Thiết kế hệ thống tự động phân loại pin tái chế ứng dụng công nghệ học sâu

Đồ án tốt nghiệp xuất sắc chương trình cơ điện tử trường đại học bách khoa hà nội năm 2021Đồ án tốt nghiệp “Hệ thống tự động phân loại pin tái chế ứng dụng công nghệhọc sâu” có nội dung áp dụng công nghệ học sâu để dự đoán, phân loại các viên pincũ làm nguyên liệu cho quá trình tái chế pin sau đó. Dựa trên mô hình dự đoán củamạng học sâu, em đã tính toán, thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phân loại pincũ trong thực tế

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thành Hùng

HÀ NỘI, 12/2020

Chữ ký của GVHD

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: Lê Quốc Đoàn MSSV: 20155363

Lớp: CN – Cơ điện tử 01 – K60

Bộ môn: Cơ Điện Tử

Viện: Cơ Khí

I/ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ

“Hệ thống tự động phân loại pin tái chế ứng dụng công nghệ học sâu.”

II/ CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU

- Phân loại 4 loại pin: Carbon, Lithium-ion , Niken-Cadimi, Alkaline

- Pin hình trụ:

 Kích cỡ AA: cao 50mm, đường kính ∅ = 14mm

 Kích cỡ loại 18650: cao 65mm, đường kính ∅ = 18mm

- Thiết kế hệ thống điều khiển

- Xây dựng phần mềm điều khiển ứng dụng công nghệ học sâu

- Xây dựng mô hình thực nghiệm

IV/ CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ

- Bản vẽ kết cấu cơ khí của hệ thống (A0)

- Bản vẽ mạch điện (A0)

V/ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Thành Hùng

VI/ NGÀY GIAO NHIỆM VỤ THIẾT KẾ: 01/09/2020

VII/ NGÀY HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN: 31/12/2020

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

Lê Quốc Đoàn

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

Lê Quốc Đoàn

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

TÓM TẮT NỘI DUNG 4

DANH MỤC HÌNH ẢNH 5

DANH MỤC BẢNG 7

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SỬ DỤNG XỬ LÝ ẢNH 8

1.1 Giới thiệu về hệ thống phân loại sản phẩm 8

1.1.1 Phân loại sản phẩm theo kích thước sử dụng cảm biến quang 8

1.1.2 Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng cảm biến màu sắc 8

1.1.3 Phân loại sản phẩm bằng xử lý ảnh 9

1.1.4 Ý nghĩa và ứng dụng của hệ thống 10

1.2 Giới thiệu về hệ thống xử lý ảnh trong quá trình tái chế pin 11

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 16

2.1 Yêu cầu thiết kế chung 16

2.2 Mô hình đề xuất 16

2.3 Tính toán, thiết kế, chọn lựa các bộ phận của hệ thống Cơ khí 16

2.3.1 Băng tải 16

2.3.2 Động cơ 20

2.3.3 Ổ lăn 22

2.3.4 Hệ thống chiếu sáng 23

2.3.5 Hệ thống khí nén 28

2.3.6 Hệ thống cấp phôi tự động 29

CHƯƠNG III: HỆ THỐNG ĐIỆN, ĐIỀU KHIỂN 35

3.1 Các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển 35

3.1.1 Cảm biến 35

3.1.2 Camera 36

3.1.3 Vi điều khiển 37

3.1.4 Giao tiếp UART/Serial với PC 38

3.2 Thiết kế chương trình giao tiếp serial với PC trên Arduino IDE 39

3.2.1 Các biến sử dụng trong chương trình 39

3.2.2 Sử dụng Timer trên Arduino 41

CHƯƠNG IV: PHẦN MỀM XỬ LÝ ẢNH 44

4.1 Tổng quan về công nghệ xử lý ảnh 44

4.2 Ứng dụng Convolutional Neural Network YOLO để giải quyết bải toán 44

4.2.1 Xây dựng database cho việc huấn luyện mạng 46

4.2.2 Xây dựng mạng dự đoán pin đã qua sử dụng 47

4.2.3 Kết quả thu được 55

4.3 Kết luận chương 4 55

CHƯƠNG V: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ THỰC NGHIỆM 56

5.1 Xây dựng mô hình thực nghiệm 56

5.2 Kết quả thực nghiệm 58

KẾT LUẬN 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

PHỤ LỤC 62

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, cuộc sống con người ngày càng đầy đủ, hoàn thiện hơn Cùng với sự phát triển mạnh mẽ đó thì tình trạng

ô nhiễm môi trường do rác thải ngày càng tăng, trong đó rác thải là pin đã qua sử dụng chiếm một phần không nhỏ Khi pin đã qua sử dụng thải ra môi trường thì các chất độc hại như chì, kẽm, lithium, thủy ngân, cadmium sẽ ngấm vào đất, thoát ra không khí, rò rỉ và chảy vào nguồn nước gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe con người

Từ vấn đề thực tế trên, với những kiến thức đã được trang bị, nhóm đồ án đã chọn và thực hiện đề tài “ Hệ thống tự động phân loại pin tái chế ứng dụng công nghệ học sâu” Việc tạo ra một hệ thống như vậy sẽ giúp cho con người phân loại các loại pin đã qua sử dụng, để dễ dàng trong việc tái chế thay vì vứt bừa bãi gây ô nhiễm môi trường

Trong phạm vi của đồ án, nhóm xây dựng ra một mô hình mô phỏng hoạt động của hệ thống phân loại pin tái chế mà nhóm đã đề cập ở trên

Trong quá trình thực hiện và hoàn thành đề tài này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, nhóm rất mong nhận được những đánh giá cũng như góp ý của các thầy cô nhằm giúp nhóm hoàn thiện hơn về đề tài của mình

Đồ án bao gồm 5 chương và một phần phụ lục code:

 Chương 1: Giới thiệu về hệ thống xử lý ảnh và hệ thống phân loại pin tái chế

 Chương 2: Tính toán thiết kế cơ khí:

- Nội dung chương là tính toán, thiết kế mô hình cơ khí của hệ thống phân loại

- Tạo ra bản vẽ lắp đính kèm đồ án

- Mô hình gồm có băng tải, buồng sáng, hệ thống khí nén và hộp chứa sản phẩm

 Chương 3: Thiết kế hệ thống điện, điều khiển:

Hệ thống được điều khiển bằng vi điều khiển Arduino Trong chương em đã thực hiện:

- Chọn cảm biến và thiết bị điện

- Tạo ra lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống

- Nêu phương pháp lập trình và kết nối Arduino với PC thông qua giao tiếp Serial

- Sử dụng Timer trong Arduino để lập trình

- Hướng dẫn cách huấn luyện mạng YOLO để nhận dạng pin

- Kết quả huấn luyện thu được và đánh giá kết quả

- Nêu các lỗi sai thường mắc phải khi huấn luyện mạng YOLO và cách khắc phục

- Phần lập trình giao diện C# và file huấn luyện có trong phần phụ lục code

 Chương 5: Mô hình thực tế:

- Đưa ra kết quả xây dựng mô hình cơ khí và điện

- Đưa ra kết quả khi vận hành

- Đưa ra kết luận nhược điểm, ưu điểm của mô hình

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên)

DANH MỤC HÌNH ẢNH Chương I:

Hình 1.1: Cảm biến quang và ứng dụng 8

Hình 1.2: Các loại cảm biến màu sắc 9

Hình 1.3: Mẫu máy OBS500 của hãng Refind 11

Hình 1.4: Các loại pin máy OBS500 phân loại 11

Hình 1.5: Các loại pin Carbon 12

Hình 1.6: Pin carbon của Việt Nam 12

Hình 1.7: Pin Alkaline 12

Hình 1.8: Pin Lithium-ion trụ 12

Hình 1.9: Pin Nickel-Metal hydride 13

Hình 1.10: Pin Niken-Cadimi (Ni-Cd) 13

Hình 1.11: Pin con thỏ AA bạc 13

Hình 1.12: Zinc Cacbon 9V 14

Hình 1.13: Pin Lithium-ion trụ 14

Hình 1.14: Pin Niken-Cadimi 14

Hình 1.15: Pin Alkaline 14

Hình 1.16: Pin Alkaline 14

Chương II: Hình 2.1: Một số loại băng tải trong công nghiệp 17

Hình 2.2: Sơ đồ băng tải 18

Hình 2.3: Mặt cắt dây đai 19

Hình 2.4: Các lực tác dụng lên băng tải 19

Hình 2.5: Động cơ DS-42RP7750248000-25K 22

Hình 2.6: Ánh sáng ban ngày 24

Hình 2.7: Ánh sáng LED 24

Hình 2.8: Ánh sáng halogen 24

Hình 2.9: Ánh sang neon 24

Hình 2.10: So sánh đặc điểm giữa các loại ánh sáng 25

Hình 2.11: Chiếu sáng thẳng (direct lighting) 25

Hình 2.12: Chiếu sáng phản xạ (diffuse lighting) 25

Hình 2.13: Chiếu sáng vùng tối (dark-field lighting) 26

Hình 2.14: Chiếu sáng phía dưới (back lighting) 26

Hình 2.15: Nguyên lý ánh sáng chiếu vào vật thể 26

Hình 2.16: Nguyên lý chiếu sáng hầm-vòm 27

Hình 2.17: Hộp chiếu sáng dạng hầm-vòm thực tế 27

Hình 2.18: Hình ảnh thực tế thu được bằng phương pháp dome lighting 27

Hình 2.19: Kích thước van khí nén 2V025-08 28

Hình 2.20: Ý nghĩa mã số ghi trên van khí nén 29

Hình 2.21: Các dạng đầu phun với vùng thổi khí khác nhau 29

Hình 2.22: Thông số đầu phun ALVA 29

Hình 2.23: Cấu tạo phễu cấp phôi rung động 30

Hình 2.24: Cơ cấu cấp phôi rung động dạng phễu có máng xoắn vít 31

Hình 2.25: Các trạng thái của phôi 32

Chương III: Hình 3.1: Cảm biến tiệm cận LJ12A3-8-Z/BX 35

Hình 3.2: Sơ đồ nối dây cảm biến tiệm cận với Arduino UNO R3 36

Hình 3.3: Vị trí camera trong hệ thống thị giác máy 36

Hình 3.4: Webcam Genius FaceCam 1000X 37

Hình 3.5: ArduinoUNO R3 38

Hình 3.6: Giao tiếp giữa Arduino với PC qua Serial communication 39

Hình 3.7: Lưu đồ điều khiển hệ thống 40

Hình 3.8: Thuật toán điều khiển của Arduino 41

Chương IV: Hình 4.1: Nhận dạng đối tượng bằng YOLO 44

Hình 4.2: Sơ đồ các layer trong YOLO 45

Hình 4.3: Ví dụ về chia ảnh của YOLO 45

Hình 4.4: Minh họa về Bounding Box Prediction trong YOLO 46

Hình 4.5: Chương trình chụp ảnh 46

Hình 4.6: Sơ đồ giải thuật chương trình chụp ảnh 47

Hình 4.7: Giao diện của YOLO-mark 48

Hình 4.8: Sơ đồ giải thuật chương trình Labeling Image 50

Hình 4.9: Biểu đồ của hàm loss và đánh giá mAP% khi huấn luyện thực tế 51

Hình 4.10: Các công thức tính độ chính xác trong mAP 52

Hình 4.11: Giao diện GUI của chương trình 53

Hình 4.12: Kết quả nhận diện loại pin 54

Hình 4.13: Early stopping point 54

Chương V: Hình 5.1: Mô hình thực tế 56

Hình 5.2: Pin được chụp ảnh và nhận dạng 57

Hình 5.3: Giao diện nhận dạng 57

Hình 5.4: Bộ phận phân loại pin 58

DANH MỤC BẢNG Chương II:

Bảng 2.1 Thông số động cơ: 22

Bảng 2.2 Thông số ổ lăn: 23

Bảng 2.3 Thông số van khí nén 2V025-08: 28

Bảng 2.4 Các thông số ban đầu thiết kế phễu rung: 31

Chương III: Bảng 3.1 Thông số ArduinoUNO R3: 38

Bảng 3.2 Thanh ghi TCCR1B: 42

Bảng 3.3 Thanh ghi TIMSKI: 42

Bảng 3.4 Các chế độ trong T/C1: 43

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHÂN

LOẠI SỬ DỤNG XỬ LÝ ẢNH

1.1 Giới thiệu về hệ thống phân loại sản phẩm

Hệ thống phân loại sản phẩm là hệ thống điều khiển tự động hoặc bán tự động nhằm chia sản phẩm ra các nhóm có cùng thuộc tính với nhau để thực hiện đóng gói hay loại bỏ sản phẩm hỏng

Có nhiều cách phân loại hệ thống phân loại sản phẩm:

- Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

- Hệ thống phân loại sản phẩm theo trọng lượng

- Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dáng kích thước bên ngoài

Ngoài ra còn nhiều cách phân loại khác tùy vào yêu cầu và sự khác biệt của phôi với nhau

1.1.1 Phân loại sản phẩm theo kích thước sử dụng cảm biến quang

Nguyên lý hoạt động: Hệ thống sử dụng các cảm biến quang xếp chồng nhau

theo chiều dọc để phân biệt sản phẩm cao thấp theo các mức tương ứng với số cảm biến

Ví dụ: Sản phẩm chạy trên băng chuyền ngang qua cảm biến quang thứ 1

nhưng chưa kích cảm biển thứ 2 thì được phân loại vật thấp, khi sản phẩm qua 2 cảm biến đồng thời thì được phân loại vật cao Càng nhiều cảm biến quan được đặt thì hệ thống phân biệt được càng nhiều mức cao thấp

Hình 1.1: Cảm biến quang và ứng dụng

Ưu điểm: hệ thống này có khả năng làm việc ở tốc độ cao, dễ dàng vận hành

và bảo dưỡng sửa chữa, giá thành tương đối thấp

Nhược điểm: do sử dụng mức không liên tục nên hệ thống này không thể dùng

để đo đạc chiều cao chính xác của sản phẩm

1.1.2 Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng cảm biến màu sắc

Nguyên lý hoạt động: Sản phẩm trên bằng chuyền khi đi qua cảm biến sẽ được

nhận biết dựa trên nguyên lý khuyếch tán Ánh sáng trắng được chiếu lên bề mặt của

sản phẩm cảm biến thu nhận ánh sắng khuyếch tán của sản phẩm và dựa vào đó đển phân loại

Trong thực tế có rất nhiều loại cảm biến màu sắc, tùy thuộc vào độ phức tạp của sản phẩm cần phân loại mà người ta sẽ có lựa chọn khác nhau có hệ thống của

mình Hình 1.2 mô tả hình ảnh cảm biến màu sắc đơn giản, cảm biến màu sắc công

nghiệp và cuối cùng là cảm biến thông minh

Hình 1.2: Các loại cảm biến màu sắc

Đối với hệ thống này thì việc nhận biết màu sắc phụ thuộc nhiều vào ánh sáng môi trường Để hạn chế sai số cần thiết phải cách ly ánh sáng mô trường bên ngoài với sản phẩm phân loại

1.1.3 Phân loại sản phẩm bằng xử lý 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 linh hoạt đáp ứng được nhiều lĩnh vực công nhiệp Tuy nhiên hệ thống này tương đối phức tạp và giá thành cao

Hệ thống phân loại sản phẩm dựa trên ứng dụng của việc xử lý ảnh Hệ thống 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 sáng bên ngoài) Khi một sản phẩm đi qua buồng chắn sáng camera sẽ nhận thông tin về bề mặt của sản phẩm (chụp lại ảnh) sau đó gửi về phần mềm nhận dạng và phân loại (đối chiếu với các dự liệu ảnh về sản phẩm đã được nạp sẵn) Phần mềm sẽ xử lý và xác nhận, nhận dạng 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 cơ khí bao gồm một băng tải và các hệ thống phụ trợ

trong việc phân loại sản phẩm Khi các sản phẩm đã được nhận dạng thì hệ thống cơ khí sẽ nhận lệnh và đưa ra đáp ứng phù hợp Hệ thống phụ trợ này sử dụng các xi lanh để thực hiện việc đẩy sản phẩm phân loại vào các khoảng đã định sẵn

Một số ưu điểm của ứng dụng xử lý ảnh trong việc phân loại sản phẩm so với một số ứng dụng khác có thể ra như sau:

- Linh hoạt trong việc thay đổi mẫu mã sản phẩm phân loại

- Có khả năng phân loại được nhiều loại sản phẩm khác nhau

- Phân loại được những sản phẩm phức tạp mà các phương pháp thông thường không thể phân loại được

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 sản phẩm 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

1.1.4 Ý nghĩa và ứng dụng của hệ thống

Hệ thống phân loại sản phẩm ra đời hình thành và phát triển làm tăng nhiều mặt tốt phục vụ cho cho cuộc sống cũng như sự phát triển kinh tế của con người hứa hẹn một sự phát triển vững mạnh và ổn định lâu dài Đồng thời cũng là nền tảng cho

sự phát triển các tập đoàn kinh tế trên thế giới Một lần nữa khẳng định nó có vai trò rất quan trọng cho hoạt động phát triển, cung cấp phân phối sản phẩm tới con người một cách tốt nhất, giúp đời sống con người được nâng cao hơn Vấn đề số lượng và chất lượng sản phẩm thay đổi đáng kể có thể nhận thấy rõ sự phân hóa và đa dạng về mẫu mã chủng loại của sản phẩm và cũng thấy rõ chất lượng ngày càng được nâng cao và đáp ứng nhu cầu sức khỏe con người một cách hoàn hảo nhất Từ đây ta thấy được các thiết bị hiện đại đã giảm thiểu lớn thời gian lao động sức tiếp cho quá trình sản xuất cũng như trong các quá trình khác để tạo ra sản phẩm Nhờ vậy mà sức khỏe

và đời sống vật chất tinh thần ngày càng nâng cao và cải thiện một cách rõ rệt

Hệ thống có khả năng phân loại sản phẩm theo từng thuộc tính và sắp xếp các sản phẩm phân loại đúng vị trí yêu cầu, đó là một khâu quan trọng trong quy trình công nghệ tự động hóa sản xuất hoàn toàn Giúp nâng cao năng suất sản xuất và độ chính xác khi thực hiện công việc, giảm nhu cầu về nhân lực và tạo ra môi trường làm việc thân thiện ở trình độ cao Tạo ra những tiền đề quan trọng nâng cao tính cạnh tranh về giá cả, chất lượng và mẫu mã sản phẩm

