CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về laser 1. Giới thiệu laser [2] Laser được viết tắt từ cụm từ “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” được hiểu là sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ kích thích. Laser là một nguồn ánh sáng nhân tạo.
Nhờ vào sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ phát ra trong điều kiện kích hoạt cao độ các phần tử của môi trường vật chất mà ta thu được laser. Nguyên tắc phát tia laser [2] Dưới tác động của hiệu điện thế lớn, các electron của môi trường hoạt chất di chuyển từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao tạo nên trạng thái nghịch đảo mật độ của electron. Giai đoạn đầu: Ở mức năng lượng cao, một số electron sẽ rơi ngẫu nhiên xuống mức năng lượng thấp, giải phóng ánh sáng gọi là hạt photon. Giai đoạn thứ hai: Các hạt photon này sẽ toả ra nhiều hướng khác nhau từ một nguyên tử, va phải các nguyên tử khác, kích thích eletron ở các nguyên tử này rơi xuống tiếp, sinh thêm các photon cùng tần số, cùng pha và cùng hướng bay, tạo nên một phản ứng dây chuyền khuếch đại dòng ánh sáng.
Giai đoạn thứ ba: Các hạt photon bị phản xạ qua lại nhiều lần trong vật liệu, nhờ các gương để tăng hiệu suất khuếch đại ánh sáng. Giai đoạn cuối cùng: Một số photon thoát ra ngoài nhờ có gương bán mạ tại một đầu của vật liệu. Tia sáng đi ra chính là tia laser. Các loại laser 4 Có khá nhiều loại laser khác nhau và chúng thường được phân biệt với nhau dựa và nguồn phát, một số loại laser phổ biến như: Laser khí: Loại laser trong đó dòng điện được phóng qua trong một môi trường chất khí được sử dụng làm môi trường hoạt chất thì được gọi là laser khí.
Đây là loại laser được ứng dụng trong trường hợp đòi hỏi ánh sáng laser có độ kết dính và chùm sáng cao. Laser bán dẫn: Còn gọi là laser diot và đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống như: đọc đĩa Compact, máy in laser, làm bút chỉ bảng, máy chống trộm. Laser rắn: Hiện nay có khoảng 200 chất rắn có thể làm môi trường hoạt chất laser, ví dụ như: vật liệu thủy tinh, thủy tinh thể… Loại laser có ứng dụng cao phổ biến hiện nay và được tìm ra đầu tiên là laser ruby. Laser lỏng: Chất lỏng mà được sử dụng làm môi trường hoạt chất được gọi là laser lỏng.
Laser bước nhuộm là ví dụ cơ bản cho loại laser này, chúng sử dụng thuốc nhuộm hữu cơ để làm môi trường hoạt chất. Giới thiệu cơ bản về phần mềm điều khiển laser EzCad2 Hình 1.2: Phần mềm EzCad2 EzCad2 là phần mềm điều khiển laser phổ biến hiện nay. Phần mềm chuyên để sử dụng cho các máy khắc, máy cắt: laser Fiber, laser CO2, laser UV, laser Mopa… Phần mềm hỗ trợ rất nhiều phiên bản cho hệ điều hành Windows, từ Windows XP cho tới Windows 10. Để sử dụng được phần mềm này với máy Laser thật cần có “USB dongle”, nó là chìa khóa kích hoạt bản quyền cho phần mềm EzCad, nếu không có USB dongle thì chương trình chỉ cho phép dùng thử điều này đồng nghĩa với việc không thể điều khiển được máy laser.3: USB dongle Phần mềm có giao diện thân thiện với người dùng, dễ sử dụng với các chức năng chính như: Hỗ trợ đọc dữ liệu text qua cổng serial Hỗ trợ đọ dữ liệu text qua cổng mạng Hỗ trợ nhiều font chữ, các mã QRCode, mã vạch một chiều Hỗ chợ tự động nhảy text khi khắc Tính năng Hatch mạnh mẽ Tính năng focus hệ động Hỗ trợ các file dạng vector như ai, dxf, plt… Hỗ trợ định dạng ảnh như png, bmp, tif… Xử lý ảnh (chuyển đổi grayscale, đen/trắng, thay đổi độ tương phản…) Có thể tiến hành chỉnh các thông số để tìm được các thông số phù hợp cho từng vật liệu và mục đích sử dụng cụ thể.
