Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Sự gia tăng quy mô của thương mại điện tử, mạng internet và thiết bị di động thúc đẩy ngành dịch vụ chuyển phát nhanh, logistics phát triển mạnh mẽ. Đi kèm với đó là lượng hàng hóa đóng gói dạng thùng carton cần tiếp nhận, phân loại và luân chuyển hàng ngày ngày càng lớn. Tuy nhiên, tại nhiều cơ sở trung chuyển và đóng gói, công đoạn phân loại và đo lường kích thước, cân nặng của kiện hàng vẫn được tiến hành bằng phương pháp thủ công dựa vào sức người. Việc đo đạc lặp đi lặp lại không chỉ tiêu tốn nhiều thời gian, nhân lực mà còn tiềm ẩn nguy cơ sai số lớn do sự mệt mỏi của người lao động, gây ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ giao nhận cũng như uy tín của nhà cung ứng dịch vụ. Tự động hóa khâu đo lường và phân loại là một nhu cầu kỹ thuật cấp thiết nhằm tối ưu hóa chuỗi cung ứng.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể qua các điểm sau:
- Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh mô hình hệ thống băng tải cân và đo 3 chiều sử dụng cảm biến hồng ngoại kết hợp cảm biến lực loadcell.
- Thực hiện đo đạc tự động cân nặng và kích thước 3 chiều (chiều dài, chiều rộng, chiều cao) của thùng carton khi di chuyển trên hệ thống.
- Tự động phân loại thùng carton theo tiêu chí khối lượng định sẵn.
- Đảm bảo hệ thống vận hành ổn định với sai số đo kích thước và khối lượng nhỏ nhất có thể (dưới ngưỡng 5%).
- Đảm bảo cấu trúc vận hành thuận tiện, an toàn cho người thao tác và tối ưu hóa chi phí chế tạo.
Nhiệm vụ nghiên cứu bao gồm:
- Khảo sát nguyên lý hoạt động của các hệ thống băng tải cân đo tự động trong nước và quốc tế để đúc kết kinh nghiệm, phân tích ưu khuyết điểm của các mô hình đã có.
- Tính toán lý thuyết động học, động lực học băng tải; lựa chọn kết cấu cơ khí, công suất động cơ và phương pháp đo lường phù hợp với trình độ công nghệ sinh viên.
- Thiết kế mô hình 3D trên phần mềm chuyên dụng, gia công chế tạo các cụm chi tiết cơ khí và xây dựng hệ thống mạch điều khiển, xử lý tín hiệu.
- Lắp ráp, lập trình điều khiển, tiến hành thử nghiệm thực tế và khắc phục các lỗi kỹ thuật phát sinh trong quá trình vận hành.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Quy trình công nghệ cân động, kỹ thuật đo khoảng cách bằng quang học, cơ cấu phân loại kiện hàng cơ học, cấu trúc khung cơ khí, mạch giao tiếp cảm biến và bộ điều khiển trung tâm.
- Phạm vi giới hạn kỹ thuật:
- Kiểu sản phẩm đo lường: Kiện hàng hình hộp chữ nhật (thùng carton).
- Kích thước thùng carton đo lường giới hạn: Lớn nhất là 20 × 20 × 20 cm; nhỏ nhất là 8 × 8 × 8 cm.
- Khối lượng thùng carton tối đa: 10 kg.
- Sai số kỹ thuật mục tiêu: Dưới 5%.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Đề tài áp dụng lý thuyết cơ sở về nguyên lý truyền động cơ khí, công nghệ cân định lượng điện tử (checkweigher) và kỹ thuật cảm biến công nghiệp để xây dựng hệ thống.
