Xem mẫu
MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT............................................................ 5
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ................................................................................... 7
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................. 10
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 11
1. .Tính cấp thiết của đề tài luận án nghiên cứu ................................................................. 11
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................... 13
3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................. 13
4. Nội dung luận án ............................................................................................................. 14
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ..................................................................... 15
6. Các đóng góp mới của luận án ........................................................................................ 15
CHƯƠNG 1 ......................................................................................................................... 16
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHUẨN ĐO LƯỜNG QUỐC GIA LĨNH VỰC GÓC .. 16
1.1. Góc và chuẩn đo lường góc ...................................................................................... 17
1.1.1. Khái niệm về góc ............................................................................................... 17
1.1.2. Hệ thống chuẩn đo lường .................................................................................. 18
1.1.2.1. Chuẩn đo lường ....................................................................................................... 18
1.1.2.2. Hệ thống chuẩn đo lường ........................................................................................ 18
1.2. Chuẩn đo lường góc.................................................................................................. 19
1.2.1. Các dạng chuẩn góc nhỏ .................................................................................... 19
1.2.1.1. Ống tự chuẩn trực ( Autocollimator) ....................................................................... 19
1.2.1.2. Thước sin (Sine bar) ................................................................................................ 20
1.2.1.3. Ni vô ........................................................................................................................ 21
1.2.1.4. Chuẩn góc dạng căn mẫu......................................................................................... 21
1.2.2. Chuẩn góc toàn vòng ......................................................................................... 22
1.2.2.1. Đa diện góc.............................................................................................................. 22
1.2.2.2. Bàn phân độ ( Indexing table) ................................................................................. 23
1.2.2.3. Chuẩn góc toàn vòng dạng đĩa chia độ mã hóa (Rotary Encoder – RE) ................. 23
1.3. Hiệu chuẩn chuẩn, phương tiện đo ........................................................................... 24
1.3.1. Hiệu chuẩn ......................................................................................................... 24
1.3.2. Độ không đảm bảo đo ....................................................................................... 24
1.4. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc tại một số quốc gia trên thế giới . 25
1.4.1. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của Viện Quốc gia về chuẩn và
công nghệ Mỹ (NIST) ................................................................................................. 26
1.4.2. Hệ thống chuẩn đo lường lĩnh vực góc của PTB............................................... 26
1
1.4.3. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của INRIM .......................... 27
1.4.4. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của NMIJ .............................. 27
1.4.5. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của Viện đo lường Trung Quốc
..................................................................................................................................... 28
1.5. Chuẩn góc toàn vòng ................................................................................................ 29
1.5.1. Chuẩn góc toàn vòng kiểu cơ ............................................................................ 30
1.5.2. Chuẩn góc toàn vòng sử dụng laser vòng ......................................................... 30
1.5.3. Chuẩn góc toàn vòng sử dụng đĩa chia độ mã hóa góc quay ............................ 31
1.5.4. Đầu đọc.............................................................................................................. 33
1.5.5. Phương pháp đảm bảo đo lường chuẩn góc toàn vòng..................................... 34
1.5.5.1. Nguyên lý vòng tròn khép kín ................................................................................. 35
1.5.5.2. Phương pháp hiệu chuẩn chéo ................................................................................. 35
1.5.5.3. Phương pháp nhiều đầu đọc ................................................................................... 36
1.6. Bộ tạo góc nhỏ ......................................................................................................... 37
1.6.1. Mô hình lý thuyết. ............................................................................................. 37
1.6.2. Các nguyên lý tạo góc nhỏ ................................................................................ 38
