Luận Án Tiến Sĩ Kỹ Thuật: Nghiên Cứu Thiết Kế Chế Tạo Bộ Chuẩn Đầu Góc Phẳng Nhỏ

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài luận án nghiên cứu

2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3. Phương pháp nghiên cứu

4. Nội dung luận án

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

6. Các đóng góp mới của luận án

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHUẨN ĐO LƯỜNG QUỐC GIA LĨNH VỰC GÓC

1.1. Góc và chuẩn đo lường góc

1.2. Hệ thống chuẩn đo lường

1.3. Các dạng chuẩn góc nhỏ

1.4. Ống tự chuẩn trực (Autocollimator)

1.5. Thước sin (Sine bar)

1.6. Chuẩn góc dạng căn mẫu

1.7. Chuẩn góc toàn vòng

1.8. Chuẩn góc toàn vòng dạng đĩa chia độ mã hóa (Rotary Encoder – RE)

1.9. Hiệu chuẩn chuẩn, phương tiện đo

1.10. Độ không đảm bảo đo

1.11. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc tại một số quốc gia trên thế giới

1.12. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của Viện Quốc gia về chuẩn và công nghệ Mỹ (NIST)

1.13. Hệ thống chuẩn đo lường lĩnh vực góc của PTB

1.14. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của INRIM

1.15. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của NMIJ

1.16. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của Viện đo lường Trung Quốc

1.17. Chuẩn góc toàn vòng

1.18. Chuẩn góc toàn vòng kiểu cơ

1.19. Chuẩn góc toàn vòng sử dụng laser vòng

1.20. Chuẩn góc toàn vòng sử dụng đĩa chia độ mã hóa góc quay

1.21. Phương pháp đảm bảo đo lường chuẩn góc toàn vòng

1.22. Nguyên lý vòng tròn khép kín

1.23. Phương pháp hiệu chuẩn chéo

1.24. Phương pháp nhiều đầu đọc

1.25. Bộ tạo góc nhỏ

1.26. Mô hình lý thuyết

1.27. Các nguyên lý tạo góc nhỏ

1.28. Phân tích nguyên lý tạo góc nhỏ

1.29. Một số bộ tạo góc nhỏ

1.30. Bộ tạo góc nhỏ kiểu cơ khí ( hình 1

1.31. Bộ tạo góc nhỏ sử dụng động cơ dịch chuyển nhỏ chính xác

1.32. Bộ tạo góc nhỏ kiểu cơ quang

1.33. Thực trạng chuẩn đo lường góc tại Việt Nam và nội dung nghiên cứu của luận án

1.34. Hiện trạng chuẩn đo lường lĩnh vực góc tại Việt Nam

1.35. Đề xuất mô hình chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc tại Việt Nam

1.36. Nội dung nghiên cứu

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CHUẨN GÓC TOÀN VÒNG

2.1. Nguyên lý, phương pháp tạo chuẩn góc toàn vòng bằng đĩa chia độ kiểu gia số

2.2. Phương pháp đọc vạch chia

2.3. Phương pháp nội suy nâng cao độ phân giải

2.4. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của chuẩn góc toàn vòng sử dụng đĩa chia độ kiểu gia số

