L ời cảm ơn
3.1. Thiết kế hệ thống thiết bị đỏnh giỏ độ nhăn đường may đơn 301
3.1.2. Thiết bị quột bề mặt đường may
Thiết bị quột bề mặt đường may ó đ được thiết kế với kớch thước 640x440x540mm, khối lượng 30kg; sử dụng nguồn điện 220V. Phạm vi đo 280x100x10 mm, độ nhậy 0,02 mm, độ chớnh xỏc 0,04mm theo phương z, lưới tọa độ đo theo phương x, y cú thể điều chỉnh phự hợp với yờu cầu của đối tượng đo với bước nhỏ nhất là 0,06mm nhờ phần mềm điều khiển. Thiết bị quột nối với mỏy tớnh qua cổng COM. Đầu vào của thiết bị quột laser là mẫu đo và cỏc thụng số điều kiện đo. Đầu ra là tệp dữ liệu toạ độ (x, y, z) của 2176 điểm đo trờn bề mặt mẫu.
3.1.2.1. Cấu trỳc ết bịthi quột bề mặt đường may: 1. Nguồn laser và bộ cảm biến :
Nguồn laser và bộ cảm biến được đặt trờn bàn đo. Nguồn phỏt ra tia laser chiếu lờn mẫu cần đo, tớn hiệu phản xạ từ bề mặt vải được thu nhận bởi cảm biến quang điện. Nguồn laser bỏn dẫn GaAs sử dụng cho thiết bị đo cú cụng suất 8 mW; sử dụng dũng 1 chiều I = 70mA; U = 3,6V; bước súng 650nm, đường kớnh chựm tia 1mm.
Bộ cảm biến thu nhận tớn hiệu đo ồm cảm biến quang g cú chức năng cảm ến bi
ỏnh sỏng; cỏc bộ phận điện điện tử xử lý v- à khuếch đại tớn hiệu; cỏc bộ phận quang cơ đi kốm.
+ Cảm biến quang:
Hỡnh 3-1. S ơ đồ quỏ trỡnh đỏnh giỏ khỏch quan độ nhăn đường may
Thiết bị quét laser Bộ mô phỏng Mạng nơron đánh giá độ nhăn Hình dạng mô phỏng của mẫu Năm thông số hình học của mẫu
Độ nhăn của mẫu Mẫu đường may
Quang trở được sử dụng cho thiết bị quột bề mặt đường may vỡ giỏ thành rẻ, dễ kết ợp với cỏc bộ phận quang cơ để tăng độ phõn giải, chớnh xỏc, linh kiện phổ h biến, cho phộp đo tự động và lưu trữ dữ liệu dưới dạng số hoỏ để mỏy tớnh cú thể xử lý tuỳ theo mục đớch khỏc nhau, đặc tớnh rất tuyến tớnh. Tớn hiệu đầu vào là vị trớ của điểm hội tụ trờn cảm biến. Quóng đường dịch chuyển của tia phản xạ được đo bằng cỏch chuyển tớn hiệu quang thành dạng tớn hiệu dễ đo đếm, lưu trữ và chớnh xỏc.
+ Cỏc bộ phận xử lý và khuếch đại tớn hiệu: gồm mạch điện quang trở, mạch điện xử lý tớn hiệu quang trở (mạch khuyếch đại và lọc, mạch ADC) và mạch điều khiển vị trớ quang cơ (mạch động cơ bước điều khiển dịch chuyển của cảm biến). Cỏc mạch điện ủa thiết bị quột laser được trc ỡnh bày trong phụ lục 3.
+ Bộ phận quang cơ: làm tăng độ phản xạ và độ phúng đại quang. Trong thiết bị này, độ phõn giải của cảm biến là 63,5 m với yờu cầu trờn mẫu là 10 m nờn độ phúng đại được thiết kế k = 7.
F F' U B U' B' P L K x' f' f x a' a y y' Hỡnh 3-2. Cỏc thụng số hỡnh học ủa ệ quang c h
Điểm đo U trờn bề mặt cho ta điểm ảnh thật U’ trờn cảm biến, sang vị trớ điểm đo mới là B ta cú ảnh thật tương ứng là B’. Độ cao y khi di chuyển từ điểm đo U sang B chớnh là độ cao của ảnh thật y’ khi ảnh chuyển từ U’ tới B’ sau khi nhõn với độ phúng đại. Quang sai của hệ cú ảnh hưởng đến hỡnh dạng, diện tớch vựng hội tụ
trờn cảm biến. Quang sai coma làm vựng hội tụ bị mờ và khụng đối xứng ảnh , hưởng trực tiếp đến độ phõn giải của cảm biến. Vỡ vậy, cỏc thụng số cấu tạo của hệ quang được xỏc định ớiv quang sai cầu sai SA=63,5 m, quang sai coma
CA=63,5 m, tỷ lệ tạo ảnh ’=-3, khoảng cỏch giữa mặt vật và mặt ảnh là L=200mm. Độ lớn của vật là 2l=10mm. Vũng chắn sỏng trựng với giỏ đỡ, đường kớnh pupil vào Dp=20mm, khoảng cỏch từ vật đến hệ quang a = 50mm. Kết quả thiết kế hệ quang được đưa ra trong ục 2.2, ụ lục 2. m ph
l Dp 2 u a Hỡnh 3-3. Sơ đồ ệ quangh 2. Khay đặt mẫu:
Khay đặt mẫu phẳng PP cú kớch thước 550x400x0,5mm, khối lượng 0,9kg. Mẫu vải cú đường may cần đỏnh giỏ độ nhăn được đặt ẳng trph ờn khay và được ố định ởi c b khung chặn mẫu kớch thước 420x280mm. Khay ch a mứ ẫu đứng yờn trong khi đo. 3. Hệ dịch chuyển X,Y:
Hỡnh 3-4. Sơ đồ cấu trỳc mỏy quột: 1-Sống trượt trục X, 2- Mụ tơ trục Y, 3- Nguồn laser, 4- Cảm biến, 5- Sống trượt trục Y, 6- Mặt phẳng đặt mẫu, 7 Mụ tơ trục X.-
Nguồn laser, bộ cảm biến được ắn cố định trờn bàn đo và cú thể chuyển g động trơn trờn sống trượt bi 1 và 5. Hai mụtơ bước 2, 7 gắn ở hai trục và bộ truyền vitme và sống trượt bi giỳp bàn đo dịch chuyển quột tọa độ x, y trờn mặt phẳng đặt mẫu đo. Giỏ trị ọa độ này được đọc từ hai thước đo chuyển vị thẳng cú độ chớnh 2 t xỏc 0,06mm và hiển thị trực tiếp trờn mỏy.
Tuỳ thuộc bề mặt đối tượng đo cú độ nhấp nhụ khỏc nhau và yờu cầu đo mà lưới điểm cần quột được thay đổi cho phự hợp. Để đỏnh giỏ độ nhăn đường may, dịch chuyển của bàn đo được ết kế ớithi v :
Bước dịch chuyển theo ụctr X là 2 mm và đo 128 điểm. Bước dịch chuyển theo ụctr Y là 5mm và đo 17 hàng.
M vặt ật
Hỡnh 3-5. Sơ đồ cỏc điểm đo - Hệ truyền động cơ khớ:
+ Động cơ: Chuyển động theo 2 chiều X và Y được ạo ra bởi hai động cơ bước t 1,8o và hệ truyền động cơ khớ vitme bi. Vị trớ của điểm đo trờn toạ độ (x, y) tương ứng với số gúc bước của động cơ:
. . 2 360
p
s n (mm) (3-1)
Trong đú: s là quóng đường dịch chuyển theo ục X tr hoặc Y, n là số bước, là gúc bước động cơ, p là bước vitme.
Quóng đường ỏnh nhất cú thể thực hiện được khi động cơ quay nửa bước gúc 1,8o là: Với trục X: min 0,9. 0,0025. 0,0025.2 0,005
360 p
s p mm ; (p = 2mm)
Với trụcY: min 0,9. 0,0025. 0,0025.1,5 0,00375 360
p
s p mm ; (p = 1,5mm)
Sau khi tớnh toỏn mụmen (mục 2.1.2, phụ lục 2), chọn động cơ cú cụng suất 3W (23HS5425 1.8deg Bipolar step Motor NEMA 23 57mm) cho dịch chuyển theo trục X và động cơ cú cụng suất 6W (TL57ST56-02B2 1.8deg Step Motor NEMA 23 57mm) cho dịch chuyển theo trục Y [15].
