ĐATN Thiết kế thước quang

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng
MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

CHƯƠNG I: YÊU CẦU ĐỀ TÀI
Trong công nghiệp cũng như trong phòng thí nghiệm thường phải đo và
kiểm định kích thước các sản phẩm hoặc một loạt sản phẩm giống nhau đòi hỏi độ
1

SVTH: Đàm Hữu Việt


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng
chính xác nhất định. Một cách đơn giản là chúng ta đưa chúng về một hệ Đềcác
vuông góc chuẩn và xác định kích thước thông qua các tọa độ.Đề tài nghiên cứu
chế tạo máy đo 3 tọa độ là một đề tài mang tính thực tiễn và sẽ giúp sinh viên trong
quá trình học tập.
• Yêu cầu bài toán:
Đo kích thước khoảng cách thông qua thông số đo từ 3 tọa độ (với thước
đo có độ phân giải là 20μm, nếu dùng mạch nhân 4, độ phân giải đạt
được là 5μm)
- Tốc độ di chuyển vừa phải, không quá nhanh. Do độ dài của thước trên trục
Y và trục Z là 50cm, khoảng dịch chuyển của xe chạy trên sống của trục Y và Z
khoảng 20cm. Trục X có thước 80 cm và khoảng dịch chuyển của xe khoảng 50 cm
-

- Có khả năng điều khiển độc lập, đọc dữ liệu độc lập đồng thời cho 3 trục

tọa độ.
• Yêu cầu phần mềm sử lý số liệu:
- Xây dựng dưới dạng các Menu cho từng quá trình xử lý số liệu:
+ Menu đo và khai báo bán kính đầu đo
+ Menu nội suy đường đi đường đi của máy đo tọa độ sau khi tiến hành đo
- Xây dựng Menu cho từng kiểu đo:
+ Đo đường kính và sai lệch độ tròn
+ Đo độ phẳng
• Yêu cầu về quá trình vận hành:
Quá trình vận hành sử dụng bằng tay và điều khiển vị trí đầu đo đến vị trí mong
muốn . Yêu cầu trong quá trình vận hành ta điều khiển với tốc độ chậm để vi điều
khiển có thể nhận dữ liệu và cũng tránh đầu đo bị hư hại.
• Cách giải quyết vấn đề
- Phần cứng về kết cấu, chế tạo cơ khí: do các bạn bên khoa cơ khí đảm nhiệm.
- Phần cứng về vi điều khiển và mạch:
+ Sử dụng vi điều khiển Arduino Mega 2560 để nhận tín hiệu từ 3 thước quang
và sử lí tín hiện.
+ Xây dựng 4 mạch điện trong đó có 3 mạch để thu dữ liệu từ thước
quang( Mạch đọc) và 1 mạch làm Vi điều khiển để nhân và xử lý tín hiệu
- Phần mềm:
2

SVTH: Đàm Hữu Việt


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng
+ Thực hiện giao diện trên PC
+ Đưa dữ liệu từ Vi điều khiển xuất sang file để lưu trữ.

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU THƯỚC QUANG
2.1 Tìm hiểu thước quang AT 115
 EffectiveLength : 100-1500 mm

//Chiều dài hiệu quả
3

SVTH: Đàm Hữu Việt


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng

 (for high accuracy):(100-1500mm)
 Accuracy: (5+5L0/1000) Micrometer
 (for highaccuracy):(3+3L0/1000) Micrometer
 Maximum respones speed:50m/min
 Scalereference point: At every 50mm integral
50mm
 Linearexpansioncoefficient: (8+/- 1) x 10/ Deg. C
 Power supply: 5V+/- 5% DC
 Max current consumption: 70mA
 Operating temperature: 0Deg. C to45 Deg. C
 Storage temperature: -20 Deg. C to 70 Deg.C
 Relative humidity: 20-80% RH
 Head cable length: 0,3 m
 Slidingforce: 5N or less
 Dust/waterprotectionlevel: IP53
 Unit Dimensions (L X W X H): 898 x 22 x 54

