(TIỂU LUẬN) đồ án tốt NGHIỆP thiết kế hệ thống phân loại và đóng lọ thuốc sử dụng học máy

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN Với đề tài “Thiết kế hệ thống phân loại thuốc và đóng lọ sử dụng họcmáy” nhóm nhận thấy các vấn đề cần thực hiện như thiết kế cơ khí; làm sao đểnhận biết, phân loạ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống phân loại và đóng lọ

HÀ NỘI, 7/2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHÍA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Vũ Thế Thường

Nguyễn Mạnh TrườngNguyễn Hồng SơnNguyễn Đức Thịnh

MSSV: 2016682220166898

2016667520166798Lớp CN-Cơ Điện Tử 01, 03

K61

I/ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ

“Thiết kế hệ thống phân loại và đóng lọ thuốc sử dụng học máy”

II/ CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU

- Năng suất: 1450 viên/giờ

- Tuổi thọ hệ thống cơ khí: 2 năm

- Yêu đầu ra: Phân loại đúng tối thiểu 80% viên thuốc

Không sản phẩm lỗi vào lọ

- Loại bỏ chính xác sản phẩm lỗi

III/ NỘI DUNG THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN

Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm ứngdụng xử lí ảnh

Chương 2: Tính toán và thiết kế hệ thống cơ khí

Chương 3: Hệ thống điện điều khiển

Chương 4: Chương trình phân loại thuốc

Chương 5: Xây dựng hệ thống và thực nghiệm

VI/ NGÀY GIAO NHIỆM VỤ THIẾT KẾ: 06/02/2020 VII/ NGÀY HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN: 30/6/2020

Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Giảng viên hướng dẫn

Đánh giá của giảng viên hướng dẫn

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Kết quả đánh giá Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Giảng viên hướng dẫn Họ và tên Điểm

Vũ Thế Thường

Nguyễn Mạnh Trường

Nguyễn Hồng Sơn

Nguyễn Đức Thịnh

Đánh giá của giảng viên phản biện

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Kết quả đánh giá Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Giảng viên phản biện Họ và tên Điểm

Vũ Thế Thường

Nguyễn Mạnh Trường

Nguyễn Hồng Sơn

Nguyễn Đức Thịnh

LỜI CẢM ƠN

Bốn năm gắn bó với Bách Khoa là khoảng thời gian không dài nhưng đó

là bốn năm có sự nhiệt huyết của tuổi trẻ, có những niềm tin và những ước mơ,

hy vọng…cũng có những kỷ niện vui, buồn nơi đây Luyến tiếc nhiều thứ, nhưngthời gian không quay trở lại, chúng ta phải tiến về phía trước, tiến về tương lai đểtrưởng thành hơn, thành công hơn

Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong các Viện, nhất

là Viện Cơ khí, Bộ môn Cơ điện tử của Trường đại học Bách Khoa Hà Nội đãđồng hành dẫn dắt chúng em qua từng môn học, với những kiến thức mới Đặcbiệt nhóm xin chân thành cảm ơn tới giảng viên TS Mạc Thị Thoa và TS.Nguyễn Anh Tuấn đã trực tiếp hướng dẫn nhóm chúng em hoàn thành đồ án tốtnghiệp Chúc các thầy, các cô luôn mạnh khỏe, nhiệt huyết để dạy bảo, chỉ dẫncác thế hệ tiếp theo

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN

Với đề tài “Thiết kế hệ thống phân loại thuốc và đóng lọ sử dụng họcmáy” nhóm nhận thấy các vấn đề cần thực hiện như thiết kế cơ khí; làm sao đểnhận biết, phân loại được sản phẩm lỗi qua xử lý ảnh hay phải giao tiếp đượcgiữa chương trình xử lý ảnh với bộ điều khiển để điều khiển cơ cấu chấp hành

Để thực hiện các nhiệm vụ trên ban đầu nhóm đã tìm hiểu và nghiên cứu các môhình đóng gói và phân loại sản phẩm, sau đó đã tính toán thiết kế bản vẽ cơ khítrên phần mềm Catia, mô phỏng rồi thực hiện làm mô hình thực tế; tiến hành điềukhiển mô hình qua PLC; chương trình xử lý ảnh được viết bằng ngôn ngữ Python

sẽ giao tiếp với PLC qua thư viện Snap7 Đây là đề tài mang tính thực tế cao Kếtquả thực nghiệm trên mô hình đạt được là khả quan tuy chưa đáp ứng hết nhữngmục tiêu đề ra như vấn đề cấp phôi tự động, độ chính xác trong đóng lọ và cấpnắp Vì vậy nhóm có định hướng phát triển đề tài bằng cách thay một số thiết bịchất lượng để tăng năng suất và độ chính xác cho hệ thống Qua đồ án này mỗisinh viên chúng em học được nhiều kiến thức mới, đặc biệt là áp dụng các kiếnthức đã học và thực tế sản xuất

Sinh viên thực hiện

Ký và ghi rõ họ tên

Vũ Thế Thường

Nguyễn Mạnh Trường

Nguyễn Hồng Sơn

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VÀ ĐÓNG GÓI

SẢN PHẨM ỨNG DỤNG XỬ LÍ ẢNH 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Lí do chọn đề tài 1