+ Vitme và sống trượt bi: Sau khi tớnh toỏn hệ dẫn động (mục 2.1.1, phụ lục 2), chọn sống trượt và vitme bi của hóng SDK: W1507FA- 4G-C5T20 và W150FA-4G- C5T20; ổ lăn với kớ hiệu P6 08 0 3 6 [129] nhằm ảm lực ma sỏt cho 2 chuyển động gi theo trục X, Y. Bản vẽ lắp của thiết bị quột được trỡnh bày trờn hỡnh P2-5, phụ lục 2. 4. Bộ phận điện:
+ Bộ phận khuyếch đại: Để xử lý tớn hiệu thu được, mạch khuyếch đại sử dụng TL084 v hới ệ số khuyếch đại K = 1+(R3+R5)/R1 = 1+(100+1)/1 = 102. Sau khi khuyếch đại, tớn hiệu đo được lọc và nhõn đụi bằng mạch lọc bội ỏp tỏch súng nối tiếp và chuyển tới bộ chuyển đổi A/D.
Đường may Đường quột 17
+ Bộ chuyển đổi A/D: Chớp sử dụng cho thiết bị là ADC 0804 nhằm chuyển đổi tớn hiệu tương tự sang tớn hiệu số để xử lý dễ dàng và thuận tiện hơn. Tớn hiệu chuyển đổi được gửi tới cỏc bộ vi xử lý.
+ Bộ vi xử lý: Thiết bị chế tạo cú 3 bộ vi điều khiển nhằm thu nhận và xử lý tớn hiệu, điều khiển cỏc động cơ đảm bảo vị trớ chớnh xỏc của điểm đo. Mạch đếm xung và tớnh ra giỏ trị thực (mm) và truyền lờn mỏy tớnh nờn sử dụng vi điều khiển AT89C2051. Sau khi tớn hiệu đo được lọc và chuyển tới ADC 0804, qua vi xử lý AT89C52 và bộ giải m đưa kết quả hiển thị ra LED. ất cả cỏc vi điều khiển được ó T nối với may tớnh qua chuẩn truyền thụng nối tiếp RS232.
Toạ độ x và y được đo bằng cỏch khi đầu đo dịch chuyển thỡ cảm biến chuyển vị sẽ phỏt hai xung điện ỏp lệch pha nhau 900, sau đú được đưa vào vi điều khi ển 3 để đếm. Giỏ trị thực bằng giỏ trị xung nhõn với 0,02(mm).
Khi đo toạ độ z, tia phản xạ dịch chuyển ới khoảngv cỏch là s so với điểm ban đầu th điểm hội ụ đi ỡ t qua x phần tử trờn cảm biến. Từ đú xỏc định lượng dịch chuyển s ủa tia phản xạ l c à: s = x * 63,5 ( m) (3-2) 63,5 m là khoảng cỏch giữa hai phần tử cảm biến màu đỏ trờn dóy photodiode. x được xỏc định tại vị trớ tõm của chựm hội tụ, là điểm giữa ủa hai photodiodc e cú giỏ trị điện ỏp bằng nhau nờn:
1 2
2 x x
x (3-3) và so sỏnh hai giỏ tr , dựng m
Để đo ị điện ỏp ạch chuyển đổi A/D với ngưỡng từ 0~5V, ngưỡng so sỏnh là 2,5V ứng với giỏ trị của ADC là 128 (1000000). Nghĩa là trong quỏ trỡnh đọc ảm biến, khi giỏ trị ADC=128 thc ỡ vị trớ của photodiode đú được đỏnh dấu (vị trớ này chớnh là số chu kỳ phỏt xung ở chõn RS). Như vậy, sau mỗi lần đọc ảm biến xỏc định, c hai vị trớ photodiode cú giỏ trị điện ỏp 2,5V. Từ đú, vi xử lý xỏc định ị trớ tõm ch v ựm hội tụ và gửi lờn mỏy tớnh.
