Tính toán tương quan độ chính xác của các phép đo thành phần trong bài toán đo lường gián tiếp

Mục đích của việc này nhằm xác định được đặc tính của các cảm biến cần sử dụng trong sơ đồ sao cho thỏa mãn hai tiêu chí kinh tế và kỹ thuật. Đồng thời tác giả cũng đặt mục tiêu biểu diễn hình học trực quan các quan hệ này. Những liên hệ toán học rút ra từ việc khảo sát hệ đo lường nhiều thứ nguyên dưới đây hết sức hữu ích cho việc thiết kế các hệ tương tự, nhất là trong việc xác định độ chính xác của các cảm biến thành phần.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính toán tương quan độ chính xác của các phép đo thành phần trong bài toán đo lường gián tiếp Nghiên cứu khoa học công nghệ TÍNH TOÁN TƯƠNG QUAN ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA CÁC PHÉP ĐO THÀNH PHẦN TRONG BÀI TOÁN ĐO LƯỜNG GIÁN TIẾP Phạm Thành Long*, Lê Thị Thu Thủy Tóm tắt: Các máy đo biến dạng trong chế tạo máy thường được thiết kế trên cơ sở tái hiện động học tạo hình của quá trình gia công. Bài báo này giới thiệu phương pháp tính toán một máy đo góc nghiêng răng sử dụng cấu trúc robot chuỗi. Cơ sở động học máy đo dựa trên kỹ thuật tính toán bằng các di chuyển nhỏ mô tả liên hệ động học giữa ngõ vào và ngõ ra. Mục đích của việc này nhằm xác định được đặc tính của các cảm biến cần sử dụng trong sơ đồ sao cho thỏa mãn hai tiêu chí kinh tế và kỹ thuật. Đồng thời tác giả cũng đặt mục tiêu biểu diễn hình học trực quan các quan hệ này. Những liên hệ toán học rút ra từ việc khảo sát hệ đo lường nhiều thứ nguyên dưới đây hết sức hữu ích cho việc thiết kế các hệ tương tự, nhất là trong việc xác định độ chính xác của các cảm biến thành phần. Từ khóa: Bánh răng trụ, Góc nghiêng, Liên hệ động học, Cấu trúc chuỗi, Cảm biến. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Bánh răng trụ răng nghiêng sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực do ưu điểm hệ số trùng khớp lớn hơn bánh răng thẳng cùng kích thước. Các tham số chế tạo chính thức của sản phẩm ghi lên bản vẽ chế tạo bao gồm mô đun pháp tuyến mn, số răng, hệ số dịch dao, hướng và giá trị của góc nghiêng. Hình 1. Khai triển đường chuẩn xoắn vít trụ trên bánh răng nghiêng. Khi thiết kế mới bánh răng, góc nghiêng là giá trị được tiêu chuẩn hóa, nó được tra bảng và ghi vào bản vẽ chế tạo. Khi thiết kế lại, góc nghiêng là giá trị phải xác định từ mẫu vật có sẵn bằng cách đo kiểm một số tham số phục vụ cho tính toán ra một giá trị thô, giá trị thực sự thường chuẩn hóa lại theo bảng tra [1]. Chẳng hạn theo hình 1, góc nghiêng  được xác định thông qua đo hai cạnh của tam giác vuông tương ứng. Tuy nhiên chúng thường là phép đo gần đúng do lấy dây thay cho cung, điều này dẫn đến sai số đo. 2. ĐỀ XUẤT NGUYÊN LÝ MÁY ĐO CẤU TRÚC CHUỖI Nếu sử dụng một đầu đo dạng cầu có đường kính bằng đường kính con lăn kiểm dùng để xác định tiếp xúc chính xác trên vòng chia [2,4]. Mặt rãnh răng có thể dẫn hướng để đầu dò này dịch chuyển tựa theo rãnh răng tức là nó vừa tịnh tiến, vừa quay quanh trục của bánh răng. Hai chuyển động này liên hệ định lượng lẫn nhau do tạo hình có sẵn của mặt răng. Nếu đo lường được chính xác từng chuyển động, việc xác định giá trị của góc nghiêng răng là tất yếu [3,9]. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2016 179  Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông H2a: Tiếp xúc giữa đầu đo với H2.b: Nguyên lý chung của máy đo. vòng chia. Hình 2. Mô tả máy đo góc nghiêng răng. Do chuyển động có tính chất tương đối nên có thể quan niệm rằng vật đo là bánh răng chỉ đứng yên, toàn bộ chuyển động đo do đầu đo thực hiện. Do vậy máy đo phải được thiết kế để có thể tạo điều kiện thuận lợi xác định được các chuyển động của đầu đo bao gồm tịnh tiến dọc trục bánh răng và quay quanh trục đó. Hình 3. Mô tả cấu trúc máy dạng chuỗi. Theo như hình 3 máy gồm 3 khâu, 3 khớp trong đó hai khớp tịnh tiến và một khớp quay, chỉ có khớp tịnh tiến T2 là khớp làm việc còn khớp T1 là khớp điều chỉnh trước cho phù hợp với bán kính của bánh răng cần đo. Khi đo trục quay T1 cần được định vị chính tâm với lỗ của bánh răng, điều này có thể dẫn đến loại bỏ trục gá và thích hợp để đo các bánh răng cỡ lớn. 3. XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 3.1 Động học máy đo và tạo hình vật đo Đặc điểm của thiết kế máy gồm đặc tính kích thước, đặc tính độ chính xác [7], đặc tính động học và động lực học. Trong đó thiết kế để đảm bảo đặc tính độ chính xác cho trước là rất khó trong trường hợp này. Để đảm bảo độ chính xác này chúng tôi thực hiện theo một trình tự như sau: - Xác định độ chính xác cần đảm bảo của phép đo góc nghiêng theo tiêu chuẩn; - Xác định phương trình động học tay đo và phương trình đường chuẩn xoắn vít; - Chia lưới khảo sát một số điểm thuộc rãnh răng nhằm xác định góc nghiêng; - Biểu diễn hình học góc nghiêng và sai số cho phép tương ứng để tìm miền chấp nhận được của giá trị đo; - Xác định sai lệch giới hạn cần nhận biết với mỗi bậc tự do từ lược đồ hình học đó; 180 P. T. Long, L. T. T. Thủy, “Tính toán tương quan độ chính xác… đo lường gián tiếp.” Nghiên cứu khoa học công nghệ - Lặp lại ba bước cuối với một giá trị góc nghiêng khác cho đến hết miền khảo sát theo yêu cầu. Gọi  là sai số góc nghiêng răng cần nhận biết trong phép đo theo yêu cầu kỹ thuật, nó là đại lượng đo gián tiếp thực chất hình thành từ hai thành phần (Q1 / T 2 ) . Bài toán thiết kế ở đây thực chất là xác định các giá trị (Q1 / T 2 ) khi  cho trước. Rõ ràng (Q1 / T 2 ) là hai đại lượng có liên hệ động học vì chúng có quy định lẫn nhau khi tạo hình mặt răng cũng như trong khi đo theo nguyên tắc tái hiện động học quá trình gia công. Phương trình động học liên hệ giữa các thành phần này xây dựng từ sơ đồ sau: H4a: Sơ đồ động học tay đo. H4.b: Đường xoắn vít trụ. Hình 4. Các hệ quy chiếu trên máy và đối tượng đo. Trên hình 4.a là sơ đồ hóa của tay đo, do khớp điều chỉnh T1 không chuyển động khi làm việc nên sơ đồ động học thực sự của tay đo chỉ hai bậc tự do như trên hình 4. Phương trình tọa độ điểm cuối trong hệ quy chiếu cơ sở được cho bởi: cos(q1 ) sin(q1 ) 0 a1.cos(q1 )   sin(q )  cos(q ) 0 a .sin(q )  A20   1 1 1 1  ...