1.3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 1

1.4 Nguyên lí hoạt động của toàn bộ hệ thống 2

1.5 Hệ thống phân loại sản phẩm bằng xử lí ảnh 2

1.6 Đóng hộp 4

1.6.1 Đóng thuốc vào lọ – secondary packaging 4

1.6.2 Đóng gói hộp, lọ vào thùng 5

1.7 Ý nghĩa của hệ thống 5

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 6

2.1 Yêu cầu của hệ thống cơ khí 6

2.2 Mô hình đề xuất 6

2.3 Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động 6

2.3.1 Phân tích đối tượng cần cấp 7

2.3.2 Tính toán, thiết kế phễu rung của hệ thống 8

2.3.3 Tính toán, thiết kế nguồn rung của hệ thống 15

2.3.4 Mô phỏng hệ thống 28

2.4 Băng tải 35

2.4.1 Tổng quan 35

2.4.2 Thông số đầu vào 36

2.4.3 Tính sơ bộ dữ liệu đầu vào 37

2.5 Động cơ 39

2.5.1 Tổng quan 39

2.5.2 Tính toán động cơ 40

2.6 Ổ lăn 43

2.7 Xy lanh khí nén 44

2.8 Cơ cấu đóng nắp lọ 45

2.8.1 Cấu tạo máy đóng nắp lọ 45

2.8.2 Nguyên lí hoạt động 45

2.8.3 Cách thức hoạt động 46

CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG ĐIỆN, ĐIỀU KHIỂN 47

3.1 Giới thiệu các thiết bị điện cơ bản sử dụng trong hệ thống 47

3.1.1 Nút nhấn 47

3.1.2 Cảm biến 48

3.1.3 Van đảo chiều 49

3.1.4 Relay điện từ 50

3.1.5 Bộ điều khiển PLC 51

3.1.6 Nguồn điện 53

3.1.7 Camera 53

3.1.8 Hệ thống chiếu sáng 54

3.2 Bài toán điều khiển 54

3.2.1 Bài toán và yêu cầu 54

3.2.2 Quy trình công nghệ 54

3.2.3 Lưu đồ điều khiển 54

3.2.4 Phần mềm lập trình 56

3.2.5 Các biến sử dụng trong chương trình 57

3.2.6 Thiết kế giao diện HMI 58

3.2.7 Bài toán kết nối PLC với Python 59

CHƯƠNG 4 CHƯƠNG TRÌNH PHÂN LOẠI THUỐC ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH VÀ CÔNG NGHỆ HỌC MÁY 61

4.1 Thuật toán 61

4.1.1 Thuật toán lọc ảnh Gauss 61

4.1.2 Thuật toán Canny 61

4.1.3 Thuật toán trích chọn đặc trưng HOG 64

4.1.4 Thuật toán phân loại trong học máy 69

4.2 Kết quả thực hiện 71

4.2.1 Phát hiện đối tượng 71

4.2.2 Trích chọn đặc trưng 72

4.2.3 Phân loại 73

CHƯƠNG 5 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ THỰC NGHIỆM 76 5.1 Xây dựng mô hình hệ thống 76

5.2 Kết quả thực nghiệm 81

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN 82

6.1 Kết luận 82

6.2 Hướng phát triển của đồ án trong tương lai 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC 85

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ tín hiệu điều khiển 2

Hình 1.2 Xử lý ảnh trong công nghiệp [1] 3

Hình 1.3 Quy trình đóng gói[1] 4

Hình 2.1 Mô hình đề xuất 6

Hình 2.2 Sản phẩm của đề tài 7

Hình 2.3 Kích thước viên thuốc 7

Hình 2.4 Cấu tạo của hệ thống cấp phôi rung động máng xoắn [2] 8

Hình 2.5 Sơ đồ di chuyển phôi trên mặt phẳng nằm ngang [2] 9

Hình 2.6 Sơ đồ di chuyển phôi trên mặt phẳng nằm nghiêng [2] 10

Hình 2.7 Mô hình phễu cấp phôi kiểu rung [2] 11

Hình 2.8 Mô tả kích thước phễu rung [2] 13

Hình 2.9 Đồ thị góc nâng của rãnh xoắn [2] 13

Hình 2.10 Các trạng thái của phôi khi đi vào kênh 1 14

Hình 2.11 Thuốc nằm ngang sát thành 15

Hình 2.12 Hình dạng và vị trí đặt lò xo [2] 17

Hình 2.13 Chuyển động chi tiết bị ném xiên 18

Hình 2.14 Sơ đồ tác dụng lực của nam châm điện [2] 21

Hình 2.15 Quan hệ phụ thuộc giữa các thành phần lực P1, P2 và góc nghiêng α 21

Hình 2.16 Mô tả hệ nhíp [2] 23

Hình 2.17 Lõi thép của nam châm điện [2] 24

Hình 2.18 Lực tác dụng lên phôi và rãnh 25

Hình 2.19 Ảnh hưởng của góc nâng θ tới vận tốc vận chuyển phôi [2] 28

Hình 2.20 Cửa sổ khởi tạo MSC ADAMS 29

Hình 2.21 Của sổ Create New Model 29

Hình 2.22 Các thông số trong cửa sổ Gravity Settings 29

Hình 2.23 Các thông số của cửa sổ Units Settings 30

Hình 2.24 Cửa sổ file import để đưa ra mô hình phễu rung vào MSC ADAMS 30 Hình 2.25 Cửa sổ dùng để di chuyển đối tượng trong MSC ADAMS 30