 Netto Weight: 1,3 Kg

// Độ chính xác
//Tốc độ đọc tối đa
// điểm Reference: cách
//hệ số giãn nở tuyến tính
//điện áp
//tiêu thụ tối đa
//Nhiệu độ hoạt động
//Nhiệt độ bảo quản
//Độ ẩm tương đối
//chiều dài dây
//lực trượt
//bảo vệ bụi bẩn
//Kích thước

2.2 Cấu tạo thước quang
Nguyên tắc tạo tín hiệu đo được xây dựng trên cơ sở điều khiển luồng ánh
sáng đi qua hai mành chuyển động tương đối so với nhau làm cho quang thông đi
tới các tế bào quang điện thay đổi. Các tế bào quang điện này có nhiệm vụ biến đổi
tín hiệu quang thành tín hiệu điện. Tín hiệu nhận được là tín hiệu có quy luật được
xử lý để biết được chiều và độ dài dịch chuyển.
Hình ảnh mô tả nguyên lí hoạt động của thước quang

4

SVTH: Đàm Hữu Việt


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng

Hình 2.1: Nguyên lý quét ánh sáng qua thước kính dựa trên hiệu ứng quang điện
Cấu tạo của thước kính gồm có hai phần:
2.2.1 Phần cố định

Hình 2.2: Phần cố định cửa thước
Thước chính – là một thước kính có bề mặt được chia ra hai phần riêng biệt.
Trên phần thứ nhất, dọc theo chiều dài của thước có các vach đen xen kẽ các
khoảng trắng một cách đều đặn. Kích thước khoảng trắng bằng kích thước vạch
5

SVTH: Đàm Hữu Việt


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng
đen. Đối với các thước kính dùng nguyên tắc cho ánh sáng qua thì vạch đen có tác
dụng chắn sáng, còn khoảng trắng là để cho ánh sáng xuyên qua, còn đối với các
thước kính dùng nguyên tắc phản xạ ánh thì trên bề mặt thước được mạ một lớp
phản xạ ánh sáng, sau đó các vạch được khắc trên đó bằng cách bóc lớp phản xạ ở
phần được khắc đi. Như vậy, trên thước sẽ còn lại các vạch phản xạ ánh sáng và
các khoảng trắng. Khi có nguồn sáng, ánh sáng chiếu qua các khoảng trắng đi tới
các bộ phận thu (photođiot hoặc phototransitor) đặt đối diện và tạo ra tín hiệu điện.
Người ta thu các tín hiệu điện này rồi thông qua quá trình xử lý tín hiệu để nhận
được các kết quả cần thiết.
Trên phần thứ hai có vạch mốc đánh dấu chuẩn “0”
2.2.2 Phần chuyển động

Hình 2.3: Phần di chuyển của thước quang
Để tạo ra sự thay đổi quang thông khi cho ánh sáng chiếu qua thước người ta
thay đổi diện tích cản quang bằng cách sử dụng một tấm mặt nạ cho di chuyển
tương đối trên bề mặt thước. Tấm mặt nạ này có cấu tạo như sau :
Trên mặt nạ có 4 ô cửa sổ, mỗi ô có các vạch khắc mà chiều rộng vạch khắc,
khoảng trắng và chu kỳ vạch khắc giống hệt trên thước kính, nhưng khoảng cách
6

SVTH: Đàm Hữu Việt


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng
giữa các ô không đều nhau mà bố trí sao cho khi áp mặt nạ lên trên thước các vạch
khắc trên 4 ô của mặt nạ lệch pha nhau ¼ chu kỳ vạch khắc.
Kích thước ô cửa sổ: 1,49 x 1,5 mm.