1.6.2.1. Nguyên lý tang ........................................................................................................ 38
1.6.2.2. Nguyên lý sin .......................................................................................................... 39
1.6.2.3. Phân tích nguyên lý tạo góc nhỏ ............................................................................. 40
1.6.3. Một số bộ tạo góc nhỏ ...................................................................................... 40
1.6.3.1. Bộ tạo góc nhỏ kiểu cơ khí ( hình 1.28) .................................................................. 40
1.6.3.2. Bộ tạo góc nhỏ sử dụng động cơ dịch chuyển nhỏ chính xác ................................. 40
1.6.3.3. Bộ tạo góc nhỏ kiểu cơ quang ................................................................................ 41
1.7. Thực trạng chuẩn đo lường góc tại Việt Nam và nội dung nghiên cứu của luận án 42
1.7.1. Hiện trạng chuẩn đo lường lĩnh vực góc tại Việt Nam ..................................... 42
1.7.2. Đề xuất mô hình chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc tại Việt Nam ............ 43
1.7.3. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................... 44
CHƯƠNG 2 ......................................................................................................................... 45
CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CHUẨN GÓC TOÀN VÒNG............................. 45
2.1. Nguyên lý, phương pháp tạo chuẩn góc toàn vòng bằng đĩa chia độ kiểu gia số..... 45
2.1.1. Phương pháp đọc vạch chia ............................................................................... 46
2.1.2. Phương pháp nội suy nâng cao độ phân giải. .................................................... 48
2.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của chuẩn góc toàn vòng sử dụng
đĩa chia độ kiểu gia số ..................................................................................................... 49
2.2.1. Các dạng sai số của chuẩn góc toàn vòng sử dụng đĩa chia độ kiểu gia số ....... 49
2.2.2. Sai số toàn vòng ................................................................................................ 50
2.2.2.1. Sai số vị trí của vạch chia ........................................................................................ 50
2
2.2.2.2. Sai số chuyển động quay của đĩa chia độ ................................................................ 51
2.2.2.3. Độ ổn định của tâm quay......................................................................................... 53
2.3. Nghiên cứu giải pháp giảm thiểu sai số chuẩn góc toàn vòng gia số ....................... 53
2.3.1. Phương pháp giảm thiểu sai số do ảnh hưởng của lệch tâm.............................. 53
2.3.2. Phương pháp giảm thiểu sai số do ảnh hưởng độ nghiêng đĩa chia độ ............. 57
2.4. Nghiên cứu, xây dựng phương pháp tự hiệu chuẩn chuẩn góc toàn vòng gia số ..... 57
2.4.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp tự hiệu chuẩn chuẩn góc toàn vòng gia số bố
trí nhiều đầu đọc .......................................................................................................... 58
2.4.2. Xây dựng phương pháp tự hiệu chuẩn chuẩn góc toàn vòng gia số áp dụng
phương pháp EDA ....................................................................................................... 60
2.5. Thiết kế, chế tạo chuẩn góc toàn vòng gia số ........................................................... 64
2.5.1. Nghiên cứu lựa chọn, bố trí sơ đồ lắp đặt đầu đo .............................................. 64
2.5.2. Xác định các chi tiết quan trọng ........................................................................ 65
2.5.2.1. Đĩa chia độ và đầu đọc ............................................................................................ 65
2.5.2.2. Bộ nội suy tín hiệu .................................................................................................. 67
2.5.2.3. Ổ quay ..................................................................................................................... 68
2.5.3. Lắp đặt tích hợp hệ thống .................................................................................. 68
2.6. Đánh giá độ chính xác chuẩn toàn vòng gia số ........................................................ 69
2.6.1. Đánh giá độ chính xác bằng phương pháp tự hiệu chuẩn ................................. 69
2.6.2. Đánh giá chuẩn góc toàn vòng gia số thông qua so sánh vòng ......................... 74
2.6.2.1. Phương pháp so sánh vòng ...................................................................................... 74
2.6.2.2. So sánh kết quả đo với KRISS ................................................................................ 76
2.7. Kết luận chương hai.................................................................................................. 77
CHƯƠNG 3 ..................................................................................................................... 79
CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CHUẨN GÓC NHỎ........................................ 79
3.1. Cơ sở lý thuyết xây dựng chuẩn góc nhỏ ................................................................ 79
3.2. Nghiên cứu, xây dựng phương pháp tạo góc nhỏ ..................................................... 79
3.2.1. Thiết lập sơ đồ lý thuyết bộ tạo góc nhỏ quang cơ. ........................................... 80
3.2.1.1 Sơ đồ nguyên lý ........................................................................................................ 80
3.2.1.2. Phương pháp khắc phục ảnh hưởng tâm quay đến sai số của bộ tạo góc nhỏ ......... 81
3.2.1.3. Phương pháp đo xác định khoảng cách dịch chuyển của gương góc ...................... 83
