Bài Giảng Cách Đo Các Kích Thước Lớn

Các kích thước cần đo trong chế tạo cơ khí thường có độ dài từ một vài mét cho đến hàng trăm mét với độ chính xác yêu cầu từ vài milimét đến vài chục micrômét 4.2.1Đo khoảng cách lớn bằn

4.2 Đo kích thước lớn.

Các kích thước cần đo trong chế tạo cơ khí thường có độ dài từ

một vài mét cho đến hàng trăm mét với độ chính xác yêu cầu từ vài milimét đến vài chục micrômét

4.2.1Đo khoảng cách lớn bằng xung laser.

Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý đo khoảng cách lớn bằng xung laser

Khoảng cách đo L tương ứng với một nửa quãng đường đi của xung

laser:

L = c.t / 2

- c là vận tốc ánh sáng trong không khí 2,83.106 m/s

- t là thời gian đi và về của xung laser

Do vận tốc của ánh sáng lớn nên độ chính xác của phép đo phụ

thuộc vào độ chính xác của phép đo thời gian và chát lượng của dạng xung laser

Để đạt được đến độ phân giải cỡ milimet cần phải có bộ đo thời

gian đạt đến 10-9s.Đặc điểm của phương pháp đo này là có độ chính xác không cao khi đo ở khoảng cách nhỏ

Các máy đo ở cự ly gần của hãng Leica với xung chuẩn 10-9s đạt

4.2.2 Đo kích thước lớn bằng phương pháp di pha

Phương pháp này sử dụng các bộ diều biến làm cho tia laser được

điều chế cường độ thành dạng tín hiệu điều hòa có tần sô f

không lớn

Hình 4.18 Sơ đồ nguyên lý đo khoảng cách bằng di pha

Pha của tín hiệu đo sẽ chậm hơn tín hiệu chuẩn:

Độ nhây của phương pháp này phụ thuộc vào khả năng đo độ lệch

pha của hai tín hiệu nếu tần số tín hiệu điều hòa là f=6.106Hz

và khả năng đo lệch pha là 1 phút thì độ phân giải của của phép

đo là 1 mm

Các thiết bị đo hiện đạt được độ chính xác 1mm/1000m

4.2.3 Đo biến thiên khoảng cách theo phương

pháp tam giác lượng

Phương pháp đo sự biến đổi khoảng cách giữa đầu đo laser với bề

mặt đo dựa trên nguyên lý tam giác lượng sử dụng tính chất truyền thẳng của tia sáng laser như hình 4.18

Hình 4.18 Nguyên lý đo theo tam giác lượng

Tia laser



X2 X1

M

b

a II

I

a- Phương pháp đo dựa trên tia phản xạ

Tia laser chiếu tới bề mặt chi tiết đo ở vị trí Z0 với góc tới i bị

phản xạ lại và có tia phản xạ là a Khi bề mặt tại điểm đo dịch chuyển một lượng ∆Z, thì tia phản xạ là b và vị trí điểm ảnh

của tia laser trên cảm biến quang điện cũng dịch chuyển một lượng tương ứng:

∆h = ∆Zsin(2i) / cos(i)



a

Z Z0

b

Tỷ số truyền của chuyển đổi :

K= ∆h/∆Z =sin(2i) / cos(i)

Đồ thị trên hình 4.20 biểu thị sự tăng của tỷ số truyền K theo sự

tăng của góc tới: khi i=300 có k= 1; trong vùng i<300 thì k<

1 ; còn vùng i>300 thì 2> k>1 Tuy nhiên, việc tăng góc tới i

sẽ làm tăng kích thước kết cấu cảm biến và ảnh hưởng của đặc điểm phản xạ của bề mặt chi tiết đo

0 0.5 1 1.5 2 2.5

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

Hình 4.20: Đồ thị quan hệ giữa

K và i

b- Phương pháp đo theo tán xạ:

Khi bề mặt tại điểm đo dịch chuyển một lượng ∆Z, thì vị trí điểm

ảnh của tia laser trên cảm biến quang điện cũng dịch chuyển một lượng tương ứng:

a1

Z0 ∆Z

Z b1

Hình 4.21: Nguyên lí đo theo tán xạ

với:-  là hệ số khuếch đại

Tỷ số truyền:

K = ∆Zsin(i+)/cos(i)

Tỷ số truyền không kể đến hệ số phóng đại của hệ quang:

K’= sin(i+)/cos(i)

Trờn đồ thị biểu diễn sự biến đổi của K’ đối với góc tới i với các

giá trị của góc nghiêng  quang trục là 1= 150;2=300 và 3=

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

của bề mặt chi tiết

đo và quang sai của

hệ quang

Sensor đo dịch chuyển Z4W-V của hãng OMRON, đây là cảm biến đo chuyển vị không tiếp xúc có độ chính xác cao dùng với nguồn sáng khả kiến đỏ, độ phân giải 10 m, đầu ra tuyến tính 4 đến 20 mA hoặc 1 đến 5 VDC, thời gian đáp ứng 5 ms, khoảng cách đo 25 mm ± 4 mm, độ phân giải 10 m.

Đo bề dầy

Đo kích thước chiều cao

4.2.4Đo dịch chuyển nhỏ theo nguyên lý điều chỉnh hội tụ

Chuyển vị z biến đổi thành điện áp U1 = kz Trong phạm vi tuyến

Nguyên lý hội tụ loạn thị

Một nguồn điểm phát sáng qua hệ quang loạn thị , khi đặt mặt

phẳng thu ở các vị trí khác ta được các đốm sáng hình êlíp theo phương đứng hoặc phương ngang tùy theo mặt phẳng thu ở bên

trái hay bên phải vị trí “0” (hình 4 25)

tách tia, thấu

kính chuẩn trực, thấu kính trụ,

Nối với mạng diode quang là mạch điện khuếch đại sơ cấp , hình

4.27 Chênh lệch diện tích chiếu sáng giữa hai cặp cảm biến

quang (A + C) và (B + D) biến đổi thành điện áp ở đầu ra của khuếch đại, ta gọi nó là tín hiệu sai lệch hội tụ chỉ có khả năng phản ánh sự thay đổi của dịch chuyển z trong phạm vi rất hẹp khoảng 15 m

Đo góc quay bằng laser vòng

Phương pháp đo góc quay bằng laser có buồng cộng hưởng dạng

vòng dựa trên nguyên lý cộng vận tốc, hình 4.28

Hình 4.28 Laser vòng đo góc nhỏ

Khi laser vòng quay quanh trục vông góc với mặt phẳng vòng laser,

sẽ làm sai lệch hiệu quang lộ của hai chùm tia laser lan truyền ngược chiều nhau Quang lộ của tia thuận chiều sẽ lớn hơn

quang lộ của tia ngược chiều làm cho tần sô của bức xạ laser fth ,fng của hai tia sẽ sai lệch nhau một lượng là

Nhiễu xạ qua lỗ Nhiễu xạ qua dây nhỏ

Đo kích thước nhỏ bằng nhiễu xạ

Hiệu ứng nhiễu xạ xảy ra khi ta chiếu một chùm tia laser vào một

dây hoặc một vật nhỏ có kích thước d có độ lớn gần với bước sóng ánh sáng laser

Hình 4.29 Hiện tượng nhiễu xạ

Trên màn ảnh các điểm sáng

nhiễu xạ có có phân bố năng

lượng tuân theo công thức

Bragg:

sinθ = nλ / 2d

Trên hình 4.30 là sơ đồ nguyên lý đo của thiết bị đo nhiễu xạ đo

đường kính dây nhỏ Khả năng đo của phương pháp này đo được đường kính dây đến 0,25m với sai số đạt đến 5%

Hình 4.30 Sơ đồ nguyên lý đo theo nhiễu xạ