Hình 2.4 : Mặt nạ

Hình 2.5: Cấu tạo thước kính
2.3 Nguyên lý hoạt động
Nguyên tắc tạo tín hiệu đo được xây dựng trên cơ sở điều khiển luồng ánh
sáng đi qua hai mành chuyển động tương đối so với nhau làm cho quang thông đi
tới các tế bào quang điện thay đổi. Các tế bào quang điện này có nhiệm vụ biến đổi
tín hiệu quang thành tín hiệu điện. Tín hiệu nhận được là tín hiệu có quy luật được
xử lý để biết được chiều và độ dài dịch chuyển

7

SVTH: Đàm Hữu Việt

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng

CHƯƠNG III: ĐỌC TÍN HIỆU TỪ THƯỚC QUANG
3.1. Tín hiệu thô thu được từ thước quang
Mỗi khi thước di chuyển được 20µm, sẽ có 2 tín hiệu hình sin lệch pha nhau 90º
trên hai pha tương ứng.

Hình 3.1: Thông số thước

8

SVTH: Đàm Hữu Việt


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng

Hình 3.2: Hai tín hiệu từ thước hình sin lệch pha nhau 90º kiểm chứng trên
Osilo
3.2 Biến đổi tín hiệu
3.2.1 Biến đổi xung
Mục đích là dùng thước để có được thông tin về tọa độ của điểm cần đo nên tín
hiệu hình sin sẽ được chuyển sang xung vuông để có thể xử lí bằng mạch số và vi
điều khiển. Hai tín hiệu pha A và pha B đầu tiên được đưa qua mạch so sánh để
đưa về dạng xung vuông.

Kết quả ta thu được dạng tín hiệu ra là hai tín hiệu xung vuông lệch pha nhau
90º.

9

SVTH: Đàm Hữu Việt


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng
Hình 3.3 : Dạng xung khi qua mạch so sánh

Để làm được điều này, ta sử dụng IC LM393 để biến đổi xung

Hình 3.4: Sơ đồ mạch điện để biến đổi sung
3.2.2 Tổng hợp xung vuông
Cứ 20µm có một xung vuông, để nâng cao độ phân giải, do tính chất lệch
pha 90º của hai xung PhaXa, PhaXb ta có thể đạt được độ phân giải là
20/4=5µm. Giải pháp được sử dụng là sử dụng IC CD4030 XOR hai tín hiệu
PhaXa, PhaXb được tín hiệu IntX mà chu kì của nó tương ứng với 5µm. IntX
được đưa vào chân ngắt ngoài 1 của vi điều khiển để dùng phần mềm đếm
xung.
Thời giạn trễ: 65 (ns)
• Sơ đồ mạch điện

10

SVTH: Đàm Hữu Việt

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng

Hình 3.5: Sơ đồ đi dây của CD4030
3.2.3 Phân biệt chiều chuyển động
Dựa vào tín hiệu đầu ra
Sau khi tạo được 2 dãy xung vuông lệch pha nhau 900, dựa vào thứ tự các pha của
tín hiệu có thể xác định được chiều chuyển động

11

SVTH: Đàm Hữu Việt


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1
A

0

GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng

0

0

1
B

0

1

1

0

1

0

0

1

1
0

1

0

1

0

0

1

1
0

0

0

1
0

0

Hình 3.6: Phân biệt chiều chuyển động dựa vào thứ tự mức các xung

Nếu chiều chuyển động từ phải sang trái, A sẽ sớm pha hơn B ¼ chu kỳ, các mức
xung lần lượt có thứ tự sau:
A B
A B
A B
A B
A B
A B
A B
A B
0 0 → 1 0 → 1 1 → 0 1 → 0 0 → 1 0 → 1 1 → 0 1
Nếu chiều chuyển động từ trái sang phải, A sẽ chậm pha hơn B ¼ chu kỳ, các mức
xung lần lượt có thứ tự sau:
A B