5. Phần mềm điều khiển đo:
Từ nguyờn lý hoạt động, sơ đồ điều khiển đo được thiết kế trờn Hỡnh 3-6. Trong đú, xi, yi, zi là toạ độ điểm đo, ni là số điểm đó đo, n = 2176.
Phần mềm điều khiển đo SPT với dung lượng 10,8MB được thiết lập trờn ngụn ngữ Visual Basic 6.0 bởi đõy là ngụn ngữ khỏ cơ bản đỏp ứng được cỏc giao tiếp đơn giản thụng qua cổng COM của mỏy tớnh. Phần mềm này cho phộp điều chỉnh
Để tiến hành đo, trước tiờn chọn Reset để phần mềm kiểm tra giao tiếp với cỏc vi điều khiển. Sau khi phần cứng thụng bỏo đó kết nối thỡ phần mềm tiếp tục gửi cỏc giỏ trị thiết lập ban đầu gồm: bước dịch chuyển x, y, mức điện ỏp so sỏnh và đặt điểm ban đầu là gốc 0, cỏc thụng số này do người dựng đưa vào trong Menu Options. Nếu mỏy thụng bỏo khụng thể kết nối được hệ thống thỡ phải kiểm tra cỏp nối cổng COM và nguồn điện cấp cho mỏy đo. Khi kết nối đó được thực hiện (nỳt Start hiện rừ), chọn Start thỡ quỏ trỡnh đo bắt đầu. Giỏ trị toạ độ z được hiển thị trờn bảng kẻ ụ 2
và độ cao này được lượng tử hoỏ tức thời trờn đồ thị 3. Thời gian đo và vị trớ đo hiện thời hiển thị phớa dưới thanh trạng thỏi 5 và thanh tiến trỡnh 4 (Hỡnh 3-7).
Khi đo xong, phần mềm sẽ hiển thị thụng bỏo yờu cầu người sử dụng lưu lại bộ số liệu vừa đo bằng cỏch chọn File > Save. Thao tỏc này cú thể tự động thực thi nếu chọn chế độ Auto Save trong Menu Optionssau khi đặt tờn mẫu đo. Kết quả đo là tập ạ độ (x,y,to z) của 2176 điểm được lưu lại dưới dạng tệp text. Toạ độ x, y của cỏc điểm đo được khai bỏo trong tệp dữ liệu này dưới dạng lưới điểm đo. Toạ độ z là cỏc giỏ trị thực.
6. Mỏy tớnh:
Thiết bị đo khỏ phức tạp nờn trợ giỳp của mỏy tớnh là rất cần thiết. Mỏy tớnh chứa phần mềm điều khiển đo, mụ phỏng mẫu và phần mềm mạng nơron nhõn tạo đỏnh giỏ độ nhăn đường may, hiển thị cỏc thụng số hỡnh dạng của mẫu và kết quả đo, hướng dẫn người sử dụng và đảm bảo tớnh trực quan tốt nhất. Mỏy tớnh IBM được kết nối với hệ thống đo qua chuẩn truyền thụng nối tiếp RS232.
Bắt đầ Vị trí gốc Tọa độ xi, yi Đọc tọa độ zi Ghi số liệu L u dữ liệu Kết thúc ni ≥ n đúng sai xi = xi + 1 yi = yi + 1
Hỡnh 3-6. Sơ đồ điều khiển đo
lưới đo phự hợp với yờu cầu của đối tượng với bước đo nhỏ nhất là 0,06mm.
Hỡnh 3-7. Giao diện điều khiển mỏy đo: 1 Menu điều khiển; 2- - Bảng ghi dữ liệu tức thời; 3 Đồ thị - toạ độ z; 4- Thanh tiến trỡnh đo; 5- Nỳt lệnh
3.1.2.2. Nguyờn lý hoạt động:
Khi khởi động mỏy đo, mỏy tớnh truyền cỏc tham số cho thiết bị quột bước dịch chuyển ủac hai trục X, Y và giỏ trị điện ỏp so sỏnh. Sau khi hoàn thành bước khởi tạo này, vi điều khiển 1 bắt đầu quỏ trỡnh đo bằng cỏch phỏt xung để đọc cảm biến. Vi điều khiển 2 thụng qua ADC phỏt hiện hai vị trớ điện ỏp bằng với giỏ trị điện ỏp so sỏnh. Vỡ qua ngắt nờn vi điều khiển 1 gửi vị trớ tõm hội tụ lờn mỏy tớnh là c1. Từ đú xỏc định được vị trớ thứ nhất là gốc đo N1(0,0,0).
Để sang vị trớ đo thứ hai, mỏy tớnh phỏt lệnh qua vi mạch 1 (điều khiển động cơ và xử lý tớn hiệu từ cảm biến) điều khiển hai động cơ bước đưa bàn đo đến toạ độ đo N2(x2, y2, z2). Cảm biến bỏm sỏt sự thay đổi của tia phản xạ và thay đổi vị trớ cõn bằng, sự mất cõn bằng này phỏt hiện nhờ mạch ADC. Vi điều khiển 3 (xử lý tớn hiệu từ ADC) truyền tớn hiệu bỏo cho mỏy tớnh biết sự thay đổi vị trớ của tõm chựm hội tụ, vi điều khiển đếm số xung tương ứng với lượng dịch chuyển, hiển thị v2 à gửi vị trớ tõm của chựm hội tụ lờn mỏy tớnh là c2. Khoảng lệch t1 giữa hai chựm phản xạ đo bằng hiệu hai giỏ trị c2-c1. Dấu của hiệu này biểu thị chiều dịch chuyển của tia phản xạ hay z2 cao hơn hay thấp hơn z1. Quỏ trỡnh đo tiếp tục lặp lại liờn tục cho đến điểm đo cuối cựng.
ti = ci+1 - ci ; zi+1 = ti . cos i (3-4) Với i là gúc tới, i 1,n 1; n là số điểm đo
3.1.2.3. Kết quả đỏnh giỏ ết bịthi quột laser:
- Kết quả thực hiện phộp đo trờn tập căn mẫu bậc cấp 00 của Mitutoyo cú độ dày 0,8mm theo ba phương x, y với bước đo 0,5mm cho kết quả trờn Hỡnh 3-9, 3-10. Giỏ trị tại điểm 7 ới toạ độ x,y) v(v à 9, 10 (với toạ độ z) khụng ổn định do ỏnh sỏng bị tỏn x tạ ại bậc. Kết quả tớnh toỏn trờn bảng P4.1, P4.2, P4.3 cho thấy tại mọi vị trớ cũn lại, giả thiết H0 được chấp nhận ới trắc v nghiệm t ở mức tin cậy P = 0,95; nghĩa là giỏ trị đo được hoàn toàn thống nhất với giỏ trị chuẩn, mỏy đo đó thiết kế chế tạo đạt độ tin cậy. Độ nhạy đạt được 0,02mm và sai số lớn nhất là 0,06mm theo cả hai phương x, y.
Kết quả căn mẫu toạ độ X
-0.10 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 điểm đo m m
Kết quả căn mẫu toạ độ Y
-0.10 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 điểm đo m m -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 1 3 14 1 5 16 17 18 19 20 Điểm đo C hi ều c ao ( m m )
Hỡnh 3-10. Kết quả đo căn mẫu theo phương z
- Kết quả kiểm tra độ chớnh xỏc của mỏy đo với ạ độ z trờn 20 điểm v ặp lại 10 lần to à l cũng với căn mẫu trờn cho thấy tại điểm thứ 10, tia tới laser bắt đầu chuyển bậc (z = 0,8mm). Cỏc điểm cũn lại cho thấy sự sai lệch rất nhỏ. Độ nhạy đạt được là 0,02mm. Sai số ớn nhấtl là 0,04 mm.
Kết quả đạt được:
- Thiết bị quột laser 3D ó thiđ ết kế cho phộp thu nh thụng tin vận ề bề mặt mẫu Hỡnh 3-9. ết quả đo ăK c n mẫu 0,8mm theo 2 phương x, y.
đường may một cỏch khỏch quan v ự động à t với lưới đo 17 đường, 128 điểm/đường, bước đo 5x2mm. Vựng đo trờn mẫu là 254x80mm. Phạm vi đo của toạ độ z là ±5mm với độ nhạy 0,02mm, độ chớnh xỏc 0,04mm. Cú thể điều chỉnh bước đo nhỏ nhất là