1. Trang chủ
  2. » Giáo Dục - Đào Tạo

Thiết kế và chế tạo máy kiểm tra bề mặt của chi tiết

97 16 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Thiết Kế Và Chế Tạo Máy Kiểm Tra Bề Mặt Của Chi Tiết
Tác giả Lê Minh Quốc, Phạm Quốc Cường, Nguyễn Thành Đạt
Người hướng dẫn ThS. Nguyễn Minh Triết
Trường học Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
Thể loại Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản 2023
Thành phố Tp. Hồ Chí Minh
Định dạng
Số trang 97
Dung lượng 10,72 MB

Cấu trúc

  • CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN (8)
    • 1.1 Tổng quan về đề tài (18)
    • 1.2. Tính cấp thiết của đề tài (20)
      • 1.2.1. Lý do chọn đề tài (20)
      • 1.2.2. Tác động xung quanh (20)
      • 1.2.3. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài (20)
      • 1.2.4. Mục tiêu đề tài (20)
      • 1.2.5. Giới hạn đề tài (21)
    • 1.3. Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu (21)
      • 1.3.1. Cách tiếp cận đề tài nghiên cứu (21)
      • 1.3.2. Phương pháp nghiên cứu (22)
  • CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP LUẬN (23)
    • 2.1 Các phương pháp kiểm tra bề mặt của chi tiết hiện nay (23)
      • 2.1.1. Kiểm tra bề mặt bằng đồng hồ so (23)
      • 2.1.2 Kiểm tra bề mặt bằng thước thuỷ (27)
    • 2.2. Cơ sở lý thuyết cảm biến dịch chuyển laser (31)
      • 2.2.1 Nguyên lý hoạt động của cảm biến dịch chuyển laser (32)
      • 2.2.2 Cấu tạo của cảm biến dịch chuyển laser (33)
      • 2.2.3 Các ưu nhược điểm của cảm biến dịch chuyển laser (33)
    • 2.3 Cơ sở lý thuyết bàn rà chuẩn (Bàn MAP) (34)
      • 2.3.1 Các loại bàn rà chuẩn trên thị trường (34)
  • CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ (36)
    • 3.1. Yêu cầu thiết kế (36)
      • 3.1.1. Yêu cầu kiểm tra (36)
      • 3.1.2. Yêu cầu về kết cấu cơ khí (36)
      • 3.1.3. Quy trình vận hành và các nội dung tính toán (37)
    • 3.2. Thiết kế hình dáng khung máy (37)
    • 3.3. Tính toán thiết kế và chọn lựa (42)
      • 3.3.1. Tính toán chọn động cơ (42)
      • 3.3.2. Tổng quan tính toán, chọn lựa bộ truyền (45)
      • 3.3.3 Tính toán, chọn lựa trục (54)
  • CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (57)
    • 4.1. Thiết kế hệ thống điều khiển (57)
      • 4.1.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển (57)
      • 4.1.2. Tín hiệu và dữ liệu đầu vào (58)
      • 4.1.3. Điều khiển cơ cấu chấp hành (60)
      • 4.1.4. Sơ đồ giải thuật điều khiển (60)
      • 4.1.5. Điều kiện an toàn điều khiển (62)
    • 4.2. Thiết kế hệ thống điện (62)
      • 4.2.1. Tổng quan về hệ thống điện (63)
      • 4.2.2. Thiết kế mạch điều khiển (63)
      • 4.2.3. Danh sách thiết bị điện (64)
      • 4.2.4. Thiết kế bảng điện – tủ điện (67)
    • 4.3. Tính toán điều khiển động cơ bước (71)
      • 4.3.1. Cấu hình driver (71)
      • 4.3.2. Tính toán các thông số điều khiển (72)
    • 4.4. tính toán xử lí các tín hiệu từ cảm biến (74)
    • 4.5. Quy trình quét chi tiết và thu thập dữ liệu (76)
    • 4.6. Giám sát và thu thập giá trị vận hành (77)
    • 4.7. Xử lý dữ liệu vận hành (80)
  • CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM (84)
    • 5.1 Kết quả (84)
      • 5.1.1 Kết cấu khung máy (84)
      • 5.1.2. Hệ thống điện – điều khiển (84)
      • 5.1.3 Thông số máy (84)
    • 5.2. Thực nghiệm kiểm tra độ chính xác và ổn định của máy (84)
  • CHƯƠNG 6. TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI (90)
    • 6.1 Những thành tựu đạt được (90)
    • 6.2 Những mặt hạn chế (90)
    • 6.3 Hướng phát triển đề tài (91)
  • TÀI LIỆU THAM KHẢO (92)
  • PHỤ LỤC (94)
    • CHƯƠNG 2 Hình 2.1: Kiểm tra vật mẫu bằng đồng hồ so (0)
    • CHƯƠNG 3 Hình 3.1: Khung máy thiết kế trên phần mềm solidworks (0)
    • CHƯƠNG 4 Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển máy kiểm tra bề mặt chi tiết (0)
    • CHƯƠNG 5 Hình 5.1: Bản vẽ yêu cầu gia công (0)

Nội dung

TỔNG QUAN

Tổng quan về đề tài

Nghiên cứu trong nước cho thấy rằng các phương pháp kiểm tra bề mặt thủ công hiện đang được sử dụng rộng rãi để đo các yếu tố như mặt thẳng, mặt phẳng, độ song song, độ vuông góc và độ nghiêng Những phương pháp này chủ yếu dựa vào các công cụ chuyên dụng như dao rà phẳng, thước kiểm tra góc, thước sin, thước đo độ nghiêng, thước ni vô và thước dây dọi Để nâng cao độ chính xác và đơn giản hóa quy trình kiểm tra, việc ứng dụng công nghệ vào kiểm tra mặt phẳng đã trở thành một xu hướng, giúp người kiểm tra giảm thiểu các thao tác phức tạp.

Mặc dù công nghệ hiện đại đã phát triển, nhiều quốc gia vẫn duy trì việc sử dụng các phương pháp kiểm tra bề mặt chi tiết theo cách truyền thống Họ chỉ cải tiến các dụng cụ để đáp ứng tốt hơn nhu cầu phát triển, nâng cao độ chính xác và độ bền của quá trình kiểm tra.

Hình 1.1 Kiểm tra độ phẳng và độ thẳng Với “Hình 1.1[3]” đây là phương pháp kiểm tra độ phẳng và độ thẳng của chi tiết bằng thước rà thẳng

Hình 1.2 Kiểm tra độ song song, độ nghiêng Với “Hình 1.2[3]” đây là phương pháp kiểm tra độ song song, độ nghiêng của chi tiết bằng đồng hồ so

Hình 1.3 Kiểm tra độ phẳng Ở “Hình 1.3[3]” diễn tả phương pháp kiểm tra độ phẳng của chi tiết bằng phương pháp so sánh với mặt phẳng chuẩn

Hình 1.4 Thước kiểm tra góc Với “Hình 1.4[3]” đây là phương pháp kiểm tra độ nghiêng của chi tiết bằng thước kiểm tra góc

Tính cấp thiết của đề tài

1.2.1 Lý do chọn đề tài

Kiểm tra bề mặt chi tiết là một quy trình phức tạp, đòi hỏi nhiều thiết bị và dụng cụ đi kèm, gây tốn kém chi phí Ngoài ra, việc kiểm tra thủ công mất nhiều thời gian và có thể dẫn đến hao mòn thiết bị, gây ra sai lệch lớn sau nhiều lần kiểm tra.

Để giảm thiểu công sức cho người đo đạc và nâng cao độ chính xác, việc tự động hóa quá trình đo đạc bằng máy móc kỹ thuật là một lựa chọn hợp lý Nhóm nghiên cứu đã quyết định thực hiện đề tài: “Thiết kế và chế tạo máy kiểm tra bề mặt của chi tiết” nhằm tăng năng suất và tối ưu hóa chi phí đầu tư và vận hành.

Xã hội hiện đại đang trải qua sự phát triển mạnh mẽ, với chất lượng sống ngày càng cao, cùng với sự bùng nổ của công nghiệp 4.0 Do đó, việc áp dụng công nghệ tự động vào các phương pháp truyền thống để cải tiến và nâng cao hiệu quả là vô cùng cần thiết.

Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu có thể cao, nhưng doanh nghiệp sẽ tận dụng được thiết bị trong thời gian dài nhờ vào độ bền và năng suất vượt trội so với các phương pháp truyền thống.

1.2.3 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Đề tài sau khi thực hiện thành công sẽ đóng góp vào cơ sở lý thuyết của hoạt động kiểm tra bề mặt của chi tiết Từ đó ứng dụng các kiến thức khoa học kỹ thuật được học vào giải quyết bài toán thực tế Đối với nhóm thực hiện, đề tài là cơ hội để xem lại và hiểu sâu sắc hơn các kiến thức đã được học, có cơ hội rèn luyện, tích lũy kinh nghiệm nâng cao các kỹ năng về chuyên môn và xử lý tình huống thực tế Hiểu được cơ bản quy trình và tiêu chuẩn để chế tạo một thiết bị máy móc phục vụ sản xuất từ khâu phát hiện được vấn đề bất cập, tìm hiểu nhu cầu, lên ý tưởng thiết kế đến chế tạo, điều khiển, thực nghiệm, đánh giá và mang đến cho người sử dụng

Vận dụng kiến thức về cơ cấu truyền động, tính toán động cơ, thiết kế cơ khí, sơ đồ điện đấu dây, và lập trình vận hành để thiết kế mô hình máy kiểm tra bề mặt Máy hoàn thành sẽ đáp ứng các tiêu chí chất lượng và hiệu suất cao.

Máy kiểm tra bề mặt mang lại năng suất và độ chính xác vượt trội so với các phương pháp truyền thống, giúp tăng cường số lượng kiểm tra lỗi hàng ngày Thiết kế tự động hóa của máy giảm bớt công sức cho người sử dụng, với giao diện thân thiện dễ dàng tương tác Ngoài ra, thiết kế tối giản và thẩm mỹ của máy không chiếm quá nhiều diện tích, thuận tiện cho việc lắp đặt Cuối cùng, máy đảm bảo độ tin cậy cao, xác định chính xác các lỗi, giúp tránh bỏ sót chi tiết lỗi và giảm thiểu rủi ro không cần thiết.

