thiết kế chế tạo máy khắc laser

trong các ngành sản xuất cơ khí, nghệ thuật, cho đến y học,… Năm 1965, Trung tâm Nghiên cứu Western Electric Engineering sản xuất thành công máy cắt laser đầu tiên và được sử dụng để kho

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN I LỜI CAM ĐOAN II

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH ẢNH iii

DANH MỤC BẢNG v

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2

1.1 Khái quát về máy khắc Laser 2

1.2 Sự hình thành và phát triển của laser 3

1.3 Một số máy khắc Laser hiện nay 4

1.3.1 Máy khắc Laser Fiber 4

1.3.2 Máy Laser CO2 5

1.3.3 Một số máy khắc của sinh viên 6

1.4 Đối tượng nghiên cứu 8

1.5 Phương pháp nghiên cứu 8

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY KHẮC LASER 10

2.1 Khối điểu khiển 10

2.1.1 Phần mềm xử lí ảnh Inkscape 12

2.1.2 Phần điều khiển máy khắc Laser Lightburn 15

2.2 Thiết kế bộ điều khiển trung tâm 16

2.2.1 Arduino Uno R3 16

2.2.2 CNC Shield V3 20

2.2.3 Driver điều khiển động cơ bước A4988 22

2.2.4 Nguồn cho hệ thống 25

2.2.5 Sơ đồ kết nối mạch điện 27

2.3 Cơ cấu chấp hành 27

2.3.1 Động cơ bước 27

2.3.2 Đầu công tác Laser Diode 34

2.4 Thiết kế khung và các trục của máy 42

2.4.1 Khung máy 42

2.4.2 Các trục của máy 46

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 499

3.1 Kết quả 499

3.2 Hướng phát triển 577

TÀI LIỆU THAM KHẢO 588

PHỤ LỤC 599

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Công nghệ Laser 2

Hình 1.2: Máy khắc Laser Fiber 4

Hình 1.3:Máy cắt khắc Laser CO2 5

Hình 1.4: Máy khắc Laser của sinh viên 7

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống 10

Hình 2.2: Ảnh định dạng Bitmap 12

Hình 2.3: Ảnh định dạng Vector 13

Hình 2.4: Giao diện phần mềm Inkscape 14

Hình 2.5: Giao diện xuất định dạng Vector 15

Hình 2.6: Định dạng ảnh sau chỉnh sửa 15

Hình 2.7:Giao diện phần mềm Light Burn 16

Hình 2.8: Arduino Uno R3 18

Hình 2.9: CNC Shield V3 21

Hình 2.10: CNC Shield V3 kết hợp cùng Driver A4988 21

Hình 2.11: Driver điều khiển động cơ bước A4988 22

Hình 2.12: Sơ đồ nối dây A4988 23

Hình 2.13: Sơ đồ kết nối của A4988 23

Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý của A4988 24

Hình 2.15: Sơ đồ chân xác định vi bước 25

Hình 2.16: Nguồn tổ ong 12V5A 26

Hình 2.17: Sơ đồ kết mạch điện 27

Hình 2.18: Động cơ bước 28

Hình 2.19: Động cơ bước nam châm vĩnh cửu 30

Hình 2.20: Sơ đồ nguyên lý động cơ bước biến từ trở 30

Hình 2.21: Động cơ bước hỗn hợp 31

Hình 2.22: Điều khiển động cơ bước 32

Hình 2.23: Động cơ Step 42 sữ dụng trong đề tài 33

Hình 2.24: Kích thước động cơ Step 42 33

Hình 2.25: Cấu tạo cơ bản của laser 34

Hình 2.26: Laser Diode 35

Hình 2.27: Đầu Laser 2.5W đã chọn 42

Hình 2.28: Thiết kế sơ bộ khung máy 44

Hình 2.29: Góc chân khung máy thực tế 45

Hình 2.30: Dây đai GT2 46

Hình 2.31: Mặt cắt dây đai GT2 46

Hình 2.32: Trục Rotary Error! Bookmark not defined.8 Hình 3.1: Máy khắc Laser công suất 2.5W 50

Hình 3.2: Hộp điều khiển máy khắc Laser 51

Hình 3.3: Cơ cấu căng đai trục X 51

Hình 3.4: Cơ cấu chuyển động trục Y 52

Hình 3.5: Công tắc hành trình 53

Hình 3.6: Động cơ trục X 53

Hình 3.7: Động cơ trục X 54

Hình 3.8: Động cơ trục Y 54

Hình 3.9: Trục Rotary 55

Hình 3.10: Sản phẩm được gia công 56

Hình 3.11: Khắc logo CTUT lên gỗ 56

Hình 3.12: khắc logo CTUT lên mica 57

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của Arduino Uno R3 19 Bảng 2.2: Bảng thông số kỹ thuật của A4988 24

