MỤC LỤC
MỤC LỤC...1
LỜI MỞ ĐẦU.. 7
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN QUÉT BIÊN DẠNG 3D SỬ DỤNG ÁNH SÁNG CẤU TRÚC.. 9
1.1. Các phương pháp quét biên dạng 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc. 9
1.1.1.Thời gian truyền sáng (Time of Flight). 9
1.1.2. Phương pháp tam giác lượng laser. 10
1.1.3. StereoVision. 11
1.1.4. Chiếu vân kĩ thuật số (DFP). 14
1.1.5. Ánh sáng cấu trúc. 15
1.2. Ưu thế và ứng dụng phương pháp quét 3D.. 16
CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP QUÉT BIÊN DẠNG 3D BẰNG PHƯƠNG PHÁP DỊCH PHA KẾT HỢP GRAY CODE. 24
2.1. Khái quát về phương pháp dịch pha. 25
2.1.1. Cơ sở của phương pháp dịch pha. 25
2.1.2. Đặc điểm của phương pháp dịch pha. 26
2.1.3. Thuật toán gỡ pha. 27
2.2. Sử dụng mã hóa Gray để tăng độ chính xác gỡ pha trong phương pháp dịch pha. 29
2.2.1. Phương pháp mã hóa Gray. 29
2.2.2. Phương pháp gỡ pha bằng mã hóa Gray trong phương pháp dịch pha. 31
2.3. Nhận xét 32
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ĐO BIÊN DẠNG 3D CHI TIẾT SỬ DUNG MÃ NHỊ PHÂN 33
3.1 Tính toán lựa chọn hệ thống quang học. 33
3.1.1 Lựa chọn projector. 34
3.1.2 Lựa chọn camera. 38
3.1.3 Lựa chọn ống kính cho camera. 40
3.2 Tính toán thiết kế hệ thống truyền động dịch chuyển. 43
3.2.1 Bộ truyền vít me. 44
3.2.2 Tính toán thanh gá đầu đo. 48
3.2.3 Chọn động cơ. 53
3.2.4 Chọn sống trượt và dẫn hướng. 54
3.2.5. Chọn ổ lăn. 57
3.2.6 Nối trục đàn hồi 59
CHƯƠNG IV: HỆ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ VÀ XÂY DỰNG GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN.. 61
4.1. Điều khiển động cơ bước. 61
4.1.1. Động cơ bước. 61
4.1.2. Điều khiển động cơ bước. 62
CHƯƠNG V: XÁC ĐỊNH ĐỘ SÂU GIỚI HẠN VÙNG ĐO CỦA HỆ THỐNG.. 71
5.1. Khái quát vùng đo hệ thống. 71
5.2 Tính toán vùng đo của hệ thống. 72
5.3. Thực nghiệm.. 74
5.3.1. Mô hình thực nghiệm.. 74
5.3.2. Thực nghiệm tìm vùng đo của máy. 75
5.3.3. Hình ảnh các kết quả đạt được. 75
KẾT LUẬN.. 80
LỜI MỞ ĐẦU
Trước kia để đo kích thước các chi tiết cơ khí phay người ta thường sử dụng các phương pháp đo cổ điển như: phương pháp hai tiếp điểm, phương pháp ba tiếp điểm dùng các dụng cụ panme, thước cặp, đồng hồ so. Các phương pháp này chỉ thích hợp với những bề mặt không bị khuyết tật và năng suất, hiệu quả công việc không cao, đặc biệt là không đáp ứng được khi cần đo những chi tiết cần độ chính xác cao.
Ngày nay, khoa học công nghệ phát triển đã đưa phương pháp đo quét biên dạng 3D bằng ánh sáng cấu trúc vào trong đo lường. Với những tính năng ưu việt của nó, người ta đã giải quyết bài toán đo kích thước, đo biên dạng bằng phương pháp này với độ chính xác, năng suất, khả năng đáp ứng cao hơn rất nhiều so với các phương pháp truyền thống. Hiệu quả mang lại là nâng cao tự động hóa quá trình sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm, năng suất lao động và giảm giá thành sản xuất.
Hiện nay, đo biên dạng 3D vật thể có ý nghĩa rất lớn trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống và các ngành khoa học kĩ thuật như: công nghệ thiết kế ngược, công nghệ thời trang, y học, an ninh, khảo cổ…Các thiết bị đo quét 3D cung cấp dữ liệu bề mặt chi tiết dưới dạng đám mây điểm. Từ đám mây điểm thu được có thể tái tạo lại biên dạng các vật thể, từ đó có thể xác định các thông tin về hình dạng, kích thước. Những thông tin thu được từ hình ảnh 3D giúp cho khả năng quan sát, nhận dạng, mô phỏng chính xác hơn. Tại Việt Nam, các máy đo biên dạng này ngày càng được sử dụng nhiều hơn, đặc biệt là trong các nhà máy. Vì vậy, việc học tập, nghiên cứu loại thiết bị đo này đó trở thành một yêu cầu cấp thiết để phục vụ cho sự phát triển chung của các ngành khoa học kỹ thuật và sự phát triển riêng của nghành đo lường. Đó cũng là mục tiêu của đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế máy đo quét 3D bằng ánh sáng mã dịch pha kết hợp Gray code” mà nhóm chúng em thực hiện dưới đây.
