4. Các kết quả mới của luận án
2.2.2 Cấu tạo cảm biến LaserScan Micrometer
Cả m biế n LSM c ấ u tạ o có 2 bộ ph ậ n chính:
- Bộ phậ n t ạ o ra tín hi ệu đo: Gồ m có h ệ quang (Gương, thấ u kính, laser) và mạ ch t ạo xung đo trên cơ sở các c ả m nh ậ n t ừ chi tiết đo.
- Bộ phậ n x ử lý tín hi ệ u và hi ể n th ị kế t qu ả đo: Gồ m có b ộ xử lý và chuyển đổ i xung đế m thành k ế t qu ả đo kế t h ợp v ớ i h ệ th ống CPU chuyển đổi các d ữ liệu đo sang các giao diện khác như: màn chỉ th ị, bàn phím, máy in, chuyển đổi D/A....
Sơ đồ kh ố i ch ức năng:
Hình 2. 11: Mô hình chức năng của cảm biến LSM
Hình 2. 12: Mô hình các bộ phận của cảm biến LSM [70].
- Đầ u phát laser: laser được t ạ o ra t ừ một đầ u phát laser khí He-Ne. Ánh sáng đỏ bước sóng 650 nm.
- Bộ phậ n t ạ o laser quét:
Có nhi ều phương pháp tạ o laser quét như các phương pháp gương đa giác quay, gương điệ n k ế, gương dao động ... nhưng với ưu điểm là đơn giả n và cho t ốc độ quét cao nên phương pháp gương đa giác quay đượ c s ử dụng ph ổ biế n nh ấ t trong c ả m bi ế n quét laser.
H ệ quang t ạ o quét laser bằng phương pháp đa giác quay như hình 2.13 và hình 2.14. Khi s ử dụng phương pháp này, cứ một vòng quay c ủa gương sẽ tạ o ra s chu k ỳ
quét c ủa tia ph ả n x ạ (s là s ố c ạ nh c ủa đa giác) do đó có thể cho v ậ n t ốc quét và t ầ n s ố đo lớn.
Hình 2. 13: Mô hình tạo chùm tia quét laser bằng gương đa giác quay.
Hình 2. 14: Mô hình tạo chùm tia quét laser bằng gương đa giác quay.
- Bộ phậ n tr ự c chuẩ n tia quét:
Các tia laser ph ả n x ạ từ gương đa giác quay sẽ lậ p thành một chùm tia quét góc. Tuy nhiên khi xác định đường kính D các chi ti ế t ta ph ải quét lên hai đường sinh đối
tâm do đó bắ t bu ộc chùm tia quét ph ải là song song. Như vậ y c ầ n thi ế t ph ả i có s ự tr ự c chuẩn chùm tia quét góc thành chùm tia quét song song. Để th ự c hi ện điều này ngườ i ta đặt điể m "hội t ụ " c ủ a chùm tia quét góc t ại tiêu điể m c ủa một th ấ u kính chu ẩ n tr ự c TK1 (Hình 2.14).
Ngoài ch ức năng c huẩ n tr ự c chùm tia quét thì th ấ u kính chu ẩ n tr ự c còn có ch ứ c năng rấ t quan tr ọng sau: Tia quét laser góc cũng như tia laser từ ngu ồn phát nó có độ
song song r ấ t cao vì v ậ y sau khi qua TK1 thì nó s ẽ hội t ụ tạ i tiêu di ệ n sau c ủa TK1. Như vậ y, so v ới đường kí nh chùm tia phát thì đường kính c ủ a tia quét t ạ i tiêu di ệ n c ủa TK1 nó đã giảm được nhi ề u l ầ n (Hình 2.15). Nh ờ sự giảm đường kính c ủa tia quét này mà kh ả năng phân giả i khi nh ậ n c ạ nh v ật đo của tia quét được tăng lên tức là tăng độ chính xác của phép đo.
