CÔNG NGHỆ SCAN 3D VÀ ỨNG DỤNG

CÔNG NGHỆ SCAN 3D VÀ ỨNG DỤNG tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vự...

CÔNG NGHỆ SCAN 3D VÀ ỨNG DỤNG ThS. NGUYỄN THẾ LONG ThS. TRƯƠNG HỒNG QUANG Bộ môn Thiết kế máy - Khoa Cơ khí Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bài báo giới thiệu tổng quan về công nghệ Scan và những ứng dụng của nó trong các lĩnh vực khác nhau như: ngành chế tạo khuôn mẫu, sản xuất ôtô, chép mẫu và thiết kế sản phẩm, trong lĩnh vực nha khoa cũng như mối quan hệ giữa công nghệ này và CAD/CAM. Summary: The article is about the principle of Scan 3D technology and its applications in different industries such as: Mold tooling, Automotive, Reverengineering and design, dentistry as well as the relationship between Scan 3D and CAD/CAM technology I. ĐẶT VẤN ĐỀ Để nâng cao năng suất và độ chính xác chế tạo, trong lĩnh vực CAD/CAM/CAE công nghệ chép mẫu (REVERSE ENGINEERING) ngày càng được sử dụng rộng rãi. Bản chất của công nghệ này là dùng các loại máy đo 3D với phần mềm thích hợp tái tạo lại bản vẽ thiết kế dưới dạng số hoá của một sản phẩm có sẵn để tối ưu hay đưa vào gia công trên các máy tự động CNC. Muốn vậy cần phải nắm vững công nghệ đo 3D mà trong đó SCAN 3D là một giải pháp có nhiều ưu điểm, trong bài báo này các tác giả trình bầy nguyên lý và ứng dụng của công nghệ đó. II. NỘI DUNG CK A. Vài nét về công nghệ Scan 3D Công nghệ Scan laser là một trong ứng dụng của công nghệ đo không tiếp xúc. Trong quá trình đo máy sử dụng chùm ánh sáng Laser chiếu vào bề mặt của chi tiết cần đo, chùm tia sáng được phản xạ lại từ bề mặt chi tiết được cảm ứng đo thu lại đưa vào bộ phận biến đổi của máy đo và với sự hỗ trợ của máy tính và phần mềm điều khiển đo cho ra kết quả của chi tiết đo dưới dạng đám mây điểm. Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hãng sản xuất máy Scan Laser như: Faro Arm, Metris, Konika… Mỗi hãng có phần mềm Scan khác nhau, đưa ra độ chính xác khác nhau và sử dụng tia sáng Laser có bước sóng khác nhau như Konika sử dụng ánh sáng Laser cấp I còn Faro Arm lại sử dụng ánh sáng Laser cấp II … Nhưng về nguyên lí cơ bản đều giống nhau. Sơ đồ nguyên lý Đèn phát Laser Ánh sáng Laser Bề mặt cần Scan Thấu kính Cảm biến CCD Xử lí của phần mềm Chỉ thị Đám mây điểm - Nguyên lý làm việc 1. Đèn phát Laser: có nhiệm vụ phát ra ánh sáng Laser có bước sóng thích hợp. 2. Thấu kính: có nhiệm vụ lọc và hội tụ tia Laser được phản xạ lại từ bề mặt của chi tiết lên bề mặt của cảm biến CCD. 3. Cảm biến CCD (Charge Couple Device): Có nhiệm vụ thu nhận tia Laser được phản xạ từ bề mặt chi tiết trên cơ sở so sánh các góc lệch giữa chúng và đưa ra tín hiệu điện khác nhau. 4. Xử lí của phần mềm máy tính: Máy tính với sự hỗ trợ của phần mềm máy tính có nhiệm vụ thu nhận tín hiệu điện từ CCD gửi tới và xử lí tín hiệu đó để đưa ra kết quả là đám mây điểm. 5. Chỉ thị: Đưa ra kết quả đo chi tiết được xử lí từ máy tính là đám mây điểm. Thực chất về nguyên lý của scan Laser giống như quá trình chụp ảnh thông thường, nhưng chụp ảnh của Scan Laser là quá trình chụp ảnh các vật thể ở dạng ảnh 3 chiều trong khi đó nếu là chụp ảnh thông thường thì chỉ là ảnh 2 chiều. Scan Laser