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang bước vào thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước với nhiều thuận lợi và khó khăn thách thức Sự phát triển nhanh chóng của Cách mạng khoa học nói chung trong lĩnh vực tự động hóa nói riêng làm cho bộ mặt xã hội đất nước biến đổi từng ngày từng giờ Chính vì thế việc cần thiết nhất là ứng dụng các tiến bộ về khoa học kỹ thuật vào sản xuất chế tạo nhằm tạo ra những sản phẩm có năng suất, chất lượng cao, giá thành hợp lí ngày càng trở nên cấp thiết, đặc biệt đối với những nước đang trong thời kì phát triển như nước ta

Gần đây, phong trào tự chế máy CNC (Computer Numerical Control), Laser đã

và đang được nhiều bạn sinh viên quan tâm Tuy nhiên trong quá trình chế tạo vẫn còn nhiều hạn chế Do đó, để cập nhật kiến thức đồng thời giúp các bạn học sinh , sinh viên hiểu nhiều hơn về máy CNC, Laser chính là lí do ra đời của đề tài “ Thiết

Kế Chế Tạo Máy Khắc Laser”

Việt Nam đã và đang có nền công nghiệp phát triển năng động, vì thế cũng không thể đứng ngoài trào lưu công nghệ, các mặt của đời sống sản xuất điều cần có sự tiến

bộ so với bạn bè quốc tế Ứng dụng công nghệ CNC, Laser hiện nay đang rất cần thiết cho quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa Giúp nâng cao năng suất sản xuất, giảm thiểu chi phí đầu tư , tăng cấp chính xác, đáp ứng nhu cầu cạnh tranh hiện nay

Em hy vọng đề tài này sẽ đóng góp vào phục vụ đời sống sản xuất, nâng cao năng suất lao động

Nâng cao ý thức tự học, tự nghiên cứu trong học sinh, sinh viên đặc biệt là các sinh viên của trường Đại học Kỹ Thuật - Công Nghệ Cần Thơ

Có thể phát triển xa hơn với việc đưa sản phẩm ra thị trường, hạn chế việc phải phụ thuộc vào các nguồn sản phẩm nhập ngoại, giúp hạ giá thành sản phẩm cũng như đưa việc ứng dụng công nghệ kỹ thuật vào sâu trong đời sống sản xuất

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Khái quát về máy khắc Laser

Trong thập kỷ qua, công nghệ cắt, khắc Laser đã phát triển vượt bật và trở thành ngành công nghệ tiên tiến tiên tiến, hiện đại nhất, sản phẩm của nó đều có chất lượng cao, đẹp mắt và tinh xảo Sản phẩm từ công nghệ Laser có tính ứng dụng cao trong đời sống, sản xuất và nghệ thuật nhân loại

Einstein Bước sóng (liên quan đến màu sắc) của tia sáng phụ thuộc vào sự chênh lệch năng lượng giữa các mức

Có nhiều loại laser khác nhau, có thể ở dạng hỗn hợp khí, ví dụ He-Ne, hay dạng chất lỏng, song có độ bức xạ lớn nhất vẫn là tia laser tạo bởi các linh kiện bán dẫn như điốt laser Laser có trong rất nhiều ứng dụng, như làm mắt đọc đĩa quang CD/DVD, máy in laser, máy quét mã vạch, công cụ trình tự DNA, internet cáp quang, truyền dữ liệu trong không gian vũ trụ, máy cắt, máy hàn, máy phẫu thuật laser, tẩy mụn ruồi, nhắm bằng laser Trong quân đội laser được dùng để đánh dấu, đo khoảng cách và tốc độ của mục tiêu Trong giải trí laser được sử dụng trong các sân khấu như hòa âm ánh sáng

1.2 Sự hình thành và phát triển của laser

Tia laser được biết đến lần đầu tiên bằng một thí nghiệm tình cờ của nhà vật lý Theodore Maiman, thông qua phương thức chiếu đèn flash công suất cao trên một thỏi ruby với các bề mặt tráng bạc trong căn phòng thí nghiệm Hughes Laboratory tại Malibu, California những năm 1960 Nhờ phát hiện này, các nhà khoa học dần nghiên cứu chuyên sâu thêm, phát hiện ra sẽ có nhiều lợi ích to lớn nếu biết cách tận dụng nguồn tia laser này Tiêu biểu là cuộc nghiên cứu phát triển laser bán dẫn đầu tiên của Roberrt N.Hall năm 1962 Thiết bị của Hall xây dựng trên hệ thống vật liệu gali-asen

và tạo tia có bước sóng 850nm, gần vùng quang phổ tia hồng ngoại Hay năm 1970, Zhores Ivanovich Alferov của Liên Xô cùng Hayashi và Panish của phòng thí nghiệm Bell đã độc lập phát triển thành công điốt laser hoạt động được liên tục trong nhiệt

độ phòng Cho đến bây giờ, theo thời gian, tia laser đã trở thành công cụ tuyệt vời khó có thể thiếu trong đời sống trong các ngành sản xuất cơ khí, nghệ thuật, cho đến

y học,…

Năm 1965, Trung tâm Nghiên cứu Western Electric Engineering sản xuất thành công máy cắt laser đầu tiên và được sử dụng để khoét lỗ trên kim cương Sao đó 2 năm, người Anh bắt đầu có những thành tựu đầu tiên trong việc cắt kim loại bằng tia laser bằng cách sử dụng hỗ trợ khí oxy Năm 1970, công nghệ này bắt đầu được đưa vào sản xuất để cắt titan cho các ứng dụng trong ngành hang không vũ trụ Sau đó thay vì sử dụng oxy, người ta bắt đầu kết hợp thành công tia laser với sự bổ trợ của

khí CO2, và từ đó máy cắt laser CO2 ra đời Máy cắt CO2 được sử dụng để cắt phi kim, vải da,… chứ không thể nào đốt cháy được kim loại Từ đó, với những thí nghiệm mới, với nhiều sự kết hợp, chế tạo khác nhau mà các nhà khoa học đã phát minh ra được nhiều loại máy cắt laser hơn, có áp lực cao hơn, cắt nhanh gọn nhiều so với những chiếc máy laser đời cũ

Ưu điểm lớn của máy cắt laser so với các công nghệ cơ khí khác là công cụ kẹp phôi dễ dàng hơn và giảm ảnh hưởng đến phôi Độ chính xác có thể nói là hoàn hảo, tia cũng không bị mòn trong quá trình cắt Máy cắt laser hiện đại giúp giảm cong vênh của vật liệu khi cắt, các hệ thống lase có một vùng nhiệt bị ảnh hưởng nhỏ Với kim loại, kim cương và một số vật liệu khác sẽ rất khó hoặc không thể cắt được bằng các công cụ truyền thống, đó là lúc máy cắt tia laser chất lượng cao phát huy hết sức mạnh của nó Hiện nay trên thị trường có 3 nguồn cắt laser chủ yếu là CO2 laser, YAG laser và Fiber laser

1.3 Một số máy khắc Laser hiện nay

1.3.1 Máy khắc Laser Fiber

Hiện nay, máy khắc laser kim loại đã và đang được sử dụng rất nhiều trong sản xuất Với tính chất của tia laser, cho phép chúng ta sử dụng và đưa ra rất nhiều sản phẩm vô cùng chất lượng Đặc biệt, với chùm tia laser fiber cho phép khắc trên kim loại, tất cả các kim loại đều được tia fiber khắc rất nhẹ nhàng, sắc nét tuyệt đối

Hình 1.2: Máy khắc Laser Fiber

- Kích thước vùng làm việc nhỏ, chỉ phù hợp cho việc gia công các chi tiết nhỏ cần có sự chi tiết cao

- Chi phí đầu tư rất lớn so với các sản phẩm máy khắc Laser có trên thị trường hiện nay

- Máy chỉ phù hợp cho những công việc nhất định, không áp dụng cho đa dạng nhu cầu sữ dụng máy đa năng hiện nay

1.3.2 Máy Laser CO2

Hình 1.3:Máy cắt khắc Laser CO2

Công nghệ cắt Laser CO2 là một trong những phương pháp cắt Laser sớm nhất được phát hiện vào năm 1964 Máy cắt Laser CO2 là loại máy cắt hoạt động dựa vào tác động của khí CO2 được kích thích điện cung cấp những nguồn sáng chất lượng với năng suất cao nên được sử dụng khá phổ biến hiện nay Công nghệ Fiber Laser yếu thế hơn công nghệ CO2 Laser khi sử dụng cho các loại vật liệu dày, thường là từ 5mm trở lên Với độ dày này thì máy cắt Laser CO2 sẽ nhanh hơn khi khắc các nét thẳng hay cắt xuyên qua vật liệu Ngoài ra còn có ưu điểm là máy Laser CO2 sẽ tạo

ra bề mặt mượt hơn khi cắt vật liệu dày Tuy nhiên dù sử dụng công nghệ cắt Laser nào cũng được đánh giá cao hơn, đem lại lợi ích lý tưởng hơn so với công nghệ cắt plasma

Ưu điểm:

- Tốc độ cắt khắc nhanh chóng

- Cắt khắc có độ chính xác cao

- Tạo ra được những đường cắt khắc đẹp mắt

- Thực hiện gia công được trên nhiều vật liệu khác nhau như vải, da, gỗ, nhựa, mica, giấy,

- Không gây ảnh hưởng, làm biến đổi cấu tạo, thành phần của vật liệu gia công

- Máy cắt laser hoạt động luôn ổn định

Nhược điểm:

- Kích thước cồng kềnh

- Chi phí đầu tư cao chỉ phù hợp cho doanh nghiệp và công nghiệp

- Phần mềm điều khiển khá phức tạp đòi hỏi tay nghề của người vận hành

- Khó khăn trong việc chỉnh tia hội tụ

- Laser CO2 khi vận hành thải khí gây ô nhiểm môi trường và độc hại cho người

sữ dụng

- Khó khăn trong việc vệ sinh bảo trì

1.3.3 Một số máy khắc của sinh viên

Với việc được tìm hiểu và tiếp cận với công nghệ trong môi trường năng động sáng tạo, nhiều bạn học sinh, sinh viên đã bắt tay nghiên cứu và chế tạo cho riêng mình những dòng máy khắc, cắt Laser khác nhau Tuy nhiên hầu hết trong số đó là để thỏa

đam mê tìm tòi học hỏi công nghệ nên các sản phẩm máy khắc, cắt Laser còn thô sơ

và vận hành với độ chính xác không cao

Hình 1.4: Máy khắc Laser của sinh viên

Ưu điểm:

- Nhỏ gọn, chi phí thấp

- Vận hành đơn giản, trực quan với người dùng

- Thích hợp cho việc nghiên cứu, thực hiện đồ án môn học

Nhược điểm:

- Chất lượng sản phẩm khắc chưa cao

- Kích thước vùng làm việc hạn chế

- Độ bền chưa cao do sử dụng linh kiện kém chất lượng

- Giới hạn về số trục làm việc (thường chỉ tối đa 2 trục X, Y)

- Mức độ hoàn thiện chưa cao

Kết luận: Từ việc đi nghiên cứu, đánh giá nhận xét rút kinh nghiệm từ những loại

máy trên trong đề tài này việc thiết kế một máy khắc Laser phải đảm bảo được các

ưu điểm nổi bật , đồng thời loại bỏ những điểm yếu cố hữu Sản phẩm hoàn thiện trong đề tài phải đáp ứng được các tiêu chí sau đây:

- Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng di chuyển, vùng vận hành vừa phải đảm bảo tối

đa công suất trục chính (đầu Laser Diode)

- Chất lượng sản phẩm khắc ở mức cao

- Máy có độ bền cao, cứng vững, dễ dàng tháo lắp, vệ sinh

- Sai số các trục thấp

- Sữ dụng đa dạng các nhu cầu khác nhau từ nghiên cứu đến thực tiễn

- Sữ dụng được trên nhiều vật liệu khác nhau

- Phần mềm điều khiển trực quan dễ sữ dụng

- Gia công được trên mặt phẳng, mặt cong và các chi tiết có bậc

1.4 Đối tượng nghiên cứu

Nhận thấy được những ưu nhược điểm của từng loại máy Laser đã có hiện nay nhằm phát huy những ưu điểm đã có, hạn chế những nhược điểm còn tồn động đề tài

sẽ nghiên cứu chế tạo một máy laser hoàn chỉnh dựa trên những máy khắc laser sẵn

có từ đó cải tiến, hoàn thiện thêm để hoàn thành một máy khắc tiện lợi, kích thước nhỏ gọn, gia công được trên các biên dạng khác nhau như: mặt phẳng, đường cong, các chi tiết có dạng hình trụ, vật tròng xoay , khắc được một số vật liệu cơ bản có

bề mặt dễ cháy như gỗ, vãi, da, mica, nhựa Phù hợp với nhiều đối tượng sữ dụng từ nghiên cứu đến cá nhân lẫn doanh nghiệp

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Để phục vụ cho quá trình nghiên cứu chế tạo máy khắc laser cần dựa vào lý thuyết của một số môn học như cơ học máy, lý thuyết điều khiển tự động, kỹ thuật số….kết hợp với những môn chuyên ngành về cơ khí lẫn điện tử và điều khiển, ngoài ra còn tham khảo các tài liệu trên internet về những kiến thức bổ trợ, các phần mêm vận hành cũng như thiết kế máy để có thể phân tích và chọn ra phương án thiết kế máy khắc laser phù hợp nhất thỏa mãn yêu cầu của đề tài

Bên cạnh đó còn sử dụng các phần mềm mã nguồn mở để phục vụ nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển, lập trình, xây dựng bản vẽ,…nhằm hoàn thành báo cáo thuyết minh không vi phạm bản quyền phần mềm như sau:

Thiết kế mạch điện với phần mềm Fritzing (fritzing.org)

Lập trình vi điều khiển với ngôn ngữ lập trình Arduino (arduino.cc)

Phần mềm xử lí ảnh Inkscape (Inkscape.org) phục vụ cho việt xuất ảnh sang định dạng bitmap hoặc vector

Sử dụng phần mềm Lightburn (lightburn.co) để điều khiển máy laser

Phần mềm Inventor (autodesk.com) để thiết kế bản vẽ cho đề tài

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY KHẮC LASER

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống

2.1 Khối điểu khiển

Khối điều khiển có chức năng thực hiện chương trình gia công trên cơ sở dữ liệu sẵn có và tín hiệu từ bên ngoài, nhận các giá trị về vị trí của các trục và tốc dộ của chúng, thực hiện các chương trình điều khiển các cơ cấu chấp hành, động cơ trục chính, động cơ của các trục riêng lẻ để phối hợp tạo nên biên dạng và điều khiển tốc

độ các trục khối điều khiển gồm các thành phần cơ bản như sau:

Màn hình: Dùng để hiện thị giá trị tọa độ hiện tại của hệ thống, trạng thái làm việc cũng như tất cả các thông số của toàn hệ thống

Các khối ra vào (I/O) các bộ phận truyền động liên kết với CPU thông qua một Bus hệ thống Các khối Flash + Eam để lưu trữ các chương trình điều khiển, dữ liệu máy và liên lạc với CPU thông qua Bus trong CPU

Chương trình điều khiển là phần mềm được viết bằng ngôn ngữ lập trình và lưu giữ trong vật mang tin (băng từ, đĩa từ, đĩa CD hoặc bộ nhớ nào đó) sau đó được nạp vào hệ điều khiển số qua cửa nạp tương thích với nhiệm vụ tập hợp, chuyển đổi và nạp các tín hiệu điều khiển máy đã được mã hóa từ các chữ cái, số, hình ảnh và một

số ký tự đặc biệt khác Chương trình điều khiển này được ghi vào cơ cấu mang chương trình dưới dạng mã số ( mã thập phân, nhị phân…)

Với sự hổ trợ của các cương trình điều khiển tiên tiến hiện nay ta có thể:

Tiến hành gia công tương đối đơn giản nhanh chóng và chính xác, hạn chế tối đa những lổi phát sinh do con người, không cần thực hiện các tính toán bằng tay vì những tính toán này điều do chương trình điều khiển thực hiện

Chỉ cần truy nhập một số dữ liệu có thể cho ra một số khối lượng lớn các số liệu kết quả cho nhiệm vụ gia công

Ngôn ngữ biểu tượng tương đối dễ hiểu mà các từ của nó hợp thành bởi những khái niệm phổ biến trong ngôn ngữ chuyên môn kỹ thuật gia cồn

Tiết kiệm phần lớn thời gian trong khi mô tả chi tiết cần gia công và các chu trình công tác cần thực hiện

Hệ thống điều khiển có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình, nhập

và cắt nghĩa một chương trình gia công để thực hiện các lệnh tuần tự như đã được thiết lập trước đó Khi đọc chương trình, hệ điều khiển kích hoạt thích hợp các chức năng của máy, tạo chuyển động trục và thực hiện theo các chỉ dẫn cho trước trong chương trình Các hệ điều khiển CNC hiện đại điều cho phép sữa đổi các chương trình nếu tìm thấy lổi, thực hiện các chức năng kiểm tra ( như chạy mô phỏng ) trước khi gia công thật trên máy, ngoài ra còn cho phép tách một số dữ liệu không quan trọng không cần đưa vào chương trình Nói chung một hệ điều khiển CNC cho phép người sử dụng lập và kiểm tra chương trình gia công, cũng như điều khiển máy một cách thuận tiện nhất

Bộ nhớ RAM và ROM

Bộ nhớ là thành phần quan trọng thứ hai trong hệ thống, không có bộ nhớ thì hệ thống không thể hoạt động được, trong máy tính có hai loại bộ nhớ hay dùng nhất là RAM và ROM

Bộ nhớ RAM ( Random Access Memory - Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên Bộ nhớ này lưu các chương trình phục vụ trực tiếp cho quá trình xử lý của CPU, bộ nhớ RAM chỉ lưu trữ dữliệu tạm thời và dữ liệu sẽ bị xoá khi mất điện

Bộ nhớ ROM ( Read Olly Memory - Bộ nhớ chỉđọc ) : đây là bộ nhớ cố định, dữ

liệu không bị mất khi mất điện, bộ nhớ này dùng để nạp các chương trình BIOS ( Basic Input Output System - Chương trình vào ra cơ sở ) đây là chương trình phục vụ cho quá trình khởi động máy tính và chương trình quản lý cấu hình của máy

2.1.1 Phần mềm xử lí ảnh Inkscape

- Định dạng ảnh Bitmap

Bitmap ( raster image ) là một dạng lưới ảnh gồm một loạt các chấm pixel nhỏ Mỗi pixel là một hình vuông gán với một màu và vị trí khác nhau tạo nên hình ảnh Định dạng phổ biến của bitmap được sử dụng trên web là PNG, JPG, BMP, JPEG và GIF Đồ hoạ của bitmap có thể chỉnh sửa bằng cách xoá và thay đổi màu của từng pixel, sử dụng phần mềm chuyên dụng là Photoshop

Hình 2.2: Ảnh định dạng Bitmap

Ưu điểm:

Vì ảnh bitmap có nhiều hiệu ứng in và màu đa dạng hơn vector, nên rất phù hợp cho bạn chỉnh sửa hình ảnh chuyên nghiệp và sửa đổi ấn phẩm in ấn chuyên sâu Hiện nay có khá nhiều phần mềm hỗ trợ cho phép bạn chuyển và xử lí ảnh bitmap sang phần mềm khác mà không làm giảm chất lượng

Thích hợp để in các ấn phẩm quảng cáo khổ nhỏ như poster, card visit, tờ rơi, bìa tạp chí…

Nhược điểm:

Khi file bitmap của bạn không đạt chuẩn độ phân giải thì sản phẩm in ra sẽ gặp tình trạng vỡ, mờ ảnh khi phóng to.Vậy làm thế nào để khắc phục nhược điểm ảnh nhoè Đơn giản thôi, bạn cần tăng mật độ các điểm pixel của ảnh Hãy chú ý đến các đơn vị đo lường như DPI ( số chấm trên mỗi inch ) hoặc PPI ( số pixel trên mỗi inch)

- Định dạng ảnh Vector

Khác với bitmap, hình ảnh vector không dựa trên mẫu pixel mà sử dụng các công thức toán học tập hợp các đường thẳng và đường cong, từ đó tạo ra hình tròn hoặc hình đa giác Vector được lưu phổ biế dưới dạng PDF, CMD, AI… Vector sữ dụng phần mềm chuyên dụng là Adobe Illustrator hoặc Corel Vì phải lưu trữ thông tin màu cho từng pixel riêng lẻ, hình ảnh bitmap thường chiếm nhiều không gian hơn ảnh vector Bạn có thể dễ dàng phân biệt bitmap và vector bằng cách phóng to hình ảnh Khi ảnh bitmap được phóng to, những pixel riêng lẻ trở nên rõ hơn, tạo thành các cạnh lởm chởm làm cho tổng thể hình ảnh trở nên mờ đi Ngược lại, dù hình ảnh vector bị phóng to vẫn sẽ mịn như ban đầu

Hình 2.3: Ảnh định dạng Vector

Ưu điểm:

Khác với bitmap, bạn vẫn sẽ có hình ảnh chất lượng tốt dù xuất file với kích thước lớn, bởi đặc điểm tự động cập nhật lại điểm ảnh, số lượng và vị trí của điểm đó Bạn có thể thoải mái phóng to hay thu nhỏ hình ảnh mà không làm mờ, gỉam chất lượng hình ảnh vector

Thích hợp để in các ấn phẩm khổ lớn như logo công ty, backdrop, standee, banner bởi độ sắc nét cao

Bên cạnh đó, ảnh vector khi hiển thị trên màn hình độ phân giải cao hoặc máy in sẽ sắc nét hơn bitmap Tuy nhiên, hiện nay các thiết bị đầu ra như máy in, máy chiếu đều sử dụng thiết bị thiết bị raster, điều này đồng nghĩa tất cả các đối tượng bao gồm ảnh vector trước khi xuất ra đều phải chuyển sang dạng ảnh bitmap Vì thế ảnh bitmap vẫn đóng vai trò cần thiết, và rất quan trọng đối với designer làm trong lĩnh vực thiết

Ưu điểm của Inkscape:

- Vector hóa được nhiều định dạng ảnh bitmap

- Xuất ra Vector phóng tỉ lệ bất kì

- Phù hợp cho học tập và nghiên cứu

Hình 2.4: Giao diện phần mềm Inkscape

Hình 2.5: Giao diện xuất định dạng Vector

Hình 2.6: Định dạng ảnh sau chỉnh sửa

2.1.2 Phần điều khiển máy khắc Laser Lightburn

LightBurn là phần mềm chỉnh sửa cũng như ứng dụng điều khiển cho máy cắt laser Nó cho phép bạn nhập các tác phẩm nghệ thuật trong nhiều định dạng tệp hình ảnh và đồ họa vector phổ biến bao gồm PDF, SVG, PNG, JPG, GIF và BMP, v.v Bạn cũng có thể sắp xếp, chỉnh sửa cũng như tạo các hình dạng vector mới trong trình chỉnh sửa với một số tính năng rất mạnh như thao tác boolean, hàn và chỉnh sửa nút Light Burn cho phép bạn áp dụng các cài đặt như tốc độ, sức mạnh, thứ tự cắt, chế

độ hoà sắc, độ sáng và độ tương phản Ứng dụng này đã được thiết kế để hoạt động

với laser của bạn mà không cần sử dụng phần mềm bổ sung

Hỗ trợ các bộ điều khiển dựa trên Ruid, Trocen và GCode Các bộ điều khiển Gcode được hỗ trợ bao gồm Smoothieware, Grbl, Grbl-LPC và Marlin Tất cả trong tất cả Light Burn là một bố cục hùng vĩ, chỉnh sửa cũng như ứng dụng điều khiển cho máy cắt laser

Hình 2.7:Giao diện phần mềm Light Burn

- Import được đa dạng các định dạng hình ảnh khác nhau

- Chuyển đổi định dạng ảnh trực tiếp không thông qua phần mềm chỉnh sửa định dạng ảnh nào khác

