Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy kiểm tra PCB LED tự động" được thực hiện bởi sinh viên Lê Long Định (MSSV: 11146033) và Lê Đình Nam (MSSV: 12146116), dưới sự hướng dẫn của ThS. Lê Tấn Cường tại Bộ môn Cơ điện tử, Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (khóa 2012–2016, bảo vệ tháng 07/2016).

Bối cảnh nghiên cứu xuất phát trực tiếp từ thực tế dây chuyền công nghệ gắn bề mặt SMT (Surface Mount Technology) trong nhà máy sản xuất bo mạch đèn LED. Quy trình SMT tiêu chuẩn gồm các công đoạn liên hoàn:

  1. Máy cấp PCB đầu vào (PCB Loader).
  2. Máy in/quét kem chì (Solder Paste Printer).
  3. Máy gắp đặt và dán linh kiện LED (Pick and Place Machine).
  4. Lò hàn nhiệt (Reflow Oven).
  5. Khâu kiểm tra chất lượng sản phẩm sau khi ra khỏi lò nhiệt.

Tại công đoạn kiểm tra sau lò nhiệt, doanh nghiệp thực hiện phương pháp thủ công do công nhân quan sát bằng mắt và kiểm tra trực tiếp. Cách làm này làm hạn chế năng suất toàn dây chuyền, chất lượng kiểm soát không đồng đều và gây ảnh hưởng đến thị lực, sức khỏe của người lao động do tác động quang học từ nguồn sáng LED.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:

  • Mục tiêu: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh máy kiểm tra tự động sản phẩm đầu ra của dây chuyền SMT, có khả năng cấp nguồn, phát hiện và phát tín hiệu cảnh báo đối với các sản phẩm PCB LED không đạt yêu cầu kỹ thuật.
  • Nhiệm vụ cụ thể:
    1. Khảo sát các thông số kỹ thuật đầu ra của dây chuyền SMT và thông số đặc tính của các dòng sản phẩm PCB LED tại nhà máy.
    2. Tính toán, thiết kế hệ thống cơ khí (khung máy, cụm băng tải kép, cơ cấu nâng hạ và đồ gá kiểm tra).
    3. Thiết kế sơ đồ mạch điện động lực và mạch điều khiển đo kiểm (mạch rơ-le chuyển mạch, mạch cầu phân áp, mạch tạo điện áp tham chiếu).
    4. Xây dựng giải thuật, lập trình điều khiển nhúng trên vi điều khiển và lập trình giao diện điều khiển, giám sát trên máy tính.
    5. Gia công, lắp ráp hoàn thiện máy, tiến hành chạy thử nghiệm thực tế và tích hợp vào dây chuyền sản xuất của công ty.

Đối tượng, phạm vi và giới hạn nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Các chủng loại bo mạch PCB LED được sản xuất trên dây chuyền SMT của nhà máy, tập trung vào việc nhận diện 02 lỗi hư hỏng phổ biến: LED bị hàn lệch chân và LED bị cháy/hỏng không sáng.
  • Phạm vi không gian và kích thước: Khảo sát và thiết kế máy thích ứng với thông số dây chuyền thực tế:
    • Chiều cao đường băng chuyền chuẩn: $0{,}8\text{ m}$.
    • Chiều dài PCB LED lớn nhất: $1{,}2\text{ m}$.
    • Chiều rộng PCB LED lớn nhất: $0{,}4\text{ m}$.
  • Giới hạn đề tài: Do doanh nghiệp sở hữu danh mục sản phẩm PCB LED rất đa dạng về hình học và cấu trúc mạch, máy được thiết kế theo module với các bộ đồ gá kiểm tra (test fixture) riêng biệt cho từng nhóm PCB cố định. Đề tài không tích hợp cơ cấu phân loại và gắp tách sản phẩm lỗi tự động vào các hộc chứa riêng; khi phát hiện lỗi, hệ thống phát tín hiệu cảnh báo để công nhân vận hành can thiệp xử lý trực tiếp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài kết hợp cơ sở lý thuyết đa ngành thuộc lĩnh vực Cơ điện tử: Cơ học truyền động, Kỹ thuật thủy lực - khí nén, Điện - Điện tử đo lường và Kỹ thuật điều khiển nhúng.