Máy có khả năng lưu trữ dữ liệu, cho phép ghi lại thông tin sau khi thực hiện đo đạc Điều này hỗ trợ cho việc báo cáo, thống kê và phân tích dữ liệu, từ đó giúp đưa ra những điều chỉnh cần thiết cho hoạt động sản xuất.

1.2.5 Giới hạn đề tài Để thuận lợi cho việc thực hiện việc thiết kế, chế tạo ra máy kiểm tra bề mặt của chi tiết với kích thước của khung máy là 67x57x10 cm, kích thước tủ điện là 63x58x25 cm và kích thước của bàn map là 1000x63x105 cm nên nhóm đã giới hạn lại kích thước của chi tiết cần đo là 215x250x8 mm Dựa vào đó để có thể dễ dàng đánh giá sự hiệu quả mà máy mang lại để từ đó có thể dễ dàng đánh giá, thẩm định những yêu cầu cần cải tiến, phát triển, nâng cấp hoặc thiết kế, chế tạo mới để có thể mang lại giá trị chuẩn xác cao nhất Hơn thế nữa, đề tài cũng tập trung tìm ra phương pháp và nguyên lý kiểm tra bề mặt chi tiết hiệu quả nhất để từ đó tiến hành việc thiết kế các chi tiết và cụm cơ khí phù hợp Cuối cùng đó là xây dựng hệ thống điện và điều khiển các thiết bị để đáp ứng được mục tiêu đã được đề ra.

Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu

1.3.1 Cách tiếp cận đề tài nghiên cứu

- Thu thập thông tin, hình ảnh, các thông số kỹ thuật, các tài liệu liên quan, nguyên lý hoạt động của các phương pháp kiểm tra mặt phẳng

- Phân tích và tối ưu các phương án đề ra chọn phương án tối ưu nhất để thiết kế

- Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn về phương pháp kiểm tra bề mặt

- Nhu cầu của công ty, xí nghiệp về việc đầu tư cho máy kiểm tra bề mặt

- Thực nghiệm/kiểm nghiệm kết quả nghiên cứu

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu a Phương pháp nghiên cứu lý luận

Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết từ các tài liệu chuyên ngành là bước quan trọng trong việc lựa chọn các phương án thiết kế phù hợp Qua đó, chúng ta có thể phát triển máy kiểm tra mặt phẳng hiệu quả Việc áp dụng kiến thức chuyên môn giúp tối ưu hóa quy trình thiết kế và chế tạo, đảm bảo máy kiểm tra đáp ứng được các tiêu chuẩn kỹ thuật cần thiết.

Phương pháp mô hình hóa được sử dụng để xác định kích thước kết cấu, yêu cầu kỹ thuật, nguyên lý hoạt động và khả năng vận hành, từ đó phục vụ cho quá trình chế tạo Bên cạnh đó, phương pháp nghiên cứu thực tiễn cũng đóng vai trò quan trọng trong việc áp dụng những lý thuyết vào thực tế.

- Nghiên cứu cách thức sử dụng các phương pháp truyền thống để áp dụng vào cải tiến

- Phương pháp thực nghiệm khoa học

PHƯƠNG PHÁP LUẬN

Các phương pháp kiểm tra bề mặt của chi tiết hiện nay

Kiểm tra bề mặt chi tiết là một công việc quan trọng trong ngành cơ khí, nhằm đảm bảo chất lượng bề mặt sau quá trình gia công Điều này giúp các chi tiết hoạt động chính xác và chịu được tải trọng cũng như áp lực lớn.

Việc kiểm tra chất lượng bề mặt chi tiết là rất quan trọng để ngăn ngừa các vấn đề nghiêm trọng cho máy móc và thiết bị Để phát hiện sự sai lệch bề mặt, nhiều phương pháp và thiết bị như mẫu so sánh, đồng hồ so và thước ni vô được sử dụng Đồng hồ so, một thiết bị đo cơ khí có độ chính xác cao, là công cụ không thể thiếu cho kỹ sư và nhà thiết kế trong việc kiểm tra bề mặt sau gia công Nó giúp đo độ thẳng, độ đảo hướng và độ song song của rãnh sản phẩm, từ đó hỗ trợ việc căn chỉnh, chỉnh sửa hoặc thay thế sản phẩm kịp thời Thiết bị này cũng được sử dụng để căn chỉnh và cố định, đảm bảo không xảy ra sai số trong quá trình kiểm tra.

Hình 2.1: Kiểm tra vật mẫu bằng đồng hồ so Hình 2.1[4] trình bày quá trình kiểm tra chi tiết bằng đồng hồ so

2.1.1.1 Cấu tạo đồng hồ so

Chiếc đồng hồ so được cấu tạo từ nhiều bộ phận quan trọng, bao gồm đầu đo, trục đo, ống lót, cơ cấu truyền động và khung ngoài Ngoài ra, còn có một số bộ phận khác như nắp chụp, vít hãm và cần kẹp, tất cả đều góp phần vào chức năng và độ chính xác của đồng hồ so.

Hình 2.2: Cấu tạo đồng hồ so

Chiếc đồng hồ so được cấu tạo từ nhiều bộ phận quan trọng, bao gồm: đầu đo, thanh răng, mặt số lớn, kim lớn, kim nhỏ, mặt số nhỏ, ống dẫn hướng, thân và nắp Những thành phần này phối hợp chặt chẽ để đảm bảo chức năng chính xác của đồng hồ so.

Hệ thống truyền động của đồng hồ so được tích hợp bên trong thân 8 và nắp 9, cho phép đồng hồ quay cùng với mặt số lớn hơn, giúp dễ dàng điều chỉnh vị trí của mặt số khi cần thiết.

2.1.1.2 Nguyên lý làm việc của đồng hồ so Đồng hồ so hoạt động dựa theo nguyên lý đó chính là phần trục chính của đồng hồ sẽ di chuyển rồi nhân với giá trị đọc được của thang đo do phần kim hiển thị Và tại vị trí này đồng hồ chính quay từ bánh răng và bánh răng đã được chỉ thị từ trước đó Với nguyên lý làm việc đơn giản như vậy, nhà sản xuất sẽ thêm vào đó một số thiết bị bổ trợ tương ứng tùy vào mục đích hay các loại sản phẩm.

2.1.1.3 Phân loại đồng hồ so Đồng hồ so cơ khí như “Hình 2.3[5]” loại tiêu chuẩn:

Đồng hồ so cơ khí là thiết bị đo có đầu đo và trục đo linh hoạt, cho phép di chuyển dễ dàng lên hoặc xuống Vạch đo của thiết bị này có độ chia từ 0,01mm đến 0,002mm, với phạm vi đo có thể từ 0 – 1mm, 1 – 5mm, hoặc 1 – 10mm.

- Đồng hồ so chân què loại chân gập hoặc đòn bẫy như “Hình 2.4[5]”:

Đồng hồ so chân què sử dụng nguyên lý cộng hưởng đòn bẩy để khuếch đại sự di chuyển của đầu đo Với thiết kế nhỏ gọn và chân đo linh hoạt, thiết bị này mang lại sự tiện lợi trong việc đo đạc.

9 do, thoải mái Vì vậy nó rất phù hợp với các góc đo khó khăn, phức tạp, không gian đo giới hạn

- Đồng hồ so lớn loại dài như Hình 2.5[5]:

Đồng hồ so loại đo lớn, như tên gọi, được thiết kế để đo các kích thước lớn hơn, với phạm vi đo từ 20mm đến 100mm và độ chia vạch là 0.01mm.

- Đồng hồ so dạng điện tử như “Hình 2.6[5]”:

Đồng hồ so điện tử, giống như các loại đồng hồ so thông thường, nổi bật với thiết kế hiện đại và tính năng ưu việt Sản phẩm này được lắp đặt một cách tinh tế, mang lại độ chính xác cao trong việc đo lường.

Màn hình LCD mang lại sự thuận tiện trong việc đọc kết quả nhanh chóng, với mọi thông số kỹ thuật được hiển thị dưới dạng điện tử Thiết bị này có thể hoạt động hiệu quả trên mọi loại địa hình, không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài như đồng hồ cơ khí.

2.1.1.4 Ưu điểm và nhược điểm của đồng hồ so Ưu điểm: Có khả năng đo đạc hoặc so sánh các vị trí khác nhau với độ chính xác cao Đồng hồ so càng hiện đại thì độ chia và phạm vi đo rộng

Nhược điểm: Để có được kết quả chính xác thì cần phải thực hiện việc đo đạc nhiều lần

Phương pháp đo so sánh là một kỹ thuật phổ biến hiện nay, giúp giảm thiểu sai số do các yếu tố như nhiệt độ, lực đo và lỗi giám sát Phương pháp này rất hiệu quả trong việc đo đạc và kiểm tra các chi tiết có kích thước lớn hơn giới hạn đo của đồng hồ Nó cũng được sử dụng để kiểm tra hàng loạt sản phẩm, từ đó tăng tốc độ kiểm tra một cách đáng kể.

Để thực hiện phương pháp đo so sánh, trước tiên kẹp đồng hồ trên đế giá đỡ và điều chỉnh đồng hồ sao cho phù hợp với khối căn mẫu có kích thước tương ứng với chi tiết cần kiểm tra Sau đó, thay khối căn mẫu bằng vật mẫu cần đo để xác định độ sai lệch, được tính toán và hiển thị qua các dấu hiệu và số liệu trên đồng hồ.

 Phương pháp đo tuyệt đối

Phương pháp đo này yêu cầu đầu đo tiếp xúc với bàn rà chuẩn, sau đó điều chỉnh đồng hồ về 0 Khi đưa chi tiết vào đo, chỉ số hiển thị trên đồng hồ sẽ cho biết kích thước tuyệt đối của chi tiết.

