Chế tạo thiết bị đo lực cắt, vận tốc cắt phục vụ cho giảng dạy và nghiên cứu khoa học

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO LỰC CẮT, VẬN TỐC CẮT PHỤC VỤ CHO GIẢNG DẠY VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Mã số 172014 Chủ Nhiệm Đề Tài Ths LÊ DUY TUẤN TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015 i LỜI MỞ ĐẦU Trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Tự động hóa là yếu tố không thể thiếu trong một nền công nghiệp hiện đại Nói đến tự động hóa thì máy tính là một công cụ hỗ trợ đắc lực nhất và không thể thiếu được trong nhiều lĩnh vực đặc biệt trong đo lư.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO LỰC CẮT, VẬN TỐC CẮT PHỤC VỤ CHO GIẢNG DẠY VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Mã số: 172014 Chủ Nhiệm Đề Tài: Ths LÊ DUY TUẤN TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015 LỜI MỞ ĐẦU Trong q trình cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Tự động hóa yếu tố thiếu công nghiệp đại Nói đến tự động hóa máy tính công cụ hỗ trợ đắc lực thiếu nhiều lĩnh vực đặc biệt đo lường điều khiển Việc ứng dụng máy tính vào kỹ thuật đo lường điều khiển đem lại nhiều kết đầy tính ưu việt Các thiết bị, hệ thống đo lường điều khiển ghép nối với máy tính có độ xác cao, thời gian thu thập liệu ngắn Nhưng điều đáng quan tâm khả tự động hóa việc thu thập xử lý kết đo, kể việc lập bảng thống kê vàxuất kết Để đo lường điều khiển hệ thống ngồi thiết bị ghép nối với máy tính, cịn có chương trình nạp vào máy tính để xử lý điều khiển trình hoạt động hệ thống LabVIEW ngơn ngữ lập trình chun nghiệp lĩnh vực tự động hóa, mơi trường lập trình cho phép tạo chương trình sử dụng kí hiệu đồ họa giúp tạo lên giao diện chuyên nghiệp Nó chứa nhiều khả năng, sức mạnh phát triển thực thi ứng dụng tự động hóa: đo lường, thu thập, phân tích, xử lí liệu… Thế giới thiết bị ảo LabVIEW gần gũi liên kết chặt chẽ với giới điều khiển tự động thực Trong gia cơng khí, lực cắt vận tốc cắt yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến suất, chất lượng sản phẩm, độ nhám bề mặt Tầm quan trọng nên nhiều nhà nghiên cứu, nhà sản xuất trường đại học nước áp dụng phương pháp đo lường, thu thập liệu để đưa kết giúp tối ưu hóachế độ cắt, tham số q trình gia cơng nhằm tăng suất, tiết kiệm lượng, giảm chi phí i MỤC LỤC Trang Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.4 Mục tiêu nghiên cứu 1.5 Phạm vi nghiên cứu 1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.6.1 Cơ sở phương pháp luận 1.6.