giám sát tự động quá trình gia công

Học viện kỹ thuật quân sự
GS. TS. Đo Văn Hiệp











Giám sát tự động quá trình gia công
(Ti liệu chuyên khảo sau đại học)

H Nội 01-2014

I
Mục lục
Mục lục I
Danh mục các hình vẽ III
Chơng 1: Tổng quan về gia công thông minh 1
1.1. Khái quát về điều khiển quá trình gia công 1
1.1.1. Cấp điều khiển servo 1
1.1.2. Cấp điều khiển quá trình 2
1.1.3. Cấp sản phẩm 4
1.2. Hệ thống gia công thông minh 5
1.2.1. Quan niệm về hệ thống gia công thông minh 5
1.2.2. Cấu trúc của máy CNC thông minh 6
1.3. Giám sát tự động quá trình gia công 8
Chơng 2: Cấu trúc hệ thống giám sát tự động 10
2.1. Cấu trúc chung của hệ thống GSTĐ 10
2.2. Những vấn đề trong thiết lập hệ thống GSTĐ 11
2.3. Hệ thống thu nhận v xử lý tín hiệu 12
2.4. Sensor dùng trong GSTĐ 15
2.4.1. Sensor lực 15
2.4.2. Gia tốc kế 18
2.4.3. Sensor sóng âm 18
2.4.4. Sensor dòng v công suất điện 20
2.4.5. Các loại sensor khác 21
2.5. Các đặc trng của tín hiệu 22

Chơng 3: Các công cụ hỗ trợ ra quyết định 24
3.1. Tổng quan về ra quyết định 24
3.1.1. Khái niệm về ra quyết định 24
3.1.2. Hệ thống hỗ trợ ra quyết định 26
3.1.3. Công cụ hỗ trợ giám sát thông minh 27
3.2. Mạng nơ ron nhân tạo 28
3.2.1. Mô hình nơ ron nhân tạo 28
3.2.2. Cấu trúc của mạng nơ ron nhân tạo 31
3.2.3. Huấn luyện mạng nơ ron 32
3.2.4. ứng dụng ANN trong giám sát quá trình công nghệ 33
3.3. Logic mờ 36
3.3.1. Các khái niệm mở đầu 36
3.3.1.1. Khái niệm tập mờ 36
3.3.1.2. Khái niệm logic mờ 39
3.3.2. Hệ DSS dựa trên logic mờ 41
3.3.2.1. Mờ hóa dữ liệu vo, ra 42
3.3.2.2. Suy luận mờ 44
3.3.2.3. Tổng hợp giá trị 45
3.3.2.4. Giải mờ 46
3.3.3. Hộp công cụ Fuzzy Logic của Matlab 46
3.3.3.1. Giới thiệu Fuzzy Logic Tool Box 46

II
3.3.3.2. Giải bi toán tốc độ cắt Fuzzy Tool Box GUI 47

3.4. Giải thuật gen 52
3.4.1. Từ chọn lọc tự nhiên đến giải thuật gen 52
3.4.2. Các khái niệm mở đầu của GA 52
3.4.2.1. Bi toán tối u hóa 52
3.4.2.2. Tìm hiểu về thuật toán GA 54

3.4.3. Hộp công cụ GA của Matlab 57
3.4.3.1. Mô tả bi toán 57
3.4.3.2. Giải bi toán tối u hóa với GA 59
3.4.3.3. Giải bi toán tối u hóa dùng quy hoạch tuyến tính 60
3.5. Phơng pháp Taguchi 61
Phụ lục 63
Ti liệu tham khảo 66



III

Danh mục các hình vẽ
Hình 1: Hệ điều khiển phân cấp quá trình gia công 1
Hình 2: Sai số quỹ đạo khi gia công 1
Hình 3: Nguyên tắc điều khiển của hệ CNC cơ sở 2
Hình 4: Nguyên tắc điều khiển thích nghi 2
Hình 5: Sơ đồ cấu trúc của hệ CNC có ĐKTN 3
Hình 6: Trục chính có tích hợp sensor lực v mô men để giám sát quá trình 5
Hình 7: Quá trình tự động hóa v thông minh hóa máy công cụ 6
Hình 8: Sơ đồ các khối chức năng của máy CNC thông minh 7
Hình 9: Sơ đồ kết cấu máy CNC thông minh 8
Hình 10: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống GSTĐ 10
Hình 11: Những vấn đề phải giải quyết khi thiết lập hệ thống GSTĐ 11
Hình 12: DAQ-USB (a) v DAQ-PCI (b) của National Instruments 13
Hình 13: Sơ đồ cấu trúc của DAQ 14
Hình 14: Giao diện điều khiển ảo đợc tạo trong phần mềm Dasylab 14
Hình 15: Mức độ sử dụng các loại sensor trong GSTĐ 15
Hình 16: Nguyên lý v kết cấu của sensor lực áp điện 17
Hình 17: Mạch khuyếch đại điện tích 17

Hình 18: Ví dụ về tai nghe thu tín hiệu AE 19
Hình 19: Sự phát sinh, lan truyền v thu tín hiệu sóng AE 19
Hình 20: Hình ảnh sensor AE gắn trên vật v tín hiệu điện thu đợc 20
Hình 21: Một số nguồn AE trong vùng gia công 20
Hình 22: Tín hiệu thô v tín hiệu đợc mô tả RMS 23
Hình 23: Con ngời trớc sự lựa chọn 24
Hình 24: Mô hình hệ thống ra quyết định 25
Hình 25: Các công cụ TTNT ứng dụng trong DSS 28
Hình 26: Mô hình nơ ron sinh học (a), sơ đồ đơn giản (b) v nơ ron nhân tạo 29
Hình 27: Đồ thị hm logsig với các hệ số độ dốc khác nhau 30
Hình 28: Đồ thị hm tansig với các hệ số độ dốc khác nhau 30
Hình 29: Đồ thị hm tuyến tính v tuyến tính bão hòa 31
Hình 30: Mô hình mạng truyền thẳng điển hình 31
Hình 31: Mô hình mạng có phản hồi 32
Hình 32: Sơ đồ thuật toán lan truyền ngợc 33
Hình 33: Sơ đồ mạng xác định Ra 34
Hình 34: Xấp xỉ hm nhờ ANN v phơng pháp truyền thống 35
Hình 35: Tập những ngy lm việc trong tuần 37
Hình 36: Tập ngy nghỉ rõ v mờ 38
Hình 37: Cấu trúc của hệ logic mờ 41