Khung lý thuyết và mô hình tính toán

  • Quy trình kiểm tra điện khí: Nguyên lý cấp nguồn danh định cho mạch LED, kích hoạt đóng cắt tiếp điểm kiểm tra và đo lường thông số sụt áp/phân áp qua mạch cầu để xác định trạng thái phát quang của từng dải LED.
  • Cơ sở tính toán khí nén:
    • Ứng dụng các phương trình trạng thái nhiệt động học chất khí: Định luật Boyle-Mariotte ($P \cdot V = \text{hằng số}$ ở nhiệt độ không đổi), Định luật Gay-Lussac ($V = \text{hằng số}$), Định luật Charles ($P = \text{hằng số}$) và phương trình khí lý tưởng tổng quát.
    • Hệ thống làm việc ở dải áp suất tiêu chuẩn $6\text{ bar}$, vận tốc chuyển động tịnh tiến của piston trong xy lanh đạt từ $1 \div 2\text{ m/s}$.
  • Cơ sở tính toán truyền động điện và phụ tải:
    • Phân loại và đánh giá các chế độ làm việc của truyền động điện: Chế độ làm việc dài hạn (không đổi và biến đổi), chế độ làm việc ngắn hạn và chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại (dựa trên hệ số tiếp điện tương đối $TD% = \frac{t_{lv}}{t_{lv} + t_n} \cdot 100%$).
    • Tính toán công suất và mô-men xoắn của động cơ: $P = \frac{T \cdot n}{9550}$.
  • Tính toán bộ truyền đai thang:
    • Áp dụng Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) cho bộ truyền đai thang loại B (kích thước tiết diện đai $b_p = 14\text{ mm}$, $b_0 = 17\text{ mm}$, $h = 10{,}5\text{ mm}$, diện tích mặt cắt $A = 138\text{ mm}^2$).
    • Xác định đường kính bánh đai dẫn $d_1$, kiểm tra khoảng cách trục $a$ và xác định chiều dài dây đai danh định $L$.
  • Nền tảng phần cứng và phần mềm nhúng:
    • Vi điều khiển Arduino Mega 2560 sử dụng vi xử lý trung tâm 8-bit ATmega2560 (thạch anh dao động $16\text{ MHz}$, 54 chân I/O số, 16 ngõ vào analog, 4 cổng UART phần cứng) kết hợp chip ATmega16U2 làm cầu chuyển đổi giao tiếp USB-to-UART.
    • Môi trường phát triển tích hợp Arduino IDE (ngôn ngữ C/C++ dựa trên nền tảng Wiring và Processing).

Phương pháp nghiên cứu thực tế

  • Phương pháp khảo sát thực nghiệm: Khảo sát trực tiếp năng suất, tốc độ di chuyển của lò nhiệt và nhịp sản xuất (takt time) của các dòng PCB LED tại nhà máy.
  • Phương pháp tính toán thiết kế kỹ thuật cơ khí: Sử dụng công thức sức bền vật liệu, nguyên lý chi tiết máy để chọn động cơ, tính toán bộ truyền đai, chọn kết cấu xy lanh khí nén và thiết kế khung nhôm định hình.
  • Phương pháp mô hình hóa CAD/CAE: Thiết kế bản vẽ kỹ thuật 2D trên phần mềm AutoCAD 2007 và mô hình hóa cụm chi tiết máy 3D trên phần mềm SolidWorks 2014.
  • Phương pháp thiết kế mạch và tích hợp hệ thống: Thiết kế phần cứng mạch rơ-le chuyển mạch, mạch chia áp, đấu nối cảm biến vị trí, van điện từ và lập trình đồng bộ hóa chuyển động cơ - điện - khí nén.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Hệ thống máy kiểm tra PCB LED tự động được thiết kế thành một khối tích hợp liên hoàn gồm 4 phân hệ chính: Khung cơ khí, Cụm truyền động băng tải, Cơ cấu định vị kẹp giữ và Cơ cấu đo kiểm tiếp xúc.

