Luận án tiến sĩ chuyên ngành kỹ thuật cơ điện tử nghiên cứu công nghệ vision kết hợp với robot công nghiệp nhằm cải tiến độ chính xác trong quy trình sản xuất màn hình điện thoại

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN CẢNH THẮNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VISION KẾT HỢP VỚI ROBOT CƠNG NGHIỆP NHẰM CẢI TIẾN ĐỘ CHÍNH XÁC TRONG SẢN XUẤT MÀN HÌNH ĐIỆN THOẠI LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ HÀ NỘI - 2021 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN CẢNH THẮNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VISION KẾT HỢP VỚI ROBOT CÔNG NGHIỆP NHẰM CẢI TIẾN ĐỘ CHÍNH XÁC TRONG SẢN XUẤT MÀN HÌNH ĐIỆN THOẠI NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 8520114.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐỖ TRẦN THẮNG HÀ NỘI - 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sĩ:” Nghiên cứu công nghệ vision kết hợp với robot công nghiệp nhằm cải tiến độ xác quy trình sản xuất hình điện thoại” cơng trình cá nhân tơi Khơng vi phạm điều luật sở hữu trí tuệ Việt Nam Tơi xin chân thành cảm ơn Công ty TNHH Samsung Display Việt Nam tạo điều kiện cho tham gia nghiên cứu thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Mạnh Thắng cán hướng dẫn TS Đỗ Trần Thắng nhiệt tình giúp đỡ tơi q trình thực đề tài Cơng trình tài trợ phần từ đề tài Khoa học công nghệ cấp Đại Học Quốc Gia Hà Nội, mã số đề tài: QG.20.80 Hà Nội, ngày 29 tháng 01 năm 2021 Tác giả đề tài Nguyễn Cảnh Thắng MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu công nghệ vision 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Cách thành phần thiết bị Vision 1.2 Ưu điểm Cơng nghệ Vision sản xuất hình điện thoại 10 1.3 Tổng quan thiết bị kết hợp Robot – Vision – PLC 11 CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC PHẦN CỨNG HỆ THỐNG 13 2.1 Cấu trúc hệ thống vision cognex 13 2.1.1Camera CAM-CIC-1300-60-G 13 2.1.2 Card Frame Grabber 14 2.1.3 Card truyền thông CC24 15 2.2.1 Robot ABB IRB1200 16 2.2.2 Bộ điều khiển IRC5C compact 20 2.2.3 Module truyền thông CClink DSQC378B 21 2.3 PLC Mitsubishi module chuyên dụng 23 2.3.1 Nguồn Mitsubishi Q61P 23 2.3.2 PLC Q06UDVCPU 24 2.3.3 Module cclink QJ61BT11 25 2.3.4 Module điều khiển động QD77MS4 26 2.4 Cơ cấu chấp hành cảm biến sử dụng thiết bị 27 2.4.1 Cơ cấu chấp hành 27 2.4 cảm biến sử dụng thiết bị 30 CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH CHO HỆ THỐNG VÀ TRUYỀN THƠNG 31 3.1 Chu trình tổng quan hoạt động thiết bị 31 3.2 Lập trình vision Cognex 36 3.2.1 Cấu hình camera 36 3.2.2 Thiết lập dao diện 38 3.2.2 Chương trình 39 3.3 Lập trình PLC Mitsubishi 42 3.3.1 Cài đặt parameter 42 3.3.2 Cài đặt Intelligent Funtion Module 45 3.3.3 Lập trình cho PLC 46 3.4 Lập trình cho robot ABB 48 3.4.1 Khai báo 48 3.4.2 Chương trình 49 3.5 Phương thức truyền thông 52 3.5.1 Truyền thông Ethernet/IP 52 3.5.2 Truyền thông CClink 54 3.6 Kết dự án hướng phát triển 59 3.7 Kết luận đề tài 60 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Vision cognex nhận diện vị trí