Đồ án này gồm 5 chương và phụ lục:
Chương I: Tổng quan về quét biên dạng 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc
Chương II: Phương pháp quét 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc bằng phương pháp dịch pha kết hợp graycode.
Chương III: Tính toán, thiết kế máy đo biên dạng 3D chi tiết sử dụng nhị phân
Chương IV: Hệ điều khiển động cơ và xây dựng giao diện điều khiển
Chương V: Xác định độ sâu vùng đo của hệ thống.
Đồ án này được thực hiện tại bộ môn Cơ khí chính xác và quang học dưới sự hướng dẫn của Thầy: PGS.TS: ............... Vì thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu xót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô.
Chúng em xin được cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của Thầy: PGS.TS: ............... và sự góp ý của các thầy trong bộ môn trong suốt quá trình làm đồ án.
Hà Nội, ngày…..tháng…..năm 20...
Sinh viên thực hiện
……………….
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN QUÉT BIÊN DẠNG 3D SỬ DỤNG ÁNH SÁNG CẤU TRÚC
1.1. Các phương pháp quét biên dạng 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc
Kỹ thuật đo lường 3D bề mặt quang học là quá trình số hóa thông tin biên dạng bề mặt đối tượng bằng cách sử dụng cảm biến quang học. Với sự tiến bộ của khoa học máy tính hiện đại, phương pháp quang học đo biên dạng 3D xác định bề mặt đối tượng ngày càng trở nên dễ dàng hơn và nhanh hơn.
1.1.1.Thời gian truyền sáng (Time of Flight).
Công nghệ hình ảnh 3D Thời gian truyền sáng (TOF) là một phương pháp quang học tương tự như hệ thống siêu âm của một con dơi đó là thời gian ánh sáng phát ra và phản xạ trở lại từ bề mặt đích tới các cảm biến . Do ánh sáng di chuyển với một tốc độ không đổi, các thông tin về khoảng cách, độ sâu có thể được xác định từ thời điểm chiếu đến thời điểm nhận tín hiệu.
1.1.2. Phương pháp tam giác lượng laser.
Độ phân giải không gian và độ sâu có thể nhận được thông qua phương pháp tam giác lượng laser dựa trên công nghệ ảnh số 3D. Một hệ thống tam giác lượng điển hình gồm: một nguồn laser, một cảm biến và một thấu kính hội tụ chùm tia laser trên cảm biến.
1.1.3. StereoVision.
StereoVision sử dụng hai camera để chụp hai hình ảnh 2D từ các góc nhìn khác nhau và dựng lại hình ảnh 3D bằng phương pháp tam giác lượng tương tự phương pháp tam giác lượng laser. Kỹ thuật StereoVision cho phép đo toàn bộ bề mặt trong một lần đo không cần quét và phù hợp với các ứng dụng đo lường tốc độ cao.
1.1.4. Chiếu vân kĩ thuật số (DFP).
Các mô hình vân sử dụng trong trường hợp này được tạo ra bởi sự giao thoa laser. Thay vì sử dụng sự giao thoa của laser do nhiễu môi trường xung quanh sẽ ảnh hưởng độ chính xác của phép đo nên kĩ thuật DFP sử dụng một projector kĩ thuật số để chiếu mẫu vân hình sin do máy tính tạo ra. Về nguyên tắc, kĩ thuật DFP là một dạng đặc biệt của phương pháp tam giác lượng dựa trên ánh sáng cấu trúc, trong đó các vân có cấu trúc khác nhau về cường độ sin. Không giống với các phương pháp dựa trên cường độ, kĩ thuật DFP sử dụng pha để thiết lập sự tương ứng và khá nhạy đối với sự biến dạng của kết cấu bề mặt.
Phương pháp dịch pha làphương pháp chiếu vân được nghiên cứunhiều nhất để thu được hình ảnh 3D củamột vật thể. Các mẫu chiếu có cường độđiểm ảnh được mã hóa dạng sin đượcchiếu lên bề mặt đối tượng đo. Trườnghợp đơn giản nhất là phương pháp dịchpha 3 bước, cường độ sáng cho mỗiđiểm ảnh của mẫu chiếu. Phương pháp dịch pha xác địnhđược giá trị pha tương ứng với biên dạng3D của chi tiết đo do đó tọa độ 3D thựctế cần phải xác định thông qua quá trìnhhiệu chuẩn.
