Thiết kế hệ điều khiển vị trí của máy đo 3 toạ độ

Lêi Nãi §Çu Trong xu thÕ ph¸t triÓn cña khoa häc vµ kü thuËt, ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ trong s¶n xuÊt ph¸t triÓn rÊt m¹nh mÏ. §Çu thÕ kØ XX ®· xuÊt hiÖn nh÷ng con robot lµm chÊn ®éng c¶ toµn cÇu, vµ nã ®· thùc hiÖn ®­îc ­íc m¬ ch¸y báng cña con ng­êi lµ t¹o ra nh÷ng ng­êi m¸y ®Ó thay thÕ m×nh trong nh÷ng c«ng viÖc nÆng nhäc, khã kh¨n,nhµm ch¸n vµ nguy hiÓm. Vµo kho¶ng n¨m 1940, mÉu robot ®Çu tiªn MSM(Master-slave Manipulators) ra ®êi t¹i phßng thÝ nghiÖm quèc gia Oak Ridge vµ Argonne cña Mü, ®Ó vËn chuyÓn c¸c chÊt phãng x¹. Vµ còng tõ ®ã c«ng nghÖ s¶n xuÊt robot ®· tá râ thÕ m¹nh còa m×nh trong ngµnh khoa häc kü thuËt, ®Æc biÖt lµ c¸c robot trong ®o l­êng, vµ còng tõ ®ã thuËt ng÷ “robotics” ra ®êi nã lµ sù kÕt hîp chÆt chÏ cña “c¬_tin_®iÖn tö” sù kÕt hîp nµy ®· t¹o nªn vÏ ®Ñp cña míi cho khoa häc vµ kü thuËt, ®ã lµ thiÕt bÞ kh«ng thÓ thiÕu ®­îc trªn c¸c hÖ thèng s¶n xuÊt, ®Æc biÖt lµ c¸c hÖ thèng s¶n xuÊt linh ho¹t. Robot ngµy cµng khÐo lÐo vµ th«ng minh, ®­îc coi lµ s¶n phÈm ®iÓn h×nh cña ngµnh khoa häc kü thuËt míi: c¬-tin-®iÖn tö. Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, ®o l­êng kiÓm tra lµ mét phÇn quan träng kh«ng thÓ thiÕu. Qua viÖc ®o l­êng kiÓm tra ng­êi s¶n xuÊt cã thÓ ®¸nh gi¸ ®­îc s¶n phÈm cña m×nh so víi yªu cÇu thiÕt kÕ. Víi sù ph¸t triÓn cña x· héi, ®o l­êng lµ mét b­íc tiÕn quan träng trong s¶n xuÊt. Tõ nh÷ng thiÕt bÞ ®o l­êng ®¬n giÎn ngµy nay hÖ thèng ®o ®· dÇn ®­îc tù ®éng ho¸. Trong ®o l­êng cã thÓ kÓ tíi c¸c m¸y nh­ m¸y ®o ba to¹ ®é CMM (Cooodinate Messuring Machine ) hay RMM (Roundness Mesuring Machine)...Nh÷ng m¸y ®o nµy cã thÓ gi¶i quyÕt ®­îc nh÷ng phÐp ®o phøc t¹p, khèi l­îng lín, ®o ®­îc ë c¸c vÞ trÝ khã ®o gãc c¹nh nhá, sè liÖu ®o ®­îc xö lý qua phÇn mÒm cho kÕt qu¶ nhanh vµ chÝnh x¸c. M¸y ®o ba toa ®é ®· vµ ®ang ®­îc nhËp nhiÒu vµo viÖt nam , do nhu cÇu cña c¸c c¬ së s¶n xuÊt vµ c¸c trung t©m ®o l­êng trong c¶ n­íc nh»m tù ®éng ho¸ d©y chuyÒn s¶n xuÊt vµ dïng trong c¸c phßng thÝ nghiÖm ®o l­êng. Do ®ã nghiªn cøu t×m hiÓu vµ chÕ t¹o robot ®o l­êng lµ vÊn ®Ò cÇn thiÕt hiÖn nay t¹i ViÖt Nam. NhiÖm vô cña ®å ¸n: ThiÕt kÕ hÖ ®iÒu khiÓn vÞ trÝ cña m¸y ®o 3 to¹ ®é Trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®å ¸n em ®· cè g¾ng t×m hiÓu, nghiªn cøu vµ hoµn thµnh nhiÖm vô ®­îc giao. Tuy nhiªn lóc ®Çu do tÝnh chÊt míi mÏ cña ®å ¸n nªn em ®· gÆp rÊt nhiÒu khã kh¨n, nh­ng ®­îc sù tËn t×nh gióp ®ì cña ThÇy gi¸o Ts.NguyÔn V¨n Vinh vµ c¸c ThÇy C« gi¸o trong Bé M«n cïng c¸c b¹n trong líp em ®· hoµn thµnh nhiÖm vô ®­îc giao. Dï vËy trong b¶n ®å ¸n nµy cßn cã nhiÒu thiÕu sãt, do vËy em mong cã ®­îc sù chØ b¶o thªm cña c¸c thÇy c« gi¸o vµ b¹n bÌ ®Ó b¶n ®å ¸n nµy ®­îc hoµn thiÖn h¬n, vµ em rÊt mong nã sÏ gióp Ých phÇn nµo trong nguyªn cøu vµ s¶n xuÊt. Ch­¬ng 1 Tæng quan vÒ m¸y ®o, M« t¶ c¬ khÝ vµ yªu cÇu ®iÒu khiÓn 1.1 Giíi thiÖu chung vÒ m¸y ®o täa ®é Ngay nay, m¸y ®o täa ®é (CMM) ®­îc sö dông réng r·i trong nÒn c«ng nghiÖp c¬ khÝ ®Ó ®o c¸c kÝch th­íc, vÞ trÝ vµ h×nh d¹ng cña mét bé phËn c¬ khÝ. M¸y ®o täa ®é lµ thiÕt bÞ kh«ng thÓ thiÕu trong nÒn c«ng nghiÖp ®Æc biÖt lµ trong nÒn c«ng nghiÖp s¶n xuÊt « t«, c«ng nghiÖp luyÖn thÐp. Trong nÒn c«ng nghiÖp « t« th× CMM ®­îc sö dông ®Ó ®o vµ kiÓm tra c¸c bé phËn cña « t«, trong khi ®èi víi c«ng nghiÖp luyÖn t«i thÐp ®Ó cã ®­îc kÕt qu¶ ®o c¸c s¶n phÈm mét c¸ch chÝnh x¸c ë nhiÖt ®é cao lµ rÊt khã kh¨n, CMM ®­îc sö dông ë ®©y lµ lo¹i CMM phøc t¹p nã dùa vµo c¸c sensor 3D ®Ó x¸c ®Þnh c¸c kÝch th­íc. Theo thèng kª cho thÊy th× viÖc x¸c ®Þnh sai kÝch th­íc cña c¸c s¶n phÈm trong c«ng nghiÖp t«i luyÖn thÐp ®· tiªu tèn rÊt nhiÒu chi phÝ cho c¸c c«ng ty bao gåm: chi phÝ cho c¸c mÈu s¶n phÈm thõa ph¶i c¾t bá vµ chi phÝ ®iÖn n¨ng ®Ó s¶n xuÊt ra s¶n phÈm ®ã. ChÝnh v× vËy mµ CMM ®ãng mét vai trß rÊt quan träng trong nÒn c«ng nghiÖp ngµy nay. §ång