Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, tự động hóa các quy trình sản xuất là yêu cầu tất yếu nhằm nâng cao năng suất, đảm bảo chất lượng sản phẩm và giảm chi phí nhân công. Ngành công nghiệp dán phủ keo là một trong những lĩnh vực đòi hỏi độ chính xác cao, nơi tính đồng đều và vị trí phân phối keo quyết định trực tiếp đến chất lượng của sản phẩm hoàn thiện. Các thiết bị phun keo tự động giữ vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp mũi nhọn như sản xuất ô tô, linh kiện điện tử, bao bì đóng gói và vật liệu xây dựng.

Tuy nhiên, việc kiểm soát phân phối keo chính xác trên thực tế gặp nhiều trở ngại, đặc biệt khi làm việc với các loại chất kết dính có độ nhớt cao hoặc cần rải keo tại những vị trí có biên dạng hình học phức tạp trên bề mặt chi tiết. Công nghệ điều khiển chính xác 3 trục sử dụng động cơ Servo kết hợp với hệ thống thị giác máy tính (Computer Vision) mở ra giải pháp giải quyết bài toán này nhờ khả năng kiểm soát vị trí, tốc độ phản hồi nhanh, mô-men xoắn ổn định và độ lặp lại cao.

Đề tài "Automatic Glue Dispenser Machine" (Thiết kế máy phun keo tự động) được thực hiện bởi nhóm sinh viên Phạm Thành Đồng và Phạm Hồng Bảo Thư, dưới sự hướng dẫn của ThS. Lê Hoàng Lâm tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (Khoa Đào tạo Quốc tế, Bộ môn Điều khiển Tự động). Đề tài tập trung vào 4 nhiệm vụ nghiên cứu và triển khai cốt lõi:

  1. Thiết kế cấu trúc cơ khí cho hệ thống phun keo tích hợp động cơ Servo trên 3 trục chuyển động X, Y và Z.
  2. Lựa chọn và tích hợp phần cứng gồm động cơ Servo, bộ điều khiển Servo, bộ điều khiển lập trình PLC, hệ thống cảm biến và các bộ phận cơ khí liên quan.
  3. Phát triển phần mềm điều khiển cho hệ thống 3 trục Servo, bao gồm thuật toán điều khiển chuyển động chính xác (nội suy), thuật toán xử lý ảnh nhận dạng vật thể và điều khiển kích hoạt dòng keo.
  4. Xây dựng giao diện người - máy (HMI) phục vụ việc vận hành, giám sát và hiệu chỉnh các thông số hoạt động của hệ thống.

Về phạm vi nghiên cứu:

  • Hệ thống điều khiển trung tâm được giới hạn ứng dụng trên dòng PLC Mitsubishi họ Q.
  • Mô hình thử nghiệm thực hiện phun keo trên các vật thể có cùng độ cao và màu sắc đơn giản (phôi mica hình chữ nhật).
  • Cơ cấu phun sử dụng áp lực khí nén với bộ điều áp keo chuyên dụng, chất kết dính có độ đặc và độ sệt tiêu chuẩn.
  • Thời gian thực hiện đề tài từ tháng 02/2024 đến ngày 30/06/2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đề tài được xây dựng trên sự giao thoa giữa kỹ thuật điều khiển tự động hóa công nghiệp và kỹ thuật xử lý ảnh kỹ thuật số:

  • Hệ thống điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller): Cấu trúc phần cứng PLC họ Q (CPU Q03UDECPU), các module chức năng chuyên dụng gồm module nguồn Q61P, module định vị vị trí QD75MH4, module ngõ ra số QY40P và đế gắn Base unit Q35B.
  • Hệ thống Servo và Encoder: Phân loại và đặc tính của động cơ AC Servo, nguyên lý phản hồi vị trí của Encoder tuyệt đối (Absolute Encoder) và Encoder gia tăng (Incremental Encoder). Động cơ AC Servo kết hợp với bộ điều khiển MR-J3-B giúp kiểm soát chính xác vị trí, tốc độ và mô-men trong vòng điều khiển kín.
  • Mạng truyền thông tốc độ cao SSCNET III (Servo System Controller Network): Chuẩn mạng truyền thông nối tiếp tốc độ cao của Mitsubishi sử dụng cáp quang chống nhiễu chuyên dụng. Mạng có tốc độ truyền 50 Mbps (hoặc 150 Mbps trên SSCNET III/H), cho phép truyền dữ liệu điều khiển vị trí tức thời, khoảng cách kết nối tối đa giữa các trạm đạt 1600 m, đồng thời đồng bộ hóa tọa độ tuyệt đối mà không cần dò lại gốc sau khi mất điện.
  • Thị giác máy tính và Xử lý ảnh (Computer Vision & Image Processing): Ứng dụng thư viện OpenCV trong môi trường Python. Các kỹ thuật và giải thuật xử lý ảnh được ứng dụng gồm:
    • Chuyển đổi không gian màu RGB sang ảnh xám (Grayscale).
    • Phân ngưỡng nhị phân (Binary Thresholding) nhằm tách biệt đối tượng nghiên cứu khỏi vùng phông nền.
    • Giải thuật tìm đường bao biên dạng (Contour Detection).
    • Giải thuật xấp xỉ đa giác Ramer–Douglas–Peucker (RDP) để tối ưu hóa, giảm số đỉnh của đường viền vật thể mà vẫn bảo toàn chính xác hình dạng hình học.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa thiết kế kỹ thuật, chế tạo mô hình thực nghiệm và tích hợp phần mềm:

  • Tính toán, lựa chọn thiết bị điện - điều khiển và thiết kế cơ cấu chấp hành cơ khí (hệ vít me bi THK).
  • Lập trình điều khiển logic và điều khiển chuyển động trên phần mềm GX Works2.
  • Lập trình giao diện vận hành HMI trên phần mềm GT Designer3 và mô phỏng qua SoftGOT2000.
  • Lập trình module xử lý ảnh trên Visual Studio Code (Python, OpenCV) và truyền nhận dữ liệu tọa độ với PLC qua cổng Ethernet.
  • Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập trực tiếp từ các phiên chạy thử nghiệm rải keo trên phôi vật thể thực tế tại phòng thí nghiệm.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống máy phun keo tự động được tích hợp hoàn chỉnh từ 6 khối chức năng chính: khối nguồn, khối xử lý trung tâm, khối điều khiển vị trí, khối động cơ Servo, khối cảm biến và khối camera thu nhận hình ảnh.

Bảng thông số kỹ thuật các thiết bị chính

Tên thiết bị / Module Mã hiệu Nhà sản xuất Thông số kỹ thuật chính
Bộ xử lý trung tâm (CPU) Q03UDECPU Mitsubishi Electric Tích hợp cổng Ethernet, xử lý lệnh logic tốc độ cao, hỗ trợ điều khiển hệ thống đa trục
Module điều khiển vị trí QD75MH4 Mitsubishi Electric Điều khiển 4 trục, giao tiếp mạng cáp quang SSCNET III, hỗ trợ nội suy tuyến tính/cung tròn
Module ngõ ra số QY40P Mitsubishi Electric Module ngõ ra Transistor loại Sink, 16 điểm
Bộ nguồn PLC Q61P Mitsubishi Electric Điện áp ngõ vào 100-240 VAC, ngõ ra 5 VDC 6A
Thanh đế gắn Module Q35B Mitsubishi Electric Đế gắn 5 slot cho CPU và các module mở rộng
Bộ điều khiển Servo (Driver) MR-J3-10B Mitsubishi Electric Công suất 100W, giao tiếp SSCNET III, hồi tiếp Encoder 18-bit
Động cơ Servo HF-KP13 / HG-KR053 / HF-KP053 Mitsubishi Electric Động cơ AC Servo công suất 50W - 100W, tích hợp phanh hoặc không phanh
Bộ nguồn 24VDC S82K-03024 OMRON Công suất 30W, ngõ vào 100-240 VAC, ngõ ra 24 VDC - 1.3A, chống ngắn mạch và quá tải
Bộ bảo vệ mạch (CP) CP32FM/10 Fuji Electric 2 Cực (2P), dòng định mức 10A, điện áp định mức 240VAC / 120VDC, dòng cắt 2500A
Cảm biến tiệm cận APM-D3A1 / FL2-4A6QS Azbil Nguồn cấp 24 VDC, dạng vuông, dùng xác định giới hạn hành trình và gốc Home trục Y
Vít me dẫn động THK KR30H / THK KR20 THK Cơ cấu vít me bi chịu tải cao, bước dẫn hướng chính xác cho các trục X, Y, Z
Bộ cấp keo SP 982 SP Tech Cơ cấu bơm keo sử dụng áp suất khí nén định lượng, điều khiển bằng van điện từ
Thiết bị thu nhận ảnh Digital Webcam Tùy chọn Kết nối USB với máy tính xử lý ảnh, hỗ trợ phân giải chuẩn thu nhận khung hình phôi