Về mặt truyền động, đề tài phân tích và so sánh các giải pháp băng tải công nghiệp nhằm chọn lựa kết cấu thích hợp cho từng công đoạn:
| Loại băng tải |
Ưu điểm chính |
Nhược điểm kỹ thuật |
| Băng tải ngang (Belt Conveyor) |
Cấu tạo đơn giản, vận hành êm, năng suất cao, tổn hao năng lượng thấp, vận chuyển vật liệu ổn định trên quãng đường thẳng. |
Không uốn cong linh hoạt được, chiều dài và góc dốc bị giới hạn theo ma sát mặt băng. |
| Băng tải con lăn (Roller Conveyor) |
Chịu lực tốt, hệ số ma sát lăn thấp, phù hợp với kiện hàng đáy cứng phẳng, dễ tích hợp các cơ cấu phân loại đẩy ngang. |
Nhiều con lăn đòi hỏi bảo trì thường xuyên, chi phí gia công và vận hành cao hơn băng chuyền dây. |
| Băng tải xích (Chain Conveyor) |
Chịu tải trọng lớn, di chuyển được theo tuyến thẳng hoặc cong, bền bỉ trong môi trường công nghiệp nặng. |
Phát sinh tiếng ồn lớn khi làm việc, xích nhanh mòn nếu thiếu bôi trơn định kỳ. |
| Băng tải đứng / Băng tải xoắn ốc |
Tiết kiệm diện tích mặt sàn, luân chuyển vật liệu theo phương thẳng đứng hoặc theo chiều cao liên tục. |
Kết cấu cơ khí phức tạp, chi phí chế tạo cao, nguy cơ rơi đổ kiện hàng nếu vận hành sai tốc độ. |
Về tính toán động cơ truyền động cho băng chuyền dây đai, công suất yêu cầu ($P_{\text{đc}}$) được xác định thông qua các lực cản chuyển động:
- Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu: $F_1 = m \cdot g \cdot k_1$ (với tải trọng tối đa $m = 10\text{ kg}$, gia tốc trọng trường $g = 9{,}81\text{ m/s}^2$, hệ số dịch chuyển $k_1 = 0{,}9$), tính ra $F_1 = 88{,}29\text{ N}$.
- Vận tốc tuyến tính của băng tải lựa chọn: $v = 0{,}14\text{ m/s}$. Công suất dịch chuyển vật liệu: $P_1 = F_1 \cdot v = 88{,}29 \cdot 0{,}14 = 12{,}36\text{ W}$.
- Lực cản ma sát khi chạy không tải: $F_2 = 2 \cdot m_b \cdot g \cdot k_2 \cdot \cos\beta$ (với khối lượng băng $m_b = 0{,}25\text{ kg}$, hệ số cản ma sát $k_2 = 0{,}005$, góc dốc $\beta = 0^\circ$), dẫn đến công suất ma sát không tải $P_2 = F_2 \cdot v \approx 0{,}004\text{ W}$.
- Công suất tĩnh tổng: $P = P_1 + P_2 \approx 12{,}364\text{ W}$.
- Áp dụng hệ số an toàn $k_3 = 1{,}2$ và hiệu suất truyền động $\eta = 0{,}94$, công suất động cơ yêu cầu là: $P_{\text{đc}} = k_3 \cdot P / \eta = 1{,}2 \cdot 12{,}364 / 0{,}94 = 15{,}78\text{ W}$. Do đó, hệ thống chọn động cơ có công suất danh định từ 16 W trở lên.
Về phương pháp đo lường và cảm biến:
- Đo khối lượng: Sử dụng 4 cảm biến tải biến dạng dạng thanh (loadcell thanh) tải trọng 20 kg. Cấu tạo loadcell gồm 4 điện trở strain gauge đấu theo mạch cầu cân bằng Wheatstone. Khi biến dạng dưới tải, cầu mất cân bằng và phát ra điện áp vi sai tỷ lệ (danh định 2 mV/V). Tín hiệu từ 4 loadcell được cân bằng thông qua hộp nối (Junction box) với 4 biến trở tinh chỉnh độ nhạy, sau đó đi qua bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC) độ phân giải 24-bit để đưa về bộ điều khiển.
- Đo kích thước 3 chiều: Sử dụng cảm biến quang hồng ngoại Sharp GP2Y0A41SK0F (khoảng cách làm việc 4 – 30 cm, ngõ ra tương tự, góc mở quang học $25^\circ$). Tín hiệu khoảng cách được khử nhiễu bằng cặp tụ lọc 10 µF và 0,1 µF mắc song song giữa Vcc và GND.