A B
A B
A B
A B
A B
A B
A B
0 0 → 0 1 → 1 1 → 1 0 → 0 0 → 0 1 → 1 1 → 1 0
Thêm IC 74LS74 vào mạch để biến mạch thành mạch giải mã. Mục đích sử
dụng mạch giải mã trong bài toán này cho ta biết chiều chuyển động của thước
quang.
Thời gian trễ: 25 (ns)
• Sơ đồ mạch điện

12

SVTH: Đàm Hữu Việt


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng

Hình 3.7: Mạch kiểm tra chiều của thước quang
3.2.4 Nhận tín hiệu Reference
Với mục đích lọc nhiễu tín hiệu đầu vào. Người dùng chỉ việc cấp tín hiệu đầu
vào và đầu ra có được tín hiệu đảo loại được tạp nhiễu rất tốt. Mình lấy ví dụ
nếu bạn cấp 0V đầu vào thì đầu ra là 5V, cấp 5V đầu vào thì đầu ra là 0V, nếu
cấp 3.5V đầu vào để giả lập cho tín hiệu nhiễu thì đầu ra vẫn 5V tùy vào bạn
tính toán hoặc theo hysteric mặc định của nó.

Tìn hiệu Reference là một tín hiệu quan trọng và có độ rộng nhỏ tương ứng với
20±10µm nên để tránh nhiễu ta dùng IC đảo có trễ 74HC14 cho tín hiệu này. Tín
hiệu RefX là đầu ra của 74HC14 sẽ được đưa vào chân ngắt của vi điều khiển để
dùng phần mềm giải quyết hai nhiệm trên của tín hiệu Reference.
Thời gian trễ: 12 (ns
13

SVTH: Đàm Hữu Việt


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng

• Sơ đồ mạch điện

Hình 3.8: Sơ đồ mạch điện
• Kiểm tra trên Oscilloscope xem tín hiệu đầu ra

Hình 3.9: Tín hiệu reference
3.3 Đọc tín hiệu
3.3.1 Sử dụng vi điều khiển Arduino Mega
Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với
nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board mạch
nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel
32-bit. Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu
vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác
nhau.
14

SVTH: Đàm Hữu Việt


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng

Ưu điểm của nổi trội của Arduino:
- Giá thành hợp lý
- Khả năng xử lý cao
- Thư viện đa dạng, thích hợp cho người mới bắt đầu
3.3.2 Đọc tín hiệu bằng interrupt
Ưu điểm:
- Bộ vi điều khiển có thể phục vụ được rất nhiều thiết bị (tất nhiên là không tại
cùng một thời điểm). Mỗi thiết bị có thể nhận được sự chú ý của bộ vi điều khiển
dựa trên mức ưu tiên được gán cho nó. Đối với phương pháp thăm dò thì không thể
gán mức ưu tiên cho các thiết bị vì nó kiểm tra tất cả mọi thiết bị theo kiểu hỏi
vòng.
- Quan trọng hơn, trong phương pháp ngắt thì bộ vi điều khiển còn có thể che (làm
lơ) một yêu cầu phục vụ của thiết bị. Điều này lại một lần nữa không thể thực hiện
được trong phương pháp thăm dò.
- Lý do quan trọng nhất mà phương pháp ngắt được ưu chuộng là vì nó không lãng
phí thời gian cho các thiết bị không cần phục vụ. Còn phương pháp thăm dò làm
lãng phí thời gian của bộ vi điều khiển bằng cách hỏi dò từng thiết bị kể cả khi
chúng không cần phục vụ.
Ở Arduino Mega có một số chân có chức năng nhất định:
- Serial: 0 (RX) và 1(TX)
Serial 1:19(RX) và 18(TX)
Serial 2: 17(RX) và 16(TX)
Serial 3: 15(RX) và 14(TX)

Được sử dụng để nhận (RX) và truyền (TX)
- External Interrupt: 2 (interrupt 0), 3 (interrupt 1), 18 (interrupt 5), 19 (interrupt 4),
20 (interrupt 3) và 21 (interrupt 2). Các chân này có thể được cấu hình để kích hoạt
một ngắt trên một mức độ thấp, một góc lên và xuống, hoặc một sự thay đổi trong
mức độ.
Sơ đồ chân
15

SVTH: Đàm Hữu Việt


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng

Hình 3.10: Sơ đồ chân Arduino Mega
Mô tả sơ đồ chân:
VCC

Điện áp cung cấp số.