thêi th× cho tíi nay th× qua c¸c qu¸ tr×nh ph¸t triÓn víi nh÷ng yªu cÇu ngµy cµng cao cña nªn c«ng nghiÖp th× CMM ngµy cµng ®­îc nghiªn cøu vµ tèi ­u hãa ®Ó ®¸p øng ®­îc c¸c yªu cÇu trªn. NhiÒu tr­êng ®¹i häc vµ c¸c viÖn nghiªn cøu trªn thÕ giíi ®· cã nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu nh»m n©ng cao kh¶ n¨ng vµ tÝnh ­u viÖt cña m¸y CMM, vÝ dô nh­ tr­êng §¹i Häc ë Tokyo ®· nghiªn cøu t×m c¸ch thay ®æi kÕt cÊu c¬ khÝ cña m¸y CMM ®Ó lµm t¨ng ®é chÝnh x¸c cña m¸y ®o, thay cho c¸c kiÓu c¬ khÝ nèi tiÕp truyÒn thèng th× hä ®· chuyÓn c¸c kÕt cÊu nµy thµnh d¹ng song song, nhê ®ã mµ ®é v÷ng ch¾c vµ ®é chÝnh x¸c cña m¸y ®o ®· ®­îc n©ng cao lªn rÊt nhiÒu. MÆt kh¸c th× tÊt c¶ c¸c thiÕt bÞ ph¶i cã mét ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ theo tiªu chuÈn ISO9000 hay ISO14000. Tuy nhiªn, kh«ng cã mét ph­¬ng tÝnh to¸n nµo tèt cho m¸y ®o täa ®é. §ã lµ nguyªn nh©n chÝnh t¹i sao CMM cã cÊu tróc phøc t¹p vµ 3 täa ®é cña ®iÓm ®o ph¶i ®­îc sö dông trong ®o l­êng täa ®é. H¬n n÷a th× ®Ó cã ®­îc kÕt qu¶ cña phÐp ®o th× CMM cÇn rÊt nhiÒu ®iÓm ®o. 1.2 CÊu tróc chung cña m¸y ®o cña m¸y ®o täa ®é Tïy thuéc mçi lo¹i m¸y ®o cña c¸c h·ng s¶n xuÊt vµ lÜnh vùc mµ nã ®­îc øng dông mµ m¸y ®o ®­îc cÊu tróc riªng ®Ó phï hîp víi chøc n¨ng sö dông. Tuy nhiªn nh×n chung th× c¸c m¸y ®o ®Òu cã mét cÊu tróc chung nh­ sau: H×nh 1.1: M« h×nh chung cña m¸y ®o HÖ thèng truyÒn ®éng trªn c¸c trôc HÖ thèng truyÒn ®éng trªn c¸c trôc ®­îc thiÕt kÕ tïy theo d¹ng m¸y vµ tïy theo h·ng thiÕt kÕ m¸y ®o. Cã thÓ dïng bé truyÒn b»ng b¸nh r¨ng hay dïng d¹ng ®ai truyÒn. §èi víi bé phËn dÉn ®éng th× c¸c hÖ thèng ®Çu ®o ®­îc dÞch chuyÓn b»ng Vime-§ai èc hay b¸nh r¨ng-thanh r¨ng: H×nh 1.2 HÖ truyÒn ®éng trªn c¸c trôc HÖ thèng mang ®Çu dß HÖ thèng mang ®Çu dß lµ mét hÖ thèng truyÒn ®éng ®­îc thiÕt kÕ rÊt tèt ®Ó mét mÆt ®¶m b¶o cã kÕt cÊu v÷ng ch¾c, nhÑ vµ Ýt chÞu ¶nh h­ëng cña c¸c chuyÓn ®éng trªn trôc kh¸c lµm ¶nh h­ëng ®Õn kÕt qu¶ ®o. Bµn CMM: Bµn cña m¸y ®o täa ®é ®­îc thiÕt kÕ v÷ng ch¾c ®Ó t¨ng ®é æn ®Þnh cho c¸c chuyÓn ®éng trªn c¸c trôc ®o. Trªn thÕ giíi th× cã rÊt nhiÒu h·ng ®· lÊy ®¸ granite ®Ó lµm bµn m¸y mét phÇn nã ®¶m b¶o ®é ph¼ng cña mËt bµn vµ ®¶m b¶o ®é v÷ng ch¾c cho bµn m¸y. Gèi gi¶m chÊn §Ó t¹o ®é chÝnh x¸c cao cho m¸y ®o th× c¸c h·ng ®· t×m c¸ch h¹n chÕ sai sè do qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng g©y ra. ChÝnh v× vËy mµ gèi gi¶m chÊn ®­îc sö dông ®Ó ®¶m b¶o chuyÓn ®éng trªn c¸c trôc ªm vµ lµm cho c¸c chuyÓn ®éng trªn c¸c trôc kh«ng g©y ra sai sè cña phÐp ®o. Bé ®iÒu khiÓn m¸y ®o Bé ®iÒu khiÓn lµ hÖ thèng ®iÓu khiÓn cho m¸y ®o ho¹t ®éng, thùc hiÖn c¸c phÐp ®o vµ xö lý sè liÖu cña phÐp ®o. Bé ®iÒu khiÓn th­êng tÝch hîp lu«n m¸y tÝnh ®Ó ghÐp nèi víi c¸c bé ®iÒu khiÓn c¸c truyÒn ®éng, t¹o giao diÖn cho ng­êi vËn hµnh thùc hiÖn c¸c thao t¸c ®o. MÆt kh¸c th× ®Ó cã ®­îc c¸c th«ng sè ®o ®­îc trªn mçi trôc th× m¸y ®o ba täa ®é cã c¸c bé phËn hay c¸c phÇn ®Ó lÊy sè liÖu. Cã thÓ sö dông c¸c th­íc ®o th¼ng cã chia v¹ch trªn mçi trôc chuyÓn ®éng, sö dông kÕt hîp c¸c ®Çu ®äc tÝn hiÖu quang sau ®ã ®­a tíi c¸c phÇn xö lý th«ng sè ®Ó lÊy kÕt qu¶ ®o. HoÆc lµ dông c¸c läai ®éng c¬ cã s½n Encoder khi ®éng c¬ chuyÓn ®éng trªn mçi trôc th× Encoder trªn mçi trôc ®éng c¬ ®äc ®­îc c¸c tÝn hiÖu vµ ®­a tÝn hiÖu nµy tíi phÇn xö lý kÕt qu¶ ®o. Ngoµi ra th× c¸c h·ng cßn cã c¸c c¸ch kh¸c ®Ó lÊy ®­îc th«ng sè cã ®é chÝnh x¸c cao vµ ®é sai lÖch cho phÐp lµ rÊt bÐ (nm). Mét bé phËn rÊt ®ãng vai trß quan trong vµ ¶nh h­ëng rÊt lín ®Õn kÕt qu¶ cña c¸c phÐp ®o lµ ®Èu dß hay ended-effecter. §Çu dß nµy ®­îc mang bëi bé ph©n mang ®Çu dß (carrier) vµ mçi mét h·ng th× còng cã mét bé mang vµ kÕt cÊu cña c¸c bé mang nµy còng kh¸c nhau. Bé phËn ®Çu dß Bé phËn ®Çu dß nµy cã chøc n¨ng lµ khi mµ ®Çu dß ch¹m vµo chi tiÕt th× sÏ ngõng ho¹t ®éng cña chuyÓn ®éng cña c¸c trôc vµ b¾t ®Çu ®äc c¸c gi¸ trÞ cña täa ®é ®o vÒ. ChÝnh