IV
Hình 38: Hm thuộc dạng tam giác 42
Hình 39: Hm thuộc dạng hình thang 43
Hình 40: Mờ hóa giá trị độ cứng, chiều sâu cắt v tốc độ cắt 43
Hình 41: Các phép tính logic cho tập mờ 44
Hình 42: Kết quả của một quy tắc mờ 45
Hình 43: Kết quả tổng hợp mờ v giải mờ 45
Hình 44: Sơ đồ chức năng của hộp công cụ Fuzzy Logic 46
Hình 45: Hộp thoại FIS Editor các các chức năng Edit 47

Hình 46: FIS có 2 biến vo, 1 biến ra 48
Hình 47: Định nghĩa các hm thuộc trong MF Editor 49
Hình 48: Định nghĩa các quy tắc mờ trong Rule Editor 49
Hình 49: Cửa số Rule View 50
Hình 50: Cửa số Surface Viewer 51
Hình 51: Các bớc chính của GA 54
Hình 52: Hm F = 1 + sin(ax) 54
Hình 53: Kết quả cực đại hóa hm f(x) = 1+sin(ax) với GA 57
Hình 53: Kết quả tối u hóa chế độ cắt với GA 60
Hình 55: Mô hình tối u hóa chế độ cắt trong Solver của Excel 61
Hình 56: 62

1
Chơng 1: Tổng quan về gia công thông minh
1.1. Khái quát về điều khiển quá trình gia công
Để đảm bảo những yêu cầu đặt ra đối với sản phẩm, quá trình gia công phải
thờng xuyên đợc giám sát v điều khiển. Quá trình gia công l một quá trình phức
tạp, gồm nhiều quá trình nhỏ, đợc thực hiện bởi một hệ thống phân cấp. Vì vậy,
một cách tự nhiên, ý tởng về các hệ thống điều khiển phân cấp quá trình gia công
đã đợc hình thnh, nh sơ đồ trong hình 1.
Cấp sản phẩm
Cấp quá trình
Cấp điều
khiển
servo
Máy công
cụ
Quá trình
gia công
Sản phẩm

gia công
vị trí, vận tốc,
lực, rung động, mòn dao,
độ chính xác, độ nhám bề mặt,

Hình 1: Hệ điều khiển phân cấp quá trình gia công
1.1.1. Cấp điều khiển servo
Điều khiển servo, hay điều khiển chuyển động (Servo Control, Machine Level)
l cấp thấp nhất. Nhiệm vụ chính của bộ điều khiển servo l giảm sai số quỹ đạo
(Contour Error). Đó l khoảng cách giữa các điểm trên quỹ đạo thực v quỹ đạo
mong muốn (hình 2).

Hình 2: Sai số quỹ đạo khi gia công
Yêu cầu cơ bản của cấp điều khiển servo l thực hiện chính xác những gì đợc
đa vo chơng trình từ trớc khi gia công, trớc hết l các chuyển động v chế độ
công nghệ. Vì vậy, nó mới mang tên l CNC (Computerized Numerical Controller)
- bộ điều khiển theo chơng trình số. Quá trình công nghệ nằm ngoi vòng điều

2
khiển của CNC nên nó không có khả năng nhận biết v thích ứng với những biến
động (nhiễu) xảy ra. Dù quá trình công nghệ xảy ra thế no, dao tốt hay xấu, cơ tính
v bề dy lớp vật liệu thay đổi, thì nó vẫn duy trì các chế độ công nghệ (F, S) đã
cho (hình 3).

Hình 3: Nguyên tắc điều khiển của hệ CNC cơ sở
1.1.2. Cấp điều khiển quá trình
Điều khiển quá trình (Process Control Level) l điều chỉnh chế độ công nghệ,
thờng l tốc độ cắt, lợng chạy dao để duy trì hay tối u hóa các thông số của quá
trình, trực tiếp liên quan đến năng suất, chất lợng gia công, an ton cho hệ thống,
nh lực cắt, mòn dao, rung động, Bộ điều khiển thích nghi (Adaptive Controller -

AC) l dạng điển hình của cấp điều khiển quá trình.

(a)

(b)
Hình 4: Nguyên tắc điều khiển thích nghi
Chức năng điều khiển quá trình đã từng đợc thực hiện trên các máy công cụ
vạn năng, do chính ngời thợ đứng máy thực hiện. Bằng mắt nhìn, tai nghe, ngời
thợ luôn luôn giám sát diễn biến của quá trình thông hình dạng, mu sắc của phoi,
độ bóng của bề mặt gia công, âm phát ra từ vùng cắt, Bằng kiến thức v kinh
nghiệm, ngời thợ phân tích, phán đoán tình huống, ra quyết định điều chỉnh chế
độ công nghệ, đảm bảo năng suất, chất lợng gia công hoặc khắc phục các sự cố,

3
đảm bảo sự an ton của hệ thống. Trong trờng hợp ny quá trình gia công nằm
trong vòng điều khiển nên luôn luôn đợc giám sát (hình 4a). Cho đến nay cha có
một hệ thống sensor no có khả năng cảm nhận đợc tinh tế nh ngời, cũng cha
có một hệ thống xử lý tín hiệu v điều khiển no thông minh, linh hoạt v khéo léo
nh ngời. Nhng điều khiển dựa vo giác quan v xử lý của con ngời không thể
đảm bảo độ tin cậy, sự ổn định v tốc độ xử lý. ĐKTN l cách m kỹ thuật học tập ở
thiên nhiên, nhằm tạo ra các bộ điều khiển có tính thông minh, tinh tế, khéo léo, linh
hoạt của ngời, đồng thời có tính chính xác, tin cậy, công suất của máy (hình 4b).
Kết cấu chung của hệ CNC có ĐKTN nh trong hình 5. Hệ điều khiển servo
chính l bộ CNC cơ bản, có nhiệm vụ đọc chơng trình, tính toán quỹ đạo (X, Y, Z),
xuất tín hiệu điều khiển quỹ đạo cho hệ chấp hnh trên máy công cụ. Hệ điều khiển
quá trình (ĐKTN) gồm hệ thống các sensor, đo các thông số của quá trình (lực cắt,
nhiệt độ, rung động), tính toán lợng mòn dao hoặc chỉ tiêu năng suất, ra quyết định
hiệu chỉnh chế độ cắt (tốc độ cắt S v lợng chạy dao F). Do đó, chế độ cắt trong
chơng trình (F
1

, S
1
) trở thnh F
2
, S
2
).

