Bài giảng Kỹ thuật Laser trong chế tạo cơ khí: Chương 5 - Đo biên dạng bề mặt chi tiết

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:50

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Kỹ thuật Laser trong chế tạo cơ khí: Chương 5 - Đo biên dạng bề mặt chi tiết" được biên soạn bao gồm các nội dung chính sau: Đo độ nhám bề mặt chi tiết; Đo biên dạng tế vi bề mặt chi tiết; Đo biên dạng chi tiết bằng phương pháp quét tia laser. Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật Laser trong chế tạo cơ khí: Chương 5 - Đo biên dạng bề mặt chi tiết

Chương 5 ĐO BIÊN DẠNG BỀ MẶT CHI TIẾT 5.1 Đo độ nhám bề mặt chi tiết 5.1.1 Phương pháp đo tán xạ tích phân toàn phần Cường độ lượng tia tán xạ là I scatter với độ nhám bình phương trung bình của bề mặt Rq qua công thức: I scatter = (4Rq /  )2.I0 I0 là cường độ tia phản xạ. Công thức trên về cơ bản là chính xác với những bề mặt có độ nhám bình phương trung bình RMS nhỏ hơn bước sóng  của chùm tia tới.
5.1.2 Phương pháp đo nhám bằng giao thoa laser Phương pháp đo này sử dụng giao thoa kế kiểu Mai ken xơn CCD G CT Nguån Laser S  a b a) Mau do b) Hình 5.2 Sơ đồ nguyên lý đo độ nhám bằng giao thoa kế laser Maikenxon . Khoảng cách vân b và độ khuếch đại chiều cao vân phụ thuộc vào góc nêm . Chiều cao nhám cần đo được xác định : h = ( a / b).  - a chiều cao vân - bước sóng laser
5.2 Đo biên dạng tế vi bề mặt chi tiết 5.2.1 Thiết bị đo sự thay đổi điểm hội tụ Sự thay đổi điểm hội tụ theo biên dạng bề mặt đo Độ phân giải đứng có thể nhỏ tới 10 nm. Phạm vi quét theo phương đứng từ vài mm tới khoảng 20 mm hay lớn hơn nữa.. Phạm vi đo ngang XxY được xác định bởi vật kính và phạm vi thường từ (0,14 x 0,1) mm tới (5 x 4) mm đối với các phép đo đơn lẻ., phạm vi đo X x Y có thể tới (100 Hình 5.3: Thiết bị đo theo sự thay đổi tiêu điểm x 100) mm.
5.2.2. Giao thoa kế hoạt động theo nguyên lý dịch pha Giao thoa kế dịch pha (PSI) bao gồm một giao thoa kế tích hợp với một kính hiển vi ,hình 5.4 Trong giao thoa kế, gương tách tia hướng chùm sáng đi xuống theo một đường chuẩn,. Gương tách tia sẽ hướng chùm tia thứ hai đi tới bề mặt được đo rồi phản xạ lại. Hai chùm tia này trở lại bộ tách tia rồi kết hợp, chồng chất lên nhau tạo thành ảnh vân giao thoa trên bề mặt cảm biến
Các thiết bị đo PSI thường sử dụng một trong hai kết cấu tùy thuộc vào sự sắp xếp vật kính hiển vi. Hình 5.5 a cho thấy kết cấu của vật kính Mirau, ở đó các phần tử A, B và C dịch chuyển tham chiếu tới D. Hình 5.5 b thể hiện kết cấu vật kính Linnik, trong đó các phần tử B và C dịch chuyển tham chiếu tới D và E. Hình 5.5a) Vật kính Mirau và Vật kính Linik b)
Kết cấu Mirau nhỏ gọn hơn và ít cần tới sự điều chỉnh hơn kiểu Linnik. Đối với cả hai loại vật kính, giao thoa khi cả gương chuẩn và đối tượng đo đúng tiêu điểm. Với vật kính Mirau, điều này được thực hiện qua sự điều chỉnh độ nghiêng và vị trí của gương chuẩn. Còn với vật kính Linnik, cả gương chuẩn và đối tượng phải đúng tiêu điểm nhưng hơn nữa cả hai nhánh của vật kính Linnik phải được chế tạo bằng nhau trong phạm vi vân giao thoa. Hệ Linnik bao gồm hai vật kính phải phù hợp với nhau, như vậy ít nhất là gấp đôi chi phí. Một lợi thế của Linnik là không có khu vực trung tâm của vật kính bị chặn và không có không gian bên dưới vật kính cần thiết cho việc gắn thêm gương và bộ tách tia.
PSI có thể đạt được độ phân giải và độ lặp lại dưới nm nhưng rất khó xác định độ chính xác của chúng, ví dụ như nó rất phụ thuộc vào bề mặt được đo. Những bề mặt có các điểm liền kề chênh lệch không quá 1/4 bước sóng mới đo được trên PSI. Phạm vi đo của PSI bị giới hạn trong khoảng 1 vân hay xấp xỉ 1/2 bước sóng của nguồn sáng. Do đó các thiết bị đo PSI thường chỉ được sử dụng để đo những bề mặt tương đối phẳng. Một quy tắc theo kinh nghiệm cho thấy rằng chỉ những bề mặt có Ra hay Sa nhỏ hơn /10 mới có thể đo được bằng PSI. Hạn chế này có thể khắc phục được bằng cách kết hợp thiết bị PSI với một thiết bị đo giao thoa quét kết hợp (CSI), thường được chuyển thành chế độ quét dọc.