Cấu trúc cơ khí và mạch điều khiển

Cấu trúc cơ khí gồm bệ đỡ hợp kim vững chắc, bàn gá phôi phẳng, cụm trục X và Y bố trí vuông góc mang bàn phôi hoặc đầu phun, và trục Z điều khiển chuyển động nâng hạ đầu kim phun keo SP 982. Chuyển động tuyến tính của 3 trục được truyền động chính xác thông qua hệ thống ray dẫn hướng và vít me bi THK KR30H và THK KR20.

Mạch điện điều khiển được bố trí trong tủ điện công nghiệp:

  • Nguồn cấp 220VAC qua Aptomat bảo vệ Fuji Electric CP32FM/10 phân phối cho bộ nguồn OMRON S82K-03024, bộ nguồn PLC Q61P và các Servo Driver MR-J3-10B.
  • Tín hiệu điều khiển giữa CPU Q03UDECPU, module QD75MH4 và 3 bộ Driver MR-J3-10B được truyền hoàn toàn bằng cáp quang chống nhiễu SSCNET III.
  • Cáp mã hóa MR-J3ENCBL5M-A1-L kết nối phản hồi tín hiệu Encoder từ động cơ Servo về Driver.
  • Các cảm biến tiệm cận Azbil đấu nối vào ngõ vào của module định vị để định vị giới hạn hành trình (Upper limit, Lower limit) và vị trí gốc máy (Home position).
  • Tín hiệu kích mở van phun keo được điều khiển thông qua tiếp điểm ngõ ra của module QY40P.

Thuật toán điều khiển và phần mềm

Phần mềm hệ thống được tổ chức thành hai khối chính:

  1. Khối xử lý ảnh (Python/OpenCV trên máy tính): Camera chụp ảnh phôi đặt trên bàn máy; thuật toán thực hiện chuyển đổi sang thang xám, áp dụng ngưỡng phân đoạn Binary Thresholding để tách phôi, tìm contour và dùng thuật toán RDP trích xuất danh sách các điểm đỉnh tọa độ thực tế. Hệ thống sau đó chuyển đổi hệ tọa độ pixel của camera sang hệ tọa độ cơ khí (milimét) của bàn máy và gửi mảng dữ liệu tọa độ này đến PLC Q03UDECPU qua giao thức Ethernet.
  2. Khối điều khiển chuyển động (PLC GX Works2 & HMI GT Designer3): PLC tiếp nhận dữ liệu tọa độ từ máy tính, sau đó tính toán lệnh nội suy tuyến tính 3 trục (3-axis linear interpolation) chuyển đến module QD75MH4 để điều khiển đồng bộ 3 động cơ Servo chạy theo biên dạng hình học yêu cầu, đồng thời phối hợp đóng ngắt van khí nén của súng phun keo SP 982 tại đúng điểm bắt đầu và kết thúc chu trình.

Giao diện HMI (GT Designer3 / SoftGOT2000) được thiết kế gồm: Màn hình giới thiệu (Introduction), Màn hình điều khiển thủ công JOG (cho phép hiệu chỉnh từng trục và cài đặt tốc độ), Màn hình MODE-1, Màn hình MODE-2 và Màn hình MODE-3 phục vụ các chế độ phun tự động theo chương trình định sẵn hoặc theo tọa độ nhận dạng từ xử lý ảnh.


Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu (Chapter 1: Introduction)

Chương 1 thiết lập cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài. Tác giả trình bày tổng quan về nhu cầu tự động hóa trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm soát chính xác lưu lượng và vị trí phủ keo. Chương này xác định rõ mục tiêu chế tạo máy phun keo 3 trục sử dụng Servo, đặt ra 4 nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể, vạch rõ giới hạn phạm vi nghiên cứu (giới hạn trên PLC họ Q, vật thể đồng phẳng chiều cao, điều khiển phun khí nén) và phác thảo cấu trúc toàn bộ đồ án gồm 6 chương.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết (Chapter 2: Theorical Basics)

Chương 2 cung cấp hệ thống kiến thức nền tảng phục vụ cho việc thiết kế:

  • Trình bày kiến trúc phần cứng của PLC, phân tích cấu tạo CPU, khối nhớ, các module I/O số/tương tự, chức năng đồng hồ thời gian thực (RTC) và giao tiếp truyền thông. Phân tích ưu nhược điểm của PLC trong môi trường công nghiệp.
  • So sánh nguyên lý động cơ bước (Stepper motor) và hệ thống động cơ Servo (AC Servo và DC Servo). Phân tích cấu tạo Encoder quang học, so sánh chi tiết tính năng giữa Absolute Encoder và Incremental Encoder qua bảng tổng hợp.
  • Giới thiệu cấu trúc mạng điều khiển chuyển động chuyên dụng SSCNET III của Mitsubishi: tốc độ 50 Mbps/150 Mbps, cơ chế truyền thông khung dữ liệu qua sợi quang, khả năng chống nhiễu điện từ vượt trội và khả năng duy trì tọa độ tuyệt đối.
  • Trình bày tổng quan về thị giác máy tính và xử lý ảnh, đi sâu vào các giải thuật thực thi gồm: chuyển đổi Grayscale, nhị phân hóa Binary, ngưỡng lọc Thresholding, giải thuật Contour và phương pháp rút gọn đỉnh Ramer–Douglas–Peucker (RDP), cùng cấu trúc thư viện OpenCV trong ngôn ngữ Python.

Chương 3: Thiết kế và thi công hệ thống (Chapter 3: System Design and Construction)

Chương 3 chi tiết hóa toàn bộ quá trình tính toán, lựa chọn linh kiện và chế tạo mô hình:

  • Xác định yêu cầu kỹ thuật cho phần cơ khí (khung máy, bệ đỡ, giá treo camera, bàn phun keo, cụm cơ cấu dẫn động vít me bi THK KR30H và THK KR20).
  • Lựa chọn thiết bị điện: Aptomat bảo vệ Fuji Electric CP32FM/10, bộ nguồn xung OMRON S82K-03024 24V-1.3A, cảm biến tiệm cận Azbil APM-D3A1 và FL2-4A6QS.
  • Lựa chọn cấu hình trạm PLC Mitsubishi gồm: CPU Q03UDECPU, module định vị QD75MH4 (kết nối SSCNET III), module ngõ ra QY40P, nguồn Q61P, đế Q35B, các Servo Driver MR-J3-10B cùng các động cơ Servo HF-KP13, HG-KR053, HF-KP053, và cơ cấu bơm keo SP 982.
  • Trình bày sơ đồ đấu nối mạch động lực, mạch điều khiển, bố trí lắp đặt tủ điện, hoàn thiện đấu nối hệ thống dây tín hiệu, cáp quang SSCNET III và lắp ráp cơ khí hoàn chỉnh cho mô hình 3 trục X-Y-Z.

Chương 4: Nguyên lý hoạt động, thuật toán điều khiển và chương trình điều khiển (Chapter 4: Operating Principles, Control Algorithm and Control Program)

Chương 4 tập trung vào phần mềm và giải thuật:

  • Trình bày giải thuật nội suy tuyến tính 3 trục và phương pháp chuyển đổi ma trận tọa độ từ hệ quy chiếu điểm ảnh (pixel) của webcam sang hệ quy chiếu tọa độ thực (mm) của máy.
  • Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển chính của toàn hệ thống, lưu đồ điều khiển chuyển động 3 trục X-Y-Z, và các lưu đồ giải thuật chi tiết cho từng chế độ vận hành: Mode 1, Mode 2, Mode 3.
  • Hướng dẫn các bước thiết lập cấu hình phần cứng, cài đặt tham số Driver, thiết lập kết nối truyền thông Ethernet trong phần mềm GX Works2.
  • Thiết kế các trang giao diện điều khiển HMI bằng GT Designer3 (màn hình JOG, MODE-1, MODE-2, MODE-3, cài đặt vận tốc).
  • Xây dựng chương trình xử lý ảnh trên Visual Studio Code sử dụng Python và OpenCV để nhận diện biên dạng hình học của phôi và truyền dữ liệu điều khiển xuống PLC.

