f. Phương pháp đo vị trí tuyệt đối chu kỳ
3.2.3. Dụng cụ đo vị trí kiểu số
Trong quá trình ghi dữ liệu số, kích thước được đo theo cách thức định lượng. Một sự khác biệt nên được tạo ra giữa hai yếu tố chức năng cơ bản cụ thể đó là tính kinh tế và hệ thống đo phải chắc chắn. Các yếu tố chức năng cơ bản trong hệ thống đo gia số được nói đến sau đây.
Giữa các bộ phát xung quang điện có một vài sự khác biệt, nó thể hiện ở tên gọi như là điều khiển theo nguyên tắc cho ánh sáng truyền qua, điều khiển theo
Các hệ thống đo gia số /kiểu số
Hệ thống đo gia số / kiểu số này được dựa trên sự chia nhỏ thành từng phần có kích cỡ ngang nhau và thành các yếu tố cơ bản của kích thước gia tăng. Để đo một cạnh (của một góc) được thực hiện bằng cách thêm vào một số gia trong lưới phản xạ bước hoặc đĩa gia số (bước), nó được dò bằng máy scan qua mối liên hệ trực tiếp. Để phân biệt giữa hai bước kế cận thì các bước riêng lẻ được quy định các đặc tính vật lý khác nhau. Máy scan sẽ cung cấp một cái gọi là xung đếm từ chuyển động tương đối trong giới hạn của bước, xung đếm này sẽ được cộng lại bằng một bộ đếm. Phần lớn các hệ thống đo bước đều sử dụng bộ phát xung quang điện. Trong bộ phát xung cộng với các sensor (cảm ứng) từ cũng được sử dụng (Ví dụ: bánh răng và bộ phát xung từ) và sử dụng nơi mà không đòi hỏi yêu cầu cao về độ chính xác.
nguyên tắc chiếu sáng, điều khiển theo nguyên tắc phản xạ vùng hoặc phản xạ dạng trùm hình năng trụ.
Các bộ vận hành chính của hệ thống đo này bao gồm: Thước tỷ lệ gia số, lưới nhiễu xạ, chi tiết chiếu sáng, cơ cấu đếm, bộ điều khiển bộ giải tần.
Thước tỷ lệ gia số được chế tạo theo bộ tiêu chuẩn. Nó phụ thuộc vào việc thiết kế, như tỷ lệ ánh sáng lọt qua và không lọt qua, sự giao thoa giữa vùng phản xạ và không phản xạ. Bước của mắt lưới là không đổi có thể là cực kỳ nhỏ (dưới 1 àm).
Lưới nhiễu xạ là một phần của bộ phân tích (bộ quét quang) và xác định dạng dấu hiệu được đánh giá. Có ba kiểu lưới nhiễu xạ (Hình 3.9). Trên hình đầu tiên, bước của mắt lưới tương đương với bước của thước tỷ lệ và được đặt song song với thước tỷ lệ. Khi làm việc thì miền lưới ban đầu sẽ thay đổi luân phiên giữa vùng tối và vùng sáng. Trên hình thứ hai thì
miền được đặt ở vị trí so le nhau một góc. Khi đó vân Moire được phát sinh. Trên hình thứ ba thì bước mắt lưới không giống nhau. Các dải sáng và tối suất hiện và chạy dọc theo thước tỷ lệ định hướng.
Như vậy mục đích cuối cùng đạt được từ tất cả công dụng của chúng là phân loại cấu trúc dải sáng tối của thước tỷ lệ rồi dịch chuyển chúng tới miền rộng của dải sáng tối. Điều này là rất cần thiết cho các bộ phận nhạy ánh áng của bộ quét quang.
Hình 3.9. Các dạng lưới nhiễu xạ trong hệ thống đo gia số
a. Kết cấu lưới, b. Tín hiệu ra, 1 – Thước , 2 – Lưới, 3 – Vân sáng/tối, 4 – Vân Moiré, 5 –
ác hệ thống nhiễu xạ quang học cho ánh sáng truyền qua.
