Hiện nay, các linh kiện được sử dụng trong các nhà máy lắp ráp đòi hỏi khả nănglắp ráp với độ chính xác cao và tốc độ nhanh, giúp tăng hiệu suất và năng suất sản xuất.Tuy nhiên, một số n
TỔNG QUAN
ĐẶT VẤN ĐỀ
Dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử là hệ thống tự động hóa được thiết kế để, khoan, hàn, lắp ráp các linh kiện , các vật hay thậm chí là các bộ phận của 1 bộ phần sản phẩm nào đó nhằm tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh Hệ thống này tạo thành một quy trình khép kín, trong đó mỗi công đoạn thực hiện một nhiệm vụ riêng biệt.
Hiện nay, các linh kiện được sử dụng trong các nhà máy lắp ráp đòi hỏi khả năng lắp ráp với độ chính xác cao và tốc độ nhanh, giúp tăng hiệu suất và năng suất sản xuất. Tuy nhiên, một số nhà máy truyền thống thường cần phải được lắp ráp bởi người lao động, điều này không chỉ làm tăng chi phí sản xuất mà còn ảnh hưởng đến độ chính xác và năng suất sản xuất Vì vậy, việc nghiên cứu và phát triển máy lắp ráp linh kiện tự động, mà cụ thể là máy lắp ráp ic tự động để thay thế hoặc bổ sung cho nhà máy lắp ráp truyền thống là một vấn đề quan trọng và cần thiết trong ngành công nghiệp Đặc biệt, với sự phát triển của công nghệ và tự động hóa trong sản xuất, việc áp dụng các giải pháp tự động hoá trong gia công cơ khí cũng như lắp ráp trở thành một xu hướng không thể phủ nhận Nhằm hướng tới một cái nhìn cụ thể, thực tiễn hơn về cách thiết kế cũng như cách điều khiển một lắp ráp linh kiện tự động, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài: “ Ứng dụng Pick&Place 3 trục điều khiển hệ thống lắp ráp linh kiện tự động.”
MỤC TIÊU
Mục tiêu của nghiên cứu này là thực hiện công việc khoan mạch để đặt các linh kiện chính xác để thực hiện vấn đề chính là lắp ráp linh kiện phía sau đồng thời thực hiện việc lắp ráp linh kiện từ kho vào mạch chính xác Các mục tiêu cụ thể như sau:
− Thiết kế cơ khí và hệ thống điện cho máy lắp ráp linh kiện tự động.
− Viết chương trình hệ điều khiển tự động cho máy lắp ráp linh kiện tự động.
− Xây dựng giao diện HMI để quản lý và điều khiển hoạt động.
− Sử dụng phần mềm AutoCad để xuất được tọa độ phục vụ cho việc khoan các chân của linh kiện nhằm mục đích phục vụ cho quy trình tiếp theo.
− Từ các vị trí linh kiện đã chuẩn bị sẵn thực hiện việc lắp linh kiện từ kho mạch đến vị trí một bo mạch cố định được chuẩn bị sẵn ở quá trình khoan.
− Kết quả dự kiến của đề tài sẽ là một máy lắp ráp linh kiện ic tự động có độ chính xác cao, tốc độ nhanh và mượt mà, dễ vận hành và đáp ứng được các yêu cầu của sản xuất.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Đề tài sẽ tìm hiểu các công nghệ, sản phẩm và tiêu chuẩn liên quan đến máy khoan và lắp ráp linh kiện ic tự động, cũng như các nghiên cứu trước đó về việc sử dụng máy khoan và lắp ráp linh kiện ic tự động. Đề tài “ Ứng dụng Pick&Place 3 trục điều khiển hệ thống lắp ráp linh kiện tự động ” được nghiên cứu trong 6 chương với các nội dung sau:
Trình bày tổng quan về đề tài, đặt ra mục tiêu, giới hạn và sơ bộ nội dung nghiên cứu
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Trình bày lý thuyết và kiến thức về PLC nói chung và PLC Q series của hãng Mitsubishi nói riêng, bộ Servo và các phần có trong mô hình.
Chương 3: Tính toán thiết kế và thi công mô hình
Trình bày tính toán tỷ lệ hộp số điện tử, thiết kế phần điện và cơ của mô hình,
Chương 4: Giải thuật và chương trình điều khiển
Trình bày mô tả hệ thống mô hình và giải thuật điều khiển, lưu đồ hệ thống hoạt động, các phần mềm sử dụng.
Chương 5: Kết quả - nhận xét - đánh giá
Trình bày kết quả của quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài Bên cạnh đó trình bày các lỗi đã gặp trong quá trình làm đồ án và hướng giải quyết, cũng như hạn chế của quá trình nghiên cứu để từ đó có những đánh giá và rút ra những bài học kinh nghiệm áp dụng trong tương lai Từ kết quả đạt được ở trên đưa ra so sánh giữa kết quả đạt được và mục tiêu đưa ra.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Từ kết quả so sánh trên đưa ra được những uu nhược điểm và hướng phát triển của đề tài sau này.
GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Đề tài “ Ứng dụng Pick&Place 3 trục điều khiển hệ thống lắp ráp linh kiện tự động ” của nhóm giới hạn trong phạm vi:
− Phạm vi nghiên cứu đề tài chỉ dừng lại ở mức mô hình, do đó các kết quả thu được chỉ đúng trong điều kiện nhất định và 1 vùng không gian tương đối nhỏ.
− Mô hình chỉ hoạt động với kho và mạch được chuẩn bị sẵn ở quá trình khoan đồng thời 2 mạch này phải được giữ cố định Nếu thay đổi vị trí đặt sẽ dẫn đến việc gắp sai từ đó có thể dẫn đến hư hỏng mô hình.
− Quá trình thực hiện đề tài nhóm chỉ trao đổi, làm việc với giáo viên hướng dẫn chưa có cơ hội tiếp xúc với máy lắp ráp linh kiện tự động trong thực tế dẫn đến một vài sai lệch của kết quả nghiên cứu đề tài so với thực tế.
− Một số thành phần của lắp ráp tự động như động cơ, hệ thống điều khiển hay bộ khung còn chưa đảm bảo tiêu chuẩn công nghiệp nên số loại linh kiện có thể lắp ráp còn hạn chế và tốc độ thực hiện chưa lớn.
− Với kinh phí nằm ở mức cho phép nên việc cải tiến và nâng cấp một số khuyết điểm ở thời điểm hiện tại vẫn chưa cải thiện được.
CƠ SỞ LÍ THUYÊT
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÁY LẮP RÁP LINH KIỆN TỰ ĐỘNG
Từ những lúc bắt đầu, khái niệm về robot và sự phát triển tự động hóa chưa được công nhận rộng rãi trên thế giới Bởi vì lúc đó hầu hết tất cả mọi người đều cảm thấy mơ hồ về những khái niệm công nghệ như robot tự động, dây chuyền tự động,
Ngày nay, hầu hết các dây chuyền lắp ráp đều được tự động hóa, giúp tối ưu hóa hiệu suất sản xuất và giảm thiểu lỗi Trong các nhà máy sản xuất hiện đại, các dây chuyền lắp ráp này thường hoạt động theo phương pháp sản xuất "khi cần thiết".
CÁC YÊU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐÊN CHẤT LƯỢNG MŨI KHOAN
Chất lượng của lỗ khoan phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm:
− Tốc độ động cơ: Tốc độ động cơ của máy khoan cần phải được điều chỉnh sao cho phù hợp với vật liệu đang được chế tạo.
− Áp lực: Áp lực là yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng lỗ khoan Áp lực quá thấp sẽ làm cho mũi khoan không thể cắt được vật liệu, trong khi áp lực quá cao có thể gây ra hư hỏng trên bề mặt vật liệu.
− Độ chính xác của máy: Độ chính xác của máy khoan cũng ảnh hưởng đến chất lượng lỗ khoan Máy khoan và lắp ráp linh kiện ic chính xác được chế tạo với độ chính xác cao sẽ tạo ra các lỗ khoan chính xác và đồng đều hơn.
− Kỹ thuật gia công: Kỹ thuật gia công là yếu tố quan trọng nhất trong việc đảm bảo chất lượng lỗ khoan đòi hỏi người vận hành cần phải có kinh nghiệm và kỹ năng.
− Ngoài ra phần cơ khí như việc đặt máy ở vị trí bằng phẳng, cũng như xây dựng phần khung, đế lắp ráp linh kiện cũng phải thật chính xác thì kết quả cuối cùng cho ra mới thật sự chuẩn xác.
2.2.4 Các công nghệ lắp ráp hiện nay.
Công nghệ nạp linh kiện tự động (Automated Component Placement): là quy trình tự động hóa việc đặt và gắn các linh kiện điện tử lên bo mạch PCB Cụ thể trong quá trình này, các máy nạp linh kiện tự động được sử dụng để nhận biết, chọn lọc và đặt các linh kiện điện tử như: Vi mạch, vi xử lý, chip bán dẫn, lên vị trí cụ thể trên PCB với độ chính xác cao và hạn chế lỗi sai đến mức thấp nhất.
Một số ứng dụng của công nghệ nạp linh kiện tự động trong dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử là:
− Đảm bảo linh kiện được đặt chính xác trên bản mạch điện tử.
− Tự động hóa một số thao tác thủ công, lặp đi lặp lại.
− Cải thiện tốc độ của dây chuyền lắp ráp.
Công nghệ gắn kết bề mặt (SMT) là một phương pháp chế tạo bản mạch phổ biến hiện nay, được sử dụng trong các nhà máy, dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử tự động hoặc bán tự động Cụ thể, SMT sẽ thực hiện gắn linh kiện lên bản mạch in PCB bằng phương pháp hàn chì Thông thường, doanh nghiệp sẽ sử dụng công nghệ SMT để gắn kết các thiết bị như: diode, điện trở, tụ điện,
Một số ứng dụng của công nghệ gắn kết bề mặt SMT trong dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử là:
− Gắn các thành phần nhỏ lên cả hai mặt của bản mạch PCB.
− Cung cấp khả năng tự động hóa trong dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử.
