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

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.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kỹ thuật Laser trong chế tạo cơ khí: Chương 5 - Đo biên dạng bề mặt chi tiếtChương 5 ĐO BIÊN DẠNG BỀ MẶT CHI TIẾT5.1 Đo độ nhám bề mặt chi tiết5.1.1 Phương pháp đo tán xạ tích phân toàn phầnCường độ lượng tia tán xạ làI scatter với độ nhám bìnhphương trung bình của bềmặt Rq qua công thức: I scatter = (4Rq /  )2.I0I0 là cường độ tia phản xạ.Công thức trên về cơ bản làchính xác với những bề mặtcó độ nhám bình phươngtrung bình RMS nhỏ hơnbước sóng  của chùm tiatới.5.1.2 Phương pháp đo nhám bằng giao thoa laserPhương 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 thuộcvào góc nêm . Chiều cao nhám cần đo được xác định : h = ( a / b).  - a chiều cao vân - bước sóng laser5.2 Đo biên dạng tế vi bề mặt chi tiết5.2.1 Thiết bị đo sự thay đổi điểm hội tụSự thay đổi điểm hội tụ theo biên dạng bề mặt đoĐộ phân giải đứng có thểnhỏ tới 10 nm. Phạm viquét theo phương đứng từvài mm tới khoảng 20 mmhay lớn hơn nữa.. Phạm viđo ngang XxY được xácđịnh bởi vật kính và phạmvi thường từ (0,14 x 0,1)mm tới (5 x 4) mm đối vớicác phép đo đơn lẻ., phạmvi đo X x Y có thể tới (100 Hình 5.3: Thiết bị đo theo sự thay đổi tiêu điểmx 100) mm. 5.2.2. Giao thoa kế hoạt động theo nguyên lý dịch phaGiao thoa kế dịch pha (PSI) bao gồm một giao thoa kế tích hợp vớimột kính hiển vi ,hình 5.4Trong giao thoa kế, gươngtách tia hướng chùm sángđi xuống theo một đườngchuẩn,. Gương tách tia sẽhướng chùm tia thứ hai đitới bề mặt được đo rồiphản xạ lại. Hai chùm tianày trở lại bộ tách tia rồikết hợp, chồng chất lênnhau tạo thành ảnh vângiao thoa trên bề mặt cảmbiếnCác thiết bị đo PSI thường sử dụng một trong hai kết cấu tùy thuộcvào sự sắpxếp vật kính hiển vi. Hình 5.5 a cho thấy kết cấu của vật kínhMirau, 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 Bvà 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 kiểuLinnik. Đối với cả hai loại vật kính, giao thoa khi cả gương chuẩnvà đối tượng đo đúng tiêu điểm.Với vật kính Mirau, điều này được thực hiện qua sự điều chỉnh độnghiêng và vị trí của gương chuẩn. Còn với vật kính Linnik, cả gương chuẩn và đối tượng phải đúngtiêu điểm nhưng hơn nữa cả hai nhánh của vật kính Linnik phảiđược chế tạo bằng nhau trong phạm vi vân giao thoa.Hệ Linnik bao gồm hai vật kính phải phù hợp với nhau, như vậy ítnhất là gấp đôi chi phí. Một lợi thế của Linnik là không có khu vựctrung tâm của vật kính bị chặn và không có không gian bên dưới vậtkính cần thiết cho việc gắn thêm gương và bộ tách tia.PSI có thể đạt được độ phân giải và độ lặp lại dưới nmnhưng rất khó xác định độ chính xác của chúng, ví dụ nhưnó rất phụ thuộc vào bề mặt được đo.Những bề mặt có các điểm liền kề chênh lệch không quá1/4 bước sóng mới đo được trên PSI. Phạm vi đo của PSIbị giới hạn trong khoảng 1 vân hay xấp xỉ 1/2 bước sóngcủa nguồn sáng.Do đó các thiết bị đo PSI thường chỉ được sử dụng để đonhững bề mặt tương đối phẳng. Một quy tắc theo kinhnghiệm cho thấy rằng chỉ những bề mặt có Ra hay Sa nhỏhơn /10 mới có thể đo được bằng PSI. Hạn chế này có thểkhắc phục được bằng cách kết hợp thiết bị PSI với mộtthiết bị đo giao thoa quét kết hợp (CSI), thường đượcchuyển thành chế độ quét dọc.5.2.3. Kính hiển vi số chụp ảnh toàn ký 3DKính hiển vi chụp ảnh số toàn ký (DHM) là một kính hiển vi giaothoa ,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 tụ5.2.4 Phương pháp đo chép hình theo nguyên lý tự động điềutiêu theo điểmCác thiết bị đo nhám bề mặt tự động theo nguyên lý điều tiêu hoạtđộng bằngcách hội tụ chùm tia laser một cách tự động thành mộtđiểm 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 tụHình 5.8: Các trạng thái của thiết bị tự động dò tiêu điểmĐiểm bất lợi của việc tự động dò điểm hội tụ là nó đòi hỏithời gian đo dàiNgoài ra, độ chính ...