v× vËy mµ ®Çu dß nµy ®­îc thiÕt kÕ rÊt tinh tÕ. Mét mÆt lµ ph¶i ®¶m b¶o c©n b»ng trong qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng ®Ó khi chuyÓn ®éng cña bé phËn mang ®Çu dß kh«ng bÞ rung vµ lµm cho chuyÓn ®éng ®o cã thÓ bÞ ng¾t vµ dÉn tíi kÕt qu¶ cña phÐp ®o sÏ kh«ng chÝnh x¸c. Mét mÆt th× ®Çu dß nµy còng ph¶i rÊt nh¹y v× mçi khi mµ ®Çu dß võa ch¹m vµo bÓ mÆt chi tiÕt t¹i ®iÓm ®o th× ®Çu dß sÏ ng¾t chuyÓn ®éng cña c¸c trôc. §Ó ®¶m b¶o ®­îc c¶ hai chøc n¨ng trªn mét c¸ch ®ång thêi lµ rÊt khã vµ phôc thuéc c«ng nghÖ chÕ t¹o cña tõng h·ng. §Çu dß nµy sÏ quyÕt ®Þnh ®é sai lÖch vµ sai sè cña phÐp ®o. D­íi ®©y giíi thiÖu cÊu t¹o cña mét trong nh÷ng ®Çu dß. H×nh 1.3: Bé phËn mang ®Çu dß vµ ®Çu dß 1.3 Giíi thiÖu mét sè lo¹i m¸y ®o täa ®é ®­îc sö dông trªn thÕ giíi HotEye-Based Measuring Machine H×nh 1.4: M« h×nh lµm viÖc cña HEBMM C¸c m¸y ®o th«ng th­êng th× ®Ó ®o ®­îc c¸c chi tiÕt hay c¸c bé phËn cña m¸y th× ph¶i th«ng qua viÖc tiÕp xóc cña ®Çu dß, tuy nhiªn m¸y ®o dïng trong c«ng nghiÖp t«i luyÖn thÐp th× cÊu tróc cña nã l¹i kh¸c so víi c¸c lo¹i m¸y ®o th«ng th­êng: Lo¹i m¸y nµy dïng ®Ó ®o c¸c chi tiÕt ®ang cßn ë nhiÖt ®é rÊt cao, chÝnh v× thÕ mµ kh«ng thÓ dïng ®Çu dß qua ph­¬ng ph¸p tiÕp xóc ®Ó ®o ®­îc. Thay v× dïng ph­¬ng ph¸p tiÕp xóc th«ng th­êng th× m¸y ®o nµy dïng c¸c sensor 3D ®Ó do c¸c chi tiÕt sau ®o ®­a vµo bé ®iÒu khiÓn ®Ó thùc hiÖn ®o vµ kiÓm tra c¸c chi tiÕt ®ã. Theo thèng kª th× l­îng phÕ liÖu trong nÒn c«ng nghiÖp t«i luyÖn thÐp cña Mü chiÕm h¬n 15% l­îng s¶n phÈm s¶n xuÊt ra hµng n¨m. Nã tiªu tèn mét sè l­îng khæng lå n¨ng l­îng, thêi gian vµ chi phÝ. Nguyªn nh©n ®Çu tiªn g©y ra phÕ liÖu trong c«ng nghiÖp t«i luyÖn lµ do kh«ng thÓ kiÓm tra c¸c chi tiÕt khi ®ang ë nhiÖt ®é cao. Víi HotEye-Based Measuring Machine (HEBMM) cho phÐp tÝnh to¸n chÝnh x¸c kÝch th­íc cña c¸c chi tiÕt ë nhiÖt ®é rÊt cao mµ t¹i nhiÖt ®é ®ã th× c¸c m¸y ®o täa ®é th«ng th­êng kh«ng thÓ lµm viÖc ®­îc víi ph­¬ng ph¸p ®o tiÕp xóc. Ph­¬ng ph¸p ®o míi nµy ®­îc hi väng lµm gi¶m l­îng phÕ liÖu cña c¸c chi tiÕt sinh ra trong nÒn c«ng nghiÖp t«i luyÖn thÐp. HEBMM cã c¸c Sensor 3D cho phÐp ®o c¸c chi tiÕt hay c¸c bé phËn ¬ nhiÖt ®é lªn tíi 14500C, c¸c sensor 3D nµy víi ®é chÝnh x¸c 0,1mm tèc ®é quÐt cña c¸c sensor lµ bÐ h¬n 10 gi©y trªn mét diÖn tÝch 100mmx100mm. ChÝnh v× c¸c ®Æc tÝnh rÊt cao cña HEBMM nµy mµ trong nÒn c«ng nghiÖp t«i luyÖn thÐp cña Mü cã h¬n 500 MEBMM ®­îc sö dông, mçi m¸y MEBMM ®­îc sö dông ®· tiÕt kiÖm 1.6 ngµn tû Btu (®¬n vÞ nhiÖt l­îng cña Anh) mçi n¨m. M¸y ®o täa ®é RAPID cña h·ng ThomePräzision M¸y RAPID CMM lµ lo¹i m¸y ®o täa ®é cña h·ng ThomePräzision m¸y ®o nµy cã c¸c bé phËn gi¶m chÊn trªn tÊt c¶ c¸c trôc ®Ó gi¶m sai sè do qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng trªn c¸ trôc g©y ra. C¸c ®éng c¬ truyÒn ®éng trªn c¸c trôc lµ ®éng c¬ Sevor motors nhê thÓ mµ nã cho phÐp ®o ®¹c mét c¸ch chÝnh x¸c c¸c chi tiÕt cÇn ®o. H×nh 1.5: M« h×nh m¸y ®o RAPID B¶ng 1.1: C¸c th«ng sè kü thuËt cña m¸y ®o RAPID CMM Vïng lµm viÖc Trôc x [mm] Trôc y [mm] Trôc z [mm] 800 1000 1200 600 600 600 500 500 500 ChiÒu cao lµm viÖc 850 KÝch th­íc tæng thÓ Trôc x [mm] L Trôc y [mm] W Trôc z [mm] H 1560 1760 1960 1100 2350 §é chÝnh x¸c [mm] 2,5+(L/400) §é ph©n gi¶i [mm] 0,5 Tèc ®é ®o 0 – 70mm/s Gia tèc [mm/s2] 1200 M¸y ®o täa ®é Bright-Strato - CNC CMM cña h·ng Mitutoyo Mitutoyo lµ mét h·ng cung cÊp rÊt nhiÒu thiÕt bÞ trong ®o l­êng. M¸y ®o CNC Coordinate Measuring Machine lµ mét s¶n phÈm 3D CMM ®ång thêi mang l¹i ®é chÝnh x¸c cao cña phÐp ®o vµ tèc ®é ®o cña m¸y lµ rÊt nhanh trong d©y chuyÒn s¶n xuÊt. H×nh 1.6: M¸y ®o CNN CMM cña hang Miutoyo Víi tÝnh chÊt cho phÐp lùa chän chÕ ®é scanning cña ®Çu dß vµ phÇn mÒm SCANMeasure cho phÐp ng­êi sö dông cã thÓ scan c¸c nÐt mÆt, bÒ mÆt víi chÕ ®é liªn tôc nhanh h¬n rÊt nhiÒu so víi scan tõng ®iÓm mét. Dùa vµo thiÕt kÕ scan t­¬ng tù hay sè cña ®Çu dß mµ cho phÐp thu thËp mét chuçi sè liÖu cña c¸c ®iÓm ®o cña vËt thÓ, nhê ®ã mµ x¸c ®Þnh ®­îc c¸c ®­êng nÐt cña vËt thÓ. VÝ dô lµ mét mòi dß chÝnh x¸c bao gåm 6 ®Õn 8 ®iÓm ®o cho ta hµng ngh×n d÷ liÖu trong kho¶ng chuyÓn ®éng ®ã. Víi mËt ®é dµy ®o ®­îc cho phÐp tÝnh to¸n chÝnh x¸c c¸c vËt thÓ ®o. H¬n n÷a th× víi ph­¬ng ph¸p ®o nh­ trªn vµ víi c¸c gi¸ trÞ ®äc vÒ th× ch­¬ng tr×nh cã thÓ tÝnh to¸n ®­îc ®é trßn, ®é trô vµ vu«ng cña c¸c gi¸ trÞ ®äc vÒ trªn mét ®­êng scan cña ®Çu dß. TÝnh n¨ng cao cña m¸y Strato cho phÐp ®o ®­îc c¸c kÝch th­íc rÊt bÐ, c¸c bÒ mÆt ®µn håi hay c¸c bÒ mÆt rÊt ph¼ng mµ c¸c m¸y ®o CMM th«ng th­êng kh«ng thÓ thùc hiÖn ®­îc. M¸y CMM cã c¸c phô tïng kÌm theo nh­ thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn cÇm tay, bµn tr­ît, thiÕt bÞ kÑp bµn m¸y vµ tñ ®ùng c¸c phô tïng kÌm theo. C¸c th«ng sè kü thuËt cña m¸y Strato ®­îc cho ë b¶ng d­íi ®©y. B¶ng 1.21: C¸c th«ng sè kü thuËt cña m¸y ®o Strato CMM ChiÒu cao lµm viÖc Strato 710 Strato 910 Strato 916 Vïng lµm viÖc Trôc x [mm] Trôc y [mm] Trôc z [mm] 950 1005 1005 1605 605 ChiÒu cao lµm viÖc 740 KÝch th­íc tæng thÓ [L truc X] 840x1620 1040x1720 1040x2320 §é chÝnh x¸c [mm] 1,3+(3*L/1000) 1,7+(3*L/1000) VËt liÖu bµn §¸ Granite KÕt luËn Theo nh­ nh÷ng m« t¶ cÊu tróc chung cña c¸c m¸y ®o täa då th× chóng ta thÊy r¨ng m¸y ®o täa ®é cã cÊu t¹o rÊt phøc t¹p, ®ång thêi th× ch­¬ng tr×nh xö lý tÝnh to¸n còng rÊt phøc t¹p. MÆt kh¸c th× ®Ó cho m¸y täa ®é ®¹t ®­îc ®é chÝnh x¸c cao th× ®ßi hái c¸c truyÒn ®éng trªn c¸c trôc ph¶i ®­îc ®iÒu chÝnh rÊt chÝnh x¸c, ®iÒu ®ã ®ßi hái mét hÖ truyÒn ®éng cho c¸c trôc ph¶i ®­îc thiÕt kÕ rÊt tèt. H¬n n÷a th× c¸c kÕt c¸u c¬ khÝ cña m¸y ®o ph¶i ®­îc thiÕt kÕ rÊt tèt ®Ó ®¶m b¶o ®­îc c¸c yªu cÇu truyÒn ®éng trªn c¸c trôc. C¸c khíp nèi vµ c¸c bé phËn ph¶i ®­îc thiÕt kÕ mét c¸ch ch¾c ch¾n ®Ó ®¶m b¶o kh«ng g©y ra sai sè cho phÐp ®o. 1.4 Kh¶o s¸t cÊu tróc vµ c¸c th«ng sè cña m« h×nh thùc nghiÖm M« t¶ cÊu tróc m« h×nh thùc nghiÖm Theo nh­ m« h×nh m¸y ®o täa ®é th× m« h×nh thùc nghiÖm còng cã m« h×nh cÊu tróc nh­ mét m¸y ®o th«ng th­êng. KÕt cÊu c¬ khÝ cña m¸y ®o to¹ ®é ®· ®­îc thiÕt kÕ s½n víi c¸c kÕt cÊu c¬ khi cô thÓ nh­ sau: Toµn bé phÇn c¬ khÝ cña m¸y ®o ®­îc thiÕt kÕ b»ng thÐp. Bµn m¸y: Bµn m¸y lµ mét tÊm ®¸ Granit ph¼ng cã t¸c dông t¨ng ®é v÷ng ch¾c cho m¸y. C¸c ®­êng dÉn ®éng: Bé phËn dÉn ®éng trªn c¸c trôc x, y lµ c¸c thanh thÐp ph¼ng, bé phËn mang ®Çu do chuyÓn ®éng trªn c¸c thanh thÐp ph¼ng nhê bi l¨n. HÖ truyÒn ®éng trªn c¸c trôc x, y, nhê vitme-®ai èc ®­îc thiÕt kÕ däc ®­êng chuyÓn ®éng song song víi c¸c thanh thÐp ph¼ng- ®­êng tr­ît bi thay cho ®Öm khÝ. ChuyÓn ®éng trªn trôc ®éng c¬ qua bé truyÒn ®ai tíi b¸nh r¨ng ®­îc g¾n chÆt trªn trôc vÝtme. Cßn ®èi víi hÖ truyÒn ®éng trªn trôc z th× trôc ®éng c¬ g¾n trôc vÝt lµm quay b¸nh vÝt g¾n trªn bé phËn mang ®Çu dß. Khi ®éng c¬ quay th× trôc vÝt quay lµm quay b¸nh vÝt g¾n chÆt víi bé phËn mang ®Çu dß. Lµm cho bé phËn nµy chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn theo ph­¬ng z. KÝch th­íc cña c¸c trôc vµ kho¶ng dÞch chuyÓn trªn c¸c trôc t­¬ng øng cho bëi b¶ng sau. B¶ng 1.2: KÝch th­íc vµ kho¶ng dÞch chuyÓn cña c¸c trôc Trôc KÝch th­íc trôc Kho¶ng dÞch chuyÓn X 60cm 40cm Y 60cm 40cm Z 40cm 15cm Trªn c¸c trôc chuyÓn ®éng ®­îc g¾n s½n c¸c encoder ®Ó ®äc vÞ trÝ chuyÓn ®éng t­¬ng øng. C¸c encoder ®äc vÞ trÝ chuyÓn ®éng trªn th­íc th¼ng ®­îc chÕ t¹o víi ®é ph©n gi¶i lµ 16mm. C¸c vitme-®ai èc ®ều ®­îc chän lµ vitme cã chiÒu dµi l=700mm, ®­êng kÝnh cña vitme lµ d=9.0mm, b­íc ren lµ 1.5mm. Cho phÐp chuyÓn ®éng Vmax=1000mm/s. TruyÒn ®éng qua ®ai víi tû sè truyÒn: i=63/18. Nh­ vËy th× víi vËn tèc cho phÐp cña vitme ®ai ècVmax = 1000mm/s th× ta cã vËn tèc cña ®éng c¬ truyÒn ®éng trªn c¸c trôc cho phÐp lµ: Vdcmax =1000*63/(18*1.5)= 140000v/pht. 1.5 kÕt luËn Tõ qu¸ tr×nh t×m hiÓu c¸c robot vµ c¸c m¸y ®o 3 to¹ ®é nhËn thÊy: C¸c robot ®o thùc hiÖn qu¸ tr×nh ®o rÊt chÝnh x¸c nhê cã c¸c sèng tr­ît cã ®é chÝnh x¸c rÊt cao, vµ hiÖn nay chñ yÕu sö dông c¸c dÞch chuyÓn theo c¸c ph­¬ng X,Y hay Z b»ng ®Öm khÝ, ®©y lµ dÞch chuyÓn chÝnh x¸c nhê sù chÝnh x¸c cña phÇn ®Öm khÝ, dÞch chuyÓn ªm, ngoµi ra ®iÒu khiÓn cña phÇn lËp tr×nh lµ rÊt chÝnh x¸c nhê cã c¸c th«ng tin ph¶n håi ®Ó võa so s¸nh víi kÕt qu¶ nhËn ®­îc ®Ó tõ ®ã cã thÓ bï kÕt qu¶ ®Ó qu¸ tr×nh thùc hiÖn lµ chÝnh x¸c nhÊt vËy dùa vµo qu¸ tr×nh t×m hiÓu vµ m« h×nh s½n cã ®Ó ®­a ra nh÷ng yªu cÇu cÇn thùc hiÖn lµ: Yªu cÇu vÒ ®iÒu khiÓn : , Dùa trªn c¬ cÊu c¬ khÝ ®· cã s½n th× yªu cÇu thiÕt kÕ mét hÖ ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng trªn c¸c trôc: X, Y vµ trôc Z. Víi truyÒn ®éng trªn trôc x vµ y lµ truyÒn dÉn th«ng qua vitme ®ai èc. Cßn truyÒn ®éng trªn trôc z lµ nhê trôc vÝt vµ b¸nh vÝt. , HÖ thèng ®iÒu khiÓn ph¶i cã ®é chÝnh x¸c cao. §é chÝnh x¸c cho phÐp trªn trôc chuyÓn ®éng lµ 16mm. §Ó ®¹t ®­îc yªu cÇu ®iÒu khiÓn nh­ trªn th× hÖ truyÒn ®éng trªn c¸c trôc ®ßi hái ph¶i cã c¸c m¹ch vßng ph¶n håi tèc ®é vµ ph¶n håi vÞ trÝ (nhê encoder ®äc trªn th­íc). 3, HÖ thèng ®iÒu khiÓn ph¶i ®­îc ghÐp nèi víi m¸y tÝnh vµ cã ch­¬ng tr×nh xö lý kÕt qu¶, ®Ó ®äc ®­îc c¸c kÕt qu¶ trªn c¸c trôc x, y vµ trôc z. Ch­¬ng II cÊu tróc vµ ho¹t ®éng cña m¸y ®o 3 to¹ ®é nguyªn lý ho¹t ®éng cña c¸c bé phËn dÞch chuyÓn c¬ khÝ : H×nh 2.1 S¬ ®å nguyªn lý dÞch chuyÓn hÖ c¬ §éng c¬ trôc X Nguån cÊp §éng c¬ trôc Y §éng c¬ trôc Z Bé truyÒn ®ai Bé truyÒn ®ai Bé truyÒn ®ai VÝt me_®ai èc VÝt me_®ai èc VÝt me_®ai èc §Çu ®o h×nh 2.2: s¬ ®å khèi m« t¶ nguyªn lý ho¹t ®éng Trong qu¸ tr×nh xö lý ®o , m¸y ®o 3 to¹ ®é b¾t ®Çu khi ®éng c¬ cña mét trong 3 trôc X, Y, Z ho¹t ®éng cña ®éng c¬ ®­îc x¸c ®Þnh theo hai c¸ch : xö lý ®iÒu khiÓn ®éng c¬ trong m¸y ®o 3 to¹ ®é lµ cã thÓ ®iÒu khiÓn theo tõng trôc riªng, khi kÕt thóc ®éng c¬ nµy th× tiÕp tôc thùc hiÖn ®iÒu khiÓn ®éng c¬ kh¸c, qu¸ tr×nh kÕt thóc khi ®· ®¹t ®­îc môc ®Ých ®o ( ®Çu dß ®· tiÕp xóc ®­îc víi vËt cÇn ®o) trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn nµy th× lËp tr×nh ®iÒu khiÓn cã thÓ ®Ó xö lý phÇn cøng lµ ®¬n truyÒn th«ng hay ®a truyÒn th«ng xö lý ®éng c¬ ho¹t ®éng ®ång thêi mét lóc 3 ®éng c¬ hay hai ®éng c¬, ®iÒu kiÖn b¾t buéc trong qu¸ tr×nh nµy lµ lËp tr×nh ®iÒu khiÓn phÇn cøng ph¶i lµ ®a truyÒn th«ng Ta coi nh­ qu¸ tr×nh thùc hiÖn b¾t ®Çu tõ trôc X: khi ®éng c¬ phÇn trôc X ®­îc cÊp nguån vµo th× ®éng c¬ sÏ ho¹t ®éng, nhê cã bé truyÒn ®ai gi÷a ®éng c¬ vµ trôc vÝt lµm cho trôc vÝt quay kÐo theo ®ai èc chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn song song víi trôc X, mang toµn bé bé phËn n©ng trôc Y chuyÓn ®éng, trªn bé phËn nµy cã ®éng c¬ (®éng c¬ trôc Y) ®éng c¬ nµy ho¹t ®éng th× sÏ lµm cho bé truyÒn ®ai ho¹t ®éng vµ lµm cho trôc vÝt trôc Y quay, lµm cho ®ai èc trªn trôc Y chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn theo ph­¬ng Y mang theo bé phËn n©ng trôc Z dÞch chuyÓn t­¬ng tù nh­ trôc X vµ Y, ®éng c¬ trôc Z mang theo ®Çu ®o dÞch chuyÓn theo ph­¬ng Z ®Õn chi tiÕt cÇn ®o. Tõ s¬ ®å khèi ta nhËn thÊy, ®Ó c¬ cÊu dÞch chuyÓn chÝnh x¸c th× ®iÒu khiÓn ®éng c¬ lµ vÊn ®Ò rÊt cÇn thiÕt, v× sù ho¹t ®éng chÝnh x¸c cña ®éng c¬ phô thuéc rÊt lín ®Õn nh÷ng ®Æc ®iÓm cña ®éng c¬, ngoµi ra ®Ó thu nhËn tÝn hiÖu chÝnh x¸c cÇn nãi ®Õn ®Çu dß: ®éng c¬ ®Çu dß 2.1.1 §éng c¬: §éng c¬ lµ thµnh phÇn rÊt quan träng trong chøc n¨ng ho¹t ®éng cña m¸y ®o 3 to¹ ®é, v× mäi sù ho¹t ®éng ®Òu b¾t nguån tõ ®éng c¬, nªn t×m hiÓu ®éng c¬ lµ ®iÒu kiÖn quan träng quyÕt ®Þnh ®é chÝnh x¸c cña tÝn hiÖu ®o. §iÒu kiÖn sö dông: §Æc t×nh cña mét c¬ cÊu chÊp hµnh kh«ng chØ giíi h¹n bëi ®Æc tÝnh quan hÖ vµo ra mµ cßn phô thuéc c¶ vµo vai trß cña ng­êi sö dông nã. Trªn thùc tÕ, sù sö dông mét c¬ cÊu chÊp hµnh trong mét øng dông ®­a ra tu©n thñ c¸c øng suÊt, nhiÖt, ®iÖn, liªn quan ®Õn m«i tr­êng hoÆc nh÷ng ®iÒu kiÖn ¸p ®Æt lªn chÝnh qu¸ tr×nh chÊp hµnh. Nh÷ng ®iÒu