2.5. Các dạng sai số của chuẩn góc toàn vòng sử dụng đĩa chia độ kiểu gia số

2.6. Sai số toàn vòng

2.7. Sai số vị trí của vạch chia

2.8. Sai số chuyển động quay của đĩa chia độ

2.9. Độ ổn định của tâm quay

2.10. Nghiên cứu giải pháp giảm thiểu sai số chuẩn góc toàn vòng gia số

2.11. Phương pháp giảm thiểu sai số do ảnh hưởng của lệch tâm

2.12. Phương pháp giảm thiểu sai số do ảnh hưởng độ nghiêng đĩa chia độ

2.13. Nghiên cứu, xây dựng phương pháp tự hiệu chuẩn chuẩn góc toàn vòng gia số

2.14. Cơ sở lý thuyết của phương pháp tự hiệu chuẩn chuẩn góc toàn vòng gia số bố trí nhiều đầu đọc

2.15. Xây dựng phương pháp tự hiệu chuẩn chuẩn góc toàn vòng gia số áp dụng phương pháp EDA

2.16. Thiết kế, chế tạo chuẩn góc toàn vòng gia số

2.17. Nghiên cứu lựa chọn, bố trí sơ đồ lắp đặt đầu đo

2.18. Xác định các chi tiết quan trọng

2.19. Đĩa chia độ và đầu đọc

2.20. Bộ nội suy tín hiệu

2.21. Lắp đặt tích hợp hệ thống

2.22. Đánh giá độ chính xác chuẩn toàn vòng gia số

2.23. Đánh giá độ chính xác bằng phương pháp tự hiệu chuẩn

2.24. Đánh giá chuẩn góc toàn vòng gia số thông qua so sánh vòng

2.25. Phương pháp so sánh vòng

2.26. So sánh kết quả đo với KRISS

2.27. Kết luận chương hai

3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CHUẨN GÓC NHỎ

3.1. Cơ sở lý thuyết xây dựng chuẩn góc nhỏ

3.2. Nghiên cứu, xây dựng phương pháp tạo góc nhỏ

3.3. Thiết lập sơ đồ lý thuyết bộ tạo góc nhỏ quang cơ

3.4. Phương pháp khắc phục ảnh hưởng tâm quay đến sai số của bộ tạo góc nhỏ

3.5. Phương pháp đo xác định khoảng cách dịch chuyển của gương góc

3.6. Xây dựng mô hình lý thuyết bộ tạo góc nhỏ theo nguyên lý sin

3.7. Nghiên cứu ước lượng độ không đảm bảo đo của bộ tạo góc nhỏ

3.8. Phương pháp đánh giá độ không đảm bảo đo

3.9. Đánh giá độ không đảm bảo chuẩn loại A

3.10. Đánh giá độ không đảm bảo đo chuẩn loại B

3.11. Đánh giá độ không đảm bảo đo chuẩn tổng hợp uc

3.12. Độ không đảm bảo đo mở rộng

3.13. Độ không đảm bảo đo của bộ tạo góc nhỏ

3.14. Nghiên cứu, tính toán xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ không đảm bảo đo của bộ tạo góc nhỏ

3.15. Đánh giá độ không đảm bảo đo của giao thoa kế laser uf(h)

3.16. Đánh giá độ không đảm bảo đo chiều dài cánh tay đòn u(L)

3.17. Nghiên cứu phương pháp đo chính xác độ dài cánh tay đòn

3.18. Xây dựng phương pháp đo

3.19. Độ không đảm bảo đo của phép đo độ dài cánh tay đòn

3.20. Xây dựng mô hình thực nghiệm phép đo khoảng cách cánh tay đòn

3.21. Độ không đảm bảo đo của phép đo chiều dài cánh tay đòn trên mô hình thực nghiệm

3.22. Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, tích hợp bộ tạo góc nhỏ

3.23. Giao thoa kế laser

3.24. Tính toán độ không đảm bảo đo của bộ tạo góc nhỏ được chế tạo

3.25. Xác định các thành phần độ không đảm bảo đo uf(h) của giao thoa kế laser

3.26. 2 Tính toán thành phần độ không đảm bảo đo 𝒖𝒂(𝒉) do ảnh hưởng của việc lắp đặt hệ thống

3.27. Xác định thành phần u(L)

3.28. 1 Xác định giá trị u(LC)

3.29. Xác định thành phần độ không đảm bảo đo 𝑢𝐸(𝐿)

3.30. 4 Xác định độ không đảm bảo đo tổng hợp chuẩn 𝒖𝒄(𝜽)của bộ tạo góc nhỏ

3.31. Đánh giá bộ tạo góc nhỏ bằng phương pháp so sánh liên phòng

3.32. Kết luận chương ba

4. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG HỆ THỐNG CHUẨN ĐO LƯỜNG QUỐC GIA LĨNH VỰC GÓC

4.1. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc

4.2. Tích hợp hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc

4.3. Dẫn xuất chuẩn đo lường lĩnh vực góc

4.4. Xây dựng phương pháp hiệu chuẩn sử dụng chuẩn đo lường góc được thiết lập

4.5. Xây dựng phương pháp hiệu chuẩn ống tự chuẩn trực sử dụng bộ tạo góc nhỏ

4.6. Xác định vị trí kiểm ban đầu (vị trí gốc)

4.7. Phương pháp hiệu chuẩn

4.8. Độ không đảm bảo đo của phép hiệu chuẩn ống tự chuẩn trực sử dụng bộ tạo góc nhỏ