1.2. Ưu thế và ứng dụng phương pháp quét 3D
Ngày nay, sự tiến bộ của công nghệ trong các ngành công nghiệp đòi hỏi sự phát triển hệ thống để nâng cao độ chính xác thiết bị, năng suất và tiết kiệm lao động hơn trong đo lường và kiểm tra.
Với những ưu điểm vượt trội như vậy mà máy quét 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc được ứng dụng đo rộng rãi. Ứng dụng công nghệ quét 3D sẽ giúp tiết kiệm thời gian, giảm chi phí và nâng cao chất lượng cho sản phẩm. Công nghệ 3D có thể áp dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau như chế tạo khuôn mẫu, đồ gia dụng, sản phẩm cơ khí, ngành gỗ,... và nhiều ngành công nghiệp khác.
Từ những ứng dụng trên quả thực không thể phủ nhận vai trò của công nghệ 3D cũng như máy quét 3D. Các giải pháp được tạo ra từ công nghệ 3D dự kiến sẽ còn phát triển nhiều hơn nữa góp phần to lớn trong việc nâng cao chất lượng sản xuất và đời sống, mang hiệu quả kinh tế lớn. Từ đây các loại máy đo quét biên dạng 3D đang được nghiên cứu sâu và ngày càng phát triển, vì vậy vấn đề nghiên cứu và chế tạo máy quét 3D là cấp thiết để phục vụ phát triển công nghiệp nói riêng và hiện đại hóa đất nước nói chung.Đó cũng là mục đích của đề tài “ Thiết kế máy quét biên dạng 3D chi tiết cơ khí sử dụng ánh sáng cấu trúc bằng phương pháp dịch pha kết hợp Gray Code” mà chúng em thực hiện dưới đây.
CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP QUÉT BIÊN DẠNG 3D BẰNG PHƯƠNG PHÁP
DỊCH PHA KẾT HỢP GRAY CODE
Trong các dạng ánh sáng cấu trúc, phương pháp dịch pha có độ phân giải cao nhất đáp ứng được yêu cầu đo các chi tiết cơ khí. Quá trình đo của phương pháp dịch pha cần dựng lại bản đồ pha tuyệt đối thông qua bước gỡ pha, độ chính xác gỡ pha chịu ảnh hưởng của điều kiện đo như môi trường đo, đặc điểm bề mặt vật đo…. Phương pháp kết hợp dịch pha với mã hóa Gray giúp cho việc gỡ pha đạt độ chính xác cao do kỹ thuật mã hóa nhị phân ít nhạy cảm với bề mặt quét vật(vì chỉ có một giá trị nhị phân tồn tại trong tất cả các điểm ảnh).
2.1. Khái quát về phương pháp dịch pha.
2.1.1. Cơ sở của phương pháp dịch pha.
Phương pháp phân tích vân và thuật toán dịch pha được hình thành từ giao thoa laser và lý thuyết cơ sở của các phương pháp này dựa trên quang học vật lý.
d(t) là thành phần pha biến thiên theo thời gian, f(x, y) là độ trễ pha của điểm có tọa
độ (x, y) trên bề mặt chi tiết so với mặt phẳng tham chiếu. Ảnh pha f(x, y) có thể được xácđịnh bằng cách kiểm tra và so sánh độ trễ pha tại tất cả các điểm đo. Từ cơ sở này xây dựng lên phương pháp đo biên dạng 3D sử dụng dịch pha.
2.1.2. Đặc điểm của phương pháp dịch pha.
Phương pháp dịch pha là phương pháp tiêu biểu trong đo không tiếp xúc sử dụng ánh sáng cấu trúc vì có những ưu điểm đặc trưng như: độ chính xác cao, độ phân giải cao nhất trong các phương pháp đo sử dụng ánh sáng cấu trúc do ảnh pha biến thiên trong khoảng 0 ÷ 2π trong một chu kỳ nên có thể chia nhỏ để đạt độ phân giải cần thiết. Do đặc trưng là phương pháp đo quang học nên nhược điểm chính của phương pháp này là chịu nhiều ảnh hưởng của môi trường đo đến độ chính xác.
2.1.3. Thuật toán gỡ pha
Để các điểm đo không tồn tại bước nhảy pha 2π và đảm bảo xác định chính xác các điểm đo ta dùng phương pháp gỡ pha. Gỡ pha cuối cùng là để xác định vị trí gián đoạn 2π và sau đó loại bỏ chúng bằng cách thêm bớt đi một lượng 2π từ pha tương đối.