Chương 5: Kết quả thực nghiệm và đánh giá kết quả (Chapter 5: Experimental Results and Evaluation of Results)

Chương 5 trình bày quá trình chạy thử nghiệm mô hình thực tế:

  • Kiểm thử chức năng vận hành trên giao diện điều khiển ở các chế độ: Mode 1, Mode 2 và Mode 3.
  • Quan sát và ghi nhận chất lượng đường keo rải trên các mẫu vật thể thử nghiệm (mẫu tấm mica hình chữ nhật và các trường hợp biên dạng khác).
  • Phân tích sự ăn khớp giữa biên dạng nhận diện từ camera và quỹ đạo chuyển động thực tế của đầu kim phun.
  • Tổng hợp số liệu thống kê kết quả chạy thử nghiệm hệ thống qua bảng dữ liệu đánh giá độ chính xác và mức độ ổn định.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề xuất (Chapter 6: Conclusion and Proposed Development Direction)

Chương 6 tổng kết toàn bộ kết quả của đồ án tốt nghiệp: khẳng định tính đúng đắn của giải pháp kết hợp giữa PLC, mạng SSCNET III và xử lý ảnh; chỉ rõ các ưu điểm đạt được về độ chính xác chuyển động và tính linh hoạt trong nhận diện phôi; đồng thời nêu rõ các hạn chế tồn tại và đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm hoàn thiện hệ thống trong các giai đoạn phát triển tiếp theo.


Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  • Thiết kế, gia công và lắp ráp hoàn thiện mô hình cơ khí 3 trục X-Y-Z sử dụng cơ cấu ray dẫn hướng và vít me bi THK, vận hành êm ái, đạt độ cứng vững cần thiết.
  • Tích hợp thành công hệ thống điều khiển PLC Mitsubishi Q03UDECPU kết nối đồng bộ 3 bộ Servo Driver MR-J3-10B thông qua mạng cáp quang công nghiệp SSCNET III, loại bỏ hoàn toàn hiện tượng nhiễu xung điều khiển.
  • Xây dựng giải thuật xử lý ảnh với OpenCV, nhận diện chính xác đường bao vật thể (phôi mica) và ánh xạ chuẩn xác từ tọa độ camera (pixel) sang tọa độ cơ học (mm).
  • Thực thi thành công thuật toán nội suy 3 trục và điều khiển đóng mở van bơm keo SP 982 đồng bộ theo quỹ đạo di chuyển.
  • Vận hành ổn định các chế độ: điều khiển bằng tay JOG và các chế độ tự động Mode 1, Mode 2, Mode 3 thông qua giao diện HMI mô phỏng SoftGOT2000.

Bảng tổng hợp đánh giá kết quả thử nghiệm theo các chế độ

Chế độ vận hành Phương thức điều khiển Đối tượng thực nghiệm Đánh giá quỹ đạo và đường keo
Chế độ JOG Điều khiển thủ công từng trục qua giao diện HMI Kiểm tra hành trình cơ khí 3 trục X, Y, Z Các trục chuyển động độc lập chính xác, dừng đúng vị trí cảm biến giới hạn
MODE-1 Chạy tự động theo quỹ đạo cố định cài đặt sẵn Phôi mẫu thử nghiệm tiêu chuẩn Đầu phun di chuyển trơn tru, đường keo phủ kín theo đúng tọa độ lập trình
MODE-2 Chạy tự động với các tham số vận tốc và biên dạng tùy biến Phôi mẫu thử nghiệm kích thước khác nhau Hệ thống đáp ứng tốt việc thay đổi thông số, phân phối keo đồng đều
MODE-3 Tích hợp xử lý ảnh nhận diện biên dạng phôi từ Webcam Phôi mica hình chữ nhật và các trường hợp thử nghiệm khác Tọa độ biên dạng được camera tính toán và gửi về PLC chính xác; hệ thống nội suy phun keo chuẩn theo viền ngoài của phôi

Đóng góp của đề tài

  • Cung cấp một mô hình giải pháp hoàn chỉnh về việc tích hợp mạng truyền thông cáp quang tốc độ cao SSCNET III trong việc điều khiển đồng bộ nhiều trục Servo trên nền tảng PLC Mitsubishi Q-Series.
  • Kết hợp thành công kỹ thuật xử lý ảnh mã nguồn mở (Python/OpenCV) với hệ thống điều khiển tự động hóa công nghiệp (PLC), tạo cơ sở ứng dụng cho các dây chuyền phân loại, dán phủ keo và lắp ráp linh hoạt.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế kỹ thuật

  • Đặc tính phôi nhận diện: Hệ thống hiện chỉ xử lý hiệu quả đối với các vật thể có bề mặt đồng phẳng, cùng chiều cao và màu sắc đơn giản để đảm bảo độ tương phản trong quá trình nhị phân hóa ảnh.
  • Cơ chế cấp keo: Việc sử dụng áp lực khí nén gián tiếp thông qua bộ SP 982 khiến lượng keo xuất hiện tại điểm bắt đầu và điểm kết thúc đôi khi chưa đạt độ đồng đều tuyệt đối do quán tính dòng chảy chất lỏng.
  • Độ nhớt chất lỏng: Hệ thống đòi hỏi chất kết dính phải có độ sệt tiêu chuẩn, chưa hỗ trợ khả năng tự động bù dòng chảy khi độ nhớt keo thay đổi theo nhiệt độ môi trường.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Nâng cấp hệ thống thu nhận hình ảnh với camera 3D hoặc tích hợp cảm biến đo khoảng cách để xử lý các vật thể có biên dạng phức tạp với chiều cao thay đổi trên không gian 3 chiều.
  • Ứng dụng các mạng nơ-ron tích chập (CNN) hoặc các mô hình học sâu để nhận diện và định vị đối tượng trong điều kiện ánh sáng thay đổi và nền phức tạp.
  • Cải tiến đầu phun keo từ dạng van khí nén sang cơ cấu trục vít định lượng (Screw Dispenser) điều khiển bằng động cơ bước hoặc Servo mini để kiểm soát chính xác lưu lượng thể tích keo.
  • Mở rộng hệ thống truyền thông kết nối với mạng SCADA nhà máy để quản lý, giám sát và lưu trữ thông số vận hành theo thời gian thực.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo thực tế cho các nhóm đối tượng sau:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử, Robot và Kỹ thuật Cơ khí: Tham khảo cấu trúc thiết kế cơ cấu chuyển động đa trục X-Y-Z sử dụng vít me bi THK; phương pháp đấu nối tủ điện điều khiển công nghiệp; cách thức cấu hình và lập trình module điều khiển vị trí QD75MH4 qua phần mềm GX Works2.
  • Người làm đề tài nghiên cứu liên quan đến mạng SSCNET III: Cung cấp tài liệu chi tiết về cách thức kết nối phần cứng mạng cáp quang, giao tiếp giữa CPU Mitsubishi Q-Series với các bộ điều khiển Servo MR-J3-B, và phương pháp cài đặt tham số Driver.
  • Kỹ sư phát triển ứng dụng thị giác máy kết hợp PLC: Tài liệu tham khảo hữu ích về phương pháp xây dựng thuật toán trích xuất biên dạng vật thể (Contour, RDP) bằng OpenCV/Python, kỹ thuật chuyển đổi tọa độ từ mặt phẳng ảnh sang không gian máy thực tế, và cơ chế truyền thông Socket Ethernet giữa máy tính xử lý ảnh với PLC.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống điều khiển vị trí các trục Servo sử dụng module chuyên dụng và chuẩn truyền thông nào?

