Chương I. Khái quát về hệ thống máy bắn vít tự động kết hợp xử lý ảnh Giới thiệu chung đề tài, các vấn đề đặt ra, phương pháp nghiên cứu, giới hạn của đề tài. - Chương II. Cơ sở lý thuyết Quy trình hoạt động của hệ thống, các lý thuyết về PLC, kỹ thuật điều khiển và các thiết bị trong hệ thống.
- Chương III. Thiết kế hệ thống Thiết kế phần cơ khí, lựa chọn thiết bị cho hệ thống, thiết kế phần điện và chương trình hoạt động. - Chương IV. Giám sát hệ thống Yêu cầu điều khiển và giám sát hệ thống; giao diện SCADA.
Kết quả và nhận xét Các kết quả thu được và nhận xét - Chương VI. Kết luận Kết luận vấn đề sau khi hoàn thành hệ thống và hướng phát triển của đề tài. 4 CHƯƠNG II.1 Quy trình hoạt động của hệ thống Hệ thống được điều khiển ở 2 chế độ Manual và Auto. Khi SetHome các trục sẽ tiến hành dò cảm biến home được lắp đặt trước và về đúng vị trí đó - Chế độ Manual: Hệ thống có thể điều chỉnh chạy JOG để kiểm tra từng trục riêng biệt và có thể tiến hành thực hiện bắn vít sản phẩm với các tọa độ được lập trình sẵn.
Việc này có thể được căn chỉnh lập trình đối với các sản phẩm cố định khác. - Chế độ Auto: Khi đưa sản phẩm cần thực hiện vào vị trí, camera sẽ tiến hành chụp và phân tính hình ảnh, từ đó đưa ra chính xác các tọa độ vị trí của các lỗ cần bắn. Sau đó các tọa độ sẽ được tính toán và truyền qua PLC để điều khiển các trục động cơ tiến hành quá trình bắn vít lần lượt vào chính xác các lỗ đã phân tính qua xử lý ảnh.2 Tổng quan về máy bắn vít tự động Máy bắn vít tự động là một thiết bị được sử dụng để tự động hoặc bán tự động thực hiện việc bắn vít vào các vị trí đích trên một bề mặt để hoàn thành sản phẩm. Đây là một công cụ quan trọng trong các quy trình lắp ráp và sản xuất công nghiệp, giúp tăng năng suất, độ chính xác và hiệu quả của quá trình lắp ráp.
Máy bắn vít tự động thường bao gồm các thành phần sau: - Cơ chế bắn vít: Cơ chế được sử dụng để giữ vít và đặt vít vào đúng vị trí. Cơ chế bắn vít có thể bao gồm một mũi vít xoay để ổn định và điều chỉnh vít, việc này có thể sử dụng động cơ hoặc một máy bắn vít cầm tay. Cơ chế đẩy vít và cơ chế điều khiển lực để đảm bảo vít được cắm chặt đúng vị trí, có thể sử dụng thanh trượt, vít me hoặc xylanh, … Hình 2. Máy bắn vít cầm tay [5] 5 Hình 3.
Máy bắn vít bằng động cơ servo[2] - Hệ thống cấp vít: Để đảm bảo cung cấp vít liên tục cho qua trình hoạt động. Việc cung cấp nguồn vít là một điều rất quan trọng trong hệ thống, vì vậy thường có một hệ thống cấp vít trong máy. Hệ thống này sẽ tự động cung cấp và cố định vít tại 1 điểm để hỗ trợ cho cơ cấu bắn vít có thể lấy vít dễ dàng. Máy cấp vít tự động [6] + Nguyên lý hoạt động của máy cấp vít tự động: Vít sau khi được đổ với số lượng lớn vào máy.
