Bài giảng Kỹ thuật Laser trong chế tạo cơ khí: Chương 4 - Các phương pháp đo lường độ dài bằng Laser

Bài giảng "Kỹ thuật Laser trong chế tạo cơ khí: Chương 4.2 - Các phương pháp đo lường độ dài bằng Laser" được biên soạn bao gồm các nội dung chính sau: Đo chính xác độ dài bằng giao thoa kế laser; Đo kích thước lớn; Đo khoảng cách lớn bằng xung laser; Đo kích thước lớn bằng phương pháp di pha; Đo biến thiên khoảng cách theo phương pháp tam giác lượng. Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kỹ thuật Laser trong chế tạo cơ khí: Chương 4 - Các phương pháp đo lường độ dài bằng LaserChương 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯỜNG ĐỘ DÀI BẰNG LASER4.1 Đo chính xác độ dài bằng giao thoa kế laser.4.2 Đo kích thước lớn.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 micrômét4.2.1. Đo khoảng cách lớn bằng xung laser. Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý đo khoảng cách lớn bằng xung laserKhoảng 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 laserDo 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 độ chính xác đến 1mm ở cự ly 200m.Máy đo quân sự M-70B với độ dài xung chuẩn 2.10-9 có sai số là 5mm ở cự ly 10km. Hình 4.17 Thiết bị đo của hãng Leica 4.2.2 Đo kích thước lớn bằng phương pháp di phaPhương 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:  = 2fL /cc là vân tốc ánh sáng.Như vậy chiều dài cần đo: L = c.  / 2fĐộ 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 phan giải của của phép đo là 0,6mm.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 lượngPhương 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. Tia laser X1 X2 M I a II b  Hình 4.18 Nguyên lý đo theo tam giác lượnga- 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 i h b Z0 Z 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 i300 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. 2.5 2 Hình 4.20: Đồ 1.5 1 thị quan hệ giữa 0.5 K và i 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90b- 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: ∆h = ∆Zsin(i+)/cos(i) Tia Laservới:-  là hệ số khuếch đại b1’ ∆hcủa hệ quang. hq a1 ’ - là góc nghiêng của itrục hệ quang với pháp  CBtuyến của măt phẳng tới. a1 Z0 ∆Z Z b1 Hình 4.21: Nguyên lí đo theo tán xạTỷ 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)Trên đồ ...