệu điện phải chuyển đổi chúng tín hiệu xung sau xác định chiều dịch chuyển lên xuống xung thông qua tạo xung Bộ đếm đợc thiết kế dựa sở đếm sờn xung lên, chu kì tín hiệu có thời điểm xung lên việc đếm xung không bị lỗi chu kì Đối với đo góc, đĩa chia ®é , bµn ®o, chi tiÕt cïng chung mét trơc 26 Khoa khí _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ quay đồng tâm phơng nên cần xác định chiều trục bàn đo theo chiều chuyển động định Nhng phận đo chiều dài, đầu đo tì lên chi tiết suốt qúa trình đo nên có biến thiên đầu đo theo hai chiều phơng mà ta gọi hai chiều dịch chuyển chiều thuận chiều nghịch Mỗi chiều dịch chuyển đợc quy định photodiod thu bố trí cảm biến đo, đo hai photodiod thu đợc hai tín hiệu ®iƯn h×nh Sin lƯch 90° vỊ pha cịng nh chu kì Từ hai tín hiệu qua phận tạo xung thu đợc hai tín hiệu xung lệch pha 90 Sau đà phân biệt hai tín hiệu thuận (xung lên) nghịch (xung xuống) chúng đợc đa vào đếm thuận nghịch Bộ đếm thuận nghịch tự động cộng thêm trừ bớt lợng gia tăng đờng dịch chuyển tuỳ thuộc vào chiều đếm thuận hay nghịch Theo phơng pháp đếm sờn xung, lần có sờn xung lên đếm nhảy lên đơn vị đếm, tùy thuộc vào chiều dịch chuyển mà giá trị đếm tăng giảm suốt trình đo Các tín hiệu sau đà đợc xử lí đợc chuyển đến máy tính để tính toán hiển thị hình thông qua ®Ưm I/O Bé ®Ưm I/O lµ bé phËn trung gian trực tiếp tiếp nhận thông tin thu từ bên vào máy tính nh truyền mệnh lệnh từ máy tính Các tín hiệu thu từ vào máy tính nh từ máy tính truyền đến phận bên qua đệm I/O đợc phận xử lí trớc nhằm đảm bảo cho tín hiệu tơng thích với Ngoài phận truyền thu tín hiệu theo thứ tự trớc sau tùy theo mức độ cần thiết thông tin qúa trình thao tác đo (do ngời điều khiĨn m¸y thùc hiƯn ) VÝ dơ nh cã cïng mét lóc hai hc nhiỊu tÝn hiƯu cïng qua bé đệm ngời sử dụng máy chọn tín hiệu quan trọng cần sử dụng trớc đa xử lí trớc, sau lần lợt xử lí đến tín hiệu khác sau 27 Khoa khí _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ IV Các tính toán động học m¸y IV.1 TÝnh tØ sè trun Hình :II.8 Động cơ; Bánh Z1; Trục vít; Bánh Z3; Bánh Z2 Tỉ số truyền cấu : i = i i2 Trong ®ã : + i1 tỉ số truyền bánh Z1 bánh Z2: i1 = Z 72 = =4 Z 18 + i2 tỉ số truyền truc vít bánh vít : i2 = Z 100 = = 100 k + Víi : • Z1 , Z2 , Z3 số bánh 28 Khoa khí _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ ã k số ®Çu mèi ren VËy : + TØ sè trun cđa cấu : i = i1 i2 = 100 = 400 IV.2 Chọn động Mô men xoắn trục công tác ( trục mang bàn ®o ) lµ : T = m.g d Với : + m : trọng lợng (bàn đo + chi tiÕt ) + g : gia tèc träng trêng + d : bán kính vòng chia bánh T = 10.10 26 = 1300( N ) C«ng suÊt trục công tác : Pct = T n 1300.5 = = 0,68(W ) 9,55.10 9,55.10 Víi n số vòng quay chi tiết Công suất động : Pdc = Pct 0,68 = = 1,05(W ) ηbr ηtv nol 0,96.0,7.0,99 Víi : 29 Khoa khí _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ + br hiệu suất truyền bánh + tv hiệu suất cđa bé trun trơc vÝt + ηol hiƯu st cđa truyền ổ lăn Do yêu cầu phải có công suất Pđc số vòng quay đồng thoả mÃn ®iỊu kiƯn : P®c ≥ Pct vµ n®b ≈ nsb Vì chọn động có công suất : Pđc 1,05 (W) Chọn động : 4A80A4Y3 (theo sách Hệ dẫn động khí tác giả Lê Văn m “) cã : + P®c = 1,1 (W) + nđc = 1400 (v/p) + % =75 30 Khoa khí _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ CHƯƠNG III Mạch điện điều khiển ®o I T¹o xung ®Õm cho tÝn hiƯu sin tÝnh Sau ta đà chuyển đổi tín hiệu đo thành tín hiệu đIện áp , nghĩa dịch chuyển 0,01 đồng hồ so thành chu kỳ tín hiƯu sin Cïng víi viƯc chun tÝn hiƯu ®o thành tín hiệu đIện áp ta biến tín hiệu đIện áp thành tín hiệu đếm Bộ đếm thùc hiƯn phÐp ®Õm tõng chu kú tÝn hiƯu Nh vậy, đồng hồ dịch chuyển 0,01mm đếm nhảy đơn vị đếm Để tín hiệu điện áp chuyển thành tín hiệu đếm, ta cần phải chuyển đổi tín hiệu đIện áp thành tín hiệu xung Bộ đếm đợc thiết kế dựa sở đếm sờn xung nên Mỗi chu kỳ tín hiệu có thời điểm xung lên việc đếm xung không bị lỗi chu kỳ Hình 3.1:Tín hiệu điện áp chuyển thành tín hiệu xung 31 Khoa khí _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ Quá trình tạo xung đợc biểu diễn dới dạng sơ đồ mạch đIện nh sau +5V 10K +5V 10K 0V 104 IC TL 17339 10K Hình III.2 IC TL 17339 so sánh kiểu logic phù hợp với tín hiệu biến thiên có chu kỳ, cho điện áp hai mức điện áp 5V tơng ứng hai trạng thái va Nh thời điểm , tín hiệu điện áp hai trạng thái va va trạng thái điện áp IC tơng ứng 5V Nguyên lý tạo xung IC nh sau: +5V Vtb t Hình 3.3:Nguyên lý tạo xung ICTL 32 Khoa khí _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ Tín hiệu sin nh hình vẽ đối xứng qua đờng đIện áp trung bình với mức điện áp Vtb Khi biên dạng tín hiệu ta coi lần điện áp tín hiệu qua mức điên áp Vtb lần tín hiệu chuyển trạng thái so sánh thực bớc nhẩy ( lật trạng thái) 0,1 tín hiệu dạng điện áp có mức điện áp tơng ứng 0,5V Một cách ngắn gọn để hiểu trình tạo xung IC nh sau: Điện áp vào thayđổi Điện áp thuộc trạng thái + Điện áp chuẩn để so sánh Bộ so sánh Hình 3.4: Sơ đồ thuật toán tạo xung ICTL 17339 + Vị trí (-) so sánh vị trí mà ta ®a ®iƯn ¸p chn ®óng b»ng ®iƯn ¸p Vtb cđa tÝn hiƯu b»ng viƯc sư dơng mét cÇu trë chø biến trở điều chỉnh nh hình vẽ dới đây: 100K OV +5V V Hình 3.5: sơ đồ thuật toán tạo xung bằngICTL17339 + Điện trở hồi tiếp 1M giúp đẩy nhanh trình tạo xung cách bù điện áp 33 Khoa khí _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ +.Điện áp treo +5V làm cho xung ổn định đề phòng đợc sụt áp +.Vị trí (+) so sánh vị trí mà tín hiệu điện áp đợc cấp vào Tín hiệu điện áp thay đổi đờng điện áp trung bình Do đó, điện áp chuẩn để so sánh IC điện áp Vtb, diện áp tuỳ thuộc vào mức trạng thái nh sau: Khi điện áp tín hiệu bắt đầu thay đổi ( tăng ), giả sử lúc điện áp mức cực tiểu điện áp giữ nguyên mức trạng thái điện áp tín hiệu bắt đầu vợt qua ngỡng điện áp chuẩn điện áp tín hiệu chuyển trạng thái từ đến 5V giữ nguyên trạng thái điện áp tín hiệu lên đến cực đại bắt đầu giảm ®Õn møc ®iƯn ¸p Vtb thi ®iƯn ¸p sÏ chuyển trạng thái từ 5V xuống 0V giữ mức trạng thái tín hiệu điện áp xuống cực tiểu bắt đầu tăng lên đến mức điện áp 0V tin hiệu hết mét chu kú T 5V Vtb 0V H×nh 3.6 : Nguyên tắc tạo xung chu kỳ Nhận xét phơng pháp tạo xung IC TL 17339 +Ưu điểm : Phơng pháp tạo xung có u điểm không phụ thuộc vào 34 Khoa khí _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ ®é lín cđa biªn ®é tÝn hiƯu, tÝn hiƯu dï nhỏ nhng biến đổi điện áp Vtb =const cho dù biến thiên tín hiệu phạm vi 20mV ta đảm bảo nhận đợc tÝn hiƯu xung øng víi tõng chu kú tÝn hiệu sin + Nhợc đIểm : Ta thấy thực tế đIện áp trung bình tín hiệu không phảI số đĩa chia độ không hay tâm quay đĩa không trùng với tâm quay trục gá trình chuyển động đĩa bị đảo Do đIện áp so sánh ta đIều chỉnh số trùng với đIện áp trung bình hay vàI chu kỳ dÃy tín hiệu đầu tiên, lý đó, đ ờng đIện áp trung bình tín hiệu thay đổi gây tợng xung ¶nh hëng ®Õn sai sè cđa phÐp ®o II Mét số phơng pháp tạo xung khác II.1 Phơng pháp dùng Triger Smith a Sơ đồ thuật toán +5V 15K in out 104 35 Khoa khí _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Học TL 40106 BE Đồ án tốt nghiệp Hảo_Nguyễn Trờng Nam Đo biên dạng chi tiết tròn tin- K1HD Nguyễn Thị Lớp CĐ Cơ Hình 3.7: Sơ đồ thuật toán tạo xung Triger Smith b.Nguyên lý tạo xung Tín hiệu sin đợc đI qua tụ để khử thành phần chiều, sau đợc đI qua cầu trở để lấy ngỡng tạo xung với mức đIện áp đặt thờng từ 1,4 đến 1,7V Tín hiệu xung nhận đợc mức đIện áp 0,5V c Nhận xét Phơng pháp dùng Triger có u đIểm cấu tạo mạch đơn giản, linh kiện Nhợc đIểm: Do dùng tụ để khử thành phần chiều lẫn tín hiệu sin nên phụ thuộc vào giá trị tụ đIện, dùng tụ nhỏ không lọc hết đợc thành phần chiều mặt khác dùng tụ lớn khả phóng nạp chậm không phù hợp với tín hiệu biến đổi tức thời II.2 Phơng pháp dùng TL 084 a Sơ đồ thuật toán 4,7M +12V -12V 240 1M -12V 36 Khoa c¬ khÝ _ ĐHBKHN Bộ môn : Cơ Khí Chính Xác Quang Häc ... lí hoạt động phơng pháp đo mô hình máy phòng nghiên cứu đo lờng môn Cơ Khí Chính Xác Quang Học_ khoa Cơ Khí_ trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Trong suốt qúa trình tìm hiểu nghiên cứu máy đo độ tròn... CPU Cảmbiến đo độ dài Động Bộ đệm I/O Cảm biến đo góc Bộ tạo xung Hình II 2: Sơ đồ khối máy đo biên dạng III Nguyên lí hoạt động máy đo biên dạng chi tiết tròn Khởi động qúa trình đo, máy tính phát... trơc quay cđa máy. Khi động hoạt động, đià chia độ chuyển động có nghĩa bàn đo, bàn chỉnh tâm chi tiết đo chuyển động lúc Đồng thời lúc đó, động làm cho phận đo hoạt động. Chi tiết,bàn đo, bàn chỉnh