Có nhiều phương pháp mã hóa, so với mã hóa đơn giản, mã hóa gray code đảm bảo rằng mỗi điểm chỉ có một chút thay đổi cho tất cả các mẫu mã do đó lỗi giảm xuống và việc gỡ pha có kết quả tốt hơn.Từ các bit 0 và 1 của mẫu có cấu trúc nhị phân ta sẽ xác định được các điểm gián đoạn, từ đó xác định được vân đó là vân nào, hoàn thành bản đồ pha tuyệt đối để xây dựng biên dạng 3D.
2.2. Sử dụng mã hóa Gray để tăng độ chính xác gỡ pha trong phương pháp dịch pha.
2.2.1. Phương pháp mã hóa Gray
Mã hóa Gray là một dạng ánh sáng cấu trúc được sử dụng trong phương pháp quét biên dạng 3D của chi tiết với các mẫu chiếu chỉ có các vạch trắng và đen xen kẽ do đó mẫu chiếu mã hóa Gray còn được gọi là mẫu chiếu nhị phân. Ý tưởng cơ bản của phương pháp này là chiếu các mẫu chiếu sao cho chia không gian chiếu thành các phần riêng biệt và mỗi phần có thể nhận biết bằng một mã nhị phân dựa trên các mẫu chiếu tuần tự.
2.2.2. Phương pháp gỡ pha bằng mã hóa Gray trong phương pháp dịch pha
Để phù hợp với yêu cầu độ phân giải khi đo các chi tiết cơ khí cần sử dụng phương pháp dịch pha.Quá trình gỡ pha mang (pha tương đối) để xây dựng ảnh pha tuyệt đối là bước quan trọng quyết định độ chính xác phép đo.Độ chính xác gỡ pha được đảm khi sử dụng kết hợp với phương pháo mã hóa Gray do phương pháp này có khả năng chống nhiễu tốt phù hợp với đặc điểm hình dạng và quang học của bề mặt vật đo.
2.3. Nhận xét
Phương pháp dịch pha cho độ phân giải cao nhất trong các phương pháp đo lường ánh sáng cấu trúc đáp ứng được yêu đo các chi tiết cơ khí .Tuy nhiên ,trong quá trình đo cần xác định ảnh pha tuyệt đối đây là bước chịu ảnh hưởng của đặc điểm uang học bề mặt đo làm giảm độ chính xác của phương pháo .
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ĐO BIÊN DẠNG 3D CHI TIẾT SỬ DUNG MÃ NHỊ PHÂN
3.1 Tính toán lựa chọn hệ thống quang học.
3.1.1 Nguyên lý đo
Phương pháp đo biên dạng 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc dựa trên nguyên lý tam giác lượng trong quang học. Thiết bị chiếu các mẫu ảnh 2D được thiết kế mà mỗi điểm ảnh được mã hóa về màu sắc hoặc cường độ. Khi chiếu các mẫu ảnh 2D lên bề mặt chi tiết thì biên dạng 3D của bề mặt chi tiết làm biến dạng hình ảnh mẫu chiếu và được thu nhận bằng hệ thống camera.
Máy chiếu kĩ thuật số: chiếu các mẫu ảnh được mã hóa lên bề mặt chi tiết cần đo. Ở đây đo các chi tiết cơ khí nên dùng bộ phận chiếu ảnh là các máy chiếu kĩ thuật số. Máy chiếu kĩ thuật số ngày càng được nâng cao chất lượng ảnh chiếu và giảm giá thành tạo điều kiện thuận lợi cho việc chế tạo thiết bị quét.
3.1.2 Lựa chọn projector.
Chọn máy chiếu DLP OPTOMA HD28DSE có thiết kế gọn và nhiều tính năng.
Định nghĩa độ phân giải: độ phân giải chính là tổng số điểm ảnh trên hình ảnh được chiếu lên, độ phân giải được đo bằng pixel và được tính theo công thức: số lượng điểm ảnh theo chiều ngang x số lượng điểm ảnh theo chiều dọc. Máy chiếu có độ phân giải càng cao thì cho chất lượng hình ảnh chiếu lên càng rõ nét do số lượng điểm ảnh hiển thị trên một đơn vị chiều ngang và chiều dọc của hình ảnh càng nhiều thì ta sẽ thấy được ảnh hiện lên có độ sắc nét càng tốt.
* Ưu điểm của DLP
Hiệu ứng "ca-rô" (lưới) nhẹ hơn vì các ảnh điểm gần nhau hơn. Điều này không cho nhiều khác biệt với dữ liệu, nhưng nó cho hình ảnh mịn hơn.
Có thể đạt độ tương phản (contrast) cao hơn.
Gọn nhẹ, dễ di động hơn do có ít thành phần hơn.
