STT L (mm) Tần số cộng hưởng (Hz) đo bằng Pico 2204A
Tần số cộng hưởng (Hz)
đo bằng Hioki3532-50 LCR Sai lệch
1 45 26605,23 26590 0% 2 46 26605,23 26780 -1% 3 47 26605,23 26680 0% 4 48 26605,23 26590 0% 5 49 26605,23 26790 -1% 6 50 26605,23 26690 0% 7 51 26605,23 26690 0% 8 52 26605,23 26680 0% 9 53 26605,23 26700 0% 10 54 26605,23 26660 0% 11 55 26605,23 26690 0% 12 56 26543,97 26730 -1% 13 57 26482,86 26680 -1% 14 58 26421,9 26700 -1% 15 59 26789,83 26700 0% 16 60 26728,15 26650 0% 17 61 26728,15 26670 0% 18 62 26728,15 26660 0%
Bảng 3.5 cho thấy, các kết quả xác định tần số cộng hưởng của hai phương án, sử dụng thiết bị hiện sóng PicoScope 2204A kết hợp với phương pháp I-V và phương án sử dụng thiết bị phân tích trở kháng HIOKI3532-50 LCR có sai khác khoảng 1%. Từ các kết quả trên, có thể khẳng định khả năng đo kiểm được tần số cộng hưởng của một hệ thống rung siêu âm bằng thiết bị đo thương mại với chi phí chấp nhận được.
Nhận xét. Tần số cộng hưởng của cơ cấu rung siêu âm trợ giúp khoan đã được xác
định bằng phân tích quan hệ trở kháng-tần số kích thích. Sử dụng thiết bị hiện sóng số có thể xác định được tần số cộng hưởng của các bộ chuyển siêu âm hoặc các cơ cấu rung có kết cấu phức tạp với nhiều vật liệu có đặc trưng trở kháng khác nhau chẳng hạn như các bộ chuyển đổi siêu âm đã lắp dụng cụ. So với phương án sử dụng thiết bị phân tích trở kháng HIOKI3532-50 LCR (có giá khoảng 3500 USD), phương án sử dụng thiết bị
3.4.4 Đo biên độ rung động
Biên độ rung của mũi khoan khi khoan có trợ giúp của rung động siêu âm ý nghĩa quan trọng. Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của biên độ rung đến chất lượng gia công như nhiệt cắt [52], nhám bề mặt [43], lực dọc trục [44] v.v. Khó khăn lớn nhất khi đo là thiết bị đo phải có tần số lấy mẫu rất lớn và độ phân giải phép đo rất nhỏ, đi kèm với đó là vấn đề chi phí cao. Trong khoan có trợ giúp của rung động siêu âm, có thể sử dụng một số cảm biến đo rung như dưới đây [114].
Cảm biến La-de (Laser vibrometer); Cảm biến gia tốc (Accelerometer);
Cảm biến siêu âm (Ultrasonic microphone);
Cảm biến tiệm cận cảm ứng/dòng cảm ứng (Inductive sensor); Cảm biến dòng (Current sensor);
Cảm biến công suất (Power sensor).
Cảm biến La-de là dụng cụ đo khơng tiếp xúc và có độ chính xác cao, tuy nhiên đây là thiết bị đắt tiền và không phù hợp với mơi trường cơng nghiệp. Ngồi ra đầu đo la de thu thập tín hiệu thơng qua phản xạ và nhận tín hiệu từ màng phản xạ nên chỉ có thể đo khi mũi khoan khơng quay; Sử dụng gia tốc kế có nhiều điểm bất lợi như khơng chịu được rung động trong thời gian dài ở tần số cao. Khó khăn lớn nhất trong việc sử dụng gia tốc kế là phải cố định cảm biến lên đỉnh mũi khoan, do đó gia tốc kế khơng được sử dụng; Sử dụng cảm biến siêu âm có thể đo được rung động tuy nhiên phép đo khơng chính xác do ảnh hưởng của nhiễu. Phương án này đã được chứng minh rằng, cường độ âm khơng hồn tồn tương ứng với biên độ rung; Cảm biến dòng cảm ứng sử dụng dòng điện phát ra trong vật thể kim loại nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ. Cảm biến dòng cảm ứng phù hợp cho khoan có trợ giúp của rung động siêu âm, tuy nhiên cần hiệu chuẩn trước khi đo; Cảm biến dòng và cảm biến cơng suất được sử dụng để đo tín hiệu dịng và cơng suất tức thời của bộ chuyển đổi từ đó xác định biên độ rung.
Ngoài các phương án đo biên độ như trên, phương án đo kiểu tiếp xúc sử dụng pan-me hoặc đồng hồ so là giải pháp kinh tế nhất. Trong một công bố gần đây của S. M. Hoseini và J. Akbari (2013) [115], một đồng hồ so có độ phân giải 02 µm đã được sử
dụng để đo biên độ rung tại đỉnh dụng cụ. Giải pháp đo tương tự cũng được sử dụng trong công bố của W. L. Cong T và Z.J.Pei (2011) [116], các kết quả đo được đánh giá là tương đương khi so sánh với phương pháp đo sử dụng kính hiển vi.
Trong nghiên cứu này, biên độ rung tại đỉnh mũi khoan được đo bằng 03 phương án: sử dụng đồng hồ so có độ phân giải 1 µm (hình 3.19a), sử dụng đầu đo biên độ rung siêu âm kĩ thuật số (hình 3.19b) và pan me có độ phân giải 1 µm (hình 3.20).
(a) (b)
Hình 3.19 Đo biên độ rung bằng đồng hồ so MИΓ có độ phân giải 1 µm (a), đo biên độ rung bằng đầu đo siêu âm kĩ thuật số (b)
Thông số kĩ thuật của đầu đo biên độ rung siêu âm được cho trong bảng 3.6.