Thiết kế chế tạo máy tự động xếp phôi đo và phân loại sản phẩm cơ khí

Thiết kế chế tạo máy tự động xếp phôi đo và phân loại sản phẩm cơ khí Thiết kế chế tạo máy tự động xếp phôi đo và phân loại sản phẩm cơ khí Thiết kế chế tạo máy tự động xếp phôi đo và phân loại sản phẩm cơ khí luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN LINH SƠN

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY TỰ ĐỘNG XẾP PHÔI, ĐO

VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM CƠ KHÍ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

Hà Nội – 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN LINH SƠN

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY TỰ ĐỘNG XẾP PHÔI, ĐO

VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM CƠ KHÍ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN CHÍ HƯNG

Hà Nội – 2017

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN

LỜI NÓI ĐẦU

 Lý do chọn đề tài Trang 5

 Mục đích nghiên cứu Trang 6

 Phạm vi nghiên cứu Trang 7

 Phương pháp nghiên cứu Trang 7

 Ý nghĩa khoa học của đề tài Trang 7

 Dự kiến kết quả đạt được và khả năng ứng dụng Trang 8

 Cấu trúc đồ án Trang 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về phân loại sản phẩm Trang 9

1.2 Hệ thống phân loại theo kích thước Trang 11

1.3 Hệ thống phân loại theo hình dạng Trang 13

1.4 Kết luận chương một Trang 16

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1 Sản phẩm phân loại Trang 17

2.1.1 Sản phẩm phân loại Trang 17

2.1.2 Hướng chọn phép đo Trang 21

2.2 Lựa chọn sơ đồ máy phân loại Trang 25

2.2.1 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu vận chuyển và dẫn hướng Trang 27

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu định vị và hồi vị trí Trang 29

2.2.3 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu đo lường Trang 31

2.2.4 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu phân loại sản phẩm Trang 33

2.3 Lựa chọn phương án thiết kế Trang 34

2.3.1 Cấu tạo của hệ thống đo và phân loại sản phẩm Trang 39

2.4 Kết luận chương hai Trang 43

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

3.1 Yêu cầu thiết kế, chế tạo Trang 44

3.2 Thiết kế và chế tạo cơ cấu khung máy Trang 45

3.2.1 Bản vẽ thiết kế Trang 46

3.2.2 Hình ảnh cơ cấu khung máy sau khi gia công và lắp ghép Trang 46

3.3 Tính toán và lựa chọn cơ cấu dẫn động Trang 48

3.3.1 Thiết kế và lựa chọn động cơ và đĩa xích/ xích tải Trang 48

3.3.2 Thiết kế, chế tạo con lăn băng tải nhựa POM, cao su lõi thép Trang 53

3.3.3 Lựa chọn các thành phần của cơ cấu dẫn động Trang 56

3.4 Thiết kế các phần tử khí nén Trang 57

3.4.1 Thiết kế các cơ cấu chấp hành phần tử khí nén Trang 57

3.4.2 Cơ sở tính toán về lực tác đô ̣ng của các phần tử khí nén Trang 59

3.4.3 Cơ sở lý thuyết lựa chọn van khí nén điều khiển điện Trang 63

3.4.4 Lựa chọn các thành phần của phần tử khí nén Trang 67

3.5 Thiết kế và lựa chọn cơ cấu đo lường và điều khiển Trang 68

3.5.1 Cơ sở lý thuyết cho việc lựa chọn cảm biến đo Trang 68

3.5.2 Lựa chọn các mô đun, cảm biến Trang 76

3.6 Gia công, lắp ráp máy, căn và hiệu chỉnh máy Trang 81

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

4.1 Nguyên lý hoạt động và điều khiển của mô hình Trang 87

4.2 Thiết kế giao diện điều khiển HMI Trang 89

4.2.1 Một số khái niệm cơ bản về HMI Trang 90

4.2.2 Phần mềm giao diện người máy Trang 90

4.2.3 Quy trình xây dựng hệ thống HMI Trang 91

4.2.4 Thiết kế giao diện Trang 92

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC, HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

5.1 Kết quả đạt được Trang 96

5.2 Hướng phát triển của đề tài Trang 98

KẾT LUẬN Trang 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang 100 PHỤ LỤC 01: BẢN VẼ THIẾT KẾ Trang 101 PHỤ LỤC 02: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIAO DIỆN HMI Trang 104

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, học viên đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, cũng như sự đóng góp ý kiến từ thầy cô, bạn bè

Với sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc, học viên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành

tới TS Nguyễn Chí Hưng, người thầy đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình vừa

qua

Tiếp theo, học viên xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trường Đại Học Bách Khoa Hà

Nội, Khoa cơ khí, Bộ môn cơ sở thiết kế máy và robot đã trang bị những kiến thức cơ

bản cũng như chuyên ngành để học viên có thể hoàn thành tốt luận văn của mình

Sau cùng học viên xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, động viên trong suốt thời gian vừa qua

Tác giả

LỜI NÓI ĐẦU

 Lý do chọn đề tài

Xưởng khí tại công ty TNHH MTV điện tử Sao Mai có mặt hàng truyền thống là hộp sắt có dung tích 7 lít (bao gồm các cụm chi tiết cụm thân hộp sắt và nắp hộp sắt) được sử dụng để bảo quản các vật dụng cần vận chuyển đi xa - lưu kho mà không bị tác động của môi trường với khả năng chống bụi, chống nước và va đập được làm từ thép tấm, sau đó được sơn tĩnh điện có độ bền và thời gian sử dụng lâu dài Sản lượng hàng năm của sản phẩm này có thể lên đến 25.000 đến 30.000 hộp/ tháng

Do khối lượng sản phẩm cần hoàn thành là nhiều (khoảng 1500 hộp/ ngày) nên từng khâu, từng công đoạn cần được tính toán tỉ mỉ, tối ưu hóa trong các bước cả về thời gian và chất lượng để đáp ứng được tiến độ và yêu cầu kỹ thuật Ngoài việc pha phôi cũng như gia công theo công đoạn trên các máy có độ chính xác cao thì quá trình kiểm tra cũng rất nghiêm ngặt, theo yêu cầu của đơn vị thì toàn bộ các kích thước của sản phẩm mà đặc biệt

là cụm thân hộp đều phải kiểm tra 100% (sau công đoạn hàn lăn, hàn điểm

và hàn kín) kết hợp với công đoạn thử kín thân hộp Để đáp ứng được nhu cầu sản xuất như vậy thì xưởng đã mất nhiều nhân công ở bước này, cụ thể như sau:

- Thời gian làm việc của xưởng: 02 ca (08 tiếng/ca)/ ngày

- 02 nhân công tại công đoạn đo kích thước thân hộp

- 02 nhân công tại công đoạn thử kín

- 02 nhân công phụ trợ để di chuyển các pallet sản phẩm

Việc giảm thiểu nhân công ở công đoạn đo kích thước thân hộp có ý nghĩa rất lớn vì công việc mang tính lặp lại và có thể nhầm lẫn thông số đo khi ở trạng thái cuối ca làm việc hoặc khi người lao động không tập trung

Hệ quả của việc này là những bán thành phẩm thân hộp sắt không đạt yêu cầu về kích thước (loại có thể sửa chữa hoặc loại phế phẩm hoàn toàn) được đi tiếp đến các công đoạn sau để tiến hành gia công gây lãng phí nhân công, vật tư, thời gian Ngoài ra không có cơ cở dữ liệu được thu thập để từ

đó tìm ra nhanh và chính xác các bước nguyên công gây sai số, cũng như đúc rút kinh nghiệm cho các đơn hàng sau Do không có phương án để thu thập cơ sở dữ liệu và phân tích mà chủ yếu dựa vào trí nhớ và nhận định chủ quan của công nhân được giao nhiệm vụ kiểm tra và phân loại sản phẩm Dẫn đến hiệu quả trong công tác đo lường, phân tích và phát hiện nguyên nhân gây sai hỏng trên dây chuyền sản suất vẫn mang tính thủ công

Trên cơ sở đó, mục đích của đề tài là nghiên cứu và chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước yêu cầu với mục đích là tăng độ chính xác của bước đo và kiểm tra kích thước sản phẩm, cơ giới hóa một phần để

từ đó nhân rộng ra các bước nguyên công khác trong dây chuyền, thu thập

dữ liệu phân tích để tìm ra và hoàn thiện quá trình chế tạo sản phẩm

theo hai cấp kiểm tra tại phân xưởng và phòng kiểm định chất lượng sản phẩm

- Thu tập thông tin và phân tích nhằm đưa ra các phán đoán nhận định

về các sai số trong quá trình sản xuất cũng như tích lũy và tạo cơ sở dữ liệu phục vụ quá trình tự động hóa sản xuất

 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi chủ yếu của đề tài tập trung giải quyết các vấn đề sau:

- Tính toán và lựa chọn các cơ cấu

- Thiết kế kết cấu và xây dựng mô hình

- Xây dựng lưu ñồ giải thuật, thiết kế, lập trình và kết nối trên Arduino

- Lắp ráp mô hình, kết nối và vận hành

 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu được thực hiện theo phương pháp lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Cụ thể như sau:

- Nghiên cứu các tài liệu nhằm tổng hợp và chọn phương án tính toán, thiết

kế máy phân loại sản phẩm

- Chế tạo mô hình, thực hiện các thí nghiệm để điều chỉnh bản thiết kế máy

 Ý nghĩa khoa học của đề tài

- Giúp phân loại sản phẩm theo hướng tự động hóa thay vì làm một cách thủ công

- Tối ưu hóa nhân lực trong sản xuất do việc giảm thiểu thời gian trong khâu kiểm tra, phân loại; tránh lãnh phí nhân lực và vật tư cho những sản phẩm sai hỏng

- Đáp ứng được các đơn hàng có số lượng lớn với việc vận dụng nguồn lực sẵn có bằng việc thống kê, phân tích các số liệu thu thập được trong quá trình sản xuất từ đó phân tích được các nguyên nhân gây sai hỏng sản phẩm

 Dự kiến kết quả đạt được và khả năng ứng dụng

- Thiết kế máy phân loại

- Chế tạo mô hình

- Mô hình có thể ứng dụng trong thực tiễn sản xuất

- Mô hình có thể kết nối với máy tính để thống kê và điều khiển

 Cấu trúc luận văn gồm 5 chương:

 Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu và chế tạo các hệ thống phân loại sản phẩm - nội dung chương 1 giới thiệu một số hệ thống phân loại sản phẩm trong thực tế

 Chương 2: Lựa chọn phương án thiết kế - nội dung chương 2 tập trung vào việc phân tích sản phẩm cần phân loại, đưa ra được sơ đồ, nguyên lý hoạt động của

hệ thống phân loại, trên cơ sở đó đưa ra được phương án thiết kế

 Chương 3: Thiết kế, chế tạo máy đo và phân loại sản phẩm - nội dung chương 3

đề cập đến quá trình thiết kếm và chế tạo máy

 Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển – chương này có nhiệm vụ là xây dựng lưu đồ thuật toán, lập trình hệ thống điều khiển bằng Arduino cho máy phân loại

 Chương 5: Kết quả đạt được và hướng phát triển của đề tài là chương mở với việc phân tích và đánh giá kết quả đã đạt được của sản phẩm để từ đó đưa ra hướng phát triển của luận văn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về phân loại sản phẩm

Phân loại sản phẩm là một công đoạn được sử dụng rất nhiều trong thực tế sản xuất Khi dùng sức người công việc này đòi hỏi sự tập trung cao,

là công việc có tính lặp lại nên khó đảm bảo độ chính xác Ngoài ra cũng có những yêu cầu phân loại với các kích thước rất nhỏ mà mắt thường với dụng

cụ đo phổ thông khó nhận biết được Điều này ảnh hưởng đến năng suất, chất lượng sản phẩm nên các hệ thống phân loại sản phẩm ra đời và được cải biến không ngừng để đáp ứng nhu cầu cấp bách này

Với ngành công nghiệp đã phát triển qua các cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất, lần thứ hai, lần thứ ba và nay là cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư trên nền tảng cải tiến của cuộc cách mạng số với các công nghệ mới như in 3D, robot, công nghệ nano, vật liệu mới,… Cả thế giới đang trong giai đoạn đầu của cuộc cách mạng này và là chiến lược bản lề cho các nước đang phát triển tiến đến để theo kịp với xu hướng của thế giới

Hệ thống phân loại sản phẩm hiện có mặt trong hầu hết các nhà máy

có lắp đặt các dây chuyền sản xuất có thể kể đến các phương thức phân loại sau:

- Phân loại theo kích thước

- Phân loại theo hình dạng

- Phân loại theo màu sắc

Các hệ thống phân loại sản phẩm được làm ra theo yêu cầu kỹ thuật của quá trình sản xuất nhằm đáp ứng cơ bản các nhu cầu sau:

- Đo lường và phân loại sản phẩm theo yêu cầu công nghệ

- Vận chuyển các sản phẩm (bán thành phẩm) theo dây chuyển sản xuất

- Thu thập thông số tạo lập cơ sở dữ liệu

Dù là hệ thống phân loại sản phẩm được sản xuất tại các nước tiên tiến hay trong nước đều giống nhau về mặt nguyên lý do sự học hỏi về mặt công nghệ, ý tưởng triển khai, và còn tùy thuộc vào năng lực của từng vùng, từng quốc gia

Một hệ thống phân loại thường có các phần sau:

- Cơ cấu dẫn và định hướng: khung máy, băng tải, động cơ, cơ cấu dẫn hướng

- Cảm biến: cảm biến tiệm cận, hồng ngoại, siêu âm, laser, quang…

- Bộ phận xử lý tín hiệu thu nhận được từ cơ cấu nhận diện kích thước: bộ điều khiển PLC của Siemens, Mitsubishi, Omrons,… hay các bộ vi điều khiển nhúng KIT được lắp theo dạng modun như Arduino, AVR… cho phép ghi nhận các tín hiệu cấp về và đưa ra các tín hiệu xử lý hoặc là mạch xử lý chuyên dụng

- Cơ cấu chấp hành: các khí cụ điện đóng ngắt các rơ le, contactor, timer hay các môdun đóng mở các cơ cấu khí nén, van cấp, kích hoạt các cơ cấu khác theo tuần tự

1.2 Hệ thống phân loại theo kích thước

Phần này được tham khảo từ bài báo “Mô hình băng tải phân loại sản phẩm theo chiều cao điều khiển bằng PLC ứng dụng trong đào tạo” của thạc

sĩ Trần Công Chi được đăng trên tạp chí khoa học và công nghệ rừng ra số

02 năm 2014

Đối với đa số các mặt hàng từ công nghiệp, nông nghiệp đều có thể tiến hành chế tạo và lắp đặt các máy, hệ thống phân loại theo kích thước Ở đây ta xét đến một hệ thống để đưa vào phân tích là: Mô hình băng tải phân loại sản phẩm theo chiều cao điều khiển bằng PLC

Hình 1.1 biểu diễn sơ đồ hệ thống của mô hình phân loại sản phẩm theo kích thước Hệ thống bao gồm: Các hệ thống dẫn động cơ khí, cảm biến

đo kích thước, bộ phận xử lý tín hiệu Mô hình 3D của hệ thống được biểu diễn như hình 1.2

Hình 1.1 Băng tải phân loại sản phẩm theo chiều cao

 Cấu tạo của hệ thống này gồm các phần chính sau:

- Cơ cấu dẫn và định hướng: khung máy, 03 băng tải được dẫn động độc lập bằng 03 động cơ trong đó băng tải chính có thể thay đổi được tốc độ, liên kết truyền tốc độ giữa động cơ với các con lăn dẫn động băng tải sử dụng bộ truyền đai

- Cơ cấu nhận diện kích thước cần đo: cảm biến quang CB1 và CB2 phát hiện vật được lắp ở hai độ cao khác nhau

- Cơ cấu xử lý tín hiệu thu nhận được từ cơ cấu nhận diện kích thước: bộ điều khiển PLC S7-200

- Cơ cấu chấp hành: hai xylanh khí nén có nhiệm vụ phân loại

Hình 1.2 Mô hình 3D của hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao 1-Sản phẩm; 2-Băng tải; 3-Xilanh 2; 4-Xilanh 3; 5-Băng tải 2;

6-Băng tải 3; 7-Cảm biến 2; 8-Cảm biến 1

 Nguyên lý hoạt động của hệ thống như sau:

Khi khởi động hệ thống các băng tải hoạt động, sản phẩm cần phân loại được đưa vào băng tải 1 có độ cao khác nhau Nếu sản phẩm có độ cao thấp hơn chiều cao của cảm biến 1 và cảm biến 2 thì cho sản phẩm đi qua Khi sản phẩm có độ cao cao hơn vị trí cảm biến 1 thì xi lanh 1 hoạt động đẩy sản phẩm vào băng tải 2 Trường hợp sản phẩm có độ cao thấp hơn vị trí cảm biến 1 và cao hơn cảm biến 2 thì xylanh hoạt động đẩy sản phẩm vào băng tải 3

 Phạm vi ứng dụng của hệ thống:

Đối với các hệ thống phân loại theo kích thước nói chung và chiều cao nói riêng thì ứng dụng trong ngành công nghiệp là rộng rãi, phù hợp với các chi tiết có dạng khối, trụ, ở đây có thể kể đến các dây chuyền sản xuất cơ khí, trong ngành công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát

1.3 Hệ thống phân loại theo hình dạng

Với một số loại sản phẩm có chiều cao tương đương nhưng khác về hình dáng thì hệ thống phân loại theo chiều cao không phát huy được tác dụng, việc sử dụng phương pháp quan sát và nhận dạng qua camera là giải pháp phù hợp hơn bởi vì qua camera nhận dạng có độ phân giải cao cho phép phân loại những chi tiết có hình dạng phức tạp, nhỏ và khó quan sát

Hình 1 3 biểu diễn sơ đồ hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng,

mô hình này bao gồm: cơ cấu dẫn và định hướng, nhận diện sản phẩm cần

đo, bộ phận xử lý tín hiệu với chức năng phân loại sản phẩm theo hình dạng phân loại sản phẩm theo hình dạng khác nhau sử dụng bộ điều khiển PLC và cảm biến thị giác (System vision)

Hình 1.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng

bằng cảm biến thị giác

 Cấu tạo của hệ thống này gồm các phần chính sau:

- Cơ cấu dẫn và định hướng: Băng tải vận chuyển sản phẩm được dẫn động bằng với con lăn kết nối với động cơ bằng dây đai Cánh tay robot gắp sản phẩm đặt lên băng tải

- Cơ cấu nhận diện sản phẩm cần đo: hệ thống vision, nhận dạng sản phẩm qua camera (ECA-VIS10) có kết nối với máy tính điều khiển

- Cơ cấu xử lý tín hiệu thu nhận được từ cơ cấu nhận diện sản phẩm cần đo: bộ điều khiển PLC S7-200

- Cơ cấu chấp hành: 02 tay gạt sản phẩm bằng cơ cấu khí nén

 Nguyên lý hoạt động của hệ thống như sau:

Nhấn nút Start, động cơ khởi động dẫn động băng tải Cánh tay gắp sản phẩm gắp sản phẩm đặt lên băng tải dẫn đến hệ thống vision và nhận dạng vật qua camera và có tín hiệu phản hồi Bộ điều khiển PLC sẽ điều khiển các cơ cấu tay gạt để đưa các sản phẩm vào giá tương ứng

 Tính năng của hệ thống:

- Tốc độ nhận dạng tối đa 1s

- Có thể nhận dạng các hình dạng khác nhau

- Phát hiện lỗi trên vật

- Đo kích thước, tích diện tích vật

- Phân tích màu sắc của vật

 Phạm vi ứng dụng của hệ thống:

Việc nhận dạng và xử lý hình ảnh bằng hệ thống vision, camera đã mở

ra một phương pháp tiếp cận rất mới cho các hệ thống phân loại, với những tính năng như đã liệt kê ở trên thì cùng với một thiết bị ghi nhận tín hiệu ở đây ta có thể thu nhận được nhiều kết quả sau quá trình xử lý thông tin

Bài toán ở đây được đặt ra là thiết kế hệ thống băng tải, đưa phôi có màu sắc tương phản với màu sắc của vật cần phân loại, cùng với sự phát triển rất nhanh cả về tốc độ và chất lượng của các bộ vi xử lý thì ứng dụng của hệ thống phân loại theo hình dạng trở nên phổ biến hơn, có mặt trong nghành công nghiệp kiểm tra và phân loại sản phẩm như nông sản, thiết bị điện tử, cơ khí…

1.4 Kết luận chương một

Nội dung chương 1 đã đi tìm hiểu một vài hệ thống phân loại sản phẩm nói chung, phân loại theo chiều cao và phân loại theo hình dạng nói riêng để từ đó có cơ sở xây dựng kết cấu của hệ thống phân loại tối ưu nhất ứng dụng cho việc nghiên cứu đề tài

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Sản phẩm phân loại

2.1.1 Sản phẩm phân loại

Sản phẩm để phân loại là một bán thành phẩm trong các khâu để sản xuất ra hộp sắt 7 lít với các tính năng chống thấm nước, có độ bền va đập, cơ cấu khóa hãm chống bị bật, bung (Hình 2.1) Đây là một kết cấu có bề mặt ngoài/ trong có hình hộp chữ nhật, thân hộp được gấp vuông góc, liên kết đáy với thân hộp, dọc thân hộp, các góc đáy hộp bằng phương pháp hàn lăn, hàn TIG Miệng trên hộp được gấp tạo nếp, liên kết với các cụm chi tiết bản

lề, khóa hộp bằng các mối hàn điểm

Hình 2.2, 2 3 và 2.4 là bản vẽ chi tiết và yêu cầu kỹ thuật được đặt ra

để làm đề bài cho phân tích và đưa ra hướng thực hiện phép đo Sản phẩm phân loại có các kích thước như sau:

Chiều rộng: 143,2(mm) Chiều cao: 178,2(mm) Chiều dài: 281,7(mm) Kích thước cần kiểm tra (kích thước đạt) Chiều rộng: 141,6(mm) đến 143,2(mm) Chiều cao: 176,6(mm) đến 178,2(mm) Chiều dài: 279,5(mm) đến 281,7(mm)

Qua hình dạng là hình khối chữ nhật, hở một mặt có màu sắc xám sáng không đồng đều do han gỉ (chưa qua công đoạn tẩy rửa và ngâm định hình bề mặt) đồng thời để hạn chế tác động đến bề mặt sản phẩm thì phương

án đo không tiếp xúc là khả thi Bước tiếp theo là chọn phương tiện đo thì có hai lựa chọn: một là đo bằng việc xử lý hình ảnh, hai là bằng các cảm biến

đo khoảng cách Nhưng vật cần đo và phân loại có màu sắc không thật sự tương phản với môi trường, môi trường -độ sạch trong quá trình sản xuất cũng không phù hợp với việc sử dụng camera và xử lý tín hiệu hình ảnh Với phương tiện đo bằng các cảm biến đo khoảng cách bằng cách không tiếp xúc thì có thuận lợi là không tiếp xúc trực tiếp với vật nên tránh được các tác động về mặt cơ học hay những chất không mong muốn bám vào, độ chính xác có tính tin cậy cao hơn phương pháp xử lý hình ảnh trong trường hợp này

Hình 2.1 Hộp sắt cần phân loại theo kích thước

Hình 2.2 Hình chiếu cạnh của thân hộp sắt

Hình 2.3 Hình chiếu đứng của thân hộp sắt

Hình 2.4 Hình chiếu bằng của thân hộp sắt

2.1.2 Hướng chọn phép đo

Qua việc tham khảo thực tế sản phẩm cần phân loại và các yêu cầu kỹ thuật của bản vẽ chế tạo kết hợp với thực tiễn sản xuất tại đơn vị thì hộp sắt được thiết kế gia công theo các bước tuần tự từ khâu pha phôi trên máy cắt tôn bản mỏng thủy lực NC có độ chỉnh cữ sai số đến 0,1mm và được kiểm tra lại mẫu cắt bởi các kỹ thuật viên nên sai số kích đến từ bước pha phôi là không có khi sản xuất loạt lớn Hai chi tiết quyết định đến chất lượng sản phẩm thân hộp sắt đó là tấm bao quanh thân hộp và tấm đáy được gia công cắt góc và vuốt mép bằng chày cối trên các máy đột dập, gấp góc trên máy gấp tôn thủy lực CNC và máy dập ly hợp khí nén, hàn liên kết trên máy hàn điểm và hàn lăn, hàn kín khí 4 góc trên máy hàn TIG, gia công thẩm mỹ các mối hàn bằng máy mài góc lắp đá xếp

Việc kiểm soát được kích thước hai bên theo hình chiếu cạnh sẽ đánh giá được tổng quát kích thước thân hộp là có đạt hay không đạt Kiểm soát được hai kích thước mép trên hộp 144,8mm và kích thước dọc thân hộp 143,2mm (thân tôn dày 0,8mm) được đặt là kích thước cần kiểm soát 1 và 2,

thực chất là chỉ cần kiểm soát kích thước 1 là đã bao gồm cả hai vì kích thước mép hộp chỉ cộng thêm chiều dày thân tôn,

Hình 2.4 sẽ biểu thị kích thước cần kiểm soát tổng quát và hình 2.5 sẽ biểu thị kích thước phần thân hộp cần đo thực tế

Hình 2.4 Kích thước cần kiểm soát tổng quát của sản phẩm

Hình 2.5 Kích thước phần thân hộp đo thực tế

Như vậy sau quá trình phân tích, để kiểm soát kích thước phần hộp đo thực tế kể trên thì cần lắp các cảm biến đo ở các vị trí như sau, được biểu thị tại hình 2.6 và 2.7