Ngày nay, để đáp ứng đầy đủ nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng cần phải thiết kế chế tạo nên các loại sản phẩm hướng đến từng đối tượng người tiêu dùng Do đó, trong cùng một dây chuyền sản xuất lại có các cái loại sản phẩm có màu sắc hình dạng khác nhau, để tạo điều kiện thuận lợi trong việc tiêu thụ sản phẩm cần phải sắp xếp chúng đúng theo từng loại Và hệ thống phân loại sản phẩm lại tỏ

ra khá hữu ích trong công việc này

Hệ thống phân loại sản phẩm có thể được ứng dụng để giữ vai trò như là một

hệ thống kiểm tra chất lượng sản phẩm theo các tiêu chí đánh giá cụ thể, tạo nên sự linh hoạt đa năng cho hệ thống, tiết kiệm chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm

Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng để tích hợp với các hệ thống tự động khác tạo nên một chu trình khép kín Với mỗi một sản phẩm khác nhau, tùy theo yêu cầu phân loại của nhà sản xuất mà người lập trình sẽ sử dụng các công cụ để tạo ra

chương trình hoạt động cho hệ thống Dưới đây là một số hình ảnh ví dụ về ứng dụng điển hình trong công nghiệp của hệ thống

1.2 Giới thiệu về hệ thống xử lý ảnh trong quá trình tái chế pin

Mô hình đồ án được xây dựng dựa trên nguyên mẫu OBS500 của hãng Refind, một hãng đi đầu trong lĩnh vực tái chế Thiết bị có khả năng đọc nhãn của 3000 loại pin khác nhau

Hình 1.3: Mẫu máy OBS500 của hãng Refind

Hình 1.4: Các loại pin máy OBS500 phân loại

Để có thể phân loại pin cho quy trình tái chế, người ta thường phân loại theo thành phần hóa học có trong pin (do để tách mỗi thành phần hóa học ta cần các quy trình khác nhau) Cách phân loại phổ biến là:

- Zinc-Carbon

Hình 1.5: Các loại pin Carbon Hình 1.6: Pin carbon của Việt Nam

Hình 1.9: Pin Nickel-Metal hydride

- Niken-Cadimi (Ni-Cd)

Hình 1.10: Pin Niken-Cadimi (Ni-Cd)

Trong mô hình, một bộ nhận dạng áp dụng deep-learning sẽ được triển khai

để có thể quét nhãn của pin một cách tốt nhất Thông qua vỏ nhãn pin, ta có thể tra ngược lại nsx và biết được thành phần hóa học trong pin mà không cần phải sử dụng các phương pháp phân tích hóa học rất phức tạp (sử dụng tia X, chiếu quang phổ, vv…)

Trong phạm vi đồ án, mô hình có thể nhận diện được nhãn 6 loại pin được chia làm 4 loại Carbon, Lithium-ion , Niken-Cadimi, Alkaline:

- Con thỏ AA màu bạc (Carbon)

Hình 1.11: Pin con thỏ AA bạc

- Pin Zinc Carbon 9V (Carbon)

Mô hình hệ thống bao gồm:

- Hệ thống băng tải cơ khí

- Hệ thống khí nén sử dụng áp suất khí nén để tách sản phẩm

- Hệ thống camera cùng buồng sáng chụp ảnh

- Hệ thống điện bao gồm sensor và bộ nguồn, rơ le

- Hệ thống điều khiển bao gồm máy tính để xử lý ảnh và Arduino

Thông số pin đầu vào:

- Khối lượng pin: m = 0,04 Kg

=>Trọng lượng pin: P = m.g = 0,4 N

- Pin hình trụ:

 Kích cỡ AA: cao 50mm, đường kính ∅ = 14mm

 Kích cỡ loại 18650: cao 65mm, đường kính ∅ = 18mm

- Pin hình hộp có kích cỡ: 45x25x15mm

Yêu cầu đầu ra:

- Nhận diện, phân loại pin dưới 1s

- Năng suất là: 15 sp/ph

- Hệ thống hoạt động ổn định

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

2.1 Yêu cầu thiết kế chung

Thiết kế hệ thống cơ khí cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Nhận diện, phân loại được các loại pin khác nhau

- Hệ thống đảm bảo độ cứng vững và rung động ít

- Hệ thống chiếu sáng loại bỏ ánh sáng nhiễu từ môi trường

- Thiết kế thuận tiện cho việc lắp đặt, thay thế các bộ phận

- Bộ phận cấp phôi làm việc tốt

- Đảm bảo độ chính xác cũng như năng suất phân loại cao

Từ các yêu cầu trên, em tiến hành nghiên cứu và đề xuất mô hình sau:

- Cơ cấu đĩa quay: sản phẩm sẽ được đặt lên một vị trí trên đĩa quay và được quay đến vị trí kiểm tra Cách làm có độ chính xác cao tuy nhiên hình dạng các sản phẩm có hình dáng tương đương nhau

Vì sản phẩm cần kiểm tra của nhóm là các loại pin với đủ hình dạng (hộp chữ nhật, trụ, ), kích thước (A, AA, AAA, D, C,18650,21700,18350,26650, …) và năng suất cao nên nhóm quyết định chọn cơ cấu phân loại dùng băng tải

Mô hình bao gồm:

 Khung nhôm định hình

 Băng tải cao su (PU)

 Động cơ chạy băng tải

Sau đây là tính toán, thiết kế, chọn lựa các bộ phận chính của mô hình

2.3 Tính toán, thiết kế, chọn lựa các bộ phận của hệ thống Cơ khí

2.3.1 Băng tải

- Băng tải có nhiệm vụ vận chuyển phôi, sản phẩm đến vị trí thao tác

- Động cơ điện tạo lực truyền động làm băng tải di chuyển Các loại động

cơ thường được sử dụng trong băng tải bào gồm: Động cơ điện 1 chiều, động cơ 3 pha, động cơ servo… Để đảm bảo tốc độ cũng như Momen theo

yêu cầu, trục động cơ cần phải nối với hộp giảm tốc trước khi nối với băng tải

- Tùy theo nhiệm vụ băng tải và phôi cần vận chuyển mà băng tải sẽ có thiết

kế cũng như động cơ được chọn sao cho phù hợp

 Băng tải xích nhựa

 Băng tải Inox

 Băng tải gầu

 Băng tải trục vít

 Băng tải xích

 Băng tải con lăn

 Băng tải belt

a Băng tải máng b Băng tải cao su

c Băng tải xoắn ốc d Băng tải con lăn

Hình 2.1: Một số loại băng tải trong công nghiệp

- Trong số đó, băng tải belt là băng tải phổ biến nhất do cấu tạo đơn giản, bền, dễ dàng tháo lắp hoặc kết hợp với các băng tải khác, phù hợp để vận chuyển phần lớn các sản phẩm thông thường Tuy nhiên băng tải belt lại bị giới hạn tải trọng vận chuyển cho băng tải hoạt động nhờ vào lực ma sát giữa trục lăn và belt Bên cạnh đó tốc độ vận chuyển, độ chính xác vận chuyển không quá cao, bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và môi trường

- Dây đai (belt) là tấm vật liệu bao gồm nhiều lớp vật liệu xếp lên nhau, lớp dưới thường là các vật liệu có khả năng chịu kéo, lớp trên là lớp phủ có độ bền, thẩm mỹ

Qua khảo sát, nhóm chọn băng tải belt (PVC) do:

 Tải trọng của băng tải không quá lớn

 Kết cấu cơ khí không quá phức tạp

 Có thể dễ dàng thiết kế chế tạo, hiệu chỉnh

 Tốc độ trung bình

 Thông số thiết kế:

Hình 2.2: Sơ đồ băng tải

- Nguồn lực hệ thống cấp phôi tự động: Động cơ điện

- Nguồn lực quay băng tải: Động cơ điện

- Nguồn lực đẩy phôi: Khí nén

- Chiều dài băng tải: 800mm

- Năng suất là: 15 sp/ph

- Trọng lượng pin: P= 0,2÷0,4 N

- Pin hình trụ

 Kích cỡ AA: cao 50mm, đường kính ∅ = 14mm

 Kích cỡ loại 18650: cao 65mm, đường kính ∅ = 18mm

- Pin hình hộp có kích cỡ: 45x25x15mm

 Tính toán sơ bộ các thông số đầu vào:

- Mỗi thời điểm sẽ có 3 sản phẩm cùng xuất hiện trên băng chuyền, khoảng cách giữa các sản phẩm là: 800

 Pmax- là trọng lượng lớn nhất của phôi

- Quãng đường băng tải đi trong 1 phút là:

 L1- là chiều dài băng tải

 N - là năng suất làm việc

 Tính toán chọn dây đai:

Ở đây ta chọn loại dây đai có vải cao su, có thông số hình học sau:

Hình 2.3: Mặt cắt dây đai

- Chọn chiều rộng băng tải: B60mm

- Chiều dày băng tải: h 2mm

- Tiết diện của băng tải:

Hình 2.4: Các lực tác dụng lên băng tải

Ở thời điểm động cơ quay, băng tải chuyển động, lực căng do dây băng tải và

3 sản phẩm được xác định bởi công thức:

 M sp - trọng lượng của 3 sản phẩm trên băng chuyền

 M daydai - trọng lượng của dây đai

 Fk - lực kéo dây đai

 a - gia tốc của băng tải

 T - hệ số ma sát với tấm đỡ dưới băng chuyền T  0,3

2[1, 2 (2 0,8 0,035 ) 2 10 0,06 1250] 0,033335

Là máy điện dùng để chuyển đổi năng lượng điện sang năng lượng cơ, động

cơ điện được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng Trong băng tải, động cơ điện được sử dụng để truyền momen cho trục tang gồm có các loại:

 Động cơ không đồng bộ: dộng cơ được sử dụng phổ biến jtrong công nghiệp, có ưu điểm là giá thành rẻ chống quá tải, tuy nhiên để điều khiển tốc độ động cơ khá khó khan và tốn kém

 Động cơ servo: được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu ra của động cơ được nối với mạch vi điều khiển Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có bất kì

lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho đông cơ đạt được điểm chính xác

 Động cơ đồng bộ: động cơ mà có tốc độ quay của rotor bằng tốc độ quay của từ trường Tốc độ của động cơ đồng bộ không phụ thuộc vào tải, không phụ thuộc và điện áp lưới điện, chỉ phụ thuộc vào tốc độ của

từ trường quay và có thể đạt được hiệu suất rất cao Tuy nhiên nó lại có giá thành cao và việc vận hành mở máy gặp nhiều khó khăn

 Động cơ điện một chiều: động cơ điện một chiều hoạt động với dòng điện một chiều Động cơ điện một chiều công suất nhỏ được sử dụng phổ biến trong dân dụng với giá thành rẻ và điều chỉnh tốc độ dễ dàng Động cơ điện một chiều công suất lớn được sử dụng trong truyền động

do cung cấp momen khởi động lướn đáp ứng yêu cầu thực tế

Dựa trên yêu cầu đồ án, em lựa chọn động cơ một chiều vì những lý do sau:

 Có cấu tạo đơn giản, vận hành dễ dàng

 Có thể điều chỉnh tốc độ qua hộp số, dòng điện vào với độ chính xác cao

 Giá thành rẻ, mẫu mã đa dạng trên thị trường

 Tính toán lựa chọn động cơ:

- Momen trên trục băng tải là:

 Fk - lực tác dụng lên tang của băng tải (N)

 T - Momen xoắn của động cơ (N.m)

 D - đường kính tang băng tải (m)

- Công suất cần thiết trên trục tang băng tải là:

P



Với là hiệu suất truyền động

- Số vòng quay của trục băng tải là:

 n v - số vòng quay trục băng tải (Vòng/phút)

- Tỷ số truyền hộp giảm tốc dạng bánh răng trụ là: Uh  6,5.