kiÖn ®ã cã thÓ g©y nhiÔu ®Õn chøc n¨ng cña c¬ cÊu chÊp hµnh b»ng c¸ch sinh ra vµi thay ®æi cña mét sè th«ng sè. Nh÷ng ®iÒu kiÖn sö dông kh«ng nh÷ng ®Æc tr­ng cña m«i tr­êng mµ cßn c¶ chøc n¨ng riªng. cã dÉn ®Õn nh÷ng lùa chän ®­îc lµm trong pha thiÕt kÕ. Nh÷ng ®iÒu kiÖn ®Æc tr­ng cho m«i tr­êng cã thÓ lÊy vÝ dô lµ: nhiÖt ®é, chÊt ®éc ho¸ häc hay vËt lý cña m«i tr­êng khÝ quyÓn (cã thÓ lµ oxy, tia x¹), ®Æc tÝnh næ hay kh«ng næ, chÊt l­îng nguån, nh÷ng dao ®éng m«i tr­êng, H×nh 2.3 m« h×nh ®éng c¬ Ở møc ®oä chøc n¨ng riªng cña c¬ cÊu chÊp hµnh, ta cã thÓ ®­îc ®Æc tr­ng bëi kh¶ n¨ng qu¸ t¶i (qu¸ dßng, gia tèc giíi h¹n, …), sè l­îng tæng hay tØ lÖ thêi gian trÔ, thêi gian cã thÓ chÊp nhËn ®­îc cña qu¸ tr×nh liªn tôc, … Mçi th«ng sè (hoÆc kÕt hîp c¸c th«ng sè) mµ ®Æc tr­ng cho nh÷ng ®iÒu kiÖn sö dông cã thÓ ¶nh h­ëng ®Õn mét miÒn thay ®æi cña hiÖu n¨ng vµo ra cña c¬ cÊu chÊp hµnh lµ ®¶m b¶o: miÒn sö dông danh nghÜa. Ngoµi miÒn danh nghÜa nµy (cã nghÜa lµ tr­êng hîp kh«ng tu©n theo mét vµi ®iÒu kiÖn sö dông), ng­êi ta cã thÓ ph©n biÖt mét vïng kh«ng g©y h­ h¹i, bªn trong nã hiÖu n¨ng kh«ng cßn ®­îc ®¶m b¶o, nh­ng cã t×m l¹i khi quay l¹i miÒn danh nghÜa, bªn trong ®ã cã nh÷ng viÖc x¶y ra ®ét ngét mµ kh«ng thÓ tr¸nh ®­îc: sù trë l¹i xung quanh miÒn sö dông danh nghÜa kh«ng cho phÐp t×m l¹i ®­îc hiÖu n¨ng ban ®Çu cña nã. Sù mÊt hiÖu n¨ng lµ t¹m thêi trong tr­êng hîp ®Çu, vµ ®­îc x¸c ®Þnh trong lÇn thø hai (ph¸ huû mét sè thµnh phÇn vµ xuÊt hiÖn vµi chøc n¨ng bÞ h­ háng thËm chÝ kh«ng ho¹t ®éng ®­îc n÷a). Sù lµm viÖc ch¾c ch¾n theo chøc n¨ng: Sù lµm viÖc ch¾c ch¾n theo chøc n¨ng ®­îc ®Æc tr­ng bëi hiÖu n¨ng cña c¬ cÊu chÊp hµnh mµ t¹i ®ã nã thÓ hiÖn kh¶ n¨ng hoµn thµnh nhiÖm vô. Nã cã thÓ ph©n tÝch ra theo hai tiªu chÝ chÝnh: sù s½n sµng (kh¶ n¨ng vËn hµnh tèt vµ tÝnh b¶o tr× ®­îc) mµ môc ®Ých cña nã lµ lµm râ nh÷ng nguy hiÓm cña nh÷ng vÊn ®Ò x¶y ra, vµ tÝnh tin cËy (sù lµm viÖc ch¾c ch¾n vµ tÝnh tÝch hîp) c¸i ®­îc ®Æc tr­ng bëi c­ xö trong c¸c tr­êng hîp cã vÊn ®Ò x¶y ra. §èi víi mét c¬ cÊu chÊp hµnh, sù ph©n tÝch tÝnh lµm viÖc ch¾c ch¾n theo chøc n¨ng nghØ dùa vµo sù x¸c ®Þnh nh÷ng háng hãc mµ cã thÓ ¶nh h­ëng ®Õn c¸c thµnh phÇn cña nã, tiÕp sau lµ dùa trªn nghiªn cøu nh÷ng liªn kÕt cña nh÷ng háng hãc ®ã cã thÓ dÉn ®Õn háng thiÕt bÞ. æn ®Þnh tèc ®é lµm viÖc cña truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu æn ®Þnh ho¸ tèc ®é trong truyÒn ®éng ®iÖn cã ý nghÜa rÊt lín trong viÖc c¶i thiÖn c¸c chØ tiªu chÊt l­îng cña truyÒn ®éng ®iÖn. BiÖn ph¸p chñ yÕu ®Ó æn ®Þnh tèc ®é lµm viÖc lµ t¨ng ®é cøng cña ®Æc tÝnh c¬ b»ng ®iÒu khiÓn theo m¹ch kÝn. C¸c ®Æc tÝnh c¬ cña hÖ hë cã gi¸ trÞ: kh«ng ®æi trong toµn d¶i ®iÒu chØnh. ë tèc ®é thÊp nhÊt øng víi ®Æc tÝnh thÊp nhÊt cã s®® Ebo nÕu cho mét momen t¶i Mc = Mdm th× tèc ®é lµm viÖc sÏ lµ vµ sai sè tÜnh th­êng thÊp h¬n gi¸ trÞ cho phÐp: §Ó cho sai sè tÜnh cã thÓ ®¹t ®­îc S = Scp cÇn t×m biÖn ph¸p t¨ng tèc ®é ®Õn . §iÓm lµm viÖc ®· n»m trªn ®Æc tÝnh kh¸c cña hÖ cã vµ . Nèi ®iÓm víi ®iÓm vµ kÐo dµi ra ta ®­îc ®Æc tÝnh mong muèn cã ®é cøng vµ Gi¸ trÞ cña ®­îc x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc: C¸c giao ®iÓm cña ®Æc tÝnh c¬ mong muèn víi nh÷ng ®Æc tÝnh c¬ cña hÖ hë cho biÕt c¸c gi¸ trÞ cÇn thiÕt cña Eb khi thay ®æi momen t¶i. §iÒu chØnh Eb theo dßng ®iÖn t¶i §Æc tÝnh c¬ cña hÖ hë cã d¹ng: Nguyªn lý ®iÒu chØnh Eb theo dßng phô t¶i ®­îc thùc hiÖn nhê m¹ch ph¶ Lµm râ quan hÖ vµo ra trong miÒn thêi gian TÝn hiÖu vµo d¹ng bËc thang m« t¶ mét tÝn hiÖu ®Æt ph¸t sÞnh sau mét bËc thang biÕn ®é ®¬n vÞ, ®Æt theo thêi gian. TÝn hiÖu ra sinh ra theo chÕ ®é qu¸ ®é, theo mét chÕ ®é tÜnh, tuú theo nh÷ng ®Æc tÝnh cã thÓ ®­îc tÝnh to¸n. H×nh trªn minh ho¹ mét vµi ®Æc tÝnh: TrÔ dßng Thêi gian ®¸p øng d §é qu¸ ®iÒu chØnh e sai sè tÜnh wp TÇn sè riªng C¸c ®Æc tÝnh kh¸c, liªn quan ®Õn c¸ch øng xö phøc t¹p h¬n còng cã thÓ ®­îc x¸c ®Þnh (sè l­îng dao ®éng, chu kú dao ®éng, hÖ sè t¾t dÇn, …). § ¸p øng cña c¬ cÊu chÊp hµnh ®èi víi mét chuçi c¸c bËc thang tÝn hiÖu vµo lÇn l­ît cã biªn ®é kh¸c nhau còng dÉn ®Õn x¸c ®Þnh ®Æc tÝnh tÜnh cña hÖ vµ chøng minh mét vµi tÝnh phi tuyÕn. Liªn quan ®Õn mÉu ®¸nh gi¸, mét c¬ cÊu chÊp hµnh sÏ ®­îc xem xÐt bëi: C¸c chÊt l­îng tÜnh: ®é chÝnh x¸c vÞ trÝ, sai sè cè ®Þnh nhá. Nh÷ng chÊt l­îng ®éng lùc häc: ®é nh¹y ®Þnh vÞ, thêi gian ®¸p øng vµ ®é qu¸ ®iÒu chØnh. Mét ®iÓm quan trong mµ phï hîp ®Ó chó ý lµ nh÷ng chÊt l­îng ph¶i lµ h»ng sè theo thêi gian, ®Ó ®¶m b¶o sù lÆp l¹i cña chøc n¨ng. Chän ®éng c¬: Lo¹i ®éng c¬ §èi víi m« h×nh thùc nghiÖm th× t¶i cña trªn trôc ®éng c¬ lµ kh«ng lín, do ®ã chóng ta chän lo¹i ®éng c¬ bÐ. C¸c th«ng sè ®­îc cho ë b¶ng sau. B¶ng 2.1: Th«ng sè cña ®éng c¬ P [W] L [H] R [W] I®m (A) U®m (A) n®m (v/pht) nc® (v/pht) J [Nm] 5 0,0257 4,4 0.3 12 3000 3000 0,253.10-3 §©y lµ lo¹i ®éng c¬ cña §øc trªn ®éng c¬ cã s½n Encoder g¾n trªn trôc ®éng c¬. Encoder QEDS cña h·ng HP cã ®Üa quay 500 v¹ch, ®Çu ra cña Encoder cã 5 ch©n. Hai ch©n nguån 5V vµ ch©n dÊt Mét ch©n xung sin (ch©n C) Hai ch©n xung vu«ng (A vµ B) 2.2 HÖ thèng ®Çu dß : 2.2.1.Sù tiÕp xóc b»ng mòi dß h×nh cÇu: ë ®©y chóng ta sö dông hai chuyÓn ®æi: chän mét mòi dß h×nh cÇu vµ dïng computer. Dß b»ng h×nh cÇu lµ ph­¬ng ph¸p thÝch hîp nhÊt ®Ó ®o c¸c phÇn tö h×nh häc tõ bÊt kú ®iÓm nµo trªn bÒ mÆt cña nã ®Òu c¸ch t©m mét kho¶ng c¸ch cè ®Þnh b»ng b¸n kÝnh cÇu . To¹ ®é hiÓn thÞ trªn m¸y tÝnh lu«n lµ to¹ ®é cña t©m cÇu. Tuy nhiªn, c¸c kho¶ng c¸ch ®­îc ®o sÏ cho kÕt qu¶ lín hay nhá h¬n ®­êng kÝnh mòi dß. H×nh 2.4 m« h×nh ®Çu dß §èi víi nh÷ng vËt thÓ cã h×nh d¹ng ®¬n gi¶n th× computer chØ viÖc thªm vµo hay trõ ®i ®­êng kÝnh mòi dß, cßn ®èi víi nh÷ng vËt h×nh d¹ng phøc t¹p h¬n th× chóng ®Òu tu©n thñ ®Þnh luËt c¬ häc lµ: B¸n kÝnh h×nh cÇu ®i qua ®iÓm tiÕp xóc lu«n vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng tiÕp xóc t¹i ®iÓm ®ã. B¸n kÝnh c¸c mòi dß lu«n ®­îc computer ghi l¹i vµ tÝnh to¸n trong kÕt qu¶ ®o. 2.2.2 Qu¸ tr×nh ®o tiÕp xóc : Sensor ®¬n gi¶n nhÊt lµ ®Çu dß chuyÓn m¹ch dïng trong m¸y NC. Nã liªn kÕt chÆt chÏ víi mét c¬ cÊu kho¸ mµ cung cÊp sù ®µn håi theo n¨m hay s¸u h­íng trong hÖ to¹ ®é. Khi tiÕp xóc víi vËt ®o, qu¶ cÇu lÖch khái vÞ trÝ c©n b»ng. VÞ trÝ nµy ®­îc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c bëi ba vÞ trÝ ®¬n bao gåm ba ®«i h×nh trô vµ ba qu¶ cÇu tiÕp xóc. C¸c ®«i h×nh trô vµ tõng h×nh cÇu ®­îc s¾p xÕp tõng ®«i mét vµ nèi tiÕp nhau. Khi mòi dß ch¹m vµo vËt ®o: ®iÓm tiÕp xóc më ra, m¹ch ®iÖn bÞ ng¾t vµ kÕt qu¶ ®o ®é dµi tøc thêi ®­îc ghi l¹i trªn tÊt c¶ c¸c trôc vµ dÉn tíi viÖc ®äc cña m¸y. Sau ®ã kÕt qu¶ ®äc ®qîc chuyÓn vµo bªn trong bé nhí t¹i thêi ®iÓm tiÕp xóc. Qu¸ tr×nh nµy ®­îc gäi lµ qu¸ tr×nh ®o ®éng, nã ®­îc t¹o nªn bëi sù chuyÓn ®éng liªn quan gi÷a ®Çu ®o vµ vËt ®o. §Ó ®¹t ®­îc ®é chÝnh x¸c cao: CMM ph¶i cã cÊu tróc v÷ng vµng, nÕu kh«ng khi di chuyÓn sÏ g©y ra rung ®éng lµ nguyªn nh©n cña sù sai lÖch vµ kh«ng chÝnh x¸c §Çu ®o ®éng lµ lý t­ëng cho c¸c tr­êng hîp ph¶i ®o c¸c ®iÓm ®¬n lÎ víi tèc ®é cao. Nã cã thÓ dß tíi 60 ®iÓm trong mét phót khi vËn hµnh tù ®éng. 2.2.3 CÊu t¹o ®Çu dß : §Çu dß quÐt gåm cã ba lß xo l¸ h×nh b×nh hµnh ®Æt song song chång lªn nhau vµ trùc giao víi nhau. Ba lß xo l¸ nµy cã thÓ dÞch chuyÓn trong giíi h¹n 2,5 mm theo ba ph­¬ng X, Y, Z. C¸c lß xo l¸ h×nh b×nh hµnh nµy cã thÓ biÕn d¹ng ë tèc ®é di chuyÓn cao theo h­íng dÞch chuyÓn ®Ó c¶m nhËn sù bï do qu¸n tÝnh vµ kho¶ng c¸ch ®Ó b¶o vÖ ®Çu dß trong tr­êng hîp bÞ va ch¹m. Mét hÖ thèng ®o c¶m øng rong mçi trôc ghi l¹i sù dÞch chuyÓn ( ®é lÖch ) cña mçi lß xo l¸ vµ khi kh«ng cÇn thiÕt lß xo l¸ bÞ kho¸ bëi c¬ cÊu kho¸ ®Èy ®iÖn ®Ó gi÷ lß xo t¹i vÞ trÝ trung t©m cña nã. Mét thiÕt bÞ tù ®éng bï träng l­îng sao cho khèi l­îng cña tÊt c¶ c¸c ®Çu ®o l¾p trªn gi¸ gi÷ ®©ï dß lªn tíi gi¸ trÞ lín nhÊt lµ 600 g. C¸c cÇn ®Èy èng d©y ph¸t ra mét lùc ®o ®iÖn kh«ng thay ®æi trong c¸c b­íc chän tr­íc ®Ó gi÷ cho mòi dß lu«n tiÕp xóc víi vËt ®o. §Çu ®o cã thÓ dÞch chuyÓn theo ba trôc b»ng c¸c ®­êng dÉn t­¬ng øng. Trong bÊt kú chuyÓn ®éng nµo: hai trong ba lß xo l¸ ®­îc kÑp riªng mét c¬ cÊu kho¸ ®Èy ®iÖn chÝnh x¸c. V× vËy ®Çu ®o kh«ng thÓ dÞch chuyÓn theo c¸c h­íng nµy. Qu¸ tr×nh kÑp nµy ®­îc x¸c ®Þnh tù ®éng do viÖc chän h­íng ®o hoÆc sù chän tr­íc mode probing. 2.2.4 Nguyªn t¾c ®o : Khi ®o, vËn tèc ®o ph¶i nhá h¬n vËn tèc lín nhÊt. Khi tiÕp xóc víi vËt ®o, mòi dß dÞch chuyÓn theo h­íng ng­îc víi h­íng chuyÓn ®éng, ë ®©y ta cã ba chÕ ®é ®o : a. Trong tr­êng hîp ®o tÜnh tõng ®iÓm riªng lÎ, mét lùc ®o kh«ng ®æi ®­îc sinh ra trong lóc mòi dß tiÕp xóc víi vËt ®o. Lóc nµy, mét vÞ trÝ cña m¹ch ®iÒu khiÓn b¾t ®Çu t¸c ®éng vµ khëi ®éng cho m¸y l¸i theo h­íng dß cho ®Õn khi bé phËn c¶m øng dÞch chuyÓn cuén sensor tíi vÞ trÝ chØnh kh«ng cña nã, sau ®ã to¹ ®é ®­îc ®äc trªn th­íc t­¬ng øng. b. §èi víi qu¸ tr×nh ®o quÐt ®éng, c¸c to¹ ®é ®­îc chuyÓn tíi m¸y tÝnh víi ®Çu dß bÞ lÖch khái ®iÓm kh«ng. Do sù lÖch nµy, to¹ ®é ®äc ®­îc trªn th­íc th­êng lín h¬n hay nhá h¬n gia trÞ thùc. Gi¸ trÞ thùc nhËn ®­îc bao gåm gi¸ tri ®äc trªn th­íc céng víi gi¸ trÞ nhËn ®­îc trªn hÖ thèng c¶m øng. Qu¸ tr×nh quÐt liªn tôc cña m¸y cho ta gi¸ trÞ ®o cña mét d·y giíi h¹n c¸c ®iÓm. Mét sè ®¸ng kÓ c¸c ®iÓm ®­îc ch¹m trong thêi gian ng¾n. C¸c ®iÓm nµy rÊt cÇn thiÕt ®Ó x¸c ®Þnh c¸c bÒ mÆt tù do nh­ bÒ mÆt cong, profin,… c. ChÕ ®é ®o thø ba nµy lµ chÕ ®é tù ®Þnh t©m, nã ®Æc biÖt h÷u Ých ®Ó ®o c¸c r·nh, khe hë r¨ng vµ c¸c lç n«ng. Trong tr­êng hîp nµy, tÊt c¶ trôc sÏ kh«ng bÞ kÑp vµ lùc ®o chØ cã theo h­íng ®­îc dß. M¹ch ®iÒu khiÓn vÞ trÝ sÏ ®iÒu khiÓn c¸c ®Çu ®o c¶m øng trªn c¶ ba trôc trë vÒ vÞ trÝ 0 trong qu¸ tr×nh dß. 2.2.4 Gi¸ gi÷ ®Çu dß : Tr­íc ®©y, c¸c mòi dß phï hîp víi viÖc ®o ®­îc g¸ lªn ®Çu ®o sau ®ã ®­îc calip b»ng chuÈn calip. Ngµy nay, thêi gian ho¹t ®éng l·ng phÝ ®ã ®· ®­îc lo¹i bá böi hÖ thèng thay ®æi mòi dß. H¹t nh©n cña hÖ thèng nµy lµ mét ®Üa tiÕp hîp ®Ó gi÷ c¸c mòi dß cÇn thiÕt. Tæ hîp mòi dß tèt nhÊt cã thÓ gi÷ ®­îc c¸c mòi dß phôc vô cho tõng lo¹i chi tiÕt ®o hay hä c¸c chi tiÕt. Tuy nhiªn, ®iÒu ®¸ng nãi ë ®©y lµ ®Üa tiÕp hîp lu«n cÊt c¸c mòi dß trë l¹i vÞ trÝ trªn víi ®é chÝnh x¸c 1 mm. Cã c¸c d¹ng mòi dß kh¸c nhau ®­îc l­u gi÷ trªn mét gi¸ gi÷ mòi dß. Gi¸ gi÷ mòi dß ®· ®­îc calip tr­íc ®ã vµ trë thµnh dông cô ®· ®­îc ®iÒu chØnh. C¸c sè liÖu khi thay ®æi mòi dß ®Òu ®­îc l­u gi÷ trong m¸y ,sù thay ®æi mòi dß tÊt nhiªn cã thÓ vËn hµnh b»ng tay nh­ng CMM cã kh¶ n¨ng tù ®éng thay ®æi mòi dß b»ng Robot. Nã cßn cã kh¶ n¨ng thay ®æi mòi dß trong khi ®ang ®o tù ®éng. §Üa tiÕp hîp lµ mét trong nh÷ng côm chi tiÕt cña hÖ thèng thay ®æi mòi dä vµ ®ång thêi lµ bé phËn liªn kÕt gi÷a mòi dß vµ c¸c sensor. Bé phËn nµy thª hiÖn nguyªn t¾c kh«ng gian - ®iÓm ®ì cã ®é chÝnh x¸c cao. Mét nam ch©m vÜnh cöu gi÷ vµ kÑp ®Üa dïng lùc gi¸n tiÕp ,®Ó dÞch chuyÓn hay g¸ ®Æt ®Üa, tõ lùc ®­îc t¨ng lªn hay gi¶m xuèng mét c¸ch nhanh chãng. 2.2 nguyªn lý ho¹t ®éng ®iÖn Bµi to¸n ®Æt ra trong m¸y ®o täa ®é lµ ph¶i ®iÒu chØnh chÝnh x¸c vÞ trÝ chuyÓn ®éng trªn c¸c trôc, còng gièng nh­ truyÒn ®éng trong c¸c m¸y CNC th× ®ßi hái truyÒn ®éng trªn c¸c trôc gia c«ng cña m¸y lµ ph¶i rÊt chÝnh x¸c. §èi víi mçi h·ng th× cã mét m« h×nh ®iÒu khiÓn riªng phï hîp víi chÊt l­îng còng nh­ ®é chÝnh x¸c cao nhÊt cho phÐp cña m¸y ®o ®ã. H¬n n÷a th× kiÓu ®iÒu khiÓn trªn c¸c trôc cña c¸c m¸y lµ kh¸c nhau tïy theo yªu cÇu sö dông mµ cã thÓ ®iÒu khiÓn song song hay ®iÒu khiÓn ®éc lËp. Th«ng th­êng th× c¸c m¸y CMM th­êng ®iÒu khiÓn theo kiÓu ®éc lËp gi÷a c¸c trôc. Chóng ta cã m« h×nh chung cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn nh­ sau: H×nh 2.1: S¬ ®å khèi cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn H×nh 2.2: S¬ ®å khèi®iÒu khiÓn cña mét trôc 2.2.1 Chøc n¨ng cña c¸c k._.