hỡnh 2.14: độ nỳn d(t) do lực va ft(t)
2.3.4. Chia nhỏ khoảng cỏch giữa hai vạch khắc
Chia nhỏ khoảng cỏch giữa hai vạch khắc là một thủ thuật thường thấy trong
cỏc dụng cụ đo lường với nhiều phương phỏp khỏc nhau.
Ngày nay, với sự phỏt triển của lĩnh vực quang điện tử, điện tử số... Nhiều
phương phỏp chia nhỏ khoảng cỏch xuất hiện. Thường sử dụng một trong những
phương phỏp sau:
* phương phỏp nội suy điện tử;
* phương phỏp nhõn xung;
* phương phỏp số hoỏ;
Nguyờn tắc:
Nếu chỉ với một tớn hiệu hỡnh sin, ta thấy tương ứng với u1 cú hai giỏ trị chuyển vị x1 và x2. Nếu đưa thờm vào 1 tớn hiệu chu kỳsin nữa thỡ với mỗi cặp (u1, u2) sẽ xỏc định duy nhất một giỏ trị x.
Theo nguyờn tắc này, mỗi chu kỳ ta sẽ chia nhỏ được n lần mong muốn. Tuy nhiờn, ta nhận thấy sự phụ thuộc của u vào x khụng phải là tuyến tớnh: ở cỏc sườn của súng hỡnh sin, sự thay đổi của u theo x khỏ rừ ràng và dễ xỏc định, nhưng ở lõn cận cỏc điểm cực trị, mỗi sự thay đổi của x kộo theo sự thay đổi khú phỏt hiện của
u. Vỡ vậy, nếu chia nhỏ chu kỳ thành càng nhiều phần, độ chớnh xỏc sẽ càng giảm.
Trong thước kớnh của hóng heidenhain, người ta dựng phương phỏp chia nhỏ khoảng cỏch bằng phương phỏp nội suy điện tử dựng mạng điện trở (hỡnh 2.20).
Hai tớn hiệu i1 và i2 lệch pha 1/4 chu kỳ đi qua cỏc điện trở ở trước bộ so sỏnh, tạo ra điện ỏp trờn đú. Tớn hiệu sau đú sẽ đi qua bộ so sỏnh để lấy tớn hiệu cho vào
hai cổng xor. Tớn hiệu ra sẽ là hai tớn hiệu xung vuụng lệch pha và cú chu kỳ nhỏ hơn.
Cỏc điện trở trờn nhỏnh của i2cú giỏ trị r/sinϕi Vỡ i1sớm hơn i2 là 90o nờn:
Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba chiều
Khi i2 = a sinϕi
Thỡ i1 = a sin(ϕi + 90o) = a cosϕi
Do đú điện trở trờn nhỏnh của i1 là r/cosϕi
Tại thời điểm thước ở vị trớ ϕ = ϕi , điện ỏp đặt lờn cỏc điện trở r/sinϕi và r/cosϕisẽ là: u1 = i1. i R cosϕ = a.cosϕi. i R cosϕ = ar u2 = i2. i R sinϕ = a.sinϕi. i R sinϕ = ar → u1 = u2
Tớn hiệu sau khi qua mỗi cặp r/sinϕi và r/cosϕisẽ được đưa vào cổng and. Như chỳng ta đà biết, cổng and là mạch điện thực hiện quan hệ logic and như sau: z = a.b
với
- a , b là tớn hiệu đầu vào. - z là tớn hiệu đầu ra.
Như vậy, ta thấy khi thước ở vị trớ ϕ = ϕi , tức là khi điện ỏp u1 = u2 đi vào
cổngand thỡ sẽ cú tớn hiệura đi vào cổng xor.
Nhưvậy, nếu ta chia chu kỳ ra 20 lần thỡ cỏc gúc ϕisẽ là: ϕi = i
o
360
20 = i.18
o i = 1 ữ 20
Ta sẽ cú trong một chu kỳ 20 lần tớn hiệu ra từ cỏc cổng and: tớn hiệu từ cỏc vị
trớ ứng với i lẻ đi đến cổng xor 1; tớn hiệu từ cỏc vị trớ ứng với i chẵn đi đến cổng
xor 2.
Cổng xor làmạch điện thực hiện quan hệ logic xor như sau: a ⊕ b = a.B + A.b
Nghĩa là hàm xor = 1 khi cỏc biến a, b lấy cỏc giỏ trị khỏc nhau.
xor = 0 khi cỏc biến a, b lấy cỏc giỏ trị bằng nhau.
Tớn hiệu ra sau 2 cổng xor sẽ là hai dóy xung vuụng cú chu kỳ bằng a/5 và
lệch pha nhau 90o.
Hai dóy xung này được đưa và bộ đếm để đếm số xung do chuyển vị tạo nờn. (đối với thước kớnh electra ta khảo sỏt thỡ việc chia nhỏ tớn hiệu điện bằng kết hợp hai tớn hiệu hỡnh sin lệch pha nhau 1/4 chu kỳ để chia nhỏ tớn hiệu ra 4 lần).
2.3.5. Bộ đếm
Trong cỏc hệ thống đo số - gia số thường dựng bộ đếm thuận nghịch, nghĩa là bộ đếm cú khả năng tự động cộng thờm hay trừ bớt đi lượng gia tăng tuỳ thuộc chiều biến thiờn của gia số là thuận hay là nghịch. Diều này cần thiết vỡ hai nguyờn nhõn sau:
- trờn bộ đếm thuận nghịch cú thể đưa ra được giỏ trị vị trớ tuyệt đối nhằm mục đớch hiển thị vị trớ hoặc xử lý tiếp tục trong hệ điều khiển.
- cú thể biết được và hạn chế sự sai lệch vị trớ do khả năng chạy qua điểm dừng cũng như do rung động của mỏy. Cỏc rung động này cú thể dẫn tới việc một
bước tiến bị cộng thờm những xung khụng mong muốn. Hệ thống đếm thuậnnghịch nhạy cảm với chiều đo cú thể cộng thờm hay trừ bớt những đoạn nhiễu này.
Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba chiều
Bộ đếm thuận nghịch cú một đầu vào đếm thuận và một đầu vào đếm nghịch.
Khi đếm thuận tức là dịch xuụi thỡ đầu vào đếm nghịch bị ngắt, ngược lại khi đếm nghịch tức là dịch ngược thỡ đầu vào đếm thuận bị ngắt. Điều quan trọng ở đõy là phải tạo tớn hiệu đếm ngược vàxuụi. Cụng việc này được giải quyết bằng cỏch sau:
Người ta đặt hai bộ đầu thu lệch pha nhau 1/4 chu kỡ, từ đú thu được hai tớn hiệu xung cựng chu kỳ nhưng lệch pha nhau 90o. Cỏc xung này được đưa qua bộ nắn xung thành hai xung chữ nhật ua1 và ua2vẫn lệch pha nhau 90o. Hai xung ua1 và ua2đi vào bộ chọn chiều đếm (hỡnh2.22).
Hỡnh 2.22: bộ đếm thuận nghịch
Quỏ trỡnh xử lý xung đếm thuận nghịch diễn ra như sau:
Xung ua2 đi qua bộ phận d1 biến đổi xung chữ nhật thành xung nhọn (khõu vi
phõn d1 chỉlấy sườn trước) ta nhận được dóy xung kim U'a2. Xung U'a2 cựng xung ua1đi đến cổng and 1.
Xung ua2 đi qua cổng đảo n sẽ được tớn hiệu xung đảo Ua2, đi qua khõu vi
phõn d2 biến th.nh xung kim ở cỏc sườn trước của Ua2 ta được dóy xung kim U'a2
rồi cựng với xung ua1đi vào cổng and 2
Nếu lỳc cú xung kim ua1 mà xung U'a2 ở mức cao thỡ cổng and 1 cho tớn hiệu ra đếm thuận. Nếu lỳc cú xung kim ua1 mà xung U'a2 ở mức cao thỡ cổng and 2 cho tớn hiệu ra đếm nghịch.
Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba chiều
Ở đõy ta thấy rằng cỏc xung ua1, U'a2, Ua2khụng cú gỡ thay đổi khi thước đổi chiều chuyển động. Cỏi màta lợi dụng ở đõy chớnh là khi đổi chiều chuyển động thỡ
sườn trước sẽ biến thành sườn sau, vỡ vậy tớn hiệu nhận được sau khi vi phõn (chỉ lấyở sườn dương) sẽ phụ thuộc vào chiều chuyển động.
2.4. Phần mềm
Cú nhiều loại phần mềm dựng cho cỏc mục đớch khỏc nhau được khai thỏc sử dụng trờn mỏy đo tọađộ như :
- phần mềm vạn năng dựng cho mục đớch chung (geopak-win) - phần mềm quột (scanpak-win)
- phần mềm phõn tớch thống kờ (statpak-win) - phần mềm bổ sung umess
- phần mềm chương trỡnh chi tiết độc lập (aec)
- phần mềm đo đường cong (kum)
- phần mềmgiao tiếp dữ liệu (datacom)
- phần mềm đo răng (gearpak-win ), đo bỏnh răng xiờn (gram, g-age)... *phần mềm vạn năng dựng cho mục đớch chung geopak-win
Phần mềm geo-win là một phần mềm đo lường sử dụng trong mỏy đo tọa độ khụng gian 3 chiều phục vụ cho mục đớch chung do hóng cung cấp phần mềm cosmos viết. Phần mềm này chứa đựng toàn bộ cỏc chức năng đo thụng số hỡnh học sử dụng cho mỏy đo tọađộ 3 chiều sau:
- đo kớch thước, hỡnh dỏng hỡnh học của cỏc yếu tố hỡnh học
- đo sai số hỡnh dỏng, sai số vị trớ của cỏc phần tử hỡnh học
- tớnh toỏn chuyển hệ trục tọađộ
- tổ hợp để chuyển đổi kết quả đo
- nghiờn cứu cỏc chức năng của chương trỡnh để vận hành chương trỡnh cnc
- chạy chương trỡnh cnc và cỏc chức năng kiểm tra
Trong đú ứng dụng điển hỡnh là đo khoảng cỏch, vị trớ cỏc lỗ, cỏc gúc và xỏc
định sai số hỡnh học như độ khụng trũn, độ đảo đồng trục, độ vuụng gúc, độ song
song. Kếtquả cú thể chuyển sang bất cứ hệ tọa độ nào mà ngườivận hành yờu cầu. Tất cả cỏc cụng việc đo bằng tay đều cú thể được lập trỡnh, lưu giữ trong mỏy tớnh
và vận hành tựđộng bằng cnc.
* phần mềm bổ sung umess
Đõy là phần mềm phụ cú mục đớch giải quyết cỏc yờu cầu đặc biệt trong việc đo chi tiết như
- đồ thị , cỏc khổ bản ghi khỏc nhau.
- dũ độ trũn , độ phẳng bằng bàn quay. - khởi động và vận hành cnc.
- cỏc chương trỡnh cho cỏc chi tiết tương tự.
- thống kờ bằng mỏy tớnh.
- đo quang học với microscope, ccd camera ...
- đo điểm theo ba kớch thước khụng gian.
* phần mềm phõn tớch thống kờ ( statpak-win )
Là phần mềmdựng để thống kờ giỏ trị cỏc dữ liệu đo dựng trong kiểm tra, lờn kếhoạchsản xuất,vật mẫu ngẫu nhiờn và đặcbiệttrong điềukhiển sản xuất.
Chức năng của phần mềm phõn tớch thống kờ là - phõn bố trung bỡnh, phõn bố logarit.
- đồ thị phõn bố tần số, phõn bố tần số tớch luỹ.
- sơ đồ giỏtrị thực, đồ thị xỏc suất.
- tớnh toỏn hiệu quả của mỏy.
- giới thiệu đồ thị của cỏc dữ liệu thu nhận được.
Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba chiều
Thụng thường một phần chương trỡnh cho cỏc cnc chạy được tạo nờn qua quỏ
trỡnh nghiờn cứu tức là người vận hành thực hiện tất cả cỏc thao tỏc đo theo đỳng quy trỡnh một lần bằng tay, điều khiển đầu dũ chuyển động và đo bằng cần điều khiển. Khi đú mỏy tớnh sẽ nhớ tất cả cỏc bước. Tuy nhiờn điều này sẽ chiếm nhiều thời gian của mỏy. Chương trỡnh chi tiết độc lập là chương trỡnh tiện ớch được thiết kế để chuẩn bị cụng việc đo từ cmm ở trạm chương trỡnh riờng rẽ. Tất cả cỏc chức năng của umessđều cú thể dựng được như là một bộ phận hợp thành ace cộng với
cỏc chương trỡnh tổng hợp giỳp cho việc dũ tự động cỏc điểm của yếu tố cần đo. Việcđo bằng cnc cú thể được mụ phỏng ở phần cuối của chương trỡnh để kiểm tra cỏch đo và đảm bảo quỏ trỡnh dịch chuyển khụng xảy ra va chạm.
* phần mềm đo răng (gearpak-win)
Phần mềm này cú thể đo hoàn toàn tự động vàxỏc định cỏc thụng sốcủa bỏnh răng nội tiếp và ngoại tiếp bao gồm cỏc thụng số trờn cỏc mặt cắt thẳng - mặt cắt
ngang - độ đảo độlệch bước răng tuỳthuộc cỏc tiờu chuẩn dựng để đỏnh giỏ.
* phần mềm xõy dụng surface: copycad
Copycadlà phần mềm ứng dụng của hóng delcam. Hóng chuyờn cung cấp cỏc phần mềm phục vụ cho cụng nghệ sản xuất, từ việc thiết kế sơ bộ cho đến việc kiểm
tra và đưa ra phương ỏn sản xuất phục vụ cho cụng nghệ tỏi tạo cơ khớ rất linh hoạt
(reverse engineering). Nú thường đượcsửdụng phối hợp với cỏc loại mỏy đotọađộ sử dụng đầu scan quang học, đầu scan laser hoặcđầu scantiếp xỳc đểtạo ra mộtbề mặt vật theo mẫu cú sẵn một cỏch nhanh chúng, nú là cụng cụ để gắn kết giữa những đối tượng cú thựcvới thế giới số húahỡnh ảnh của đối tượng đú.
Với cụng cụ copycad chỳng ta cú thể mở rộng phạm vi ứng dụng bao gồm:
- tạo ra một bề mặt đối tượng cơ khớ từ việc scan mẫu cú sẵn.
- thu nhận hầu hết cỏc đặc trưng hỡnh dạng của đối tượng từ những vật mẫu đầu tiờn.
- tạo ra một cụng cụ thật ấn tượng từ sự kết hợp giữa mỏy đo tọa độ và cỏc
- số hoỏ cỏc bề mặt 3d phức tạp phục vụ rộng rói trong cụng nghệ chế tạo
khuụn và cú ý nghĩa rất lớn trong lĩnh vực bảo tồn cỏc hiện vật vàdi sản.
- là cụng cụ để phủ lưới cỏc bề mặt ở dạng dữ liệu điển, đường,từ đú mụ hỡnh hoỏ cỏc vật thể 3 chiều, phõn tớch bằng phương phỏp phần tử và tớnh toỏn động học cho cỏc đối tượng.
- so sỏnh độ chớnh xỏc của một phần hoặc toàn bộbề mặtgiữamẫu thực tế với mụ hỡnh xõy dựng, từ đú cú cơ sở để chỉnh sửa và tạo lập mụ hỡnh theo yờu cầu.
Copycad chạy trờn mỏy tớnh cấu hỡnh tối thiểu piii, ram 256mb cú cài win xp .
Copycad cú thể đọc được cỏc file dữ liệu với định dạng nhị phõn hoặc asc.
Thường thỡ dữ liệu sau khi scan mẫu bằng mỏy đo tọa độ 3d là file chứa tọa độ cỏc
điểm hoặc đường dưới định dạng dxf. Sau đú thụng qua phần mềm dxf chuyển dữ liệu này sang dạng asc đểchạy trong phầnmềm copycad. Sau khi xử lý dữ liệu bằng
copycad, ta cú sản phẩm là một file dữ liệu cú định dạng iges. Cỏc file dữ liệu này hoàn toàn cú thể chuyển sang cỏc phần mềm cam như master cam hoặc cimatron để tiến hành lập trỡnh gia cụng trờn cỏc mỏy gia cụng cnc.
*phần mềm đo đường cong bổ sung (kum)
Cung cấp cỏc tuỳ chọn dựng cho nhiệm vụ đo đường cong đặc biệt như : - chuyển đổi dữ liệu cỏc đường cong vàbề mặt cong .
- đo thõn ụtụ.
- đo biờn dạng cam.
- đo giỏ trị trung bỡnh của một vật thể hỡnh học cú hỡnh dạng cong.
* phần mềm đo bề mặt cong (holos)
Phần mềm này đobằng cỏch chia toàn bộ bề mặt thành cỏc ụ nhỏkế tiếp nhau. Hệ thống ụ vuụng được tớnh toỏn theo nguyờn tắc bezine , sau đú chuyển tới cmm
và được dũ khi cnc vận hành. Trong trường hợpđược số hoỏ cỏc vựng được đo sẽ được chuyển tới hệ thống cad.
* chương trỡnh đo bỏnh răng xiờn (gram, g-age)
Là chương trỡnh đo bỏnh răng và bộ bỏnh răng sau đú so sỏnh với cỏc bỏnh răng mẫu.
Nghiên cứu ph-ơng pháp nâng cao độ chính xác phép đo trên máy đo toạ độ ba chiều
* phần mềm giao tiếp dữ liệu (datacom)
Phần mềm này cho phộp dữ liệu và thụng tin được trao đổi theo hai hướng qua một khuụn chuyển đổi và một cực đối ngược
Cỏc dữ liệu tương ứng :
- dữ liệu phần tử hỡnh học umess.
- dữ liệu thống kờ sam.
- dữ liệu cỏc bề mặt cong và đường cong kum.
- dữ liệu bỏnh răng gon.
- điện tin dnc.
2.5. Sai số do mẫu điều chỉnh
Khi đo so sỏnh ta coi kớch thước mẫu điều chỉnh là khụng cú sai số. Trong
thực tế mẫu vẫn cú sai số do chế tạo và cú thể đo được nhờ cỏc phương tiện đo cú cấp chớnh xỏc cao hơn. Sai số này được gọi là sai số kiểm định, cú độ lớn tuỳ thuộc cấp chớnh xỏc của mẫu.
2.6. Nhiệt độ.
Thụng thường đo ảnh hưởng của nhiệt độ trong quỏ trỡnh gia cụng kớch
thước chi tiết đo thường lớn hơn khi chi tiết trở lại trạng thỏi bỡnh thường. Sai số
này càng lớn khi kớch thước chi tiết càng lớn.
Sai số do nhiệt theo chiều dài chi tiết được tớnh theo cụng thức: ∆lt = l.αct(tct – t0 )
Trong đú: l : chiều dài chi tiết
tct, tm : nhiệt độ chi tiết và nhiệt độ mỏy đo
αct, αm : hệ số dón nở nhiệt của chi tiết và của mỏy đo.
to : nhiệt độ tiờu chuẩn trong phũng đo, thường to = 20oc
Khi đo trong phũng cú nhiệt độ tiờu chuẩn thỡ: tm = to = 20oc
Thụng thường với cỏc phộp đo cần độ chớnh xỏc cao như khi kiểm định dụng cụ, mẫu đo, người ta phải để chi tiết đo trong phũng đo một thời gian nhất