- Bộ phậ n c ả m nhậ n chùm tia quét laser và t ạ o tín hiệu đo:
Trong quá trình quét s ẽ có một kho ả ng th ời gian tia laser b ị che khu ấ t b ởi chính vật đo. Để chuyển đổ i s ự không liên t ục này thành tín hi ệu đo ở b ộ ph ậ n c ả m nh ậ n người ta thường chuyển đổi nó thành tín hi ệu xung điện như sau:
Hình 2. 16: Mô hình bộ phận tạo xung đo.
Tia quét laser sau khi qua v ật đo sẽ được h ộ i t ụ nhờ một kính h ội t ụ TK2, t ạ i tiêu điể m c ủa kính hội tụ ta đặ t m ột t ế bào quang điện, như vậ y v ới s ự không liên t ụ c c ủa chùm quét laser đế n kính h ội t ụ, do s ự che khu ấ t c ủa v ậ t thì sau khi khuyếch đạ i tín hi ệu điệ n c ủ a t ế bào quang điệ n k ế t h ợp m ạ ch chuyển đổ i thích h ợp ta s ẽ được mộ t tín hi ệ u dạ ng xung ở đầ u ra (Hình 2.16).
Thông qua độ r ộ ng t c ủa đoạ n xung mứ c "0" ứ ng v ới th ời gian không có tín hiệu điệ n c ủa t ế bào quang điệ n ta hoàn toàn có th ể xác định được kích thước c ủa chi tiế t.
- Bộ phậ n x ử lý tín hi ệ u:
Để chuyển đổi th ời gian t ở mứ c "0" c ủ a xung t ế bào quang điệ n thành k ế t qu ả đo người ta thi ế t k ế b ộ xử lý tín hi ệ u g ồ m các b ộ ph ận như sau:
+ M ạ ch t ạ o xung nh ịp th ời gian: Để tạ o ra các xung nh ịp có t ầ n s ố cao và ổ n định thường s ử d ụng m ạ ch tạo dao động dùng tinh th ể thạ ch anh.
+ B ộ so sánh tín hi ệ u xung: Tín hi ệ u xung t ừ đầ u ra c ủa t ế bào quang điệ n và thiế t b ị tạ o xung nh ịp s ẽ cùng đi vào bộ so sánh tín hi ệ u. B ộ so sánh s ẽ làm công vi ệ c đế m số xung N phát ra t ừ thiế t b ị tạ o xung nh ịp th ời gian trong kho ả ng th ờ i gian b ằ ng độ r ộng t ở mứ c "0" c ủ a xung tế bào quang điệ n.
+ B ộ x ử lý tín hi ệu đo: Sau khi so sánh tín hi ệ u xung b ộ xử lý tín hi ệ u có nhi ệ m vụ chuyển đổi s ố xung đế m N thành tín hi ệ u s ố cho bộ hi ể n th ị k ế t qu ả đo.
Ngoài ra b ộ x ử lý tín hi ệ u còn có ch ức năng xử lý và hi ệ u ch ỉnh các yế u t ố khác ảnh hưởng đế n k ế t qu ả đo.
- Bộ phậ n hi ể n thị kế t qu ả đo:
T ừ số xung đế m N qua b ộ xử lý ta có th ể hiể n th ị số tr ự c ti ế p k ết đo theo kiể u hệ LED 7 thanh. Tuy nhiên, hi ệ n nay v ới phát tri ể n c ủa máy tính điệ n t ử người ta có thể kế t n ố i b ộ x ử lý xung đế m v ới CPU và thông qua một ph ầ n m ềm tương thích để đưa kế t qu ả đo cũng như các thông số k ỹ thu ậ t c ầ n thi ết có liên quan đến quá trình đo ra màn hình máy tính.
Hình 2. 17: Chuyển đổi tương ứng từ độ rộng xung đo thành việc đếm số xung nhịp thời gian.