Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm tra âm thanh tự động

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỖ NGỌC QUỐC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ KIỂM TRA ÂM THANH TỰ ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Đà Nẵng - Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỖ NGỌC QUỐC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ KIỂM TRA ÂM THANH TỰ ĐỘNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Điện tử Mã số: 60.52.01.14 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Người hướng dẫn khoa học: TS LƯU ĐỨC BÌNH Đà Nẵng - Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn ký ghi rõ họ tên Đỗ Ngọc Quốc MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài .1 Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Dự kiến kết đạt Chương - TỔNG QUAN VỀ ÂM THANH VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU ÂM THANH 1.1 Tổng quan âm 1.1.1 Lý thuyết âm 1.1.1.1 Khái niệm âm 1.1.1.2 Các đặc tính âm .4 1.2 Xử lý tín hiệu số 1.2.1 Lấy mẫu khơi phục tín hiệu liên tục theo thời gian 1.2.2 Các lọc số (Digital Filters) .9 1.2.3 Cửa sổ tín hiệu 1.2.4 Vectơcơsở - Tích chập - Tích nội-Tính trực giao .10 KẾT LUẬN CHƯƠNG 11 Chương - GIỚI THIỆU VỀTAI NGHE VÀ CÁC THÔNG SỐ CẦN KIỂM TRA .12 2.1 Giới thiệu tai nghe headphone 12 2.1.1 Phân loại .12 2.1.2 Cấu tạo tai nghe Headphone 16 2.1.2.1 Đầu cắm dây cord dẫn điện ( Cord assy with plug ) 16 2.1.2.2 Bộ điều chỉnh micro ( Mic box ) 16 2.1.2.3 Phần phát âm (Earset) 17 2.1.3 Nguyên lý phát âm tai nghe .18 2.2 Các thông số âm cần kiểm tra .18 2.2.1 Kiểm tra trở kháng tai nghe (IMP) .18 2.2.2 Kiểm tra tần số cộng hưởng (Fo) .19 2.2.3 Kiểm tra giá trị độ nhạySPL : Sound pressure level 20 2.2.4 Kiểm tra đường sóng cường độ âm FC .20 2.2.5 Kiểm tra lỗi âm lạ ( Buzz sound ) .21 2.3 Phương pháp kiểm tra âm 22 2.3.1 Nguyên lý đo máy Etani .22 2.3.2 Cách sử dụng máy đo Etani 23 KẾT LUẬN CHƯƠNG 24 Chương - THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠOMÁY KIỂM TRA ÂM THANH TỰ ĐỘNG 25 3.1 Thiết kế khí máy kiểm tra âm tai nghe tự động 25 3.1.1 Yêu cầu chung thiết kế máy kiểm tra âm tự động 25 3.1.2 Lựa chọn cấu tạo mơ hình máy tự động .25 3.1.2.1 Lựa chọn số lượng điểm đo 25 3.1.2.2 Lựa chọn phương án cách âm 26 3.1.2.3 Mơ thiết kế máy kiểm tra âm tự động: .27 3.1.3 Thiết kế cụm gắp đưa sản phẩm vào khỏi hộp kiểm tra: 27 3.1.3.1 Yêu cầu thiết kế cụm gắp đưa sản phẩm vào ra: 27 3.1.3.2 Lựa chọn Robot 28 3.1.4 Thiết kế hộp đo cách âm .30 3.1.5 Lựa chọn cấu chuyển hàng đến công đoạn 31 3.1.5.1 Sử dụng truyền đai 31 3.1.5.2 Một số thông số thiết kế ban đầu 31 3.2 Nguyên lý thiết kế điều khiển thiết bị kiểm tra 32 3.2.1 Kiểm tra tổng trở 33 3.2.2 Kiểm tra góc pha 34 3.2.3 Kiểm tra giá trị độ nhạySPL 1KHz (Sound Pressure Level) 34 3.2.4 Kiểm tra tần số cộng hưởng Fo 35 3.2.5 Kiểm tra đường tần sóng Fc ( Frequency cuvre) 36 3.2.6 Kiểm tra âm lạ 37 3.3 Sơ đồ khối chương trình PLC .39 3.4 Thiết kế giao diện chương trình 40 3.5 Chế tạo thiết bị kiểm tra âm tự động 41 KẾT LUẬN CHƯƠNG 44 Chương - KẾT LUẬN VÀ TRIỂN VỌNG 45 4.1 Kết luận .45 4.2 Triển vọng 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) PHỤ LỤC TÓM TẮT LUẬN VĂN THIẾT KÊ CHẾ TẠO MÁY KIỂM TRA ÂM THANH TỰ ĐỘNG Học viên: Đỗ Ngọc Quốc Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Mã số: 60.52.01.14 Khóa: K33 PFIEV Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Với phát triển khoa học kỹ thuật, việc tự động hoá dây chuyền sản xuất điều cần thiết nhằm đảm bảo tính hiệu q trình sản xuất, đồng thời giảm chi phí nhân cơng lao động giảm mệt mỏi cho người lao động Đề tài “Thiết kế chế tạo máy kiểm tra âm tự động ” mở hướng q trình tự động hố dây chuyền sản xuất Công đoạn kiểm tra âm cơng đoạn khó dây chuyền sản xuất tai nghe sẩn phẩm âm Máy kiểm tra âm thiết kế với mục tiêu tăng độ tin q trình kiểm tra, khơng phụ thuộc vào lao động thủ công Máy kiểm tra bao gồm hệ Robot