sử dụng cảm biến Laser và gán vào một hệ thống máy đo hệ thống này được định vị và được kiểm soát bằng máy tính, các máy đo dùng trong Scan laser là các máy đo có thể được gán với máy CNC từ 3 đến 5 trục có kích thước tương đối lớn kết cấu khá vững chắc hoặc có thể là mô hình máy xách tay rất nhỏ gọn. Vật cần đo được đặt trực tiếp trên bàn hoặc được treo cố định hoặc cũng có thể có vị trí bất kỳ trong không gian như các tượng đài, nhà cửa… mà không phải gá đặt phức tạp như các loại máy đo CMM thông thường, đây là một lợi thế nổi trội của Scan laser. Với sự hỗ trợ của phần mềm kiểm soát quét sẽ lái cảm biến Laser lướt trên bề mặt của vật cần quét bộ phận định vị 3D nằm trên bề mặt của bộ cảm biến sẽ ghi lại các tín hiệu phản hồi được đưa ra bởi hệ thống quét theo góc phản xạ của chùm ánh sáng được bề mặt của chi tiết phản xạ lại và tín hiệu này được so sánh với tham số mẫu từ đó đưa ra cho ta kết quả đo là đám mây điểm. K CCK K ckck Tất cả các hệ thống quét trong công nghệ Scan Laser đều sử dụng công nghệ dựa trên phép đạc tam giác Laser. Bản chất của công nghệ này là máy ảnh hai chiều chụp ảnh dựa vào dải sáng Laser như trong hình vẽ. Dải sáng được phát ra từ một đi ốt quang thông qua các bộ phân biến đổi quang học sau đó được chiếu vào bề mặt của vật được quét tạo nên một mặt cắt trên phần bề mặt được chiếu sáng, ánh sáng phản chiếu tạo ra các ảnh điểm trên đường chiếu được 1 trong hai bộ cảm ứng thu lại. Lý do có hai bộ phận cảm ứng thay vì một là: có thể vì một lý do nào đó hình ảnh nghiêng trên bề mặt của vật thật không được một bộ phận cảm ứng nhận biết và luôn cần có một bộ phận cảm ứng thứ hai có thể bắt được hình ảnh đó. Người sử dụng có thể bật hai bộ phận cảm ứng nhưng chỉ một bộ phận cảm ứng hoạt động trong một thời điểm. Tại mỗi mặt cắt tạo ra một ảnh 2 chiều hình dạng của hình ảnh 2 chiều này được ghi lại bằng CCD kỹ thuật số và sau đó dựa vào kích cỡ và bảng Laser, vị trí Z được xác định và được phần mềm lưu giữ lại vào trong một cơ sở dữ liệu và cuối cùng sẽ được tổng hợp lại thành bề mặt của vật đựơc đo dưới dạng đám mây điểm. Mô hình máy Scan Laser Hình ảnh một số máy quét Laser Hình 1. Scan 3D lắp trên máy đo CMM Hình 2. Scan 3D lắp trên cánh tay robot Hình 3. Scan 3D tự do CK Ưu, nhược điểm của công nghệ Scan laser Ưu điểm - Kết cấu nhỏ gọn: Máy Scan laser kết cấu nhỏ gọn hơn nhiều so với máy đo CMM có thể có mô hình xách tay như hình trên. - Gá đặt đơn giản: Khi Scan laser thì chi tiết cần Scan không cần phải gá đặt cầu kì mà có thể được đặt trên bàn hoặc có một vị trí bất kì trong không gian vì khi đo dụng cụ đo không tiếp xúc vào vật đo hơn nữa máy đo tự điều chỉnh tiêu cự của thấu kính cho phù hợp với khoảng cách thay đổi tương đối giữa máy đo và vật được đo. - Cho ra kết quả nhanh: Máy Scan Laser cho ra kết quả nhanh hơn rất nhiều so với Máy CMM. - Rễ ràng xử lí kết quả: Cho ra kết quả là đám mây điểm rất rễ dàng xử lí trên các phần mềm xử lý điểm chuyên dụng như: Geomegic, Catia… - Đo được nhiều những vật có độ phức tạp mà máy đo thông thường không thể đo được. - Độ phân giải cao: Độ phân giải của Scan laser cao hơn rất nhiều máy đo CMM. CMM chỉ chính xác được một