Máy sẽ tiến hành quay đảo vít và gạt vào đúng rãnh để di chuyển ra vị trí cửa cấp vít. Ở cửa cấp vít sẽ có một module cảm biến quang để xác định vít 6 đã đến đúng vị trí để lấy. Khi một con vít được lấy, máy sẽ tiếp tục đẩy vít ra, luôn đảm bảo có vít tại cửa lấy.[6] - Hệ thống điều khiển: Hệ thống được điều khiển tự động. Được lập trình để điều chỉnh vị trí, lực và tốc độ bắn vít thông qua các cơ cấu, các hệ trục để hệ thống được vận hành linh hoạt.
Đồng thời còn giám sát quá trình để đảm bảo độ chính xác và đúng vị trí. Cơ cấu các bộ phận của một máy bắn vít tự động [7] Máy bắn vít được thiết kế để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy cao trong quá trình hoạt động. Các thông số kỹ thuật như lực xoắn, tốc độ, vị trí, kích thước vít được điều chỉnh và kiểm soát bởi hệ thống điều khiển. Ngày nay, hệ thống này còn được tích hợp các công nghệ tiên tiến.
Máy thường được kết hợp với các công nghệ như hệ thống thị giác máy tính, cảm biến lực, cảm biến áp suất, tự động hóa,… tùy vào mục đích sử dụng. Các công nghệ này giúp nhận biết vị trí và tăng cường độ chính xác của việc bắn vít và đảm bảo quá trình làm việc hiệu quả.[2] Ngoài đảm bảo tính ổn định chính xác của bắn vít, hệ thống cần phải có tính linh hoạt cao. Một số máy có khả năng linh hoạt, phù hợp với nhiều loại vít khác nhau như vít lục giác, vít đầu bằng, đầu tròn,… Hệ thống còn có thể cấu hình lại đề phù 7 hợp với nhiều loại sản phẩm và công việc khác nhau. Điều này giúp tối ưu hóa quá trình lắp ráp và sự dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau mà không cần phải thay đôi cơ khí máy móc.
Các ứng dụng của máy bắn vít tự động rất đa dạng, được áp dụng nhiều trong ngành công nghiệp ô tô, điện tử, máy móc, thiết bị y tế, điện tử gia dụng đến các quy trình, dây chuyền sản xuất, lắp ráp sản phẩm hàng loạt. Việc sử dụng máy bắn vít tự động giúp tăng năng suất, chính xác và đồng nhất trong quá trình lắp ráp, đồng thời giảm tác động của yếu tố con người lên quá trình này.3 Lập trình tự động hóa bằng PLC Mitsubishi Tự động hóa là quá trình sử dụng các công nghệ và hệ thống để thực hiện các hoạt động mà trước đây thường được thực hiện bằng tay. Trong trường hợp máy bắn vít tự động, mục tiêu là thay thế công việc thủ công của con người bằng các hệ thống tự động hoá để tăng năng suất, độ chính xác và hiệu quả của quy trình sản xuất sản phẩm. PLC (Programmable Logic Controller) là một hệ thống điều khiển tự động được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp để điều khiển và giám sát các quy trình và thiết bị.
PLC cung cấp một nền tảng mạnh mẽ để thực hiện kiểm soát và giám sát các quy trình công nghiệp, và có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như tự động, sản xuất, điện lực, và xử lý nước, …. Ngày nay có nhiều hãng PLC khác nhau như Siemens, Mitsubishi, Omron, Rockwell, Fuji, Panasonic, …. Tuy nhiên, PLC vẫn có một cấu trúc chung gồm có: bộ xử lý (CPU), các mạch điện tử, các ngõ vào (Input), ngõ ra (Output) và giao diện người dùng. CPU thực hiện các chương trình điều khiển thông qua các tín hiệu ngõ vào (cảm biến, thiết bị đo đạc, cung cấp thông tin trạng thái hệ thống, …), từ đó tín hiệu được gửi từ PLC đến các ngõ ra để điều khiển thiết bị (động cơ, đèn, van, …).
