Đang tải... (xem toàn văn)
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 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
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 phòng thí nghiệm thường phải đo kiểm định kích thước sản phẩm loạt sản phẩm giống đòi hỏi độ SVTH: Đàm Hữu Việt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng xác định Một cách đơn giản đưa chúng hệ Đềcác vuông góc chuẩn xác định kích thước thông qua tọa độ.Đề tài nghiên cứu chế tạo máy đo tọa độ đề tài mang tính thực tiễn giúp sinh viên trình học tập • Yêu cầu toán: Đo kích thước khoảng cách thông qua thông số đo từ tọa độ (với thước đo có độ phân giải 20μm, dùng mạch nhân 4, độ phân giải đạt 5μm) - Tốc độ di chuyển vừa phải, không nhanh Do độ dài thước trục Y trục Z 50cm, khoảng dịch chuyển xe chạy sống trục Y Z khoảng 20cm Trục X có thước 80 cm khoảng dịch chuyển xe khoảng 50 cm - - Có khả điều khiển độc lập, đọc liệu độc lập đồng thời cho trục tọa độ • Yêu cầu phần mềm sử lý số liệu: - Xây dựng dạng Menu cho trình xử lý số liệu: + Menu đo khai báo bán kính đầu đo + Menu nội suy đường đường máy đo tọa độ sau tiến hành đo - Xây dựng Menu cho kiểu đo: + Đo đường kính sai lệch độ tròn + Đo độ phẳng • Yêu cầu trình vận hành: Quá trình vận hành sử dụng tay điều khiển vị trí đầu đo đến vị trí mong muốn Yêu cầu trình vận hành ta điều khiển với tốc độ chậm để vi điều khiển nhận liệu tránh đầu đo bị hư hại • Cách giải vấn đề - Phần cứng kết cấu, chế tạo khí: bạn bên khoa khí đảm nhiệm - Phần cứng vi điều khiển mạch: + Sử dụng vi điều khiển Arduino Mega 2560 để nhận tín hiệu từ thước quang sử lí tín + Xây dựng mạch điện có mạch để thu liệu từ thước quang( Mạch đọc) mạch làm Vi điều khiển để nhân xử lý tín hiệu - Phần mềm: SVTH: Đàm Hữu Việt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng + Thực giao diện PC + Đưa 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 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 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 xây dựng sở điều khiển luồng ánh sáng qua hai mành chuyển động tương đối so với làm cho quang thông tới tế bào quang điện thay đổi Các tế bào quang điện có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện Tín hiệu nhận tín hiệu có quy luật xử lý để biết chiều độ dài dịch chuyển Hình ảnh mô tả nguyên lí hoạt động thước quang 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 hiệu ứng quang điện Cấu tạo thước kính gồm có hai phần: 2.2.1 Phần cố định Hình 2.2: Phần cố định cửa thước Thước – thước kính có bề mặt chia hai phần riêng biệt Trên phần thứ nhất, dọc theo chiều dài thước có vach đen xen kẽ khoảng trắng cách đặn Kích thước khoảng trắng kích thước vạch SVTH: Đàm Hữu Việt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng đen Đối với thước kính dùng nguyên tắc cho ánh sáng qua vạch đen có tác dụng chắn sáng, khoảng trắng ánh sáng xuyên qua, thước kính dùng nguyên tắc phản xạ ánh bề mặt thước mạ lớp phản xạ ánh sáng, sau vạch khắc cách bóc lớp phản xạ phần khắc Như vậy, thước lại vạch phản xạ ánh sáng khoảng trắng Khi có nguồn sáng, ánh sáng chiếu qua khoảng trắng tới phận thu (photođiot phototransitor) đặt đối diện tạo tín hiệu điện Người ta thu tín hiệu điện thông qua trình xử lý tín hiệu để nhận kết 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 thước quang Để tạo thay đổi quang thông cho ánh sáng chiếu qua thước người ta thay đổi diện tích cản quang cách sử dụng mặt nạ cho di chuyển tương đối bề mặt thước Tấm mặt nạ có cấu tạo sau : Trên mặt nạ có ô cửa sổ, ô có vạch khắc mà chiều rộng vạch khắc, khoảng trắng chu kỳ vạch khắc giống hệt thước kính, khoảng cách SVTH: Đàm Hữu Việt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng ô không mà bố trí cho áp mặt nạ lên thước vạch khắc ô mặt nạ lệch