Cách thưc đánh giá được giải thích trong phần chi tiết này và được ứng dụng cho tất cả các hệ thống cho ánh sáng truyền qua. ánh sáng truyền từ nguồn phát sáng qua một bộ phận quang học nơi mà tạo ra chùm ánh sáng song song xuyên qua mắt lưới và tấm lưới trên thiết bị quang điện (hình 3.10). Các thiết bị quang điện tạo ra các tín hiệu hình sin biến đổi đều ở mọi sự chuyển động của thước tỷ lệ được đặt trong sự rằng buộc với thiết bị quét quang. Các tín hiệu này được thay đổi một góc 900(bằng 1 bước chu kỳ hoặc một mắt lưới không đổi) theo mối quan hệ với tín hiệu khác. Nhờ cách này mà có thể nhận dạng được tín hiệu điều khiển. Sau khi khuyếch
Hình 3.10. Nguyên lý hoạt động của quá trình nhiễu xạ cho ánh sáng truyền qua.
1- Nguyồn sáng, 2 – Thấu kính hội tụ, 3 – Thước đo, 4 – Mã chuẩn, 5 – Tế bào quang điện, 6 – Lưới kích, 7 – Diốt quang điện bằng silic
Chu kỳ chia 900 Tín hiệu ra Ua1 Ua0 Ua2 Tín hiệu chuẩn Độ lệch pha
đại lần đầu, hai tín hiệu đo tương tự (giữa 1:4 và 1:64) có thể được chia nhỏ qua bộ phân điện áp mắc nối tiếp. Hai dãy xung vuông góc sẽ làm thay đổi dòng điện một góc 900 mà được tạo ra từ các tín hiệu tương tự trong một bộ cảm biến. Việc nhận rạng tín hiệu điều khiển và tính toán xung được thực hiện trong mạch của máy tính theo logic nào theo những mục đích gia công hoặc hiện thị nhất định. Mỗi cấp độ máy tính sẽ đưa ra giá trị đo cho phần dịch chuyển so với điểm tham chiếu khi sự dịch chuyển so với điểm tham chiếu hoàn tất. Tốc độ dịch chuyển lớn nhất được giới hạn bởi tần số đếm lớn nhất.
Thêm vào đó thì hệ thống đo gia số mô tả cho chuyển động tuyến tính, cũng có loại hệ thống đo mô tả cho chuyển động quay loại này điều khiển theo nguyên lý tương tự. Các bộ đếm vòng quay theo tiêu chuẩn có loại làm việc giữa 1000 đến 3000 lines trên một vòng quay và có thể cho độ chính xác khi sử dụng tới 3600 lines ứng với góc quay là 0.5”.
Trong các hệ thống đo vị trí kiểu gia số, khi mất điện áp nguồn, các giá trị đo vị trí bàn máy cũng mất theo. Để tái hiện được số đo này, thước đo có thể trang bị thêm một hay nhiều mốc đo chuẩn. Các tín hiệu đầu ra của hệ thống đo chiều dài theo phương pháp quang điện được khuyếch
đại trong một bộ tạo xung điện tử và tạo thành dạng xung chữ nhật.
Ua0 Ua1 Ua2 Ua0 Ua1 Ua2 Không chia nhỏ Chia nhỏdần
Hình 3.11. Xung đầu ra của hệ thống đo đường dài bằng quang điện
Bước đo ≅1/20 bước chia Bước đo
Tùy theo chu kỳ chia và độ chia đòi hỏi các tín hiệu được nội suy tương tự và chia nhỏ thêm đến 5 lần hoặc 25 lần (hình 3.11)
1. Cung cấp thêm cho rãnh ghi một mã khoá
Các hệ thống đo tuyệt đối kiểu số
Trong các hệ thống đo tuyệt đối kiểu số, mỗi một hệ thống này đã đo trước giá trị gốc trên một mốc cố định và được gán cho mỗi phần đường dịch chuyển. Các dữ liệu này được tạo ra từ một điểm chuẩn dựa trên một từ mã hóa nhận biết duy nhất. Điểm chuẩn được thiết lập sẵn. Độ lệch với điểm chuẩn có thể được tính theo cách trực tiếp hoặc có thể bổ xung bằng cách cộng vào vị trí đã đo một giá trị. Một bộ mã hóa tuyến tính (linear encoder) xử lý giống như đo vật liệu trong các hệ thống đo vị trí tuyến tính và một bộ mã hóa quay (rotary encoder)được sử dụng trong các hệ thống đo kiểu quay. Các khả năng vật lý của quá trình đo là các số mã hóa và hình thức quét quang kiểu tương tự, ứng với chúng dùng để tạo ra số gia trong hệ thống đo gia số. Thiết bị quét quang được sử dụng nhiều nhất trong trường hợp này.