GND

Chân nối đất.
16

SVTH: Đàm Hữu Việt


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng
3.4 Truyền tín hiệu thông qua kết nối với máy tính
3.4.1 Truyền thông nối tiếp
Để máy tính có thể hiểu và đọc tín được các thông số quả thước quang, ta
xây dựng một modun và sử dụng Arduino Mega để thu kết quả. Kết nối với máy
tính thông qua cổng Serial.
Cổng nối tiếp (Serial port) là một cổng thông dụng trong các máy tính trong
các máy tính truyền thống dùng kết nối các thiết bị ngoại vi với máy tính như: bàn
phím, chuột điều khiển, modem, máy quét.
Mặc dù khái niệm cổng nối tiếp có thể được hiểu theo một nghĩa khác: Các
cổng hoạt động theo nguyên lý "nối tiếp", nghĩa là dữ liệu được truyền từng bit trên
1 đường truyền.

Hình 3.11: Truyền 8bit theo phương pháp nối tiếp
3.4.2 Tốc độ Baud
Đây là một tham số đặc trưng của cổng nối tiếp. Tham số này chính là đặc trưng
cho quá trình truyền dữ liệu qua cổng nối là tốc độ truyền nhận dữ liệu hay còn gọi
là tốc độ bit.
Tốc độ bit được định nghĩa là số bit truyền được trong thời gian 1 giây hay số
bit truyền được trong thời gian 1 giây. Tốc độ bit này phải được thiết lập ở bên phát
và bên nhận đều phải có tốc độ như nhau ( Tốc độ giữa vi điều khiển và máy tính
phải chung nhau 1 tốc độ truyền bit)
Ngoài tốc độ bit còn một tham số để mô tả tốc độ truyền là tốc độ Baud. Tốc độ
Baud liên quan đến tốc độ mà phần tử mã hóa dữ liệu được sử dụng để diễn tả bit
được truyền còn tôc độ bit thì phản ánh tốc độ thực tế mà các bit được truyền.Vì
một phần tử báo hiệu sự mã hóa một bit nên khi đó hai tốc độ bit và tốc độ baud là
phải đồng nhất
Một số tốc độ Baud thường dùng: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400,
4800, 9600, 19200, 28800, 38400, 56000, 115200 … Nếu tốc độ bit càng cao thì
thời gian truyền 1 bit càng nhỏ thì thời gian chuyển mức logic càng phải nhỏ. Điều

này làm giới hạn tốc Baud và khoảng cách truyền.
Ở bài này sử dụng tốc độ 115200 baud rate
17

SVTH: Đàm Hữu Việt


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng

CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG HỆ ĐỌC 3 TỌA ĐỘ
4.1 Giới thiệu sơ qua về phần cơ khí
4.1.1 Đệm khí
Không giống như đệm con lăn tiếp xúc, đệm khí sử dụng một lớp khí nén mỏng
để tạo nên sự không ma sát giữa 2 bề mặt phân cách. Lớp khí của đệm được tạo ra
bằng cách cung cấp một lưu lượng khí vào đệm, khí qua lỗ tiết lưu chảy vào buồng
hoặc phân theo các dạng rãnh, khi đó hình thành một phân bố áp giữa bề mặt đệm
và bề mặt dẫn, tạo ra một lức nâng đệm khí ra khỏi bề mặt dẫn, khe hở giữa hai bề
mặt gọi là khe hở khí.