Công nghệ hàn xuyên lỗ (THT) là công nghệ giúp gắn xuyên chân các linh kiện điện tử qua lỗ được khoan trước trên bản mạch PCB Tuy nhiên, hạn chế của THT là đường kính lỗ xuyên lớn, dẫn đến mật độ linh kiện được gắn trên tấm PCB thấp Ứng dụng của hàn xuyên lỗ THT trong dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử là:
− Gắn kết các thiết bị, linh kiện có khối lượng và kích thước lớn.
− Ứng dụng trong lĩnh vực điện tử quân sự với độ chính xác cao.
− Hoạt động ổn định trong các môi trường làm việc khắc nghiệt, nhiệt độ cao.
Hình 2.2: Máy lắp ráp linh kiện điện tử công ty YAMAZEN Nhật Bản
Hình 2.3: Máy lắp ráp chip Intel
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC
2.3.1 Tổng quan về PLC Định nghĩa: PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển logic khả trình, thuộc loại điều khiển bán dẫn tự động theo chương trình người dùng Đây là thiết bị cho phép lập trình để thực hiện các thuật toán điều khiển logic [13]
Cấu tạo: gồm các thành phần chính như bộ xử lý trung tâm (CPU), khối vào (Module input, Analog input), khối ra (Module output, Analog output) [13]
Nguyên lí hoạt động: CPU điều khiển các hoạt động ở bên trong PLC Bộ xử lí trung tâm có nhiệm vụ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ và sau đó sẽ thực hiện thứ tự của từng lệnh ở trong chương trình và đóng hay ngắt các đầu ra.
Hình 2.4: Cấu trúc cơ bản của một hệ thống PLC
− Bộ xử lý trung tâm: Đây là phần quan trọng nhất của PLC, nơi chương trình điều khiển được thực hiện Nó xử lý các tín hiệu từ các khối vào và tạo ra các tín hiệu điều khiển cho các khối ra.
− Khối vào (Module input, Analog input): Đây là phần của PLC nhận các tín hiệu đầu vào từ cảm biến, công tắc và các thiết bị ngoại vi khác.
− Khối ra (Module output, Analog output): Đây là phần của PLC gửi các tín hiệu điều khiển đến các thiết bị ngoại vi như động cơ, van điều khiển hoặc các thiết bị khác.
2.3.2 Đặc điểm của PLC Ưu điểm:
− Giảm số lượng dây nối và công suất tiêu thụ.
− Khả năng lập trình rộng, ngôn ngữ lập trình dễ học.
− Gọn nhẹ, dễ dàng tích hợp vào các hệ thống.
− Số lượng tiếp điểm nội trong chương trình không hạn chế.
− Thời gian xử lý chương trình nhanh, tăng cao tốc độ sản xuất.
− Được thiết kế tương thích với chuẩn công nghiệp, có khả năng kết nối với các thiết bị khác như: máy tính, module mở rộng, … tạo thành mạng công nghiệp hoặc kết nối với Internet dễ dàng.
− Các phần mềm hỗ trợ lập trình, giám sát được thiết kế trực quan, chuyên nghiệp, dễ tiếp cận.
− Được thiết kế để làm việc trong môi trường công nghiệp, có khả năng chống nhiễu, chịu ẩm, …
− Số lượng Counter, Timer rất lớn, PLC còn hỗ trợ nhiều khối hàm có chức năng chuyên dụng như: phát xung tốc độ cao, bộ đếm tốc độ cao, bộ điều khiển PID, v.v. [13]
− Giá thành cao: PLC là thiết bị công nghệ cao, tự động hóa cao, do đó giá trị của nó sẽ cao hơn nhiều so với các loại thiết bị rơ le On/Off thông thường.
− Phải có phần mềm lập trình tương ứng từng loại: các loại PLC được hãng thiết kế riêng vì thế chúng sẽ có sự khác biệt trong khâu lập trình hệ thống.
− Đòi hỏi trình độ chuyên môn cao của người lập trình: hầu hết những người sử dụng được PLC phải được đào tạo rất bài bản Họ cần nắm vững các kiến thức liên quan đến từng loại PLC của từng hãng khác nhau, vì mỗi hãng có thể có cách lập trình, cấu hình và vận hành khác nhau [13]
PLC có vai trò quan trọng trong việc xử lí tín hiệu đầu vào, thực hiện các phép tính logic và đưa ra các tín hiệu đầu ra để điều khiển các thiết bị trong hệ thống tự động. Các vai trò cụ thể của PLC bao gồm:
− Thu thập tín hiệu đầu vào: PLC thu thập các tín hiệu đầu vào từ các cảm biến và các thiết bị đầu vào khác trong hệ thống tự động.
− Xử lí tín hiệu: PLC sử dụng các chương trình lập trình được cài đặt trước để xử lí các tín hiệu đầu vào theo các phép tính logic như AND, OR, NOT,… để đưa ra các tín hiệu đầu ra.
− Điều khiển thiết bị: PLC đưa ra các tín hiệu đầu ra để điều khiển các thiết bị trong hệ thống tự động như động cơ, van điều khiển, bơm, cảm biến, v.v.
− Giám sát và báo cáo: PLC có khả năng giám sát các tín hiệu đầu vào và đầu ra, lưu trữ các thông tin về trạng thái của hệ thống và báo cáo lỗi khi có sự cố xảy ra.
PLC DÒNG Q CỦA HÃNG MITSUBISHI
2.4.1 Giới thiệu về PLC dòng Q của hãng Mitsubishi
PLC Mitsubishi dòng Q Series là một dòng thiết bị điều khiển tự động chất lượng cao, đến từ thương hiệu Mitsubishi nổi tiếng của Nhật Bản Được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu khắt khe của các ứng dụng tự động hóa công nghiệp, dòng PLC này đã đem lại nhiều cải tiến đáng kể trong hiệu năng và tính linh hoạt so với các dòng điều khiển lập trình của các hãng khác.
Dòng PLC Q Series nổi bật với khả năng xử lý dữ liệu ở tốc độ cao, đem lại độ chính xác cao hơn và hiệu suất mạnh mẽ hơn so với các thế hệ trước Những cải tiến này giúp nâng cao hiệu quả và năng suất của các quy trình tự động hóa trong công nghiệp, đảm bảo sự ổn định và tin cậy trong hoạt động [2].
PLC Mitsubishi dòng Q là một bước phát triển vượt trội từ các sản phẩm trước đó,mang lại sự linh hoạt và khả năng tùy chỉnh cao cho người dùng Với dòng sản phẩm này, người dùng có thể dễ dàng lựa chọn và kết hợp các thành phần như CPU, ProcessControllers, Motion CPU và I/O trên cùng một nền tảng [2] Điều này giúp cấu hình hệ thống đáp ứng đúng nhu cầu cụ thể của từng ứng dụng tại bất kỳ thời điểm và địa điểm nào.
Hình 2.5: PLC dòng Q của hãng Mitsubishi
2.4.2 Đặc điểm chung của PLC Mitsubishi dòng Q
PLC Mitsubishi dòng Q là một dòng PLC nhỏ gọn nhưng có hiệu năng cao, tích hợp các kỹ thuật tiên tiến nhằm khắc phục những hạn chế của các bộ lập trình truyền thống Nhờ kỹ thuật đa xử lý (multi-Processor), dòng PLC này cho phép lên đến 4 CPU cùng tham gia xử lý các quá trình điều khiển máy móc, điều khiển vị trí, và truyền thông cùng một lúc [3]. Điều này giúp tăng cường hiệu suất thời gian thực, giảm thời gian quét vòng chương trình xuống chỉ còn 0.5 – 2ms, mang lại hiệu quả cao hơn trong các ứng dụng công nghiệp.
PLC dòng Q có một số đặc điểm chung như sau:
− Tốc độ xử lí nhanh: Các CPU trong dòng Q Series được cải tiến để tăng khả năng xử lí và tốc độ hoạt động Điều này giúp cho hệ thống có thể xử lí các ứng dụng phức tạp và nhanh chóng hơn.
− Bộ nhớ lớn: Dòng Q Series có bộ nhớ lớn hơn so với các dòng PLC khác, giúp lưu trữ các chương trình và dữ liệu lớn hơn Ngoài ra, chúng cũng hỗ trợ bộ nhớ mở rộng.
− Đa chức năng: Dòng Q Series có khả năng xử lí tác vụ đa dạng và linh hoạt, từ điều khiển đơn giản đến các hệ thống tự hoàn chỉnh.
− Khả năng kết nối mạng: Dòng Q Series hỗ trợ các giao thức mạng thông dụng nhưEthernet, CC Link, và các giao thức mạng khác.
− Dễ dàng sử dụng: Dòng Q Series được thiết kế với giao diện người dùng đơn giản và thân thiện với người dùng, giúp cho việc cài đặt, lập trình và vận hành trở nên dễ dàng hơn.
− Hỗ trợ mở rộng: Dòng Q Series được tích hợp với các module mở rộng để hỗ trợ các tính năng và ứng dụng mở rộng.
− Tính linh hoạt: Dòng Q Series có thể được sử dụng trong nhiều loại ứng dụng khác nhau, tù sản xuất, xây dựng đến năng lượng và hệ thống điều khiển tự động khác.
Bảng 2.1 Bảng các kí hiệu của CPU dòng Q series
Tên CPU dòng Q Mô tả Mẫu CPU
QnUCPU Các tính năng, phương pháp, và thiết bị cho lập trình Mã CPU ứng dụng tổng quát
QnPRHCPU Các tính năng, phương pháp, và thiết bị cho lập trình
Mẫu QCPU cơ bản/ hiệu năng cao/ điều khiển quy trình/ dự phòng
QnPRHCPU Các tính năng, phương pháp, và thiết bị cho lập trình Mẫu QCPU cơ bản/ hiệu năng cao/ điều khiển quy trình/ dự phòng
QCPU Thông tin cho cấu hình hệ thống đa
CPU (cấu hình hệ thống, thông số I/O, liên kết thiết bị vào/ra và tính năng thiết bị thông minh)
Mẫu QCPU cơ bản/ hiệu năng cao/ điều khiển quy trình/ ứng dụng tổng quan
QnPRHCPU Cấu hình hệ thống dự phòng, tính năng, kết nối với các thiết bị bên ngoài và xử lý sự cố
QnUCPU Tính năng liên kết thông qua cổng
Ethernet Mã CPU ứng dụng tổng quát
GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ SERVO
[4] Servo:Servo là một hệ thống truyền động điều khiển hồi tiếp vòng kín, nhận tín hiệu và thực hiện nhanh chóng và chính xác theo lệnh từ PLC Hệ thống Servo bao gồm các thành phần chính như:
− Bộ điều khiển Servo (Servo driver): Điều khiển động cơ Servo theo các lệnh nhận được từ PLC, đồng thời xử lý các tín hiệu phản hồi từ Encoder.
− Động cơ Servo: Thực hiện các chuyển động cơ học dựa trên các lệnh từ bộ điều khiển Servo.
− Encoder: Thiết bị phản hồi tín hiệu từ động cơ về bộ điều khiển, giúp hệ thống biết được vị trí hiện tại của động cơ. Động cơ Servo AC (AC Servo Motor):
− Hoạt động với dòng điện xoay chiều (AC).
− Thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp yêu cầu độ chính xác và độ bền cao.
− Ưu điểm: Hiệu suất cao, khả năng kiểm soát tốt, phù hợp với các ứng dụng tải nặng. Động cơ Servo DC (DC Servo Motor):
− Hoạt động với dòng điện một chiều (DC).
− Thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu điều khiển linh hoạt và nhanh chóng.
− Ưu điểm: Dễ dàng điều khiển tốc độ, thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu đáp ứng nhanh.
* [5] Ứng dụng của động cơ servo:
− Điều khiển được chính xác vị trí: một số dây chuyền đóng gói, lắp ráp yêu cầu chạy và dừng đúng vị trí.
− Điều khiển tốc độ: điều chỉnh tốc độ chính xác trong các dây chuyền sản xuất như khoan, kết hợp chạy đồng bộ.
− Điều khiển momen/torque: điều chỉnh lực phù hợp với từng chất liệu phôi trong máy bắn vít tự động…
* Lợi ích khi sử dụng AC servo:
− Khả năng điều khiển tốc độ, vị trí và momen cực kì chính xác.
− Tốc độ đáp ứng và phản hồi nhanh, quán tính thấp
− Hiệu suất hoạt động lên đến hơn 90%
− Hoạt động êm ái, tiết kiệm điện năng.
Bộ điều khiển (Servo Driver):Bộ điều khiển Servo (Servo Driver) là một thành phần quan trọng trong hệ thống Servo, với nhiệm vụ chính là: nhận lệnh điều khiển từ PLC, truyền lệnh tới động cơ Servo để thực hiện các hoạt động theo yêu cầu, nhận tín hiệu phản hồi liên tục từ Encoder về vị trí và tốc độ của động cơ, điều chỉnh hoạt động của động cơ để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả của hệ thống [5] Nhờ vào khả năng phản hồi liên tục và điều chỉnh chính xác, hệ thống Servo giúp thực hiện các tác vụ điều khiển vị trí và tốc độ với độ chính xác cao, đáp ứng nhanh chóng các yêu cầu từ PLC.
Hình 2.6: Cấu hình của một hệ thống điều khiển dùng Servo
Có 3 chế độ điều khiển động cơ: Tốc độ, vị trí và moment, cần cài đặt tùy theo mục đích sử dụng động cơ.
Hình 2.7: Một động cơ AC Servo của hãng Mitsubishi
MOTOR CNC
Motor CNC sử dụng cho các mục đích khoan trên các máy cnc mini, thân ngoài mạ crom chống rĩ Sử dụng điện áp 12-48 V ( nhóm sử dụng nguồn 24v từ nguồn tổ ong) Tốc độ định mức từ 3000-12.000 RPM, lực 500mM.m , công suất 400w, đường kính vỏ ngoài 52mm , Đầu kết nối giữ dao: ER11 + colet kẹp mũi 1mm , trọng lượng 0,9 kg.
Cấu tạo của động cơ Spindle CNC 400w
Cấu tạo của một spindle motor, hay còn gọi là motor trục chính, bao gồm nhiều thành phần quan trọng Dưới đây là mô tả chi tiết về các thành phần chính của spindle motor:
− Nếu rotor là loại sử dụng nam châm vĩnh cửu, từ trường quay sẽ làm cho rotor quay theo chiều của từ trường.
− Nếu rotor là loại cuộn dây (động cơ cảm ứng), từ trường quay sẽ tạo ra dòng điện cảm ứng trong rotor và nó tương tác với từ trường quay, tạo ra lực quay làm cho rotor quay.
Khi rotor quay, nó kéo theo trục chính quay Trục chính này có thể được kết nối với các dụng cụ cắt, công cụ, hoặc các bộ phận khác của máy móc.
Hình 2.81: Bộ động cơ không chổi than (Brushless Motor)
TRUYỀN THÔNG MẠNG ( QUANG)
Truyền thông quang trong hệ thống Servo là việc sử dụng công nghệ cáp quang để này đảm bảo hiệu suất cao, độ tin cậy và tốc độ trong quá trình vận hành của hệ thống Servo [10]
Vai trò của truyền thông quang trong hệ thống Servo truyền tín hiệu điều khiển chính xác:
− Độ trễ thấp: Sợi quang cho phép truyền tín hiệu điều khiển với độ trễ cực thấp, cần thiết cho các hệ thống Servo yêu cầu độ chính xác cao.
− Băng thông rộng: Khả năng truyền tải khối lượng lớn dữ liệu trong thời gian ngắn giúp điều khiển các động cơ Servo nhanh chóng và hiệu quả.
− Dữ liệu phản hồi chính xác: Các cảm biến trên động cơ Servo cung cấp dữ liệu về vị trí, tốc độ và gia tốc.
− Khả năng chống nhiễu tốt, kháng nhiễu điện từ.
− Không suy hao tín hiệu: Sợi quang có thể truyền tín hiệu đi xa hàng km mà không bị suy giảm Ưu điểm của truyền thông quang trong hệ thống Servo:
− Tốc độ truyền tải cao: Sợi quang có thể hỗ trợ tốc độ truyền tải dữ liệu lên đến hàng gigabit mỗi giây (Gbps), đáp ứng yêu cầu của các ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao.
− Ít gặp sự cố: Sợi quang ít bị ảnh hưởng bởi môi trường khắc nghiệt, giảm thiểu sự cố và hỏng hóc, đảm bảo độ tin cậy cho hệ thống.
− Độ bền cao: Sợi quang có độ bền cao, ít bị hao mòn theo thời gian, do đó giảm thiểu chi phí bảo trì và thay thế.
HỆ THỐNG BẢO VỆ MÔ HÌNH
CB hiện nay có nhiều loại Nhưng nhìn chung, một thiết bị đóng ngắt CB sẽ gồm các thành phần sau:
− Tiếp điểm: Một aptomat sẽ có 2 tiếp điểm (Tiếp điểm chính và tiếp điểm hồ quang) hoặc loại 3 tiếp điểm sẽ có thể 1 tiếp điểm phụ trợ cho 2 tiếp điểm còn lại Khi đóng mạch: hồ quang sẽ đóng, rồi đến tiếp điểm phụ rồi đến tiếp điểm chính Khi ngắt mạch thì thứ tự mở sẽ ngược lại.
− Buồng dập hồ quang: Cấu tạo gồm nhiều tấm thép xếp liên tiếp với nhau, thiết kế này giúp hồ quang được dập nhanh hơn.
− Khung CB: thiết kế nhằm bảo vệ các tiếp điểm và các chi tiết bên trong, tạo sự ổn định và hoạt động bền bỉ của CB.
Nguyên lý hoạt động của CB
Khi có hiện tượng quá tải hoặc ngắn mạch, sẽ có 1 lực hút điện từ ở nam châm điện hút làm các khớp nối bong ra và lò xo được thả lỏng Lúc này, tiếp điểm sẽ mở, từ tiếp điểm chính, đến tiếp điểm phụ rồi đến tiếp điểm hồ quang và mạch sẽ bị ngắt, dòng điện không thể chạy qua và thiết bị được bảo vệ.
Hình 2.10 : CB bảo vệ động cơ 2P
Cấu tạo của relay: Relay là một thiết bị cơ điện tử dùng để điều khiển mạch điện bằng cách sử dụng tín hiệu điện áp thấp để đóng hoặc ngắt mạch điện áp cao Cấu tạo cơ bản của relay bao gồm ba khối chính:
− Khối tiếp thu: Tiếp nhận tín hiệu đầu vào và chuyển đổi chúng thành đại lượng cần
− Khối trung gian: Nhận tín hiệu từ khối tiếp thu và biến đổi chúng thành đại lượng cần thiết để relay có thể tác động.
− Khối chấp hành: Thực hiện nhiệm vụ được cấp từ khối trung gian và phát tín hiệu cho mạch điều khiển.
Encoder là một cảm biến vị trí cung cấp thông tin về góc quay và tốc độ của một trục xoay nào đó mà nó được kết nối Nguyên lý hoạt động cơ bản của Encoder bao gồm một đĩa xoay quanh trục, trên đĩa có các lỗ hoặc rãnh [7] Khi đĩa quay, tín hiệu quang chiếu qua các lỗ hoặc rãnh trên đĩa sẽ bị chặn và thông qua luân phiên, tạo ra các xung Bằng cách ghi nhận số lượng xung và tốc độ xung, ta có thể xác định được góc quay và tốc độ quay của trục gắn Encoder.
Hình 2.12: Encoder dùng trong công nghiệp
Encoder thường được chia làm 2 loại: Encoder tuyệt đối (Absolute Encoder) và Encoder tương đối (Increamental Encoder).
Encoder tuyệt đối: Encoder tuyệt đối (Absolute Encoder): Đây là loại Encoder có khả năng phản hồi chính xác vị trí của trục động cơ so với điểm quy định sẵn ban đầu. Đĩa của Encoder tuyệt đối thường có nhiều rãnh với kích thước khác nhau và sắp xếp không đều Khi tín hiệu quang phát ra xuyên qua các rãnh này, nó tạo ra các tín hiệu có thể được phân tích để xác định kích thước và số lượng rãnh [7]
Hình 2.13: Đĩa Encoder tuyệt đối Encoder tương đối: Encoder tương đối (Incremental Encoder) là loại Encoder mà đĩa quay của nó có nhiều rãnh với kích thước bằng nhau và được bố trí cách đều nhau. Khi tín hiệu quang đi qua mỗi rãnh, nó tạo ra một xung tín hiệu [7]
Hình 2.14: Đĩa Encoder tương đối
Encoder tuyệt đối sẽ có ưu điểm vượt trôi hơn Encoder tương đối với khả năng nhớ được vị trí chính xác trên một vòng quay của đĩa Encoder hay trục kết nối cho phép xác định chính xác vị trí của trục quay [7] Với khả năng này, Encoder tuyệt đối cung cấp thông tin vị trí ngay cả khi hệ thống mất nguồn hoặc khởi động lại, đảm bảo độ tin cậy và chính xác trong các ứng dụng yêu cầu biết vị trí tuyệt đối của trục quay.
KHỞI ĐỘNG TỪ FUJI 24VDC - SJ-0G
Khởi động và dừng động cơ: Khởi động từ DC giúp khởi động và dừng động cơ một cách an toàn và hiệu quả Nó có thể điều khiển dòng điện cung cấp cho động cơ, ngăn ngừa sự tăng dòng đột ngột gây hỏng hóc. Đảo chiều quay động cơ: Khởi động từ DC có khả năng thay đổi chiều quay của động cơ bằng cách thay đổi phân cực của điện áp cấp cho động cơ.
Hình 2.15: Khởi động từ SJ-0G
NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH PLC LAD/LD (LADDER LOGIC/LADDER DIAGRAM)
Ladder Logic, còn được gọi là LAD, là một ngôn ngữ lập trình đồ họa được sử dụng rộng rãi để lập trình các bộ điều khiển logic khả trình (PLC) Đây là ngôn ngữ lập trình đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng điều khiển công nghiệp do tính dễ hiểu và trực quan của nó [13] Ưu điểm:
− Cấu trúc lập trình dễ theo dõi, sửa chữa và sắp xếp.
− Cho phép người lập trình ghi chú thích.
− Hỗ trợ chỉnh sửa online (chỉnh sửa trực tiếp).
Nhược điểm:một số khối lập trình chức năng không có sẵn, đặc biệt là khó khăn trong việc lập trình chyển động hoặc phân luồng.
VAN ĐIỆN TỪ KHÍ NÉN
Hệ thống có xi lanh khí nén cần điều khiển gắp sản phẩm Vì xi lanh cần khí nén để hoạt động nên cần có van điện từ giúp đóng hay mở đường dẫn khí nén. Ngoài ra van điện từ còn được sử dụng để điều chỉnh hướng đi của khí nén được chính xác hơn và xi lanh lựa chọn là xi lanh 2 tác động nên van điện từ có 1 đầu coil Vì vậy nhóm đã lựa chọn van điện từ khí nén 5/2 1 đầu coil 24VDC.
Hình 2.17Van điện từ AIRTAC 4V210-08
Van điện từ khí nén AIRTAC 4V210-08 là loại van khí nén 5/2 có 5 cổng 2 vị trí và 1 đầu coil điện hoạt động và điều khiển bằng điện, thường được dùng để điều khiển xi lanh khí nén.
Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật van AIRTAC 4V210-08
Kích thước cổng 1/4″ (ren 13mm)
Kích thước cổng xả 1/8″ (ren 9.6) Áp suất hoạt động 0.15 – 0.8 MPa Điện áp đầu vào 24VDC
Loại van Van hơi 5 cửa 2 vị trí (1 đầu coil điện)Nhiệt độ hoạt động 20 - 70°C
XILANH KHÍ NÉN
Hình 2.18:Xi Lanh kẹp Koganei NHBDPG- 8
Xi Lanh kẹp Koganei NHBDPG- 8 là loại kép gắp khí nén song song được thiết kế cho các ứng dụng mâm cặp, có cảm biến đóng mở Đồng thời với mục đích gắp thả linh kiện có kích thước vừa tầm với kích thước của xi lanh kẹp này, đồng thời dùng đầu chuyển ống khí nén từ 4 sang 6 để phù hợp với kích thước van điện từ.
Bảng 2.3 : Thông số kỹ thuật xi lanh kẹp Koganei NHBDPG- 8
Phạm vi áp suất 0.2-0.7 (Mpa) Đường kính xi lanh 8 mm
ĐẦU ĐỌC MÃ VẠCH 1D DATAMAN 8050
2.14.1 Giới thiệu sơ lược đầu đọc Dataman 8050
Hình 2.19: Đầu đọc mã vạch Cognex được sử dụng rộng rãi Đầu đọc mã vạch dựa trên hình ảnh đang nhanh chóng thay thế các quy trình thủ công và máy quét laze trong nhiều ngành công nghiệp bao gồm thực phẩm và đồ uống, hàng tiêu dùng, dược phẩm và logistics.
2.14.2 Tính năng của Dòng DataMan8050
Dòng DataMan 8050 là một dòng máy đọc mã vạch được phát triển để cung cấp tốc độ đọc cao nhất cho cả mã vạch 1D và 2D Đặc biệt, nó được thiết kế để sử dụng trong các ứng dụng sản xuất yêu cầu hiệu suất và độ chính xác cao.
DataMan 8050 Series là một lựa chọn lý tưởng cho các hệ thống tự động hóa và sản xuất, nơi yêu cầu tốc độ, độ chính xác và độ tin cậy cao trong việc đọc mã vạch. Với các tính năng tiên tiến như hình ảnh chất lượng cao và các thuật toán đặc biệt, nó mang lại hiệu quả và hiệu suất tối ưu cho các ứng dụng sản xuất đòi hỏi sự lập chỉ mục nhanh chóng và tốc độ cao [9].
Công nghệ của đầu đọc mã vạch dòng DataMan8050
Thuật toán1DMax® đọc mã vạch hàng đầu trong ngành, cũng như với các thuật toán đọc mã vạch Hotbars vàIDQuick® đáng tin cậy cho phép đọc mã vạch 1D và 2D trên nhãn trong nhiều điều kiện khắc nghiệt về độ tương phản, mờ, mã bị hư hỏng, độ phân giải thấp, bị cong hay bị che khuất 1 góc [9].
Công nghệ Hotbars® kết hợp với 1DMax là một giải pháp tiên tiến trong việc chiết xuất và giải mã mã vạch 1D, mang lại nhiều lợi ích đáng kể trong ngành công nghiệp như sau:
Chu kỳ tần suất đọc ngắn
Tốc độ xử lý nhanh
Hình 2.20: Các loại mã code đầu đọc có thể nhận dạng
TÍNH TOÁN, THIÊT KÊ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
YÊU CẦU HỆ THỐNG
Gắp chính xác vị trí các linh kiện từ kho sang mạch đồng với các lỗ khoan sẵn chính xác với phần cứng spiner khoan.
TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CẦN THIÊT CHO MÔ HÌNH
3.2.1 Tính tỉ lệ hộp số điện tử và số xung phát ra từ PLC sang Driver MR- C10A trục X, Y
Ta có bài toán như sau:
Servo điều khiển trục X và Y thông qua vitme bước 20mm, điều khiển cơ cấu chuyển động với độ chính xác là 0.01mm Chọn tốc độ lớn nhất của trục vitme là 1000 vòng/s Tần số xung lớn nhất mà PLC phát là 200,000 xung/s Độ phân giải của động cơ là 4000 xung/vòng.
Tốc độ lớn nhất của động cơ là:
20 = 3000 ��� # 3.1 Tần số xung của động cơ khi quay với tốc độ 3000 vòng/phút là:
��� > 1 # 3.3 Khi động cơ quay 1 vòng với bước vitme 20mm thì cơ cấu dịch chuyển đi một đoạn 20mm, với độ chính xác 0.01mm thì theo quy tắc tam suất ta được số vòng của động cơ khi cơ cấu dịch chuyển 0.01mm là:
Số xung phát ra để động cơ quay được
0 vòng sau khi qua hộp số điện tử là:
Chọn CDV 20 ta được biểu thức:� ��� × ��� = 0.01 × 4000 # 3.5
Chọn CMX2 từ đó suy ra� ��� = 1 xung # 3.6
Dựa vào điều kiện (3.3) ta nhận
Vậy để cơ cấu trục X và Y dịch chuyển 1 đoạn 0.01mm thì module phát xung cần phát ra số xung tương ứng là 1 xung thông qua hộp số điện tử có tỉ lệ
3.2.2 Tính tỉ lệ hộp số điện tử và số xung phát ra từ PLC sang Driver MR- C10A trục Z
Ta có bài toán như sau:
Servo điều khiển trục Z thông qua vitme bước 6mm, điều khiển cơ cấu chuyển động với độ chính xác là 0.01mm Chọn tốc độ lớn nhất của trục vitme là 300 vòng/s. Tần số xung lớn nhất mà PLC phát là 200,000 xung/s Độ phân giải của động cơ là
Tốc độ lớn nhất của động cơ là:
6 = 3000 ��� # 7 Tần số xung của động cơ khi quay với tốc độ 1000 vòng/phút là:
10# 9 Khi động cơ quay 1 vòng với bước vitme 6mm thì cơ cấu dịch chuyển đi một đoạn 6mm, với độ chính xác 0.01mm thì theo quy tắc tam suất ta được số vòng của động cơ khi cơ cấu dịch chuyển 0.01mm là:
Số xung phát ra để động cơ quay được
0 vòng sau khi qua hộp số điện tử là:
6 # 10 Chọn CDV3 ta được biểu thức: ����× ��� = 0.01 × 4000# 11
Chọn CMX 5 từ đó suy ra� ��� = 4 xung # 12
Dựa vào điều kiện (9) ta nhận
Vậy để cơ cấu trục X và Y dịch chuyển 1 đoạn 0.01mm thì module phát xung cần phát ra số xung tương ứng là 4 xung thông qua hộp số điện tử có tỉ lệ
THIÊT KÊ PHẦN CƠ KHÍ
3.3.1 Yêu cầu về phần cơ khí
Mô hình máy khoan và lắp ráp linh kiện bao gồm 3 động cơ điều khiển 3 cơ cấu truyền động vitme Trục Z được gắn cơ cấu khoan là động cơ không chổi than Brushless để thực hiện quá trình taro tạo lỗ khoan và 1 trục xoay điều khiển gắp và xoay vật đến các vị trí mong muốn Do đó yêu cầu cơ khí sẽ gồm các bộ phận sau:
− Phần trục XY cần phải được cố định vào tấm đế một cách chắc chắn Đảm bảo được bàn chứa tấm lót phôi không bị rung lắc khi di chuyển và khi khoan Đồng thời việc gắn cơ cấu bàn XY cần chú ý cho 2 trục vitme vuông góc với nhau.
− Cơ cấu trục Z cần đủ chắc chắn để chịu được cơ cấu khoan và cũng chịu được moment lớn khi dịch chuyển mũi khoan đi xuống để khoan thủng tấm phôi Đồng thời, cơ cấu này cần được gắn với độ chính xác cao, vuông góc với bàn XY để các lỗ khoan được chính xác khi tiến hành tạo lỗ khoan.
− Cơ cấu gắn mũi khoan cần chắc chắn, chịu được moment lớn khi khoan các loại tấm phôi dày Được gắn chính xác để cho đầu mũi khoan vuông góc với mặt phẳng của tấm phôi.
− Đối với bộ phận gắp thì trục xoay cần phải lựa động cơ có tốc độ và hộp số phù hợp với loại sản phẩm cần lắp ráp, và lựa chọn loại khí nén có lực phù hợp với loại linh kiện cần gắp.
− Đế gắn các phôi cần cố định 1 cách vuông góc với mặt bàn và cố định khi khoan và gắp để đạt được độ chính xác
3.3.2 Thiết kế các chi tiết phần cơ trên phần mềm SolidWorks Để đáp ứng các yêu cầu về phần cứng Để đảm bảo được tính chính xác, hạn chế các sai số trong lúc thi công, đo đạc Nhóm tiến hành dựng mô hình trên phần mềm SolidWorks.
Các thiết bị của phần cơ khí được mô phỏng lại trên phần mềm SolidWorks:
Phần đế của mô hình: 75.5cm 90.5cm dày 8mm
3.3.3 Sơ đồ khối phần cơ khí
Hình 3.3 : Sơ đồ cơ khí hệ thống
THIÊT KÊ PHẦN ĐIỆN CỦA MÔ HÌNH
3.4.1 Yêu cầu về phần điện Đảm bảo các thiết bị điện được kết nối đúng với nhau Cấp đúng nguồn cho các thiết bị Trước đó cần đọc kĩ các thông số mà nhà sản xuất in trên thiết bị Sau khi kết nối các thiết bị với nhau, trước khi tiến hành bật điện cần thực hiện thao tác đo nguội để kiểm tra trạng thái kết nối giữa các dây với nhau.
3.4.2 Sơ đồ khối của hệ thống
Hình 3.4: Sơ đồ khối phần điện của hệ thống
Chức năng của các khối trong hệ thống:
− Khối nguồn: Trong hệ thống điều khiển tự động hoá, việc sử dụng các nguồn điện khác nhau như Nguồn 220VAC và Nguồn 24VDC có vai trò quan trọng trong việc cấp nguồn cho các thiết bị và mạch điều khiển.
− Khối cảm biến: hệ thống sử dụng các cảm biến tiệm cận nhằm để đảm bảo an toàn cho hệ thống nhằm cảnh báo các vị trí giới hạn của cơ cấu trục vitme và dùng để thiết lập vị trí gốc cho trục vitme.
− Khối điều khiển: Khối này có chức năng là nơi cung cấp tín hiệu điều khiển cho các khối còn lại, tính toán xử lý các thuật toán liên quan đến hệ thống, giao tiếp với thiết bị ngoại vi, xuất xung điều khiển động cơ.
− Khối hiển thị: Khối này giúp cho việc giao tiếp giữa người vận hành trở nên dễ dàng hơn Trên màn hình HMI&PC sẽ hiện thị các thông số chính như vị trí của hiện tại, trạng thái, các chế độ vận hành, giúp người dùng thao tác nhập các thông số liên quan đến hệ thống.
− Khối Driver: Đây là các thiết bị để điều khiển, khuếch đại tín hiệu từ bộ điều khiển gửi đến để điều khiển động cơ Đồng thời cũng nhận tín hiệu vị trí, tốc độ trả về từ động cơ giúp giao tiếp giữa khối điều khiển và khối động cơ.
− Khối động cơ Servo: là khối được cấp nguồn bởi khối Driver, phản hồi dữ liệu tốc độ, vị trí về cho khối Driver thông qua Encoder, là cơ cấu chấp hành hoạt động cho hệ thống.
3.4.3 Lựa chọn thiết bị cho các khối
Bộ nguồn DC 24V được sử dụng để chuyển đổi điện áp từ xoay chiều 220VAC thành nguồn một chiều 24VDC để cung cấp cho các thiết bị điện hoạt động ở điện áp 24VDC.
Mô hình cần một module cấp nguồn 24VDC để cấp cho các thiết bị ngoại vi, sau khi tìm hiểu nhóm chọn được nguồn phù hợp tổ ong với thông số như sau:
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của nguồn 24VDC Đặc điểm Hình ảnh
Nguồn điện cung cấp (VAC): 100-220
Hình 3.5: Nguồn tổ ong 24VDC Điện áp ngõ ra (VDC): 24
Bảng 3.2 Các module của khối PLC
Module Baseunit Power supply MainCPU Positioning
Thiết bị Q35B Q61P Q03UDCPU QD75D4,QD75MH1 QY42
Hình 3.6 : Thứ tự module khối PLC
3.4.3.2.1 Khối xử lý trung tâm
Khối xử lý trung tâm cung cấp tín hiệu điều khiển cho khối điều khiển nhằm điều khiển các khối còn lại Trong khối xử lý trung tâm có các thành phần chính như:
Bảng 3.1: Bảng kỹ thuật của đế Q35B Đặc điểm Hình ảnh
Loại base: dòng Q truyền tốc độ cao
Số module mở rộng: 5 ( không tính CPU ở vị trí đầu)
Hỗ trợ nguồn dự phòng: không có
QP61 cung cấp nguồn điện cho hệ thống PLC Q Series Bảo vệ để đảm bảo rằng nguồn điện đưa vào hệ thống PLC là ổn định và an toàn.
Bảng 3.4: Bảng kỹ thuật của Q61P Đặc điểm Hình ảnh Điện áp ngõ vào: 100 – 240Vac
Dòng điện ngõ ra tối đa: 6A
Chức năng bảo vệ: Bảo vệ quá dòng, quá áp
Module Q03UDCPU thuộc dòng PLC Mitsubishi QCPU Với khả năng hỗ trợ số lượng đầu vào I/O tối đa ở mức khá lớn và chức năng sao lưu qua thẻ SD Q03UDCPU đáp ứng nhu cầu mở rộng hệ thống tương tự Ngoài ra, việc mở rộng thêm các Remote I/O cũng như kết nối mạng truyền thông công nghiệp rất thuận tiện với các module chức năng có sẵn.
Bảng 3.5:Bảng kỹ thuật Q03UDCPU Đặc điểm Hình ảnh
Số Inputs/Outputs(Point): 4096 điểm
Tốc độ xử lý lệnh: 0.0019 μs Điều khiển: hoạt động theo chu kỳ
Giao diện thẻ nhớ: SD, SDHC
Cổng giao tiếp: USB, RS232 Điện năng tiêu thụ: 5VDC - 0.33A
Khối điều khiển cung cấp tín hiệu điều khiển cho các khối còn lại Trong khối điều khiển có các thiết bị như sau:
Bảng 3.2: Bảng kỹ thuật của QD75D4 Đặc Điểm Hình ảnh
Số trục kiểm soát : 4 trục
Dữ liệu định vị: 600 dữ liệu trên trục Đơn vị điều khiển: mm, inch, degree, pulse
Pin dự phòng: Q6BAT, Q170HBATC
Kích thước: 27.4x98x90mm, khối lượng
Positioning Module quang QD75MH1
Bảng 3.7: Thông số kỹ thuật của QD75MH1 Đặc điểm Hình ảnh
Số trục kiểm soát: 1 trục
Dữ liệu định vị: 10 dữ liệu trên trục
Kết nối với SSCNET III Đơn vị điều khiển: mm, inch, degree, pulse
Module Input QX80 Module ngõ vào QX80 là một module I/O của hãng Mitsubishi Electric thuộc dòng sản phẩm Q Series Module này được dùng để tăng khả năng đầu vào số của hệ thống điều khiển và tự động hoá công nghiệp [8].
Bảng 3.8: Bảng kỹ thuật của QX80
Dữ liệu định vị: 10 dữ liệu trên trục Điện áp đầu ra: 12 đến 24V DC Dòng điện ra: 0.2A mỗi cổng Thời gian đáp ứng: 1 ms Cấp bảo vệ: IP2X
Hình 3.13: Sơ đồ chân Module QX80
Module ngõ ra QY42P là một module I/O của hãng Mitsubishi Electric, thuộc dòng sản phẩm Q Series Module này được sử dụng để mở rộng khả năng đầu ra số của hệ thống điều khiển và tự động hóa công nghiệp [8].
Bảng 3.9: Bảng kỹ thuật của QY42P Đặc điểm Hình ảnh
Dữ liệu định vị: 10 dữ liệu mỗi trục Điện áp ra: 12 đến 24V DC
Dòng điện đầu ra: 0.2A mỗi cổng
Thời gian đáp ứng: 1 ms
Hình 3.15: Sơ đồ chân QY42P
3.4.3.3.1 Định nghĩa và chức năng của HMI
HMI là từ viết tắt của Human-Machine-Interface, tức là thiết bị giao tiếp giữa người vận hành và máy móc thiết bị Nói một cách đơn giản, bất kỳ thiết bị nào cho phép con người "giao tiếp" với một máy móc thông qua 1 màn hình giao diện
Do phát sự phát triển của công nghệ thông tin HMI ngày nay sử dụng các thiết bị tính toán hiện đại HMI hiện đại chia thành 2 loại chính:
− HMI trên nền PC và Windows/MAC: SCADA, Citect
− HMI trên nền web: HMI chuyên dụng, hệ điều hành là Windows CE 6.0
Trong đồ án này nhóm đang sử dụng bộ điểu khiển của Mitsubishi nên Nhóm nghiên cứu sẽ sử dụng HMI GOT 2000 để tương thích với nhau.
3.4.3.3.2 Màn hình HMI GOT 2000– Mitsubishi
Màn hình hiển thị GOT được tạo ra trên máy vi tính bằng phần mềm chuyên dụng GT Designer Sử dụng GT Designer tạo ra các chức năng cho GOT bằng việc cài đặt vào màn hình hiển thị các thành phần có chức năng tương ứng như: công tắc, đèn chiếu, hiển thị số cùng các thành phần khác Sau đó thực hiện cài đặt từng thành phần, chức năng và kết nối với CPU PLC.
Hình 3.16:Màn hình Giao diện người dùng HMI GOT2000-Mítubishi
Driver điều khiển động cơ MR J3 20A
Bảng 3.10: Bảng kỹ thuật của Driver MR J3 10A Đặc điểm Hình ảnh
Nguồn cung cấp cho mạch động lực (VAC):
Nguồn cung cấp cho mạch điều khiển
Nguồn điện đầu ra (VAC): 3 pha 170
Dòng điện định mức (A):1.5 Độ phân giải:18 bit
Các dòng động cơ tương thích: HF-
Bảng 3.31: Bảng kỹ thuật của Driver MR-C10A Đặc điểm Hình ảnh
Kết nối: I/O signal connector,Encoder connector, RS-232C
Động cơ Servo HC-KFS13B
Bảng 3 12: Bảng kỹ thuật của Động cơ Servo HC-KFS13B Đặc điểm Hình ảnh
Nguồn điện cung cấp: 3 pha 105V
Hình 3.19: Động cơ Servo HC-
Tốc độ tối đa (vòng/phút): 3000
Dòng điện định mức (A): 0.7 Độ phân giải (xung/vòng): 131072
Tương thích với driver: MR J3S 10A/B
Cảm biến tiện cận Azbil APM-D3B1
Bảng 3.134: Bảng kỹ thuật của Cảm biến Azbil APM-D3B1 Đặc điểm Hình ảnh Điện áp: 12-24 VDC
Hình 3.20: Cảm biến tiệm cận Azbil APM-D3B1
Chế độ hoạt động: NC
Khoảng cách nhận biết vật: 2.5mm
THI CÔNG MÔ HÌNH
3.5.1 Thi công phần cơ khí
Hình 3.28: Lưu đồ chuẩn tiến hành phần cơ khí
Tiến hành chuẩn bị lắp ráp các phần khung cơ khí.
Hình 3.29: Gắn cao su cố định đế nhôm
Hình 3.30: Cấu tạo bên trong vitme
Hình 3.31: Lắp ráp hệ trục XYZ lên đế
Hình 3.32: Xây dựng giá đỡ HMI
Hình 3.33: Xây dựng kho và mạch gắn linh kiện
Sau khi đã cố định được các thiết bị trên phần đế Nhóm tiếp tục thi công phần điện để kết nối các thiết bị với nhau theo bản vẽ và sơ đồ đi dây trước đó. Đầu tiên nhóm sẽ tiến hành cấp nguồn cho các thiết bị như: nguồn tổ ong, PLC,HMI GOT2000, nguồn động lực cho các Driver Sau khi thi công xong phần cấp nguồn nhóm sẽ tiến hành thi công kết nối các tín hiệu điện như: cảm biến, các giắc cắm tín hiệu từ driver sang PLC và các thiết bị còn lại.
Hình 3.34: Chuẩn bị một số thiết bị chính
Hình 3.35: Hoàn thiện phần điện
CHƯƠNG 4: GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
MÔ TẢ BÀI TOÁN CỦA HỆ THỐNG
Bài toán đặt ra để điều khiển một máy khoan và lắp ráp linh kiện tự động là có thể điều khiển các trục của máy di chuyển tới các vị trí trong không gian với độ chính xác cao và sai số thấp Tại các vị trí cụ thể có thể thực hiện các tác vụ như khoan hay gắp và thả với tốc độ phù hợp để tạo ra các lỗ lỗ khoan và vị trí gắp đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật Một yêu cầu quan trọng của máy này là phải có chức năng nhớ vị trí của trục gắp, giúp máy có thể hoạt động lại khi gặp sự cố hay mất điện Chương trình có khả năng điều khiển máy tự động và bằng tay theo các cài đặt của người vận hành Đối với cách nhập vị trí di chuyển của các trục chương trình cũng có thể nhận dữ liệu thông qua Excel Tạo giao diện cho phép người dùng tương tác với máy, người dùng có thể chỉ định vị trí, tốc độ và cách hoạt động cho máy Chương trình cần xem xét các điều kiện an toàn để đảm bảo rằng máy không va chạm với các vật cản trong quá trình di chuyển Chương trình cũng cần có chức năng bảo mật, quản lý lỗi để thông báo cho người dùng khi có sự cố xảy ra.
MÔ TẢ CÁCH HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH
Mô hình hoạt động dựa trên 2 chế độ chính đó là AutovàManual Ở chế độ Auto mô hình chia làm 2 kiểu hoạt động đó là tự động 1 và tự động 2.
Manual Mode: Ở chế độ này người vận hành có thể điều khiển 2 chế độ chính bao gồm việc các trục động cơ chạy JOG, chạy ABS, chạy INC, dò vị trí bằng xung tay và thực hiện thao tác khoan hoặc gắp trên màn hình HMI hoặc tay cầm điều khiển. Động cơ Servo ở mô hình được truyền động thông qua vitme do đó để có thể di chuyển trên thanh vitme người dùng phải nhập cho mình các thông số cần thiết như tốc độ, vị trí mong muốn sau đó nhấn chạy JOG, ABS, INC trên màn hình HMI vitme sẽ hoạt động với tốc độ và vị trí tương ứng.
Chế độ tự động 1: Tiến hành lắp toàn linh kiện từ kho lên mạch.
Chế độ tự động 2: Kết hợp máy quét Barcode reader để lắp mạch theo mã vạch.
Trong quá trình vận hình nếu có sự cố bất ngờ xảy ra người vận hành có thể nhấn nút STOP cho máy dừng để xử lý, ngoài ra nếu có các lỗi xảy ra người vận hành có thể vào trong màn hình cảnh báo (Alarm) để kiểm tra lỗi cụ thể là gì từ đó đưa ra cách xử lý phù hợp.
GIẢI THUẬT QUY ĐỔI TỌA ĐỘ GIỮA ĐIỂM HOME VÀ ĐIỂM LÀM VIỆC
Do nhược điểm khi thiết kế cơ khí và vùng làm việc của vitme bị giới hạn nên vùng làm việc chính ở vị trí bắt đầu không có cùng gốc tọa độ Do đó để quy chiếu tọa độ chính xác thì cần quy chúng chung về cùng một gốc tọa độ và đơn vị đo.
Xét trường hợp trên ảnh, gọi vị trí điểm H là điểm mà cơ cấu di chuyển đến khi thực hiện về Home Khi này theo như lý thuyết trên thì cần di chuyển vị trí điểm H về điểm O và cài vị trí điểm O này trở thành điểm gốc (0;0) khi thực hiện các chương trình sau Để làm điều này, ta thực hiện phép chuyển đổi như sau:
Ta được ma trận chuyển đổi:
−40 # 13 Để chuyển đổi vị trí của điểm O thành điểm (0;0) và set làm vị trí Home mới đưa về (0; 0) và điểm O lúc này sẽ được tính là điểm Home mới Điểm này chỉ được sử dụng để xem là điểm khởi đầu của các chương trình phía sau và sẽ được reset nếu người dùng cho hệ thống trở về Home. Ở chế độ khoan thì khi quy đổi về điểm (0; 0) mới, ta có giá trị a và b là:
34 b a do phần cứng của spiner và Servo điều khiển tay gắp có sự chênh lệch về kích cỡ nhau.
BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ GẮP VÀ GẮN CỦA VẬT
Cốt lõi của hệ thống gắp linh kiện là gắp 1 linh kiện từ kho (A) đến và gắn ở mạch (B) với các chân của nó được khoan trước đó với phần cứng Spinner. Ở mô hình hệ thống này, nhóm sử dụng các linh kiện bao gồm Led 7 đoạn Anode chung, ic 74LS04 được gắn trên đế gắn ic, biến trở vuông 3362, Domino KF128 để gắp một mạch hoàn chỉnh gồm 2 mạch khác nhau.
Ví dụ đối với linh kiện Led 7 đoạn Anode chung có sơ đồ chân với kích thước mỗi chân là 1mm được minh họa như ảnh sau:
Ta có địa chỉ số chân của linh kiện này được xuất từ CAD lần lượt là:
Từ đó tính được vị trí gắp của linh kiện ở kho là:
Tương tự có vị trí đặt vật ở mạch B với các chân được xuất từ CAD với bảng thông số sau: x y
Từ đó tính được vị trí gắn của linh kiện tại mạch là:
2 = 116.9651164.7898 # 16Tương tự với các loại linh kiện khác.
LƯU ĐỒ VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN
4.5.1.1 Chương trình đọc về vị trí tuyệt đối
Trong phần này, nhóm sẽ tiến hành phân tích hệ xác định vị trí tuyệt đối và cách nó được thực hiện dựa trên hướng dẫn từ nhà sản xuất Từ đó đưa ra chương trình đọc vị trí tuyệt đối sau khi mất điện. Đối với hoạt động bình thường, như minh họa bên dưới, bộ mã hóa bao gồm một bộ dò được thiết kế để phát hiện vị trí trong một vòng quay và một bộ đếm vòng quay tích lũy được thiết kế để phát hiện số vòng quay Hệ thống phát hiện vị trí tuyệt đối luôn phát hiện vị trí tuyệt đối của máy và giữ cho nó duy trì bằng pin, không phụ thuộc vào việc bật hay tắt nguồn của bộ điều khiển lập trình PLC [6] Do đó, một khi vị trí ban đầu được xác định tại thời điểm cài đặt máy, không cần quay lại vị trí ban đầu khi bật nguồn sau đó Nếu mất điện hoặc xảy ra lỗi, việc khôi phục rất dễ dàng.
Hình 4.1: Hệ phát hiện vị trí tuyệt đối
Mỗi lần bật Servo (SON) được bật (ví dụ như khi bật nguồn), bộ điều khiển khả trình sẽ đọc dữ liệu vị trí (vị trí hiện tại) của bộ khuếch đại Servo.
Hình 4.2: Quá trình đọc vị trí tuyệt đối từ driver
4.5.1.2 Giải thuật chạy nội suy
Nội suy trong điều khiển vị trí là phương pháp chạy nhiều trục dựa vào tốc độ của một trục được chọn làm gốc tham chiếu thay vì phải điều khiển từng trục để đến được vị trí đích Nhà sản xuất đã tạo ra module điều khiển vị trí có tích hợp sẵn chế độ chạy nội suy được chia theo từng data với các thông số độc lập nhằm đáp ứng nhu cầu này.
Nội suy tuyến tính 3 trục: Thuật toán yêu cầu cung cấp vị trí đích đến cho bộ tọa độ (X2, Y2, Z2) và tốc độ chạy của một trục chính – gốc nội suy (đơn vị trong đề tài là mm/phút) Khi có lệnh gọi hàm, bộ dữ liệu sẽ được gọi và xử lý để chạy 3 trục X, Y, Z.
Các trục X, Y, Z sẽ chạy theo sự điều khiển của Positioning Module Tọa độ chấp hành của các trục sẽ được tính toán dựa vào gốc tham chiếu là vị trí 0 (Home) có được khi chạy ở chế độ OPR Một phép chạy nội suy vị trí sẽ được thực hiện khi có đủ 2 bộ thông số mà dữ liệu chính sẽ là tọa độ vị trí hiện tại (X1, Y1, Z1) - tọa độ vị trí đích đến (X2, Y2, Z2) và lệnh gọi chạy bộ dữ liệu đó [6].
Hình 4.3: Sơ đồ mô tả giải thuật chạy nội suy tuyến tính 3 trục
4.5.2.1 Lưu đồ điều khiển chính của hệ thống
4.5.2.2 Lưu đồ điều khiển ở chế độ auto của hệ thống
Hình 4.5:Lưu đồ chọn chế độ gắp
Hình 4.7: Lưu đồ giải thuật của chế độ gắp tự động ở Mode 2
4.5.3 Chương trình nhập dữ liệu từ AutoCad Để xuất dữ liệu điểm từ Autocad -> Excel -> vùng nhớ QPLC cần viết chương trình LISP để xuất dữ liệu điểm sang file Excel, từ đó sử dụng bộ công cụ MX Sheet để đưa vào vùng nhớ dữ liệu PLC
Hình 4.9: Lưu đồ giải thuật xuất dữ liệu từ AutoCad sang Excel
Hình 4.103: Lưu đồ giải thuật xuất dữ liệu từ Excel sang PLC
PHẦN MỀM SỬ DỤNG
GX Works 2: là phần mềm lập trình chuyên dùng để thiết kế, biên dịch và bảo trì chương trình trên Windows của PLC Mitsubishi GX Works2 quản lí các chương trình và tham số đầu vào của chương trình trên mỗi CPU điều khiển.
Khởi động GX Works2, nhấn New hoặc Ctrl + N để mở Project mới, hiển thị hộp thoại như bên dưới, lựa chọn loại CPU phù hợp và ngôn ngữ lập trình, sau đó nhấn OK để bắt đầu.
Thiết lập cấu hình cho CPU
Bước 1:Khởi động GX Works2, nhấn New hoặc Ctrl+N để tạo Project mới, xuất hiện cửa sổ như bên dưới, chọn loại CPU sử dụng và ngôn ngữ lập trình, sau đó nhấn
Hình 4.11: Tạo dự án mới
Bước 2: Thiết lập thông số cho I/O Assignment như trong hình.
Hình 4.12: Cấu hình cho PLC
Bước 3: Thiết lập vùng nhớ chốt giúp cho các giá trị biến được lưu lại sau khi ngắt điện.
Bước 4: Thiết lập thông số với Module QD75D4 Sau khi add module QD75D4 thì GX Work2 sẽ tự động thêm ở mục Navigation với thông tin là 0000: QD75D4.
Hình 4.13: Parameter và trang dữ liệu trục QD75D4
Parameter: Khu vực để thiết lập các giá trị của động cơ cần điều khiển.
Hình 4.14: Cài đặt Parameter cho QD75D4
Positoning_Axis_#1, Positoning_Axis_#2, Positoning_Axis_#3: Khu vực để đặt trước các giá trị như vị trị hay tốc của tương ứng với trục x, trục y và trục z.
Hình 4.15: Cài đặt data bên trong Positioning_Axis_#1
Hình 4.16: Cài đặt data bên trong Positioning_Axis_#2
Hình 4.17: Cài đặt data bên trong Positioning_Axis_#3
Detail parameter 1 giúp người dùng cài đặt chi tiết các giá trị giúp cho việc vận hành trở nên an toàn hơn như cảm biến giới hạn trên, giới hạn dưới, Thông số này chỉ có hiệu lực khi tín hiệu [Y0] PLC ready được bật.
Bước 5: Thiết lập thông số với Module QD75MH1 Sau khi add module QD75MH1 thì GX Work2 sẽ tự động thêm ở mục Navigation với thông tin là 0020: QD75MH1
Hình 4.18: Parameter và trang dữ liệu trục QD75MH1
Parameter: Khu vực để thiết lập các giá trị của động cơ cần điều khiển.
Hình 4.19: Cài đặt Parameter cho QD75MH1
Hình 4.20: Cài đặt data bên trong Positioning_Axis_#1 của QD75MH1
GT Designer3 cho phép người dùng tạo ra các giao diện đồ hoạ tương tác trên các hệ thống điều khiển công nghiệp, với các tính năng như nút nhấn, cảm biến, biểu đồ,bảng điều khiển và các thành phần khác Người dùng có thể thực hiện việc phân tích quy trình làm việc, theo dõi các thông số hoạt động, và tương tác với hệ thống tự động hóa thông qua giao diện tạo bởi GT Designer 3.
Khởi động GT Designer3, nhấn New hoặc Ctrl+N để tạo Project mới, xuất hiện cửa sổ như bên dưới, chọn loại Series sử dụng và Got type, sau đó nhấn Next để tiếp tục.
Hình 4.21: Lựa chọn phù hợp với màn hình HMI
Hình 4.22:Đọc từ GT Designer 3 về HMI
Hình 4.24: Màn hình đăng nhập
Nếu hệ thống cần xuất dữ liệu từ PLC qua bản báo cáo Excel hoặc ngược lại thì
MX Sheet là bộ công cụ cho các dòng PLC Mitsubishi, sau đây là cách thiết lập MX Sheet.
Sau khi mở ứng dụng Excel chọn các ô tương ứng để ghi dữ liệu vào PLC, ở đây chọn A1-B7.
Hình 4.25: Chọn ô để ghi dữ liệu
Sau đó mở MX Sheet để tiến hành thiết lập các thông số cho các ô: tên vùng nhớ,logical station number, địa chỉ và kiểu dữ liệu để ghi vào PLC, thời gian ghi dữ liệu.
Hình 4.26: Khai báo vùng ô nhớ và tên vùng ô nhớ
Hình 4.27: Khai báo kiểu dữ liệu và địa chỉ ghi vào PLC
MX Component là thư viện điều khiển ActiveX được thiết kế để giao tiếp máy tính với bộ điều khiển Mitsubishi.
Sau khi mở ứng dụng MX Component ta sẽ bắt đầu thiết lập các thông số Logical station number, chuẩn giao tiếp, loại CPU, tốc độ baudrate.
Hình 4.30: PLC sile I/F chọn CPU
Sau khi thiết lập xong, khi cần sử dụng chọn kiểu logical station tương ứng
AutoCAD được viết tắt của Automatic Computer Aided Design, dịch từ tiếng Anh có nghĩa là “Thiết kế hỗ trợ máy tính tự động” Đây là phần mềm được sử dụng để tạo ra các bản vẽ kỹ thuật bằng vector 2D hoặc các bản vẽ bề mặt khối 3D.
Sử dụng lệnh Appload và chọn file LISP đã viết để nạp vào phần mềm.
Hình 4.32: Appload file LISP xuất dữ liệu điểm vào AutoCad
Sử dụng lệnh TDO để tạo file csv, nhập chiều cao chữ, ký hiệu và chọn các điểm cần xuất ra.
DataMan 24.2.0 Setup Tool là một phần mềm được sử dụng để cài đặt và cấu hình cho thiết bị đọc mã vạch DataMan Các thiết bị đọc mã vạch DataMan là sản phẩm của
Công ty Cognex, được thiết kế để đọc các nhãn mã vạch trong các môi trường công nghiệp và thương mại.[9]
Thiết lập và tuỳ chỉnh các thông số của thiết bị đọc mã vạch DataMan để phù hợp với từng ứng dụng và môi trường cụ thể
Hình 4.34:Giao diện phần mềm
Hình 4.35: Chọn quét mã số matrix
Hình 4.36:Chọn chế độ HID only và hoàn tất
KÊT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ
KÊT QUẢ
So với mục tiêu ban đầu mô hình đã thực hiện được các yêu cầu sau:
− Điều khiển cơ bản các vận hành hệ thống:
Chạy Jog, tọa độ (Absolute) và khoảng cách (Increment) từng trục hoặc cả 3 trục với tốc độ tự chọn.
Hệ thống trục XYZ có thể chạy liên tục nếu còn điều kiện chạy ở chế độ gắp và khoan.
Có thể thực hiện lệnh Stop để dừng hệ thống.
− Hệ thống vận hành tương đối ổn định, tốc độ gắp vật ở mức trung bình với độ chính xác tương đối cao Tốc độ khoan khi dùng phần cứng khoan tương đối thấp.
− Trong quá trình thực hiện có nhiều lỗi do phần cứng và phần mềm dẫn đến việc điều khiển có sự sai lệch đáng kể Tuy nhiên vấn đề này đã được khắc phục tương đối.
− Thiết kế màn hình điều khiển dễ dàng điều khiển và sử dụng hệ thống đồng thời viết được nó từ phần mềm lên màn hình HMI thực tế.
− Số lương linh kiện gắp được tối đa 1 lần: 28 linh kiện bao gồm 5 led 7 đoạn, 4 biến trở, 4 ic có đế và 2 domino cấp nguồn với tỷ lệ chính xác lớn hơn 90%.
Sau khi thi công mô hình từ các thiết kế và lựa chọn những phương án thích hợp để tối ưu phần cơ khí, nhóm đã hoàn thành việc thi công phần cơ khí với kết quả đáp ứng được các yêu cầu ban đầu nhóm đặt ra khi bắt đầu thiết kế phần cơ khí.
Về phần điện, sau quá trình lắp đặt theo bản vẽ thiết kế, thực hiện đo nguội kiểm tra các thiết bị thì hệ thống điện được hoàn thiện đáp ứng ứng các tiêu chí đặt ra ban đầu.
Hình 5.1: Kết quả thi công phần cơ và phần điện
Với mục tiêu màn hình HMI phải rõ ràng, đầy đủ các thông tin, thông số kỹ thuật giúp cho người vận hành dễ dàng điều khiển cũng như giám sát hoạt động của máy nhóm đã thiết kế được một giao diện đáp ứng các tiêu chí trên.
Hình 5.2: Màn hình giao diện bắt đầu
Hình 5.3: Màn hình giao diện điều khiển home
Hình 5.4: Màn hình JOG điều khiển vị trí tốc độ
Hình 5.5: Màn hình làm việc chế độ khoan
Hình 5.6: Màn hình làm việc chế độ gắp
Về phần lập trình PLC, chương trình điều khiển máy hoạt động được một cách chính xác, trơn tru, có tính năng an toàn,
Về phần nhận tọa độ điểm từ phần mềm AutoCad, thực hiện được việc xuất dữ liệu ra file csv và liên kết dữ liệu PLC.
Hình 5.7: Xuất dữ liệu từ AutoCad sang Excel
Quá trình chạy thực nghiệm:
Hình 5.8: Quá trình chạy thực nghiệm
Chạy khoan và lắp linh kiện thực nghiệm:
Nhóm thực hiện khoan trên 2 loại vật liệu với đường kính mũi khoan M1.
Hình 5.9: Thực nghiệm trên Mica và miếng đồng với mũi M1
Hình 5.10: Thực nghiệm ráp linh kiện trên sản phẩm miếng đồng cần lắp ráp
Bảng 5.1:Kết quả thu được khi thực nghiệm với mũi khoan M1
Vật liệu Tốc độ khoan (mm/phút) Số lỗ khoan đạt
Về phần thực nghiệm: Sau quá trình thực hiện khoan và lắp trên nhiều loại linh kiện khác nhau nhóm có đưa ra 1 số nhận xét:
Hình 5.11: Thực nghiệm hiệu suất lắp ráp linh kiện
Về quá trình gắp: Tốc độ được tính toán phù hợp với vị trí và khoảng cách đường đi, tạo ra các giải tốc độ khác nhau giúp mắt người cảm giác một cách mượt mà. Tuy nhiên vẫn có 1 số sai lệch dẫn đến quá trình lắp ráp trở nên khó khăn là bởi 1 số nguyên nhân như quá trình tính toán đôi khi cũng có một số sự nhẫm lẫn , hoặc là các chân linh kiện đôi khi bị Công nhẹ hay thậm chí linh kiện quá trơn dẫn đến bị lắp hụt thì nhóm cũng đã có biện pháp để sử lý.
Về quá trình khoan: Sau quá trình khoan, nhóm nhận thấy tốc độ tối ưu để thiết lập cho máy là không cố định và phụ thuộc bởi nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm các yếu tố sau:
− Chất liệu, độ cứng, độ dẫn nhiệt của vật liệu
− Độ sâu của lỗ khoan
− Hiệu quả của chất làm mát, bôi trơn
− Công suất động cơ, điều kiện làm việc của máy khoan
− Hệ thống giá đỡ, cơ khí của máy
− Độ chính xác mong muốn
− Độ mài mòn, chất lượng của mũi khoan
ĐÁNH GIÁ
− Điều khiển được 2 loại động cơ servo khác nhau, 2 loại điều khiển khác nhau với số lượng lớn ( 4 động cơ).
− Điều khiển hệ thống hoạt động theo chu trình với độ chính xác tương đối ổn định.
− Mô hình có thể chạy ở 2 chế độ khác nhau tùy người dùng và ứng dụng.
− Hệ thống chạy giá trị vị trí chính xác tuyệt đối với đối tượng là servo xung.
− Gắp chính xác các linh kiện có sẵn với độ chính xác lớn hơn 90%.
− Khi chạy ở tốc độ cao máy vẫn tương đối ổn định.
− Máy có thể thay thế phần cứng gắn với trục Z giữa Servo để làm việc ở chế độ gắp và Spiner để chạy với chế độ khoan mạch với tọa độ xuất từ AutoCad.
− Có giới hạn độ cao của trục gắp và cảnh báo khi vượt quá phạm vi cho phép nhằm
− Ở 2 chế độ khoan và gắp máy cần có sự thay thế của con người mà chưa thể thực hiện một cách tự động vì thế cần có sự tính toán lại vị trí khi thay đổi phần cứng.
− Không gian làm việc của máy khá hạn chế do thiết kế phần cứng (X:277mm, Y: 195mm, Z:80mm ).
− Chưa có tính đa dạng, máy chỉ gắp được các linh kiện được chuẩn bị trước ở kho và lắp vào các mạch được gắn cố định Khi muốn thực hiện mạch khác cần train lại dữ liệu.
− Dữ liệu khi gắp cần được chuyển từ Excel vào PLC thông qua phần mềm vào lúc đầu chứ chưa thể thực hiện một cách tự động.
− Ở chế độ gắp khi nhấn Stop thì hệ thống vẫn chưa dừng hoàn toàn Vì thế khi hệ thống đang chạy gặp trục trặc hoặc chạy không đúng có thể ảnh hưởng đến hệ thống về phần cứng.
− Thiết kế phần điện chưa có tủ điện nên chưa cách ly hoàn toàn với phần cơ và chưa được nối đất nên khi chạm các thiết bị có hiện tượng giật nhẹ nên cần phải mang giày dép bảo hộ để cách ly.
− Số loại linh kiện có thể gắp còn bị hạn chế bởi kích thước của tay gắp Không thể gắp linh kiện có kết cấu tròn, nhỏ,…
KÊT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN
KÊT LUẬN
Sau quá trình nghiên cứu và triển khai mô hình áp dụng điều khiển máy khoan và lắp ráp linh kiện tự động, với các mục tiêu và nội dung ban đầu đã được xác định, nhóm đã hoàn thành công việc một cách tương đối Thuật toán điều khiển máy hoạt động hiệu quả trong việc tạo ra các lỗ khoan và gắp linh kiện trên chúng, đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật Mặc dù còn gặp một số thiếu sót liên quan đến kết cấu cơ khí nhưng nhóm đã cố gắng hạn chế đến mức thấp nhất.
Về nghiên cứu lý thuyết:
− Tìm hiểu cơ cấu của một máy khoan và lắp ráp linh kiện ic tự động.
− Tìm hiểu về các thiết bị được sử dụng trong mô hình.
− Tính toán tốc độ khoan, vị trí khoan và gắp, hệ số gear của máy.
− Tìm hiểu cách giao tiếp, truyền tín hiệu giữa các thiết bị thông qua cáp quang, RS232, USB.
− Tìm hiểu về hệ xác định vị trí tuyệt đối.
− Tìm hiểu về cách phát xung điều khiển động cơ Servo.
− Mô hình cơ khí được thiết kế đủ cứng và chịu được tải đối với các tác động và lực tác động đặt ra ban đầu khi động cơ chuyển động.
− Mô hình truyền động hiệu quả, áp dụng được các biện pháp và cách thiết kế tối ưu nhằm giảm thiểu lãng phí và tăng hiệu suất.
− Mô hình cơ khí đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về tính chính xác và độ phức tạp của các lỗ khoan và chi tiết gắp nối.
− Mô hình cơ khí đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về tính chính xác và độ phức tạp của các lỗ khoan và chi tiết gắp nối.
Cấu trúc thiết kế linh hoạt, dễ dàng tháo lắp, không bị ảnh hưởng bởi những yếu tố ngoại vi.
− Cấu trúc thiết kế linh hoạt, dễ dàng tháo lắp, không bị ảnh hưởng bởi những yếu tố ngoại vi.
− Thiết kế phần điện có khả năng điều chỉnh nhằm đáp ứng với các điều kiện và chức năng mới trong tương lai.
− Chương trình điều khiển hoàn thiện đáp ứng các yêu cầu theo lưu đồ đặt ra.
− Màn hình giám sát dễ dàng điều khiển cho người vận hành.
− Chương trình nhập tọa độ từ AutoCad dễ dàng sử dụng.
HƯỚNG PHÁT TRIỂN
− Nâng cao cơ khí để đạt độ chính xác cao hơn.
− Phát triển hệ thống máy tự động một cách toàn diện hơn có thể khoan và gắp một cách tự động mà không cần đổi cơ khí.
− Kết hợp các tính năng mới cho máy khoan như kiểm tra chất lượng, đánh giá độ chính xác của lỗ khoan, làm sạch và làm mát mũi khoan để tối ưu hoá quy trình sản xuất.
− Phát triển cơ khí để hệ thống có phần kho linh kiện rộng và đa dạng hơn với diện tích nhỏ hơn ( ví dụ kết hợp ứng dụng kết hợp băng tải để chứa linh kiện) và phần mạch gắn linh kiện có thể đa dạng hơn về kích thước và chủng loại linh kiện.
− Điều chỉnh áp suất của xi lanh để điều khiển từng linh kiện cụ thể và có dải tốc độ liền mạch.