pha 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 xây dựng sở điều khiển luồng ánh sáng qua hai mành chuyển động tương đối so với làm cho quang thông tới tế bào quang điện thay đổi Các tế bào quang điện có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện Tín hiệu nhận tín hiệu có quy luật xử lý để biết chiều độ dài dịch chuyển 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 từ thước quang Mỗi thước di chuyển 20µm, có tín hiệu hình sin lệch pha 90º hai pha tương ứng Hình 3.1: Thông số thước 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 90º kiểm chứng Osilo 3.2 Biến đổi tín hiệu 3.2.1 Biến đổi xung Mục đích dùng thước để có thông tin tọa độ điểm cần đo nên tín hiệu hình sin chuyển sang xung vuông để xử lí mạch số vi điều khiển Hai tín hiệu pha A pha B đưa qua mạch so sánh để đưa dạng xung vuông Kết ta thu dạng tín hiệu hai tín hiệu xung vuông lệch pha 90º SVTH: Đàm Hữu Việt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng Hình 3.3 : Dạng xung qua mạch so sánh Để làm 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 xung vuông, để nâng cao độ phân giải, tính chất lệch pha 90º hai xung PhaXa, PhaXb ta đạt độ phân giải 20/4=5µm Giải pháp sử dụng sử dụng IC CD4030 XOR hai tín hiệu PhaXa, PhaXb tín hiệu IntX mà chu kì tương ứng với 5µm IntX đưa vào chân ngắt 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 Cửa sổ chọn đối tượng: GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng Bước 2: Lấy đối tượng để thao tác Ta nhắn chữ “P” bàn phím kích chuột vào biểu tượng tượng để gọi đối Hình 7.18: Cửa sổ linh kiện cần tìm Nhập linh kiện muốn tìm vào chữ “Keywords” 70 SVTH: Đàm Hữu Việt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng (Chẳng hạn chọn IC LM393, nhập chữ LM393 vào phần keywords, nhấn Enter để tìm kiếm Kích đúp chuột vào linh kiên) Hình 7.19: Chọn linh kiện LM393 Bước 3: Khi gọi linh đầy đủ, ta bắt đầu xếp linh kiện nối dây Hình 7.20: Đi dây Để dây linh kiện, ta cần kích chuột kích chuột đầu điểm này, di chuột đến điểm muốn nối, kích chuột vào điểm cuối để hoàn thành việc dây Lưu ý: Muốn mạch cho dễ nhìn ta nên lựa chọn đường dây hợp lý gọn Bước 4: Kiểm tra kĩ lại mạch để tránh nhầm lẫn sau 71 SVTH: Đàm Hữu Việt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7.4.3 Xây dựng mạch in phần mềm GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng Sau vẽ mạch nguyên lý hoàn chỉnh, kích chuột vào chuyển sang in mạch hình để Hình 7.21: Giao diện phần làm mạch Kéo thả linh kiện mà hình Lưu ý: Ta phải đặt linh kiện cho chúng không chồng chéo lên đường giao Sau sếp hợp lý linh kiện, ta 72 SVTH: Đàm Hữu Việt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng Hình 7.22: Sau xếp linh kiện Sau lựa chọn bề dày dậy, ta kích vào chế độ dây tự động Kết thi 73 SVTH: Đàm Hữu Việt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng Hình 7.23: Hoàn thành mạch in phần mềm 7.5 Giới thiệu phần mềm Qt Qt viết C++ thiết kế để sử dụng C++ Tuy nhiên, dùng thư viện với nhiều ngôn ngữ khác Java hay Python, vv… Trên thực tế, Qt thư viện mà tập hợp thư viện Chúng rộng thường người ta sử dụng thuật ngữ framework, nghĩa khối kiến trúc tập hợp cung cấp nhiều công cụ để việc lập trình trở nên hữu hiệu 74 SVTH: Đàm Hữu Việt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng Không nên nhầm lẫn, Qt thiết kế để tạo cửa số mà tính quan trọng Nói nghĩa tính hạn chế có Qt hình thành từ tập hợp thư viện, gọi “ module” Trong tìm thấy nhiều tính khác • Module GUI : Dùng để tạo cửa sổ Giáo trình tập trung thành phần • Module OpenGL : Qt tạo cửa sổ chứa yếu tố 3D quản lý OpenGL • Module vẽ : dùng cho muốn tự thiết kế hình dạng cửa số (2D) • Module mạng : Cung cấp công cụ để thao tác với hệ thống mạng Các bạn dùng để tạo ứng dụng tán gẫu, ứng dụng tải tệp, vv… • Module