hàng hóa băng chuyền Hình Vision cognex đọc mã QRCode Hình Vision cognex kiểm tra lỗi sản phẩm Hình Phương thức chiếu sáng trực tiếp Hình Phương thức chiếu sáng gián tiếp Hình Phương thức chiếu sáng ngược Hình Hình ảnh cắt dọc ống kính Hình mối quan hệ tiêu cự góc nhìn ống kính camera Hình Mối quan hệ độ độ sâu trường ảnh Hình 10 Máy ảnh công nghiệp Cognex CIC 1300 Hình 11 Cấu tạo máy ảnh Hình 12 Phần mềm Cognex designer hãng cognex 10 Hình 13Cấu trúc hình điện thoại 10 Hình 14 Mơ tả khái qt thiết bị có kết hợp Robot,vision PLC 11 Hình 15 Chu trình tổng quát hoạt động thiết bị 12 Hình Camera CAM-CIC-1300-60-G 13 Hình 2 Card Frame Grabber CFG8724 15 Hình Card truyền thông cc24 Cognex 16 Hình Robot ABB IRB1200 17 Hình Các trục robot IRB 1200 17 Hình Bộ điều khiển robot IRC5C compact 20 Hình Các robot tương thích với điều khiển IRC5C compact 21 Hình DSQC 378B 22 Hình Cấu hình hệ thống cclink: 22 Hình 10 Các module khối điều khiển PLC 23 Hình 11 Module nguồn Q61P 24 Hình 12 Module Q06UDVCPU 24 Hình 13 Cấu hình tối đa hệ thống cclink 25 Hình 14 Module cclink QJ61BT11 26 Hình 15 Hệ thống điều khiển chuyển động có sử dụng QD77MS4 27 Hình 16 Servo motor HG-KR43B 27 Hình 17 Driver motor MR-J4-GE 28 Hình 18 Động băng tải 40W S9I40GXH-12CE 29 Hình 19 Biến tần Mitsubishi FR- A7NC E700 30 Hình 20 Cảm biến 30 Hình Sequence tổng quan 31 Hình Cài đặt IP cho camera 36 Hình 3 Cài đặt hình ảnh đầu vào 37 Hình Calibration camera 38 Hình Dao diện chương trình 38 Hình seqence dạng block Cognex Designer 39 Hình Block Cam_Acquire 40 Hình Training điểm mark scan area 40 Hình Miêu tả nguyên lý offset 41 Hình 10 thiết lập cần thiết 42 Hình 11 Cửa sổ thiết lập Built in Ethernet port setting 43 Hình 12 Cửa sổ thiết lập I/O Assignment 43 Hình 13 Cửa sổ thiết lập Program 44 Hình 14 Cửa sổ thiết cclink 45 Hình 15 Station information setting 45 Hình 16 thiết lập thơng số cho module QD77MS4 46 Hình 17 Cấu trúc chương trình 46 Hình 18 Cấu trúc chương trình main 47 Hình 19 Khai báo biến cho robot 48 Hình 20 Mơ hình Ethernet/IP 53 Hình 21 Phương thức đấu nối 53 Hình 22 áp dụng thực tế cho thiết bị 54 Hình 23 Hệ thống cclink 55 Hình 24 Truyền thông trạm chủ trạm từ xa I/O 56 Hình 25 Trạm chủ trạm thiết bị từ xa 57 Hình 26 Trạm chủ trạm cục 59 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Thông số kỹ thuật camera CIC- 1300-60-G 14 Bảng 2 Thông số kỹ thuật card frame Grabber 15 Bảng Thông số kỹ thuật Card truyền thông cc24 Cognex 16 Bảng Biên độ góc quay trục robot ABB1200 18 Bảng Tiêu chuẩn robot ABB đáp ứng 19 Bảng Thông số kỹ thuật điều khiển robot IRC5 Compact 21 Bảng Thông số kỹ thuật module cclink DSQC 378B 23 Bảng Thông số kỹ thuật module nguồn Q61P 24 Bảng Module Q06UDVCPU 25 Bảng 10 Thông số kỹ thuật module cclink QJ61BT11 26 Bảng 11 Thông số kỹ thuật Module điều khiển động QD77MS4 27 Bảng 12 Thông số kỹ thuật Servo motor HG-KR43B 28 Bảng 13 Thông số kỹ thuật Driver motor MR-J4-GE 28 Bảng 14 Thông số kỹ thuật động 40W S9I40GXH-12CE 29 Bảng 15 Thông số kỹ thuật biến tần Mitsubishi FR- A7NC