Hình 5: Sơ đồ cấu trúc của hệ CNC có ĐKTN
Có 3 dạng ĐKTN [16]:
- Điều khiển thích nghi tối u (Adaptive Control Optimization - ACO) nhằm
hiệu chỉnh trực tuyến chế độ cắt để đạt đợc chỉ tiêu tối u nhất định, ví dụ năng
suất cắt cao nhất hay chi phí gia công nhỏ nhất. Bộ ACO đầu tiên do hãng Bendix
thực hiện từ năm 1962-1964 dới sự giám sát kỹ thuật không quân Mỹ. Sau đó có
một số dự án nữa về ACO đã đợc thực hiện. ACO đòi hỏi đo trực tuyến độ mòn
dao, nhng cho đến nay vẫn cha có cách no đo trực tiếp đại lợng ny. Đo mòn
dao một cách dán tiếp qua các đại lợng khác, nh lực hoặc nhiệt độ cắt, có nhợc
điểm l chịu ảnh hởng của các yếu tố khác, nh cơ tính của vật liệu gia công hoặc
các thông số công nghệ, Vì vậy, cho đến nay ACO vẫn cha đợc ứng dụng trong
công nghiệp, trừ mi vì mi không đòi hỏi đo trực tiếp mòn dao.
- Bù hình học thích nghi (Geometric Adaptive Compensation - GAC) nhằm
nâng cao độ chính xác kích thớc hoặc độ nhám bề mặt gia công bằng cách giám sát

4
v bù trực tuyến sai số hình học do sự biến động của nhiệt độ vùng cắt, do sai số
hình học của máy, do mòn dao, do biến dạng, Vì GAC cũng vấp phải khó khăn
nh ACO nên cha thể đợc ứng dụng trong công nghiệp.
- ĐKTN theo trạng thái giới hạn (Adaptive Control Constraints - ACC), trong
hầu hết các trờng hợp l nhằm nâng cao tối đa năng suất gia công. Điều đó đợc
thực hiện bằng cách nâng cao tối đa chế độ cắt, chủ yếu l lợng chạy dao, nhng

hạn chế các thông số của quá trình, nh lực chạy dao hoặc mô men trục chính không
vợt quá giới hạn cho phép. Hiện nay đây l hớng khả thi nhất cho AC máy công
cụ. Các bộ ĐKTN đợc có khả năng ứng dụng công nghiệp hoặc đã thơng mại hóa
đều thuộc dạng ny.
1.1.3. Cấp sản phẩm
Cấp cao nhất (Supervisory Level)
(*)
, trực tiếp giám sát các thông số chất lợng
của sản phẩm, nh độ chính xác kích thớc, độ nhám bề mặt, Máy tính với hệ
CAD/CAPP/CAM tự động thiết lập tình tự công nghệ, xác định chế độ cắt, sinh quỹ
đạo dao, sinh chơng trình gia công, Mặt khác, hệ thống tự động giám sát kết quả
gia công (độ chính xác kích thớc, độ nhám bề mặt), so sánh với dữ liệu về yêu cầu
kỹ thuật của chi tiết trong CAD, tự động điều chỉnh chiến lợc gia công. Phần mềm
giám sát l một hệ chuyên gia, vận dụng các tri thức, bí quyết công nghệ do con
ngời đa vo đồng thời tự tích lũy thông qua quá trình học.
Trên thực tế, các cấp điều khiển không đợc phân chia rạch ròi nh vậy m số
cấp có thể nhiều hơn hay ít hơn; một vi thông số có thể đợc giám sát, điều khiển
hay không, hoặc đợc đặt ở cấp ny hay cấp kia. Mỗi cấp (hay vòng) điều khiển có
chu kỳ điều khiển khác nhau. Ví dụ chu kỳ của vòng điều khiển servo khoảng 3ms;
của vòng điều khiển quá trình l 30ms (đối với lực cắt) hoặc 30s đối với mòn dao;
của vòng giám sát chất lợng sản phẩm có thể đến vi chục phút. Thờng thì trong
bộ điều khiển phân cấp, sự có mặt của các cấp cao sẽ giảm nhẹ độ phức tạp kết cấu
v lm việc của cấp dới. Ví dụ, máy CNC có ĐKTN không đòi hỏi lập trình tỷ mỷ
nh bộ CNC cơ bản. Tuy nhiên, để thực hiện chức năng của mình, các bộ điều khiển
cấp cao cần có năng lực phần cứng mạnh v thuật toán phần mềm phức tạp, mang
nhiều tính chất "trí tuệ" hơn các bộ điều khiển cấp thấp. Ví dụ, trong khi cấp servo
chỉ đơn thuần sử dụng thuật điều khiển truyền thống thì cấp quá trình phải đơng
đầu với các loại tín hiệu khó đo l
ờng v xử lý, nh lực cắt, mòn dao. Nhiệm vụ của
bộ điều khiển cấp sản phẩm còn khó khăn hơn: phải xử lý các đại lợng tổng hợp,

không thể đo trực tiếp, nh năng suất, chất lợng v chi phí gia công. Điều đó lý


(*)
Supervisory có nghĩa l giám sát. Để phân biệt với chức năng Monitoring (cũng l giám
sát), tôi dịch l cấp sản phẩm, thể hiện chức năng giám sát chất lợng sản phẩm.

5
giải, tại sao kỹ thuật CNC truyền thống phát triển rất nhanh, chỉ trong vi thập kỷ (từ
thập kỷ 195x đến 197x) đã cho ra đời các máy CNC nhiều trục, có năng suất v độ
chính xác cao, nhng điều khiển quá trình thì khác. Nhng ngợc lại, từ bộ điều
khiển thích nghi (Adaptive Control with Optimization - ACO) đầu tiên (do hãng
Bendix thực hiện) từ năm 1964 đến nay, sau nửa thế kỷ vẫn cha xuất hiện sản phẩm
có ứng dụng trong công nghiệp. Vấn đề m bộ ACO đầu tiên cha đạt đợc, l giám
sát trực tuyến lợng mòn dao vẫn cha đợc giải quyết ngay cả với trình độ kỹ thuật
ngy nay. Thập kỷ 198x khởi đầu cho sự gia tăng nghiên cứu v ứng dụng vo sản
xuất các phơng pháp điều khiển tiên tiến dựa trên máy tính số, trong đó có ứng
dụng các hệ sensor tích hợp v phần mềm trí tuệ nhân tạo trên máy CNC, khiến
chúng trở nên mềm dẻo, "thông minh". Hình 6 l ví dụ trục chính có tích hợp sẵn
các sensor đo lực v mô men cắt, phục vụ điều khiển quá trình.