Hình 2.26 Mô hình phễu rung và thu khi đưa vào MSC ADAMS 31

Hình 2.27 Cửa sổ Modify Body để gán vật liệu cho phễu rung 31

Hình 2.28 Cửa sổ Fixed Joint để tạo liên kết cứng cho phễu và dẫn hướng 32

Hình 2.29 Cửa sổ Create Contact để gắn liên kết giữa phôi và phễu rung 32

Hình 2.30 Cửa sổ Cylindrincal Joint 33

Hình 2.31 Cửa sổ Function Builder để gắn hàm động học 34

Hình 2.32 Cửa sổ Simulation Control 34

Hình 2.33 Băng tải công nghiệp [3] 35

Hình 2.34 Danh sách các loại băng tải [3] 36

Hình 2.35 Sơ đồ phân bố phôi trên băng tải [3] 37

Hình 2.36 Đồ thị biểu diễn quá trình tăng – giảm tốc của băng tải [3] 37

Hình 2.37 Mặt cắt dây đai [3] 38

Hình 2.38 Động cơ 1 chiều [4] 39

Hình 2.39 Thông số kỹ thuật động cơ TG-85B-SG-gear ratio = 1/15 [6] 42

Hình 2.40 Thông số kỹ thuật động cơ TG-85B-SG-gear ratio = 1/50 [6] 43

Hình 2.41 Hình chiếu bằng của hệ thống phân loại [5] 44

Hình 2.42 Ý nghĩa các ký hiệu của xy lanh CXSJ series [8] 45

Hình 2.43 Cơ cấu cấp, đóng lọ 45

Hình 3.1 Nút nhấn [9] 48

Hình 3.2 Cảm biến Omron E3F-DS30B4 [10] 49

Hình 3.3 Van đảo chiều điện từ [11] 50

Hình 3.4 Van đảo chiều 5/2 [11] 50

Hình 3.5 Relay trung gian Omron MY2NJ [12] 51

Hình 3.6 PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC 51

Hình 3.7 Các chuẩn truyền thông của PLC S7-1200 [13] 52

Hình 3.8 Nguồn tổ ong 24V DC 53

Hình 3.9 Camera Logitech B525 [14] 54

Hình 3.10 Sơ đồ tín hiệu điều khiển 55

Hình 3.11 Lưu đồ điều khiển của hệ thống 56

Hình 3.12 Lập trình và mô phỏng trên Tia Portal V15.1 57

Hình 3.13 Vị trí của HMI trong hệ thống tự động hóa hiện đại [15] 59

Hình 3.14 Màn hình giám sát HMI 59

Hình 3.15 Mô hình truyền thông của Snap7 [15] 60

Hình 3.16 Danh sách tương thích của Snap7 [16] 60

Hình 4.1 Biểu diễn ma trận lọc Gauss [17] 61

Hình 4.2 Đạo hàm ảnh theo chiều ngang (x) và dọc (y) [18] 62

Hình 4.3 Cường độ và hướng của gradient [18] 62

Hình 4.4 Kết quả thuật Non – maximum suppression [18] 63

Hình 4.5 Ngưỡng lựa chọn trong threshould [18] 63

Hình 4.6 Ví dụ sử dụng Theshould [18] 64

Hình 4.7 Minh họa điểm ảnh [19] 64

Hình 4.8 Kết quả của Gradient 3 kênh [19] 65

Hình 4.9 Khối Block [19] 65

Hình 4.10 Ví dụ về size ảnh 64x128 [19] 66

Hình 4.11 Ví dụ về cell trong 1 ảnh 67

Hình 4.12 Vector đặc trưng [19] 67

Hình 4.13 Kết quả sau khi vote các pixel [19] 67

Hình 4.14 Ví dụ chuẩn hóa [19] 68

Hình 4.15 Các đường phân tách khác nhau [19] 70

Hình 4.16 Phân lớp trong không gian [19] 70

Hình 4.17 Margin [19] 71

Hình 4.18 Kết quả thuật toán Canny 71

Hình 4.19 Kết quả thuật toán Canny kết hợp bộ lọc Gauss 72

Hình 4.20 Kết quả phát hiện đối tượng 72

Hình 4.21 Ảnh minh họa trích rút đặc trưng [18] 73

Hình 4.22 Dữ liệu thuốc đạt 74

Hình 4.23 Dữ liệu thuốc lỗi 74

Hình 4.24 Kết quả phân loại của SVM 75

Hình 5.1 Mô hình thực nghiệm 76

Hình 5.2 Tủ điện điều khiển 77

Hình 5.3 Thuốc được cấp bằng tay vào băng tải 77

Hình 5.4 Thuốc đến vị trí của cảm biến số 2 77

Hình 5.5 Thuốc dừng ở vị trí camera tiến hành chụp ảnh 78

Hình 5.6 Cơ cấu xylanh khí nén đẩy thuốc lỗi 78

Hình 5.7 Thuốc lỗi đến vị trí của xylanh đẩy 78

Hình 5.8 Xylanh tiến hành đẩy thuốc lỗi vào khay chứa 79

Hình 5.9 Thuốc đạt tới vị trí cảm biến số 3 79

Hình 5.10 Băng tải hộp hoạt động 79

Hình 5.11 Lọ được đưa vào vị trí mâm xoay 80

Hình 5.12 Mâm xoay hoạt động đưa lọ vào vị trí hứng thuốc 80

Hình 5.13 Thuốc rơi đủ số lượng vào lọ 81

Hình 5.14 Mâm xoay hoạt động đưa lọ mới vào đồng thời đưa lọ đã có thuốc tới vị trí dập nắp 81

DANH MỤC BẢN

Bảng 2.1 Thông số của hệ thống cấp phôi 35

Bảng 2.2 Thông số ổ lăn 44

Bảng 3.1 Các thiết bị đầu vào/ ra của bài toán 47

Bảng 3.2 Danh sách thiết bị cơ bản sử dụng trong hệ thống điện, điều khiển 47

Bảng 3.3 Địa chỉ và tên Tag của các tín hiệu đầu vào trên Tia Portal 57

Bảng 3.4 Địa chỉ và tên Tag tín hiệu đầu ra trên Tia Portal 58

Bảng 4.1 Đặc điểm thuốc đạt và lỗi 73

CÁC TỪ VIẾT TẮT

PLC Programable Logic Controller

HMI Human Machine - Interface

OPC UA Open Platform Communication Unified Architecture

SVM Support Vector Machine

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VÀ ĐÓNG GÓI

SẢN PHẨM ỨNG DỤNG XỬ LÍ ẢNH 1.1 Đặt vấn đề

Sự áp dụng kĩ thuật điều khiển tự động đã được ứng dụng rộng rãi ở cácnghành sản xuất lớn, doanh nghiệp lớn một cách nhanh chóng Tuy nhiên nhữngdoanh nghiệp có quy mô sản xuất vừa và nhỏ chưa được áp dụng nhiều, đặc biệt

ở khâu phân loại và đóng gói sản phẩm, vẫn còn sử dụng sức người, vì vậy năngsuất chưa cao Ở khâu phân loại sản phẩm, lĩnh vực thị giác máy đang được ứngdụng ngày càng phổ biến Trên cơ sở thực tế khách quan, yêu cầu của xã hội củathế giới cũng như trong nước, đề tài này có nhiều tiềm năng nghiên cứu ứng dụng

và khai thác một cách khả thi để áp dụng vào thực tế sản xuất

Đối với các giải thuật xử lý ảnh hiện nay, mong muốn của các giải thuật làtiến dần đến sự nhận biết của con người thông qua đôi mắt Cùng với xu hướngnày, đề tài nghiên cứu và ứng dụng giải thuật trí thông minh nhân tạo để tạo ra và

sử dụng một mạng nơ-ron nhân tạo vào phần mềm của hệ thống Nội dung chínhcủa hệ thống bao gồm nhận dạng, kiểm tra khuyết tật bề mặt sản phẩm là các loạithuốc sau khi được sản xuất sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo trên phần mềm trênmáy tính sau đó truyền tín hiệu xuống bộ điều khiển để có thể điều khiển đượccác cơ cấu chấp hành phân loại sản phẩm đến vị trí mong muốn Qua đó, hệthống đã giải quyết được phần nào bài toán năng suất với việc phân loại và kiểmtra chất lượng bề mặt sản phẩm ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong sản xuất

suất với một số lượng lớn thì không thể tránh khỏi việc xuất hiện lỗi trên sảnphẩm Vậy câu hỏi được đặt ra là làm thế nào để loại bỏ các sản phẩm lỗi đó rakhỏi dây chuyền để gửi đến người tiêu dùng những sản phẩm tốt nhất.

Từ những thực tế và nhu cầu đó, là sinh viên ngành Cơ điện tử với nhữngkiến thức đã được trang bị, nhóm đồ án đã chọn và thực hiện đề tài này Việc

tạo ra một hệ thống như vậy sẽ giúp được các doanh nghiệp loại bỏ các sản

phẩm lỗi và nâng cao năng suất, cung cấp những sản phẩm chất lượng đến taykhách hàng từ đó tạo nên lòng tin cho người tiêu dùng

1.3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Hệ thống yêu cầu thực hiện được các nhiệm vụ sau:

- Phân loại và loại bỏ sản phẩm (viên thuốc) lỗi ứng dụng xử lý ảnh

- Tiến hành đóng lọ thuốc

Sau khi tìm hiểu và nghiên cứu, nhóm đã chế tạo một mô hình đáp ứng cơbản các yêu cầu trên

1.4 Nguyên lí hoạt động của toàn bộ hệ thống

Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng camera thu nhận hình ảnh sản phẩmkhi di chuyển trên băng tải, sau đó tiến hành xử lí hình ảnh nhận được thông quachương trình xử lí ảnh trên máy tính ứng dụng trí tuệ nhân tạo Sau khi xử lýxong kết quả được gửi xuống PLC để điều khiển cơ cấu chấp hành Nếu sảnphẩm lỗi, chương trình sẽ gửi tín hiệu cho hệ thống điều khiển để loại sản phẩmkhỏi dây chuyền Ngược lại, sản phẩm đúng sẽ được giữ lại và tiến hành đónggói

Hình 1.1 Sơ đồ tín hiệu điều khiển.