số giới hạn các vị trí có được gần đầu đo nhưng không thể chính xác và đầy đủ toàn bộ sản phẩm. Vì vậy Scan Laser cho ra được số liệu bề mặt đầy đủ hơn số liệu mặt cắt của CMM. - Quét được nhiều kích thước sản phẩm khác nhau như toà nhà, tượng đài… - Có thể quét được các mẫu dạng mềm như xà phòng, đất nặn… - Có thể kiểm tra các bề mặt và so sánh với các điểm. Nhược điểm - Trước khi đo những bề mặt có mầu không phản quang phải sơn lại màu cho chi tiết đo nên có thể làm ảnh hưởng đến những chi tiết mẫu có yêu cầu cao thẩm mĩ về mầu sắc. - Mặc dù được sử dụng rất nhiều cho các ứng dụng đo, kiểm tra nhưng scan Laser không thể đo chính xác từng micromet như máy đo CMM. Độ chính xác của Scan Laser Độ chính xác của công nghệ Scan Laser thấp hơn độ chính xác của công nghệ đo CMM vào khoảng 35 µm. Các phần mềm được sử dụng để xử lí dữ liệu sau khi Scan Để xử lí được các dữ liệu Scan ta phải dùng các phần mềm xử lí điểm như: Geomegic Studio, Geomegic Qualify, Rapid Form… B. Ứng dụng công nghệ Scan Laser - Ứng dụng trong thiết kế ngược: Trong ngành cơ khí có một bộ phận thiết kế luôn phải dựng lại những chi tiết đã có sẵn gọi là bộ phận thiết kế ngược để phục vụ vào các việc sau: + Thiết kế lại khuôn cho chi tiết. K CCK K ckck + Dựng lại mô hình 3D để đưa vào gia công lại chi tiết. + Cải tiến một số bộ phận nào đó trên chi tiết cho phù hợp yêu cầu làm việc của chi tiết. Đặc biệt là khi cần dựng lại những chi tiết có tính lắp ghép, lắp lẫn yêu cầu của những chi tiết này là phải có độ chính xác rất cao để đảm bảo khả năng lắp ghép và điều kiện làm việc của chi tiết cho nên việc lựa chọn công nghệ đo Scan laser và công nghệ đo 3D để đo dựng lại chi tiết đó luôn là lựa chọn số một. Hình 4. Một số ứng dụng của công nghệ Scan 3D - Ứng dụng trong đo kiểm tra sản phẩm: Bất kì một sản phẩm nào sau khi sản xuất xong để được đưa ra thị trường đều phải được kiểm tra xem có đảm bảo điều kiện làm việc của nó không vì vậy trong các ngành sản xuất đặc biệt là sản xuất cơ khí chính xác luôn có một bộ phận gọi là bộ phận kiểm tra chất lượng sản phẩm. Để kiểm tra chính xác được các kích thước hoặc các bề mặt đặc biệt là các bề mặt phức tạp và có kích thước lớn người ta thường sử dụng công nghệ Scan laser. - Ứng dụng trong ngành khuôn mẫu: ngoài việc dựng lại chi tiết để để làm khuôn như đã nói ở trên thì việc kiểm tra lại các kích thước của lòng lõi khuôn trước khi đưa vào sản xuất có ý nghĩa quyết định trong ngành khuôn mẫu. Khi đó người ta đo các kích thước trong lòng lõi khuôn và so sánh với các kích thước mẫu ban đầu từ đó tìm ra các sai lệch giữa chúng để có phương án sửa chữa cho phù hợp. - Ứng dụng trong cải tiến kiểu dáng: Với nhu cầu của thị trường hiện nay ngoài việc các sản phẩm sản xuất ra nâng cao được tính năng thì yêu cầu về thẩm mĩ cũng đóng vai trò cực kì quan trọng trong việc tiêu thụ sản phẩm của các ngành sản xuất như ngành sản xuất xe máy, sản xuất ôtô, điện thoại di động… đó là những lĩnh vực phát triển rất mạnh hiện nay và có yêu cầu về tính thẩm mĩ cao vì vậy người ta luôn luôn cần cải tiến kiểu dáng cho sản phẩm. Với các chi tiết cần cải tiến người ta chỉ cần cải tiến một phần nào đó trên đó của