3.2.2. Xây dựng mô hình lý thuyết bộ tạo góc nhỏ theo nguyên lý sin ....................... 83
3.3. Nghiên cứu ước lượng độ không đảm bảo đo của bộ tạo góc nhỏ ........................... 84
3.3.1. Phương pháp đánh giá độ không đảm bảo đo ................................................... 84
3.3.1.1 Mô hình đo ............................................................................................................... 84
3
3.3.1.2. Đánh giá độ không đảm bảo chuẩn loại A .............................................................. 85
3.3.1.3. Đánh giá độ không đảm bảo đo chuẩn loại B.......................................................... 85
3.3.1.4. Đánh giá độ không đảm bảo đo chuẩn tổng hợp uc ................................................. 87
3.3.1.5. Độ không đảm bảo đo mở rộng ............................................................................... 88
3.3.2. Độ không đảm bảo đo của bộ tạo góc nhỏ ........................................................ 88
3.3.3. Nghiên cứu, tính toán xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ không đảm bảo đo
của bộ tạo góc nhỏ ....................................................................................................... 89
3.3.3.1. Đánh giá độ không đảm bảo đo của giao thoa kế laser uf(h) ................................... 89
3.3.3.2. Đánh giá độ không đảm bảo đo chiều dài cánh tay đòn u(L) .................................. 92
3.4. Nghiên cứu phương pháp đo chính xác độ dài cánh tay đòn ................................... 93
3.4.1. Xây dựng phương pháp đo ................................................................................ 93
3.4.2. Độ không đảm bảo đo của phép đo độ dài cánh tay đòn ................................... 95
3.4.3. Xây dựng mô hình thực nghiệm phép đo khoảng cách cánh tay đòn ................ 96
3.4.4. Độ không đảm bảo đo của phép đo chiều dài cánh tay đòn trên mô hình thực
nghiệm. ........................................................................................................................ 98
3.5. Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, tích hợp bộ tạo góc nhỏ ........................................... 99
3.5.1. Sơ đồ nguyên lý ................................................................................................. 99
3.5.2. Cánh tay đòn .................................................................................................... 100
3.5.3. Giao thoa kế laser ............................................................................................ 100
3.5.4 Phần mềm đo .................................................................................................... 100
3.6. Tính toán độ không đảm bảo đo của bộ tạo góc nhỏ được chế tạo ........................ 102
3.6.1. Xác định các thành phần độ không đảm bảo đo uf(h) của giao thoa kế laser .. 102
3.6.2 Tính toán thành phần độ không đảm bảo đo
nguon tai.lieu . vn
Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT............................................................ 5
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ................................................................................... 7
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................. 10
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 11
1. .Tính cấp thiết của đề tài luận án nghiên cứu ................................................................. 11
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................... 13
3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................. 13
4. Nội dung luận án ............................................................................................................. 14
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ..................................................................... 15
6. Các đóng góp mới của luận án ........................................................................................ 15
CHƯƠNG 1 ......................................................................................................................... 16
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHUẨN ĐO LƯỜNG QUỐC GIA LĨNH VỰC GÓC .. 16
1.1. Góc và chuẩn đo lường góc ...................................................................................... 17
1.1.1. Khái niệm về góc ............................................................................................... 17
1.1.2. Hệ thống chuẩn đo lường .................................................................................. 18
1.1.2.1. Chuẩn đo lường ....................................................................................................... 18
1.1.2.2. Hệ thống chuẩn đo lường ........................................................................................ 18
1.2. Chuẩn đo lường góc.................................................................................................. 19
1.2.1. Các dạng chuẩn góc nhỏ .................................................................................... 19
1.2.1.1. Ống tự chuẩn trực ( Autocollimator) ....................................................................... 19
1.2.1.2. Thước sin (Sine bar) ................................................................................................ 20
1.2.1.3. Ni vô ........................................................................................................................ 21
1.2.1.4. Chuẩn góc dạng căn mẫu......................................................................................... 21
1.2.2. Chuẩn góc toàn vòng ......................................................................................... 22
1.2.2.1. Đa diện góc.............................................................................................................. 22