E700 30 Bảng 16 thông số kỹ thuật cảm biến LEUZE ELECTRONIC - FT5iX3/2N 30 Bang sơ đồ đấu dây 54 CÁC TỪ TIẾNG ANH, VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Tiếng Anh CClink Calibration Camera Zoom Foundry Plus Robots FlexPedant Driver moto Xylinder Sensor IRC5 Compact Motor Robot controller Point Module Card Align Vacuum On Off CClink Calibration Trigger Picker Load Unload Home Alarm Configuration Exposure Time Tiếng Việt/ Giải thích Phương thức truyền thơng Hiệu chỉnh Máy ảnh Phóng to / thu nhỏ Một loại robot Tay cầm điều khiển robot Bộ khuếch đại servor Xy lanh Cảm biến IRC5 nhỏ gọn Mô tơ Bộ điều khiển robot Điểm Mô đun Bo mạch Căn chỉnh Chân không Bật Tắt Controller communication link Hiệu chỉnh Hoạt động Công cụ gắp sản phẩm Nhận sản phẩm Xuất sản phẩm Vị trí an tồn Cảnh báo Cấu hình Thời gian phơi sáng 56 Bên cạnh đó, thiết bị khác (biến tần, hiển thị, cảm biến, vv ) Hơn nữa, trạm chia thành trạm I/O từ xa (tương ứng với module I/O) trạm thiết bị từ xa (tương ứng với modele chức đặc biệt; biến tần, hiển thị, cảm biến, vv ) Trạm thiết bị thông minh Trạm thiết bị thông minh trạm (module giao diện RS-232C, module định vị trí, hiển thị, vv ) thực thi truyền thơng liệu sử dụng truyền tức thời 3.5.2.2 Nguyên lý truyền thông mạng cclink Truyền thông trạm chủ module I/O từ xa: Quá trình truyền thơng thực thi với tín hiệu on/off Hình 24 Truyền thơng trạm chủ trạm từ xa I/O 1) Một tín hiệu đầu vào từ thiết bị bên đến trạm I/O từ xa 57 2) Tín hiệu đầu vào từ xa (On/Off) trạm I/O từ xa lưu nhớ đệm (khu vực tín hiệu đầu vào từ xa) Modulechủ thông qua liên kết liệu 3) Thông tin tín hiệu đầu vào từ xa trạm I/O từ xa đọc từ nhớ đệm (vị trí tín hiệu đầu vào từ xa) Module master đến CPU PLC cách tự động làm 4) Kết tính tốn viết lại vào nhớ đệm (vị trí tín hiệu đầu từ xa) Modulechủ phương pháp tự động làm 5) Thông tin On/Off lưu nhớ đệm Module master (vị trí tín hiệu đầu từ xa) triển khai tới tín hiệu đầu từ xa trạm I/O từ xa thơng qua liên kết liệu 6) Tín hiệu xuất thiết bị bên từ trạm I/O từ xa Trạm chủ trạm thiết bị từ xa: Q trình truyền thơng thực thi với thông tin On/Off (đầu vào từ xa RX đầu từ xa RY) liệu số (thanh ghi từ xa) Hình 25 Trạm chủ trạm thiết bị từ xa 58 1) Tín hiệu đầu vào từ xa (On/Off) trạm thiết bị từ xa lưu nhớ đệm (vị trí tín hiệu đầu vào từ xa) module master liên kết liệu 2) Thơng tin tín hiệu đầu vào từ xa trạm thiết bị từ xa đọc từ nhớ đệm (vị trí tín hiệu đầu vào từ xa) module tới CPU PLC tự động làm 3) Kết tính tốn viết lại vào nhớ đệm (vị trí tín hiệu đầu từ xa) Module master phương pháp tự động làm 4) Thông tin On/Off lưu nhớ đệm Module Master (vị trí tín hiệu đầu từ xa) triển khai đến tín hiệu đầu từ xa trạm thiết bị từ xa liên kết liệu 5) Dữ liệu số viết vào nhớ đệm (vị trí đăng ký truyền từ xa) Module master tự động làm 6) Dữ liệu số lưu nhớ đệm (vị trí đăng ký truyền từ xa) Module master viết vào ghi từ xa trạm thiết bị từ xa liên kết liệu 7) Thanh ghi từ xa (dữ liệu số) trạm thiết bị từ xa lưu nhớ đệm (vị trí tiếp nhận ghi từ xa) Module