Hình 4.1: Mô hình đệm khí phẳng
Ưu điểm của đệm khí:
- Ma sát không
- Mài mòn không
- Độ cứng cao, khả năng chịu tải lớn
- Dịch chuyển chính xác
- Hoạt động trơn và không gây ồn
- Không cần bôi trơn
- Chuyển động tốc độ cao

18

SVTH: Đàm Hữu Việt


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng
Nhược điểm: Cần thêm nguồn cung cấp khí nén cho máy, trên toàn bộ máy số
lượng đệm khí khá lớn nên nguồn cấp khí nén phải đảm bảo. Thường dùng máy
nén khí, chính điều này cũng gây ra nhược điểm vì máy nén khí hoạt động liên tục
gây ra tiếng ồn và rung có thể ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của máy. Khắc
phục bằng cách đưa máy nén ra xa một khoảng cách so với máy, và chân máy đo
được thiết kế để giảm ảnh hưởng của những rung động bên ngoài đến quá trình đo.

4.1.2 Đầu đo
Đầu đo gồm 3 lò xo lá hình bình hành đặt song song chồng lên nhau và trực
giao nhau. Ba lò xo lá này có thể dịch chuyển trong giới hạn ±2,5 mm theo 3
phương X, Y, Z. Các lò xo lá hình bình hành này có thể biến dạng ở tốc độ di
chuyển cao theo hướng dịch chuyển để cảm nhận sự bù do quán tính và khoảng
cách để bảo vệ đầu dò trong trường hợp bị chạm.

Hình 4.2: Hình ảnh đầu đo
Một hệ thống đo cảm ứng trong mỗi trục ghi lại sự dịch chuyển (độ lệch) của
mỗi lò xo lá và khi không cần thiết, lò xo lá bị khóa bởi cơ cấu đẩy khóa điện để
giữ lò xo tại vị trí trung tâm của nó.
19

SVTH: Đàm Hữu Việt

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng
Một thiết bị tự động bù trọng lượng sao cho khối lượng của các đầu đo lắp trên
giá giữ đầu dò lên tới giá trị lớn nhất là 600g. Các cần đẩy - ống dây phát ra một
lực đo điện – không thay đổi trong các bước chọn trước để giữ cho mũi dò luôn tiếp
xúc với vật đo.
Đầu đo có thể dịch chuyển theo 3 trục bằng các đường dẫn tương ứng. Trong bất
kỳ chyển động nào, hai trong ba lò xo lá được kẹp riêng một cơ cấu khóa đẩy điện
chính xác. Vì vậy đầu đo không thể dịch chuyển theo các hướng này. Quá trình kẹp
này được xác định tự động do việc chọn hướng đo hoặc chọn trước.

Hình 4.3: Mô hình đầu đo
Ở đâu, đầu đo được thiết kế như một công tắc để bật tắt mạch điện, khi đầu
đo tiếp xúc với chi tiết, hệ thống sẽ ngắt và chốt số liệu ở thời điểm đấy.
4.1.3 Sống dẫn
Sống dẫn dạng chữ nhật. Để chế tạo được máy đo ba tọa độ thì yêu cầu đầu tiên
là phải chế tạo được sống dẫn để đệm khí di chuyển trên đó. Các sống dẫn yêu cầu
cao về độ phẳng, độ song song - đến cỡ < 5 µm, đồng thời nhám bề mặt phải nhỏ cỡ 3µm. Hiện nay có nhiều dạng sống dẫn chạy trên đệm khí trong các máy đo toạ
độ nói chung và máy đo ba toạ độ nói riêng.
•
•

Sống dẫn dạng chữ nhật.
Sống dẫn dạng tam giác, ngày nay ta được sử dụng nhiều vì nó có nhiều
ưu điểm như: giảm bớt được một mặt phải gia công, giảm bớt được số
đệm khí mà vẫn đảm bảo định vị ổn định cho các xe trượt gắn trên nó. VÍ
20