Phân hệ kỹ thuật Thành phần cấu tạo Thông số kỹ thuật / Chức năng
Khung máy & Kết cấu vỏ Nhôm định hình, Thép hộp, Mica Nhôm định hình $20\times40\text{ mm}, 40\times40\text{ mm}, 40\times80\text{ mm}$; Thép vuông $30\times30\text{ mm}, 40\times40\text{ mm}$; Tấm mica cách điện dày $5\text{ mm}, 8\text{ mm}$.
Cụm dẫn động băng tải Băng tải kép song song, Bộ truyền đai Động cơ dẫn động mô-men $T = 250\text{ Nm}$, tốc độ $n_1 = 220\text{ v/phút}$; Bánh đai dẫn đường kính $d_1 = 25\text{ mm}$; Dây đai thang loại B ($L = 3000\text{ mm}$).
Cơ cấu định vị & Chấp hành khí nén 02 Xy lanh chống xoay bàn nâng, 01 Xy lanh chống xoay tay nâng, 02 Xy lanh 1 trục cữ chặn Áp suất khí $6\text{ bar}$; Van điện từ Solenoid 1 cuộn; Cụm lọc khí và điều áp; Chức năng chặn bắt phôi, nâng hạ PCB vào vị trí kiểm tra.
Cơ cấu đo kiểm & Gá tiếp điểm (Fixture) Cụm kim đo tiếp xúc lò xo, Khung ép hạ Tích hợp chân kim kiểm tra tương thích bố cục từng loại mạch LED; kết nối với mạch cấp nguồn và mạch phân áp.
Hệ thống mạch điện & Cảm biến Mạch rơ-le chuyển mạch, Cầu phân áp, Mạch điện áp tham chiếu Phân tích sụt áp trên các nhánh LED; kết nối cảm biến quang phát hiện PCB trên băng tải; điều khiển van khí nén qua module rơ-le.
Khối điều khiển & Giám sát Board Arduino Mega 2560, Giao diện máy tính Vi điều khiển ATmega2560; Giao tiếp UART/USB truyền dữ liệu trạng thái lên phần mềm máy tính hiển thị kết quả Đạt/Lỗi.

Tính toán bộ truyền băng tải

  • Yêu cầu công nghệ: Tốc độ băng tải phải đồng bộ và lớn hơn hoặc bằng tốc độ đùn sản phẩm ra khỏi lò nung ($V_{\text{lò}} = 1{,}5\text{ m/phút}$).
  • Thông số tính toán:
    • Băng tải kép dẫn động bằng 2 đường song song, đường kính bánh dẫn $d_1 = 25\text{ mm}$.
    • Động cơ quay với vận tốc $n_1 = 220\text{ v/phút}$, truyền trực tiếp với tỷ số truyền $i = 1$.
    • Đường kính tính toán tiêu chuẩn: $d_1 \approx 1{,}2 \cdot d_{\min} = 1{,}2 \cdot 140 = 168\text{ mm}$.
    • Khoảng cách trục lựa chọn: $a = 1000\text{ mm}$ (thỏa mãn điều kiện $1000 \ge a \ge 285{,}5\text{ mm}$).
    • Chiều dài tính toán của dây đai: $L = 2785\text{ mm}$, quy chuẩn chọn đai thương mại có chiều dài $L = 3000\text{ mm}$.
    • Vận tốc dài của băng tải đáp ứng hoàn toàn yêu cầu tiếp nhận phôi liên tục từ lò nung của dây chuyền.

Kiến trúc phần mềm và giải thuật điều khiển

Firmware nhúng trên Arduino Mega 2560 được xây dựng theo giải thuật tuần tự khép kín:

  1. Chờ tín hiệu từ cảm biến quang phát hiện bo mạch PCB đi vào vùng kiểm tra.
  2. Kích hoạt xy lanh 1 trục nhô cữ chặn giữ bo mạch lại trên băng tải.
  3. Kích hoạt 02 xy lanh bàn nâng và 01 xy lanh tay nâng hạ cụm kim đo tiếp xúc vào các điểm test trên bo mạch.
  4. Đóng mạch rơ-le cấp nguồn thử nghiệm, đọc tín hiệu điện áp từ mạch cầu phân áp qua các cổng ADC của Arduino Mega 2560.
  5. So sánh giá trị đo được với ngưỡng điện áp tham chiếu:
    • Nếu đạt yêu cầu (tất cả các LED sáng bình thường, không lệch chân, không hở/ngắn mạch): Mở cữ chặn, băng tải đưa sản phẩm ra ngoài.
    • Nếu không đạt yêu cầu (có LED cháy hoặc lệch vị trí): Kích hoạt còi/đèn báo lỗi dừng máy hoặc gửi tín hiệu lên màn hình máy tính để công nhân lấy sản phẩm lỗi ra kiểm tra.
  6. Hạ bàn nâng, rút cữ chặn, đưa cơ cấu chấp hành về trạng thái sẵn sàng cho chu kỳ tiếp theo.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày tổng quan về công nghệ SMT từ mốc phát triển đầu tiên vào những năm 1960 và phổ biến rộng rãi vào cuối những năm 1980 dưới sự khởi xướng của Tập đoàn IBM (Hoa Kỳ). Tác giả phân tích cấu tạo dây chuyền SMT công nghiệp gồm 4 công đoạn chính (cấp PCB, quét kem chì, dán linh kiện, gia nhiệt lò nung) và xác định khâu kiểm tra sau lò nhiệt là đối tượng cần tự động hóa. Chương này cũng làm rõ mục tiêu, nhiệm vụ chế tạo máy, phân tích tính cấp thiết của việc loại bỏ phương pháp kiểm tra thủ công nhằm bảo vệ mắt công nhân và tăng năng suất xuất xưởng.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 hệ thống hóa toàn bộ lý thuyết nền tảng phục vụ tính toán thiết kế:

  • Quy trình kiểm tra mạch PCB LED (nhận diện lỗi lệch chân linh kiện, cháy hỏng LED).
  • Lịch sử phát triển và đặc trưng kỹ thuật của hệ thống thủy lực - khí nén (từ các phát minh của Ktesibios, Heron, Otto von Guerike, Pascal, Denis Papin đến các ứng dụng đường ống khí nén công nghiệp và thiết bị của hãng FESTO).
  • Các định luật nhiệt động học chất khí (Boyle-Mariotte, Gay-Lussac, Charles) và bảng chuyển đổi các đơn vị đo áp suất chuẩn.
  • Cơ sở tính toán động cơ và phụ tải truyền động điện theo 3 chế độ làm việc (dài hạn, ngắn hạn, ngắn hạn lặp lại).
  • Lịch sử ra đời của nền tảng mã nguồn mở Arduino (tại Viện Ivrea, Italy năm 2005 bởi Massimo Banzi, Hernando Barragan, David Cuartielles) cùng thông số chi tiết của board mạch Arduino Mega 2560 và cấu trúc hàm lập trình setup() / loop().

Chương 3: Thiết kế cơ khí

Chương 3 tập trung vào việc tính toán, thiết kế và chế tạo phần cứng cơ khí:

  • Khảo sát dữ liệu đầu vào thực tế từ dây chuyền nhà máy:
Thông số khảo sát đầu vào Giá trị đo đạc / Thiết kế
Chiều cao line băng truyền $0{,}8\text{ m}$
Chiều dài bo mạch PCB LED lớn nhất $1{,}2\text{ m}$
Chiều rộng bo mạch PCB LED lớn nhất $0{,}4\text{ m}$
Thời gian dán trung bình loại PCB thông thường $25\text{ s/PCB}$
Năng suất PCB thông thường trong 1 ca (8 giờ) $1.152\text{ PCB}$
Thời gian dán trung bình loại PCB dài $1{,}2\text{ m}$ (nhiều LED nhất) $180\text{ s/PCB}$
Năng suất PCB $1{,}2\text{ m}$ trong 1 ca (8 giờ) $160\text{ PCB}$
Vận tốc đầu ra của lò nung nhiệt $1{,}5\text{ m/phút}$
  • Lựa chọn phần mềm thiết kế AutoCAD 2007 (2D) và SolidWorks 2014 (3D) để xuất các bản vẽ hình chiếu đứng, hình chiếu bằng, hình chiếu cạnh của khung máy và bộ test fixture.
  • So sánh các phương án truyền động (đai, bánh răng, xích), tính chọn bộ truyền đai thang loại B, chọn bánh đai dẫn $d = 25\text{ mm}$, khoảng cách trục $a = 1000\text{ mm}$, chiều dài đai $L = 3000\text{ mm}$.
  • Lựa chọn vật liệu thực tế: Khung nhôm định hình ($20\times40, 40\times40, 40\times80\text{ mm}$), thép vuông ($30\times30, 40\times40\text{ mm}$), tấm mica ($5\text{ mm}, 8\text{ mm}$), 02 xy lanh chống xoay bàn nâng, 01 xy lanh chống xoay tay nâng lớn, 02 xy lanh cữ chặn, van điện từ khí nén 1 solenoid và bộ lọc khí.