1.5 Hệ thống phân loại sản phẩm bằng xử lí ảnh

Hệ thống sử dụng camera để thu nhận hình ảnh của sản phẩm Hình ảnh sau

đó được xử lý theo yêu cầu của nhà sản xuất như kiểm tra kích thước, kiểm tra

màu, kiểm tra vết nứt v.v Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng camera rất linhhoạt đáp ứng được nhiều lĩnh vực công nhiệp Tuy nhiên hệ thống này tương đốiphức tạp và giá thành cao.

Hình 1.2 Xử lý ảnh trong công nghiệp[ CITATION bao \l 1033 ]

Hệ thống kiểm tra sản phẩm dựa trên ứng dụng của việc xử lý ảnh Hệthống này bao gồm ba phần chính:

- Thứ nhất là bộ phận thu thập thông tin ảnh xử lý và ra quyết định bao gồm một hệ thống camera và đèn chiếu sáng chuyên dụng được đặt

trong buồng chắn sáng gá trên giá đỡ đầu hề thống Buồng chắn sáng

có nhiệm vụ chặn ánh sáng tự nhiên từ bên ngoài chỉ để lại ánh sáng

do hệ thống chiếu sáng cung cấp (đảm bảo với môi trường ánh sángbên ngoài) Khi một sản phẩm đi qua buồng chắn sáng camera sẽnhận thông tin về bề mặt của sản phẩm (chụp lại ảnh) sau đó gửi vềphần mềm nhận dạng và phân loại (đối chiếu với các dự liệu ảnh vềsản phẩm đã được nạp sẵn) Phần mềm sẽ xử lý và xác nhận, nhậndạng sản phẩm thuộc dạng nào, chất lượng ra sao

- Thứ hai là bộ phận xử lý tín hiệu hồi đáp, điều khiển và giao tiếp giữa người và máy bao gồm các nút bấm màn hình và các phím điều

khiển

- Thứ ba là hệ thống bao gồm một băng tải và các hệ thống phụ trợ trong việc loại sản phẩm lỗi Khi sản phẩm đã được nhận dạng thì

hệ thống cơ khí sẽ nhận lệnh và đưa ra đáp ứng phù hợp Hệ thốngphụ trợ này sử dụng các xy lanh để thực hiện việc đẩy sản phẩm lỗi

vào khoảng đã định sẵn.

Một số ưu điểm của ứng dụng xử lý ảnh trong việc kiểm tra sản phẩm sovới một số ứng dụng khác có thể ra như sau:

- Linh hoạt trong việc thay đổi mẫu mã sản phẩm kiểm tra.

- Có khả năng kiểm tra được nhiều loại sản phẩm khác nhau.

Kiểm tra được những sản phẩm phức tạp.

Bên cạnh đó ứng dụng cũng có một số nhược điểm:

- Hệ thống có giá thành cao, phù hợp với dây chuyền sản xuất các sảnphẩm phức tạp mà các công nghệ thông thường không áp dụng được

- Đòi hỏi đội ngũ kỹ sư bảo dưỡng có kiến thức cơ bản về xử lý ảnh

1.6 Đóng hộp

Đóng lọ dược phẩm được thực hiện với mục đích bảo vệ an toàn cho các chếphẩm dược phẩm, giữ cho chúng không bị nhiễm bẩn, cản trở sự phát triển của visinh vật và đảm bảo an toàn sản phẩm trong suốt thời hạn sử dụng Ngoài ra bao

bì dược phẩm còn giúp bảo vệ thuốc trong quá trình vận chuyển, bảo quản, bán

lẻ, logistics…

Quy trình đóng gói thuốc gồm các bước:

− Đóng gói thuốc vào lọ (secondary packaging)

− Đóng gói lọ vào thùng (final packaging)

1.6.1 Đóng thuốc vào lọ – secondary packaging.

Đóng gói thứ cấp là bước tiếp theo của “primary packaging” Tất cả các viênthuốc từ khu vực đóng gói chính di chuyển đến khu vực đóng gói thứ cấp thôngqua băng chuyền Tại băng chuyền, các viên thuốc sẽ được kiểm tra để phát hiệnlỗi Các viên thuốc đạt yêu cầu được cơ cấu đẩy viên thuốc vào lọ Sau đó, băngchuyền đóng gói thực hiện quá trình đóng gói, dán nhãn

13 – Vận chuyển thuốc 17 – Kết thúc đóng gói

14 – Chèn tờ đơn

Hình 1.3 Quy trình đóng gói[1]

1.6.2 Đóng gói hộp, lọ vào thùng

Đóng gói là bước cuối cùng trong quá trình sản xuất, được tiến hành khi cầnlưu trữ kho, vận chuyển Các hộp, lọ thuốc từ “secondary packaging” được xếpvào các thùng carton, sau đó dán nhãn và niêm phong

1.7 Ý nghĩa của hệ thống

Hệ thống phân loại sản ra đời hình thành và phát triển trong giai đoạn kinh tếcủa thế giới nói chung và của đất nước như hiện nay đã đánh dấu thêm nhữngbước ngoặt quan trọng cho sự tiến bộ của khoa học- công nghệ kĩ thuật thực tế đãứng dụng một cách tốt nhất cho những mục đích cao, khó của con người Có mộttầm quan trọng ảnh hưởng lớn đến nền công nghiệp đặc biệt là đối với tình hìnhnước Việt Nam ta hiện nay làm tăng nhiều mặt tốt phục vụ cho lại đáng kể chocuộc sống cũng như sự phát triển kinh tế của con người hứa hẹn một sự phát triểnvững mạnh và ổn định lâu dài Đồng thời cũng là nền tảng cho sự phát triển cáctập đoàn kinh tế trên thế giới Một lần nữa khẳng định nó có vai trò rất quantrọng cho hoạt động phát triển cung cấp phân phối sản phẩm tới con người mộtcách tốt nhất, giúp đời sống con người được nâng cao hơn Vấn đề số lượng vàchất lượng sản phẩm thay đổi đáng kể có thể nhận thấy rõ sự phân hóa và đadạng về mẫu mã chủng loại của sản phẩm và cũng thấy rõ chất lượng ngày càngđược nâng cao và đáp ứng nhu cầu sức khỏe con người một cách hoàn hảo nhất

Từ đây sự thay thế của máy móc của các thiết bị hiện đại, đã giảm thiểu lớn thờigian lao động sức tiếp cho quá trình sản xuất cũng như trong các qua trình khác

để tạo ra sản phẩm Nhận thấy một thế mạnh nữa rằng những công việc khó khănphức tạp đã được thay thế bằng máy móc tự động rất nhiều, khi đó con người chỉcần điều khiển hệ thống, máy móc, thiết bị… tại một buồng điều khiển riêng biệt.Nhờ vậy mà sức khỏe và đời sống vật chất tinh thần ngày càng nâng cao và cảithiện một cách rõ rệt