Hình 6: Trục chính có tích hợp sensor lực v mô men để giám sát quá trình
Sự tích hợp hệ thống sensor v phần mềm giám sát v điều khiển quá trình v
vo hệ CNC lm xuất hiện v phổ cập khái niệm gia công thông minh (Intelligent
Machining), sẽ đợc bn đến sau đây.
1.2. Hệ thống gia công thông minh
1.2.1. Quan niệm về hệ thống gia công thông minh
Thuật ngữ máy thông minh, gia công thông minh gần đây thờng xuyên đợc
nhắc đến. Hình 7 thể hiện quá trình phát triển của các thế hệ mấy công cụ, tính từ
máy cơ khí, đến máy thông minh [14].

6
Máy CNC có điều khiển thích nghi l ranh giới giữa máy điều khiển theo
chơng trình cứng v máy thông minh. Các dấu hiệu sau đây giúp phân biệt máy
CNC thông minh v máy thông thờng:
- Đợc TĐH đến mức điều khiển quá trình hoặc cao hơn. Các máy CNC thông
thờng chỉ đợc TĐH đến mức điều khiển servo, các máy cơ khí hóa đợc ĐKTN
nhng do con ngời thực hiện.
- Có khả năng hoạt động tự chủ (Autonomous Operation), tự ra quyết định chế
độ công nghệ hoặc điều chỉnh linh hoạt các thông số công nghệ ngay trong quá trình
gia công để thích ứng với sự biến động của quá trình công nghệ.
Hình 7: Quá trình tự động hóa v thông minh hóa máy công cụ
- Sử dụng các công cụ giám sát v điều khiển thông minh, gồm hệ thống thu
thập dữ liệu. xử lý dữ liệu dựa trên trí tuệ nhân tạo -bắt chớc cấu trúc hệ thần kinh
v phơng pháp t duy của ngời.
- Có khả năng tự tích lũy tri thức v kinh nghiệm thông qua quá trình học.
1.2.2. Cấu trúc của máy CNC thông minh
Hệ CNC thông minh bao gồm cả 3 cấp điều khiển nh đã trình by trong hình
1, gồm các khối chức năng nh trong hình 8.
Cấp cơ sở kế thừa ton bộ kết cấu phần công tác v điều khiển của máy CNC
thông thờng, trong đó có 3 thnh phần cơ bản: (1) bộ nội suy sinh quỹ đạo chạy
dao, xuất tín hiệu điều khiển vị trí v tốc độ chuyển động tơng đối giữa dao v
phôi; (2) vòng điều khiển hệ thống chấp hnh (Servo Control Loop); v (3) máy

7
công cụ. Thông tin phản hồi trong hệ CNC chỉ l thông tin về vị trí v tốc độ (cấp 1
v cấp 2). Quá trình công nghệ (tơng tác trong vùng gia công) nằm ngoi vòng điều
khiển của CNC nên CNC không thể nhận biết diễn tiến của quá trình.
Máy CNC có ĐKTN giám sát diễn biến của quá trình (lực cắt, nhiệt độ, rung
động, ) hiệu chỉnh chế độ gia công của CNC để đảm bảo tối u hóa quá trình hoặc

khống chế các thông số trong giới hạn cho phép. Hệ ĐKTN nhận thông tin phản hồi
từ bản thân quá trình công nghệ.
Hình 8: Sơ đồ các khối chức năng của máy CNC thông minh
Hệ thống chuẩn bị công nghệ có trợ giúp của máy tính (Computer Aided
Process Planning - CAPP) với chức năng tự động thiết lập quy trình v xác định chế
công nghệ v hệ thống CAM - tự động xuất chơng trình NC, về bản chất l hệ trợ
giúp ra quyết định (Decision Making). Đầu vo cho hệ thống ny l CSDL về chi tiết
gia công, các cơ sở tri thức (Knowledge Base) về máy, dụng cụ, vật liệu gia công,
quy trình công nghệ điển hình, Hệ thống suy luận (Inference System) dựa trên các
công cụ suy diễn truyền thống (phân tích hồi quy, xác suất, logic, ) v tiên tiến
trên cơ sở trí tuệ nhân tạo (logic mờ, mạng nơ ron, giải thuật gen, hệ chuyên gia).
CSDL, cơ sở tri thức v hệ thống suy luận đợc thiết lập trên cơ sở các quy luật khoa
học, kinh nghiệm, kỹ năng của con ngời, đợc bổ sung, hiệu chỉnh nhờ khả năng tự
học của hệ thống. Vòng điều khiển cấp cao nhất ny (cấp sản phẩm) giám sát v
điều khiển trực tiếp kết quả gia công.
Với các khối chức năng trên, máy CNC thông minh có sơ đồ kết cấu nh trong
hình 9. Bộ CNC có chức năng điều khiển quỹ đạo v chế độ cắt. Máy tính với phần
mềm CAD/CAPP/CAM tự động sinh quỹ đạo, lợng chạy dao v tốc độ trục chính,

8
sinh chơng trình cho bộ CNC. Bộ ĐKTN nhận các thông tin về quá trình: nhiệt độ,
rung động, lực cắt, điều chỉnh quỹ đạo, lợng chạy dao v tốc độ trục chính.
Hình 9: Sơ đồ kết cấu máy CNC thông minh
1.3. Giám sát tự động quá trình gia công
Giám sát quá trình (Process Monitoring) l theo dõi diễn biến của quá trình,
dựa trên các biểu hiện đặc trng của nó, để biết quá trình có đợc thực hiện một
cách bình thờng, nghĩa theo đúng yêu cầu hay không. Cái gọi l "bình thờng" hay
"đúng yêu cầu" đợc đánh giá trên cơ sở phân tích v tổng hợp các "đặc trng" của
quá trình. Sự phân tích, đánh giá quá trình dựa trên các đặc trng l thực chất l xử
lý thông tin v ra quyết định. Nh vậy, giám sát quá trình gồm các giai đoạn: (1) thu

thập thông tin, (2) xử lý thông tin, v (3) ra quyết định.
Giám sát quá trình l cơ sở để điều khiển quá trình (Process Control). Muốn
điều khiển đợc quá trình phải giám sát đợc nó. Hệ thống tự động giám sát quá
trình công nghệ l thnh phần cơ bản, không thể thiếu đợc của một hệ thống gia
công hiện đại. Giám sát tự động - GSTĐ (Automatic Monitoring) còn đợc gọi l
giám sát trực tuyến - GSTT (On-line Monitoring hay In-Process Monitoring). Về
ngữ nghĩa, các thuật ngữ trên không đồng nghĩa với nhau, nhng trong ứng dụng
thực tế, chúng không tách rời nhau nên nói chung vẫn đợc dùng lẫn. GSTĐ xuất
hiện từ giữa thế kỷ trớc, do nhu cầu giám sát thờng xuyên chất lợng gia công,
phát hiện sớm v phòng ngừa các sự cố có thể gây nên phế phẩm v mất an ton, v
phục vụ điều khiển thích nghi quá trình công nghệ. Trong vi thập kỷ gần đây, một
mặt do nhu cầu thông minh hóa hệ thống công nghệ, mặt khác nhờ xuất hiện các hệ
thống sensor v thiết bị giám sát - điều khiển, nhờ khả năng ứng dụng các công cụ