2.1.2 Kiểm tra bề mặt bằng thước thuỷ

Thước thuỷ là một dụng cụ cầm tay được sử dụng trong việc đo đạc độ nghiêng, góc nghiêng của một bề mặt chi tiết

Hình 2.7: Thước thủy 2.1.2.1 Nguyên lý hoạt động

Cơ sở lý thuyết cảm biến dịch chuyển laser

Sự ra đời của tia laser được coi là một trong những bước tiến lớn trong phát triển khoa học, mang lại công nghệ tiên tiến cho nhân loại Phát minh này không chỉ giúp cải thiện năng suất lao động mà còn đơn giản hóa quy trình làm việc, tiết kiệm chi phí và công sức Điều này góp phần nâng cao hiệu quả theo hướng tự động hóa, công nghiệp hóa và hiện đại hóa.

Cảm biến dịch chuyển laser là thiết bị sử dụng chùm tia laser để đo không tiếp xúc, giúp xác định chính xác vị trí của vật chất trong không gian, ngay cả khi chúng rất nhỏ Thiết bị này có nhiều chức năng như đo chiều cao, độ dày, độ rộng, đường kính, độ lệch tâm, độ cong vênh, rung động, và hình dạng 2D/3D của các chi tiết Chức năng chính của cảm biến dịch chuyển laser là hỗ trợ các thiết bị đo lường, đảm bảo công việc đo đạt được độ chính xác cao.

Hình 2.14: Bộ cảm biến dịch chuyển laser 2.2.1 Nguyên lý hoạt động của cảm biến dịch chuyển laser

Tia laser có bước sóng ổn định và truyền đi theo đường thẳng, mang lại độ định hướng cao và khả năng truyền xa Nhờ đó, cảm biến laser có thể đo khoảng cách trong một phạm vi nhất định mà không cần tiếp xúc gần Cảm biến dịch chuyển laser xác định giá trị khoảng cách từ vị trí bề mặt chi tiết được chiếu tia laser lên Khoảng cách đo được phụ thuộc vào từng loại cảm biến do nhà sản xuất điều chỉnh.

Hình 2.15: Khoảng cách tham chiếu làm việc của cảm biến

Khoảng cách đọc của cảm biến được điều chỉnh bởi nhà phát hành và phụ thuộc vào từng loại cảm biến, như thể hiện trong "Hình 2.15[11]".

Cảm biến dịch chuyển laser hoạt động dựa trên nguyên lý góc tam giác của máy ảnh tuyến tính CMOS, một công nghệ phổ biến trong các cảm biến hiện đại Nguyên lý này cho phép đo khoảng cách chính xác bằng cách phân tích góc và vị trí của ánh sáng laser phản xạ.

Cảm biến phát hiện vật ở tầm ngắn bằng cách phát ra chùm tia laser tam giác khuếch tán Tia laser này được truyền qua thấu kính và hướng tới mục tiêu Khi có sự thay đổi trong vùng tam giác, tia phản xạ sẽ gửi thông tin dữ liệu trở lại cảm biến.

Hình 2.16: Nguyên lý góc tam giác 2.2.2 Cấu tạo của cảm biến dịch chuyển laser

Cảm biến dịch chuyển laser bao gồm ba phần chính: vỏ bọc bên ngoài bảo vệ cảm biến, bộ nguồn phát tia laser và dây kết nối Tổng quan về cấu tạo của bộ cảm biến được thể hiện qua hình ảnh minh họa.

Cảm biến dịch chuyển laser ngày càng phổ biến trong sản xuất công nghiệp nhờ vào nhiều ưu điểm nổi bật Chúng mang lại độ chính xác và độ tin cậy cao, đáp ứng đa dạng nhiều năng lực Ngoài ra, kích thước nhỏ gọn của bộ cảm biến cùng với vệt tia nhỏ và tốc độ cao cũng góp phần làm cho chúng trở thành lựa chọn ưa chuộng trong nhiều ứng dụng.

Nhược điểm: Do cảm biến đo ở độ chính xác cao cho nên cần phải thực hiện các biện pháp căn chỉnh để chống sai lệch trục di chuyển.

Cơ sở lý thuyết bàn rà chuẩn (Bàn MAP)

Bàn rà chuẩn, hay còn gọi là bàn MAP, là thiết bị đo lường quan trọng dùng để kiểm tra độ phẳng và bề mặt chuẩn với độ chính xác cao Với độ phẳng vượt trội và độ nhám chỉ từ vài đến chục micro, bàn MAP được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy, công xưởng và phòng thí nghiệm để đảm bảo độ đồng phẳng của các chi tiết.

Hình 2.18: Bàn MAP ở công xưởng 2.3.1 Các loại bàn rà chuẩn trên thị trường

Dựa vào vật liệu để làm ra bàn rà chuẩn sẽ phân làm 3 loại chính:

Bàn MAP ceramic, như mô tả trong "Hình 2.19[8]", nổi bật với độ phẳng cao và độ nhám từ 1,5 – 3 micro Loại bàn này không chỉ có độ bền cao mà còn chịu mài mòn tốt nhờ vào công nghệ tiên tiến từ Nhật Bản.

- Bàn MAP gang như “Hình 2.20[9]:

Bàn được chế tạo từ gang nguyên khối, với bề mặt được đánh phẳng đạt tiêu chuẩn trước khi xử lý Loại bàn này chủ yếu phục vụ cho việc sử dụng các dụng cụ đo kiểm từ tính, cho phép gắn chặt các thiết bị lên bề mặt bàn.

- Bàn MAP đá granite như “Hình 2.21[10]:

Hình 2.21: Bàn MAP đá granite

Bàn MAP được làm từ các thành phần cacbon trong đá cao, khai thác tự nhiên từ mỏ đá granite, mang lại độ bền cao và khả năng chống mài mòn tốt Chính vì lý do này, loại bàn này đã được sử dụng từ lâu đời và vẫn là lựa chọn phổ biến nhất trong các loại bàn MAP hiện nay.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ

Yêu cầu thiết kế

Máy in 3D được thiết kế lại với chuyển động theo 2 trục XY, kế thừa từ các ý tưởng của những khung máy trước đó Sự kế thừa này đòi hỏi những cải tiến mới trong quá trình chế tạo, nhằm hoàn thiện bộ khung máy đạt trạng thái tối ưu Điều này đảm bảo rằng máy in 3D đáp ứng đầy đủ các tiêu chí cơ bản đã đặt ra.

- Truyền động nhẹ nhàng, máy hoạt động được ổn định để đảm bảo sự chính xác khi quét

- Khung máy cứng cáp, giảm thiểu rung lắc tối thiểu nhất có thể để đạt được hiệu quả mong muốn

- Độ chính xác cao, là yêu cầu tối thiểu cần đạt

Máy kiểm tra bề mặt chi tiết ra đời nhằm đánh giá độ chính xác và sai số của bề mặt sau gia công, từ đó cung cấp thông tin về chất lượng chi tiết và hiệu suất của máy gia công Máy này cần đáp ứng yêu cầu kiểm tra bề mặt của một chi tiết trong lô sản phẩm đã gia công hoặc bất kỳ chi tiết nào, giúp xác định độ phẳng của chi tiết và so sánh với tiêu chuẩn mong muốn.

3.1.2 Yêu cầu về kết cấu cơ khí:

Để đảm bảo máy kiểm tra bề mặt chi tiết hoạt động chính xác và giảm thiểu sai số, khung máy cần được đặt trên một mặt phẳng chuẩn Việc này cho phép căng chỉnh các cụm cơ khí theo đúng yêu cầu trước khi tiến hành đo đạt.

- Để căn chuẩn được thì cần những chân đế tăng chỉnh mặt bàn cơ khí và đầu tăng chỉnh cảm biến quét chi tiết

- Để đạt được độ cứng vững và tránh làm trầy xướt mặt bàn map tiêu chuẩn

Từ những yêu cầu kết cấu cơ khí bên trên ta đề xuất ra những cụm cơ khí mà máy cần có như :

- Cụm tăng chỉnh mặt đế

3.1.3 Quy trình vận hành và các nội dung tính toán:

Kết hợp giữa yêu cầu kiểm tra và yêu cầu kết cấu cơ khí ta đưa ra được quy trình vận hành máy như sau:

- Bước 1: Dùng gá đồng hồ so rà không tải trên bề mặt bàn map tiêu chuẩn để lấy sai số của khung cơ khí

- Bước 2: Sau khi có được sai số ghi chép lại thì gá lên cụm cảm biến của máy

- Bước 3: Thiết lập thông số động cơ vị trí và tăng chỉnh cho đầu cảm biến nằm trong vùng đo được

- Bước 4: Bắt đầu thiết lập thông số lần 2 và vận hành máy đo lại mặt bàn map tiêu chuẩn để lấy sai số có tải

Bước 5: Gá chi tiết vào máy tự động và vận hành để quét toàn bộ chi tiết, thu thập dữ liệu và gửi về Excel Sử dụng Mx-Sheet để lấy và xử lý dữ liệu hiệu quả.

Bước 6: Xử lý dữ liệu đổ về, sắp xếp theo phân bổ bề mặt chi tiết và xuất ra biên dạng bề mặt chi tiết.

Dựa trên các quy trình vận hành và các thành phần cơ khí đã được đề xuất, chúng ta cần thiết kế và tính toán những nội dung quan trọng sau đây.

- Thiết kế hình dáng, kích thước khung máy

- Thiết kế, tính toán, chọn lựa dây đai và bánh đai

- Thiết kế, tính toán, chọn lựa động cơ

- Thiết kế, tinh toán, chọn lựa ổ lăn

Thiết kế hình dáng khung máy

Dựa vào những yêu cầu đề ra ở trên nhóm mới thiết kế khung máy như “Hình 3.1”:

Hình 3.1: Khung máy thiết kế trên phần mềm solidworks

- Gọn, nhẹ, hoạt động cần đảm bảo được yêu cầu cần thiết được đặt ra

Thiết kế gọn nhẹ với vật liệu nhôm giúp dễ dàng lắp đặt và vận chuyển, đồng thời dễ dàng tìm kiếm nguồn cung cấp Việc tháo lắp và bảo trì cũng trở nên thuận tiện hơn.

Khi lắp đặt cụm cảm biến lên khung sẽ tạo ra một khoảng trống không gian dành cho phần chuyển động của cụm cảm biến như “Hình 3.2”

Hình 3.2: Lắp cụm cảm biến

Để đặt chi tiết đo, cần sử dụng một đồ gá định vị gốc tọa độ cho chi tiết Tấm gá này được thiết kế nằm ở phía dưới, như được thể hiện trong Hình 3.3.