- Thuật toán xác định kích thước: Sử dụng kết hợp dữ liệu khoảng cách quang học và vận tốc chuyển động được kiểm soát bởi encoder. Khi thùng carton đi qua cụm cảm biến, hệ thống bắt 3 mốc dữ liệu: điểm tiếp cận đầu tiên (first point), điểm khoảng cách ngắn nhất vuông góc (min point), và điểm rời khỏi chùm tia (last point). Cạnh $a$ được tính bằng chênh lệch khoảng cách quang học; cạnh $b$ được tính bằng thời gian di chuyển giữa các điểm nhân với vận tốc băng tải ($v$). Áp dụng định lý Pytago ($c = \sqrt{a^2 + b^2}$), hệ thống tính toán ra các kích thước dài, rộng và cao của hộp carton.
Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật
Hệ thống được thiết kế theo dây chuyền liên hoàn gồm 3 cụm băng tải chức năng độc lập ghép nối tiếp nhau: băng tải tiếp nhận - ổn định sản phẩm, băng tải cân đo kết hợp, và băng tải phân loại bằng con lăn.
[Băng tải 1: Ổn định] ---> [Băng tải 2: Cân & Đo (Checkweigher)] ---> [Băng tải 3: Phân loại con lăn]
(Dây đai PVC phẳng) (4 Loadcell 20kg + Cảm biến Sharp) (Cơ cấu gạt Pusher khí nén)
Thông số thiết kế chi tiết của các cụm hệ thống được tóm lược trong bảng sau:
| Bộ phận / Cụm kết cấu |
Quy cách kỹ thuật và công nghệ chế tạo |
Chức năng hoạt động |
| Khung chân đế |
Thanh nhôm định hình kích thước tiết diện 30 × 30 mm, liên kết bằng ke góc và bu lông M6. |
Tạo kết cấu khung giá đỡ chịu lực, chống rung, dễ dàng căn chỉnh độ cao và vị trí. |
| Mặt băng tải phẳng |
Dây băng tải PVC màu trắng, chiều dày 2 mm, chu vi vòng băng 1155 mm; ghép nối bằng phương pháp lưu hóa (dán nóng). |
Chịu mài mòn, hệ số dãn dài thấp, bề mặt sạch, thích ứng tốt với vận tốc chuyển động. |
| Cụm rulo dẫn truyền |
Rulo dẫn động tiện vuốt thon nhỏ dần về hai đầu; rulo bị dẫn tiện hai vành gờ cao ở mép ngoài. |
Tự căn tâm dây băng, chống hiện tượng băng chuyền chạy lệch tâm hoặc leo ra khỏi rulo. |
| Cơ cấu tăng đơ |
Tăng đơ rulo và tăng đơ động cơ gia công bằng phương pháp tiện kết hợp hàn nối. |
Cho phép dịch chuyển vị trí để hiệu chỉnh lực căng dây đai răng và độ căng mặt băng PVC. |
| Bộ truyền động |
Cặp pulley răng kết hợp dây đai răng XL90; tỉ số truyền 1:2 (pulley dẫn 10 răng, pulley bị dẫn 20 răng). |
Truyền lực không trượt, vận hành êm ái, không gây rung ồn ảnh hưởng tới cảm biến cân. |
| Hộp che quang học |
Thép tấm gò thủ công, sơn phủ chống gỉ, bên trong gắn mặt nạ thu hẹp góc mở quang học từ $25^\circ$. |
Loại bỏ ảnh hưởng của ánh sáng môi trường gây sai số cho cảm biến hồng ngoại Sharp. |
| Cụm cân (Checkweigher) |
4 cảm biến loadcell thanh 20 kg gắn tại 4 góc chân đỡ cụm băng tải cân; bản mã gá cắt gió và khoan đứng. |
Đỡ toàn bộ khối lượng cụm băng tải số 2 để cân động tải trọng thùng carton khi lướt qua. |
| Cụm phân loại (Pusher) |
Băng tải con lăn thép tự do kết hợp xi lanh khí nén, con trượt cơ khí, thanh trượt dẫn hướng và tay gạt. |
Cơ cấu Pusher Type đẩy kiện hàng sang hướng vuông góc vào ô phân loại khi có lệnh điều khiển. |
| Thiết bị điều khiển phụ trợ |
Encoder đo tốc độ quay rulo, module 2 relay kích High/Low (5 VDC), công tắc hành trình vị trí tay gạt. |
Giám sát vận tốc băng tải, đóng cắt nguồn van điện khí nén và phản hồi vị trí piston. |
Quy trình vận hành logic của hệ thống:
- Thùng carton được cấp vào cụm băng tải số 1 nhằm ổn định hướng di chuyển và giữ khoảng cách đều nhau trước khi vào vùng đo.
- Thùng hàng tiến vào băng tải số 2. Cảm biến hồng ngoại thu nhận khoảng cách; thuật toán Pytago phối hợp vận tốc từ encoder tính toán kích thước 3 chiều. Đồng thời, 4 loadcell thanh đo áp lực động, gửi tín hiệu qua ADC 24-bit để bộ điều khiển xác định khối lượng.
- Thùng hàng tiếp tục chuyển sang băng tải con lăn số 3. Căn cứ vào giá trị cân nặng đã tính toán đối chiếu với ngưỡng phân loại cài đặt, bộ điều khiển kích hoạt module relay đóng mở van khí nén, đẩy piston của cơ cấu Pusher đưa thùng carton vào đúng vị trí quy định.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1. Giới thiệu về băng tải cân đo
Chương này tổng quan về nhu cầu phân loại kiện hàng trong các ngành bưu chính, logistics và sản xuất công nghiệp. Tác giả phân tích các dòng thiết bị cân băng tải tiên tiến trên thế giới như mẫu XC của Mettler Toledo (cân sản phẩm đến 6 kg, sai số ±0,5 g, công suất 200 ppm) và hệ thống CM3770 (cân đến 10 kg, sai số 0,1 g, lưu trữ kích thước 200 sản phẩm), cũng như các hệ thống của hãng Ishida. Từ thực trạng tại Việt Nam chủ yếu ứng dụng cân băng định lượng trong ngành khoáng sản, xi măng và các hệ thống quét laser nhập khẩu có giá thành quá cao, đề tài khẳng định tính cấp thiết của việc tự chế tạo mô hình băng tải cân đo 3 chiều với chi phí nội địa thấp.
Chương 2. Cơ sở lý thuyết
Nội dung chương tập trung vào hệ thống hóa lý thuyết về:
- Phân loại các dòng băng tải công nghiệp: băng tải ngang, băng tải đứng, băng tải xoắn ốc, băng tải xích, băng tải con lăn và băng tải cao su.
- Động cơ và phương pháp tính chọn công suất kéo: phân tích lực kéo $F_1 = 88{,}29\text{ N}$, lực cản không tải $F_2 = 0{,}03\text{ N}$, tính ra công suất truyền động yêu cầu đạt 15,78 W (chọn động cơ từ 16 W trở lên).
- Tổng hợp 8 cơ cấu phân loại công nghiệp: Dropout Type, Trip Type, Chute Type, Shuttle Type, Pusher Type, Air Jet Type, Up and Out Type và Flipper Type.
- Nguyên lý cảm biến lực loadcell dạng thanh dựa trên cầu Wheatstone, dải điện áp ra danh định 2 mV/V và các tiêu chí ghép nối qua hộp Junction box.
- Đặc tính quang học của cảm biến Sharp GP2Y0A41SK0F (dải đo 4 – 30 cm, ngõ ra analog, góc quét $25^\circ$).
Chương 3. Tính toán phương án thiết kế và chế tạo
Chương này trình bày giải pháp kết cấu và thuật toán lõi của hệ thống:
- Lựa chọn sơ đồ bố trí gồm 3 cụm băng tải riêng biệt: tiếp nhận - dàn trải, cân đo tập trung, và phân loại sản phẩm.
- Thuật toán đo kích thước hình học: ghi nhận 3 điểm mốc quang học (first point, min point, last point) kết hợp thời gian di chuyển và vận tốc để tính toán chiều dài, chiều rộng theo định lý tam giác vuông Pytago.
- Giải pháp cân động: sử dụng cấu trúc checkweigher tích hợp 4 loadcell thanh 20 kg ở 4 góc cụm băng tải đo, sử dụng bộ biến đổi ADC 24-bit.
- Xây dựng quy trình tuần tự điều khiển toàn bộ chu trình hoạt động của hệ thống từ đầu vào đến đầu ra phân loại.
Chương 4. Thiết kế sản phẩm
Chương 4 thể hiện toàn bộ bản vẽ SolidWorks và quy trình công nghệ gia công chi tiết cơ - điện:
- Băng tải cân đo: khung nhôm định hình 30 × 30 mm; dây đai PVC trắng dày 2 mm (chu vi 1155 mm, dán lưu hóa); bản mã gá loadcell gia công cắt gió và khoan đứng; bộ truyền động đai răng XL90 với tỉ số truyền 1:2.
- Thiết kế rulo: rulo dẫn động tiện nhỏ dần hai đầu để chống chạy lệch tâm; rulo bị dẫn tiện gờ chắn hai bên mép.
- Hộp che cảm biến: gia công gò kim loại thủ công tạo buồng tối, tích hợp mặt nạ chắn thu hẹp góc mở $25^\circ$ cho cảm biến Sharp.
- Băng tải dàn trải: kết cấu tương đồng băng tải cân đo nhưng không gắn trên cụm loadcell.
- Băng tải phân loại: kết cấu băng tải con lăn kết hợp cơ cấu gạt Pusher Type sử dụng xi lanh khí nén, con trượt, thanh trượt dẫn hướng, module 2 relay kích 5 VDC, encoder và công tắc hành trình.
Chương 5. Lắp ráp sản phẩm, vận hành thử nghiệm, kết luận và hướng phát triển
Chương này ghi nhận quá trình thực tế thi công mô hình: hoàn thiện khung cơ khí, xử lý bề mặt chi tiết kim loại bằng sơn lót chống gỉ và sơn phủ ATM; đấu nối hệ thống điện điều khiển; căn chỉnh độ căng dây đai răng và độ phẳng mặt băng; chạy thử nghiệm đo lường trên các mẫu thùng carton thực tế; tổng kết các ưu khuyết điểm và định hình các bước nghiên cứu tiếp theo.
Kết quả và đóng góp
Về kết quả kỹ thuật đạt được:
- Chế tạo thành công mô hình vật lý hoàn chỉnh gồm 3 cụm băng tải cơ khí kết hợp đồng bộ: cụm ổn định, cụm cân đo (checkweigher) và cụm phân loại con lăn đẩy bằng khí nén.
- Tính toán chính xác công suất động cơ dẫn động băng chuyền với $P_{\text{đc}} \ge 16\text{ W}$ đáp ứng tốc độ kéo $v = 0{,}14\text{ m/s}$ dưới mức tải trọng thùng hàng danh định 10 kg.
- Thiết lập thành công mạch ghép 4 loadcell thanh 20 kg qua Junction box và bộ chuyển đổi ADC 24-bit, cho phép đọc khối lượng thùng carton đang di chuyển trên mặt băng.
- Ứng dụng thành công thuật toán Pytago kết hợp cảm biến hồng ngoại Sharp và encoder để đo kích thước 3 chiều của các kiện hàng nằm trong phạm vi từ 8 × 8 × 8 cm đến 20 × 20 × 20 cm, đảm bảo sai số toàn hệ thống nằm trong ngưỡng cho phép dưới 5%.
- Giải quyết triệt để vấn đề lệch băng bằng kỹ thuật tiện cơ khí rulo vuốt thon và rulo tạo gờ biên, đồng thời thiết kế bộ tăng đơ motor tích hợp gá rulo giúp căn chỉnh lực căng đai răng nhanh chóng.
Về giải pháp và đề xuất kỹ thuật từ nhóm tác giả:
- Đề xuất giải pháp bọc hộp kim loại khép kín và gắn thêm mặt nạ giới hạn góc chùm tia của cảm biến Sharp để triệt tiêu hiện tượng tán xạ ánh sáng môi trường công nghiệp.
- Mắc bổ sung mạch lọc thông thấp gồm 2 tụ điện 10 µF và 0,1 µF tại chân nguồn Vcc - GND của cảm biến hồng ngoại nhằm khử gai nhiễu điện áp tín hiệu tương tự.
- Tách riêng băng tải tiếp nhận - ổn định khỏi băng tải cân đo nhằm triệt tiêu lực quán tính và ngoại lực tác động khi đưa kiện hàng lên dây chuyền.
Đóng góp kỹ thuật so với các công bố trước:
- Tự chủ thiết kế và chế tạo một hệ thống tích hợp đầy đủ cả 3 tính năng (cân tải trọng, đo kích thước 3 chiều, và phân loại kiện hàng) với chi phí linh kiện thấp, phù hợp với năng lực kỹ thuật và ứng dụng vừa và nhỏ trong nước thay vì phải nhập khẩu các hệ thống quét laser đắt đỏ.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Các hạn chế được văn bản ghi nhận:
- Tín hiệu ra của cảm biến hồng ngoại dạng analog rất nhạy cảm với ánh sáng môi trường và có góc quét tương đối rộng ($25^\circ$), đòi hỏi phải sử dụng buồng tối quang học cơ học và mạch lọc tụ phụ trợ để duy trì độ chính xác.
- Phạm vi làm việc của mô hình còn hạn chế ở quy mô phòng thí nghiệm: kích thước thùng carton giới hạn từ 8 × 8 × 8 cm đến 20 × 20 × 20 cm và khối lượng tối đa 10 kg.
- Độ rung cơ khí phát sinh trong quá trình chuyển động của rulo và động cơ vẫn gây ảnh hưởng nhất định đến độ ổn định của tín hiệu lực trên 4 loadcell khi cân động.
Hướng phát triển đề tài:
- Nâng cấp cụm cảm biến đo kích thước bằng cách thay thế cảm biến hồng ngoại analog bằng công nghệ quét laser công nghiệp hoặc camera xử lý ảnh (thị giác máy tính - Machine Vision) để loại bỏ hoàn toàn buồng tối cơ học và mở rộng dải đo.
- Mở rộng quy mô cơ khí, tăng công suất động cơ và nâng cấp tải trọng loadcell để xử lý các kiện hàng kích thước lớn, tải trọng nặng trong dây chuyền logistics công nghiệp thực tế.
- Tối ưu hóa thuật toán lọc nhiễu số cho tín hiệu cân động nhằm tăng tốc độ vận chuyển của băng tải mà vẫn duy trì sai số dưới mức cho phép.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị thực tiễn cao cho sinh viên và kỹ sư các ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ Điện tử, Tự động hóa, và Kỹ thuật Cơ khí.
Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu bao gồm:
- Quy trình tính toán động học và công suất động cơ băng tải vận chuyển kiện hàng liên tục.
- Bản vẽ thiết kế cơ khí 3D và giải pháp gia công các cụm chi tiết cơ khí quan trọng: gá đặt loadcell, rulo dẫn hướng tự căn tâm, bộ tăng đơ tích hợp động cơ và kết cấu phân loại Pusher Type.
- Phương pháp phối hợp cảm biến khoảng cách quang học, encoder và định lý Pytago để xây dựng thuật toán đo kích thước hình học cho sản phẩm chuyển động.
- Mạch nguyên lý kết nối cụm loadcell qua hộp nối Junction box và bộ chuyển đổi ADC 24-bit ứng dụng trong kỹ thuật cân động.
Câu hỏi thường gặp
Hệ thống xử lý hiện tượng băng tải chạy lệch hoặc leo ra ngoài rulo dẫn động bằng giải pháp cơ khí nào?
Nhóm nghiên cứu áp dụng giải pháp gia công cơ khí chuyên biệt: rulo dẫn động được tiện thon nhỏ dần về hai đầu giúp dây băng luôn có xu hướng tự căn tâm về vị trí chính giữa; đồng thời rulo bị dẫn được tiện hai thành gờ nhô cao ở mép để giữ dây băng không trượt ra ngoài.
Tại sao cần phải lắp thêm mặt nạ cơ khí và hộp thép bao quanh các cảm biến Sharp GP2Y0A41SK0F?
Cảm biến Sharp GP2Y0A41SK0F có góc mở tia quang học tương đối rộng ($25^\circ$) và tín hiệu ngõ ra analog rất dễ bị sai lệch do ánh sáng môi trường. Hộp sắt đóng vai trò buồng tối ngăn ánh sáng bên ngoài, còn mặt nạ cơ khí giúp thu hẹp góc mở quang học để chùm tia định vị chuẩn xác mép cạnh thùng carton.
Giải pháp nào được sử dụng để ghép nối tín hiệu từ 4 loadcell thanh 20 kg đặt tại 4 góc băng tải?
Hệ thống sử dụng một hộp nối trung gian (Junction box) tích hợp 4 biến trở vi chỉnh để cân bằng sai lệch điện áp giữa các loadcell độc lập (do sự không đồng nhất về độ nhạy), sau đó tổng hợp tín hiệu đưa qua bộ biến đổi tín hiệu tương tự - số ADC 24-bit trước khi truyền về bộ điều khiển trung tâm.
Tại sao hệ thống lựa chọn cơ cấu phân loại dạng Pusher Type thay vì các cơ cấu khác như Air Jet hay Drop-out?
Kiện hàng phân loại là thùng carton có kích thước và khối lượng tương đối lớn (lên tới 10 kg). Cơ cấu Air Jet (thổi khí) chỉ thích hợp với gói hàng siêu nhẹ, còn cơ cấu Drop-out (hạ băng tải) hay Up and Out chỉ phù hợp với bao bì dạng màng mỏng. Do đó, cơ cấu dùng xi lanh khí nén đẩy ngang (Pusher Type) kết hợp băng tải con lăn là giải pháp tối ưu về mặt chịu lực và độ tin cậy.
Dây băng tải PVC được ghép nối bằng phương pháp nào và vì sao phương pháp đó được lựa chọn?
Dây băng tải PVC dày 2 mm (chu vi 1155 mm) được ghép nối bằng phương pháp lưu hóa (dán nóng). Nhóm tác giả lựa chọn phương pháp này vì mối nối dán nóng có độ bền và tuổi thọ cao nhất, bề mặt tiếp xúc phẳng đồng đều, không gây tiếng ồn hay giật cục khi lướt qua rulo như phương pháp dùng bản lề kim loại hoặc đóng đinh ghim.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của nhóm tác giả Huỳnh Ngọc Hoàng Tùng, Hoàng Anh Tuấn và Văn Thành Nhân đã thiết kế và chế tạo thành công mô hình băng tải cân đo 3 chiều tích hợp phân loại tự động phục vụ khâu đóng gói logistics. Bằng việc kết hợp hệ thống 3 băng tải chức năng với cảm biến hồng ngoại Sharp, 4 loadcell dạng thanh, bộ chuyển đổi ADC 24-bit và cơ cấu phân loại đẩy khí nén, hệ thống vận hành ổn định với sai số đo lường dưới 5%. Nghiên cứu thể hiện tính hoàn thiện cao từ khâu tính toán lý thuyết động lực học, thiết kế mô hình 3D trên SolidWorks cho đến gia công cơ khí thực tế và hiệu chỉnh thuật toán đo kích thước. Đây là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho sinh viên và kỹ sư ngành Cơ Điện tử trong việc phát triển các thiết bị đo lường và phân loại tự động quy mô vừa và nhỏ.