Không những vậy kể từ khi ra đời thì các vấn đề về sinh thái, sự ô nhiễm môitrường sống đang ở mức báo động, hay những biến đổi khí hậu của thiên nhiên

đã có sự hình thành nhanh chóng gây ra những hậu quả vô cùng nguy hiểm Lâudài nó sẽ làm cho sự tồn tại của con người không được bền lâu Bởi vậy, hệ thốngđóng gói thuốc nói riêng và hệ thống đóng gói sản phẩm nói chung trong nhiều

hệ thống tự động khác có ý nghĩa hơn vào thế kỉ này

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

2.1 Yêu cầu của hệ thống cơ khí.

Các yêu cầu thiết kế hệ thống cơ khí cần đạt thỏa mãn các điều kiện sau:

- Hệ thống cần đảm bảo độ cứng vững, độ bền, hoạt động ổn định và rungđộng ít

- Có hệ thống chiếu sáng giảm tối đa các yếu tố nhiễu

- Thiết kế thuận tiện cho tháo lắp, bố trí bộ điều khiển, các bộ phận khác

- Năng suất thiết kế phân loại trên 1450 sản phẩm/giờ

Từ các yêu cầu cần đáp ứng ở trên nhóm tiến hành thảo luận, nghiên cứu và

đề xuất mô hình cơ khí như phần dưới

2.2 Mô hình đề xuất.

Hệ thống cơ khí phân loại thường sử dụng hai cơ cấu là cho sản phẩm chạytrên băng tải hoặc đĩa quay để kiểm tra Căn cứ vào sản phẩm nhóm tiến hànhkiểm tra vỉ thuốc về số lượng thuốc, màu sắc

Hình 2.4 Mô hình đề xuất

Cấu tạo các cụm của mô hình bao gồm:

- 1: Phễu rung cấp thuốc

- 2: Camera xử lí ảnh

- 3: Băng tải cấp thuốc và loại thuốc

- 4: Cơ cấu đóng nắp

- 5: Băng tải cấp lọ thuốc

Với mô hình đã đề xuất, nhóm tiến hành thiết kế, chọn lựa và tính toán các bộphận chính của kết cấu ở phần tiếp theo dưới đây

2.3 Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động.

2.3.1 Phân tích đối tượng cần cấp

2.3.1.1 Đối tượng lựa chọn

Với đề tài này nhóm sinh viên lựa chọn đối tượng là viên thuốc của có hìnhdáng như sau:

Hình 2.5 Sản phẩm của đề tài

Theo đó chi tiết viên thuốc có kích thước như sau:

Hình 2.6 Kích thước viên thuốc

Đây là một chi tiết cho trọng lượng nhỏ, trọng tâm nằm trên trục đối xứng vànằng trung tâm của vật

Yêu cầu đặt ra là tính toán, thiết kế, kiểm nghiệm cơ cấu cấp phôi để cấpthuốc vào khu vực của dây chuyền sản xuất với năng suất công nghệ 180viên/phút

2.3.1.2 Chọn phương pháp và thiết bị cấp

Trong sản xuất tự động ngày nay có rất nhiều phương pháp cấp phôi như:băng tải cấp phôi, rôbốt cấp phôi, cấp phôi tự động theo phương pháp rungđộng… Tuy nhiên để phù hợp với yêu cầu của phôi và giá thành kinh tế ta chọn

cơ cấu cấp phôi rung động xoắn vít Cơ cấu cấp phôi rung động máng xoắn làthiết bị cấp phôi dạng phễu linh hoạt nhất đối với chi tiết nhỏ Trong hình, chi tiết

di chuyển trên rãnh xoắn dọc theo vách trong của phễu trụ

Hình 2.7 Cấu tạo của hệ thống cấp phôi rung động máng xoắn [ CITATION LêG15 \l

2.3.2 Tính toán, thiết kế phễu rung của hệ thống

2.3.2.1 Các lực tác dụng lên phôi

Để nghiên cứu cơ cấu cấp phôi kiểu rung động, người ta xét một cơ cấu 4khâu bản lề chuyển động lắc trong mặt phẳng nằm ngang hoặc nằm nghiêng được

mô tả như hình 2.4 và 2.5

Hình 2.8 Sơ đồ di chuyển phôi trên mặt phẳng nằm ngang[ CITATION LêG15 \l 1033 ]

Trường hợp 1: Xét một vật A có trọng lượng G đặt trên thanh BC trong mặt

phẳng nằm ngang Khi thanh O1B quay sang phải 1 góc (α-α 1) với tốc độ góc là

ω thì vật A cùng thanh BC chuyển động song phẳng xuống phía dưới Gọi gia tốc

chuyển động lớn nhất trong hành trình này là a, ta có:

F ms =m(g-a tđ ).f (N) (2.1)

F qt =-m.a n (N) (2.2) Trong đó:

- F ms là lực ma sát của thuốc lên thành rãnh xoắn (N)

- a tđ là gia tốc theo phương thẳng đứng (m/s2)

- a n là gia tốc theo phương nằm ngang (m/s2)

- f là hệ số ma sát giữa vật và thanh

Khi tay quay O1B quay sang trái 1 góc (α-α 1 ) với tốc độ góc ω’ thì vật A cùng

với thanh BC chuyển động lên phía trên Khi đó ta có:

F’ ms =m(g+a’ tđ ).f (N) (2.3)

F’ qt =-m.a’ n (N) (2.4)

Trong đó a’ tđ và a’ n là gia tốc theo hướng thẳng đứng và nằm ngang khi vật A

chuyển động lên trên Nếu coi ω=ω’ thì giá trị a tđ =a’ tđ và a n =a’ n Khi đó có thểxảy ra hiện tượng như sau:

Khi vật chuyển động cùng thanh xuống thấp sang phía bên phải thì nếu F ms

< F qt thì vật A sẽ trượt trên thanh BC, có nghĩa là vị trí của vật A so với thanh

BC bây giờ sẽ ở lại phía sau, hay nói cách khác là vật A có chuyển động tươngđối so với thanh BC về phía trái

Khi thanh chuyển động lên phía trên và sang trái, lúc này do F ms tăng lên

nên trong trường hợp khi mà F ms > F qt thì vật được bám chắc vào thanh BC, haynói cách khác không có sự chuyển động tương đối giữa vật A và thanh BC

Tổng hợp một chu trình chuyển động của thanh O1B ta có nhận xét sau:

Vị trí của vật A so với thanh BC đã bị dịch chuyển sang trái một lượng là s.

Nếu chu trình trên lại tiếp tục thì sau mỗi một chu trình như vậy thì’ vật A lại cứ

dịch chuyển sang trái so với thanh BC một lượng s Quá trình hoạt động của cơ

cấu trên là liên tục thì sau một thời gian vật A sẽ di chuyển tương đối với thanh

BC sẽ có xu hướng đi ra khỏi thanh

Trong trường hợp khi g < a th thì F ms < 0, lúc này vật A sẽ không còn tiếp xúc

với thanh BC nữa mà nó có bước nhảy tương đối so với thanh BC về phía trái

Trường hợp 2: Xét trường hợp thanh BC đặt trong mặt phẳng nghiêng so với mặt phẳng ngang 1 góc β (hình 2.5).