9
tính toán mới, đặc biệt l trí tuệ nhân tạo - TTNT (Artificial Intelligence - AI) vo xử
lý tín hiệu v điều khiển quá trình, kỹ thuật GSTĐ cng phát triển vợt bậc.
Đặc trng cơ bản của quá trình gia công l phức tạp, phi tuyến, thờng xuyên
chịu tác động của các yếu tố không lờng trớc đợc. Trong gia công truyền thống,
giám sát v điều khiển quá trình thờng dựa vo các công nhân có tay nghề cao v
giu kinh nghiệm. Họ có khả năng nhận biết, phán đoán nhanh các tình huống v xử
lý chúng một cách linh hoạt. Nhng các hnh vi của con ngời thờng thiếu chính
xác v không ổn định. Trong bối cảnh cạnh tranh ngy cng khắc nghiệt, các nh
sản xuất buộc phải áp dụng các hệ thống điều khiển tự động, thay thế dần từng bộ
phận, tiến đến thay thế hon ton vai trò giám sát v điều khiển của con ngời bằng
máy móc.
So với con ngời, máy móc có u thế về cờng độ, tốc độ v độ chính xác nhng
thua kém về tính linh hoạt v thông minh. Nói chung, máy móc "giỏi" về thừa hnh,
còn con ngời giỏi về nhận dạng, phán đoán v ra quyết định. TTNT l giải pháp kết
hợp

u điểm của con ngời v máy móc, bằng cách tạo ra các hệ lai có đầy đủ cấu
hình cần thiết của máy, đồng thời bắt chớc cấu trúc (trong mạng nơ ron nhân tạo -
ANN), cách suy diễn của bộ não ngời (trong logic mờ - FL), sự tiến hóa trong tự
nhiên (trong giải thuật Gen - GA). Công cụ tính toán dựa trên TTNT thuộc nhóm Soft
Computing, lm việc với các dữ liệu thực, rời rạc, khác với công cụ truyền thống -
Hard Computing, mô tả hệ thống v quá trình bằng các quan hệ toán học giữa các đại
lợng vật lý.
Giám sát v điều khiển quá trình theo kỹ thuật truyền thống đã đợc phổ cập,
còn kỹ thuật giám sát quá trình gia công dựa trên ứng dụng TTNT mới đợc hình
thnh nhng đang phát triển mạnh mẽ trong vi thập kỷ qua. Những vấn đề đợc tập
trung nghiên cứu trong những năm gần đây gồm: thu nhận tín hiệu bằng hệ thống
phối hợp các sensor (Multi-Sensor hay Sensor-Fusion), xử lý tín hiệu v trích chọn
đặc trng (Feature Selection/Extraction), mô hình hóa, tối u hóa quá trình sử dụng
TTNT [6]. Về kỹ thuật xử lý tín hiệu, ANN, FL v GA đã đợc ứng dụng một cách
rộng rãi thay cho các phơng pháp truyền thống [7], kể cả ở Việt Nam mặc dù điều
kiện kỹ thuật ở các cơ sở nghiên cứu v sản xuất còn nhiều hạn chế [1], [5].

10
Chơng 2: Cấu trúc hệ thống giám sát tự động
2.1. Cấu trúc chung của hệ thống GSTĐ
Một hệ thống GSTĐ có 3 phần chính:
- Máy công cụ thực hiện quá trình gia công với các thông số công nghệ cần
giám sát;
- Hệ thống thu nhận v xử lý tín hiệu (DAQ);
- Hệ thống máy tính với phần mềm hỗ trợ ra quyết định.
Tùy theo các thông số công nghệ cần giám sát m sử dụng các DAQ khác
nhau. Trên hình 10 l sơ đồ cấu trúc của hệ thống giám sát động lực học quá trình
cắt, phụ vụ nghiên cứu ảnh hởng của chế độ cắt đến lực cắt, mô men trục chính,
rung động của phôi v trục chính. Ba thnh phần P
x

, P
y
, P
z
của lực cắt đợc đo bằng
lực kế 3 thnh phần dùng sensor áp điện, chuyển đổi tín hiệu lực thnh điện lợng
(Charge), sau đó đợc khuyếch đại nhờ Charge Amplifier. Tơng tự, mô men trục
chính đợc đo bằng sensor mô men, đợc gắn trên trục chính. Rung động của phôi
v trục chính đợc đo bằng các gia tố kế. Để giám sát tình trạng mòn hoặc mẻ dao,
ngời ta dùng Acoustic Emission Sensor (AE).

Hình 10: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống GSTĐ
Tín hiệu từ các sensor đựợc đa vo bộ thu nhận v xử lý tín hiệu (DAQ). Tại
đây, tín hiệu đợc xử lý, số hóa rồi đa vo xử lý trong máy tính với các phần mềm
thích hợp.

11
Chi tiết hơn về các sensor v DAQ dùng trong GSTĐ sẽ đựợc trình by trong
phần sau.
2.2. Những vấn đề trong thiết lập hệ thống GSTĐ
Hệ thống GSTĐ l hệ thống cơ điện tử phức tạp, liên quan đến nhiều lĩnh vực
khác nhau. Chúng đợc khái quát thnh 5 vấn đề chính [6], v đợc biểu diễn trong
sơ đồ hình 11.
1. Chọn sensor: chọn loại sensor no? Gia công l quá trình phức tạp, tơng
tác giữa nhiều quá trình cơ, lý, hóa. Vì vậy có nhiều đại lợng cần giám sát, cần
nhiều loại sensor khác nhau: lực, mô men, rung động, nhiệt độ, âm thanh, Khi
chọn sensor, ngoi những yêu cầu cơ bản về khả năng lm việc, còn phải quan tâm
đến sự tơng thích với các thiết bị khác trong hệ thống, nhất l hệ thống thu nhận v
xử lý tín hiệu, v giá thnh. Các loại sensor sẽ đợc trình by chi tiết trong mục 3.
Hình 11: Những vấn đề phải giải quyết khi thiết lập hệ thống GSTĐ