Một vài thông số hay sử dụng như: Loop Count: số vòng lặp của việc khắc laser Speed (MM/Second): tốc độ quét tia laser Power (%): công suất laser Frequency (KHz): tần số phát laser Start TC (US): cài đặt giá trị độ trễ phát laser Laser off TC: thời gian trễ để tia laser tắt hoàn toàn 6 Hình 1.4: Bảng chỉnh thông số cắt laser 1. Cách kết nối giữa vi điều khiển và máy laser Để hệ thống và máy laser hoạt động được cần phải kết nối giữa chúng. Ở đây hệ thống cần xuất tín hiệu cho laser hoạt động và tương tự laser phải xuất tín hiệu đã khắc xong cho hệ thống để hệ thống đưa ra lệnh điều khiển tương ứng. Như vậy cần phải tạo kết nối giữa Arduino Mega 2560 và mạch điều khiển của laser.
Thông qua tìm hiểu và tự đo đạc thì tín hiệu điều khiển cho laser và tín hiệu trả về của laser đều là tín hiệu TTL, nó tương thích với tín hiệu của Arduino Mega 2560.5: Mạch điều khiển máy laser Ở Con4 của mạch điều khiển laser, ta có tín hiệu trả về laser đã khắc xong được xuất ra ở chân số 9, ta cần nối chân này với một chân trong Arduino Mega 2560 và khai báo đó là chân input. Khi laser khắc xong, mạch điều khiển sẽ xuất tín hiệu 5V cho chân số 9, lúc này Arduino Mega 2560 bắt được tín hiệu điện áp thay đổi từ 0V lên 5V và gửi tín hiệu điều khiển tương ứng. Vì tín hiệu khắc cho laser dùng là tín hiệu chập nên ta 7 cần chập cân số 1 với đất ở mạch điều khiển, vì vậy cần dùng relay để chập chân số 9 và GND mỗi khi có tín hiệu từ vi điều khiển. Lưu ý cần nối chung đất giữa mạch điều khiển laser và Arduino Mega 2560 để kết nối giữa chúng.6: Cổng Con4 của mạch điều khiển 1.
Tổng quan về hệ thống cấp phôi tự động 1. Hiệu quả đem lại của hệ thống cấp phôi tự động Hệ thống cấp phôi tự động đã và đang được ứng dụng rộng rãi, và cung cấp giải pháp cấp phôi tối ưu cho nhiều loại máy móc trong nhiều lĩnh vực từ cơ khí chế tạo, nông nghiệp, thực phẩm,… Ngày càng có nhiều những hệ thống cấp phôi hiện đại được tích hợp vào dây chuyền sản xuất nhằm mục đích cấp sản phẩm, thiết bị, linh kiện cho dây chuyền lắp ráp, đóng gói và chế tạo. Việc cung cấp hệ thống cấp phôi tự động giúp cho dây chuyền sản xuất tự động hóa được nâng cao, hoàn thiện và linh động hơn, cùng với đó nhờ những hệ thống cấp phôi tự động này mà chi phí sản xuất giảm, điều đó đồng nghĩa với giá sản phẩm rẻ hơn và có lợi cho người tiêu dùng. Ngoài ra hệ thống cấp phôi còn giúp tối ưu thời gian sản xuất, giảm sức lao động của con người và còn cung cấp số lượng sản phẩm ổn định giúp doanh nghiệp chủ động trong sản xuất và kinh doanh.