- Số vòng quay sơ bộ của động cơ:

Do băng tải chỉ chịu lực hướng tâm, không chịu lực dọc trục

- Tải trọng động được tính theo công thức:

.t t d 1 1 1 3,4 3,4.

Q V F k k       2.16 

Trong đó:

 Q- tải trọng động

 Ft - lực hướng tâm

 V - hệ số kể đến khi vòng nào quay, V=1 khi vòng trong quay

 kt - hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ, kt  1.

 kd - hệ số kể đến đặc tính tải trọng, kd  1.

- Thời gian sử dụng ổ lăn: Lh  5200 h

- Công thức tính ổ bi theo hệ số làm việc:

 h - số giờ làm việc của ổ (h)

 Q - tải trọng tương đương (N)

Bảng 2.2 Thông số ổ lăn:

Ta chọn ổ lăn thỏa mãn Co  Ca  C Tra bảng catalog chọn ổ lăn có kí hiệu

1000099 Tuy nhiên do có sẵn chi tiết, em đã sử dụng vòng bi B6700ZZ của MISUMI

có thông số tương tự

2.3.4 Hệ thống chiếu sáng

Hệ thống chiếu sáng (Illumination) trong xử lý ảnh có vai trò rất quan trọng trong độ hiệu quả của hệ thống xử lý ảnh Ánh sáng được chiếu tới vật và phản xạ lại vào camera tạo ra ảnh của vật, vì vậy ánh sáng là yếu tố quan trọng quyết định chất lượng ảnh của vật

Trong hệ thống chiếu sáng, điều kiện sáng ổn định sẽ cho kết quả ảnh của vật

rõ ràng và không thay đổi về vùng sáng trên ảnh Ngược lại điều kiện sáng thiếu ổn định sẽ cho ra các hình ảnh khác nhau về vùng sáng của cùng một vật thể, đây là điều chúng ta cần tránh

Một hệ thống chiếu sáng lý tưởng là một hệ thống có thể tạo nên độ tương phản hợp lý khi chiếu lên vật Khi đó, các đặc trưng về hình ảnh hoặc các lỗi cần chú

ý của vật thể có thể hiện lên khi chụp bằng camera, từ đó quá trình xử lý ảnh bằng phần mềm mới có thể đem lại hiệu quả cao Đây cũng là vấn đề quan trọng nhất nhưng cũng là khó nhất trong xử lý ảnh công nghiệp

Hình 2.6: Ánh sáng ban ngày Hình 2.7: Ánh sáng LED

Hình 2.8: Ánh sáng halogen Hình 2.9: Ánh sang neon

 Các loại nguồn chiếu sáng trong xử lý ảnh công nghiệp:

Hiện tại, các nguồn chiếu sáng phổ biến trong xử lý ảnh bao gồm: đèn halogen, đèn LED, đèn huỳnh quang (tần số cao), đèn halogen kim loại …

Trong số đó, đèn LED đang được sử dụng phổ biến nhất Các ưu điểm của đèn LED như là:

 Tuổi thọ dài (hơn 40.000h so với 1.000h của đèn halogen)

 Dễ dàng lắp đặt trong hệ thống do có đủ kích cỡ và loại

 Mức tiêu thụ điện áp tương đối thấp so với các loại đèn khác

 Nguồn sáng phát ra đa dạng từ trắng đến đỏ, xanh, … hay một số loại LED cụ thể có thể phát ra tia hồng ngoại hoặc tia cực tím để phù hợp với yêu cầu ứng dụng

Hình 2.10: So sánh đặc điểm giữa các loại ánh sáng

 Các kĩ thuật chiếu sáng trong xử lý ảnh công nghiệp:

 Chiếu sáng thẳng trực tiếp: kĩ thuật này làm bề mặt vật một phần quá sáng thậm chí cháy sáng, còn phần còn lại quá tối do phản xạ ánh sáng

Hình 2.11: Chiếu sáng thẳng (direct lighting)

 Chiếu sáng phảng xạ bằng ánh sáng dạng vòm: ánh sáng được chiếu tới đều

từ nhiều góc khác nhau, khiến cho bề mặt vật thể được chiếu sáng đều và hoàn toàn

Hình 2.12: Chiếu sáng phản xạ (diffuse lighting)

 Chiếu sáng vùng tối: ánh sáng được chiếu ở góc độ thấp so với bề mặt ngang của vật thể, kỹ thuật này làm nổi bật các vùng góc, cạnh của vật thể cũng như phát hiện được sự mấp mô bề mặt của vật thể

Hình 2.13: Chiếu sáng vùng tối (dark-field lighting)

 Chiếu sáng phía dưới: ánh sáng được đặt phía dưới vật thể, khiến cho phần

bề mặt vật không quan sát được, tuy nhiên đường biên của vật thể hiện rõ

do sự tương phản trắng- đen, lý tưởng cho các ứng dụng đo đường biên

Hình 2.14: Chiếu sáng phía dưới (back lighting)

Tùy vào từng mục đích và vật thể mà ta chọn các phương thức chiếu sáng khác nhau Khi được chiếu sáng, vật thể sẽ hấp thụ một phần ánh sáng và phản xạ lại một phần ánh sáng Một số vật thể đặc biệt khi được ánh sáng thích hợp chiếu vào thì còn

có khả năng phát ra ánh sáng với bước sóng lớn hơn

Hình 2.15: Nguyên lý ánh sáng chiếu vào vật thể

 Kĩ thuật chiếu sáng được sử dụng trong đồ án:

Với đối tượng cần nhận dạng trong đồ án là các loại pin hình trụ và 9V:

 Bề mặt thường là kim loại hoặc màng bọc có độ tương phản tương đối cao

 Yêu cầu ảnh bề mặt vật cần hiện rõ

Đối với vật thể như vậy, thường sẽ sử dụng phương pháp chiếu sáng đều để đạt được hiệu quả tốt nhất

Dựa vào yêu cầu của đồ án, em quyết định chọn phương pháp chiếu sáng đều

bằng ánh sáng LED với hộp chiếu sáng dạng đường hầm-vòm (tunnel-dome like)

Hình 2.16: Nguyên lý chiếu sáng

hầm-vòm

Hình 2.17: Hộp chiếu sáng dạng

hầm-vòm thực tế

Ưu điểm của phương pháp này là:

 Tạo ánh sáng đều lên vật thể (đặc biệt là các vật thể hình trụ)

 Làm việc tốt với các vật liệu có độ phản xạ ánh sáng lớn

Hình 2.18: Hình ảnh thực tế thu được bằng phương pháp dome lighting

Nhược điểm của phương pháp:

 Để vật thể được chiếu sáng đều nhất, khoảng cách làm việc giữa camera

và vật thể phải tương đối nhỏ Đối với các vật lớn hơn, cần khoảng cách làm việc lớn hơn, ta cần phải tăng cường độ sáng cũng như kích thước

cả vòm sao cho phù hợp

 Đối với các vật thể có độ phản xạ ánh sáng quá lớn, thì lỗ đặt camera ở trên đỉnh vòm khiến ánh sáng ở lỗ không phản xạ lại và tạo nên một vùng tối màu ở chính giữa vật thể

2.3.5 Hệ thống khí nén

Ở đồ án, sau khi tham khảo máy mẫu OBS500 em quyết định sử dụng cơ cấu thổi khí nén để đẩy sản phẩm khỏi băng tải, do thao tác đơn giản và sản phẩm có trọng lượng nhỏ

- Ưu điểm:

 Thao tác thổi nhanh, không cần tiếp xúc với vật thể

 Van khí nén chỉ mở và đóng dòng khí, do vậy mất ít thời gian hơn việc

sử dụng xy lanh do không tốn thời gian rút xy lanh trở lại vị trí ban đầu

- Nhược điểm:

 Tốn khí nén do khí nén thoát ra không thu hồi lại được

 Độ chính xác của dòng khí phụ thuộc vào vòi thổi và áp suất khí nén

 Do van khí nén chỉ có tác dụng mở và ngắt dòng khí nén nên em chọn loại van 2/2 (2 cửa, 2 vị trí) mã số 2V025-08 của hãng AIRTAG có thông số như sau

Bảng 2.3 Thông số van khí nén 2V025-08:

Hình 2.19: Kích thước van khí nén 2V025-08

Hình 2.20: Ý nghĩa mã số ghi trên van khí nén

Để có thể kiểm soát dòng khí nén phun ra tốt hơn, em sẽ sử dụng vời phun

(spray nozzles) ở đầu ra khí nén, tạo luồng khí nén áp suất cao có vùng thổi xác định

Vùng thổi khí của vòi phun phụ thuộc vào hình dáng và cấu tạo của chính nó Qua thực nghiệm, áp suất của khí nén phải ít nhất 3,5bar để có thể đẩy được pin

Hình 2.21: Các dạng đầu phun với vùng thổi khí khác nhau

Để phân loại pin, ta cần phải phun khí vào chính xác thân pin Cố gắng không

để khí thổi quá chiều dài của pin Vì vậy từ catalog của MISUMI em chọn loại đầu phun có số hiệu ALVA và thông số như ở dưới:

Hình 2.22: Thông số đầu phun ALVA

2.3.6 Hệ thống cấp phôi tự động

 Chọn lựa mô hình cấp phôi:

Trong phạm vi của đồ án, em lựa chọn phễu cấp phôi dạng rung động vì các

lý do sau:

 Cấp phôi thuộc dạng phôi rời từng chiếc cho một máy tự động

 Phễu đơn giản dễ gia công và giá thành để thi công không cao

 Dễ dàng trong việc điều tiết phôi

Hình 2.23: Cấu tạo phễu cấp phôi rung động

1: Phễu 2: Máng xoắn 3: Lò xo lá

4: Phần ứng từ của nam

châm điện 5: Đế nam châm

6: Phần cảm ứng từ của nam châm điện

- Nguyên lý làm việc của phễu rung:

Khi cấp nguồn cho phần cảm từ 6 của nam châm điện, nó sẽ tạo ra dao động kéo phễu đi xuống, nhưng nhờ có lò xo lá nên khi hệ thống dao động cốc phễu vừa chuyển động lên xuống, vừa xoay quanh tâm nó một góc rất nhỏ Phôi đang nằm hỗn độn trong phễu sẽ tản ra xung quanh thành phễu và bắt đầu tiếp cận với đầu mối của cánh xoắn, phôi sẽ chuyển động theo cánh xoắn từ dưới đáy phễu lên trên theo mặt phẳng nghiêng cho tới khi ra khỏi phễu Khi phôi đã ra khỏi phễu thì sẽ theo máng dẫn vào vị trí gia công

- Ưu điểm:

 Năng suất cao

 Phổ biến trên thị trường

 Kết cấu đơn giản

 Dễ điều tiết phôi

- Nhược điểm:

 Rung động

 Gây ồn

- Ứng dụng thực tế:

Cơ cấu cấp phôi rung động có máng xoắn vít được dùng nhiều trong các lĩnh vực khác nhau như gia công cắt gọt, đóng gói dược phẩm, thực phẩm, lắp ráp…Nó được dùng để cấp phôi rời từng chiếc cho các máy riêng biệt hoặc các máy trên đường dây tự động (dây chuyền tự động)

Phễu có chức năng tích trữ, định hướng và vận chuyển phôi đến máng tiếp nhận và nếu một trong các chức năng này không có thì cơ cấu cấp phôi sẽ hoạt động không hiệu quả