Hình 3.3: Tấm gá định vị gốc tọa độ chi tiết

Liên kết các dữ liệu được thiết kế và tính toán ở trên thì ta tìm được kích thước không gian làm việc của khung máy là:

Chiều dài không gian làm việc (mm)

Chiều rộng không gian làm việc (mm)

Chiều cao không gian làm việc (mm)

Bảng 3.1: Thông số không quan làm việc của máy

Hình 3.4: Tổng quan thiết kế khung máy

 Nguyên lý cấu tạo sợ bộ của máy:

Nhìn sơ bộ máy chuyển động theo cơ cấu của máy in 3D nhưng chỉ sử dụng 2 trục

X,Y với các cụm chuyển động dọc theo các trục và truyền động thông qua bộ truyền đai và pully Cụ thể vị trí các cơ cấu được trình bày ở Hình 3.5

Hình 3.5: Cấu tạo các cụm của cơ cấu máy

Hình 3.6: Tổng quan thiết kế trên solidworks

Hình 3.7: Mô hình thực tế

 Các cụm chuyển động của máy

Tính toán thiết kế và chọn lựa

3.3.1 Tính toán chọn động cơ

Xác định công suất và số vòng quay đồng bộ của động cơ

Hình 3.10: Giả xử bề mặt phân tích tính toán

Góc nghiêng so với bề mặt; 𝛼 = 0 Đường kính tang quay: D = 18.5 mm

Tổng lực tác dụng lên đai là:

Do tải trọng không thay đổi trong quá trình làm việc ta có công suất tính toán là công suất làm việc trên trục máy công tác

𝑃 = = × , = 0,00075 𝑊 (2.11 trang 20[1]) (3.3) Dựa vào “bảng 2.3 trang 19[1]” ta có hiệu suất bộ truyền  = 0.95

Công suất truyền động cơ: 𝑃  = ,

Số vòng quay trục công tác: 𝑛 = × = ×

Dựa vào “bảng 2.4 trang 2[1]” ta chọn tỉ số truyền bộ truyền đai răng ut = 1

Số vòng quay sơ bộ của động cơ:

 Chọn quy cách động cơ Động cơ được chọn phải có công suất Pdc và số vòng quay đồng bộ nđb thõa mãn điều kiện:

Mômen xoắn trên trục động cơ:

Dựa vào kết quả tính ở trên, có thể chọn step motor NEMA 17 như “Hình 3.11[13]”

Kích thước (DxR) 42x48 mm Đương kính trục (d) 5 mm

Cường độ dòng định mức (I) 1,2 A

Bảng 3.2: Thông số cơ bản của NEMA 17

3.3.2 Tổng quan tính toán, chọn lựa bộ truyền:

 Các loại bộ truyền động cơ khí:[12]

Hiện nay, trong các ngành công nghiệp, có nhiều loại bộ truyền động cơ khí phổ biến như truyền đai, truyền xích, bánh răng và trục vít Những bộ truyền này được ứng dụng rộng rãi nhờ vào tính hiệu quả và độ tin cậy của chúng Dưới đây là bảng 3.2, trình bày khả năng ứng dụng và sử dụng của từng loại bộ truyền động cơ khí.

Bảng 3.3: Phạm vi sử dụng của từng bộ truyền trong cơ khí

Bộ truyền này, như Hình 3.12, thực hiện việc kéo dây đai hoặc dây curoa để dẫn động hai trục ở khoảng cách lớn hơn bộ truyền bánh răng Nó có khả năng truyền momen xoắn và tốc độ từ đầu công tác một cách hiệu quả.

Truyền động bánh răng là phương pháp phổ biến để truyền động giữa các trục, thường đi kèm với sự thay đổi về momen hoặc vận tốc Tùy thuộc vào vị trí tương đối giữa các trục, có thể sử dụng bánh răng trụ (với răng thẳng, răng nghiêng, hoặc răng chữ V) cho các trục song song, bánh răng côn (với răng thẳng, răng nghiêng, hoặc răng cung tròn) cho các trục giao nhau, và bánh răng trụ chéo hoặc bánh răng côn chéo cho các trục chéo nhau.

Hình 3.13: Truyền động bánh răng

Truyền động xích là một loại truyền động ăn khớp gián tiếp, kết nối động cơ với bánh xe thông qua bộ truyền, thường được sử dụng để truyền động cho các trục xa nhau Loại truyền động này có khả năng giảm tốc hoặc tăng tốc và nổi bật hơn so với truyền động đai nhờ vào khả năng tải và hiệu suất cao hơn.

 Truyền động trục vít – bánh vít:

Dạng truyền động này sử dụng bánh răng hoặc đĩa xích, trong đó bánh răng có số răng ít hơn sẽ quay nhanh hơn Để hai bánh răng ăn khớp, khoảng cách giữa các răng kề nhau trên mỗi bánh phải bằng nhau Tương tự, để đĩa khớp với xích, kích thước răng của đĩa và xích cần phải tương ứng.

Hình 3.15: Truyền động trục vít – bánh vít

 Phân tích ưu nhược điểm của các bộ truyền động cơ khí: [12]

TÊN ƯU ĐIỂM NHƯỢC ĐIỂM

- Hoạt động êm ái và không phát tiếng ồn

- Có khả năng điều chỉnh vô cấp tốc độ

- Cung cấp khả năng truyền động giữa các trục xa nhau

- Trục và ổ chịu lực tác động lớn

- Có hiện tượng trượt giữa các bánh khi vận hành, tỷ số truyền không ổn định

- Cung cấp khả năng tải thấp so với bánh răng

- Bộ truyền răng có kích thước nhỏ gọn

- Làm việc với số vòng quay và tỷ số truyền như nhau

- Yêu cầu gia công chính xác cao, cần phải có dao chuyên dùng

- Giá thành tương đối đắt

- Bộ truyền có khả năng chịu tải cao hơn so với bộ truyền khác có cùng kích thước

- Tỷ số truyền không thay đổi, số vòng quay cố định

- Hiệu suất truyền động cao hơn các bộ truyền khác

- Làm việc chắc chắn, tin cậy có độ bền cao

- Làm việc gây tiếng ồn, nhất là khi vận tốc làm việc cao

- Khi sử dụng phải chăm sóc bôi trơi đầy đủ

- So với truyền đai thì truyền động xích có hiệu suất truyền tải cao, kích thước nhỏ gọn, có thể chuyển động và công suất cho nhiều trục

- Vận tốc tức thời của xích và đĩa bị dẫn không ổn định Việc chế tạo và chăm sóc phức tạp

Việc sử dụng nhớt bôi trơn không đúng cách có thể dẫn đến tình trạng nhớt bị rỉ ra ngoài, gây mòn nhanh chóng cho các bộ phận Điều này đặc biệt nghiêm trọng trong môi trường làm việc nhiều bụi bẩn và có va đập, nơi yêu cầu chất lượng bôi trơn cao để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị.

Bộ truyền trục vít – bánh vít

- Có tỷ số truyền xác định và được dùng trong nhiều hệ thống truyền động các loại máy thiết bị khác nhau

- Không xảy ra hiện tượng trượt như ứng dụng dây đai truyền động

- Phạm vi công suất truyền động lớn

- Đem lại hiệu suất làm việc cao

- Cung cấp truyền chuyển động cùng lúc và truyền công suất cho nhiều trục

- Chế tạo phức tạp, quy trình lắp ghép đòi hỏi độ chính xác cao

- Gây tiếng ồn khi vận hành

Bảng 3.4: So sánh ưu nhược của các bộ truyền

Dựa trên phân tích ưu điểm và nhược điểm, cùng với các yêu cầu của đề tài như kích thước nhỏ gọn, vận tốc thấp, khoảng cách trục xa và không gây tiếng ồn, bộ truyền đai được xác định là lựa chọn hợp lý cho đề tài này.

 Tính toán cơ cấu truyền đai

 Tính toán thiết kế bánh đai:

Mô đun được xác định theo công thức:

Dựa vào bảng 4.27 trang 68[1] => Chọn m = 1 mm

Kích thước hai bánh đai lớn là D = 18,5 mm, với mô đun m = 1 mm:

Số răng zcủa bánh đai được chọn theo bảng 4.29 trang 70[1] nhằm đảm bảo tuổi thọ cho đai => Chọn z = 30

Khoảng cách trục giữa hai bánh đai a = 520 mm

Thiết kế bánh đai cho mô hình

Dựa vào bảng 4.32 trang 71[1], ta có các thông số của bánh đai răng

Modun ăn khớp m = 1mm Đường kính ngoài da = 21,5 mm Đường kính đáy răng df = 18,5

Kích thước profin rãnh của các bánh đai răng với modun m = 1 mm

Chiều rộng nhỏ nhất của rãnh s = 1 mm

Bán kính góc lượn r1 = r2 = 0,3 mm

Hình 3.16: Pully thiết kế trên solidworks

 Tính toán thiết kế dây đai:

Modun được xác định theo công thức:

Dựa vào bảng 4.27 trang 68[1] => Chọn m = 1 mm

Hệ số chiều rộng đai 𝛿 đ = 6 … 9 được xác định dựa trên modun tiêu chuẩn, chọn giá trị nhỏ khi modun lớn hơn m tính toán, và ngược lại Theo bảng 4.28 trang 69, giá trị b được chọn là 5 mm.