Một số hệ thống cấp phôi tự động Hệ thống cấp phôi tự động được sử dụng để cấp phôi cho nhều dạng phôi khác nhau, mỗi dạng phôi lại có đặc tính, kích cỡ, hình dạng riêng biệt. Bởi vậy tùy theo yêu cầu của người sử dụng mà sẽ nghiên cứu, thiết kế, đo đạc các thông số và điều chỉnh hệ thống sao cho phù hợp nhất với phôi được cấp liệu được sử dụng. Dựa vào hình dạng phôi, có thể chia các hệ thống cấp phôi thành ba dạng chính đó là: Hệ thống cấp phôi dạng cuộn sử dụng cho: vải, lá thép, cuộn da,… Hệ thống cấp phôi dạng thanh sử dụng cho các thanh phôi có hình dạng, đường kính, kích thước khác nhau như: tròn, vuông, tam giác,… 8 Hệ thống cấp phôi rời từng chiếc sử dụng cho các chi tiết tải trọng lớn, chi tiết nhỏ hình dáng đơn giản như: ốc vít, nắp chai, linh kiện điện tử,… 1. Lựa chọn hệ thống cấp phôi cho máy laser Hiện nay, ngành gia công may mặc ở nước ta phát triển mạnh mẽ, ngày càng đóng vai trò quan trọng trong tăng trưởng của nền kinh tế nên việc tăng tỉ trọng máy móc trong nhóm ngành này đang diễn ra rất nhanh, vì vậy xuất hiện rất nhiều máy móc hỗ trợ cấp phôi cho vải nói chung hay các phôi dạng cuộn nói riêng xuất hiện.
Nhìn chung đa phần các máy móc, hệ thống này có xuất sứ từ nước ngoài như: Nhật Bản, Đức, Hàn Quốc, Trung Quốc,… thường rất ít có những hệ thống xuất sứ từ chính nước ta. Là một sinh viên, công dân Việt Nam, tôi muốn thấy các hệ thống cấp phôi xuất sứ từ chính nước nhà có mặt nhiều hơn và dần thay thế các hệ thống cấp phôi của nước ngoài, điều này góp phần thể hiện trí tuệ, sáng tạo của người Việt Nam. Chính vì vậy tôi muốn nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống cấp phôi dạng cuộn cho các máy công nghiệp, cụ thể ở đây là máy cắt laser công nghiệp. Hệ thống cấp phôi dạng cuộn Hệ thống cấp phôi dạng cuộn dùng cho các vật liệu như cuộn vải, cuộn da, cuộn thép,… Do đặc điểm của phôi dạng cuộn nên cơ cấu nhả phôi của hệ thống thường được chế tạo bằng các lô cuốn quay tròn, cơ cấu này có thể sử dụng một, hai hoặc thậm trí một hệ lô cuốn.7: Cơ cấu nhả phôi dạng cuộn sử dụng một lô cuốn Lô cuốn được gắn với động cơ, gọi là lô cuốn chủ động.
Khi động cơ quay thì lô cuốn cũng quay cùng, lúc này tùy vào cách bố trí cơ cấu mà cuộn phôi sẽ quay theo và phôi được nhả ra. Sau khi được nhả ra, phôi được đưa đến vùng làm việc của máy laser để gia công và tạo ra thành phẩm. 9 Ưu điểm của hệ thống cấp phôi dạng cuộn là có thể làm việc với nhiều kích thước phôi, tải trọng khác nhau, thiết kế và cơ chế hoạt động không phức tạp, tiếng ồn nhỏ, phôi của hệ thống dễ dàng vận chuyển.8: Cơ cấu nhả phôi dạng cuộn sử dụng hai lô cuốn Với thiết kế cơ cấu nhả cuộn hình 1.7, cơ cấu sự dụng một lô cuốn được gắn cùng với động cơ, khi động cơ và lô cuốn quay, phôi được nhả ra theo chiều quay của lô cuốn. Nhìn chung cơ cấu này khá phức tạp vì cần điều chỉnh vị trí các con trí để có thể giữ chắc phôi, thêm nữa với những phôi nặng, trọng lượng lớn thì hoàn toàn có thể xảy ra vấn đề với phần lô cuốn, ngoài ra việc bảo trì, sữa chữa hệ thống cũng khó khăn vì cơ cấu phức tạp.
Thiết kế nhả cuộn hình 1.