Hình 2.24: Cơ cấu cấp phôi rung động dạng phễu có máng xoắn vít

 Tính toán, thiết kế phễu rung:

Bảng 2.4 Các thông số ban đầu thiết kế phễu rung:

Khối lượng của một viên pin 0,04 Kg

Hệ số ma sát giữa chi tiết và phễu rung bằng thép   0,3

Tần số cưỡng bức của phễu fcb  50 Hz

- Chọn vật liệu chế tạo phễu:

Phễu cấp phôi rung động được làm bằng thép cacbon kết cấu (CT3), cánh xoắn

có dạng hình vành khăn có đường kính ngoài gần bằng đường kính trong của phễu

và được hàn vào thành trong của phễu theo đường xoắn ốc

Thành phần hoá học và cơ tính của thép CT3: C (0,14 ÷ 0,22%), Mn (0,4 ÷ 0,65%), Si (0,12 ÷ 0,3%), S ( ≤ 0,055%), P ( ≤ 0,05%)

- Tính năng suất cấp phôi của phễu rung:

Khối lượng của mỗi chi tiết: mct  0,04 Kg Yêu cầu mỗi lần đổ phôi vào phễu

là 100 viên chi tiết

Cơ cấu cấp phôi rung động phải đảm bảo cấp phôi liên tục cho băng tải và đảm bảo năng suất công nghệ (năng suất thực tế) Q của nó phải lớn hơn năng suất p

của băng tải Qmkhoảng 1,3 lần:

1 1,3 1,3.15 20( / )

Trong đó:

 Qm- năng suất công nghệ

 K1 - hệ số tăng năng suất của máy (K1 1,3 1,5  )

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

   - hệ số cấp phôi định hướng (m – số trạng thái được chấp nhận, n – tất cả trạng thái của chi tiết)

Hình 2.25: Các trạng thái của phôi

- Thông số hình học hệ thống phễu rung cấp phôi:

Góc nâng lớn nhất maxcủa máng:

Chọn đường kính của phễu D= 400 (mm)

Chiều dày thành phễu 2 (mm)

Bước xoắn của máng là:

  .tan 400.tan 2 44( )

Trong đó: r - là đường kính lớn nhất của phôi

Cánh xoắn được làm bằng thép CT3 có độ dày là 2 (mm)

Cánh xoắn được gắn lên thành phễu bằng cách hàn hồ quang điện

Dung lượng E của phễu phải có khả năng chứa được số chi tiết đủ cho máy làm việc trong khoảng thời gian là: tmax  20( phút ).

 di  18 - đường kính chi tiết

 L65mm - chiều dài chi tiết

Số lớp có khả năng xếp cùng lúc trong toàn bộ chiều cao dung lượng phễu:

3003,12596

E N z

Chọn N= 3 (lớp)

Chiều cao của phễu:

. c 3.18 50 104( )

Trong đó:

 hc  18 mm - chiều cao của chi tiết khi nằm trên máng rung

  50mm - chiều cao dự phòng của phễu

Đáy phễu được làm bằng thép CT3 và được làm có hình côn ngược 170 để khi đổ phôi vào phễu, phôi sẽ lăn ra thành phễu và sẽ theo cánh xoắn đi lên khi hệ thống dao động

- Xác định chế độ chuyển động của chi tiết:

  1 - hệ số tính đến góc nghiêng của máng

 f 0,3 - hệ số ma sát tĩnh( phôi đứng yên) của phôi thép với máng nhôm

 K y 0,13 - hệ số tính đến sai lệch giữa tốc độ dịch chuyển lý thuyết

và dịch chuyển thực tế của chi tiết

CHƯƠNG III: HỆ THỐNG ĐIỆN, ĐIỀU KHIỂN

3.1 Các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển

3.1.1 Cảm biến

Cảm biến là bộ phận thu nhận thông tin có phôi trên băng tải và báo lại cho

bộ điều khiển Các loại cảm biến thường được sử dụng bao gồm cảm biến màu, cảm biến quang, cảm biến tiệm cận… Chức năng chính của cảm biến là biến đổi các đại lượng không điện (vật lý, hóa học, …) thành các đại lượng điện Ví dụ: áp suất, nhiệt

độ, lưu lượng, độ ẩm, khoảng cách

Hình 3.1: Cảm biến tiệm cận LJ12A3-8-Z/BX

Trong đồ án, em chọn cảm biến tiệm cận (promixity sensor) do yêu cầu phân loại vật thể trên băng tải Vật thể (ở đây là pin) được đưa vào băng tải qua hệ thống cấp phôi tự động, cảm biến nhận biết đối tượng đi qua và sẽ tính toán thời gian để khi pin ở vị trí có camera để tiến hành chụp và xử lý ảnh

Cụ thể ở đây là cảm biến tiệm cận LJ12A3-8-Z/BX (NPN) Đây là loại cảm biến tiệm cận từ có thể phát hiện kim loại bằng cách tạo ra trường điện từ, ít chịu ảnh hưởng của các nhiễu bên ngoài hơn như EMC và – cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng – những cảm biến này rẻ hơn cảm biến điện dung

- Nguyên lý hoạt động:

 Cảm biến từ tiệm cận bao gồm một cuộn dây được cuốn quanh một lõi

từ ở đầu cảm ứng Sóng cao tần đi qua lõi dây này sẽ tạo ra một trường điện từ dao động quanh nó Trường điện từ này được một mạch bên trong kiểm soát

 Khi vật kim loại di chuyển về phía trường này, sẽ tạo ra dòng điện (dòng điện xoáy) trong vật Những dòng điện này gây ra tác động như máy biến thế, do đó năng lượng trong cuộn phát hiện giảm đi và dao động giảm xuống; độ mạnh của từ trường giảm đi

- Thông số kĩ thuật cảm biến LJ12A3-8-Z/BX (NPN):

 Cung cấp điện áp: DC 6-36 V

 Dòng tiêu thụ: 300 mA

 Ngõ ra: NPN cực thu để hở