Khoảng cách trục : 𝑎 ≤ 𝑎 ≤ 𝑎 amin = 0,5m(z1 + z2) + 2m = 0,5×(30 + 30) + 2×1 = 32 mm (3.11) amax = 2m(z1 + z2) = 2×(30 + 30) = 120 mm (3.12)

Trong đó: p- bước đai, mm dựa vào bảng 4.27 trang 68[1] => Chọn p = 3 mm zd- tính làm tròn đến giá trị gần nhất trong bảng 4.30 trang 70[1]

=> Chọn zd = 125 và chiều dài đai lđ = 785 mm

Tính lại khoảng cách trục a: 𝑎 = √ ∆

Số răng ăn đồng thời ăn khớp trên bánh đai

Dựa vào bảng 4.27 trang 68[1], ta có:

- Chiều dày răng nhỏ nhất S = 1 mm

- Khoảng cách từ đáy răng đến đến đường trung bình của lớp chịu tải 𝛿 = 0,4 𝑚𝑚

- Bán kính góc lượn của răng R1 = R2 = 0,2

Dựa vào catalog của đai răng, chọn đai răng loại G(Rubber) 420L

Bảng 3.5: Thông số lựa chọn đai Kiểm nghiệm đai về lực vòng riêng

Lực vòng riêng trên đai phải thỏa mãn điều kiện:

= 15,48 N (3.18) qm – khối lượng 1 mét đai có chiều rộng 1 mm, kg/(m, mm), dựa vào bảng 4.31 trang

Kđ – hệ số tải trọng động, tra bảng 4.7 trang 55 [1], chọn Kđ = 1,1

Với [qo] – lực vòng riêng cho phép, N/mm, tra bảng 4.31, chọn [qo] = 5

CZ – hệ số kể đến ảnh hưởng của số răng đồng thời ăn khớp, xác định theo bảng sau:

Bảng 3.6: Hệ số ảnh hưởng đến số răng ăn khớp

Cu – hệ số kể đến ảnh hưởng của truyền động tăng tốc, xác định theo bảng: u = n1/n2 1 – 0,8 0,8 – 0,6 0,6 – 0,4 0,4 – 0,3 0,3 và nhỏ hơn

Bảng 3.7: Hệ số ảnh hưởng đến truyền động tăng tốc =>> Chọn Cu = 1

Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

Lực căng ban đầu của truyền động đai:

𝐹 = 1,3 × 𝐹 = 1,3 × 𝑞 × 𝑏 × 𝑣 = 1,3 × 0,0032 × 5 × 0,05 = 52𝑁𝑚 (3.19) Lực tác dụng lên trục :

, = 18,576 𝑁 (3.20) 3.3.3 Tính toán, chọn lựa trục:

Với những yêu cầu ở trên về truyền động và dẫn động như: truyền động nhẹ và tải trọng nhỏ, dẫn động êm ái theo bộ truyền đai

Trục động cơ là trục dẫn động và chịu tải momen xoắn của trục động cơ thông qua khớp nối mềm như “Hình 3.17”

Hình 3.17: Mô tả kết nối động cơ và trục Theo lý thuyết đường kính trục được xác định bằng momen xoắn theo công thức:

- [𝜏] - ứng suất xoắn cho phép, MPa, [𝜏] = 15…30 MPa

Do là trục đầu ra nên chọn [𝜏] = 20 MPa

Vì không chịu nhiều tải trọng nặng và dẫn động với vận tốc không cao nên

Ta chọn d =5mm và vật liệu trục là Thép carbon cao với những đặc tính nhà cung cấp đưa ra như sau:[14]

- Depth of harding layer: 0,8mm ̴ 3mm

- Strainghtness: lessthan 5àm in 100mm

- Roundness: No more than 0.003mm

Theo nguyên cứu thực nghiệm từ “Bảng 3.8 [15]” ta thấy rằng

Lớp Độ bền kéo tối thiểu ksi[MPa]

Sức mạnh năng suất tối thiểu ksi[MPa] Độ giản dài theo chiều dài 2 in hoặc 50mm%

(phút) Độ cứng (tối đa) ASTM E18 Brinell Độ cứng (tối đa) ASTM E18 Rockwell

Bảng 3.8: Bảng nghiên cứu thực nghiệm độ cứng Với độ cứng 31HRC đã có độ bền kéo tối thiểu 760MPa

Mà thép có tính chất dẻo, với giới hạn bền kéo và bền nén tương đương nhau, cùng với độ cứng đạt 62 HRC Điều này giúp trục có độ bền kéo lớn, đảm bảo khả năng chịu tải cho máy mà không bị biến dạng.

Cuối cùng ta chọn trục cho cụm chuyển động là loại thép carbon cứng với đường kính là d= 5mm

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Thiết kế hệ thống điều khiển

4.1.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển máy thực hiện chức năng điều khiển động cơ trục, xử lý tín hiệu từ cảm biến đo khoảng cách và đèn báo theo một trình tự nhất định Tín hiệu đầu vào được cung cấp từ HMI và các công tắc hành trình Sơ đồ hệ thống điều khiển được minh họa trong “Sơ đồ 4.1”.

Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển máy kiểm tra bề mặt chi tiết

Sơ đồ "Hình 4.1" minh họa mối liên hệ điều khiển giữa các thành phần trong máy Bộ điều khiển - xử lý trung tâm là PLC, có nhiệm vụ xử lý tín hiệu và dữ liệu đầu vào, đồng thời điều khiển các cơ cấu chấp hành ở đầu ra Máy tính (PC) đóng vai trò hiển thị kết quả một cách trực quan và lưu trữ dữ liệu.

PLC nhận tín hiệu từ công tắc hành trình, lệnh hoạt động và dữ liệu từ HMI, cùng với giá trị đo từ cảm biến khoảng cách Dựa trên những dữ liệu này, chương trình điều khiển động cơ ở hai trục x và y, giúp đầu công tác di chuyển theo quỹ đạo đã được lập trình Đồng thời, chương trình cũng quản lý việc hiển thị đèn báo an toàn.

4.1.2 Tín hiệu và dữ liệu đầu vào

Tín hiệu và dữ liệu đầu vào của hệ điều khiển bao gồm thông số từ giao diện Người-Máy (HMI), tín hiệu từ công tắc hành trình và dữ liệu từ cảm biến khoảng cách Dữ liệu đầu vào từ HMI được truyền qua cổng RS485.

Tín hiệu vào từ các công tắc hành trình được kết nối trực tiếp vào ngõ vào của PLC dưới dạng tín hiệu số Mỗi trạng thái của công tắc hành trình sẽ tạo ra một tín hiệu số khác nhau, và PLC sẽ nhận diện những tín hiệu này để thực hiện chương trình Sơ đồ khối mô phỏng được thể hiện trong “Hình 4.2”.

Hình 4.2: Sơ đồ thể hiện các trạng thái tín hiệu của công tắc hành trình

Tín hiệu số từ cảm biến khoảng cách được kết nối trực tiếp vào đầu vào của PLC, cho phép bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự trả về giá trị tín hiệu số cho PLC Điều này hỗ trợ hiệu quả cho quá trình xử lý và tính toán, như được mô phỏng trong sơ đồ khối ở “Hình 4.3”.

Hình 4.3: Sơ đồ thể hiện tương quan tín hiệu cảm biến với giá trị nhận được

Dữ liệu từ HMI, bao gồm lệnh điều khiển, kích thước chi tiết và vận tốc quét, được truyền vào PLC qua giao thức RS485 Sau khi hoàn tất các công việc cần thiết, PLC lưu trữ dữ liệu vào bộ nhớ và HMI truy cập chính xác địa chỉ từng thanh ghi để hiển thị thông số cho người dùng, như thể hiện trong "Hình 4.4".

Hình 4.4: Sơ đồ thể hiện dòng dữ liệu truyền nhận giữa PLC và HMI

4.1.3 Điều khiển cơ cấu chấp hành

4.1.3.1 Điều khiển động cơ dẫn động

Các động cơ dẫn động được điều khiển bởi PLC thông qua sơ đồ Hình 4.5

Hình 4.5: Sơ đồ điều khiển động cơ bước

Để điều khiển động cơ bước bằng PLC, cần sử dụng một bước chuyển đổi tín hiệu trung gian Tín hiệu điều khiển từ PLC sẽ kích hoạt driver, sau đó driver nhận các tín hiệu như số xung, tần số và chiều quay, và xử lý dựa trên thông số độ phân giải đã được cài đặt trước Cuối cùng, driver sẽ xuất tín hiệu tương ứng vào từng đầu dây của động cơ bước.

4.1.4 Sơ đồ giải thuật điều khiển

Trong hệ thống điều khiển, sơ đồ giải thuật đóng vai trò quan trọng trong việc xác định quá trình vận hành của toàn bộ máy Nó cung cấp cho lập trình viên cái nhìn tổng quát và chi tiết về các khía cạnh hoạt động, giúp tạo ra chương trình điều khiển phù hợp với nhu cầu sử dụng Đặc biệt, đối với máy kiểm tra bề mặt chi tiết, sơ đồ giải thuật là yếu tố thiết yếu để đảm bảo hiệu quả và chính xác trong quá trình kiểm tra.

HMI Truyền nhận dữ liệu PLC

Bài viết này làm rõ các quy trình vận hành của máy, bắt đầu từ việc cài đặt các thông số hoạt động, tiếp theo là thực thi quy trình, và kết thúc bằng việc đưa ra kết quả.

Mục tiêu của việc điều khiển là thu thập đủ số lượng sai số tại mỗi điểm trên chi tiết, từ đó so sánh với kích thước chuẩn và thống kê sai số về độ phẳng của chi tiết Để đạt được mục tiêu này, sơ đồ giải thuật điều khiển đã được xây dựng như thể hiện trong “Hình 4.6”.

Hình 4.6: Lưu đồ giải thuật điều khiển máy kiểm tra mặt phẳng của chi tiết

Sơ đồ giải thuật điều khiển mô tả quy trình kiểm tra độ phẳng của chi tiết bằng máy Đầu tiên, máy sẽ nhập các thông số hoạt động cần thiết, vì mỗi chi tiết kiểm tra là tấm phẳng với các kích thước khác nhau như độ dày, chiều rộng và chiều dài.

Để máy hoạt động chính xác, cần cài đặt đúng các thông số kỹ thuật Bên cạnh đó, vận tốc quét ở mỗi chế độ cũng cần được điều chỉnh để phù hợp với nhu cầu sử dụng khác nhau.

Máy kiểm bề mặt của chi tiết có hai chế độ hoạt động: chế độ tự động (auto) và chế độ thủ công (manual) Trong chế độ tự động, máy hoạt động độc lập và gửi kết quả về laptop, giúp dễ dàng trong việc đánh giá và lưu trữ dữ liệu Ngược lại, chế độ thủ công yêu cầu người điều khiển can thiệp trực tiếp, với kết quả được hiển thị ngay lập tức trên màn hình HMI tại mỗi vị trí kiểm tra.

Để đảm bảo quá trình diễn ra chính xác, cần kiểm tra vị trí của đầu cảm biến xem đã ở vị trí gốc chưa Nếu chưa, hãy nhấn nút home để đưa đầu công tác về vị trí gốc và reset các giá trị ban đầu.

Thiết kế hệ thống điện

4.2.1 Tổng quan về hệ thống điện

Hệ thống điện của máy kiểm tra bề mặt của chi tiết được trình bày theo sơ đồ Hình 4.7:

Hình 4.7: Lưu đồ hệ thống cung cấp điện của máy

Hầu hết các thiết bị trong máy hoạt động với dòng điện một chiều 24V, do đó cần một bộ nguồn DC 24V để chuyển đổi dòng điện xoay chiều 220V từ ổ điện dân dụng thành tín hiệu phù hợp cho các thiết bị trong tủ Ngoài ra, việc sử dụng nguồn xoay chiều 220V yêu cầu lắp đặt một MCB để dễ dàng thực hiện quá trình đóng cắt điện và đảm bảo an toàn trong trường hợp xảy ra sự cố.

Mạch điều khiển của máy kiểm tra bề mặt chi tiết được mô tả chi tiết trong bản vẽ điện ở phần phụ lục của báo cáo Mạch này bao gồm sơ đồ kết nối input và output của PLC, sơ đồ đấu nối các bộ phận hoạt động, cùng với giao tiếp giữa các thiết bị và PLC.

Sơ đồ kết nối giữa các thiết bị và board PLC FX3U-24MT-6AD-2DA được trình bày cụ thể trong Hình 4.8

Hình 4.8: Sơ đồ mạch điều khiển

Dựa vào sơ đồ điều khiển, PLC có bốn ngõ vào số theo nguyên tắc Sourcing input, kết nối với các công tắc hành trình giới hạn di chuyển PLC sử dụng hai ngõ ra phát xung tốc độ cao để điều khiển động cơ bước thông qua driver, cùng với các tín hiệu số để điều khiển chiều quay và đèn báo an toàn Tất cả thiết bị trong tủ hoạt động với điện áp 24VDC, được cung cấp từ bộ nguồn chuyển đổi tín hiệu 220VAC thành 24VDC.

Sơ đồ cung cấp hướng dẫn chi tiết về cách kết nối PLC với bộ điều khiển Laze thông qua bộ ADC 12bit tích hợp sẵn, đồng thời cho phép giao tiếp với HMI qua cổng RS485 mở rộng.

4.2.3 Danh sách thiết bị điện

Sau khi hoàn tất việc tính toán và lựa chọn các thông số tiêu chuẩn cho các thiết bị điện trong mạch, chúng ta sẽ tiến hành lựa chọn các thiết bị cụ thể phù hợp với các thông số đã đề ra Danh sách các thiết bị điện được trình bày trong Bảng 4.1.

STT Tên thiết bị Thông số kĩ thuật – chức năng Hình ảnh

-Số cực: 2P -Dòng điện định mức: 10A -Dòng cắt ngắn mạch: 6kA -Điện áp định mức: 230V -Khối lượng 200g

-Kích thước 85x36x78.5mm -Điện áp ngõ vào 1 pha

-Kích thước 90x90x61mm -Khối lượng 400g

-Điện áp đầu vào 85-264VAC -Điện áp đầu ra 24VDC -Dòng điện đầu ra 6,5A -Mức độ bảo vệ IP20

-Điện áp cung cấp : 24VDC -Bộ nhớ chương trình: 8k step

RS232/RS485 -Kiểu PLC: FX3U-24MT -Ngõ vào/ra: 14 vào / 10 ra

24VDC/5A -Ngõ vào : 0VDC-NPN -Ngõ vào analog : 6 ngõ vào analog, độ chính xác 12bit,

A0-AD2: 0-10V, A3-AD5: 0- 20mA; -Đọc cấu trúc lệnh RD3A

-Nguồn cấp tối đa: 40VDC -Dòng cấp IOUT = 3.5 A

-Có thể điều khiển đảo chiều quay

-Tích hợp chân Reset và Enable

-Tích hợp tính năng Standby

-Nguồn cung cấp: 24VDC, giới hạn nguồn Công suất: 2.64 W

-Độ phân giải màn hình: 480 x

272 pixels -Kiểu màn hình: TFT LCD

-1 USB Host Ver 1.1 và 1 USB Client Ver 2.0

-COM: RS-232 (supports hardware flow control), RS485

Bộ xử lí tín hiệu càm biến đo khoảng cách

-Kích thước 140x112x76mm -Khối lượng 515 g

-Nguồn vào 24VDC -Đầu ra điện áp ±5 V

-Đầu ra dòng điện từ 4 đến 20 mA

-Loại : AD16-16C -Điện áp : 24VDC/AC -Ánh sáng : LED -Màu sắc : Đỏ, xanh

-Đường kính lỗ lắp đặt : 16mm

-Đường kính đèn báo : 18mm -Tổng chiều dài 45mm -Tuổi thọ : 30.000 giờ

Bảng 4.1: Danh sách thiết bị 4.2.4 Thiết kế bảng điện – tủ điện

Sau khi xác định rõ yêu cầu điều khiển, chúng ta tiến hành thiết kế mạch điều khiển cho hệ thống động lực Đồng thời, cần thống kê chi tiết các thiết bị sử dụng trong tủ điện và trên hệ máy Tiếp theo, chúng ta thực hiện quy trình thi công bảng điện và tủ điện, bao gồm các bước cụ thể sau đây.

- Bố trí vị trí, bố cục của các thiết bị lên bản điện bằng các công cụ hỗ trợ chuyên dụng

- Tính toán dựa vào kích thước của các thiết bị để suy ra được kích thước của bảng điện cũng như tủ điện

- Gá đặt các thiết bị thực tế lên bảng điện

- Lắp đặt đường dây điện từ các cơ cấu hệ máy vào tủ điện

Tiếp đến là quá trình test máy vận hành và kiểm tra các chứ năng và hoạt động của máy

Bước đầu tiên trong việc thiết kế bảng điện là bố trí vị trí và bố cục của các thiết bị bằng các công cụ hỗ trợ chuyên dụng Để có cái nhìn tổng quan về vị trí từng thiết bị, chúng ta có thể sử dụng phần mềm như Solidwork Electric, Eplan Electric P8 hoặc Autocad Electrical Thiết kế từ phần mềm Autocad sẽ giúp dễ dàng trong các bước tính toán tiếp theo.

Hình 4.9: Bố cục bảng điều khiển 2D

- Bước 2: Tính toán dựa vào kích thước của các thiết bị để suy ra được kích thước của bản điện cũng như tủ điện

Sau khi xác định rõ ràng cấu trúc của panel, cần tính toán kích thước tủ điện để đảm bảo phù hợp và đủ không gian cho các thiết bị hoạt động hiệu quả Tiếp theo, hãy hợp tác với các đơn vị chuyên gia công tủ điện để hoàn thiện và đảm bảo độ chính xác cao.

Hình 4.10: Tủ điện sau khi gia công

- Bước 3: Gá đặt các thiết bị thực tế lên bảng điện

Sau khi chuẩn bị đầy đủ thiết bị, bảng điện và tủ điện, chúng ta tiến hành lắp đặt các thiết bị vào bảng điện theo bố cục đã được xác định trước.

Hình 4.11: Tiến hành lắp đặt vị trí thiết bị

- Bước 4: Tiến hành đi dây, đấu nối thiết bị

Hình 4.12: Đấu nối thiết bị điều khiển

- Bước 5: Lắp đặt đường dây điện từ các cơ cấu hệ máy vào tủ điện

Hình 4.13: Vị trí máy và tủ điện

Tủ điện được đặt ngay sát bên phải của máy để thuận lợi cho quá trình thao tác cũng như điều khiển

Hình 4.14: Đấu dây đi vào máy

Các đầu dây đi vào máy đều được gắn nhãn để đánh dấu cũng như thuận lợi cho thao tác bảo trì sửa chữa.

Tính toán điều khiển động cơ bước

4.3.1 Cấu hình driver Đầu tiên ta cài đặt diver ở độ phân giải cao nhất là 6400ppr để giúp cho quá trình điều khiển diễn ra chính xác nhất có thể

Quá trình cấu hình diễn ra đơn giản bằng cách gạt lần lượt các switch tương ứng như hướng dẫn của nhà xản xuất Như Hình 4.15

Hình 4.15 : Cài đặt độ phân giải cho driver

Tiếp theo, cài đặt dòng điện cho động cơ được thực hiện tương tự như trước đó Để phù hợp với loại động cơ và tải mà nó phải chịu, chúng ta chọn dòng điện là 0.5A, như thể hiện trong Hình 4.16.

Hình 4.16: Cài đặt thông số điện áp

Sau khi toàn tất các bước trên thì chúng ta chỉ cần ngắt và cấp nguồn lại cho driver thì đã hoàn tất quá trình cài đặt cho driver

4.3.2 Tính toán các thông số điều khiển Đầu tiên để điều khiển được động cơ bước thì chúng ta phải đặt biệt lưu tâm đến 2 thông số cực kì quan trọng đó là số xung cấp phát cho driver và tần số phát xung Còn tính hiệu chiều quay chỉ là tính hiệu on/off nên không phải tính toán

Vì vậy để động cơ hoạt động trơn tru chính xác đáp ứng yêu cầu của máy thì

Để điều khiển chính xác vị trí và vận tốc di chuyển của đầu cảm biến, cần tính toán cẩn thận hai thông số quan trọng: số xung và tần số Số xung phát ra sẽ quyết định số vòng quay của động cơ, trong khi tần số sẽ xác định vận tốc của động cơ.

Đã cài đặt driver với độ phân giải 6400ppr, nghĩa là khi driver nhận tín hiệu 6400 xung từ PLC, trục động cơ sẽ quay đúng 1 vòng.

Đầu cảm biến gắn liền với pulley trên trục động cơ sẽ di chuyển một đoạn 60mm, cho phép chúng ta tính toán số xung cần thiết để điều khiển đầu cảm biến di chuyển 1mm một cách dễ dàng.

 Lưu ý: để chính xác trong quá trình tính toán thì ta vẫn giữ nguyên phân số 320

Ví dụ để điều khiển đầu cảm biến di chuyển 1 đoạn 200mm thì đơn giản chúng ta chỉ cần lấy 200 nhân với 320

Lệnh phát xung điều khiển động cơ bước được hỗ trợ bởi PLC chỉ nhận giá trị nguyên, dẫn đến giá trị thực tế khi điều khiển là 21333 xung Giá trị 0.3 xung đại diện cho sai số trong quá trình điều khiển động cơ Điều này cho thấy sai số luôn nhỏ hơn 1 xung, tương ứng với sai số di chuyển của đầu cảm biến luôn nhỏ hơn Δ.

Sai số thực tế rất nhỏ và không ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của máy, vì vậy có thể bỏ qua giá trị sai số này Tương tự, các kích thước khác nhau của chi tiết cũng được thực hiện theo cách như vậy.

Tiếp theo, chúng ta sẽ tính toán vận tốc của đầu công tác, trong đó tần số phát xung được xác định là số xung phát ra trong một đơn vị thời gian Tần số phát xung sẽ được tính bằng cách lấy N, tức là số xung mà đầu cảm biến di chuyển.

1 mm) nhân với vận tốc mong muốn

Ví dụ : nếu chúng ta muốn đầu cảm biến di chuyển với vận tốc 50mm/s thì chúng ta sẽ lấy f với

Tần số phát xung là 5333 ppr, cho phép đầu cảm biến di chuyển với vận tốc 50mm/s Các vận tốc khác cũng có thể được tính toán tương tự mà không cần quan tâm đến sai số đã phân tích trước đó.

Các giá trị hoạt động được nhập từ HMI sẽ trải qua quá trình tính toán trước khi được sử dụng để điều khiển trực tiếp hệ thống.

tính toán xử lí các tín hiệu từ cảm biến

Bộ điều khiển của laser có thể xuất ra 2 giá trị analog đó điện áp và dòng diện

- Đối với điện áp thì giá trị được trả về là giá trị liên tục trong khoảng -5V đến +5V

- Đối với giá trị dòng điện thì là từ 4-20mA

Cảm biến đo khoảng cách hoạt động với tín hiệu dòng điện, với giá trị 4mA khi vật cách cảm biến 25mm và 20mA khi cách 35mm Bộ ADC 12bit của PLC chuyển đổi tín hiệu analog từ 4-20mA thành tín hiệu digital từ 0-4096, lưu trữ trong bộ nhớ PLC Nhờ vào các dữ liệu này, kết hợp với hình ảnh minh họa, chúng ta có thể dễ dàng đọc giá trị khoảng cách liên tục từ cảm biến đến vật thể trong vùng đo.

Với y là khoảng cách từ đầu cảm biến đến chi tiết

Và x là giá trị digital mà PLC nhận được

Cảm biến có độ chính xác cao lên đến 2,5 micromet, cho phép đo chi tiết một cách hiệu quả Tuy nhiên, độ chính xác của máy cũng bị ảnh hưởng bởi các thành phần khác.

Sau khi thu thập đủ dữ liệu qua quá trình xử lý thống kê và so sánh, chúng ta sẽ xác định được sai số của chi tiết so với mặt phẳng chuẩn.

Quy trình quét chi tiết và thu thập dữ liệu

Để xác định độ phẳng của chi tiết, chúng ta cần thu thập giá trị chiều dày tại nhiều điểm khác nhau trên mặt phẳng của chi tiết Với đề tài giới hạn ở các chi tiết dạng tấm phẳng hình vuông hoặc hình chữ nhật, phương pháp được sử dụng là chia mặt phẳng thành các ô vuông nhỏ kích thước 10x10mm, gọi là pixel Đầu cảm biến sẽ quét qua các điểm trung tâm của mỗi pixel theo một quỹ đạo đã được lập trình sẵn, và sau mỗi khoảng thời gian nhất định, nó sẽ ghi nhận giá trị chiều dày tại mỗi điểm để đại diện cho từng pixel.

Để kiểm tra một chi tiết có kích thước 60x60mm, ta chia bề mặt chi tiết thành 36 ô vuông, mỗi ô có kích thước 10x10mm Vị trí lấy giá trị sẽ được xác định tại trọng tâm của từng ô Đầu cảm biến sẽ di chuyển theo sơ đồ đã định sẵn để thực hiện quá trình kiểm tra.

Hình 4.18: Quá trình quét bề mặt chi tiết

Quá trình quét cảm biến diễn ra đồng đều trên các chi tiết với kích thước khác nhau, đảm bảo rằng mọi khu vực đều được kiểm tra kỹ lưỡng.

Giám sát và thu thập giá trị vận hành

Để đáp ứng nhu cầu điều khiển và giám sát máy móc của người vận hành, cũng như lưu trữ dữ liệu phục vụ cho việc so sánh và đánh giá kết quả, dữ liệu trong máy sẽ được di chuyển theo một luồng nhất định.

Hình 4.19: Sơ đồ khối Điểm bắt đầu Điểm lấy giá trị Điểm lấy giá trị

Sơ đồ trên bao gồm ba thành phần chính: PLC, HMI và Laptop Mỗi thành phần này đảm nhận những nhiệm vụ cụ thể, góp phần vào sự hoạt động hiệu quả của hệ thống.

PLC là thành phần chính nhận tín hiệu điều khiển và thông số hoạt động của máy, xử lý tín hiệu từ các cảm biến để thực hiện việc điều khiển trực tiếp hệ thống Nó đảm nhận vai trò quan trọng trong việc thực hiện các lệnh điều khiển và quản lý hoạt động của hệ thống.

HMI là thành phần cho phép người dùng thao tác và điều khiển hệ thống, thực hiện lệnh điều khiển và theo dõi các thông số vận hành Nó cung cấp khả năng hiển thị vị trí của biến cảm biến cùng với giá trị tại từng điểm trong chế độ thủ công.

Laptop được sử dụng để truy xuất dữ liệu từ vùng nhớ của PLC trong chế độ tự động Phần mềm trên laptop hỗ trợ việc lấy dữ liệu và lưu trữ chúng trong tệp Excel, giúp quá trình lưu trữ và hiển thị kết quả một cách trực quan và thuận tiện.

PLC nhận và xử lý tín hiệu điều khiển, trong khi HMI cho phép người dùng thao tác và theo dõi hệ thống Máy tính xách tay được sử dụng để truy xuất và lưu trữ dữ liệu hành trình vận tải của hệ thống.

Giao diện chính của máy bao gồm các nút chọn chế độ hoạt động AUTO và MANUAL, cùng với nút SETTING để chuyển sang chế độ nhập thông số cho máy.

Hình 4.21: Giao diện nhập thông số đầu vào Các thông số máy bao gồm:

- Kích thước chiều dài chiều rộng của chi tiết

- Tốc độ hoạt động ở các chế độ

- Vị trí của gốc gá đặt của chi tiết

Hình 4.22: Giao diện Manual ở chế độ MANUAL

- Bên tay trái đầu tiên là có các nút điều khiển jog di chuyển từng trục để di chuyển đầu cảm biến đến vị trí mong muốn

- Bên tay phải là các ô hiển thị giá trị vị trí của đầu cảm biến và giá trị đo được

63 và các phím chức năng khác như reset giá trị gốc, mở khóa chế độ

Hình 4.23: Giao diện điều khiển ở chế độ auto Ở chế độ AUTO có các phím :

- INITIALIZE là lệnh điều khiển đầu cảm biến từ vị trí gốc đến vị trí bắt đầu của chi tiết và đứng chờ lệnh tiếp theo

Xử lý dữ liệu vận hành

Dữ liệu từ máy kiểm tra bề mặt chi tiết được lấy từ thanh ghi của PLC, sau đó được xử lý và lưu trữ dưới dạng file CSV Quy trình này bao gồm ba phần chính.

Trang xử lý dữ liệu tiêu chuẩn là bước đầu tiên trong việc quét bề mặt, đặc biệt là bàn MAP, để kiểm tra bề mặt của chi tiết một cách chính xác.

Hình 4.24: Trang dữ liệu quét bàn MAP đọc về máy tính

Trang dữ liệu Standard bao gồm ba cột, mỗi cột đi kèm với các nút bấm thể hiện thông số vận hành và nhiệm vụ chức năng của chúng Nội dung và ý nghĩa của từng cột được trình bày rõ ràng để người dùng dễ dàng nắm bắt.

- Date & Time: Hiển thị ngày và thời gian mà sản phẩm đó được kiểm tra xong

- D100: Thanh ghi đọc dữ liệu từ PLC

Khi lấy dữ liệu đầu tiên làm chuẩn để trừ tất cả các dữ liệu còn lại, kết quả thu được được gọi là sai số hệ thống cơ khí Sai số này phản ánh sự chênh lệch giữa giá trị chuẩn và các giá trị đo được sau khi thực hiện phép trừ.

- Nút Count: có chức năng đếm các dữ liệu đã được quét

- Nút Error: có chức năng thực hiện nhiệm vụ xử lý giá trị sai số hệ thống cơ khí

- Nút Next: có chức năng chuyển sang trang tiếp theo

- Nút Clear: có chức năng xoá các dữ liệu trong trang

 Sample: Đây là trang dùng để xử lý dữ liệu khi tiến hành thực hiện việc quét chi tiết cần kiểm tra bề mặt

Hình 4.25: Trang dữ liệu khi quét chi tiết

Trang xử lý dữ liệu Sample bao gồm ba cột, mỗi cột đi kèm với các nút thể hiện thông số vận hành, chức năng và nhiệm vụ của chúng Nội dung và ý nghĩa của các thông số này được trình bày rõ ràng, giúp người dùng dễ dàng hiểu và áp dụng trong quá trình xử lý dữ liệu.

- Date & Time: Hiển thị ngày và thời gian mà sản phẩm đó được kiểm tra xong

- D101: Thanh ghi đọc dữ liệu từ PLC

Giá trị hiển thị sau khi lấy dữ liệu từ vật đã quét (D101) được tính bằng cách cộng thêm sai số của hệ thống cơ khí, nhằm mục đích triệt tiêu sai số khi đo bề mặt chi tiết.

- Nút Count: có chức năng thực hiện nhiệm vụ đếm các dữ liệu đã được quét

- Nút Sum: có chức năng thực hiện nhiệm vụ xử lý phần sai số hệ thống cơ khí của chi tiết cần đo

- Nút Next: Có chức năng chuyển sang trang kế tiếp

- Nút Back: Có chức năng quay lại trang trước

 Final: Đây là trang xử lý dữ liệu cuối cùng để đưa ra kết quả sau khi thực hiện việc kiểm tra độ phẳng của chi tiết

Hình 4 26: Trang dữ liệu đã được xử lý

Trang xử lý dữ liệu Final bao gồm hai cột với các nút thể hiện thông số vận hành, chức năng và nhiệm vụ của chúng, giúp người dùng dễ dàng nắm bắt thông tin quan trọng và thực hiện các thao tác cần thiết.

- Date & Time: Hiển thị ngày và thời gian mà sản phẩm đó được kiểm tra xong

Hiển thị giá trị sau khi đo khoảng cách từ đầu cảm biến laser đến mặt phẳng của chi tiết, trừ đi giá trị tổng (Sum) trên trang mẫu (Sample).

- Nút Count: có chức năng thực hiện nhiệm vụ đếm các dữ liệu đã được quét

- Nút Caculate: có chức năng thực hiện phép toán trừ của cột Final

- Nút Draw: Có chức năng thực hiện hiển thị bảng số liệu về độ phẳng của chi tiết trong một dung sai cho phép

- Nút Back: Dùng để quay lại trang sau

- Tolerance: Nhập dung sai kích thước cho phép để tham chiếu

- Thickness: Nhập độ dày của chi tiết

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Kết quả

Sau khi hoàn tất thiết kế và chế tạo máy kiểm tra bề mặt chi tiết, nhóm đã tiến hành kiểm tra và hoạt động thực tế tại phòng thí nghiệm đo lường nâng cao của trường Kết quả tổng kết cho thấy cấu trúc khung máy đã đạt yêu cầu kỹ thuật cần thiết.

Khung máy được thiết kế vững chắc và cứng cáp, đảm bảo an toàn trong suốt quá trình hoạt động Điều quan trọng hơn là khung máy hoàn toàn phù hợp với kích thước đã được quy định.

- Hệ thống truyền động ổn định di chuyển mượt mà, chính xác

- Tổng quan thì máy có kích thước nhỏ gọn dễ dàng vận chuyển cũng như lắp đặt ở nhiều vị trí, tiết kiệm được không gian hoạt động

5.1.2 Hệ thống điện – điều khiển

Các thiết bị được lựa chọn dựa trên các đặc tính kỹ thuật nhằm đảm bảo an toàn điện và tối ưu hóa chi phí.

- Đáp ứng được các yêu cầu hoạt động đã đặt ra

- Nguồn điện chính trong hệ thống là 24VDC đảm bảo an toàn cho người vận hành

- Kích thước khung máy : 670x570x100mm

- Vật liệu khung máy : nhôm định hình

- Kích thước tủ điều khiển : 630x580x250mm

- Vật liệu tủ điện : thép được phủ sơn cách điện

- Điện áp hoạt động : 220VAC

- Bộ truyền động : dây đai

- Động cơ dẫn động : động cơ bước

- Thời gian kiểm tra rung bình : 90s

- Kích thước tối đa của chi tiết : 210x250x8mm

Thực nghiệm kiểm tra độ chính xác và ổn định của máy

Để kiểm tra độ chính xác của máy ta thực hiện các bước như sau :

Nhóm tiến hành thiết kế và chế tạo một chi tiết mẫu có kích thước 80x50x mm với yêu cầu độ phẳng mặt gia công là 0.1 mm Chi tiết này sẽ được sử dụng để kiểm tra độ chính xác của máy một cách trực quan, từ đó đưa ra kết luận và kết quả cuối cùng dựa trên cơ sở cụ thể Bản vẽ chi tiết sẽ được trình bày dưới đây.

Hình 5.1: Bản vẽ yêu cầu gia công Sau khi gia công thì thu được chi tiết như “Hình 5.2”

Hình 5.2: Chi tiết sau gia công

Để kiểm tra độ phẳng của chi tiết, chúng ta sử dụng phương pháp truyền thống với đồng hồ so Đồng hồ so Mitutoyo được chọn vì độ chính xác cao, giúp đảm bảo kết quả kiểm tra đáng tin cậy.

Để kiểm tra độ phẳng của chi tiết, đồng hồ so được gá đặt chính xác với độ chính xác 0.01mm Sau khi tiến hành trượt kim đồng hồ trên bề mặt phẳng của chi tiết, kết quả cho thấy độ phẳng đạt 0.06mm.

Hình 5.3: Kiểm tra bằng đồng hồ so Quá trình kiểm tra chi tiết bằng máy :

Ta tiến hành gá chi tiết vào máy, calib và cài đặt các thông số cần thiết

Hình 5.4: Kiểm tra bằng máy

Sau khi quá trình quét và lấy dữ liệu từ chi tiết kết thúc thì kết quả sẽ được hiện thị gồm :

 Giá trị sai lệch lớn nhất

 Giá trị sai lệch lớn nhất

 Độ phẳng của chi tiết

Hình 5.5: Kết quả hiển thị kiểm tra lần 1 Để kiểm tra độ ổn định của máy ta tiến hành đo chi tiết them nhiều lần

Hình 5.9: Kiểm tra lần 5 Với 5 lần tiến hành thực nghiệm ta có thể dễ dàng thống kê được bảng dữ liệu như Hình 5.10

Bảng 5.1: Bảng giá trị thực nghiệm so sánh

Kết quả từ 5 lần kiểm tra thực nghiệm cho thấy máy tính hoạt động ổn định, mặc dù có một số giá trị cao hơn dự đoán, nhưng vẫn nằm trong vùng sai số cho phép và tổng thể kết quả vẫn phù hợp với tính toán.

Kết quả từ việc sử dụng máy kiểm tra bề mặt chi tiết gần như tương đương với phương pháp đo truyền thống và đồng hồ so, cho thấy độ chính xác và ổn định của máy là hoàn toàn đáng tin cậy.

0.09 lần1 lần2 lần3 lần4 lần5 đo máy đồng hồ so

TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

Những thành tựu đạt được

Nhóm đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với mục tiêu khảo sát và giải quyết vấn đề thực tế liên quan đến kiểm tra bề mặt chi tiết sau sản xuất Việc thiết kế và chế tạo máy kiểm tra bề mặt đóng vai trò quan trọng trong đo đạc và quy trình sản xuất, giúp tăng năng suất kiểm tra đáng kể Máy được thiết kế đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành và kiểm tra, hoạt động ổn định với tuổi thọ cao, phù hợp cho việc sử dụng lâu dài Đặc biệt, chất lượng bề mặt do máy kiểm tra đạt độ chính xác và tin cậy cao, đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng của khách hàng.

Nghiên cứu và áp dụng hiệu quả quản lý, lưu trữ dữ liệu vào máy giúp kiểm soát dữ liệu vận hành theo thời gian thực Mục đích là để đánh giá, thống kê và phân tích dữ liệu sản phẩm, phát hiện lỗi kịp thời, từ đó cải tiến quy trình gia công và sản xuất vật phẩm.

Phương pháp kiểm tra mặt phẳng của chi tiết bằng cảm biến dịch chuyển laser là một kỹ thuật quan trọng, giúp nâng cao hiệu suất kiểm tra và độ tin cậy trong quá trình vận hành của máy Việc áp dụng thành công phương pháp này không chỉ cải thiện chất lượng kiểm tra mà còn đảm bảo tính chính xác cao trong các ứng dụng thực tiễn.

Dựa trên kiến thức về thiết kế và chế tạo máy, chúng tôi phác thảo và tính toán khung máy cùng các cơ cấu cơ khí, đảm bảo đáp ứng các điều kiện về lực và kiểm nghiệm bền Chúng tôi cam kết thỏa mãn các yêu cầu sản xuất, gia công và đo đạc mà khách hàng đề ra.

Dựa trên kiến thức về hệ thống tự động hóa và nguyên tắc chế tạo máy móc, chúng ta có thể xây dựng giải thuật điều khiển đáp ứng nhu cầu vận hành Ngoài ra, việc phác thảo, mô hình hóa và mô phỏng hệ thống điện - điều khiển, cũng như thi công bảng điện và tủ điện là rất quan trọng Cuối cùng, tư duy và suy luận để kết hợp phần cứng với các dòng chương trình sẽ giúp giải quyết các điều kiện của giải thuật điều khiển, tạo ra hệ máy hoạt động trơn tru và ổn định.

Những mặt hạn chế

Trong quá trình chế tạo máy, tiến hành kiểm tra mặt phẳng của chi tiết, nhóm nhận thấy máy còn một số hạn chế như sau:

Hệ thống cơ khí hiện tại chưa đạt được độ ổn định cao, cùng với các sai số của thiết bị, điều này dẫn đến việc kết quả kiểm tra không hoàn toàn chính xác và rõ ràng.

Quản lý, kiểm soát và lưu trữ thông tin hiện nay chủ yếu được thực hiện bằng phương pháp lưu trữ cục bộ trực tiếp trên máy tính Tuy nhiên, phương pháp này chưa thực sự tối ưu, linh hoạt và tiện lợi cho người sử dụng.

Hướng phát triển đề tài

Nhóm nghiên cứu hướng tới việc cải tiến cơ cấu cơ khí của máy kiểm tra bề mặt chi tiết trong tương lai, nhằm nâng cao độ ổn định, chính xác và độ tin cậy Mục tiêu là mang đến kết quả kiểm tra chuẩn xác và trực quan nhất.

Nghiên cứu thiết kế hệ thống kiểm tra độ tròn và độ lệch tâm tích hợp trong máy nhằm tăng cường tính đa dạng và linh hoạt trong chức năng của máy Hệ thống này giúp máy phù hợp với nhiều loại chi tiết có kích thước và hình dạng khác nhau.

Xây dựng hệ thống lưu trữ và quản lý dữ liệu vận hành từ xa qua IoT bằng Webserver giúp người dùng giám sát và theo dõi dữ liệu một cách hiệu quả mà không cần phải trực tiếp đến nơi làm việc.

Ngày đăng: 07/12/2023, 14:13

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w