4.9. Xây dựng phương pháp hiệu chuẩn đa diện góc

4.10. 1 Lắp đặt thiết bị

4.11. Phương pháp hiệu chuẩn

4.12. Tính toán độ không đảm bảo đo của phép hiệu chuẩn đa diện góc sử dụng chuẩn góc toàn vòng

4.13. Kết luận chương bốn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

I. Giới thiệu và tính cấp thiết của luận án

Luận án tiến sĩ kỹ thuật tập trung vào nghiên cứu, thiết kế, và chế tạo bộ chuẩn đầu góc phẳng nhỏ, một thiết bị quan trọng trong lĩnh vực công nghệ đo lường. Góc là đại lượng đo cơ bản trong nhiều ngành kỹ thuật như cơ khí, điều khiển tự động, và trắc địa. Việc thiết lập hệ thống chuẩn đo lường quốc gia về góc là cần thiết để đảm bảo độ chính xác và thống nhất trong các phép đo. Hiện nay, Việt Nam chưa có hệ thống chuẩn góc hoàn thiện, dẫn đến việc phải hiệu chuẩn tại các nước khác, gây tốn kém và bất tiện. Luận án này nhằm khắc phục tình trạng đó bằng cách phát triển bộ chuẩn góc phẳng nhỏ với độ chính xác cao, phù hợp với nhu cầu thực tiễn.

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận án là thiết kế và chế tạo bộ chuẩn đầu góc phẳng nhỏ với độ chính xác cao, đáp ứng yêu cầu của công nghệ đo lường hiện đại. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc phân tích các phương pháp đo góc hiện có, đánh giá độ chính xác, và đề xuất giải pháp tối ưu. Luận án cũng tập trung vào việc chuẩn hóa kỹ thuật và ứng dụng kỹ thuật trong thực tế, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và dịch vụ đo lường tại Việt Nam.

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Luận án có ý nghĩa khoa học lớn khi đóng góp vào việc phát triển kỹ thuật đo lường và chuẩn hóa thiết bị trong lĩnh vực góc. Về mặt thực tiễn, việc thiết kế và chế tạo thành công bộ chuẩn đầu góc phẳng nhỏ sẽ giúp Việt Nam tự chủ trong việc hiệu chuẩn các thiết bị đo góc, giảm chi phí và thời gian. Đồng thời, nghiên cứu này cũng mở ra hướng phát triển mới cho ngành kỹ thuật cơ khí và công nghệ đo lường tại Việt Nam.

II. Tổng quan về hệ thống chuẩn đo lường góc

Luận án cung cấp cái nhìn tổng quan về hệ thống chuẩn đo lường quốc gia và quốc tế trong lĩnh vực góc. Các thiết bị đo góc như ống tự chuẩn trực, thước sin, và chuẩn góc toàn vòng được phân tích chi tiết. Luận án cũng so sánh các hệ thống chuẩn góc tại các viện đo lường quốc gia hàng đầu như NIST (Mỹ), PTB (Đức), và NMIJ (Nhật Bản). Qua đó, nghiên cứu chỉ ra sự cần thiết của việc phát triển bộ chuẩn đầu góc phẳng nhỏ tại Việt Nam để đáp ứng nhu cầu đo lường hiện đại.

2.1. Các dạng chuẩn góc nhỏ

Luận án phân tích các dạng chuẩn góc nhỏ như ống tự chuẩn trực, thước sin, và chuẩn góc dạng căn mẫu. Mỗi loại có ưu nhược điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng cụ thể. Ống tự chuẩn trực được sử dụng rộng rãi nhờ độ chính xác cao, trong khi thước sin phù hợp cho các phép đo đơn giản. Nghiên cứu cũng đề xuất việc kết hợp các phương pháp để tối ưu hóa hiệu quả đo lường.

2.2. Hệ thống chuẩn đo lường quốc tế

Luận án so sánh hệ thống chuẩn đo lường tại các viện đo lường quốc gia hàng đầu như NIST, PTB, và NMIJ. Các hệ thống này đều sử dụng chuẩn góc toàn vòng và thiết bị đo góc hiện đại, đạt độ chính xác lên đến 0,005. Nghiên cứu chỉ ra rằng Việt Nam cần đầu tư vào công nghệ đo lường tiên tiến để bắt kịp với các nước trong khu vực và thế giới.

III. Phương pháp nghiên cứu và thiết kế

Luận án trình bày chi tiết các phương pháp nghiên cứu và thiết kế bộ chuẩn đầu góc phẳng nhỏ. Nghiên cứu sử dụng các phương pháp đo lường hiện đại như giao thoa kế laser và phương pháp đọc vạch chia để đảm bảo độ chính xác cao. Quá trình thiết kế cơ khí và chế tạo được thực hiện với sự hỗ trợ của các phần mềm mô phỏng và thiết bị đo lường tiên tiến. Kết quả là một bộ chuẩn góc phẳng nhỏ với độ chính xác đạt tiêu chuẩn quốc tế.

3.1. Phương pháp đo lường và đánh giá

Luận án sử dụng giao thoa kế laser để đo các góc nhỏ với độ chính xác cao. Phương pháp này dựa trên nguyên lý giao thoa ánh sáng, cho phép đo các góc cực nhỏ với sai số tối thiểu. Ngoài ra, phương pháp đọc vạch chia được áp dụng để tăng độ phân giải và độ chính xác của phép đo. Các kết quả đo được đánh giá thông qua phương pháp so sánh liên phòng để đảm bảo tính khách quan và chính xác.

3.2. Thiết kế và chế tạo bộ chuẩn góc

Quá trình thiết kế và chế tạo bộ chuẩn đầu góc phẳng nhỏ được thực hiện với sự hỗ trợ của các phần mềm mô phỏng như CAD và ANSYS. Các chi tiết quan trọng như đĩa chia độ và đầu đọc được thiết kế tối ưu để giảm thiểu sai số. Kết quả là một bộ chuẩn góc với độ chính xác cao, đáp ứng yêu cầu của công nghệ đo lường hiện đại.

IV. Kết quả và ứng dụng thực tiễn

Luận án đã thành công trong việc thiết kế và chế tạo bộ chuẩn đầu góc phẳng nhỏ với độ chính xác cao. Kết quả đo lường được đánh giá thông qua phương pháp so sánh liên phòng, cho thấy độ chính xác đạt tiêu chuẩn quốc tế. Bộ chuẩn góc này có thể được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như cơ khí, trắc địa, và điều khiển tự động, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và dịch vụ đo lường tại Việt Nam.

4.1. Đánh giá độ chính xác

Kết quả đo lường được đánh giá thông qua phương pháp so sánh liên phòng với các viện đo lường quốc tế như KRISS (Hàn Quốc). Kết quả cho thấy bộ chuẩn đầu góc phẳng nhỏ đạt độ chính xác cao, phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế. Điều này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của nghiên cứu.

4.2. Ứng dụng thực tiễn

Bộ chuẩn đầu góc phẳng nhỏ có thể được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như cơ khí, trắc địa, và điều khiển tự động. Nó giúp nâng cao độ chính xác của các phép đo, từ đó cải thiện chất lượng sản phẩm và dịch vụ. Nghiên cứu này cũng mở ra hướng phát triển mới cho ngành kỹ thuật đo lường tại Việt Nam.

Luận Án Tiến Sĩ Kỹ Thuật: Nghiên Cứu Và Thiết Kế Bộ Chuẩn Đầu Góc Phẳng Nhỏ