Hình 2.6 Các vị trí lắp cảm biến đo nhìn theo hình chiếu cạnh

Hình 2.7 Các vị trí lắp cảm biến đo nhìn theo hình chiếu đứng

2.2 Lựa chọn sơ đồ máy phân loại

Dựa trên những thông tin được ghi nhận tại chương 1, phân tích sản phẩm và hướng chọn phép đo tại chương 2 ta lựa chọn máy đo và phân loại như hình 2.8a là sơ đồ khối nguyên lý và hình 2.8b là sơ đồ máy đo và phân loại sản phẩm như sau:

Hình 2.8a Sơ đồ khối nguyên lý máy đo và phân loại sản phẩm

CƠ CẤU VẬN CHUYỂN VÀ DẪN HƯỚNG

CƠ CẤU PHÁT HIỆN VÀ ĐỊNH VỊ

CƠ CẤU PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

PHÔI ĐƯỢC CẤP VÀO MÁY

CƠ CẤU ĐO

LƯỜNG

Hình 2.8b Sơ đồ máy đo và phân loại sản phẩm

Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống như sau: Sản phẩm được cấp vào máy, đi theo đường băng tải dẫn có kết hợp cơ cấu điều chỉnh hướng để đi vào đúng vị trí đã định để định vị và đo lường Sau khi đã được kẹp định vị thì kích hoạt hệ thống đo và gửi tín hiệu về để xử lý trên bộ điều khiển, từ đó đưa ra quyết định về việc phân loại sản phẩm Nếu sản phẩm đạt thì tiếp tục

đi ra khỏi máy đến công đoạn sau, nếu không đạt thì có cơ cấu tay gạt để loại sản phẩm ra khỏi băng chuyền

2.2.1 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu vận chuyển và dẫn hướng

Hình 2.9 Bản vẽ thiết kế của cơ cấu vận chuyển và dẫn hướng

Đầu tiên sản phẩm được đưa vào hệ thống băng tải con lăn dẫn động trước bằng hệ thống đĩa xích/ xích được gắn tại đầu các con lăn với tốc độ 1650mm/phút trên mặt tiếp xúc có ma sát đủ thấp (cho việc dễ dàng trong điều hướng nhưng vẫn đủ ma sát để sản phẩm có thể tự di chuyển trên băng tải)

Để giúp cho sản phẩm dễ dàng trong di chuyển và điều hướng thì hai bên thành của khung lắp băng tải của cơ cấu đã được bố trí các dãy con lăn được chia làm hai bước:

- Bước nắn cứng: Sản phẩm bắt buộc phải đi qua hai hàng vòng bi được

lắp tĩnh để điều hướng sản phẩm

- Bước nắn mềm: trong quá trình hoạt động của máy

Sau khi đi qua cơ cấu này sản phẩm sẽ đến cơ cấu định vị và đo lường với vị trí hợp lý nhất, không va chạm hay cản trở quá trình vận chuyển/ định

vị hay đo lường

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu định vị và hồi vị trí

Hình 2.9a Bản vẽ thiết kế của cơ cấu định vị

Cơ cấu định vị sử dụng xy lanh cấp khí hai chiều ở trạng thái nhả hoặc trạng thái đẩy sản phẩm vào sát cữ hợp kim (gốc đo) với lực đấy có thể điều chỉnh thông qua bộ giảm áp suất Đầu của cơ cấu này lắp các đầu tự lựa để khi tác động vào vật là tiếp xúc mềm thông qua 08 bộ chân đẩy cỡ nhỏ, không gây hư hại, xước, tập trung ứng suất khi định vị sản phẩm Sau khi được định vị thì sản phẩm đã được cố định theo hướng là: hai bên hông hộp, mặt đáy hộp

Hình 2.9b Bản vẽ thiết kế của cơ cấu hồi vị trí

Cơ cấu hồi vị trí có vai trò đưa sản phẩm về vị trí cũ, tránh không để

cọ xát vào cữ hợp kim làm hư hại đến cả hai, đảm bảo cơ cấu có tuổi thọ lâu dài Để đơn giản cho quá trình điều khiển thì xylanh được sử dụng ở đây là loại một chiều, số lượng 02 cái để lực đẩy cân bằng và vừa đủ Đầu đẩy sử dụng nhựa POM có tiết diện phẳng nhằm tránh tập trung lực cục bộ lên sản phẩm và sản phẩm hồi vị trí ra băng tải có hướng thẳng, không bị xoay lệch

2.2.3 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu đo lường

Hình 2.10a Bản vẽ thiết kế của cơ cấu cảm biến phải

Sản phẩm đi vào khu vực đo lường (hai cạnh dài của sản phẩm nẳm giữa hai cữ định vị) được nhận biết bằng cảm biến, sau khi tín hiệu được đưa

về bộ điều khiển thì xuất lệnh dừng động cơ/ hệ thống xích tải và rulo đồng thời xuất lệnh mở van khí cấp khí cho 02 chân định vị tiến hành định vị sản phẩm

Hình 2.10b Bản vẽ thiết kế của cơ cấu cảm biến trái

Sau khi được định vị thì bộ điều khiển xuất lệnh kích hoạt các cảm biến đo và đưa các giá trị về để tính toán các khoảng cách sản phẩm, đồng thời so sánh với các thông số đã khai báo để đưa ra quyết định Sau quá trình này thì sản phẩm sẽ đi ra khỏi cơ cấu đo bằng việc hồi vị trí và băng tải rulo tiếp tục hoạt động

2.2.4 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu phân loại sản phẩm

Hình 2.11 Bản vẽ thiết kế của cơ cấu phân loại sản phẩm

Sản phẩm sau khi đo lường và tính toán các giá trị cho phép sẽ được đưa ra khỏi cơ cấu đo

Nếu sản phẩm đạt yêu cầu thì sẽ được dẫn đi thẳng đến công đoạn tiếp theo và sản phẩm tiếp tục được cấp vào máy

Nếu sản phẩm không đạt yêu cầu thì ngoài việc dẫn động cho băng chuyền hoạt động thì còn kích hoạt cơ cấu tay gạt để dẫn sản phẩm xuống máng phân loại Sau khi sản phẩm đã được phân loại thông qua cảm biến thì

cơ cấu tay gạt sẽ được thu hồi và sản phẩm tiếp tục được cấp vào máy

2.3 Lựa chọn phương án thiết kế

Với việc lựa chọn sơ đồ máy phân loại và nguyên lý hoạt động của các nguyên lý đã nêu ở trên, bước tiếp theo sẽ là sự chọn lựa phương án thiết kế một cách cụ thể như hình 2.12, 2.13, 2.14 là hình chiếu đứng, hình chiếu bằng và hình chiếu cạnh bản vẽ thiết kế máy đo và phân loại sản phẩm

Hình 2.12 Bản vẽ thiết kế máy đo và phân loại sản phẩm (Hình chiếu đứng)

Hình 2.13 Bản vẽ thiết kế máy đo và phân loại sản phẩm (Hình chiếu bằng)

Hình 2.14 Bản vẽ thiết kế máy đo và phân loại sản phẩm (Hình chiếu cạnh)

Với yêu cầu và nhiệm vụ được đặt ra phương án sau đã được lựa chọn: Các sản phẩm sau khi đi qua băng tải dẫn và được cấp vào máy qua tay đẩy cơ khí vào máy phân loại sản phẩm Tại đây sản phẩm được dẫn đi trên cơ cấu con lăn bằng nhựa POM và chỉnh hướng bằng vòng bi tại hai bên (cơ cấu này giúp giảm ma sát, dễ dàng cho việc điều và dẫn hướng sản phẩm vào vị trí đã chọn)

Sau đã đến vị trí đã định trên phần rulo cao su cứng (cơ cấu này giúp giảm rung động của hệ thống trong quá trình đo, độ ma sát tốt hơn nhựa POM để đảm bảo sản phẩm di chuyển chắc chắn) và được nhận biết bằng cảm biến, động cơ dẫn động xích tải ngắt và các xylanh định vị sản phẩm được cấp khí đến đưa các chân định vị đẩy sản phẩm vào cữ bằng hợp kim cứng

Sản phẩm được định vị chắc chắn theo 3 hướng: phía dưới trên rulo sao su cứng; phía trước bằng cơ cấu đẩy xylanh khí có đầu tự lựa, phía sau bằng cữ hợp kim cứng Các cảm biến được kích hoạt đo các khoảng cách đã định, dựa trên các thông số đã khai báo để cho kết quả về kích thước của sản phẩm cần phân loại trong dung sai cho phép

Sau khi các cảm biến đo khoảng cách và các thông số thu nhận vầ được xử lý qua bộ điều khiển và hiển thị lên màn hình điều khiển Nêu sản phẩm đạt sẽ tiếp tục đi thẳng qua băng chuyền ru lô bằng nhựa POM (giúp giảm ma mát, dễ dàng trong di chuyển và điều hướng) để đi đến công đoạn thử kín trong bể nước, nếu không đạt thì được phân loại bằng cơ cấu tay gạt sang một băng tải khác để tiến hành các bước sau