Tuy nhiên, có những vấn đề đặt ra không được rõ ràng trong quá trình quét ảnh là số gia trong hệ thống này. Đó là do xảy ra sự thay đổi trạng thái một số trong rãnh ghi trên dữ liệu chuyển tiếp từ một đại lượng đã đo sang một trạng thái khác.
Để ngăn việc trên xảy ra ta có ba cách sau: 2. Sử dụng qua mã khoá nữa
3. Sử dụng phương pháp quét quang kép hoặc quét chữ V
Đối với cách 1: Ta thêm vào các rãnh các tín hiệu xung để đảm bảo rằng việc đọc giá trị đo chỉ được kích hoạt khi xác suất truyền đã được xác định rõ ràng trong tất cả các rãnh.
Đối với cách 2: Mã xám là một cấp mã khoá tốt nhất. Nó có ưu điểm là chỉ có một tín hiệu thay đổi được đưa ra khi chuyển tiếp từ vị trí này đến vị trí kế tiếp trên thước tỷ lệ.
Đối với cách 3: Phương pháp quét quang kép được sử dụng phù hợp trong viêc lập mã nhị phân trên thước tỷ lệ, dẫn đến việc phản hồi lại các sai số bước trên thước tỷ lệ và bộ quét khi làm việc không hiệu quả.
Hai bộ quét mỗi bộ được gắn trong một rãnh mã hoá, mỗi một phần bắt nguồn từ phần chia rất nhỏ, một trong số chúng được sử dụng làm rãnh ghi gốc. ưu điểm của hệ thống đôi này đã giải thích cho mục đích sử dụng của nó, trên một rãnh ghi nào đó phát ra tính hiệu đơn L thì dải mốc phải sẽ luôn được giới hạn trong rãnh kế tiếp. Nơi điểm gốc 0 được phát sinh trong rãnh ghi, thì dải mốc trái lại luôn được giới hạn trong rãnh ghi kế tiếp. Hai bộ quét luôn được đặt trong rãnh ghi kế sau và được thay đổi bề rộng bằng một nửa bề rộng bước trên rãnh ghi trước đó (hình 3.13). Điều này tạo ra một miền dung sai đủ lớn cho phép chuyển tiếp từ giá trị này tới một giá trị khác trên các rãnh ghi. Bộ quét sử dụng trong mỗi trường hợp được lựa chọn từ các rãnh ghi trước đó.
Hình 3.13. Thước mã nhị phân với nguyên tắc đọc hình chữ V Hình 3.12. Thước đo mã nhi phân cho bộ mã hóa tuyệt đối
Bộ quét chữ V (V-scanner) được sử dụng hữu ích hơn so với mã hóa Gray. Chưa hẳn miền dung sai của rãnh ghi lớn hơn mà đưa ra được giá trị cao hơn. Ưu điểm này khá quan trọng khi dùng trong các hệ thống đo kiểu quay với các bộ mã hóa (encoder) quay dịch chuyển theo dãy có dộ chính xác phụ thuộc vào độ chính xác của bộ dẫn động trung gian
Do tốn kém nhiều trong việc chế tạo, phương pháp đo vị trí tuyệt đối kiểu số chỉ còn được ứng dụng trong một phạm vi hẹp.