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể 1.7 Các nghiên cứu nước 1.7.1 Các nghiên cứu nước 1.7.2 Các nghiên cứu nước 1.7.3 Một số hình ảnh thiết bị đo 1.7.4 Kết luận Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lực cắt tiện 2.1.1 Lực cắt thành phần 2.1.2 Lực cắt đơn vị [7] .8 2.1.3 Yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt 2.1.4 Công suất cắt 2.1.5 Thời gian tiện .3 2.2 Tổng quan đo lường [2] 2.2.1 Khái niệm đo lường đặc trưng kỹ thuật đo ii 2.2.2 Lý thuyết đo lường sở 2.2.3 Lý thuyết đo lường ứng dụng .4 2.2.4 Phân loại cách thức thực phép đo 2.2.5 Các đặc trưng kỹ thuật đo 2.3 Tổng quan dụng cụ cắt [3] 10 2.3.1 Dụng cụ cắt 10 2.3.2 Kết cấu dụng cụ cắt kim loại: 11 2.3.3 Những yêu cầu chung vật liệu dụng cụ cắt 14 2.4 Tìm hiểu cảm biến đo lực (Loadcell) [4] 14 2.4.1 Khái niệm phân loại 14 2.4.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động .16 2.4.3 Mạch đo cảm biến lực 17 2.4.4 Thông số kỹ thuật 18 2.4.5 Kết nối Loadcell [10] .19 2.5 Tìm hiểu đo vận tốc phương pháp quang điện tử (Encoder) [4] .20 2.5.1 Giới thiệu cảm biến quang điện tử (Encoder): 20 2.5.2 Encoder tương đối (Incremental) .21 2.5.3 Tìm hiểu Encoder tuyệt đối (Absolute) 24 2.5.4 Một số lưu ý chọn Encoder 26 Chương 3: GIỚI THIỆU VỀ LABVIEW VÀ BỘ THU THẬP DỮ LIỆU (DAQ) 28 3.1 Giới thiệu phần mềm LabVIEW [10] .28 3.1.1 Vai trò LabVIEW 28 3.1.2 Cấu trúc 29 3.1.3 Kỹ thuật lập trình LabVIEW 30 3.2 Tổng quan thu thập liệu (Data Acquisition - DAQ) [12] 35 iii 3.2.1 Khái niệm 35 3.2.2 Cấu trúc 35 3.3 Tìm hiểu card thu thập liệu NI PCI-6225 [13] 38 3.3.1 Thông số kỹ thuật .40 3.3.2 Sơ đồ chân 42 Chương 4: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO .43 4.1 Yêu cầu thiết kế .43 4.2 Phương án lựa chọn thiết kế 44 4.2.1 Phương án đo tốc độ trục máy tiện 44 4.2.2 Phương án đo lực cắt dao tiện 47 4.3 Thiết kế 50 4.3.1 Phần khí .50 4.3.2 Phần mạch điện 52 4.4 Quá trình chế tạo .54 4.4.1 Chế tạo phần khí 54 4.4.2 Chế tạo kết nối phần mạch điện 56 Chương 5: THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ CHẾ TẠO CƠ CẤU CƠ KHÍ 57 5.1 Giao diện điều khiển máy tính [5] 57 5.1.1 Các khối lập trình sử dụng .57 5.1.2 Thiết lập đo vận tốc 60 5.1.3 Thiết lập đo lực cắt 63 5.1.4 Thiết kế hoàn chỉnhgiao diện lập trình khối điều khiển 67 5.2 Lưu đồ giải thuật đo lực cắt vận tốc 69 5.3 Quy trình đo thực nghiệm .70 Chương 6: THỰC NGHIỆM 73 iv 6.1 Bảng thông số kỹ thuật thiết bị sử dụng 73 6.2 Tiến hành đo thực nghiệm .77 6.2.1 Đo thực nghiệm phôi thép C10 77 6.3 Đo thực nghiệm phôi thép C45 80 6.3.2 So sánh lực cắt thép C10 C45 .86 6.3.3 Đo thực nghiệm vận tốc cắt .87 6.4 Đánh giá kết 88 6.5 Kết luận 89 6.6 Hướng phát triển đề tài 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 v DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1 Bảng mã nhị phân mã nhị phân phản xạ tương ứng .25 Bảng 3.1 Một vài cảm biến thông thường 37 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật card PCI - 6225 40 Bảng 4.1 So sánh phương án đo vận tốc .47 Bảng 4.2 So sánh phương án đo lực cắt 49 Bảng 6.1 Thông số kỹ thuật Loadcell