5.2.3. Kính hiển vi số chụp ảnh toàn ký 3D Kính hiển vi chụp ảnh số toàn ký (DHM) là một kính hiển vi giao thoa ,hình 5.6 DHM có độ phân giải tương đương PSI và bị giới hạn trong phạm vi 1/2 bước sóng của nguồn sáng . Tuy nhiên, DHM bước sóng kép hay đa bước sóng cho phép tăng phạm vi đo dọc tới vài m. Hình 5.7: Thiết bị đo tự động dò điểm hội tụ
5.2.4 Phương pháp đo chép hình theo nguyên lý tự động điều tiêu theo điểm Các thiết bị đo nhám bề mặt tự động theo nguyên lý điều tiêu hoạt động bằngcách hội tụ chùm tia laser một cách tự động thành một điểm trên bề mặt đo. Tia tới đi qua một phía của vật kính, còn tia phản xạ đi qua phía đối diện sau khi hội tụ trên bề mặt được đo tại tâm của trục quang. Nó hình thành một ảnh trên cảm biến tự động điều tiêu sau khi đi qua thấu kính tạo ảnh. Hình 5.7: Thiết bị đo tự động dò điểm hội tụ
Hình 5.8: Các trạng thái của thiết bị tự động dò tiêu điểm
Điểm bất lợi của việc tự động dò điểm hội tụ là nó đòi hỏi thời gian đo dài Ngoài ra, độ chính xác của thiết bị sẽ được xác định bởi kích thước đốm sáng laser hội tụ, do cường độ quang không đều trong phạm vi đốm laser hội tụ, nó sinh ra sai số dịch tiêu điểm. Độ phân giải theo trục được xác định bởi độ phân giải của thước chuẩn, thậm chí có thể tới 1 nm. Phạm vi đo được xác định bởi các bàn quét theo ba trục trục xy và z, ví dụ 150x150 x10mm .
5.3 Đo biên dạng chi tiết bằng phương pháp quét tia laser 5.3.1 Phương pháp quét tia truyền qua 5.3.1 1 Phương pháp đo bằng quang thông chiếu sáng Ánh sáng từ nguồn chiếu bằng tia quét khi qua hệ quang sẽ được hội tụ tại đầu thu của tế bào quang điện. Với đặc tính hoạt động : khi kích thước chi tiết tăng thì quang thông của nguồn sáng tới tế bào quang điện giảm do đó năng lượng nhận được của tế bào quang điện giảm. Như vậy, thông qua độ lớn của giá trị năng lượng thu ta có thể xác định được kích thước của chi tiết.
Ưu điểm : Kết cấu đơn giản Nhược điểm : -Khó khăn trong việc tạo ra nguồn sáng có kích thước nhỏ mà vẫn đảm bảo về mặt năng lượng chiếu sáng. -Độ chính xác đo bị ảnh hưởng bởi sự không ổn định năng lượng phát của nguồn sáng cũng như các yếu tố hấp thụ năng lượng trên đường đi của các tia sáng như hệ quang, môi trường hay bản thân chi tiết đo.
5.3.1.2 Phương pháp tạo ảnh chi tiết trên đầu thu camera Ánh sáng từ nguồn chiếu bằng đèn LED năng lượng cao hoặc nguồn tia quét qua hệ quang tạo ảnh chi tiết trên đầu thu camera. Với đặc tính tạo ảnh tỷ lệ thuận nên thông qua việc xác định độ lớn ảnh trên camera ta có thể xác định được kích thước chi tiết.
Ưu điểm : Do kết hợp được đồng thời việc đo kích thước với sự thu hình ảnh của chi tiết trên màn hiển thị nên thuận tiện trong công việc xử lý, hiệu chỉnh cũng như có thể dễ dàng phối hợp để đo các thông số khác của chi tiết. Nhược điểm : Thiết bị tương đối phức tạp và đắt tiền vì để có độ chính xác đo cao thì ta cần cũng cần phải có bộ đọc tín hiệu đo cùng với một đầu thu camera có độ phân giải và độ chính xác tương ứng.
5.3.1.3 Phương pháp tạo xung đo sử dụng tia Laser quét Với đặc tính chi tiết đo che khuất và không che khuất tia quét từ thấu kính trực chuẩn sẽ tạo ra xung phát từ tế bào quang điện. Độ rộng của xung này tỷ lệ với kích thước chi tiết
Giả sử khoảng chi tiết che khuất chùm tia quét song song tương ứng với góc quét  của chùm tia quét góc ,hình 5.12. Ta có kích thước D của chi tiết : D = MN = 2. f . tg(/2) =f. Vận tốc quay n (vòng/giây) của gương đa giác Với tần số phát là ft D = 4.n.f. N ft
Ưu điểm : -Có kết cấu tương đối đơn giản nhưng có thể đo với độ chính xác cao. -Việc xử lý xung phù hợp với xu hướng phát triển của các thiết bị điện tử số hiện nay. Nhược điểm : -Khó khăn tạo ra được nguồn tia quét lên chi tiết với độ song song cao và vận tốc quét ổn định. -Đòi hỏi phải có một bộ đọc xung đo có tính ổn định với độ phân giải cao ,tương ứng với độ chính xác đo Đặc điểm chung của các phương pháp đo bằng tia laser quét này là có tốc độ đo cao đến 10.000 phép đo trong một giây và có thể đạt độ chính xác đến 0,01micromet