SVG : Cho phép tạo hình ảnh minh họa vectơ, kiểu flash • Module script : Qt cho phép quản lý ngôn ngữ kịch Javascript trường hợp bạn muốn sử dụng chúng để thêm vào tính cho ứng dụng • Module XML : cách hữu hiệu để thao tác với tệp tin cấu trúc mạch lạc theo XML • Module SQL : cho phép truy cập tới sở liệu MySQL, Oracle, PostgreSQL, vv… 75 SVTH: Đàm Hữu Việt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng Nói chung Qt đồ sộ để giải thích hết giáo trình chắn không đủ Qt đa tảng Xin phép cho nhắc lại thêm lần nữa, Qt framework đa tảng Sơ đồ minh họa chế hoạt động Qt Hình 7.24: Qt đa tảng Các bạn viết Qt Qt dịch câu lệnh tùy theo hệ điều hành Dựa chế này, cửa sổ mà bạn tạo mang hình dạng thay đổi phù hợp với hệ điều hành Dưới hình ảnh minh họa điều mà vừa nói Chúng hình ảnh cửa sổ tạo chương trình Qt mang theo hình dáng khác tùy thuộc hệ điều hành phiên hệ điều hành Mỗi lần Qt thay đổi cửa sổ để phù hợp với hệ thống Qt Creator Dù hoàn toàn lập trình C++ với Qt IDE vốn có Code::Blocks, sử dụng IDE Qt Creator Nó đặc biệt tối ưu hóa cho việc phát triển với Qt Thật ra, chương trình tổng hợp nhiều tính 76 SVTH: Đàm Hữu Việt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng • IDE để phát triển ứng dụng C++, tối ưu hóa để biên dịch dự án dùng Qt • Tình thiết kế cửa sổ cho phép dễ dàng vẽ nội dung giao diện mà muốn • Tài liệu hướng dẫn Qt Dưới hình ảnh IDE Hình 7.25: Cửa sổ bắt đầu phần mềm Trước có Qt Creator, người ta phải tốn công thực tùy chỉnh phức tạp để biên dịch dự án sử dụng Qt 7.6 Các chương trình vi điều khiển phân mềm 7.6.1 Chương trình vi điều khiển Code sử dụng vi điều khiển Arduino Mega, cài đặt chương trình ngắt tương ứng với đầu vào ngắt 77 SVTH: Đàm Hữu Việt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// … void setup() { Serial.begin(115200); flag=false; pinMode(XSTEP_PIN,INPUT); digitalWrite(XSTEP_PIN,HIGH); pinMode(XREF_PIN,INPUT); digitalWrite(XREF_PIN,HIGH); pinMode(XDIR_PIN,INPUT); digitalWrite(XDIR_PIN,HIGH); pinMode(YSTEP_PIN,INPUT); digitalWrite(YSTEP_PIN,HIGH); pinMode(YREF_PIN,INPUT); digitalWrite(YREF_PIN,HIGH); pinMode(YDIR_PIN,INPUT); digitalWrite(YDIR_PIN,HIGH); pinMode(ZSTEP_PIN,INPUT); digitalWrite(ZSTEP_PIN,HIGH); pinMode(ZREF_PIN,INPUT); digitalWrite(ZREF_PIN,HIGH); pinMode(ZDIR_PIN,INPUT); digitalWrite(ZDIR_PIN,HIGH); attachInterrupt(0,XREF_interrupt,RISING); attachInterrupt(1,XSTEP_interrupt,RISING); attachInterrupt(4,YREF_interrupt, RISING); attachInterrupt(5,YSTEP_interrupt, RISING); attachInterrupt(2, ZREF_interrupt, RISING); attachInterrupt(3, ZSTEP_interrupt, RISING); } void loop() 78 SVTH: Đàm Hữu Việt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:PGS.TS Vũ Toàn Thắng { if(flag) { Serial.write(sentbyte); flag=false; } } ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 7.6.2 Code phần mềm giao diện PC Chương trình tìm đường tròn ngoại tiếp tam giác FindExtCircleOfTriangle(float x0, float y0, float x1, float y1, float x2, float y2, float &x, float &y, float &R) { float a=sqrt((x0-x1)*(x0-x1)+(y0-y1)*(y0-y1)); float b=sqrt((x0-x2)*(x0-x2)+(y0-y2)*(y0-y2)); float c=sqrt((x1-x2)*(x1-x2)+(y1-y2)*(y1-y2)); float s=sqrt((a+b+c)*(a+b-c)*(a+c-b)*(b+c-a))/4; if(s[...]... 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... 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... 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... 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. .. 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... 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... 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... 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... 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... 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