4. Các kết quả mới của luận án
2.2.1 Nguyên lý hoạt động cảm biến LaserScan Micrometer
Hình 2. 7: Mô hình hoạt động của cảm biến đo LSM [28].
Nguyên lý ho ạt động c ủa c ả m bi ế n đo Laser scan micrometer đượ c trình bày như sau (Hình 2.7): Laser được chi ếu lên gương đa giác lắ p c ố định trên tr ục động cơ. V ị trí gương đa giác được điề u ch ỉnh sao cho điể m laser chi ếu trên gương trùng với v ị trí tiêu điểm trướ c c ủa th ấ u kính chu ẩ n tr ực. Động cơ quay làm quay gương đa giác tạ o thành chùm tia laser và sau khi đi qua thấ u kính chu ẩ n tr ự c tr ở thành chùm song song. Thấ u kính h ội t ụ có tác d ụng h ội t ụ chùm tia song song quét qua vùng đo về mặ t c ả m biến quang điện. Khi đặ t v ật đo vào vùng quét laser giữ a hai th ấu kính, đường kính c ủa vật đo tỷ lệ với th ờ i gian chùm tia laser b ị che khu ấ t. Sau khi s ử lý tín hi ệ u thu t ừ c ả m biến quang điện ta xác định th ời gian che khu ất và tính được kích thước vậ t đo [27], [28], [29], [30], [67], [68], [69].
Hình 2. 8: Mô hình mối quan hệ giữa kích thước vật đo với khoảng thời gian che khuất.
Từ hình 2.8 ta có đường kính vật đo: D = 2 f .tg (α / 2) Khi α/2 là góc nhỏ thì tg (α / 2) ≈ α / 2 do đó:
D = f .α (2. 6) Theo tính ch ấ t c ủa gương phẳ ng: Khi tia t ới c ố định, n ếu gương quay một góc αg thì tia phản xạ sẽ quay một góc α = 2αg (2. 7)
Mặt khác: αg = ωg . t2 = 2π.n.t2 (2. 8) 31
Thay công th ứ c (2.7) và (2.8) vào công th ức (2.6) ta được công th ức xác định đường kính như sau:
D = 4π .n. f .t2 (2. 9)
Trong đó: t2 là thời gian vật đo che khuất chùm tia laser. ωg là vận tốc góc của gương đa giác.
n là vận tốc quay của gương đa giác (vòng/s). f là tiêu cự của thấu kính chuẩn trực.
Hình 2. 9: Các khoảng thời gian trong một chu kỳ quét tại mặt cắt thứ i.
V ới c ả m bi ế n quét laser LSM trong một chu k ỳ quét ta xác định được các thông số sau (Hình 2.9):
+ Kho ả ng cách t ừ điể m c ố định trên cùng vùng quét laser phía trên (Điể m T) đến điể m cao nh ấ t trên b ề mặ t chi ti ết đo (Điể m Pij) t ương ứ ng v ới th ời gian quét laser t1.
+ Kho ả ng cách t ừ điể m cao nh ất (Điể m Pij) đến điể m th ấ p nh ấ t (Điể m Hij) c ủa chi tiết đo (Đường kính v ật đo) ) tương ứ ng vớ i th ời gian quét laser t2.
+ Kho ả ng cách t ừ điể m th ấ p nh ấ t (Điể m Hij) c ủa chi ti ết đo đến điể m c ố định thấ p nhấ t c ủa vùng quét laser phía dưới (Điể m B) tương ứ ng v ới th ờ i gian quét laser t3.