cung cấp sản phẩm vào lấy sản phẩm ra, điều khiển PLC Đồng thời PLC kết nối giao tiếp với máy tính để thực việc đo đạc thu thập liệu Chương trìnhkiểm tra viết Matlap với giao diện hiệu chỉnh cài đặt thông số Từ khoá: Dây chuyền sản xuất headphone, máy kiểm tra âm thanh, xử lý tín hiệu âm DESIGN AND MANUFACTURE AUTOMATICAL SOUND CHECK MACHINE With the development of science and technology, automation of the production line is essential to ensure the efficiency of the production process while reducing labor costs as well as reducing fatigue For employees The topic "Design and manufacture of automatic sound check machine" has opened a new direction in the process of automating the production line Audio testing is one of the most difficult parts in the production line of headphones and audio products Sound testers are designed with the goal of increasing tree reliability during testing, regardless of manual labor The test machine consists of a robot system that supplies input and output products, controlled by a PLC At the same time the PLC is connected to communicate with the computer to perform measurements and data collection The test program is written in Matlap with calibration interfaces and parameter settings Keywords: Headphone production line, sound tester, audio signal processing DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1 Sóng sin có biên đô A = 60 dB tần số f = 100Hz 1.2 Mơ hình máy kiểm tra âm tự động 27 1.3 Sơ đồ đấu nối thiết bị đến Robocylinder 29 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện hầu hết tất dây chuyển gia công chế tạo sản phẩm âm tai nghe việc kiểm tra chủ yếu dựa vào thao tác công nhân chủ yếu, công nhân cầm sản phẩm đưa vào máy đo đưa lên tai để nghe kiểm tra âm lạ Tuy nhiên việc kiểm tra phương pháp có nhiều nhược điểm sau: - Việc kiểm tra thời gian dài dễ ảnh hưởng sức khỏe cơng nhân phải nghe lien tục tín hiệu âm - Độ ổn định việc kiểm tra khơng cao cơng nhân mệt mởi bỏ sót lỗi, đồng thời kiểm tra phụ thuộc vào cảm tính cơng nhân nên người công nhân cho kết khác - Tốn nhiều nhân lực vào việc kiểm tra lãng phí Chi phí kiểm tra thủ cơng đòi hỏi nhà máy phải xây dựng phòng cách âm với chi phí cao tốn diện tích nhà máy Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu đề tài thực nghiên cứu âm thiết bị kiểm tra âm dây chuyền sản xuất sản phẩm âm tai nghe Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Các thiết bị kiểm tra âm dây chuyền sản xuất sản phẩm âm tai nghe - Sản phẩm card âm nhằm thu phát âm - Bộ điều khiển PLC Mishubisi - Dòng sản phẩm thu tín hiệu âm microphone Panasonic - Dòng robot cylinder sản phẩm cylinder SMC 3.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu thiết bị kiểm tra âm việc kiểm tra âm dây chuyền sản xuất sản phẩm âm tai nghe Phương pháp nghiên cứu Kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết nghiên cứu thực tế công ty TNHH Điện tử Foster Đà Nẵng Ý nghĩa khoa học thực tiễn Đề tài “ Thiết kế chế tạo thiết bị kiểm tra âm tự động” 5.1 Ý nghĩa khoa học Đề tài ”Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm tra âm tự động” nhằm nghiên cứu âm đặc tính âm Ứng dụng Matlab việc xử lý phân tích âm Xử dụng kết nối máy tính với PLC để điều khiển Robot Cylinder Tạo tiền đề cho việc chế tạo thiết bị kiểm tra âm lạ thiết bị tai nghe, hầu hết việc sử dụng tai người kiểm tra thủ công 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Đề tài ”Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm tra âm tự động” nhằm đáp ứng xu hướng tự động hóa nâng cao hiệu dây chuyền sản xuất, đồng thời nâng cao độ tin cậy việc kiểm tra âm sản phẩm đặc biệt nâng cao môi trường làm việc cho người lao động Giảm chi nhân công lao động chi phí kiểm sốt qui trình Ngồi việc chế tạo máy kiểm tra âm tự động giảm chi phí đầu tư thiết bị kiểm tra âm thị trường có chi phí cao Dự kiến kết đạt - Nêu tổng quan nguyên lý kiểm tra âm sản phẩm tai nghe - Xây dựng thuật toán kiểm tra âm đặc biệt kiểm tra âm lạ tự động - Chế tạo máy kiểm tra âm tự động bao gồm cụm cấp vào cụm gắp - Xây dựng chương trình kiểm tra kết nối với máy để hiệu chỉnh tiêu chuẩn kiểm tra thèo mã hàng riêng biệt, đồng thời xuất liệu thống kê kết định dạng excel để kiểm soát ModbusWrite(S,D100); OnOffContact(S,'M6','on'); end start(t); % - Executes on button press in PB_Read1 function PB_Read1_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to PB_Read1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global t; stop(t); global S; PointNo = str2num(get(handles.ET_Point1,'String')); if (~isempty(PointNo)) PointNo = round(PointNo); set(handles.ET_Point1,'String',num2str(PointNo)); PointNo = 2*PointNo+2000; PointNo = dec2hex(PointNo,3); PointNo = ['1' PointNo]; Send = ['0103' PointNo '0002']; Data = ModbusWrite(S,Send); if (length(Data)>15) PData = hex2dec(Data(12:15))*65536+hex2dec(Data(8:11)); PData = PData/100; set(handles.ET_PD1,'String',num2str(PData)); end end start(t); % - Executes on button press in PB_Write1 function PB_Write1_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to PB_Write1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global t; stop(t); global S; PointNo = str2num(get(handles.ET_Point1,'String')); if (~isempty(PointNo)) PointNo = round(PointNo); set(handles.ET_Point1,'String',num2str(PointNo)); PointNo = 2*PointNo+2000; PointNo = dec2hex(PointNo,3); PointNo = ['1' PointNo]; PData = str2num(get(handles.ET_PD1,'String')); PData = PData*100; PData = dec2hex(PData,8); PDataTemp = PData(1:4); PData(1:4) = PData(5:8); PData(5:8) = PDataTemp; Send = ['0110' PointNo '000204' PData] ModbusWrite(S,Send); end start(t); % - Executes on button press in PB_M2P1 function PB_M2P1_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to PB_M2P1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global t; stop(t); global S; Speed = str2num(get(handles.ET_Speed1,'String')); if (~isempty(Speed)) if (Speed>200) set(handles.ET_Speed1,'String','200'); Speed = 200; end D100 = ['01061064' dec2hex(Speed*100,4)]; ModbusWrite(S,D100); Pos = str2num(get(handles.ET_MP1,'String')); end PointNo = str2num(get(handles.ET_Point1,'String')); if (~isempty(PointNo)) PointNo = round(PointNo); set(handles.ET_Point1,'String',num2str(PointNo)); PointNo = 2*PointNo+2000; PointNo = dec2hex(PointNo,3); PointNo = ['1' PointNo]; SendData = ['0103' PointNo '0002']; Data = ModbusWrite(S,SendData); if (length(Data)>15) PData = hex2dec(Data(12:15))*65536+hex2dec(Data(8:11)); PData = PData/100; set(handles.ET_PD1,'String',num2str(PData)); Pos = Data(8:15); D102 = ['01101066000204' Pos]; ModbusWrite(S,D102); OnOffContact(S,'M7','on'); end end start(t); % - Executes on button press in PB_Move2 function PB_Move2_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to PB_Move2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global t; stop(t); global S; Speed = str2num(get(handles.ET_Speed2,'String')); if (~isempty(Speed)) if (Speed>200) set(handles.ET_Speed2,'String','200'); Speed = 200; end D100 = ['01061064' dec2hex(Speed*100,4)]; ModbusWrite(S,D100); Pos = str2num(get(handles.ET_MP2,'String')); end if (~isempty(Pos)) Pos = round(Pos*100); Pos = dec2hex(Pos,8); PosTemp = Pos(1:4); Pos (1:4) = Pos(5:8); Pos(5:8) = PosTemp; D102 = ['01101066000204' Pos]; ModbusWrite(S,D102); OnOffContact(S,'M17','on'); end start(t); % - Executes on button press in PB_Origin2 function PB_Origin2_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to PB_Origin2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global t; stop(t); global S; set(hObject,'Enable','inactive'); M1011 = '010F080A00020102'; SendData = ModbusPacking(M1011); fprintf(S,'%s\n',SendData); Data= fscanf(S); set(hObject,'Enable','on'); start(t); % - Executes on button press in PB_Read2 function PB_Read2_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to PB_Read2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global t; stop(t); global S; PointNo = str2num(get(handles.ET_Point2,'String')); if (~isempty(PointNo)) PointNo = round(PointNo); set(handles.ET_Point2,'String',num2str(PointNo)); PointNo = 2*PointNo+2200; PointNo = dec2hex(PointNo,3); PointNo = ['1' PointNo]; Send = ['0103' PointNo '0002']; Data = ModbusWrite(S,Send); if (length(Data)>15) PData = hex2dec(Data(12:15))*65536+hex2dec(Data(8:11)); PData = PData/100; set(handles.ET_PD2,'String',num2str(PData)); end end start(t); % - Executes on button press in PB_Write2 function PB_Write2_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to PB_Write2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global t; stop(t); global S; PointNo = str2num(get(handles.ET_Point2,'String')); if (~isempty(PointNo)) PointNo = round(PointNo); set(handles.ET_Point2,'String',num2str(PointNo)); PointNo = 2*PointNo+2200; PointNo = dec2hex(PointNo,3); PointNo = ['1' PointNo]; PData = str2num(get(handles.ET_PD2,'String')); PData = PData*100; PData = dec2hex(PData,8); PDataTemp = PData(1:4); PData(1:4) = PData(5:8); PData(5:8) = PDataTemp; Send = ['0110' PointNo '000204' PData] ModbusWrite(S,Send); end start(t); % - Executes on button press in PB_M2P2 function PB_M2P2_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to PB_M2P2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global t; stop(t); global S; Speed = str2num(get(handles.ET_Speed2,'String')); if (~isempty(Speed)) if (Speed>200) set(handles.ET_Speed2,'String','200'); Speed = 200; end D100 = ['01061064' dec2hex(Speed*100,4)]; ModbusWrite(S,D100); end PointNo = str2num(get(handles.ET_Point2,'String')); if (~isempty(PointNo)) PointNo = round(PointNo); set(handles.ET_Point2,'String',num2str(PointNo)); PointNo = 2*PointNo+2200; PointNo = dec2hex(PointNo,3); PointNo = ['1' PointNo]; SendData = ['0103' PointNo '0002']; Data = ModbusWrite(S,SendData); if (length(Data)>15) PData = hex2dec(Data(12:15))*65536+hex2dec(Data(8:11)); PData = PData/100; set(handles.ET_PD2,'String',num2str(PData)); Pos = Data(8:15); D102 = ['01101066000204' Pos]; ModbusWrite(S,D102); OnOffContact(S,'M17','on'); end end start(t); % - If Enable == 'on', executes on mouse press in pixel border % - Otherwise, executes on mouse press in pixel border or over PB_I2 function PB_I2_ButtonDownFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to PB_I2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global t; stop(t); global Button; global S; Button = 3; Speed = str2num(get(handles.ET_Speed1,'String')); if (~isempty(Speed)) if (Speed>200) set(handles.ET_Speed1,'String','200'); Speed = 200; end D100 = ['01061064' dec2hex(Speed*100,4)]; ModbusWrite(S,D100); OnOffContact(S,'M15','on'); end start(t); % - If Enable == 'on', executes on mouse press in pixel border % - Otherwise, executes on mouse press in pixel border or over PB_D2 function PB_D2_ButtonDownFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to PB_D2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global t; stop(t); global Button; global S; Button = 4; Speed = str2num(get(handles.ET_Speed1,'String')); if (~isempty(Speed)) if (Speed>200) set(handles.ET_Speed1,'String','200'); Speed = 200; end D100 = ['01061064' dec2hex(Speed*100,4)]; ModbusWrite(S,D100); OnOffContact(S,'M16','on'); end start(t); ... thực tiễn Đề tài “ Thiết kế chế tạo thiết bị kiểm tra âm tự động 5.1 Ý nghĩa khoa học Đề tài Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm tra âm tự động nhằm nghiên cứu âm đặc tính âm Ứng dụng Matlab... Chương - THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠOMÁY KIỂM TRA ÂM THANH TỰ ĐỘNG 25 3.1 Thiết kế khí máy kiểm tra âm tai nghe tự động 25 3.1.1 Yêu cầu chung thiết kế máy kiểm tra âm tự động 25... lý kiểm tra âm sản phẩm tai nghe - Xây dựng thuật toán kiểm tra âm đặc biệt kiểm tra âm lạ tự động - Chế tạo máy kiểm tra âm tự động bao gồm cụm cấp vào cụm gắp - Xây dựng chương trình kiểm tra