1.2.2.2. Bàn phân độ ( Indexing table) ................................................................................. 23
1.2.2.3. Chuẩn góc toàn vòng dạng đĩa chia độ mã hóa (Rotary Encoder – RE) ................. 23
1.3. Hiệu chuẩn chuẩn, phương tiện đo ........................................................................... 24
1.3.1. Hiệu chuẩn ......................................................................................................... 24
1.3.2. Độ không đảm bảo đo ....................................................................................... 24
1.4. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc tại một số quốc gia trên thế giới . 25
1.4.1. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của Viện Quốc gia về chuẩn và
công nghệ Mỹ (NIST) ................................................................................................. 26
1.4.2. Hệ thống chuẩn đo lường lĩnh vực góc của PTB............................................... 26
1
1.4.3. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của INRIM .......................... 27
1.4.4. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của NMIJ .............................. 27
1.4.5. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của Viện đo lường Trung Quốc
..................................................................................................................................... 28
1.5. Chuẩn góc toàn vòng ................................................................................................ 29
1.5.1. Chuẩn góc toàn vòng kiểu cơ ............................................................................ 30
1.5.2. Chuẩn góc toàn vòng sử dụng laser vòng ......................................................... 30
1.5.3. Chuẩn góc toàn vòng sử dụng đĩa chia độ mã hóa góc quay ............................ 31
1.5.4. Đầu đọc.............................................................................................................. 33
1.5.5. Phương pháp đảm bảo đo lường chuẩn góc toàn vòng..................................... 34
1.5.5.1. Nguyên lý vòng tròn khép kín ................................................................................. 35
1.5.5.2. Phương pháp hiệu chuẩn chéo ................................................................................. 35
1.5.5.3. Phương pháp nhiều đầu đọc ................................................................................... 36
1.6. Bộ tạo góc nhỏ ......................................................................................................... 37
1.6.1. Mô hình lý thuyết. ............................................................................................. 37
1.6.2. Các nguyên lý tạo góc nhỏ ................................................................................ 38
1.6.2.1. Nguyên lý tang ........................................................................................................ 38
1.6.2.2. Nguyên lý sin .......................................................................................................... 39
1.6.2.3. Phân tích nguyên lý tạo góc nhỏ ............................................................................. 40
1.6.3. Một số bộ tạo góc nhỏ ...................................................................................... 40
1.6.3.1. Bộ tạo góc nhỏ kiểu cơ khí ( hình 1.28) .................................................................. 40
1.6.3.2. Bộ tạo góc nhỏ sử dụng động cơ dịch chuyển nhỏ chính xác ................................. 40
1.6.3.3. Bộ tạo góc nhỏ kiểu cơ quang ................................................................................ 41
1.7. Thực trạng chuẩn đo lường góc tại Việt Nam và nội dung nghiên cứu của luận án 42
1.7.1. Hiện trạng chuẩn đo lường lĩnh vực góc tại Việt Nam ..................................... 42
1.7.2. Đề xuất mô hình chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc tại Việt Nam ............ 43
1.7.3. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................... 44
CHƯƠNG 2 ......................................................................................................................... 45
CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CHUẨN GÓC TOÀN VÒNG............................. 45
2.1. Nguyên lý, phương pháp tạo chuẩn góc toàn vòng bằng đĩa chia độ kiểu gia số..... 45
2.1.1. Phương pháp đọc vạch chia ............................................................................... 46
2.1.2. Phương pháp nội suy nâng cao độ phân giải. .................................................... 48
2.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của chuẩn góc toàn vòng sử dụng
đĩa chia độ kiểu gia số ..................................................................................................... 49
2.2.1. Các dạng sai số của chuẩn góc toàn vòng sử dụng đĩa chia độ kiểu gia số ....... 49
2.2.2. Sai số toàn vòng ................................................................................................ 50
2.2.2.1. Sai số vị trí của vạch chia ........................................................................................ 50
2
2.2.2.2. Sai số chuyển động quay của đĩa chia độ ................................................................ 51
2.2.2.3. Độ ổn định của tâm quay......................................................................................... 53
2.3. Nghiên cứu giải pháp giảm thiểu sai số chuẩn góc toàn vòng gia số ....................... 53
2.3.1. Phương pháp giảm thiểu sai số do ảnh hưởng của lệch tâm.............................. 53
2.3.2. Phương pháp giảm thiểu sai số do ảnh hưởng độ nghiêng đĩa chia độ ............. 57
2.4. Nghiên cứu, xây dựng phương pháp tự hiệu chuẩn chuẩn góc toàn vòng gia số ..... 57