3.1.3 Lựa chọn camera.
Chọn camera: ELP 1080 P SONY IMX322 H.264
Các tính năng chính:
1. Ultra ánh sáng Thấp Camera, chiếu sáng tối thiểu 0.01lux.
2. Hỗ Trợ otg giao thức.
4. Max độ phân giải: 1920x1080 P, 2.0 Megapixel.
5. Highly tiên tiến Sony IMX322 Cảm Biến.
6. Compression định dạng: H264/MJPEG/YUV2 (YUYV).
7. Cân bằng Trắng Chức Năng: tuyệt vời trong nhà và ngoài trời hiệu ứng, màu sắc sống động.
3.2 Tính toán thiết kế hệ thống truyền động dịch chuyển
Hệ thống chuyển động gồm có 2 chuyển động tịnh tiến x, y và một chuyển động quay để xoay bán gá chi tiết. Chuyển động trục x mang theo cụm đầu đo được điều khiển bằng động cơ bước, trục vít me.
Chuyển động theo trục y được dịch chuyển bằng tay để tịnh tiến thay đổi khoảng cách từ projector đến chi tiết quét, chuyển động được thực hiên thông qua vít me đai ốc bi.
3.2.1 Bộ truyền vít me
Bộ truyền vít me – đai ốc thường được dùng trong chuyển động chạy dao của máy công cụ NC, CNC và dùng trong các máy công cụ chính như máy mài, máy doa tốc độ và các loại máy khác. Đôi khi còn dùng trong máy tiện, máy tổ hợp, dùng trong truyền dẫn di động, trụ và các máy công cụ hạng nặng. Ngoài raconf dùng trong bộ truyền chính của các loại máy có chuyển động tịnh tiến khứ hồi như máy bào, máy chuốt...
Đường kính vòng tròn qua các tâm bi: Dtb = d1 + 2.(r1 – c) = 16 + 2.(1,06 – 0,042) = 18,036mm.
Đường kính trong của đai ốc: D1 = Dtb + 2.(r1 – c) = 18,036 + 2.(1,06 – 0,042) = 20,072mm.
Số vòng ren làm việc theo chiều cao đai ốc không nên quá 2 - 2,5 vòng, nếu không sẽ làm tăng sự phân bố không đều cho tải trọng các vòng ren. Số bi trên các vòng ren làm việc .K là số vòng ren chọn K = 2
Xác định khe hở hướng tâm: D1 – (2.db + d1) = 20,072 – (2.2 + 16) = 0,072mm.
Khe hở tương đối χ = 0,072/16 = 0,0045mm.
3.2.2 Tính toán thanh gá đầu đo.
Thanh gá được sử dụng để đầu đo bao gồm camera và projector,đầu còn lại của thanh lắp vào đai vít me,giúp đầu đo chuyển động tịnh tiến dọc theo trục của vít me. Thanh gá phải đảm bảo khả năng cứng vững,độbền cao do chịu trọng lực của hệ thống đầu đo.Chọn các thông số của thanh gá :
Khối lượng đầu đo là 5 kg nên lực tác dụng lên thanh gá F = 50(N). Xét sơ đồ lực tác dụng lên cụm chi tiết.
Để thuận tiện cho việc tính toán, ta sẽ xét riêng sơ đồ lực trên từng thanh. Xét thanh số 1,chịu tác dụng của trọng lực đầu đo F = 50N.
Xét trên thanh số 3, vị trí chịu uốn lớn nhất là vị trí đầu lắp với đai vít me,với giá trị momen uốn là : M = F.d = 50.300= 15000(N.mm)
Động cơ phải đảm bảo khả năng tải làm quay trục vít để cụm đầu đo có thể di chuyển tịnh tiến theo phương Z.
Chọn động cơ là động cơ bước, động cơ này gắn với trục vít thông qua nối trục làm quay trục vít tạo chuyển động tịnh tiến của cụm thiết bị quét nhờ đai ốc di chuyển lên xuống.
Máy thực hiện quét biên dạng chi tiết cơ khí trong điều kiện các cơ cấu chuyển động ở trạng thái tĩnh, tốc độ của động cơ không yêu cầu quá cao. Vì vậy ta chọn động cơ có số vòng quay 30 vòng/phút vận tốc V = 1,5mm/s.
Mô men động cơ : M = Fms.r =15.5 = 45 N.mm
Do yêu cầu tính toán như trên em chọn động cơ là HYBRID STEPPING MOTOR MODEL 160-010-00450
3.2.4 Chọn sống trượt và dẫn hướng
Độ chính xác của máy phụ thuộc rất lớn vào độ chính xác của đường dẫn hướng vì bộ phận dẫn hướng quyết định đến hướng của chuyển vị đo, bởi vậy độ chính xác dẫn hướng có ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác khi đo.
Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dẫn hướng gồm:
- Độ chính xác của yếu tố dẫn hướng như độ phẳng, độ thẳng của thanh trượt khi dẫn hướng.
- Yếu tố khe hở giữa khâu động và khâu tĩnh.
- Yếu tố chiều dài của khâu dẫn. Khi hành trình đo càng lớn, chiều dài khâu dẫn càng lớn, vấn đề đảm bảo độ chính xác dẫn trượt của các khâu dẫn và thân trượt càng khó khăn. Bởi thế độ chính xác của các thiết bị đo có hành trình lớn thường bị hạn chế. Bộ dẫn trượt thường tồn tại vấn đề ma sát ngoài giữa khâu dẫn và khâu trượt. Chính sự ma sát này sẽ ảnh hưởng lớn đến độ nhạy giới hạn của cơ cấu.Bộ phận dẫn trượt thường dùng khớp ma sát trượt như dẫn trượt tròn, sống dẫn dạng mang cá, sống thẳng, sống hình thang, sống tròn.
Sống trượt thường có các bề mặt tựa để hạn chế sự quay tương đối của con trượt và sống trượt. Góc quay cho phép từ 1 
3º. Sống trượt loại này phức tạp trong việc khử khe hở sinh ra cũng như ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt đến sự làm việc của sống trượt. Để bồi thường độ mài mòn ta dùng bạc điều chỉnh sống trượt được gia công với độ chính xác. Để giảm lực ma sát và ngăn ngừa hiện tượng chêm con trượt trong sống trượt, khi thiết kế cơ cấu cần đưa ra sự phụ thuộc nhất định giữa lực đặt vào con trượt, hệ số ma sát và các kích thước của con trượt và sống trượt.
Chiều dài ray dẫn hướng sử dụng là: L = 600mm.
Khối lượng tải M = khối lượng đầu đo + khối lượng cụm thanh gá đầu đo. Tổng khối lượng tải M =7kg.
Tải trọng tĩnh mà ray dẫn hướng có thể tải là Co =2206 kgf = 2161,88kg > M=7kg.
=> Thỏa mãn điều kiện chịu tải.
Tính và kiểm nghiệm ổ lăn đỡ vít me bi :
Đường kính ngõng trục d = 10 mm, số vòng quay n = 30 vòng/phút, thời hạn sử dụng Lh = 30 000 giờ. Do đó theo bảng P.2 hệ dẫn động cơ khí ta chọn được ổ bi đỡ một dãy với ký hiệu 1000099 với các thông số :
D = 20 mm, B = 6 mm, r = 0.5 mm
C = 2,10 kN, C0 = 1,07 kN
3.2.6 Nối trục đàn hồi
Trong nối trục đàn hồi, hai nửa nối trục nối với nhau bằng bộ phận đàn hồi có thể là kim loại hoặc không kim loại (cao su).
Nhờ có bộ phận đàn hồi nên nối trục đàn hồi có khả năng giảm va đập và chấn động, đề phòng cộng hưởng do dao động xoắn gây ra và bù lại độ lệch trục ( làm việc như nối trục bù)
Nối trục đàn hồi có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, dễ thay thế, làm việc tin cậy, do đó được dùng rộng rãi.
Nối trục vòng đàn hồi có thể làm việc bình thường khi độ lệch tâm từ 0,2- 0,6 mm,độ lệch góc đến 1º, khi độ lệch góc >1º và độ lệch tâm vượt quá giá trị số cho phép thì vòng đàn hồi mài mòn nhanh và gây nên tải trọng phụ Fr, tác dụng lên trục và thường Fr = (0,1 - 0,3)Ft.
CHƯƠNG IV: HỆ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ VÀ XÂY DỰNG GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN
4.1. Điều khiển động cơ bước
4.1.1. Động cơ bước
Động cơ bước là một thiết bị cơ điện chuyển đổi các xung điện thành những chuyển động cơ học rời rạc. Trục của động cơ bước quay những bước tăng rời rạc khi các xung điện điều khiển được áp đến nó theo một trình tự hợp lí. Sự quay của các động cơ liên hệ trực tiếp với các xung được áp vào. Trình tự của các xung áp vào quan hệ trực tiếp với hướng quay của trục động cơ. Tốc độ quay của trục động cơ quan hệ trực tiếp với tần số các xung vào và chiều dài vòng quay thì liên hệ trực tiếp với số lượng các xung được áp vào.Dựa theo cấu trúc rotor, động cơ bước được chia thành 3 loại:
- Động cơ bước từ trở biến thiên.
- Động cơ bước nam châm vĩnh cửu.
- Động cơ bước lai.
Dựa theo cách quấn dây trên stator, động cơ bước được chia thành 2 loại:
- Động cơ bước đơn cực.