master liên kết liệu 8) Dữ liệu số trạm thiết bị từ xa đọc nhớ đệm (vị trí tiếp nhận ghi từ xa) Module master tự động làm Trạm chủ trạm cục bộ: Truyền thông hai trạm thực qua bit On/Off theo ghi 59 Hình 26 Trạm chủ trạm cục Áp dụng cho thiết bị thực tế: Trong thiết bị thực tế sử dụng module master module device station module intelligent module sation I/O 3.6 Kết dự án hướng phát triển Trong kỷ nguyên công nghiệp hóa đại hóa đất nước Xu hướng giới quốc gia nắm bắt hội mà cách mang công nghiệp lần thứ mang lại việc tìm hiểu dần làm chủ cơng nghệ sản xuất công nghiệp tiên tiến vô cần thiết Luận văn mang lại tổng quan đến chi tiết cấu tạo tính phận cần thiết để phát triển cơng nghiệp tự động Vision machine Luận văn cịn cung cấp hệ thống cụ thể chi tiết thiết bị tự động công nghiệp giúp người đọc nắm thành phần chi tiết thiết bị hệ thống Công nghệ Vision dùng camera cognex, phần mềm cognex designer, Robot ABB1200, PLC Mitsubishi Q06UVD chi tiết cách cấu hình cài đặt, cách điều khiển mang lại nguồn tài liệu cho phát muốn phát triển hệ thống thiết bị tự động 60 Với việc lựa chọn phần cứng đại hãng có danh tiếng hàng đầu giới giúp tiếp cận công nghệ đại tiên tiến hàng đầu, phương thức thiết lập, điều khiển thơng minh nhà sản xuất từ mở tầm nhìn bao quát cho việc sử dụng nguyên vật liệu cấu thành hệ thống thiết bị Ngoài với việc lựa chọn phần cứng đại hãng có danh tiếng hàng đầu giới cịn tạo sản phẩm có tính ổn định độ tin cậy cao Hướng phát triển đề tài: Tiếp tục nghiên cứu hệ thống Công nghệ Vision kết hợp công nghệ AI để vừa thực công việc định vị sản phẩm vừa tích hợp cơng việc kiểm tra chi tiết sản phẩm 3.7 Kết luận đề tài Đề tài “nghiên cứu ứng dụng công nghệ vision kết hợp với robot công nghiệp nhằm cải tiến độ xác quy trình sản xuất hình điện thoại” Là đề tài thực tế cấp thiết với lợi ích mang lại : - Nâng cao chất lượng sản phẩm - Giảm giá thành sản phẩm - Điều khiển trình Nâng cao hiệu suất thiết bị - Giảm chi phí nhân cơng Cần tiếp tục đầu tư nghiên cứu phát triển 61 TÀI LIÊU THAM KHẢO Tiếng Anh [1] Vision machine Daekhon corporation Vission 2018 [2] Cognex industrial cameras.Cognex [3] Cognex cc24 comuniction card Cognex [4] Cognex CFG-8700 Series Cognex [5] CFG – 8724 4-CH PCI Express GigE PoE Grabber Mitsubishi Cognex [6] IRB 1200, M2004, Product specification.ABB Robotics [7] ABB Robotics Product Range Brochure 2019 ABB Robotics [8] IRB 1200, data sheet ABB Robotics [9] IRC Industrial Robot Controller, data sheet ABB Robotics [10] Melsec system Q programmable Logic controllers Use Manual Mitsubishi [11]Mitsubishi Programmable Controllers Training Manual CC-link(for Gx Works2).Mitsubishi [12] MELSEC-Q QD77MS Simple Motion Module User's Manual (Positioning Control.mitsubishi https://plcmitsubishi.com/tai-lieu-lap-trinh-plc-mitsubishi-tieng-viet.html https://www.cognex.com/products/machine-vision/vision-software/visionaccessories/io-cards https://new.abb.com/products/robotics/industrial-robots/irb-1200 62 PHỤ LỤC: Chương trình main PLC 63 64 65 66 67 68 69 70