YZC-1B(665) 73 Bảng 6.2 Thông số kỹ thuật máy tiện BMT 1440VE .74 Bảng 6.3 Bảng thông số vật liệu phôi dùng cho thực nghiệm [6] 75 Bảng 6.4 Thông số Encoder 76 Bảng 6.5 Bảng kết nối dây Encoder 76 Bảng 6.6 Kết đo thực nghiệm thép C10 77 Bảng 6.7 Kết đo thực nghiệm thép C10 79 Bảng 6.8 Kết đo thực nghiệm thép C45 81 Bảng 6.9 Kết đo thực nghiệm thép C45 83 vi DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Thiết bị đo lực IEICOS hãng IndiaMart Hình 1.2 Lực kế áp lực KISTLER Hình 2.1 Lực tác dụng lên dụng cụ cắt .6 Hình 2.2Thành phần lực cắt Hình 2.3 Kí hiệu theo tiêu chuẩn ISO nhóm vật liệu Hình 2.4 Sơ đồ lực cắt đơn vị nhòm vật liệu Hình 2.5 Tiện mặt trụ Hình 2.6 Chiều dài l tiện mặt trụ lỗ Hình 2.7 Minh họa phương pháp đo lường học Hình 2.8 Dao tiện loại lắp ghép me cán dao 10 Hình 2.9 Dao tiện loại me dao hàn dính vào thân 11 Hình 2.10 Kết cấu phần cắt dao tiện 11 Hình 2.11 Strain Gauge .15 Hình 2.12 Mạch cầu Wheatstone 15 Hình 2.13 Loại Loadcell theo lực tác động .16 Hình 2.14 Loại Loadcell theo dạng 16 Hình 2.15 Khi Strain Gauges chưa có lực tác dụng 17 Hình 2.16 Khi Strain Gauges có lực tác dụng 17 Hình 2.17 Loadcell dùng cầu toàn phần 17 Hình 2.18 Hai điện trở phụ 18 Hình 2.19 Hai điện trở phụ 18 Hình 2.20 Loadcell dùng cầu đối xứng .18 Hình 2.21 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động Encoder 20 Hình 2.22 Cấu tạo Encoder tương đối 21 Hình 2.23 Xung Encoder tương đối .21 Hình 2.24 Xung quay nghịch Encoder .22 Hình 2.25 Xung quay thuận Encoder 22 Hình 2.26 Encoder tương đối kênh 23 Hình 2.27 Vị trí xung đĩa Encoder tương đối kênh 23 vii Hình 2.28 Encoder tương đối kênh 24 Hình 2.29 Cấu tạo Encoder tuyệt đối 24 Hình 2.30 Bộ nhận quang Encoder tuyệt đối .25 Hình 2.31 Đĩa giải mã bit .26 Hình 2.32 Encoder loại quay 26 Hình 2.33 Encoder loại tịnh tiến .26 Hình 3.1 Giao diện chờ Labview 30 Hình 3.2 Front Panel: giao diện với người sử dụng 31 Hình 3.3 Block Diagram: giao diện dạng sơ đồ khối cung cấp mã nguồn .31 Hình 3.4 Thanh cơng cụ 32 Hình 3.5 Bảng điều khiển 33 Hình 3.6 Bảng Boolean .33 Hình 3.7 Bảng String .34 Hình 3.8 Bảng Function 35 Hình 3.9 Cấu trúc thu thập liệu DAQ .36 Hình 3.12 Sơ đồ chân card PCI-6225 42 Hình 4.1 Sơ đồ tổng quan thiết bị đo lực cắt vận tốc máy tiện .44 Hình 4.2 Cấu tạo tốc kế điện trở biến thiên 44 Hình 4.3 Cấu tạo tốc kế quang trở (Encoder) 46 Hình 4.4 Cấu tạo cảm biến áp điện 47 Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý cảm biến áp điện .48 Hình 4.6 Cấu tạo Loadcell 48 Hình 4.7 Thiết kế sơ bộ gá Encoder .50 Hình 4.8 Nối trục .50 Hình 4.9 Thiết kế sơ bộ gá Loadcell 51 Hình 4.10 Thiết kế sơ tổng thể gá cảm biến máy tiện .51 Hình 4.11 Sơ đồ nguyên lý IC INA128 52 Hình 4.12 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại điện áp .52 Hình 4.13 Sơ đồ mạch in mạch khuếch