Hình 2.9 Sơ đồ di chuyển phôi trên mặt phẳng nằm nghiêng[ CITATION LêG15 \l

F qt ¿ F ms + G n (N) (2.6) Khi thanh quay về phía bên trái và lên trên thì điều kiện để vật không trượttrên thanh BC là:

F qt ¿ F ms + G n (N) (2.7) Nếu thỏa mãn cả 2 điều kiện trên thì sau một chu trình chuyển động của thanh

O1B, vật A sẽ dịch chuyển tương đối so với thanh BC một lượng s Nếu cho cơ

cấu hoạt động liên tục thì sau một thời gian, vật A sẽ dịch chuyển sang phía trái

và sẽ có xu hướng rời khỏi thanh BC

Từ những kết quả tính toán như trên, người ta chế tạo các kiểu phễu rungđộng dựa trên nguyên lý đó Nhưng lúc này thanh BC được thay bằng một rãnh

xoắn có góc nghiêng là β để tăng chiều dài cho nó đồng thời có thể cho vật A di

chuyển trên khoảng chiều dài lớn hơn để có thời gian định hướng và điều chỉnh

vị trí trước khi di chuyển đến máng chuyển phôi

Kết cấu 4 khâu bản lề trong sơ đồ nguyên lý được thay thế bằng cơ cấu rungđộng tựa trên thanh đàn hồi với lực tạo rung sử dụng nam châm điện từ

Hình 2.10 Mô hình phễu cấp phôi kiểu rung [ CITATION LêG15 \l 1033 ]

2.3.2.2 Chọn vật liệu cho phễu rung

Chi tiết ở đây là viên thuốc dạng nén thuộc chi tiết dạng trụ Vì vậy phễu chỉcần có kích thước ở mức trung bình để đủ khả năng cấp một lượng phôi lớn trongmột khoảng thời gian nhất định

Bề mặt bên trong của phễu, nơi tiếp xúc phôi cần được gia công với độ nhẵnbóng cao để tạo sự ổn định của phôi Phễu ở đây là hình côn và đủ độ cứng vững

Vì vậy ta chọn vật liệu làm phễu là thép không gỉ (INOX SUS304)

2.3.2.3 Cân bằng năng suất của cơ cấu cấp phôi rung động

Cơ cấu cấp phôi rung động phải đảm bảo cấp phôi liên tục cho máy và bảo

đảm năng suất công nghệ (năng suất thực tế) Q P phải lớn hơn năng suất của máy

Q m khoảng 1,3 lần

Q P = k 1 Q m = 1,3.180 ≈ 234 (viên/phút) (2.8)

Trong đó: k 1 - là hệ số tăng năng suất của máy

Tốc độ vận chuyển chi tiết theo máng của cơ cấu cấp phôi rung động:

V ct = k Q p l

2 k3 (viên/phút) (2.9) Trong đó:

- l – Chiều dài của chi tiết theo phương truyền động l=0.02 (m)

- k 2 – Hệ số kể đến độ nhặt của chi tiết trên đường vận chuyển

- m=1: số trạng thái chi tiết được chấp nhận.

- n=4: tất cả số trạng thái của chi tiết.

Từ công thức (2.9) ta có:

V c = k Q p l

2 k3 =

234.0,020,85.1

4 = 22.02 (m/phút) = 367(mm/s) 2.3.2.4 Thể tích của phễu rung

Thể tích V0 của phễu được xác định bởi lượng phôi dự trữ cần thiết để đảmbảo cho cơ cấu cấp phôi hoạt động liên tục trong khoảng thời gian tính toán và cóthể được tính theo công thức sau:

V 0 = V t K p T

v (2.11) Trong đó:

- V p - thể tích của 1 phôi là viên thuốc (tính gần đúng) theo như hình 2.2 ta

tính được thể tích của viên thuốc 630 (mm 3 ).

- T - khoảng thời gian cơ cấu cấp phôi hoạt động liên tục trong 1 lần hiệu chỉnh phễu (phút) Lấy T =1 giờ = 90 (phút).

- t - thời gian từng chiếc để gia công chi tiết (phút), vì là dây truyền sản xuất đóng viên thuốc nên chọn t = Q1

234.0,5 =26535600 (mm 3 ) 2.3.2.5 Bước xoắn của máng rung trong phễu

Bước xoắn của máng rung trong phễu được xác định:

Trong đó:

- t – bước xoắn của máng rung (mm)

- h – chiều cao lớn nhất của chi tiết khi nằm

trên phễu (mm)

- b – chiều dày rãnh xoắn (mm)

Từ (2.12) ta có bước xoắn của phễu rung là:

t ≥ 3.15 + 2 = 47 (mm)

Chọn t = 50(mm)

Góc nâng rãnh xoắn

Góc nâng của rãnh xoắn được xác định:

θ max = arctan(μ t 2 tan(α 0 ))

Trong đó: μ t = 0.12 - hệ số ma sát giữa phần thuốc và rãnh

α 0 = 15 0 - Góc nghiêng tối ưu của chân (giá treo) tra theo đồ thị sau:

Hình 2.12 Đồ thị góc nâng của rãnh xoắn [ CITATION LêG15 \l 1033 ]

Góc nâng của rãnh xoắn:

θ max = arctan(μ t 2 tan(α 0 )) = arctan(0.12 2 tan(15 0 )) = 1,84 0

Chọn góc nâng của rãnh xoắn là θ = 2 0

2.3.2.6 Đường kính của phễu

Mối liên hệ giữa đường kính D của phễu, bước xoắn t, góc nâng θ của rãnh

xoắn được cho bởi công thức:

D = πtan(θ) t = πtan(250 0

) =455,76 (mm) (2.13)

Chọn D = 450 (mm)

2.3.2.7 Chiều cao của phễu

Từ thể tích phễu V 0 và đường kính của phễu D, ta tính được chiều cao của

phễu qua công thức:

Như vậy ta đã chọn được bố thông số của phễu rung như sau:

- Góc nâng của rãnh xoắn: θ = 2 0

- Bước xoắn của rãnh xoắn: t = 50(mm)

- Đường kính phễu: D = 460 (mm)

- Chiều cao của phễu: H = 160(mm)

2.3.2.8 Cơ cấu định hướng cấp phôi

Với chi tiết là viên thuốc khi được cấp vào phễu rung có các trạng thái tựnhiên như sau:

- Thuốc xếp chồng lên nhau

- Thuốc nằm ngang

- Thuốc nằm dọc theo thành phễu

Để hệ thống có thể thực hiện nhiệm vụ thì thuốc sau khi đi ra từ hệ thống cấpphải đạt một trạng thái duy nhất Cơ cấu định hướng sẽ giúp tách, đưa các thuốc

ở trạng thái không mong muốn sang trạng thái có ích trước khi đi vào quá trìnhphân loại Dựa vào hình dạng và các trạng thái ngẫu nhiên của viên thuốc khi đổvào phễu đã được nêu trên, nhóm sinh viên sử dụng các kênh định hướng và phânloại sau đây:

- Kênh 1: Đưa các viên thuốc xếp chồng lên nhau về cùng một lớp và loại bỏ cácviên thuốc nằm thắng đứng và nằm ngang:

Hình 2.13 Các trạng thái của phôi khi đi vào kênh 1

Sử dụng thanh gạt với kích thước đến rãnh xoắn d phụ thuộc vào chiều cao h của phôi khi nằm trên rãnh xoắn thỏa mãn điều kiện: h < d < 2h, giúp gạt phôi dễ

dàng mà không gây tắc phôi

Sau khi đi qua kênh 1, những phôi nằm dọc và nằm ngang (còn lại) theo thànhphễu đi tiếp

-Kênh 2: Loại bỏ các phôi nằng ngang và giữ lại các phôi nằm dọc theo thànhphễu.