Hệ thống sử dụng Module định vị QD75MH4 của Mitsubishi Electric kết hợp với các bộ Servo Driver MR-J3-10B. Việc truyền nhận dữ liệu điều khiển giữa Module QD75MH4 và các Driver được thực hiện hoàn toàn qua mạng cáp quang công nghiệp tốc độ cao SSCNET III (tốc độ 50 Mbps/150 Mbps), giúp loại bỏ nhiễu xung điện từ và quản lý tọa độ tuyệt đối của hệ thống.

2. Thư viện và các thuật toán nào được ứng dụng trong module xử lý ảnh để nhận dạng phôi?

Module xử lý ảnh được lập trình bằng ngôn ngữ Python trên môi trường Visual Studio Code, sử dụng thư viện OpenCV (Open Source Computer Vision). Các thuật toán được triển khai bao gồm: chuyển đổi màu RGB sang ảnh xám (Grayscale), phân ngưỡng nhị phân (Binary Thresholding) để tách nền, giải thuật Contour để tìm đường bao vật thể, và giải thuật Ramer–Douglas–Peucker (RDP) để làm mịn và xấp xỉ giảm số đỉnh đa giác của biên dạng phôi.

3. Hệ thống máy phun keo hỗ trợ những chế độ vận hành nào trên giao diện HMI?

Trên giao diện HMI (thiết kế bằng GT Designer3 và mô phỏng trên SoftGOT2000), hệ thống hỗ trợ các chế độ làm việc:

  • Chế độ JOG: Điều khiển di chuyển thủ công từng trục X, Y, Z và cài đặt tốc độ để thiết lập gốc máy hoặc kiểm tra hành trình.
  • MODE-1 & MODE-2: Chế độ phun keo tự động theo các quỹ đạo và tham số tốc độ định sẵn trong chương trình điều khiển.
  • MODE-3: Chế độ phun keo tự động thông minh, tiếp nhận dữ liệu tọa độ đỉnh biên dạng từ chương trình xử lý ảnh truyền qua cổng Ethernet để nội suy quỹ đạo phun theo đúng hình dạng phôi đặt trên bàn máy.

4. Những giới hạn kỹ thuật chính của mô hình được tác giả công bố là gì?

Các giới hạn nghiên cứu được nêu rõ bao gồm: mô hình chỉ nhận diện và phun keo cho các vật thể có cùng chiều cao (đồng phẳng) và màu sắc đơn giản; cơ cấu phun sử dụng áp lực khí nén (SP 982) nên độ đồng đều đường keo phụ thuộc vào dòng khí; và keo sử dụng phải có độ nhớt phù hợp theo tiêu chuẩn (không quá đặc hoặc quá lỏng).

5. Cấu hình các thiết bị bảo vệ và cấp nguồn trong tủ điện của hệ thống gồm những gì?

Hệ thống sử dụng Aptomat bảo vệ mạch (Circuit Protector) Fuji Electric CP32FM/10 (loại 2 cực, dòng định mức 10A, khả năng cắt 2500A tại 120VDC) để bảo vệ ngắn mạch và quá tải nguồn chính 220VAC. Nguồn cấp điều khiển 24VDC cho hệ thống cảm biến Azbil và mạch điều khiển được cung cấp bởi bộ nguồn xung OMRON S82K-03024 (công suất 30W, ngõ ra 24VDC - 1.3A). Khối PLC được cấp nguồn riêng thông qua module nguồn Mitsubishi Q61P.


Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Automatic Glue Dispenser Machine" đã hoàn thành trọn vẹn mục tiêu thiết kế và chế tạo mô hình máy phun keo tự động 3 trục X-Y-Z trên nền tảng điều khiển PLC Mitsubishi Q-Series và mạng truyền thông cáp quang SSCNET III. Việc tích hợp thành công giải thuật xử lý ảnh OpenCV vào hệ thống điều khiển vị trí nội suy giúp máy có khả năng tự động nhận diện và phủ keo chính xác theo biên dạng thực tế của phôi mẫu. Toàn bộ giải pháp thiết kế cơ khí, sơ đồ tủ điện, thuật toán điều khiển và kết quả thử nghiệm thực tế mang lại giá trị ứng dụng cao cho lĩnh vực tự động hóa công nghiệp và chế tạo máy thông minh.