12
2. Xử lý tín hiệu: thu nhận v xử lý tín hiệu từ sensor thế no? Xác định các
chức năng cần thiết cho hệ thống thu nhận v xử lý tín hiệu. Chúng có thể gồm: lọc
tín hiệu tơng tự (thông tần số thấp, dải thông hoặc thông tần số cao), tần số trích
mẫu, lọc tín hiệu số, phân mảnh tín hiệu để lấy tín hiệu cần thiết.
3. Tạo đặc trng: đặc trng (hay đại lợng) no mô tả tín hiệu tốt nhất? Tín
hiệu từ sensor cần đợc biểu diễn dới dạng no cho chính xác thuận tiện nhất cho
xử lý, ví dụ biểu diễn trong miền thời gian, miền tần số hay dạng sóng.
4. Chọn/trích đặc trng: đặc trng no trong số đợc tạo ra có ý nghĩa? Để
hệ thống GSTĐ lm việc hiệu quả, mô tả chính xác quá trình, cần phải chọn các đặc
trng quan trọng, có ý nghĩa nhất.
5. Tạo mô hình tri thức quá trình
Bớc ny nhằm xây dựng mô hình giám sát, gồm:
(a) Thiết kế hệ thống thực nghiệm sao cho quá trình đợc giám sát một cách
chính xác, hiệu quả về kinh tế v thời gian.
(b) Chọn công cụ TTNT (logic mờ, mạng nơ ron, ANFIS) xử lý số liệu thu
đợc từ DAQ, ra quyết định phán đoán về trạng thái của quá trình. Công cụ TTNT
phải phù hợp tính chất của hệ thống: dạng tín hiệu phi tuyến, quan hệ phức tạp, rời
rạc, ngẫu nhiên, v những hiểu biết về quá trình.
2.3. Hệ thống thu nhận v xử lý tín hiệu
Các tín hiệu thực nhận đợc trực tiếp từ thế giới thực l các đại lợng vật lý
(Analog), ví dụ áp suất, biến dạng, nhiệt độ, v
thờng không tơng thích với các
thiết bị xử lý v điều khiển, ví dụ yếu, bị nhiễu hoặc chứa các tín hiệu không cần
thiết. Trong khi đó các thiết bị xử lý v điều khiển chỉ có thể lm việc với dạng tín
hiệu chuẩn, ví dụ điện áp trong một dải no đó. Mặt khác, máy tính số dùng trong
xử lý tín hiệu v điều khiển lm việc với tín hiệu số (Digital). Vì vậy, cần có hệ
thống các thiết bị thu nhận, chuyển đổi, xuất tín hiệu (Data Acquisition System -
DAQ), với các bộ phận:

- Sensor (Transducer), biến đổi năng lợng tự nhiên thnh dạng năng lợng
phù hợp, thờng l điện năng;
- Phần cứng DAQ (Data Acquisition Hardware) thu nhận tín hiệu, thc hiện 2
chức năng cơ bản: xử lý tín hiệu tơng tự (lọc nhiễu, điều chế, khuyếch đại để có tín
hiệu chuẩn), v biến đổi tín hiệu tơng tự sang tín hiệu số. Phần cứng DAQ l giao
diện giữa sensor v PC, đợc chế tạo dới dạng modul độc lập, cắm vo cổng (nối
tiếp, song song hoặc USB, ) hoặc dạng bảng mạch đợc cắm trực tiếp vo khe
(ISA, PCI, PCI-E, ) trên bảng mạch chủ của PC. Phần cứng DAQ thờng có modul
ADC, DAC, TTL-IO, timer, RAM, trong đó có 2 modul không thể thiếu đợc l:

13
- Mạch nối ghép để nhận v xử lý tín hiệu từ sensor, ví dụ lọc, khuyếch đại,
- Mạch chuyển đổi tín hiệu tơng tự - số (Analog-to-Digital Converter - ADC).
Trên thực tế, các DAQ đợc chế tạo để thực hiện đồng thời 2 chức năng, cả thu
nhận tín hiệu (Input) lẫn xuất tín hiệu điều khiển (Output), nhng ở đây chỉ nói đến
chức năng thu nhận.
Hình 12 l hình ảnh 2 bộ DAQ có giao tiếp USB (a) v giao tiếp PCI (b) của
hãng National Instruments.

(a)

(b)
Hình 12: DAQ-USB (a) v DAQ-PCI (b) của National Instruments
Phần mềm DAQ đợc gọi l Driver Software, đợc ci đặt trên PC, giúp PC
nhận biết v lm việc với phần cứng DAQ, cho phép ngời dùng khai báo hoặc thiết
đặt cấu hình phần cứng sao cho phù hợp nhất với đối tợng cần đo. Nó có các chức
năng cơ bản: nối/ngắt tín hiệu; điều khiển tốc độ truyền thông; liên kết phần cứng
DAQ với các nguồn ti nguyên của máy tính, nh Processor Interrupt, DMA,
Memory. Phần mềm DAQ thờng đợc cấp kèm theo phần cứng, có thể tải miễn phí
từ các trang web của nh cung cấp.

Máy tính với các phần mềm ứng dụng để xử lý tín hiệu v điều khiển
(Application Sofware). Chúng có thể l phần mềm đa năng nh LabVIEW, Matlab,
Dasylab hoặc phần mềm chuyên dùng, đợc phát triển bằng C++, Visual Basic,
nhận tín hiệu từ DAQ để tính toán, hiển thị, lu trữ, xuất tín hiệu điều khiển, tạo
giao diện ngời dùng, Ví dụ, với Data Acquisition Toolbox của Matlab có thể tạo
các chức năng Analog Input (AI), Analog Ouput (AO), v Digital I/O (DIO), giao
tiếp với các hệ phần cứng thông dụng, nh Advantech, National Instruments.
Sơ đồ trong hình 14 thể hiện cấu trúc chung của DAQ v trình tự thu nhận, xử
lý v xuất tín hiệu điều khiển. Ví dụ tín hiệu âm thanh đợc microphone (Sensor)
thu nhận, đợc khuyếch đại v số hóa nhờ sound card (DAQ), chuyển vo PC với

14
phần mềm Matlab để phân tích. Cũng nhờ sound card, tín hiệu âm thanh số đợc
chuyển đổi thnh tơng tự, khuyếch đại, xuất ra loa (Actuator).
T th gii thc
Sensor
X lý tớn
hiu
Phn cng
DAQ
Mỏy tớnh Phn mm
Actuator
X lý tớn
hiu
Ra th gii thc
Giao din
ngi dựng

Hình 13: Sơ đồ cấu trúc của DAQ
Hình 14 l ví dụ một giao diện (Control Panel) ảo, dùng trong điều khiển thích

nghi máy CNC, đợc tạo trong phần mềm DasyLab [4].

Hình 14: Giao diện điều khiển ảo đợc tạo trong phần mềm Dasylab

15
2.4. Sensor dùng trong GSTĐ
Giám sát quá trình gia công thờng đợc tập trung vo chất lợng gia công (độ
chính xác kích thớc v độ nhám bề mặt) v trạng thái của hệ thống, đặc biệt l tình
trạng (mòn, mẻ, gãy) của dao. Các phơng pháp giám sát đợc phân lm 2 nhóm: đo
trực tiếp v đo gián tiếp [6]. Phơng pháp đo trực tiếp dùng các loại sensor laser,
quang học, siêu âm, đắt tiền v khó áp dụng trong quá trình gia công (trực tuyến).
Phơng pháp gián tiếp, ngợc lại rẻ hơn v có thể áp dụng trong giám sát trực tuyến,
dùng các sensor lực, gia tốc, AE, dòng điện,
Hình 15 so sánh mức độ sử dụng các loại sensor hay dùng trong GSTĐ. Ta
thấy, lực kế thờng đợc sử dụng nhất, sau đó l AE.

Hình 15: Mức độ sử dụng các loại sensor trong GSTĐ
2.4.1. Sensor lực
Cắt l quá trình tơng tác cơ, nhiệt, hóa giữa dao v phôi, nhng tơng tác cơ
học l gốc rễ của mọi tơng tác. Ta đều thấy, có lực mới có biến dạng v phá hủy,
(tạo phoi), lực ma sát sinh ra nhiệt, nhiệt độ cao lm tăng tốc độ các quá trình hóa
học, Mặt khác, lực cắt l một trong những nguyên nhân gây sai số hình học, l
nguyên nhân mòn dao, đồng thời mòn dao cũng tác động trở lại, lm thay đổi lực
cắt. Lực cắt phụ thuộc trực tiếp vo tất cả các điều kiện gia công: vật liệu dao, vật
liệu phôi, chế độ cắt, dung dịch trơn nguội. Không chỉ giá trị của lực cắt tổng hợp
m tỷ lệ giữa các thnh phần lực cắt cũng l thông tin quan trọng đánh giá tình trạng
mòn dao. Ví dụ khi tiện, thnh phần dọc v hớng kính của lực cắt nhạy cảm với
mòn dao hơn thnh phần tiếp tuyến. Tóm lại, lực cắt l đại lợng vật lý thể hiện trực
tiếp tơng tác giữa dao v phôi trong quá trình cắt. Từ các thông tin về lực cắt có thể
đánh giá độ chính xác của chi tiết v tình trạng của dao. Vì vậy, trong các hệ thống

giám sát trực tuyến v điều khiển thích nghi quá trình gia công không thể thiếu
sensor lực (lực kế). Tuy nhiên, sensor lực có những hạn chế, ví dụ cho phép nhận

16
biết nhng không thể đánh giá rung động, khả năng chịu va đập kém. Một số loại
sensor lực giảm độ cứng vững của hệ thống công nghệ. Vì vậy trong những trờng
hợp cần thiết cần bổ sung các loại sensor khác.
Vì ứng suất trong vật thể đn hồi tỷ lệ thuận với biến dạng nên đa số các
sensor đo lực kiểu cũ đều dựa trên nguyên lý đo biến dạng, ví dụ dùng phần tử điện
trở, điện dung gắn trên phần tử biến dạng. Nhợc điểm chính của các loại sensor
biến dạng nằm ở chính nguyên lý đo: phần tử biến dạng lm giảm độ cứng vững,
phát sinh chuyển vị v dao động của cơ hệ. Nếu đợc dùng để đo lực cắt, chính
sensor lực lại lm tăng sai số kích thớc v độ nhám bề mặt gia công. Bảng 1 giới
thiệu tính năng kỹ thuật của một số loại sensor lực dựa trên các nguyên tắc vật lý
khác nhau.
Bảng 1: Tính năng kỹ thuật của một số loại sensor lực
Nguyên lý đo Giới hạn đo
Độ chính
xác (% FSO)
Sai số do nhiệt
(% FSO/
O
C)
Nhiệt độ lm
việc (
O
C)
Tem biến dạng
Bán dẫn
Mng mỏng

Tấm

1N 10kN
0,1N 100N
5N 50MN

0,2 1
0,02 1
0,02 1

0,2 0,5
0,02
0,0015

-40 80
-40 80
-40 80
Tinh thể áp điện
1,5mN

120MN
0,3 1
0,02
-190 200
Thuỷ lực
500N 5MN 0,25 50,02 0,1 5 40
Khí nén
10N 500kN 0,1 2 0,02 0,1 5 40
LVDT, điện dung,
khung dao động

10mN 1MN 0,02 20,02 0,05 -40 80
Từ giảo
2kN 50MN 0,5 2 0,03 0,05 -40 80
Con quay
50N 250N 0,001
0,0001
-10 40
Lực cân bằng
0,25N 20N
10
-6
0,0001
-10 40
Sensor áp điện đợc a dùng v đang thay thế dần các sensor biến dạng do
không dựa sự biến đổi kích thớc của vật thể. Hình 16 biểu diễn nguyên lý v kết
cấu của sensor lực kiểu áp điện. Khi không tải, tinh thể trung hòa về điện. Khi có
tải, các tinh thể bị biến dạng, điện tích đợc phân bố lại, sinh ra hiện tợng phân
cực. Tùy theo cách sắp xếp tinh thể trên đĩa m ngời ta thu đợc điện áp phân cực
theo phơng X, Y, Z v mô men M. Sự phân cực ny tạo ra điện trờng với điện
lợng Q. Điện lợng không phụ thuộc kích thớc của đĩa, chỉ phụ thuộc lực tác
dụng F. Vì vậy muốn tăng điện lợng thì phải xếp các đĩa nối tiếp nhau.

17
Hình 16: Nguyên lý v kết cấu của sensor lực áp điện
Điện lợng tổng cộng theo đợc tính theo công thức sau

x
x
QqFn
trong đó, q(C/N) - hằng số áp điện, n - số đĩa nối tiếp.

Công thức trên cho thấy, điện lợng Q tỷ lệ thuận với lực tác dụng, không phụ
thuộc vo biến dạng của đĩa. Vì vậy ngời ta có thể chọn vật liệu v kết cấu của các
phần tử áp điện sao cho chúng có khả năng chống biến dạng cao nhất.