- Động cơ bước lưỡng cực
4.1.2. Điều khiển động cơ bước.
4.1.2.1. Sơ đồ khối điều khiển.
Trong sơ đồ khối điều khiển trên người dùng giao tiếp trực tiếp với chương trình điều khiển bằng cách sử dụng giao diện điều khiển trên màn hình máy tính. Thông qua máy tính người dùng truyền lệnh xuống khối vi xử lý thông qua giao tiếp RS232.
4.1.2.2. Giao tiếp RS232.
Vấn đề giao tiếp giữa PC và vi điều khiển rất quan trọng trong các ứng dụng điều khiển , đo lường…Ghép nối qua cổng RS232 là một trong những kĩ thuật được sử dụng rộng rãi để ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính. Nó là một chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ, kết nối nhiều nhất là 2 thiết bị, tốc độ 20kb/s .Ý nghĩa của chuẩn truyền thông nối tiếp nghĩa là trong một thời điểm chỉ có một bít được gửi đi dọc theo đường truyền.
4.1.2.4 Tổng quát chung về khối vi xử lý..
* Giới thiệu về vi điều khiển 16F877a.
+) Sử dụng công nghệ tích hợp cao su RISC CPU.
+) Người sử dụng có thể lập trình với 35 câu lệnh đơn giản.
+) Tất cả các câu lệnh thực hiện trong một chu kì lệnh ngoại trừ một số câu lệnh rẽ nhánh thực hiện trong 2 chu kì lệnh.
+) Tốc độ hoạt động là: - Xung đồng hồ vào là DC – 20 MHz.
- Chu kì lệnh thực hiện trong 200 ns.
+) Bộ nhớ chương trình Flash 8Kx14 words.
+) Bộ nhớ Ram 368 x 8 bytes.
+) Bộ nhớ EFPROM 256 x 8 bytes.
* Các đặc tính nổi bật của thiết bị ngoại vi trên chip
+ Timer0: 8 bít của bộ định thời, bộ đếm với hệ số tỷ lệ trước.
+ Timer1: 16 bít của bộ định thời, bộ đếm với hệ số tỷ lệ trước, có khả năng tăng trong khi ở chế độ Sleep qua xung động hồ được cung cấp bên ngoài.
+ Timer2: 8 bít của bộ định thời, bộ đếm với 8 bít của hệ số tỷ lệ trước, hệ số tỷ lệ sau.
+ Có 2 chế độ bắt giữ, so sánh, điều chế độ rộng xung (PWM).
+ Chế độ bắt giữ với 16 bít, với tốc độ 12,5 ns; chế độ so sánh với 16 bít, tốc độ giải quyết cực đại là 200 ns, chế độ điều chế độ rộng xung với 10 bít.
+ Bộ chuyển đối tính hiệu số sang tương tự với 10 bít.
+ Cổng truyền thông nối tiếp SSP với SPI phương thức chủ.
+ Bộ truyền nhận thông tin đồng bộ, dị bộ (USART/SCL) có khả năng phát hiện 9 bít địa chỉ.
4.1.2.5. Điều khiển động cơ
Yêu cầu bài toán: Điều khiển động cơ bước quay truyền chuyển động cho bàn quay để bàn quay quay một góc theo mong muốn người sử dụng.
Người sử dụng chọn chương trình điều khiển thông qua phần mềm Matlab gửi các tín hiệu theo các số liệu tương ứng xuống vi xử lý. Vi xử lý nhận tín hiệu từ người điều khiển thông qua kí tự số gửi từ phần mềm Matlab và truyền tín hiệu xung và chiều xuống cho Driver. Tại đây Driver nhận được xung tương ứng với các lệnh và động cơ bước quay những góc tương ứng với số xung nhận được.
CHƯƠNG V: XÁC ĐỊNH ĐỘ SÂU GIỚI HẠN VÙNG ĐO CỦA HỆ THỐNG
5.1. Khái quát vùng đo hệ thống
Vùng đo của hệt thống đo là vùng không gian có thể nhìn thấy cả từ projector và camera. Vùng này phụ thuộc chủ yếu vào các thông số của hệ thống như: khoảng cách giữa camera và projector b, góc giữa camera và projector là α, khoảng cách giữa quang tâm của camera và projector tới mặt phẳng tham chiếu là L để đạt kích thước vùng đo theo phương ngang và phương thẳng đứng w và h
Độ sâu giới hạn vùng đo của hệ thống đo là khoảng cách dọc theo quang trục của thấu kính camera giữa các chi tiết đo gần nhất và xa nhất trong vùng đo qua thấu kính camera chi tiết đo được tạo ảnh sắc nét trên cảm biến ảnh.Độ sâu giới hạn vùng đo của một hệ thống đo cũng là một thông số quan trọng để đánh giá chất lượng hình ảnh mong muốn.