Chương 4: Thiết kế mạch điện

Chương 4 trình bày sơ đồ nguyên lý và thiết kế các mạch phần cứng điện - điện tử phục vụ công tác kiểm tra tự động:

  • Sơ đồ mạch rơ-le chuyển mạch đóng ngắt nguồn cho các nhánh LED trên bo mạch.
  • Sơ đồ mạch cầu phân áp lấy tín hiệu điện áp từ các điểm kiểm tra trên PCB để đưa về ngõ vào analog của vi điều khiển.
  • Sơ đồ mạch tạo điện áp tham chiếu chuẩn nhằm thiết lập ngưỡng logic so sánh phân biệt bo mạch đạt yêu cầu và bo mạch bị lỗi kỹ thuật.

Chương 5: Phần lập trình

Chương 5 trình bày toàn bộ giải thuật và cấu trúc phần mềm điều khiển:

  • Phân bổ sơ đồ kết nối chân tín hiệu của cảm biến và các cơ cấu chấp hành (xy lanh, rơ-le) trên các chân Digital và Analog của Arduino Mega 2560.
  • Xây dựng lưu đồ giải thuật điều khiển tự động toàn chu trình kiểm tra.
  • Lập trình firmware C/C++ nạp cho vi điều khiển Arduino để điều phối nhịp nhàng giữa hoạt động kéo băng tải, đóng mở cữ chặn khí nén và kích hoạt chu kỳ đo kiểm.
  • Lập trình giao diện điều khiển và giám sát vận hành trên máy tính kết nối truyền thông với board mạch vi điều khiển qua cổng nối tiếp.

Chương 6: Thực nghiệm

Chương 6 ghi nhận kết quả lắp đặt máy thực tế tại phân xưởng sản xuất của doanh nghiệp:

  • Thực hiện ghép nối máy kiểm tra tự động vào ngay vị trí đầu ra của lò nung trong dây chuyền dán bề mặt SMT.
  • Tiến hành chạy thử nghiệm liên tục với các lô sản phẩm PCB LED thực tế của nhà máy.
  • Đánh giá khả năng hoạt động ổn định của hệ thống cơ khí, độ tin cậy của cụm tiếp xúc đo kiểm và độ chính xác của tín hiệu cảnh báo lỗi.

Chương 7: Kết luận và hướng phát triển

Chương 7 tổng kết toàn bộ kết quả đạt được của đồ án tốt nghiệp và xác định các hướng mở nghiên cứu hoàn thiện hệ thống trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính kèm số liệu thực tế

  • Chế tạo thành công máy kiểm tra cơ điện tử hoàn chỉnh: Hệ thống đã được lắp ráp thực tế từ các vật liệu chuẩn công nghiệp (nhôm định hình, thép hộp, mica, hệ thống van khí nén và xy lanh chống xoay) với kết cấu băng tải kép đồng bộ.
  • Đáp ứng yêu cầu dây chuyền: Máy đáp ứng kích thước phôi PCB tối đa đạt $1{,}2\text{ m} \times 0{,}4\text{ m}$ và làm việc trực tiếp tại độ cao line chuyền chuẩn $0{,}8\text{ m}$.
  • Tốc độ và công suất vận hành: Vận tốc băng tải đáp ứng được tốc độ ra phôi $1{,}5\text{ m/phút}$ của lò nung SMT, đảm bảo năng suất kiểm tra đạt $1.152\text{ PCB/ca}$ đối với loại PCB tiêu chuẩn (thời gian dán $25\text{ s}$) và $160\text{ PCB/ca}$ đối với loại PCB dài $1{,}2\text{ m}$ (thời gian dán $180\text{ s}$).
  • Tự động hóa chu trình đo kiểm: Thay thế hoàn toàn thao tác kiểm tra thủ công bằng mắt của công nhân; phát hiện chuẩn xác các lỗi LED bị cháy hoặc LED bị hàn lệch vị trí thông qua mạch cầu phân áp và hệ thống điều khiển Arduino Mega 2560.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Ứng dụng giải pháp cơ cấu băng tải kép cùng hệ thống xy lanh chống xoay để cố định chính xác vị trí bo mạch trước khi cụm kim kiểm tra tiếp xúc hạ xuống, tránh gây trầy xước bề mặt PCB.
  • Sử dụng mô hình đồ gá kiểm tra (test fixture) tháo lắp nhanh để có thể chuyển đổi linh hoạt giữa các dòng sản phẩm PCB LED khác nhau trên cùng một thân máy.
  • