Chương III: Dụng cụ đo và phương pháp đo dịch chuyển dùng thiết bị đo cơ điệN tử
3.1. Các ph ương pháp đo dịch chuyển
3.1.1. Một số khái niệm niên quan đến phép đo vị trí
- Các đại lượng đo: là những đại lượng vật lý mà giá trị của nó cần được đo lường (ở đây là các đoạn đường thẳng và góc).
- Giá trị đo: là các giá trị cần tìm ra của đại lượng đo (tích của số đo và đơn vị
®o)
- Dụng cụ đo: dụng cụ đưa ra các đại lượng đo và chuyển đổi thành các tính hiệu đo thích hợp.
- Vị trí đo: là nơi dụng cụ đo thực hiện phép đo.
3.1.2. Các phương pháp đo
Mỗi một trục truyển động được điều chỉnh của máy CNC cần một thiết bị đo, chúng thông báo cho mạch điều chỉnh từng vị trí tức thời của bàn máy hoặc bàn xe dao máy tiện.
Đại lượng đo ở đây là những đoạn đường trong chuyển động thẳng và các góc trong chuyển động quay có điều chỉnh
Hình vẽ 3.1.b là tập hợp các phương pháp đo vị trí ứng dụng trên máy a. Phương pháp đo vị trí trực tiếp
Là phương pháp đo bám sát vị trí cần đo hay các biến đổi vị trí không cần đên các dẫn dộng cơ khí trung gian
Hệ thống đo được ghép trực tiếp với chuyển động cần đo
Phương pháp đo vị trí trực tiếp có độ chính xác cao vì giữa đại lượng đo và dụng cụ đo không có các lỗi cơ khí (khe hở, các biến dạng dẻo).
Hình 3.1.a. Đo vị trí trực tiếp 1 – Thước đo, 2 – Hệ thống đo vị trí
Hình 3.1.b. Sơ đồ tập hợp các phương pháp đo vị trí ứng dụng trên máy
Đo gián tiếp
Thay đổi chuyển động thẳng thành chuyển động quay _______________________
Encoder
Đo kiểu số
Sự sắp xếp của phần trượt theo sự gia tăng về kích cỡ
Đo tuyệt đối Tất cả các vị trí được đo suất phát từ mét chuÈn
§o gia sè Tất cả các vị trí đo kế tiếp
được suất phát từ vị trí
cuối cùng
Bộ mã hoá
quay hoặc thước mã hoá
Bộ mã hoá gia số hoặc thước
gia sè
Đo trực tiếp
Đo đường trực tiếp tại sống trượt của máy
_______________________
Thước tỷ lệ
Đo kiểu tương tự Mỗi một vị trí của rãnh được nhận biết bằng một giá trị điện
áp
Đo tuyệt đối Trên mọi vị trí, khoảng cách tuyệt đối
được đo thông qua nhận biết của điện áp
Tuyệt đối chu kú với mỗi vòng
quay của encoder bổ sung thì các
vòng quay
được đếm một lÇn
Bộ giải góc nhiều Rôto, hệ thống cảm
điện, bộ bù áp
Bộ giải góc rôto hoặc hệ
thống cảm
điện hoặc bộ bù áp
Điểm 0 của máy được xác
định bởi hệ thèng ®o
Điều chỉnh
điểm 0 nhờ sự phối hợp chuyển đổi công tắc giới
hạn
Điểm 0 của máy được
điều chỉnh giữa điểm 0
của máy và
điểm 0 của bộ mã hoá
Thông qua tín hiệu điện có sự điều chỉnh
hợp lý giữa tín hiệu và công tắc giới
hạn Dông cô
Vị trí đo lường
Hệ thống
®o Nhận dạng
®o
Nguyên lý
®o
Vài nét về phÐp ®o tương ứng
Điểm chuÈn 0
Về cấu trúc, nguyên tắc đo so sánh Abbe’she Comparatorprinzip (Phần kiểm và thước đo gá lắp trên một trục) trong nhiều trường hợp khó thực hiện được.
Để đảm bảo các lỗi (do sự bố trí các phần tử đo tạo ra) đủ nhỏ, các khe hở dẫn động của đường hướng bàn máy phải nằm trong giới hạn chấp nhận được
b. Phương pháp đo gián tiếp Trong phương pháp đo này, thay cho các biến đổi vị trí tịnh tiến cần đo, một chuyển
động quay tương ứng sẽ được
®o
Chuyển động quay gắn liền với chuyển động tịnh tiến ở
đây là chuyển động quay của vít me chạy dao (hình 3.2)
Một khả năng khác là chuyển đổi chạy dao thẳng
thành một chuyển động quay nhờ bộ truyền thanh răng – bánh răng. (Hình 3.3) Các lỗi mắc phải do sai
lệch bước vít me, độ ăn khớp khi
đảo chiều hay khe hở ăn khớp giữa hai má răng trong bộ truyền bánh răng – thanh răng bị đưa trực tiếp vào phép đo. Lỗi này phải nằm trong giới hạn cho phép, thông qua việc chế tạo các bộ truyền với độ chính xác đủ lớn, hoặc được bù lại thông qua các yếu tố hiệu chỉnh đã được ghi vào bộ nhớ trong chương trình điều khiển.
Hình 3.2. Đo gián tiếp Thông qua trục vít me chạy dao
3 – Cảm biến góc quay, 4 – Vít me đai ốc bi 3
Hình 3.3. Đo vị trí gián tiếp thông qua bộ bánh răng - thanh răng
5 – Cảm biến góc quay, 6 – Thanh răng đo
c. Phương pháp đo vị trí kiểu tương tự
Đoạn đường hay góc cần đo được chuyển đổi liên tục thành một đại lượng vật lý tương thích (đại lượng tương tự = analog), ví dụ chuyển đổi thành điện áp hoặc cường độ dòng (Hình 3.4)
d. Phương pháp đo vị trí kiểu số
Đoạn đường hay góc cần đo được chia thành các yếu tố đơn vị có độ lớn như
nhau. Quá trình đo chính là việc đếm hay cộng lại các yếu tố đơn vị đã đi qua hoặc nhờ ở sự nhận biết các dấu hiệu riêng của yếu tố đơn vị tại vị trí thật. Hình 3.5
e. Phương pháp đo vị trí tuyệt đối
Trong phương pháp đo này, mỗi một giá trị đo đều được so sánh với điểm 0 của thước đo và có dấu hiệu riêng.
Trong phương pháp đo vị trí tương tự /tuyệt đối, ứng với mỗi vị trí tưong phạm vi đường dịch chuyển là một thang điện áp đặc biệt.
Trong phương pháp đo vị trí số/ tuyệt đối mỗi gia số vị trí được đánh dấu riêng bằng mã nhị phân.
Ưu điểm của phương pháp đo vị trí tuyệt đối là tại mỗi thời điểm đo hoặc sau mỗi lần mất điện áp, vị trí tuyệt đối so với điểm không được nhận biết ngay.
Nhưng mặt khác các hệ thống đo vị trí tuyệt đối thường tốn kém về cấu trúc, bởi thế trong thiết kế mới chúng hầu như không được ứng dụng nữa.
Đại lượng tương tự Ví dụ: điện áp
Đại lượng cần đo (Đường dịch chuyển góc quay)
Số các gia số (Mực điểm)
Đại lượng cần đo (Đường dịch chuyển góc quay)
Hình 3.4. Đo vị trí bằng đại
lượng tương tự Hình 3.5. Đo vị trí bằng đại lượng số
f. Phương pháp đo vị trí tuyệt đối chu kỳ
Khi đo vị trí bằng đại lượng tương tự trong những phạm vi dịch chuyển lớn hơn, độ chính xác
của các vạch chia trên thang đo thường không đáp ứng được trên toàn bộ đường dịch chuyển.
Trong trường hợp này, người ta chia toàn bộ phạp vi dịch chuyển thành những khoảng tăng
có độ lớn bằng nhau, Trong pham vi một khoảng tăng, phép đo được thực hiện theo phương pháp tuyệt đối (Hình 3.6). Giá trị đo tại vị trí đang đo được tính bởi:
X = n.i + xabs (n = 1,2,3, …) d. Phương pháp đo vị trí kiểu gia số
Toàn bộ phạm vi dịch chuyển được chia thành các bước tăng (gia số = increments) không có dấu hiệu riêng, có độ lớn như nhau.
Vị trí thật được đưa ra bởi tổng các bước tăng đã đi qua. ở đây, các gia số vượt qua phải được cộng với nhau hoặc trừ đi cho nhau tuỳ theo chiều chuyển động.
Tiêu hao và giá thành của các hệ thống đo vị trí kiểu gia số tương đối phải ch¨ng.
Nhược điểm của chúng là khi đóng mạch hệ điều khiển, vị trí thật lúc đó không nhận biết được.
Trước khi đo, vị trí phải được đưa về một điểm gốc 0 cố định. Sau khi đưa về gốc 0, hệ thống đo vị trí kiểu gia số lảm việc theo nguyên tắc đo tuyệt đối.