5.2 Tính toán vùng đo của hệ thống
Khi đó: d=95mm
Với; L=500mm thực nghiệm ta thực nghiệm xác định được khoảng cách giữa camera và projector b=13mm và kích thước vùng chiếu theo phương ngang là w=245mm và kích thước vùng chiếu theo phương thẳng đứng là h=180mm.
5.3. Thực nghiệm
5.3.1. Mô hình thực nghiệm
Mô hình thực nghiệm được xây dựng gồm có một projector InFocus N104và 1 camera ,DFK 61 BU02.bộ read out tính góc quay, bàn quay, bộ điện điều khiển ,ô bàn cờ 17x17x10 và máy tính xử lý dữ liệu như hình 5. 3.
5.3.2. Thực nghiệm tìm vùng đo của máy
Cách tiến hành: Ta sẽ tiến hành chiếu vào mặt phẳng chuẩn,sau đó lần lượt thay đổi khoảng cách L khoảng cách giữa quang tâm của camera và projector tới mặt phẳng tham chiếu ừ quang tâm đến mặt phẳng chuẩn, và thay đổi khoảng cách giữa camera và projector là b theo công thức b = L. tan β(chọn β=13o).
- Bảng các thông số thu được khi được calib trong độ sâu vùng đo từ 455mm đến 550 mm.Các thông số sai số đều đạt yêu cầu <0.5
KẾT LUẬN
Phương pháp đo không tiếp xúc ngày nay đã được ứng dụng rộng rãi, nhất là trong những trường hợp có điều kiện đo phức tạp đòi hỏi độ chính xác cao, ứng dụng phương pháp đo không tiếp xúc đòi hỏi hệ thống xử lý tín hiệu và những phần mềm thông tin. Phương pháp này có ưu điểm, độ chính xác cao, phù hợp với những trường hợp không thể dùng đầu đo tiếp xúc, khả năng ứng dụng của công nghệ số để tăng tốc độ xử lý. Đặc biệt khả năng ứng dụng của công nghệ xử lý hình ảnh là một hướng đi mới cho việc xử lý kết quả đo. Phương pháp xử lý tuy có phức tạp nhưng có thể giải quyết được việc đo đồng thời nhiều thông số và mô phỏng hình học bề mặt chi tiết.
Phương pháp quét biên dạng 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc cho ra kết quả nhanh và có nhiều ứng dụng thiết thực trong công nghiệp cũng như an ninh, y tế, đo lường, điện ảnh, kinh tế…Do vậy, việc nghiên cứu phục vụ học tập cũng như sử dụng trong thực tiễn có ý nghĩa rất lớn vì đảm bảo yêu cầu chính xác, nhanh, chi phí kinh tế.
Qua thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, với đề tài “Thiết kế máy đo quét 3D bằng ánh sáng mã dịch pha kết hợp Gray code” cùng sự hướng dẫn tận tình của thầy: PGS.TS: ............... đã giúp chúng em học hỏi được nhiều điều, củng cố được kiến thức đồng thời áp dụng những kiến thức được các thầy cô trang bị trong 5 năm đại học vừa qua.
Trong đề tài tốt nghiệp này chúng em đã thực hiện được những công việc sau :
- Phân tích tìm hiểu nguyên lý quét biên dạng 3D dùng ánh sáng cấu trúc.
- Tính toán thiết kế hệ thống gá đầu đo.
- Tìm hiểu phương pháp dịch pha kết hợp gỡ pha bằng gray code
- Xác định độ sâu vùng đo của hệ thống
- Thực hiện các thí nghiệm, thực hành quét và xử lý tín hiệu trên mô hình thí nghiệm tại phòng 307.
Tuy vậy, đề tài còn có những hạn chế mà chúng em chưa giải quyết được đó là:
- Mới chỉ xây dựng được mô hình cơ khí theo lý thuyết.
- Kết quả đo thực nghiệm còn sai lệch nhiều, nhiễu lớn.
Chúng em hi vọng sẽ nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của thầy, cô trong bộ môn. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy: PGS.TS: ............... và các thầy cô trong bộ môn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Hồng Ngọc, 2007,“Giáo trình công nghệ gia công quang học”.
2. Bộ môn điều khiển tự động trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, “Giáo trình Điện tử tương tự số”.
3. Nguyễn Minh Đức, 2000,“Bộ khuếch đại hoạt động và mạch tích hợp tuyến tính (OP-AMP & IC)”.
4. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, 2010,“Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí”.
5. Mai Xuân Sỹ, 2008,“Thiết kế, chế tạo máy rửa siêu âm tại Việt Nam”.
6. Bộ môn cơ điện tử trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP HCM, 2006, “Kỹ thuật đo lường và cảm biến”.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"