sản phẩm khi ấy người ta sử dụng công nghệ Scan laser để lấy mẫu chi tiết cần cải tiến. Sau đó dùng phần mềm thiết kế dựng lại chi tiết đó và vẽ thêm vào hình dáng các bề mặt cần cải tiến vì vậy chi tiết thiết kế ra vẫn đảm bảo tính lắp ghép với các chi tiết khác mà làm cho sản phẩm có kiểu dáng mới. CK - Ứng dụng trong thiết kế sản phẩm mới: Trong các ngành sản xuất luôn luôn c Tạo mô hình bằng đất nặn Xử lí dữ liệu Scan Laser Gia công khuôn Mũ đã được hoàn chỉnh mô hình đất nặn được Scan Laser H ình 5. M ô hình q u y trình thiết kế sản p hẩm mới ần phải đưa ra các kiểu dáng hoàn toàn mới cho sản phẩm để đảm bảo nhu cầu của thị trường, với những sản phẩm phức tạp việc dựng các chi tiết của sản phẩm đó trên phần mềm gặp khó khăn khi đó người ta thường dùng thạch cao hoặc đất sét tạo kiểu dáng cho chi tiết rồi sử dụng máy Scan Laser lấy mẫu lại chi tiết và cuối cùng đưa lên phần mềm dựng lại hình dáng cho sản phẩm. - Ứng dụng trong ngành khảo cổ học: Trong ngành khảo cổ học có những vật người ta cần tạo ra một bản sao để trưng bày, mục đích là để bảo tồn bản gốc để làm được việc đó người ta sử dụng công nghệ Scan laser lấy mẫu lại hình dáng của vật sau đó sử dụng phần mềm CAD/CAM thiết kế và gia công tạo được hình dáng của sản phẩm và cuối cùng sử dụng màu sắc để làm cho vật có hình dạng giống với vật mẫu. - Y học, phẫu thuật và và tái tạo: Trong y học thì có ứng dụng khá nhiều công nghệ Scan laser nhưng ở đây chỉ xin nêu ra những ứng dụng điển hình nhất của công nghệ này đó là ngành tái tạo giải phẫu. + Tạo xương nhân tạo: trong y học nhiều khi có những vụ tai nạn gây vỡ hỏng một phần nào đó của xương như hộp sọ chẳng hạn yêu cầu đặt ra là phải tái tạo lại được phần xương đó để thay thế cho phần xương đã bị mất đi và phần được thay thế đó phải phù hợp và có độ chính xác cao khi ấy người ta cũng sử dụng máy Scan Laser Để lấy lại mẫu và dùng CAD/CAM để tạo lại hình dáng cho phần xương đó và người ta cũng làm tương tự như vậy cho ngành Nha khoa. K C CK K ckck Hình 6. Ứng dụng trong lĩnh vực nha khoa III. K ẾT LUẬN Do khuôn khổ bài báo có hạn các tác giả chỉ có thể giới thiệu sơ lược về SCAN 3D và các ứng dụng của nó, nhưng cũng cho thấy hiệu quả to lớn mà nó mang lại cho sản xuất. Hiện công nghệ này đã được đưa vào nội dung giảng dạy cho kỹ sư ngành Tự động hoá thiết kế cơ khí và áp dụng vào các đề tài NCKH và chuyển giao công nghệ của bộ môn Thiết kế máy, trường Đại học Giao thông vận tải. Tài liệu tham khảo [1] www.lih - sing.com. [2] Metris Document - 2007. [3] www.congnghemoi.com. [4] Top Solid Design 2008♦ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐO GHI KẾT QUẢ KIỂM TRA THỬ NGHIỆM VAN HÃM PGS. TS. ĐỖ VIỆT DŨNG ThS. NGUYỄN VĂN NGHĨA Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bài báo trình bày quá trình lựa chọn các phần tử cơ bản và tính toán thiết kế, chế tạo các cụm thiết bị chủ yếu của hệ thống đo ghi tự động dữ liệu đo trên bàn thử: chuyển đổi ADC, vi xử lý, ghép nối máy tính, hiển thị, nguồn nuôi. Đồng thời trong chuyên đề cũng thiết lập phần mềm đo, xử lý trên máy tính, lưu trữ và hiển thị số trên bàn thử. Summary: The paper presents selecting process of basic items and designing calculation, manufacturing main devices of automatically measurement and record system on testing table: AD converting, micro information processing, computer integrating, display, power source. The research also built measurement software, processing on computer, storage and numberical display on testing table. 1. Đặt vấn đề Bệ thử hãm chuyên dùng là thiết bị sử dụng để thử nghiệm van hãm đoàn tàu theo một quy trình được xác lập từ trước. Các số liệu đo đạc thu thập trong quá trình thử nghiệm trên bệ theo quy trình thử cho phép đánh giá chính xác, khách quan trạng thái kỹ thuật của từng loại van cũng như tổng thể hệ thống hãm. Các thiết bị đo ghi kết quả kiểm tra thử nghiệm van hãm làm nhiệm vụ thu thập các tham số phục vụ việc đánh giá chất lượng van hãm trên bàn thử. Các số liệu mà hệ thống thu thập được phải đảm bảo đầy đủ, chính xác và mang lượng thông tin cao, được lưu trữ và hiển thị rõ ràng nhằm giúp cho cán bộ thử nghiệm có được kết luận chính xác về chất lượng và phục vụ công tác chẩn đoán trạng thái kỹ thuật, xác định hư hỏng của các van hãm. Việc nghiên cứu lựa chọn các phần tử cơ bản: các cảm biến chuyển đổi, biến đổi ADC, linh kiện điện tử…; tính toán thiết kế và chế tạo các cụm thiết bị chủ yếu của hệ thống đo ghi tự động dữ liệu trên bàn thử: chuyển đổi ADC, vi xử lý, ghép nối máy tính, hiển thị, nguồn nuôi, thiết lập phần mềm đo, xử lý trên máy tính, lưu trữ và hiển thị số trên bàn thử là một nội dung nghiên cứu quan trọng trong đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ GD&ĐT mã số B2006-04-25 TĐ. CK 2. Thiết kế hệ thống đo ghi số liệu tự động kết quả kiểm tra thử nghiệm van hãm 2.1. Tác dụng của thiết bị thử hãm đầu máy, toa xe và cơ sở lựa chọn các tham số đo lường của hệ thống đo ghi [1] Thiết bị hãm trước khi đưa ra sử dụng lắp trên đầu máy, toa xe phải được kiểm tra tính năng trên bệ thử hãm chuyên dùng. Những thiết bị sau khi kiểm tra, đạt yêu cầu mới được phép sử dụng. Máy thử hãm tổng hợp các loại van hãm là thiết bị chuyên dùng, có nhiệm vụ thử, kiểm tra tính năng tác dụng và phát hiện các hư hỏng các bộ phận chi tiết của các loại van hãm, van phân phối. Từ sơ đồ nguyên lý bàn thử hãm và các tham số tiêu chuẩn của các loại van hãm đoàn tàu (bảng 1) [1], ta thấy các tham số cần đo lường, hiển thị và lưu trữ cho hệ thống đo ghi trên bàn thử bao gồm thời gian tăng giảm áp và các giá trị áp suất không khí trên các vị trí đường ống cần đo theo các đồng hồ: áp suất nguồn cấp, áp suất xi lanh hãm, áp suất đường ống hãm, áp suất gió trong thùng gió phụ và thùng gió điều khiển. Bảng 1. Thời gian tăng và giảm áp ống hãm tay hãm R-V Vị trí Tên gọi Áp suất thay đổi KG/cm 2 Thời gian (giây) 1 2 3 4 5 6 Xả gió Trung lập Xả gió Cấp gió Cấp gió Cấp gió nhanh Xả nhanh gió ép thùng gió phụ Bảo áp 4,2 ÷ 1 3,5 ÷ 4,9 3,5 ÷ 4,9 Cấp nhanh <3 55462 546 244 Từ các thông số cần đo, ta có thể lựa chọn cấu hình cho thiết bị đo ghi như sau: - Số lượng kênh đo của thiết bị cần 05 kênh đo - Phạm vi giá trị đo áp suất không khí từ 0 KG/cm 2 đến 5.6 KG/cm 2 . Như vậy, để đảm bảo an toàn và độ chính xác cần thiết, lựa chọn các thiết bị chuyển đổi đo lường có phạm vi đo từ 0 KG/cm 2 đến 8.0 KG/cm 2 và độ phân giải kết quả thu thập cần đạt được đến 10 -2 KG/cm 2 là hợp lý. - Tốc độ thu thập số liệu theo yêu cầu tương đối thấp, khoảng 2 dữ liệu / giây cho cả 5 kênh đo. 2.2. Sơ đồ khối hệ thống đo ghi trên bàn thử Hệ thống đo, ghi trên bàn thử hãm cần phải đảm bảo được một số yêu cầu cơ bản sau: - Đảm bảo các chức năng đo lường và xử lý các tín hiệu. - Có tốc độ đo, độ tin cậy cũng như độ chính xác cao, - Cùng một lúc có thể đo nhiều giá trị khác nhau, tuỳ thuộc vào quy trình thử nghiệm của từng loại van hãm K CCK - Có kết cấu nhỏ, nhẹ, dễ lắp đặt, thao tác thuận tiện, hiện đại, phù hợp với trình độ công nghệ tại các nhà máy trong ngành ĐSVN và khả năng đầu tư của ngành. K ckck 2.2.1. Sơ đồ khối lựa chọn của thiết bị Sơ đồ khối chung của hệ thống đo ghi trên bàn thử hãm thể hiện trên hình 1. ADC . . . Analog Inputs  RS232 T¹o nguån DT GN RT S DOu t CT Khèi ®iÒu khiÓn (VXL) CS C l oc DIN Clock ADC Bé nèi ghÐp trung gian . . . ChuyÓn ®æi P1 Chu y Ón ®æi P2 Chu y Ón ®æi P3 Chu y Ón ®æi P4 ChuyÓn ®æi P5 Nguån nu«i Hình 1. Sơ đồ khối thiết bị đo ghi xử lý dữ liệu tự động trên bàn thử hãm Trên hình 1, các chuyển đổi áp suất P i (i = 1-5) sẽ chuyển đổi các thông số đo là các giá trị áp suất: - P1: giá trị áp suất gió ép cấp vào bàn thử (IN) - P2: giá trị áp suất gió ép trong xi lanh hãm (XLH) - P3: giá trị áp suất đường ống hãm (OH) - P4: giá trị áp suất gió ép ở thùng gió phụ (TGP) - P5: giá trị áp suất gió ép thùng gió điều khiển (ĐK) Các giá trị áp suất khí ép được thu thập liên tục từ bàn thử bởi các bộ cảm biến Pi. Các tín hiệu ra từ P i , được chuyển đổi thành tín hiệu số nhờ bộ chuyển đổi tương tự số ADC. Các tín hiệu số tương ứng với mức tín hiệu đo, thông qua các khối điều khiển ghép nối với máy tính (bộ vi xử lý) và phần mềm thích hợp qua cổng nối tiếp RS 232 và đưa đến các bộ hiển thị số đo trên bàn thử. Với phần mềm và giao diện thích hợp, trên máy tính điện tử sẽ hiển thị dữ liệu đo theo các phương thức thích hợp dưới dạng bảng số liệu hoặc đồ thị áp suất theo thời gian đo. Các số liệu thu thập được có thể lưu trữ trên máy tính hoặc in ra kết quả. 2.2.2. Tính toán thiết kế lựa chọn các cụm của thiết bị [2], [3] a. Lựa chọn và bố trí các cảm biến (đầu đo) Các điểm đặt cảm biến trên bàn thử cần xác định chính xác và có áp suất gió ổn định. Trên bàn thử chọn điểm lắp đặt các bộ cảm biến áp suất trên đường gió từ bàn thử lên các đồng hồ đo. Việc chọn cảm biến áp suất cho hệ thống đo ghi của bàn thử đòi hỏi chất lượng cao, yêu cầu chịu được áp suất thay đổi liên tục, cần phải đáp ứng các yêu cầu: độ tuyến tính và chính xác cao, có thể đo áp suất tĩnh với độ ổn định điểm zero cao, có độ nhạy với gia tốc nhỏ, có tuổi thọ và chịu được sự thay đổi lực nén cao, có kích thước nhỏ gọn, giá thành hạ, dễ tìm kiếm. Trên cơ sở phân tích một số ưu nhược điểm của các loại cảm biến áp suất thông dụng, lựa chọn ra loại cảm biến áp suất phù hợp kiểu 511 (hình 2) [2]. CK Hình 2. Cấu trúc và đặc tính dòng điện và áp suất cảm biến áp suất 511 1. Ngõ kết nối áp; 2. Miếng chống dò; 3.Chỗ cần bị kín; 4. Miếng Ceramic; 5. Đầu kết nối điện; 6. Mạch điện tử p min p max 4mA 20mA p I ADC ®¹i l−îng ®o Vi xö lý RAM GhÐp nèi m¸y tÝnh ADC ®¹i l−îng ®o Vi xö lý RAM GhÐp nèi m¸y tÝnh Nguån Hình 3. Sơ đồ khối mạch thu nhận số liệu và ghép nối máy tính b. Thiết kế mạch thu nhận số liệu và ghép nối máy tính [2], [3] Sơ đồ khối chức năng của mạch (hình 3). Từ sơ đồ khối, tiến hành thiết kế chi tiết mạch. - Lựa chọn bộ vi xử lý: Trên cơ sở phân tích đặc tính các VXL, lựa chọn họ PsoC (Programmable System on Chip) của Cypress, ký hiệu chip CY8C29466 [2]. Các đặc tính VXL chip CY8C29466 bao gồm 4 hệ thống: hệ thống PsoC trung tâm (PsoC Core), hệ thống số (digital), hệ thống tương tự (Analog) và khối các tài nguyên (Resources) bao gồm các thiết bị ngoại vi được tích hợp. - Dồn kênh đầu vào: Để đồng thời đo các thông số áp suất cho 05 đầu đo của bàn thử, cần có khối ghép kênh Analog để dồn kênh đầu vào của PSoC. Lựa chọn khối MIX 8 cho phép dồn kênh 8 đầu vào analog. - Chuyển đổi AD: Dựa vào các chỉ tiêu lựa chọn ADC cho bàn thử, đề tài lựa chọn ADC PsoC 29466 loại DELSIG8 (hình 4). Ghép nối theo chuẩn của RS-232 với bộ biến đổi ADC PsoC 29466 được ghép nối với máy tính bằng cổng COM2 với IC MAX23. CK K C K ckck Hình 4. Sơ đồ nguyên lý bộ DELSIG8 Nguồn nuôi cho toàn bộ hệ thống đo ghi có thể được lấy từ nguồn điện 80VAC đến 250VAC của Xí nghiệp hoặc phòng thí nghiệm hãm, đưa vào bộ nguồn biến đổi để được điện áp ổn định mong muốn [2]. Sơ đồ nguyên lý bộ mạch thu thập, biến đổi tín hiệu, ghép nối máy tính và nguồn nuôi thể hiện trên hình 5. Các khối đo ghi hiển thị kết quả đo được thiết kế theo các mô đun độc lập để thuận tiện cho các quá trình thử nghiệm độc lập, đo đạc lưu động và mở rộng chức năng khi cần thiết c. Bộ hiển thị số liệu số (LED) [2] Bộ hiển thị số liệu nhận số liệu từ mạch thu thập, biến đổi tín hiệu đo và hiển thị lên LED 7 vạch giá trị áp suất đo được từ mỗi cảm biến P i . - Điều khiển quét LED: Sử dụng cùng loại chíp ADC PsoC 29466 loại DELSIG8 để nhận tín hiệu từ mạch đo ghi để quét lên hệ thống 03 LED 7 vạch cho mỗi kênh ra. - Bộ LED hiển thị: Sử dụng thanh LED 7 vạch, 03 số loại thông dụng để hiển thị giá trị áp suất cho mỗi bộ hiển thị cho mỗi kênh đo. Sơ đồ nguyên lý mạch của bộ hiển thị số cho một kênh đo sử dụng chíp PsoC 29466 thể hiện trên hình 6. Từ sơ đồ nguyên lý, thiết kế sơ đồ mạch in cho bộ hiển thị cho từng kênh đo. [...]... khung giá chuyển hớng có các giá trị ứng suất tĩnh, ứng suất động trung bình, biên độ ứng suất động v số lợng xung biến dạng có giá trị biến dạng lớn xuất hiện nhiều hơn so với các điểm đo khác Kết luận nh sau [3]: - ứng suất tĩnh 0 = 660 kgf/cm2 - Trên đờng đồng bằng: P4 P7 CKKC Hình 1 Kết cấu khung giá chuyển hớng đầu máy D19E 212 ứng suất tổng: = 95,55 MPa 198 ứng suất động: a = 30,87 MPa với số... m ( 1) m +1 = 2,3 lg(1 P) G= (4) G ; max G - Građien tuyệt đối của ứng suất chính lớn nhất; u, 0, m - Những thông số của phân bố; CK P - Xác suất phá huỷ ở vùng có tập trung ứng suất khi chịu ứng suất giới hạn cực đại nhng không vợt quá max khi max > u; L - Chu vi hoặc một phần chu vi của mặt cắt ngang có tập trung ứng suất max Phơng trình (4) đợc gọi l phơng trình đồng dạng phá huỷ mỏi dạng... lắp bánh răng) trên trục bánh xe đầu máy D19E có ứng suất pháp v tiếp lớn nhất, vậy mặt cắt đó mặt cắt xung yếu của trục bánh xe đầu máy Kckck Kết quả tính toán ứng suất pháp v tiếp tổng hợp tại mặt cắt IV của trục bánh xe đầu máy D19E đợc cho trong bảng 1 Bảng 1 Kết quả tính toán ứng suất pháp v tiếp tổng hợp tại mặt cắt IV của trục bánh xe đầu máy D19E ứng suất u (KN/cm2) N (KN/cm2) (KN/cm2) Mặt cắt... máy D19E + Tìm hệ số tập trung ứng suất lý thuyết Kt [2]; + Xác định gradien tơng đối của ứng suất chính thứ nhất G theo [2]: G = Vậy: Trong ó: = (4 + Tính giá trị lg 1 t/ + 2 2,3(1 + ) , ) L trong phơng trình đồng dạng phá huỷ mỏi; G + Tìm giá trị hệ số ảnh hởng của kích thớc (chịu ứng suất pháp) [2]: 1 L = 0,51 + 88,3 G + Tính hệ số tập trung ứng suất thực tế (K)DC: (K ... mỏi của x dọc khung giá chuyển hớng đầu máy D19E (-1)DC = 127,18 MPa tơng ứng với: Trên đờng đèo dốc: tại điểm P4 (vùng nguy hiểm) v P7 (vùng nhạy cảm) đã chịu ứng suất = 126,42 MPa gần tới giới hạn mỏi của x dọc khung giá chuyển hớng v có xác suất phá huỷ P = 1 ữ 10% vì P: xác suất phá huỷ ở vùng có tập trung ứng suất khi chịu ứng suất giới hạn cực đại nhng không vợt quá max khi max > u c Tính toán... tấm có chiều cao b chiều rộng a chịu tác dụng của ngoại lực F Ta phải tìm ứng suất v biến dạng đối với phần tử ny Từ phần tử tấm, ta tách ra phân tố có diện tích dxdy nh trên Gọi Fx, Fy l các thnh phần lực thể tích tác dụng lên tấm, ta có các phơng trình cân bằng sau: x xy + + Fx = 0 x y (1) ; y y + xy x + Fy = 0 (2) ở trên đã thay xy = yx (quan hệ đối xứng), theo định luật HOOK ta có : 0 ... định: s = s = 1 k a + m + m , 1 , k a + m + m (2) (3) Trong đó: 1 v 1 : giới hạn bền mỏi khi chịu uốn v xoắn của mẫu chuẩn; m v m : ứng suất pháp v tiếp trung bình; a v a : ứng suất pháp v tiếp biên độ; k v k : hệ số tập trung ứng suất pháp v tiếp thực tế; v : hệ số ảnh hởng kích thớc; , , v : hệ số ảnh hởng của vật liệu b Phơng trình đồng dạng phá huỷ mỏi tuyệt đối v chỉ... d 3 + d 4 3 = 2arctg D D 2 + E 2 F2 EF (3) trong ú: D = 2d3d 4 sin 2d1d3 sin 1 ; E = 2d1d 3 cos 1 + 2d 3d 4 cos 2 2 2 2 F = d1 d 2 + d 3 + d 4 2d1d 4 cos(1 ) 1 = d 2 + a 2 (4) T (1), (2), (3), (4) ta xỏc nh c chiu di ca xilanh nh sau: x= trong ú = arccos 2 2 d 6 + 1 2d 61 cos( + 3 + ) (5) 2 2 d d 2 + d6 d5 , = arccos 3 a 2d 3d 6 Thay giỏ tr = 0O ta xỏc nh c chiu di xilanh khi cha nõng... (vùng nhạy cảm) chịu ứng suất = 126,42 MPa gần bằng (-1)DC = 127,18 MPa (giá trị trung bình giới hạn mỏi của x dọc khung giá chuyển hớng đầu máy D19E) Hệ số an ton cho phép của khung giá chuyển hớng đầu máy [s] = 2 ữ 2,5 theo [7] Có thể kết luận tấm đáy dới x dọc khung giá chuyển hớng đầu máy D19E (đợt 1) đang vận dụng ở Xí nghiệp đầu máy H Nội không đảm bảo hệ số an ton mỏi b Tính ứng suất lớn nhất... đợc xác định theo [2]: Thay vo phơng trình ta có: CKKC Kckck lg(max 124) = 1,33 0,23.2,4 + u P 0,08 Tính v vẽ đồ thị quan hệ giữa max tơng ứng với uP nhờ phần mềm toán học Maple V (hình 3) Giá trị max tơng ứng với uP cho trong bảng 4 Bảng 4 Giá trị max tơng ứng với uP TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 CK P% 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 20 30 40 50 84 100 Up -6 - 5,6 - 5,2 - 4,8 -