6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau

Được giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên

và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++

Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác Một khía cạnh quan trọng của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối với CPU của board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi là shield Vài shield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua các chân khác nhau, nhưng nhiều shield được định địa chỉ thông qua serial bus I²C-nhiều shield có thể được xếp chồng và sử dụng dưới dạng song song Arduino chính thức thường sử dụng các dòng chip megaAVR, đặc biệt là ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, và ATmega2560 Một vài các bộ vi xử lý khác cũng được sử dụng bởi các mạch Arduino tương thích

Hầu hết các mạch gồm một bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và một thạch anh dao động 16 MHz (hoặc bộ cộng hưởng ceramic trong một vài biến thể), mặc dù một vài thiết kế như LilyPad chạy tại 8 MHz và bỏ qua bộ điều chỉnh điện áp onboard do hạn chế về kích cỡ thiết bị Một vi điều khiển Arduino cũng có thể được lập trình sẵn với một boot loader cho phép đơn giản là upload chương trình vào bộ nhớ flash on-chip,

so với các thiết bị khác thường phải cần một bộ nạp bên ngoài Điều này giúp cho việc sử dụng Arduino được trực tiếp hơn bằng cách cho phép sử dụng 1 máy tính gốc như là một bộ nạp chương trình

Board Arduino sẽ đưa ra hầu hết các chân I/O của vi điều khiển để sử dụng cho những mạch ngoài Diecimila, Duemilanove, và bây giờ là Uno đưa ra 14 chân I/O

kỹ thuật số, 6 trong số đó có thể tạo xung PWM (điều chế độ rộng xung) và 6 chân input analog, có thể được sử dụng như là 6 chân I/O số Những chân này được thiết

kế nằm phía trên mặt board, thông qua các header cái 0.10-inch (2.5 mm) Nhiều shield ứng dụng plug-in cũng được thương mại hóa Các board Arduino Nano, và Arduino-compatible Bare Bones Board và Boarduino có thể cung cấp các chân header đực ở mặt trên của board dùng để cắm vào các breadboard

Hình 2.8: Arduino Uno R3

Khi làm việc với Arduino board, một số thuật ngữ sau cần được lưu ý:

Flash Memory: bộ nhớ có thể ghi được, dữ liệu không bị mất ngay cả khi tắt điện

Về vai trò, ta có thể hình dung bộ nhớ này như ổ cứng để chứa dữ liệu trên board Chương trình được viết cho Arduino sẽ được lưu ở đây Kích thước của vùng nhớ này thông thường dựa vào vi điều khiển được sử dụng, ví dụ như ATmega8 có 8KB flash memory Loại bộ nhớ này có thể chịu được khoảng 10,000 lần ghi / xoá

RAM: tương tự như RAM của máy tính, sẽ bị mất dữ liệu khi ngắt điện nhưng bù lại tốc độ đọc ghi xoá rất nhanh Kích thước nhỏ hơn Flash Memory nhiều lần EEPROM: một dạng bộ nhớ tương tự như Flash Memory nhưng có chu kì ghi / xoá cao hơn - khoảng 100,000 lần và có kích thước rất nhỏ Để đọc / ghi dữ liệu ta có thể dùng thư viện EEPROM của Arduino

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của Arduino Uno R3

Một số chân digital có các chức năng đặc biệt:

2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

Vi điều khiển Atemega 328P

Điện áp hoạt động 5V

Điện áp khuyên dùng 7-12V

Điện áp giới hạn 6-20V

PWM Digital I/O pins 6

Analog Iput pins 6

Dòng trên mỗi I/O pin 20mA

Dòng trên mỗi pin 3.3V 50mA

Flash Memory 32 KB ( ATMEGA328p)

Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite() Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác

Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác

LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit

Lập trình cho Arduino: Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung Và Wiring lại là một biến thể của C/C++ Một số người gọi nó là Wiring, một

số khác thì gọi là C hay C/C++

2.2.2 CNC Shield V3

CNC shield V3 là shield mở rộng dành cho Arduino Uno, cho phép điều khiển các máy khắc laser, máy phay cnc hoặc máy in 3D mini Shield cho phép điều khiển tối đa 4 động cơ bước thông qua driver A4988 hoặc DRV8825 (có các jumper để điều khiển động cơ bước theo chế độ full step, haft step, 1/4, 1/8 hoặc 1/16) Ngoài ra còn

có thể gắn thêm các công tắc hành trình cho các trục X, Y, Z, E (dành riêng cho máy

in 3D) hay điều khiển đầu khắc CNC, đầu khắc laser và quạt tản nhiệt

Hình 2.9: CNC Shield V3

Hình 2.10: CNC Shield V3 kết hợp cùng Driver A4988

Thông số kĩ thuật:

- Hỗ trợ firmware GRBL

- Điều khiển tối đa 4 động cơ bước

- Tương thích driver: A4988 hoặc DRV8825

- Thêm jumper để điều khiển full step, haft step, 1/4, 1/8, 1/16

- Công tắc hành trình các trục X, Y, Z, E

- Điều khiển đầu khắc CNC, đầu khắc laser

- Điều khiển quạt tản nhiệt

- Nguồn cấp: 12-36V (nguồn độc lập với với Arduino Uno)

- Kích thước: 70 x 55mm

- Đặc điểm nổi bật arduino cnc shield V3:

- Tương thích GRBL (mã nguồn mở chạy trên Arduino UNO R3 để điều khiển CNC mini)

- Hỗ trợ lên tới 4 trục (trục X, Y, Z và một trục thứ tư tùy chọn)

- Hỗ trợ tới 2 Endstop (cảm biến đầu cuối) cho mỗi trục

- Tính năng điều khiển spindle

- Tính năng điều khiển dung dịch làm mát khi máy hoạt động

- Sữ dụng các mô đun điều khiển động cơ bước, giúp tiết kiệm chi phí khi thay thế, nâng cấp

- Thiết lập độ phân giải bước động cơ bằng jump đơn giản

- Thiết kế nhỏ gọn, các đầu nối tiêu chuẩn thông dụng

- Điện áp nguồn cấp đa dạng từ 12V tới 36V

- Tương thích với module A4988 và DRV8825

- Tương thích với module Uno R3

2.2.3 Driver điều khiển động cơ bước A4988

A4988 là một trình điều khiển vi bước để điều khiển động cơ bước lưỡng cực có

bộ dịch tích hợp để vận hành dễ dàng Điều này có nghĩa là chúng ta có thể điều khiển động cơ bước chỉ với 2 chân từ bộ điều khiển của chúng ta hoặc một chân để điều khiển hướng quay và chân kia để điều khiển các bước

Hình 2.11: Driver điều khiển động cơ bước A4988

Hình 2.12: Sơ đồ nối dây A4988

Hình 2.13: Sơ đồ kết nối của A4988

Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý của A4988 Bảng 2.2: Bảng thông số kỹ thuật của A4988

Điện áp cấp tối thiểu 8V

Điện áp cấp cực đại 35V

Dòng cấp liên tục cho mỗi pha 1A khi không có tản nhiệt

Dòng cấp liên tục cho mỗi pha 2A khi có tản nhiệt

Điện áp logic 1 tối thiểu 3V

Điện áp logic 1 cực đại 5,5V

Độ phân giải Full, 1/2,1/4,1/8,1/16

- Bật tắt động cơ thì thông qua pin ENABLE, mức LOW là bật module, mức

HIGH là tắt module

- Điều khiển chiều quay của động cơ thông qua pin DIR

- Điều khiển bước của động cơ thông qua pin STEP, mỗi xung là tương ứng với

1 bước ( hoặc vi bước)

- Hai chân Sleep với Reset luôn nối với nhau

- Kết nối giữa một vi điều khiển nói chung với A4988

- Kết nối giữa A4899 với Board Arduino

- Tất cả các bước trên điều được thao tác dễ dàng khi ta sử dụng CNC Shield

Hình 2.15: Sơ đồ chân xác định vi bước

2.2.4 Nguồn cho hệ thống

Nguồn tổ ong 12V 5A là loại nguồn được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị công nghiệp và dân dụng Nguồn tổ ong 12V 5A này còn được gọi là nguồn một chiều 12 volt hay gọi cách khác là nguồn DC 12V

Nguồn tổ ong 12V 5A được thiết kế để chuyển đổi điện áp từ nguồn xoay chiều 110/220VAC thành nguồn một chiều 12VDC để cung cấp cho các thiết bị hoạt động Trong công nghiệp Nguồn tổ ong thường được sử dụng để cấp nguồn cho một số thiết

bị của tủ điện

Hình 2.16: Nguồn tổ ong 12V5A

Thông số của Nguồn tổ ong 12V 5A:

- Điện áp đầu vào: 100VAC ~ 250VAC

- Tần số hoạt động: 47 ~ 63HZ

- Công suất: 60W

- Điện áp đầu ra: 12V

- Dòng điện tối đa: 5A

- Điện áp điều chỉnh: ± 10%

- Hiệu suất ≥ 85%

- Điều chỉnh điện áp ( Đầy tải ) ≤ 0.3%

- Bảo vệ quá tải 105% —- 150% công suất định mức , phục hồi tự động

2.2.5 Sơ đồ kết nối mạch điện

Hình 2.17: Sơ đồ kết mạch điện

Ưu điểm của hệ thống điện:

- Tương thích với nhiều phần mềm điều khiển laser

- Có chức năng điều khiển PWM

- Giao tiếp dễ dàng với máy tính thông qua cổng USB

- Mạch có thể điều khiển được tối đa 4 trục độc lập

- Số đầu vào tín hiệu từ cảm biến hay công tắc hành trình là 6