Hình 2.14 Thuốc nằm ngang sát thành

2.3.3 Tính toán, thiết kế nguồn rung của hệ thống

2.3.3.1 Xác định kích thước đế của máy rung

Xuất phát từ điều kiện tỷ lệ giữa khối lượng bên trên nhíp m t và khối lượng

- H: là chiều cao bowl, H = 160 (mm)

- b: là chiều dày vành bowl, chọn b = 2 (mm)

- a: là chiều dày rãnh xoắn, chọn a = 2 (mm)

- t: là bước xoắn, t = 50 (mm)

- d 1 : là đường kính ngoài đế gá bowl, chọn sơ bộ d 1 = 0,8.D = 360 (mm)

- d 2 : là đường kính trong đế gá bowl, chọn sơ bộ d 2 = 0,6.D = 250 (mm)

- h: là chiều cao của đế gá bowl, h = 25 (mm)

- b 3 : là chiều rộng rãnh xoắn, chọn b 3 = 25 (mm)

- a 3 : là chiều dày đáy, chọn a 3 = 3 (mm)

- m: là khoảng các từ mặt trên của bowl đến bề mặt máng xoắn đầu tiên

2.3.3.2 Tính toán thông số cho lò xo lá

Lò xo lá có tác dụng đỡ phễu nằm trên đế máy, ngoài ra nhờ vào vị trí và điểmđặt các lò xo lá nó có tác dụng tạo ra chuyển động dao động (xung quanh trụcthẳng đứng), chuyển động tịnh tiến khứ hồi (theo phương thẳng đứng) của phễunhờ đó mà phôi chuyển động lên trên theo máng xoắn vít Trên lò xo lá, các hãngsản xuất đặt các lò xo lá lắp các nam châm điện tạo rung động Vị trí lắp các lò

xo lá là cố định không thay đổi được

Hình 2.15 Hình dạng và vị trí đặt lò xo [ CITATION LêG15 \l 1033 ]

Tần số dao động riêng f r của hệ nhíp (lò xo lá) được tính bằng công thức:

f r = 1

2 π √m c qd (Hz) (2.21) Trong đó:

- m qd là khối lượng quy đổi của cơ hệ, xác định bằng công thức:

- E là mô đun đàn hồi của nhíp, với thép có thể lấy E = 2.10 5 ( N/mm 2 )

- J 0 là momen quán tính của tiết diện nhíp, với nhíp dẹp thì:

f r = (1,1÷1,15)f cb = 1,1.50 = 55 (Hz)

Ta có thể tìm được bề dày h của lò xo khi biết chiều dài lò xo lá l và bề rộng của lò xo lá b

Ở đây ta dùng lò xo lá có chiều dài l = 110 (mm) và chiều rộng b = 40 (mm)

- R 0: chế độ làm việc, với chi tiết là viên thuốc, chọn R 0 = 2,5

- K v là hệ số vận tốc phụ thuộc vào kết cấu và chế độ làm việc của phễu

- v ct là vận tốc của chi tiết, v ct =367 (mm/s)

tốc ban đầu V 0 và hợp với phương di chuyển của chi tiết trên máng góc (α-θ ).

Khảo sát vị trí chi tiết trên hệ trục tọa độ như hình sau:

Hình 2.16 Chuyển động chi tiết bị ném xiên

Hệ phương trình chuyển động của chi tiết như sau:

y = V 0 t - g t2

x = -g t2

Khảo sát giá trị của y, ta có:

y' = V 0 – gt.cos(α – θ) y' = 0 => t = V0

g cos ⁡(α−θ)

y max = V02

2 g cos ⁡(α−θ) (2.28)

Do kết cấu của máng để chi tiết không bay lên quá giới hạn h=7 mm (chênh

lệch chiều cao chi tiết nằm trên máng) Nên có thể xác định giá trị vận tốc lớnnhất theo điều kiện sau:

y max ≤ 5.10 -3 => V 0 ≤√2 y max g cos ⁡(α−β )

V 0 = A.ω≤√2.8 10−3.9,8 cos ⁡(150−20) =0,390 (m/s) Đây là điều kiện ràng buộc cho vận tốc làm việc của máng

Vận tốc tới hạn: V 0 =0,390 (m/s) > V ct =0,367(m/s) (thỏa mãn điều kiện vận tốc

chi tiết di chuyển khi hệ thống hoạt động nhỏ hơn vẫn tốc tới hạn)

Thời gian chi tiết bắt đầu bay lên khỏi mặt máng sau đó rơi xuống là t 2 Từ(2.26) ta xét phương trình:

y = V 0 t - g t2

2 .cos(α – θ) = 0

t 2 = 2.t 1 = 2 V0

g cos ⁡(α−θ)

Để giảm năng lượng tiêu hao vô ích thì thời gian di chuyển chi tiết trong mỗi

chu kỳ phải nhỏ hơn chu kì T (tức là trong giai đoạn chi tiết bay ta không cần

kích rung cho phễu để tiết kiệm năng lượng)

Đặt J t ≤ π g cos ⁡(α−θ) là gia tốc tới hạn tiết kiệm năng lượng

Với gia tốc dao động bằng gia tốc Jt thì năng lượng chi tiết tiết kiệm nhất khi:

X +1 = g (sinθ+μ cosθ)

ω2[1+tg(α−θ)] = 9.8 (sin 2

0+0,4 cos20)(100 π)2[1+tg ⁡(150−20

)] = 0,035.10 -3 (m) (2.31)

Ta thấy biên độ hoạt động A = 0,304 (mm) > X +1 = 0,035 (mm) nên đảm bảo

chi tiết có thể chuyển động đi lên

2.3.3.4 Bộ kích rung

a Lựa chọn thiết bị kích rung

Năng lượng có thể phát sinh theo nhiều cách nhưng mục đích chính trong giớihạn đồ án này, chúng ta đi thảo luận 2 cách có hiệu quả nhất của tạo ra nguồnrung và điều khiển rung động cho phù hợp với sự sử dụng đa dạng trong côngnghiệp Chúng ta đang nói về dao động tạo ra bằng cách sử dụng nam châm điệnhoặc là sử dụng bánh lệch tâm Cả hai phương pháp trên có ưu nhược điểm sau:

- Động cơ mất cân bằng tạo ra các dao động cơ học Sự mất cân bằng (sự lệchtâm) trọng lượng gắn với trục, và sau đó trục quay Tuy nhiên do tác động củatrục lệch tâm nên nó tạo ra rung động Những rung động này sau đó được kiểmsoát để tạo ra các rung động vòng tròn, trong khi hai động cơ quay theo haihướng khác nhau sẽ tạo ra được dao động tuyến tính Thông thường, đặc biệt làcho mục đích sàng lọc và truyền động rung tuyến tính được mong muốn Tuynhiên đối với các ứng dụng đặc biệt, chẳng hạn như trong một băng tải xoắn ốcđộng cơ quay theo cùng một hướng Biên độ dao động phụ thuộc chủ yếu vàotrọng lượng và độ lệch tâm của chúng gắn liền với trục động cơ và tần số (tốc độ)của động cơ Nếu có một lực đầu ra cao tỷ lệ với trọng lượng, một loạt các dảitốc độ được điều chỉnh theo nguyên tắc làm việc của nó Vì lý do đó mà phươngpháp cấp phôi bằng dẫn động mất cân bằng trọng lượng thường rẻ hơn, dễ dànghoạt động, bảo dưỡng dễ hơn và chúng được sản xuất dễ dàng hơn

- Dẫn động bằng nam châm điện: Ta dễ dàng tạo ra được biên độ dao động(thậm chí thông qua một bảng điều khiển từ xa) thiết lập chính xác và lặp lại củabiên độ dao động, tuổi thọ của thiết bị cao hơn Và chúng đạt biên độ dao độngmong muốn ngay lập tức sau khi chuyển đổi phân đoạn các thiết bị trong mộtgiây Dẫn động điện từ như trên thông thường có một nam châm điện Dòng điệnchạy qua các cuôn dây quấn xung quanh stator Chúng bao gồm từ tính cảm ứngtrong stator kéo các phần ứng Bằng cách cắt các nguồn cung cấp điện phần ứngđạt được rung động được tạo ra Bằng cách này nó đẩy và kéo phần ứng để tạo rarung động

b Chọn số nam châm điện cho cơ cấu

Khi thiết kế cơ cấu cấp phôi rung động có rãnh xoắn vần đề xác định số lượngnam châm điện trong cơ cấu là rất quan trọng Chỉ tiêu xác định số nam châmđiện là tỷ lệ tương quan giữa lực kéo tác dụng lên các chân (các giá treo) với mộthoặc ba nam châm điện và độ cứng vững của đáy phễu

Nếu cơ cấu có một nam châm điện thì lực kéo P của nam châm điện trên một

chân sẽ không hoàn toàn không hoàn toàn tác động theo phương có độ cứng

vững thấp nhất của nam châm mà chỉ có một thành phần lực P 1:

P 1 = P 0. sinα (N) (2.32)

Trong đó:

- P 0 – Lực kéo của nam châm điện (N)

- α – Góc nghiêng của nam châm (của giá treo)

Thành phần của lực kéo P 1 tỷ lệ thuận với góc sin nghiêng α của chân: góc α càng lớn, thành phần lực P 1 càng lớn và ngược lại, góc α càng nhỏ, thành phần

lực P 1 càng nhỏ

Hình 2.17 Sơ đồ tác dụng lực của nam châm điện [ CITATION LêG15 \l 1033 ]

Hình 2.18 Quan hệ phụ thuộc giữa các thành phần lực P 1 , P 2 và góc nghiêng α:

P 1 = P.sinα; P 2 = P.cosα [ CITATION LêG15 \l 1033 ]

Như vậy, khi có một nam châm trong cơ cấu thì nên chọn góc α lớn (gần bằng

400) trong trường hợp này công suất để tạo ra lực kéo yêu cầu thấp nhất

Đường kính là phễu rung cũng phụ thuộc vào số nam châm điện trong cơ cấu.Khi đường kính của phễu tăng thì độ cứng vững của đáy phễu giảm bởi vì khốilượng của đáy và thành phễu tăng không tỷ lệ với nhau, còn độ cứng vững không

đủ của đáy phễu có thể làm cho nó dao động như một cái máng và biên độ của

dao động xoắn có thể rất nhỏ và không có khả năng làm cho phôi chuyển độngtheo bề mặt máng.

Khi có ba nam châm điện trong cơ cấu thì lực kéo P do một nam châm điện

tạo ra sẽ tác dụng lên một chân (một giá treo) theo phương có độ cứng vững thấpnhất Ngoài ra, các nam châm điện được gá đối diện với các chân (các giá treo)

và chúng tác dụng lên phễu ở các vị trí có độ cứng vững cao nhất, có nghĩa làtheo chu vi ngoài của phễu

Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy: cơ cấu có một nam châm điện đượcdùng trong các cơ cấu cấp phôi rung động với phễu nhỏ (đường kính < 0,4m) đểcấp phôi nhỏ và nhẹ, còn cơ cấu có ba nam châm điện được dùng trong cơ cấucấp phôi với phễu lớn (đường kính 0,3 ÷ 1m) để cấp phôi có kích thước trungbình và lớn, bởi vì ba nam châm có khả năng tạo ra lực kéo lớn

c Tính lực kích rung

Lực kích rung của cơ hệ phụ thuộc vào độ cứng C, biên độ dao động A và hệ

số động lực  theo công thức sau:

P = C A λ (N) (2.32) Trong đó:

- C: độ cứng vững đã được xác định khi tính kích thước của hệ nhíp

π2 K v3 f cb

(2.32)

Vì thành phần kể đến sức cản của không khí là 2 3

0,07.K v.fcb

Trong thực tế, để kích rung cho phễu có rất nhiều phương pháp khác nhau.Một trong những phương pháp kích rung cho phễu là dùng 1 nam châm điện đặt

ở giữa phễu tạo ra lực kích rung (hút nhả) theo phương thẳng đứng

Khi đó lực kích rung phải bằng:

Q B¿ Q

sin α=

6840

sin 15°= 26427(N) (2.33)

Hình 2.19 Mô tả hệ nhíp[ CITATION LêG15 \l 1033 ]

d Tính thông số nam châm điện

 Tính tiết diện lõi thép nam châm điện

Ta có công thức lực điện từ của nam châm điện như sau:

Với p = 0,8: hệ số điền kín lõi.

Để đảm bảo tuổi thọ của nam châm điện ta chọn giá trị lớn hơn giá trị tínhtoán

 Xác định các thông số của cuộn dây

Ta có từ thông gửi qua lõi thép cho bởi công thức:

Giả thiết bỏ qua điện áp rơi trên điện trở dây quấn và điện kháng tản, coi E ≈ U

Ta có số vòng dây n được tính bởi công thức: