Thiết kế và điều khiển máy khắc laser sử dụng cơ cấu galvo

Sử dụng cơ cấu galvo đem lại tốc độ khắc cao hơn cơ cấu plotter truyền thống, dễ tích hợp thành module trên các dây chuyền. Tác giả đã xây dựng kết cấu cơ khí, giải quyết bài toán động học thuận và ngược; Xây dựng firmware trên Tiva C launchpad để xử lý Gcode và nội suy hình học; Xây dựng GUI điều khiển trên Windows bằng ngôn ngữ C.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY KHẮC LASER SỬ DỤNG CƠ CẤU GALVO SVTH: Phạm Minh Hiếu MSSV: 1411200 GVHD: TS Ngô Hà Quang Thịnh TPHCM, 2018 LỜI CẢM ƠN Chặng đường bốn năm Bách Khoa đến hồi cuối cùng, thật nhiều khó khăn, thử thách, nụ cười lẫn nước mắt Bách Khoa để lại cho tác giả kỷ niệm khó quên thời tuổi trẻ Để hơm gửi lời cảm ơn đến ba mẹ, thầy dìu dắt, người bạn, người thân đồng hành tác giả chặng đường bốn năm qua, sau nữa, tác giả nhiều lần thức trắng đêm bên đồ án, tập lớn, hay giang nắng mua linh kiện…đó trải nghiệm vơ q giá Thật may mắn bên cạnh tác giả ln có người đồng hành, giúp tác giả vượt qua khó khăn hoàn thiện thân Lời xin cảm ơn ba mẹ, anh chị suốt thời gian qua Gia đình ln động lực để cố gắng đường học tập nẻo đường đời Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Ngô Hà Quang Thịnh, người tận tình bảo em phương pháp nghiên cứu, đặt vấn đề giải vấn đề Thầy bên cạnh động viên lúc khó khăn, tạo điều kiện cho sinh viên nghiên cứu nhiều lúc tâm người anh Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy môn Cơ Điện Tử, khoa Cơ khí, trường Đại học Bách Khoa TPHCM tận tình truyền đạt kiến thức kinh nghiệm năm em học tập Vốn kiến thức tiếp thu q trình học tập khơng tảng cho q trình thực luận văn mà hành trang quý báu để em bước vào đời cách tự tin vững Sau lời cảm ơn trên, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến người bạn tiếp tục đồng hành tác giả đường dài phía trước Cảm ơn anh em tập thể CK14CK06, bên tiết học, lần sinh nhật, vui chơi, nhậu nhẹt, lúc khó khăn…Đề tài theo quan điểm riêng tác giả kiến thức rộng, lúc tưởng chừng bế tắc tác giả nhận giúp đỡ nhiệt tình anh em để tìm hướng giải Cảm ơn người bạn 12A01 bên cạnh lúc tác giả lạc lõng Sài Gòn Cảm ơn người bạn thân từ năm học lớp 1, bên cạnh tác giả hỗ trợ mặt tinh thần lẫn vật chất Cảm ơn người nhớ tác giả dù chẳng bên cạnh ii Sau xin cảm ơn người đến đời tác giả, để tác giả nhận trái tim khơng thật khơ cằn, để lúc đơn tác giả có nơi để nhớ mỉm cười Tp HCM, ngày tháng 06 năm 2018 Phạm Minh Hiếu iii TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài: “Thiết kế điều khiển máy khắc laser sử dụng cấu Galvo” Công nghệ laser phát triển nhanh ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, đặc biệt khắc trang trí sản phẩm Do nhu cầu máy để thực việc khắc laser đặt Yêu cầu máy đảm bảo độ xác đường khắc, không phá hỏng sản phẩm khắc tốc độ cao Ở Việt Nam, có nhiều đề tài nghiên cứu chế tạo máy cắt/khắc laser, chủ yếu cấu trúc bàn máy dạng Cartesian Cấu trúc cho vùng làm việc lớn, tuỳ thuộc vào bề rộng bàn máy thiết kế Máy khắc laser dạng thường vận hành máy độc lập, hoạt động độc lập với máy sản xuất khác Có hai nguyên nhân dẫn đến việc tiến hành thực đề tài luận văn này, mong muốn chủ quan tác giả, mong muốn tìm hiểu thiết kế cấu cho máy khắc laser; nguyên nhân thứ hai ưu điểm khơng thể phủ nhận máy khắc laser sử dụng cấu galvo Máy khắc sử dụng cấu cho tốc độ khắc độ xác cao Máy khắc laser dạng có kích thước nhỏ gọn tính tích hợp cao, tích hợp vào quy trình khác hệ thống sản xuất… Ưu nhược điểm hai cấu phân tích rõ phần sau luận văn Ở mức độ luận văn, tác giả chủ yếu tìm hiểu tổng quan cấu tạo máy khắc sử dụng cấu galvo, giải vấn đề khí, thiết kế hệ thống điện điều khiển Qua mong muốn giới thiệu công nghệ rộng rãi đến với người dùng, đến bạn sinh viên để tiếp tục nghiên cứu giải vấn đề mà tác giả gian dở; bước làm chủ công nghệ, cải tiến hạ giá thành sản phẩm so với sản phẩm nước ngoài… iv Luận văn bao gồm chương sau: CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CHƯƠNG II: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CHƯƠNG III: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN CHƯƠNG V: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG VI: KÊT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT LUẬN VĂN .iv DANH SÁCH HÌNH ẢNH ix DANH SÁCH BẢNG BIỂU xi CHƯƠNG TỔNG QUAN 12 1.1 Các phướng pháp khắc laser 13 1.1.1 Khắc Engraving/Marking 13 1.1.2 Khắc Annealing 14 1.1.3 Khắc đổi màu vật liệu (Color change) 15 1.1.4 Khắc bóc lớp bề mặt (Surface removal) 16 1.2 Công nghệ điều khiển tia laser .16 1.3 Cấu tạo hệ thống Laser galvo .18 1.3.1 Hệ thống quét 19 1.3.2 Hệ thống điều khiển 21 1.4 Nguồn laser 21 1.5 Phương pháp quét .23 1.6 Cấu trúc điều khiển 24 1.7 Đặc tính kỹ thuật số máy thị trường 25 1.8 Mục tiêu, nhiệm vụ, phạm vi đề tài 27 1.8.1 Mục tiêu 27 1.8.2 Nhiệm vụ 28 1.8.3 Phạm vi đề tài 28 1.9 Tổ chức luận văn 29 CHƯƠNG LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 30 2.1 Lựa chọn cấu trúc quét 30 2.2 Chọn cấu truyền động cho trục Z 30 2.3 Lựa chọn phương án chống xoay cho đai ốc vít me 31 2.4 Lựa chọn động driver 31 vi 2.5 Lựa chọn cảm biến 33 2.6 Lựa chọn phương pháp quét 35 2.7 Lựa chọn cấu trúc điều khiển .35 2.8 Lựa chọn điều khiển 35 2.9 Kết luận 36 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ KHÍ 37 3.1 Mục tiêu thiết kế khí 37 3.2 Phân tích động học đầu quét 37 3.3 Lựa chọn động cho trục X Y 40 3.4 Tính trục truyền vít me đai ốc 43 3.5 Tính tốn ty trượt trục Z 45 3.6 Chọn ổ bi cho vít me 46 3.7 Kết luận 47 CHƯƠNG HỆ THỐNG ĐIỆN .48 4.1 Sơ đồ khối chung hệ thống điện 48 4.2 Mạch điều khiển TivaC 49 4.3 Driver động bước 50 4.4 Công tắc hành trình 51 4.5 Nguồn laser 52 4.6 Lựa chọn gương phản xạ 54 4.7 Mạch đệm .55 4.8 Khối nguồn 56 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 58 5.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 58 5.2 Giải thuật nội suy 59 vii 5.3 Giải thuật Return Home 64 5.4 Chương trình điều khiển máy tính 65 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .67 6.1 Mơ hình thực nghiệm kiểm tra giải thuật điều khiển 67 6.2 Thực nghiệm trình truyền nhận liệu xuất xung 67 6.3 Thực nghiệm quy trình máy khắc laser 68 6.4 Kết đạt 69 6.5 Hướng phát triển đề tài 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 viii DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1: Q trình khắc tia laser [2] 13 Hình 1.2: Sản phẩm phương pháp marking [1] 14 Hình 1.3: Phương pháp khắc Annealing [2] 15 Hình 1.4: Sản phẩm phương pháp khắc đổi màu vật liệu [2] 15 Hình 1.5: Sản phẩm phương pháp khắc bóc lớp bề mặt [2] 16 Hình 1.6: Laser Plotter [5] 17 Hình 1.7: Laser Galvo [7] 17 Hình 1.8: Cấu trúc hệ thống Laser galvo .18 Hình 1.9: Hệ gương đa giác [15] 19 Hình 1.10: Hệ gương phẳng [12] 19 Hình 1.11: Cấu trúc hội tụ pre-objective [16] 20 Hình 1.12: Cấu trúc hội tụ post-objective [16] 20 Hình 1.13: Cấu trúc laser Nd-YAG [22] .22 Hình 1.14: Cấu trúc ống phóng CO2 laser [23] 22 Hình 1.15: Laser diode 23 Hình 1.16: Phương pháp quét điểm .23 Hình 1.17: Phương pháp quét vector 24 Hình 1.18: Điều khiển phân cấp 24 Hình 1.19: SpeedMarker 100 25 Hình 1.20: High Speed Galvo Laser Cutting Engraving Machine ZJ(3D)-9045TB .26 Hình 1.21: Epilog G2 Galvo laser 26 Hình 1.22: CO2 Galvo laser marking synrad compact model .27 Hình 2.1: Cấu trúc quét dual mirror hội tụ pre-objective [12] 30 Hình 2.2: Vít me đai ốc trượt [30] 31 Hình 2.3: AC Servo + Servo Pack Panasonic [31] 32 Hình 2.4: Động có step Nema 23 32 Hình 2.5: Driver A4988 33 Hình 2.6: Driver Microstep AFTG 33 Hình 2.7: Cảm biến quang Omron E3Z-T81 34 Hình 2.8: Cảm biến tiệm cận điện dung CA18CAN12CA 34 Hình 2.9: Cơng tắc hành trình Omron Z-15GW2-B 34 Hình 2.10: Phương pháp quét vector .35 Hình 3.1: Sơ đồ đầu quét gương phẳng [12] 37 Hình 3.2: Sơ đồ phản xạ gương phẳng .38 Hình 3.3: Sơ đồ phản xạ gương phẳng .38 Hình 3.4: Sơ đồ hội tụ thấu kính .39 Hình 3.5: Vùng làm việc máy 40 Hình 3.6: Quan hệ góc quay toạ độ trục 41 Hình 3.7: Quan hệ giữu góc quay tạo độ trục x 42 Hình 3.8: Động 39BYG450A-13 43 Hình 3.9: Sơ đồ truyền động trục z .45 ix Hình 3.10:Đặc tính ổ bi 6002zz 47 Hình 3.11: Mơ hình 3D hồn chỉnh .47 Hình 4.1: Sơ đồ điện hệ thống 48 Hình 4.2: Vi điều khiển TivaC TM4C123GH6PM 49 Hình 4.3: Sơ đồ nối dây cơng tắc hành trình 52 Hình 4.4: Quan hệ tốc độ khắc chiều sâu khắc bước sóng laser [35] 53 Hình 4.5: Đầu khắc laser 2W+Driver 54 Hình 4.6: Quan hệ bước sóng laser độ hấp thụ vật liệu [36] 54 Hình 4.7: Gương thép tráng bạc 55 Hình 4.8: Sơ đồ chân IC 74HC245 55 Hình 4.9: Mạch giảm áp 5V 57 Hình 5.1: Sơ đồ khối hệ thống diều khiển .58 Hình 5.2: Giải thuật điều khiển máy .59 Hình 5.3: Giải thuật nội suy đường thẳng .61 Hình 5.4: Kết mơ nội suy lệnh G1 X30 Y20 .62 Hình 5.5: Giải thuật nội suy cung tròn 63 Hình 5.6: Kết mô lệnh G2 X10 Y0 I0 J0 64 Hình 5.7: Quá trình home phương pháp chốt chặn khí [37] 64 Hình 5.8: Giải thuật home 65 Hình 5.9: Phần mềm máy tính 65 Hình 6.1: Mơ hình thực nghiệm 67 Hình 6.2: tín hiệu điều khiển động trục x 68 Hình 6.3: Kết hình vng chạy thực nghiệm 68 x CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Bắt đầu Gửi G-Code đến Vi điều khiển thông qua RS232 Idle status No Cho phép khắc? Yes Đọc liệu nhận tiến hành nội suy, gửi xung điều khiển động đầu laser No Có phải điểm kết thúc? Yes Đưa gương vị trí Home Yes Tiếp tục khắc? No Kết thúc Hình 5.2: Giải thuật điều khiển máy 5.2 Giải thuật nội suy Trong hệ thống máy khắc laser, để khắc xác cần có hệ thống điều khiển đường dẫn liên tục Nó liên quan đến việc điều khiển đồng thời trục Đường dẫn xác định trước thực cách tiến hành phương pháp nội suy, hệ thống tạo tập hợp điểm trung gian vị trí cho Vi điều khiển nhận liệu G-code từ máy tính lưu trữ nhớ tạm Sau lệnh bắt đầu, vi điều khiển đọc lệnh từ nhớ lưu tiến hành nội 59 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN suy, cuất xung điều khiển Luận văn sử dụng lệnh nội suy để tạo chuyển động bât/tắt đầu gia công:       G1: nội suy đường thẳng G2: nội suy đường tròn theo chiều kim đồng hồ G3: bội suy đường tròn ngược chiều kim đồng hồ G4: dừng chương trình khoảng thời gian M3: bật đầu laser M5: tắt đầu laser Nội suy đường thẳng yêu cầu yếu tố: toạ độ điểm đầu, toạ độ điểm cuối tốc độ Trong nội suy tuyến tính trục, chương trình tính tốn tốc độ cho trình tốc độ trục tỷ lệ khoảng cách gia cơng dx/dy Hình 5.3 thể thuật toán nội suy đường thẳng:  Cấu trúc G-code nội suy đường thẳng G1 XX0 YY0, (X0, Y0) toạ độ điểm cần tới Trong trường hợp máy khắc laser, ta cố định tốc độ quét máy  Sau đọc lệnh, điều khiển tách liệu toạ độ, dựa vào toạ độ điểm kết thúc lệnh thực liền trước  Bộ điều khiển xác định chiều di chuyển trục dựa vào dấu số gia toạ độ trục  Bộ điều khiển tính toán số xung mà động cần thực động dựa vào phương trình động học  Dựa vào số xung tưng trục, điều khiển tính tốn tỷ lệ vận tốc trục, từ tính tần số xung cần thiết cho phát xung trục  Bật phát xung để điều khiển động  Sau hoàn tất số xung yêu cầu, nghĩa kết thúc trình nội suy lệnh vừa đọc, điều khiển lưu toạ độ điểm kết thúc chuyển qua xử lý lệnh 60 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Bắt đầu Đọc toạ độ điểm đầu điểm cuối Tính tốn chiều quay cho trục Tính tốn số xung cần thực cho động Số xung trục X (Xp) lớn số xung trục Y (Yp)? Yes No Tần số xung trục X=f*Xp/Yp; Tần số xung trục Y=f; Tần số xung trục X=f; Tần số xung trục Y=f*Yp/Xp; Bật phát xung No Chờ Đã đủ số xung thực trục? Yes Kết thúc Hình 5.3: Giải thuật nội suy đường thẳng 61 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Hình 5.4: Kết mô nội suy lệnh G1 X30 Y20 Bộ phát xung cho động sử dụng timer chế độ periodic Trong chế độ Periodic, timer đếm liên tục đến tràn timer quay không tiếp tục đếm theo chu kì lặp lại Ta sử dụng cờ ngắt timer tràn để thay đổi giá trị tín hiệu điều khiển Tần số tín hiệu điều khiển thay đổi cách thay đổi giá trí cấp cho timer Để lập trình xuất xung điều khiển cho động cơ, luận văn sử dụng timer 16bit kit tiva cho động cơ: timer0 cho trụ x timer1 cho trục y Do động điều khiển độc lập Sau có tần số xung cần tạo, ta tính tốn giá trị cần cấp cho timer Mọi cơng đoạn thiết lập hoàn tất, ta tiến hành cho phép timer hoạt động, nhảy vào trạng thái chờ để xảy ngắt hoàn thành số xung yêu cầu Kết thúc lệnh nội suy, tiến hành tắt timer, chuẩn bị cho kích hoạt lệnh Nội suy cung tròn yêu cầu thông số: toạ độ điểm bắt đầu, toạ độ điểm kết thúc, bán kính hay toạ độ tâm cung tròn, chiều chạy đầu gia công (cùng chiều hay ngược chiều kim đồng hồ)  Cấu trúc G-code nội suy cung tròn G2(G3) XX0 YY0 II0 JJ0 (G2 chạy chiều kim đồng hồ, G3 chạy ngược chiều kim đồng hồ) với (X0, Y0)-toạ độ điểm kết thúc, (I0, J0)-toạ độ tâm cung tròn  Sau đọc lệnh, điều khiển tách liệu toạ độ điểm cuối toạ độ tâm  Bộ điều khiển tính tốn chiều dài cung tròn thơng qua việc tính tốn góc quay bán kính cung tròn  Chia nhỏ cung tròn thành cung nhỏ cho chúng xấp xỉ đoạn thẳng Việc thực cách chia nhỏ góc quay thành góc nhỏ 𝑑𝜃 Sau tính tốn toạ độ điểm đầu điểm 62 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN cuối cung tròn chắn góc 𝑑𝜃, cung xem đoạn thẳng Sau phát xung để hoàn thành đoạn thẳng  Sau hồn thành cung tròn nhỏ chia, điều khiển lưu giữ toạ độ điểm kết thúc cung tròn lớn, kết thúc trình nội suy lệnh vừa đọc, chuyển sang lệnh Hình 5.5 thể giải thuật nội suy cung tròn: Bắt đầu Đọc toạ độ điểm đầu, tâm, điểm cuối chiều quay Tính chiều dài cung tròn cần chạy Chia nhỏ cung tròn Tính số xung cần thực chiều dài chia nhỏ Phát xung chạy trục Đã hoàn thành chiều dài cung? Kết thúc Hình 5.5: Giải thuật nội suy cung tròn 63 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Hình 5.6: Kết mô lệnh G2 X10 Y0 I0 J0 5.3 Giải thuật Return Home Sau lần khởi động máy, phải tiến hành Home trước thực tiến trình khắc Luận văn sử dụng phương pháp Home Stopper stop method: Hình 5.7: Quá trình home phương pháp chốt chặn khí [37] (1) Tín hiệu Home xuất (2) Khi điểm Near-point dog xuất xung cạnh lên bắt đầu giảm tốc (3) Giảm tốc Creep speed chạy với tốc độ khoảng thời gian Dwell time quy định trước (4) Cơ cấu chấp hành chạm vào chốt chặn dừng lại (5) Quá trình Home kết thúc 64 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Quá trình chạy dao Home tương tự lệnh chạy dao G0, di chuyển trục đồng thời trục hồn thành thành chạy trục lại Bắt đầu Di chuyển với tốc độ home No Near-point dog signal? Yes Chạy với tốc độ Creep Speed khoảng thời gian Dwell time Kết thúc Hình 5.8: Giải thuật home 5.4 Chương trình điều khiển máy tính Sử dụng ngơn ngữ Visual C# để thiết kế giao diện người dùng (GUI) (Hình 5.9) máy tính Visual C# cho phép phần mềm mang tính đóng gói cao sử dụng hầu hết máy tính sử dụng hệ điều hành Windows Hình 5.9: Phần mềm máy tính Giao diện người dùng (GUI) thiết kế để đáp ứng nhu cầu làm việc máy khắc Laser galvo GUI gồm chức sau: 65 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Phần kết nối: bao gồm tác vụ lựa chọn cổng giao tiếp kết nối máy tính với vi điều khiển thông qua giao tiếp RS232 (COM), máy tính vi điều khiển kết nối với tốc độ 115200 bps thông qua UART0 Tiva C Phần Manual Control: bao gồm thao tác chế độ JOG, Home Reset thông số máy  Nút nhấn X+/X-: điều chỉnh tăng/giảm hoành độ x mặt phẳng làm việc tia laser  Nút nhấn Y+/Y-: điều chỉnh tăng/giảm tung độ y mặt phẳng làm việc tia laser  Nút nhấn RESET: reset thông số máy, toạ độ tia laser lúc reset  Nút nhấn HOME: thực thao tác Home Phần Command mode: cho phép gửi lệnh G-code đến vi điều khiển để thực lệnh đơn lẻ Phần File mode: cho phép nhập file G-Code với dung lượng tối đa 500 dòng, định dạng file hỗ trợ gồm có: *.txt, *.nc, *.gcode Phần Control: cho phép máy hoạt động dừng tạm thời thông qua nút nhấn START/STOP 66 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Mơ hình thực nghiệm kiểm tra giải thuật điều khiển Kết quả: phần khí hệ thống điện thiết kế hoàn thành chế tạo, lắp ráp, thể Hình 6.1 Hình 6.1: Mơ hình thực nghiệm 6.2 Thực nghiệm q trình truyền nhận liệu xuất xung Tiến hành truyền file liệu Gcode từ máy tính sang kit Tiva, liệu lưu trữ nhớ flash kit Sau tiến hành đọc liệu lưu ghi file, file thu hồn tốn giống với file truyền Tiến hành lặp lại nhiều lần kết thu hoàn toàn khớp với file truyền đi, đưa đến kết luận giao tiếp giwuax máy tính điều khiển ổn định, khơng bị mát liệu Tiến hành chạy đoạn Gcode G1 X30 Y20, tần số xung trục có vận tốc lớn 20Hz, sử dụng Oscilloscope để đo tín hiệu chân phát xung động trục x, thu kết Hình 6.2: 67 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hình 6.2: tín hiệu điều khiển động trục x Nhận xét  Dữ liệu truyền nhận ổn định  Tín hiệu điều khiển tốt 6.3 Thực nghiệm quy trình máy khắc laser Tiến hành tạo file Gcode để máy khắc hình vng kích thước 20x20mm Hình 6.3: Kết hình vng chạy thực nghiệm Nhận xét:  Phương pháp quét vector liên tục đường khắc tạo đứt quãng, nguyên nhân tỷ số truyền từ gương đến động 1:1, khoảng đứt quãng chấm khoảng cách di chuyển bước động Vận tốc tức thời động bước phụ thuộc vào đặc tính động nên khơng thể thay đổi Qua thể sai lầm tác giả lựa chọn phương án động cơ, nên sủ dụng động servo động bước có qua hộp giảm tốc  Có khoảng đứt quãng lớn trục x động cơ, thay hốn đổi vị trí động trục khoảng đứt quãng lại xuất theo 68 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN phương y Thực tế trình chạy, qua khoảng động rít lên trượt qua nhanh Nguyên nhân ma sát bên động  Tại điểm chuyển tiếp đường xuất vết cháy lớn thời gian chuyển tiếp lệnh lâu Vì khoảng thời gian tạo trễ để đảm bảo vận tốc cho động kiểm soát tốt, thể qua việc đường khắc khơng có điểm dừng lâu gây nên tượng cháy tạo lỗ khắc lớn Nguyên nhân dự đoán ảnh hưởng thời gian đọc xử lý liệu để tiến hành nội suy 6.4 Kết đạt Mục tiêu ban đầu đặt ra:  Bảo đảm chất lượng đường khắc liên tục  Tốc độ khắc 5mm/s  Sai số: ±0.3 mm Luận văn thất việc đảm bảo mục tiêu đặt kiến thức chưa đầy đủ tác giả, bên cạnh nguyên nhân khách quan khác, mang lại cho tác giả cảm giác tiếc nuối Mặc dù cố gắng nhiều, với hỗ trợ động viên gia đình, thầy hướng dẫn bạn bè, tác giả chưa hoàn thành đề tài mà đề xuất Tuy nhiều sai sót luận văn đạt số thành cơng:  Tìm hiểu tổng quan cấu trúc, phương pháp điều khiển… máy khắc laser sử dụng cấu galvo  Thiết kế mơ hình khí tiến hành gia cơng, lắp ráp  Thiết kế hệ thống điện cho máy  Xây dựng giải thuật điều khiển cho máy: truyền nhận tín hiệu, nội suy đường thẳng, đường tròn Xây dựng firmware software để điều khiển máy 6.5 Hướng phát triển đề tài Một số giải pháp đề xuất để giúp máy đạt độ xác suất cao hơn:  Về khí: sử dụng động bước có hộp số để tăng độ phân giải giảm rung, giúp vận tốc mượt Hoặc sử dụng động DC cộng với encoder có độ phân giải cao, chẳng hạn encode tuyến tính từ AS5311  Về phần điện: sử dụng driver động bước với chất lượng điều khiển tốt  Về điều khiển: sử dụng profile vận tốc trình tăng tốc giảm tốc động để vận tốc mượt, thay vi điều khiển 69 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN chip DSP sử lý tốc độ cao sử dụng board điều khiển chuyên dụng Bên cạnh tác giả đề xuất số đề tài mở rộng từ việc nghiên cứu luận văn này: thêm vào cấu nâng hạ trục z tự động để thực việc khắc bền mặt cong, cộng với việc tăng công suất đầu laser để thực việc in 3D theo công nghệ SLA 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] N T T.-P H Long, Các phương pháp gia công đặc biệt [2] "Laser beam machining" https://en.wikipedia.org/wiki/Laser_beam_machining [3] "How to laser mark?" Trotec Laser, https://www.troteclaser.com/en/knowledge/faqs/how-to-laser-mark/ [4] "Các phương pháp khắc laser công nghiệp", https://www.technologymag.net/cac-phuong-phap-khac-laser-cong-nghiep/ [5] "Homemade Laser Engraving Plotter DIY Pen Draw Mini Machine CD RW DVD Drives Mechanism CNC Arduino" Instructables, 2016 http://www.instructables.com/id/Homemade-Laser-Engraving-Plotter-DIY-PenDraw-Mini/ [6] T L Inc., "What's the difference between a laser plotter and a galvo laser?" [7] OrLaser, "High Quality Laser Marking", https://www.or-laser.com/en/lasermarking/ [8] Verboven, "Distortion correction formulas for pre-objective dual galvanometer laser scanning" in Applied Optics, Vol 27, 1988, pp 4172-4173 [9] L Y a K J, "Laser beam scanning by rotary mirrors I Modeling mirrorscanning devices" in Applied Optics, Vol 34, 1995, pp 6403-6416 [10] L Y., "Beam deflection and scanning by two-mirror and two-axis systems of different architectures: a unified approach" in Applied Optics, Vol 47, 2008, pp 5976-5985 [11] S T a S R Hafez M., "Study of the beam path distortion profiles generated by a two-axis tilt single mirror laser scanner" in Optical Engineering, Vol 42, 2003, pp 1048-1057 [12] M.-F Chen, "A scribing laser marking system using DSP controller" 2008 [13] M.-F Chen, "Laser coding on the eggshell using pulsed-laser," 2009 [14] Melles-gnot, Optics Guide 3, 1985 [15] M D In, "Laser Beam Scanning, Opto-mechamcal devices, systems and data storage" New York, 1985 [16] E F John Lester Miller, "Chapter 11 - Scanning Systems" in Optical Handbook 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO [17] C XH, "Research of the mirror laser marking machine" 2003 [18] T Q Z Y Liu Q, "The control system design for arrayed online CO2 laser marker" 2005 [19] W D a Y Xinpiao, "An Embedded Laser Marking Controller Based on ARM and FPGA Processors" 2014 [20] E L K Base, "YAG Laser vs CO2 Lasers" 2014 [21] "YAG laser machining of materials" http://www.aml.engineering.columbia.edu/ntm/level1/ch05/html/l1c05s07.html [22] "Diagram of Carbon Dioxide Lasers | Metallurgy" http://www.yourarticlelibrary.com/welding/laser-welding/diagram-of-carbondioxide-lasers-metallurgy/97400 [23] J Ion, "Laser Processing of Engineering Materials", Oxford, 2005 [24] H H B C T Liao, "Review of laser marking technology" 2004 [25] Trotec, High-Speed Laser Marking for Industrial Applications-SpeedMarker Series [26] G Laser, "Galvo Laser Paper Cutting Engraving Machine for Wedding Invitation Cards", https://www.goldenlaser.cc/galvo-laser-paper-cuttingengraving-machine-for-wedding-invitation-cards.html [27] Epilog, "Epilog G2 Galvo Laser" ,https://www.epiloglaser.com/lasermachines/g2-galvo-laser-series.htm [28] "CO2 Galvo Laser Marker 30W-60W Synrad Compact Model", Rose Graphix, https://bescutter.com/products/compact-galvo-co2-laser-marker-30w-60wsynrad [29] N H Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB ĐHQG TP HCM, 2016 [30] "Lead screw", Folger Technologies LLC, https://folgertech.com/products/300mm-lead-screw-3d-printer-z-axis-lead-screw300mm-lead-screw-8mm-screw-pitch [31] "Panasonic: AC Servo Motors (MDMA A4 Series)" https://www.e-motionsupply.com/product_p/mdma.htm [32] "2-Axis Laser Beam Deflection Units SuperScan" Raylase, http://www.laserconcierge.com/product_img/Raylase/Scanner/Superscan/2-Superscan.pdf 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO [33] "Motor stepper 39BYG450A-13 12V DC", https://www.okazii.ro/motor-stepper39byg450a-13-12v-dc-2-phase-0-54a-pas-1-8-grade-nos-a186668238 [34] N K Nhựt, "Thiết kế máy phay rập tự động cho ngành may", Đại học Bách Khoa TP HCM, 2016 [35] M N T I M Y M Y Y S Satoshi Fukuta, "Wavelength dependence of machining performance in UV-, VIS- and NIR-laser cutting of wood", The Japan Wood Research Society 2016, 2016 [36] "Laser Cutting", Akela Laser Corporation, http://www.akelalaser.com/markets/industrial/ [37] N Q Chí, "PLC-Based Motion Control", in Industrial Motion Control Systems, Ho Chi Minh [38] "Stepper Motor - NEMA 23", Inventables, https://www.inventables.com/technologies/stepper-motor-nema-23 [39] "Stepper Motor Driver A4988" Lectronic Hub, https://lectronichub.com/en/arduino-and-family-c-3/modules-and-display-c6/stepper-motor-driver-a4988-p-8191 73 ... mong muốn tìm hiểu thiết kế cấu cho máy khắc laser; nguyên nhân thứ hai ưu điểm phủ nhận máy khắc laser sử dụng cấu galvo Máy khắc sử dụng cấu cho tốc độ khắc độ xác cao Máy khắc laser dạng có kích... Về mặt cấu trúc điều khiển, máy khắc laser gồm phận điều khiển chính, phận điều khiển động cơ, phận điều khiển dầu đầu laser Có phương pháp để kết nối phận với điều khiển tập trung điều khiển. .. tài: Thiết kế điều khiển máy khắc laser sử dụng cấu Galvo Công nghệ laser phát triển nhanh ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, đặc biệt khắc trang trí sản phẩm Do nhu cầu máy để thực việc khắc laser