Chương trình điều khiển PLC bao gồm các khối lệnh như lệnh điều khiển, lệnh logic, lệnh tính toán, giao tiếp với các thiết bị khác, … Việc sử dụng PLC Mitsubishi dòng Q để điều khiển hệ thống máy bắn vít tự động kết hợp xử lý ảnh mang lại nhiều ưu điểm hiệu quả cao: [8] - PLC Mitsubishi dòng Q được thiết kế và chế tạo theo tiêu chuẩn cao, đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy trong quá trình hoạt động. Đây là một yếu tố quan trọng 8 trong các ứng dụng tự động hóa nơi sự trễ chậm hoặc sự cố có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng. - PLC Mitsubishi dòng Q có khả năng xử lý và phản hồi nhanh, giúp tăng hiệu suất và đáp ứng nhanh chóng với các yêu cầu điều khiển phức tạp. Nó hỗ trợ các tính năng nâng cao như xử lý song song, xử lý đa nhiệm và khả năng mở rộng để đáp ứng các ứng dụng phức tạp.
- Khả năng mở rộng: PLC Mitsubishi dòng Q dễ dàng mở rộng và tích hợp với các thiết bị module khác. Hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông như Etherner, Modbus, Profibus, CC-Link để kết nối với các thiết bị ngoại vi. - Phần mềm lập trình dễ sử dụng, giao diện trực quan giúp người lập trình thao tác, mô phỏng và kiểm tra chương trình nhanh chóng. Có thể điều khiển nội suy động cơ Servo một cách dễ dàng.4 Tổng quan về xử lý ảnh 2.1 Khái niệm về xử lý ảnh [9] Xử lý ảnh là quá trình xử lý và hiệu chỉnh hình ảnh số để cải thiện chất lượng, trích xuất thông tin hoặc trích xuất các đặc trưng từ hình ảnh.
Nó là một lĩnh vực quan trọng trong khoa học máy tính và có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như y học, an ninh, tự động hóa và truyền thông. Trong đề tài này, xử lý ảnh được sử dụng để phân tích, nhận dạng, xác định tọa độ vị trí của các lỗ cần bắn vít. Quá trình xử lý ảnh thường bao gồm cá bước sau: Hình 6. Các giai đoạn chính trong xử lý ảnh [9] - Thu thập ảnh: Ảnh đầu vào sẽ được thu qua các thiết bị như camera, sensor, máy scanner,… và sau đó các tín hiệu này sẽ được số hóa.
Việc lựa chọn thiết bị thu nhận ảnh sẽ phụ thuộc vào đặc tính của đối tượng cần xử lý. Các thông số cần quan tâm như là độ phân giải, chất lượng màu, tốc độ thu nhận ảnh của thiết bị,. - Tiền xử lý: Chuẩn bị dữ liệu trước khi xử lý chính, bao gồm các việc như điều chỉnh độ sáng, cân bằng màu sắc, loại bỏ nhiễu, làm mịn hình ảnh, xử lý độ phân giải,… 9 - Phân đoạn: Chia hình ảnh thành các vùng khác nhau dựa trên thuộc tính như màu sắc, cường độ, hoặc hình dạng, đặc trưng khác. Việc này giúp xác định ranh giới và trích xuất các đối tượng trong hình ảnh.
- Tách các đặc tính: Trích xuất các đặc trưng chú ý từ hình ảnh. Trích xuất cạnh, đặc trưng hình học, màu sắc và các đặc trung khác tùy vào mục đích cụ thể. - Phân loại và nhận dạng: Phân loại các đối tượng hoặc nhận dạng từ các đặc trưng đã được trích xuất. - Giao diện và hiển thị: Kết quả xử lý ảnh được hiển thị thông qua giao diện người dùng được thiết kế, lập trình tích hợp vào các hệ thống như hệ thống theo dõi, hệ thống điều khiển hoặc hệ thống nhúng, … 2.2 Các khái niệm, yếu tố, thông số ảnh hưởng đến xử lý ảnh [9] Điểm ảnh: Trong ảnh kỹ thuật số, mỗi điểm ảnh là đơn vị cơ bản nhỏ nhất của ảnh.