đại 53 Hình 4.14 Sơ đồ nối dây từ cảm biến vào card PCI-6225 53 Hình 4.15 Tấm gá Encoder .54 viii Hình 4.16 Nối trục sau chế tạo 54 Hình 4.17 Bộ gá Encoder máy tiện sau chế tạo 55 Hình 4.18 Đồ gá Loadcell lên bàn xe dao 55 Hình 4.19 Đồ gá dao tiện lên Loadcell .55 Hình 4.20 Bộ gá Loadcell lên bàn xe dao 56 Hình 4.21 Mạch khuếch đại điện áp dùng IC INA128 .56 Hình 4.22 Kết nối dây tín hiệu vào đầu nối card PCI 6225 56 Hình 5.1 Các hàm mô 57 Hình 5.2 Các hàm mơ thiết bị xử lý tín hiệu 57 Hình 5.3 Các vịng lặp điều khiển .58 Hình 5.4 Các định thời 58 Hình 5.5 Các lệnh điều khiển tín hiệu .59 Hình 5.6 Các hàm tốn học .59 Hình 5.7 Các tốn tử so sánh 60 Hình 5.8 Bảng thiết lập thơng số cho Encoder 61 Hình 5.9 Vịng lặp While có Add Shift Register 62 Hình 5.10 Sơ đồ lập trình lấy tín hiệu đo từ Encoder .63 Hình 5.11 Bảng thiết lập thơng số cho Loadcell .64 Hình 5.12 Bảng thơng số lọc nhiễu tín hiệu 65 Hình 5.13 Bảng điều chỉnh tín hiệu 66 Hình 5.14 Sơ đồ lập trình lấy tín hiệu đo từ Loadcell .66 Hình 5.15 Sơ đồ lập trình lấy tín hiệu đo từ cảm biến LabVIEW .67 Hình 5.16 Giao diện giới thiệu Block Diagram 67 Hình 5.17 Giao diện biểu đồ Block Diagram 68 Hình 5.18 Lắp nối trục vào trục 70 Hình 5.19 Lắp gá Encoder 70 Hình 5.20 Gá đặt phơi Loadcell 70 Hình 5.21 Nối dây tín hiệu vào đầu nối card PCI 6225 .71 Hình 5.22 Tiến hành cắt thực nghiệm .71 Hình 5.23 Tín hiệu biểu diễn màng hình vi tính .72 Hình 5.24 Xuất số liệu thu thập sang excel .72 ix Chế tạo thiết bị đo lực cắt,vận tốc cắt phục vụ cho GD NCKH  Báo cáo công nghiệp (thu thập, phân tích liệu báo cáo cho người quản lý xa thông qua giao thức truyền TCP/IP môi trường mạng Ethernet)  Giao tiếp máy tính truyền dẫn liệu qua cổng giao tiếp (hỗ trợ hầu hết chuẩn giao tiếp USB, PCI, COM, RS-232, RS-485) 3.1.2 Cấu trúc 3.1.2.1 Thiết bị ảo (VI-Vitual Instrument) Lập trình LabVIEW sở thiết bị ảo Các đối tượng thiết bị ảo sử dụng để mô thiết bị thực, chúng đưa vào phần mềm Các VI (thiết bị ảo) tương tự hàm ngơn ngữ lập trình khác 3.1.2.2 Front Panel Một chương trình chung LabVIEW gồm phần chính: giao diện với người sử dụng (Front Panel), hai giao diện dạng sơ đồ khối cung cấp mã nguồn (Block Diagram) ba biểu tượng kết nối (Icon/Connector) Front Panel panel tương tự panel thiết bị thực tế ví dụ nút bấm, nút bật, đồ thị điều khiển Từ Front Panel người dùng chạy quan sát kết dùng chuột, bàn phím để đưa liệu vào sau cho chương trình chạy quan sátFront Panel thường gồm điều khiển (Control) thị (Indicator):  Control đối tượng đặt Front Panel để cung cấp liệu cho chương trình Nó tương tự đầu vào cung cấp liệu  Indicator đối tượng đặt Front Panel dùng để hiển thị kết quả, tương tự phận đầu vào chương trình 3.1.2.3 Block Diagram Block Diagram VI sơ đồ xây dựng mơi trường LabVIEW, gồm nhiều đối tượng hàm khác tạo câu lệnh để chương trình thực Block Diagram mã nguồn đồ họa VI Các đối tượng Front Panel thể thiết bị đầu cuối Block Diagram Các thiết bị đầu cuối sau loại bỏ đối tượng tương ứng Front Panel Chủ nhiệm đề tài: Lê Duy Tuấn 29 Chế tạo thiết bị đo lực cắt,vận tốc cắt phục vụ cho GD NCKH Cấu trúc Block Diagram gồm nhiều thiết bị đầu cuối (Terminal), Nút (Node) dây nối (Wire)  Thiết bị đầu cuối: cổng mà liệu truyền qua Block Diagram Front Panel, nút Block Diagram Các thiết bị đầu cuối nằm dạng biểu tượng hàm chức (Function)  Nút: phần tử thực thi chương trình, chúng tương tự mệnh đề, tốn tử, hàm chương trình ngơn ngữ lập trình thơng thường  Wire: dây nối liệu nút 3.1.3 Kỹ thuật lập trình LabVIEW 3.1.3.1 Khởi động chương trình Nhấp vào biểu tượng LabVIEW hình bên hình 3.1 Hình 3.1 Giao diện chờ Labview Chủ nhiệm đề tài: Lê Duy Tuấn 30 Ta có giao diện Chế tạo thiết bị đo lực cắt,vận tốc cắt phục vụ cho GD NCKH Vào File >> New VI để vào mối trường lập trình hình 3.2 3.3 Hình 3.2 Front Panel: giao diện với người sử dụng Hình 3.3 Block Diagram: giao diện dạng sơ đồ khối cung cấp mã nguồn 3.1.3.2 Các công cụ hỗ trợ lập trình Việc lập trình LabVIEW cần sử dụng bảng: Tools Palette, Controls Palette, Functions Palette, bảng cung cấp chức để người sử dụng tạo thay đổi Front Panel Block Diagram  Tools panel Chủ nhiệm đề tài: Lê Duy Tuấn 31 Chế tạo thiết bị đo lực cắt,vận tốc cắt phục vụ cho GD NCKH Hình 3.4 Thanh cơng cụ Tools panel xuất Front Panel Diagram Bảng cho phép người sử dụng xác lập chế độ làm việc đặc biệt trở chuột Khi lựa chọn công cụ, biểu tượng trỏ thay đổi theo biểu tượng cơng cụ Nếu thiết lập chế độ tự động lựa chọn công cụ người sử dụng di chuyển trỏ qua đối tượng Front Panel Block Diagram, LabVIEW tự động lựa chọn công cụ phù hợp bảng tools palate Để truy cập vào tools palette ta chọn Menu: View >> Tools Palette Thanh công cụ Tools Palette gồm có:  Bảng điều khiển (Controls Palette): Bảng điều khiển xuất Front Panel Bảng điều khiển chứa điều khiển (Control) hiển thị (Indicator) Bảng điều khiển minh họa hình 3.5 Bảng điều khiển sử dụng để thiết kế cấu trúc hiển thị gồm thiết bị: công tắc, loại đèn, loại hình hiển thị… Với bảng điều khiển này, người sử dụng chọn thiết bị chuẩn hãng cung cấp Bảng điều khiển dùng để cung cấp liệu đầu vào hiển thị kết đầu Chủ nhiệm đề tài: Lê Duy Tuấn 32 Chế tạo thiết bị đo lực cắt,vận tốc cắt phục vụ cho GD NCKH Hình 3.5 Bảng điều khiển  Một số điều khiển hiển thị Controls Palette: o Boolean Controls/Indicators Bộ công cụ cung cấp giá trị True False Khi thực chương trình người sử dụng dùng chuột để điều khiển giá trị thiết bị Việc thay đổi giá trị thiết bị xác lập chế độ Control Còn chế độ Indicator giá trị khơng thay đổi chúng thiết bị hiển thị Hình 3.6 Bảng Boolean Chủ nhiệm đề tài: Lê Duy Tuấn 33 Chế tạo thiết bị đo lực cắt,vận tốc cắt phục vụ cho GD NCKH o String Controls/Indicators Các điều khiển dùng để nhập hiển thị ký tự, xác lập chế độ đầu vào hay đầu Hình 3.7 Bảng String o Functions Palette Bảng Functions Palette xuất Block Diagram Bảng chứa VI hàm mà người sử dụng dùng để xây dựng nên khối lưu đồ Bảng Function Palette minh họa hình 3.8 Với bảng Functions Palette, người lập trình thực lệnh như: tạo vịng lặp, lựa chọn hàm tính tốn có sẵn bảng Các hàm tốn học minh họa thông qua biểu tượng Khi muốn lựa chọn thực hàm người sử dụng chọn biểu tượng thể cho hàm kéo thả vị trí Block Diagram sau xác định đầu vào cần thiết Chủ nhiệm đề tài: Lê Duy Tuấn 34 Chế tạo thiết bị đo lực cắt,vận tốc cắt phục vụ cho GD NCKH Hình 3.8 Bảng Function 3.2 Tổng quan thu thập liệu (Data Acquisition- DAQ)[12] 3.2.1 Khái niệm Thu thập liệu (data acquisition) q trình chuyển tín hiệu vật lý áp suất, nhiệt độ, độ ẩm, khối lượng,… từ giới thực thành tín hiệu điện điện áp, dịng điện,… để đo lường chuyển sang tín hiệu số cho q trình xử lý, phân tích lưu trữ máy tính Trong hầu hết ứng dụng, thu thập liệu (Data Acquisition (DAQ) System) thiết kế để thu thập liệu mà cịn chức điều khiển Vì nói hệ DAQ thường hàm ý chức điều khiển (Data Acquisition and Control) 3.2.2 Cấu trúc Một hệ thống DAQ gồm cảm biến, thiết bị phần cứng dùng để đo lường máy tính với phần mềm lập trình So với hệ thống đo lường truyền thống, hệ thống đo sử dụng thu thập liệu DAQ dựa khai thác sức mạnh xử Chủ nhiệm đề tài: Lê Duy Tuấn 35 Chế tạo thiết bị đo lực cắt,vận tốc cắt phục vụ cho GD NCKH lý, suất, hiển thị khả kết nối máy tính tiêu chuẩn cơng nghiệp cung cấp giải pháp đo lường mạnh mẽ hơn, linh hoạt, hiệu Cảm biến Thiết bị DAQ Mạch xử lý tín Bộ chuyển hiệu đổi ADC Máy tính Driver Phần mềm ứng dụng Hình 3.9 Cấu trúc thu thập liệu DAQ Chủ nhiệm đề tài: Lê Duy Tuấn 36 Chế tạo thiết bị đo lực cắt,vận tốc cắt phục vụ cho GD NCKH 3.2.2.1 Cảm biến Để đo lường tượng vật lý, chẳng hạn nhiệt độ phòng, cường độ nguồn sáng, lực tác dụng lên đối tượng,… ta bắt đầu với cảm biến Một cảm biến, hay gọi chuyển đổi, dùng để chuyển đổi tượng vật lý thành tín hiệu điện đo lường Tùy thuộc vào loại cảm biến mà tín hiệu điện áp, dịng điện, điện trở, thuộc tính điện thay đổi theo thời gian Một số cảm biến kèm thành phần bổ sung hay mạch điện để tạo tín hiệu xác an toàn cho thiết bị DAQ Bảng 3.1 Một vài cảm biến thông thường Cảm biến Đại lượng đo Thermocouple, RTD, Thermistor Nhiệt độ Cảm biến quang Ánh sang Strain Gage Lực, áp suất Chiết áp, LVDT, Encoder Vị trí Gia tốc kế Gia tốc Điện cực pH Độ pH 3.2.2.2 Thiết bị thu thập liệu DAQ Là thiết bị kết nối máy tính với tín hiệu từ mơi trường bên ngồi Nó chủ yếu có chức thiết bị số hóa tín hiệu analog đầu vào máy tính phân tích chúng Ba thành phần thiết bị DAQ sử dụng để đo lường tín hiệu mạch xử lý tín hiệu, chuyển đổi tín hiệu (ADC) bus kết nối Mạch xữ lý tín hiệu: Tín hiệu từ cảm biến mơi trường bên ngồi bị nhiễu nguy hiểm để đo trực tiếp Thơng qua mạch xữ lý, tín hiệu chuyển đổi thành dạng thích hợp để đưa vào ADC Mạch bao gồm khuếch đại, suy giảm, lọc, lập tín hiệu Một số thiết bị DAQ cịn chứa xử lý tín hiệu thiết kế để đo cụ thể loại cảm biến Chủ nhiệm đề tài: Lê Duy Tuấn 37 Chế tạo thiết bị đo lực cắt,vận tốc cắt phục vụ cho GD NCKH Bộ chuyển đổi tín hiệu ADC:tín hiệu analog từ cảm biến phải chuyển đổi sang dạng digital trước chúng xử lý thiết bị kỹ thuật số máy tính Trong thực tế, tín hiệu analog liên tục thay đổi theo thời gian ADC lấy lượng mẫu định tín hiệu theo tỷ lệ xác định trước Những mẫu chuyển giao cho máy tính nhờ vào bus truyền Bus truyền: Thiết bị DAQ kết nối với máy tính thơng qua khe cổng nhờ bus Các bus máy tính phục vụ giao thức truyền thông thiết bị DAQ máy Các dạng bus máy tính phổ biến bao gồm USB, PCI, PCI Express, Ethernet Gần hơn, thiết bị DAQ tích hợp mạng wifi 802.11 cho truyền thơng khơng dây Có nhiều loại bus truyền loại có ưu điểm khác tùy vào loại ứng dụng Ngồi ra, thiết bị DAQ cịn chứa chức khác chuyển tín hiệu DAC, xuất tín hiệu ngõ dạng analog hay digital, đếm counter tạo xung kỹ thuật số 3.2.2.3 Vai trị máy tính Một máy tính với phần mềm lập trình điều khiển hoạt động thiết bị DAQ sử dụng để xử lý, mô lưu trữ liệu cần đo Các loại máy tính sử dụng ứng dụng khác Máy tính để bàn sử dụng phịng thí nghiệm với sức mạnh xử lý nó, máy tính xách tay sử dụng lĩnh vực khác nhờ tính di động nó, máy tính cơng nghiệp sử dụng nhà máy sản xuất cho độ chắn 3.3 Tìm hiểu card thu thập liệu NI PCI-6225[13] Một thiết bị sử dụng cho đề tài card thu thập liệu PCI-6225 Card thiết bị thu thập liệu đa chức thuộc dòng sản phẩm loại M (M series) công ty National Instrument (NI) Card sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực từ học tập, nghiên cứu khoa học, thí nghiệm, đến ứng dụng công nghiệp đời sống Card có độ phân giải 16 bit, tốc độ lấy mẫu lên đến 250 kS/s, gồm 80 cổng Analog Input (AI), cổng Analog Output (AO), 24 cổng Digital Input/Output (DIO) Chủ nhiệm đề tài: Lê Duy Tuấn 38 Chế tạo thiết bị đo lực cắt,vận tốc cắt phục vụ cho GD NCKH Card lắp trực tiếp vào CPU máy tính nhận tín hiệu thơng qua đầu nối Hình 3.10 Card PCI-6225 Hình 3.11 Bộ đầu nối Chủ nhiệm đề tài: Lê Duy Tuấn 39 Chế tạo thiết bị đo lực cắt,vận tốc cắt phục vụ cho GD NCKH 3.3.1 Thông số kỹ thuật Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật card PCI - 6225 Thông số chung Dòng sản phẩm DAQ đa chức Kiểu đơn vị đo Kĩ thuật số, tần số, mã hóa cầu phương, điện áp Cổng kết nối PCI Hệ điều hành hỗ trợ Linux, Mac OS, Real-Time, Windows RoHS Compliant Có Loại cách điện Khơng Tín hiệu Analog vào Số kênh