2. Nội dung xây dựng phòng thí nghiệm cơ điện tử
2.2 phòng thí nghiệm quang-điện tử (PTN Quang-điện tử)
2.2.1Tính cấp thiết xây dựng PTN Quang -điện tử.
2.2.1.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các hệ thống Quang-điện tử cho các sản phẩm mechatronics trên thế giới.
Trong số các thông tin từ thế giới bên ngoài đợc con ngời tiếp nhận thì có đến gần 90% là dới dạng hình ảnh. Trong suốt lịch sử phát triển của mình con ngời luôn không ngừng phát minh và hoàn thiện nhiều máy móc dụng cụ quang học khác nhau để có thể nhìn xa hơn, nhìn đợc các vật nhỏ hơn và nhìn xuyên qua những vùng mắt ngời không thể nhìn thấy. Những cố gắng này đã tạo nên các thành tựu to lớn trong tất cả các lĩnh vực điều khiển liên quan của hệ thống quang điện tử nh kỹ thuật ánh sáng, kỹ thuật Camera, kỹ thuật xử lý-phân tích ảnh số, kỹ thuật điện tử và máy tính. Các sản phẩm mechatronics có ứng dụng các hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu quang ngày nay đã có đợc phạm vi ứng dụng hết sức rộng lớn nh: điều khiển tự động, giám sát chu trình, phân loại, đánh giá chất lợng sản phẩm, rôbốt thông minh, các hệ thống nhận dạng, hệ thống chuyên gia v.v.. Các sản phẩm này đợc ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành, lĩnh vực của đời sống, kinh tế, xã hội nh: lĩnh vực điều khiển tự động trong công nghiệp, các thiết bị phục vụ an ninh quốc phòng, các thiết bị y tế, v.v..
Xét trong phạm vi hẹp, riêng các sản phẩm mechatronics điều khiển tự động trong công nghiệp có ứng dụng các hệ thống quang điện tử với thành phần thu nhận hình ảnh của đối tợng là các camera thì các hãng trên thế giới cũng đã có rất
nhiều nghiên cứu và đa ra rất nhiều các sản phẩm đợc gọi chung là hệ máy “nhìn” trong công nghiệp. Đặc điểm của hệ thiết bị cơ điện tử dạng này là “nhìn” đợc sự vật, “hiểu” đợc hình ảnh. Các thành phần cấu tạo nên sản phẩm liên quan đến những vấn đề nh: hồi phục hình ảnh, tăng cờng hình ảnh, giám sát nhìn tự động vv liên quan đến ph… ơng pháp thu nhận, xử lí ảnh.
Ngày nay, các camera để thu nhận hình ảnh đã đợc phát triển, cải tiến rất nhiều, ngày càng đạt độ chính xác cao, tích hợp chặt chẽ, gọn nhẹ, trong đó đáng kể là thiết bị quét quang học theo nguyên tắc dồn nén điện tích CCD (Charge Coupled Device). Các bớc phát triển của các camera quang học cùng với các kỹ thuật thu nhận-xử lý hình ảnh bằng máy tính đã mở ra bớc ngoặt mới cho các hệ thống máy nhìn trong công nghiệp: kết cấu thiết bị hết sức gọn nhẹ, độ chính xác cao, hết sức linh hoạt khi thay đổi đối tợng làm việc.
Một số hãng sản xuất thiết bị mechatronics trên thế giới nh Allen, Dixken (Mỹ), Sortex (Anh), Satake (Nhật), v.v.. đã cho ra đời các sản phẩm máy nhìn trong công nghiệp rất hiện đại, hiệu quả trong các lĩnh vực phân loại, đánh giá chất lợng sản phẩm, máy soi phát hiện tạp chất, vũ khí, máy quét-scanner đợc ứng dụng tại rất nhiều nơi trên thế giới.
Hiện nay ngoài các sản phẩm ứng dụng các hệ thống quang ở vùng ánh sáng trắng (vùng ánh sáng nhìn thấy) đã đợc sử dụng rất nhiều thì các sản phẩm ứng dụng các hệ thống quang ở các vùng ánh sáng khác nh ánh sáng hồng ngoại, tia X, tia laser cũng đã đợc sử dụng khá nhiều, xuất phát từ việc rất nhiều ứng dụng bắt buộc phải sử dụng đặc thù của các vùng ánh sáng này để đáp ứng yêu cầu thực tế, ví dụ nh các hệ thống soi phát hiện tạp chất, khí, máy chụp X quang.
Các hệ thống máy nhìn trong công nghiệp của các hãng trên thế giới có nhiều tính năng kỹ thuật u việt, nhng đối với chúng ta giá thành quá cao giao diện cũng nh các dịch vụ bảo hành, bảo trì cũng là những trợ ngại cho việc nâng cấp và phát triển đối với một sản phẩm nhập.
Trên thế giới hiện nay có nhiều hãng chế tạo và cung cấp các thành phần thiết bị cấu thành nên một hệ thống thu nhận-xử lý tín hiệu quang để ứng dụng vào các
mechatronics-quang điện tử là nhập các thiết bị ‘hạt nhân” trong hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu quang để thiết kế cho phù hợp với nghiên cứu ứng dụng của mình. Qua các phân tích ở trên có thể thấy rằng đây sẽ chính là hớng đi phù hợp cho các nhà sản xuất các sản phẩm mechatronics sử dụng các hệ thống quang điện tử của các nớc đang phát triển và đây chính là hớng đi mà IMI Holding lựa chọn.
2.2.1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các hệ thống Quang-điện tử cho các sản phẩm mechatronics trong nớc:
Những năm gần đây có khá nhiều đơn vị nghiên cứu, sản xuất trong nớc đã đi vào lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng các hệ thống quang học cho các sản phẩm mechatronics-một lĩnh vực có thị trờng rất lớn này và đã thu đợc một số kết quả nhất định, trong đó có Viện máy và dụng vụ công nghiệp – IMI Holding. Viện IMI đã bắt đầu có các nghiên cứu về ứng dụng các hệ thống quang cho các sản phẩm máy nhìn trong công nghiệp từ năm 1997, đến năm 1999 thì các nghiên cứu bắt đầu đợc đa vào ứng dụng. Với nhóm sản phẩm này Viện IMI đã có các nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và đã đạt đợc một số thành công nhất định nh:
−Thiết bị phân loại cà phê hạt bằng màu sắc: đạt giải nhì giải thởng “Sáng tạo khoa học công nghệ Việt nam – VIFOTEC” năm 2001 và hiện nay mỗi năm Viện cung cấp cho thị trờng từ 5-10 sản phẩm.
−Máy phân loại gạo bằng màu sắc: nhánh đề tài khoa học cấp nhà nớc KC03-03 năm 2002, hiện đã có các kết quả thử nghiệm đạt yêu cầu.
- Thực hiện thành công các nghiên cứu các đề tài khoa học cấp bộ và cấp cơ sở: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hồng ngoại vào việc nhận dạng các tạp chất trong suốt (thuỷ tinh, đá, ...) trong phân loại gạo phục vụ xuất khẩu”, “ứng dụng các công nghệ xử lý ảnh số cho các hệ máy nhìn trong công nghiệp”, “Nghiên cứu tối u hoá quá trình thu nhận tín hiệu quang trong các hệ thống thiết bị phân loại hạt nông sản bằng màu sắc”, v.v..
Hiện nay các sản phẩm thiết bị phân loại hạt nông sản bằng màu sắc đã trở thành sản phẩm truyền thống của Viện, mỗi năm Viện cung cấp ra thị trờng từ 5
đến 10 sản phẩm có chất lợng, hiệu quả hoạt động tơng đơng với các sản phẩm nhập ngoại nhng giá thành chỉ bằng 40-50 %.
Từ năm 2001 Viện đã bắt đầu nghiên cứu để ứng dụng các thiết bị sử dụng tia X, thiết bị sử dụng trong vùng ánh sáng hồng ngoại, tia laser cho các chủng loại máy phân loại tạp chất, soi, phát hiện vật liệu đặc biệt và đã thu đợc các kết quả bớc đầu, các kiến thức cơ bản đủ để làm cơ sở cho các bớc phát triển chủng loại sản phẩm này trong tơng lai.
2.2.1.3 Những định hớng của Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp.
Với mục tiêu phấn đầu trở thành một tập đoàn khoa học công nghệ hàng đầu của đất nớc IMI Holding định hớng tiếp tục đẩy mạnh hơn nữa công tác nghiên cứu khoa học để nhanh chóng đa đợc ra các sản phẩm có hàm lợng công nghệ cao, mang tính đột phá để chuyển giao công nghệ cho các đơn vị sản xuất tiến hành sản xuất hàng loạt, đáp ứng nhu cầu của thị truờng, trong đó trọng tâm là các sản phẩm mechatronics. Trong các sản phẩm mechatronics mà Viện IMI đã và đang nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, cũng nh định hớng các loại sản phẩm mechatronics mà IMI Holding sẽ tập trung nghiên cứu, thiết kế, sản xuất trong t- ơng lai 5-10 năm tới thì nhóm các sản phẩm mechatronics có ứng dụng các hệ thống quang điện tử có một vị trí quan trọng. Những máy phân loại theo màu sắc sẽ đợc tiếp tục cải tiến tính năng để đạt đợc một sản phẩm tốt hơn, giá thành rẻ hơn.
Sản phẩm định hớng phát triển trong thời gian tới là các hệ thống máy nhìn tự
động hoá trong công nghiệp với các hệ thống quang hoạt động ở vùng ánh sáng trắng-ánh sáng hồng ngoại, các hệ thống máy soi phát hiện vật liệu đặc biệt sử dụng các tia X-tia laser phục vụ các lĩnh vực an ninh quốc phòng, hải quan, v.v..
Mang những đặc điểm về tính năng kỹ thuật tơng đối đặc biệt trong nhóm sản phẩm mechatronics, những vấn đề nghiên cứu cần khảo sát của quang- điện tử không thể thiếu đợc những thiết bị thí nghiệm trợ giúp. Đó là lí do cần thiết phải có một phòng thí nghiệm quang điện tử trong phòng thí nghiệm về Cơ điện tử tại Viện IMI.
2.2.2Mục tiêu của PTN Quang- điện tử
+ Thiết kế, kiểm nghiệm các hệ thống, thiết bị quang của sản phẩm cơ điện tử của Viện Máy và Dụng cụ, với các nội dung chính sau:
Nghiên cứu, thiết kế, kiểm nghiệm các hệ thống thu nhận, xử lý các tín hiệu từ
các sensor, tế bào quang điện, các loại camera chuyên dụng, với các vùng hoạt động:
- Vùng ánh sáng trắng.
- Vùng ánh sáng hồng ngoại
- Tia X.
+ Đào tạo: các kỹ s, chuyên gia trong lĩnh vực quang - điện tử.
2.2.3Nội dung hoạt động của PTN Quang -điện tử
2.2.3.1 Trang thiết bị của PTN Quang -điện tử
Phòng thí nghiệm đợc trang bị, tổ chức để phù hợp cho các hoạt động theo mô hình thực nghiệm. Với nhiệm vụ chính là kiểm nghiệm các hệ thống, thiết bị quang điện tử sau thiết kế, chế tạo, lắp ráp và thực hiện các nhiệm vụ khác từ các hệ thống thơng mại trên thị trờng, tìm kiếm sự phù hợp để thiết kế các hệ thống mới, ghép nối thành công vào các sản phẩm mechatronics và cuối cùng là chuyển giao cho các đơn vị sản xuất thơng mại, đa ra thị trờng.
Sau khi cân đối số thiết bị đã tự trang bị đợc và các nhiệm vụ hoạt động định hớng trong tơng lai, phòng thí nghiệm quang điện tử cần đợc trang bị một số thiết bị, công cụ mới, có mức độ tiến tiến cao nhất hiện nay nh:
1.> Nhóm các thiết bị đo kiểm các thông số quang:
Các thiết bị sau nhằm đo kiểm các đại lợng quang: cờng độ, bớc sóng, đo và phân tích phổ tín hiệu, tần số, đo độ suy giảm tín hiệu quang, độ bức xạ, đợc thể hiện ở Bảng 5
Bảng 5: thiết bị đo kiểm các thông số quang
T T
Tên thiết bị/tính năng Xuất xứ Giá(trV NĐ)
1 Máy phân tích quang phổ- Optical Spectrum Analyzer MS9710B
Hãng Anrisu- Nhật
790,000 tr 2 Bộ đo truyền dẫn quang khả trình –
Programmable Optical Attenuator MN9625A/MN9626A
Hãng Anrisu- Nhật
442,400 tr 3 Đồng hồ đo nguồn quang cầm tay - Optical
Handy Power Meter ML9002A (-70 to +0dBm)
Hãng Anrisu – Nhật bản
63,200tr
4 Đồng hồ đo nguồn quang để bàn - Optical Power Power Meter ML9001A
(-100 to +20dBm)
Hãng Anrisu – Nhật bản
110,600 tr 5 Máy đo bức xạ - Radiation Meter Technika –
Mỹ
237,000 tr 6 Bộ đo kiểm WDM WDM Tester MS9715A Hãng Anrisu
– Nhật bản
268,600 tr
Cộng 1.911,800tr
2.> Nhóm các thiết bị đo kiểm các thông số điện:
Do trong các hệ thống quang luôn đòi hỏi hệ thống nguồn điện cấp cũng nh nguồn điện điều khiển (cho cả hệ thống mechatronics) có độ ổn định chính xác cao nên cần trang bị các thiết bị sau nhằm đo kiểm các đại lợng điện: tần số, cờng độ, bớc sóng, nhiễu, xung, v.v.., (xem bảng 6)
Bảng 6: thiết bị đo kiểm các thông số điện
TT Tên thiết bị/chức năng Xuất xứ Số lợng Giá
(trVNĐ)
2 3 4 5 + Oscilloscope Digital 200Mz + Đồng hồ vạn năng
+ Thiết bị đo và cấp nguồn ổn định cao CA11
+ Máy đo đa kênh Spider8
Nhật Nhật CHLB Đức CHLB Đức 01 02 01 01 110,600 18,960 39,500 189,600 Cộng 429,760
3.> Các thiết bị phát các loại nguồn sáng:
- Phát nguồn ánh sáng trắng.
- Phát nguồn hồng ngoại.
- Phát nguồn tia X.
Với nguồn phát ánh sáng trắng và nguồn phát hồng ngoại sử dụng các loại bóng đèn: huỳnh quang, halogen, Xenon, v.v...bao gồm cả thiết bị nguồn cấp ổn định cho đèn và thiết bị hiệu chỉnh ánh sáng tơng ứng. Xuất xứ nhóm thiết bị này có thể nhập của Nhật hoặc Mỹ. (xem bảng 7)
Bảng 7: thiết bị phát nguồn sáng
TT Tên thiết bị/tính năng Xuất xứ Giá (tr
VNĐ)
1 Các loại bóng đèn: huỳnh quang, halogen, Xenon, v.v...
Hãng Anrisu- Nhật, châu á
94,800
2 Bộ cấp nguồn ổn định cao Cxxx cho đèn- LAMP POWER SUPPLIES. Gồm các model: Dropper và Switching tyoe
Hãng Anrisu- Nhật
126,400 3 Bộ thiết bị điều chỉnh nguồn sáng cho đèn -
CALIBRATED LIGHT SOURCES L7810, L7820
Hãng Anrisu – Nhật bản
94,800
4 Bộ phát nguồn tia X - 100kV MICROFOCUS X- RAY SOURCE L7901-01 và 80kV MICROFOCUS X-RAY SOURCE L6731-01
Hãng Hamamatsu – Nhật bản
410,800
Cộng 726,800
Các loại camera chuyên dụng, các loại board thu nhận, xử lý tín hiệu mẫu: các thiết bị, modul phần cứng và sự chuyển giao công nghệ - know how của các hãng Bitflow, Dalsa, Sensor Digital, I2S, EureCard, v.v...(xem bảng 8)
Bảng 8: loại camera, board thu nhận-xử lý tín hiệu mẫu
Tên thiết bị/chức năng Xuất xứ S.lg Giá (trVNĐ) 1 2 3 4 5 + Camera số: 512, 1024, 2048 sensor, Pixel Clock: 5MHz đến 100MHz, tần số quét: 2KHz đến 50KHz của Dalsa, Basler Vision.
+ Frame Gabber: Euresys Graberlink Expert, I2S-Horizon và signal link cable + Bộ Camera, cable, và data accquistion board cho vùng NIR và Power supply Unit.
Camera: InGaAs linear sensor; 256 hoặc 512 sensor.
+ Xray line sensor camera: 512mm hoăc 256 mm detector tơng ứng la 1280 hoặc 640 pixel; độ dày nhận max: 25mm; tốc độ 4-40 m/phút; interface RS422-RS232; kèm data transfer cable and frame grabber board và Power supply Unit.
+ Phí trả cho bí quyết công nghệ và tiếp nhận chuyển giao (Cho các công nghệ Xray system và Scanner system)
Mỹ, EU EU Hamamatsu (Nhật) hoặc Sensor Unlimited Inc (Mỹ) Hamamatsu (Nhật) EU hoặc Nhật 08 04 01 01 158,0 82,16 208,56 474,8 395,0 Cộng 1.318,52
Các môdun cho phân tích, xử lý tín hiệu quang, know-how của các hãng trên thế giới
Chi phí khoảng: 711,22 tr VNĐ
6.> Các phần mềm tiêu chuẩn về xử lý ảnh số:
Các modul phần mềm tiêu chuẩn trong thu nhận, biến đổi, phân tích, xử lý ảnh số, xem
Bảng 9: Phần mềm tiêu chuẩn về xử lý ảnh số
TT Tên/chức năng Xuất xứ Giá
(trVNĐ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
+ Image Filter: thực hiện các thao tác lọc trên ảnh.
+ Image Shading Correction: thực hiện thao tác hiệu chỉnh biên.
+ Image Stastistics: thống kê các đặc tính đặc trng của ảnh.
+ Image Threshold: thực hiện so sánh ảnh với ng- ỡng.
+ Image Projections: chiếu ảnh.
+ Image Color to Gray: chuyển từ màu sang mức sám.
+ Image DeInterlace: phân vùng ảnh để xử lý. + Image Image Gabber: thu nhận ảnh từ video stream.
+ Image Renderer: chia dòng dữ liệu thành các batch theo các chuẩn JPG, Bitmap, Tiff, v.v... + Image Linear Filter: lọc tuyến tính, duàng các phơng pháp: Gause, Laplace, v.v..
+ Image Look Up Table: sử dụng kỹ thuật bảng tra dữ liệu
+ Image Nonlinear Filter: lọc không tuyến tính nh các thông số: Min, Max, Median, Color
Hãng MultiVison của Đức; EureSys của Mỹ; Một số mô đun cho phân tích và xử lí ảnh của phần mềm phân tích Matlab.
14
15 16
Median.
+ Image Recording : chức năng ghi ảnh dùng cơ chế snapshots.
+ Image Morphology: các thao tác với hình thái ảnh: erode, dilate, open, close.
+ Image Rotation: thực hiện các phép quay ảnh. + Image Room: thực hiện các thao tác room ảnh.
Cộng 395,0
7.> Các thiết bị văn phòng:
T T
Tên thiết bị/chức năng Xuất xứ Sốlợng Giá(trVNĐ
)
1 2 3
+ Máy tính công nghiệp chuyên dụng
+ Máy tính PC
+ Thiết bị văn phòng(máy ĐH, quạt, bàn, ghế, tủ T/L, văn