Hình 17: Mạch khuyếch đại điện tích
Điện tích đợc khuyếch đại nhờ mạch điện khuyếch đại thuật toán đặc biệt,
gọi l Charge Amplifier (hình 17). Điện áp ra

18

o
r
trc
r
Q1
U
1
C
1(CCC)
AC




Nếu A đủ lớn, khiến 1/AC
r
0 thì

o

r
Q
U
C



Trên hình 14 chính l đồ thị tín hiệu lực cắt, đo đợc nhờ sensor áp điện kiểu
9257BA của hãng Kistler (Thụy Sĩ).
2.4.2. Gia tốc kế
Rung động có ảnh hởng xấu đến độ chính xác kích thớc, độ nhám bề mặt
chi tiết, đồng thời rung động có quan hệ mật thiết với lợng mòn của lỡi cắt. Rung
động cũng l một dấu hiệu giúp phát hiện mẻ dao, vì khi mẻ dao thì lực cắt lớn v
không ổn định. Điều ny dễ thấy khi phay bằng dao nhiều lỡi cắt, vì mẻ ở một lỡi
cắt sẽ khiến lực cắt mất cân bằng. Nh vậy, đo rung động l một phơng pháp giám
sát độ chính xác kích thớc, độ nhám bề mặt gia công v tình trạng của dao.
Cũng nh lực kế, AE, gia tốc kế l một trong những loại sensor dùng để giám
sát rung động, nhng rẻ tiền v dễ ứng dụng hơn. Tuy nhiên, tín hiệu rung động đo
bằng gia tốc kế không ổn định bằng, v thể hiện độ nhám bề mặt v độ chính xác
kích thớc gia công không ổn định bằng lực kế v AE. Ngoi ra, khi ứng dụng gia
tốc kế để giám sát rung động có những vấn đề cần quan tâm:
- Tốc độ cắt phải nằm trong một dải xác định;
- Biên độ rung động giảm khi đặt sensor xa vùng cắt, nhng khi đặt sensor gần
vùng cắt thì lại sinh nhiễu do phoi v các phần tử vật chất khác va đập vo sensor;
- Sensor có thể bị phoi lm hỏng.
2.4.3. Sensor sóng âm
Phát sóng âm (Acoustic Emission - AE) l hiện tợng phát sinh v lan truyền
âm thanh trong lòng vật liệu khi chịu biến dạng hoặc rạn nứt. Hiện tợng AE t
ơng
tự nh động đất, sự vỡ của đá, tiếng răng rắc của x gỗ trớc khi gẫy, chỉ khác, AE

xảy ra trong phạm vi các tinh thể trong lòng vật liệu. Khi các tinh thể trong lòng vật
liệu phát sinh biến dạng hay rạn nứt thì từ đó sẽ xuất hiện ứng suất, lan truyền trong
lòng vật liệu dới dạng sóng (Stress Wave). Đây l sóng cơ nên khi thoát ra ngoi
môi trờng (không khí, nớc, ) sẽ phát ra âm thanh. Tuy nhiên, khác với thiết bị
thu âm kiểu micro phone (thu sóng âm ngoi môi trờng), sensor AE đợc gắn ngay
trên trên bề mặt của vật liệu để thu sóng âm trớc nó khi thoát ra ngoi. Nhờ vậy m
tín hiệu thu đợc rõ v trung thực hơn.

19
Dụng cụ thu AE đơn giản đợc
thấy trên thực tế l ống nghe của bác
sĩ. Các ống nghe cũng đợc ứng dụng
trong kỹ thuật để nghe âm thanh
chuyển động trong máy móc, nh
đợc minh họa trong hình 18. Nhiều
khi, ngời ta dùng một thanh gỗ hay
thanh kim loại thay cho ống nghe.

Hình 18: Ví dụ về tai nghe thu tín hiệu AE
Hình 19 mô tả nguyên lý phát sinh, lan truyền v thu tín hiệu AE.

Hình 19: Sự phát sinh, lan truyền v thu tín hiệu sóng AE
AE đợc phát hiện từ trớc công nguyên, nhng các công trình nghiên cứu cứu
ứng dụng mới đợc ghi nhận gần đây. Ví dụ, năm 1920 Abram Joffe (Nga) phát
hiện âm thanh phát ra khi các tinh thể muối v kẽm bị biến dạng. Năm 1936
Friedrich Forster v Erich Scheil (Đức) đã đo đợc sự biến đổi điện áp v điện trở
của vật liệu do ứng suất gây nên bởi chuyển biến Mác ten xít trong thép. Từ những
năm 195x, AE đợc dự báo l có thể dùng trong kiểm tra không phá hủy (Non-
Destructive Testing - NDT) v lần đầu tiên dự đoán ny thnh hiện thực khi AE
đợc ứng dụng để kiểm tra vỏ động cơ tên lửa khi chịu tải thủy tĩnh. Năm 1965, AE

đợc ứng dụng thnh công trong kiểm ra rò rỉ dung dịch lm mát của lò phản ứng
hạt nhân. Ngy nay phơng pháp kiểm tra không phá hủy dùng AE đã trở nên phổ
biến trong công nghiệp [9].
Sensor AE có nhiệm vụ phát hiện sự lan truyền của sóng ứng suất, biến đổi nó
thnh tín hiệu điện, thờng dùng nguyên lý áp điện, có tích hợp tiền khuyếch đại
điện áp. Phần tử áp điện trên cơ sở chì - zircon - titan (PZT) l loại thông dụng, do rẻ

20
tiền, độ nhạy cao, dễ sử dụng. Hình 20 cho ví dụ về dạng sensor AE đợc gắn bằng
nam châm trên vật v tín hiệu điện nhận đợc.
Hình 20: Hình ảnh sensor AE gắn trên vật v tín hiệu điện thu đợc
Ngoi PZT l loại sensor tiếp xúc còn có các loại sensor không tiếp xúc, nh
sensor dùng laser, sensor dùng cáp quang,
Khi gia công, do sự tơng tác cơ, nhiệt giữa dao, phoi v phôi trong vùng gia
công có thể xuất hiện các nguồn AE (hình 21), trong đó có các yếu tố vĩ mô, nh ma
sát, va đập, gãy phoi v các yếu tố vi mô trong lòng vật liệu, nh chuyển biến pha,
ứng suất d, Các yếu tố ny, dù trực tiếp hay dán tiếp đều có liên quan đến mòn
dao. Đó l lý do sensor AE đợc sử dụng vo giám sát mòn dao.

Hình 21: Một số nguồn AE trong vùng gia công
2.4.4. Sensor dòng v công suất điện
Dòng điện trong phần ứng của của động cơ điện tỷ lệ với mô men phát ra trên
trục động cơ, do đó tỷ lệ với lực tác dụng. Vì vậy, về nguyên tắc có thể đo lực cắt
thông qua dòng điện phần ứng. Tuy nhiên, phơng ny có những nhợc điểm trong
ứng dụng thực tế. Thứ nhất, sensor đo dòng điện có tính phi tuyến cao, đòi hỏi kỹ