2.4.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp tự hiệu chuẩn chuẩn góc toàn vòng gia số bố
trí nhiều đầu đọc .......................................................................................................... 58
2.4.2. Xây dựng phương pháp tự hiệu chuẩn chuẩn góc toàn vòng gia số áp dụng
phương pháp EDA ....................................................................................................... 60
2.5. Thiết kế, chế tạo chuẩn góc toàn vòng gia số ........................................................... 64
2.5.1. Nghiên cứu lựa chọn, bố trí sơ đồ lắp đặt đầu đo .............................................. 64
2.5.2. Xác định các chi tiết quan trọng ........................................................................ 65
2.5.2.1. Đĩa chia độ và đầu đọc ............................................................................................ 65
2.5.2.2. Bộ nội suy tín hiệu .................................................................................................. 67
2.5.2.3. Ổ quay ..................................................................................................................... 68
2.5.3. Lắp đặt tích hợp hệ thống .................................................................................. 68
2.6. Đánh giá độ chính xác chuẩn toàn vòng gia số ........................................................ 69
2.6.1. Đánh giá độ chính xác bằng phương pháp tự hiệu chuẩn ................................. 69
2.6.2. Đánh giá chuẩn góc toàn vòng gia số thông qua so sánh vòng ......................... 74
2.6.2.1. Phương pháp so sánh vòng ...................................................................................... 74
2.6.2.2. So sánh kết quả đo với KRISS ................................................................................ 76
2.7. Kết luận chương hai.................................................................................................. 77
CHƯƠNG 3 ..................................................................................................................... 79
CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CHUẨN GÓC NHỎ........................................ 79
3.1. Cơ sở lý thuyết xây dựng chuẩn góc nhỏ ................................................................ 79
3.2. Nghiên cứu, xây dựng phương pháp tạo góc nhỏ ..................................................... 79
3.2.1. Thiết lập sơ đồ lý thuyết bộ tạo góc nhỏ quang cơ. ........................................... 80
3.2.1.1 Sơ đồ nguyên lý ........................................................................................................ 80
3.2.1.2. Phương pháp khắc phục ảnh hưởng tâm quay đến sai số của bộ tạo góc nhỏ ......... 81
3.2.1.3. Phương pháp đo xác định khoảng cách dịch chuyển của gương góc ...................... 83
3.2.2. Xây dựng mô hình lý thuyết bộ tạo góc nhỏ theo nguyên lý sin ....................... 83
3.3. Nghiên cứu ước lượng độ không đảm bảo đo của bộ tạo góc nhỏ ........................... 84
3.3.1. Phương pháp đánh giá độ không đảm bảo đo ................................................... 84
3.3.1.1 Mô hình đo ............................................................................................................... 84
3
3.3.1.2. Đánh giá độ không đảm bảo chuẩn loại A .............................................................. 85
3.3.1.3. Đánh giá độ không đảm bảo đo chuẩn loại B.......................................................... 85
3.3.1.4. Đánh giá độ không đảm bảo đo chuẩn tổng hợp uc ................................................. 87
3.3.1.5. Độ không đảm bảo đo mở rộng ............................................................................... 88
3.3.2. Độ không đảm bảo đo của bộ tạo góc nhỏ ........................................................ 88
3.3.3. Nghiên cứu, tính toán xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ không đảm bảo đo
của bộ tạo góc nhỏ ....................................................................................................... 89
3.3.3.1. Đánh giá độ không đảm bảo đo của giao thoa kế laser uf(h) ................................... 89
3.3.3.2. Đánh giá độ không đảm bảo đo chiều dài cánh tay đòn u(L) .................................. 92
3.4. Nghiên cứu phương pháp đo chính xác độ dài cánh tay đòn ................................... 93
3.4.1. Xây dựng phương pháp đo ................................................................................ 93
3.4.2. Độ không đảm bảo đo của phép đo độ dài cánh tay đòn ................................... 95
3.4.3. Xây dựng mô hình thực nghiệm phép đo khoảng cách cánh tay đòn ................ 96
3.4.4. Độ không đảm bảo đo của phép đo chiều dài cánh tay đòn trên mô hình thực
nghiệm. ........................................................................................................................ 98
3.5. Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, tích hợp bộ tạo góc nhỏ ........................................... 99
3.5.1. Sơ đồ nguyên lý ................................................................................................. 99
3.5.2. Cánh tay đòn .................................................................................................... 100
3.5.3. Giao thoa kế laser ............................................................................................ 100
3.5.4 Phần mềm đo .................................................................................................... 100
3.6. Tính toán độ không đảm bảo đo của bộ tạo góc nhỏ được chế tạo ........................ 102
3.6.1. Xác định các thành phần độ không đảm bảo đo uf(h) của giao thoa kế laser .. 102
3.6.2 Tính toán thành phần độ không đảm bảo đo