đơn 80 Số kênh vi phân 40 Độ phân giải tín hiệu analog 16 bit Điện áp tối đa Phạm vi -10 V – 10 V Độ xác 3100 µV Độ nhạy 97.6 µV Điện áp tối thiểu Phạm vi -200 mV – 200 mV Độ xác 112 µV Độ nhạy 5.2 µV Số vùng liệu Lấy mẫu đồng thời Không Bộ nhớ 4095 mẫu Tín hiệu analog Số kênh Độ phân giải 16 bit Điện áp tối đa Phạm vi Chủ nhiệm đề tài: Lê Duy Tuấn -10 V – 10 V 40 Chế tạo thiết bị đo lực cắt,vận tốc cắt phục vụ cho GD NCKH Độ xác 3230 µV Điện áp tối thiểu Phạm vi -10 V – 10 V Độ xác 3230 µV Tốc độ cập nhật 833 kS/s Dòng truyền động đơn mA Tín hiệu kĩ thuật sốVào/Ra Kênh chiều 24 Số kênh vào Số kênh Định thời Phần cứng, phần mềm Số dòng xung Tốc độ xung tối đa 1MHz Mức logic TTL Bộ lọc đầu vào lập trình Có Có khả lập trình trạng thái cung Có cấp lượng Tín hiệu kĩ thuật số vào Kiểu vào Sinking, Sourcing Điện áp tối đa 0V – 5V Tín hiệu kĩ thuật số Kiểu Sinking, Sourcing Dòng đơn 24 mA Dòng tổng 448 mA Điện áp tối đa 0V – 5V Bộ đếm/định Định quan sát Không Số đếm Số kênh DMA Phép tốn đệm Có Chủ nhiệm đề tài: Lê Duy Tuấn 41 Chế tạo thiết bị đo lực cắt,vận tốc cắt phục vụ cho GD NCKH Hãm/loại bỏ trục trặc phần cứng Có Tần số nguồn tối đa 80MHz Tạo xung Có Kích thước 32 bit Tính ổn định quét 50ppm Mức logic TTL Định giờ/Kích hoạt/Đồng hóa Kích hoạt Tín hiệu kĩ thuật số Đồng hóa Bus(RTSI) Có Thông số kỹ thuật vật lý Dài 15.5 cm Rộng 9.7 cm Cổng kết nối Vào/Ra 68-pin VHDCI female 3.3.2 Sơ đồ chân Hình 3.12 Sơ đồ chân card PCI-6225 Chủ nhiệm đề tài: Lê Duy Tuấn 42 Chế tạo thiết bị đo lực cắt,vận tốc cắt phục vụ cho GD NCKH Chương 4: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO 4.1 Yêu cầu thiết kế  Đối với thiết bị đo lực cắt phải đảm bảo yêu cầu sau: o Thiết bị phải đảm bảo gá đặt chắn ổ dao o Sử dụng cảm biến đo lực để xác định lực cắt tác dụng lên dụng cụ cắt q trình gia công chi tiết o Thiết bị phải đo tải trọng thay đổitối đa 200 (kg) sai sốtối đa ± 0,5 (kg) o Thiết bị đo hoạt động tốt nhiều cấp tốc độ khác o Kết nối thiết bị với thu thập liệu xuất số liệu thực nghiệm với độ trễ 1s  Đối với thiết bị đo vận tốc cắt: o Thiết bị phải lắp đặt vững lên thân máy, tránh rung lắc o Thiết bị phải có khả nhận vận tốc trực tiếp hay qua truyền từ trục o Thiết bị phải có độ phân giải 1000 xung/vịng o Thiết bị xác định chiều quay trục o Kết nối thiết bị với thu thập liệu xuất số liệu màng hình vi tính Chủ nhiệm đề tài: Lê Duy Tuấn 43 ... tài: Lê Duy Tuấn Chế tạo thiết bị đo lực cắt ,vận tốc cắt phục vụ cho GD NCKH Hiện thiết bị thí nghiệm phục vụ cho giảng dạy nghiên cứu khoa học trường hạn chế nên kết nghiên cứu chưa tốt dừng... cần thiết chọn đề tài nghiên cứu ? ?Chế tạo thiết bị đo lực cắt, vận tốc cắt phục vụ cho giảng dạy nghiên cứu khoa học. ” 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Tuy ngành công nghiệp sản xuất, chế tạo. ..