SVTH: Đàm Hữu Việt

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng
dụ như: sống dẫn trục X của máy MITUTOYO QM – MEASURE 333,
máy của hãng DEA.
4.2 Xây dựng mạch điện
Do hệ thống cơ khí có ba trục. Mỗi trục có cơ cấu chấp hành là một động cơ
một chiều cho việc truyền động, có cảm biến là thước quang và các công tắc hành
trình hai bên. Cộng với việc cần thiết ghép nối máy tính, chúng em đã đưa ra thiết
kế như sau:
Hệ thống điều khiển gồm 1 mạch chính (Vi điều khiển) được kết nối với máy tính
qua cổng COM theo chuẩn nối tiếp RS232, 3 mạch điều khiển động cơ và đọc
thước cho từng trục (Mạch đọc) được kết nối với Vi điều khiển qua chuẩn nối tiếp
SPI. Ngoài ra còn có mạch nguồn cung cấp điện áp 5V và 24V cho các mạch điều
khiển.

Hình 4.4: Mô hình hệ thống điều khiển
4.2.1 Xây dựng mạch điện cho mạch đọc thước quang
Mạch này đảm nhiệm các vai trò :
-

-

Thiết lập mạch giao tiếp giữa thước quang và vi điều khiển để có thể lấy
được tín hiệu từ thước.
Giao tiếp với với vi điều khiển qua các dây nối
21

SVTH: Đàm Hữu Việt

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng
+ Nhận các thông số khi điều khiển, các điểm đặt SetPoint về vị trí cho Mạch
đọc…
+ Gửi giá trị tọa độ hiện tại của các trục cũng như giá trị khi đầu đo.
Dựa vào công dụng và mạch sử dụng của từng con IC, ta tiến hành xây dựng một
modun chứa tất cả cho nhiệm vụ xử lý thước quang

Hình 4.5: Modun mạch điện đọc thước quang
4.2.2 Xây dựng mạch điện cho Vi điều khiển
Nhiệm vụ:
- Giao tiếp với máy tính để nhận và gửi dữ liệu:
+ Nhận các thông số như chế độ điều khiển các điểm đặt SetPoint về vị trí…
+ Gửi giá trị tọa độ hiện tại của các trục cũng như giá trị khi đầu đo tác động lên
máy tính.
- Truyền và nhận dữ liệu với các mạch đọc
+ Phối hợp hoạt động của các mạch đọc
+ Gửi các thông số như chế độ điều khiển, các điểm đặt SetPoint về vị trí cho mạch
đọc…
+ Nhận giá trị tọa độ hiện tại của các trục cũng như giá trị khi đầu đo tác động từ
mạch đọc
22

SVTH: Đàm Hữu Việt


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Nhận tín hiệu ngắt khi đầu đo chạm vật cần đo.

GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng

Hình 4.6: Xây dựng mạch điện cho Vi điều khiển
3.3 Hoàn thiện mạch
Sau khi thực hiện các công đoạn làm mạch và hàn linh kiện, ta thu được
mạch hoàn chỉnh
4.3.1 Mạch đọc thước quang

23

SVTH: Đàm Hữu Việt


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng

Hình 4.7: Mặt trước và mặt sau của mạch đọc thước quang

4.3.2 Mạch Vi điều khiển

Hình 4.8: Mặt trước và mặt sau của mạch vi điều khiển

24

SVTH: Đàm Hữu Việt


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng

Chương V: PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN
5.1 Thuật toán
5.1.1 Cơ sở lý thuyết
 Hệ tọa độ Đề- Các
Hệ tọa độ Đề-Các gồm ba trục Ox, Oy, Oz tương ứng vuông góc với nhau từng đôi
một, chúng tạo thành một tam diện thuận. Điểm O gọi là gốc tọa độ. Vị trí của một
điểm M bất kỳ được hoàn toàn xác định bởi vectơ bán kính
hợp của ba số (xM, yM, zM) với:

r uuuu
r
r = OM

, hay bởi tập

r
r
r
r
r = xM .i + yM . j + z M .k

25

SVTH: Đàm Hữu Việt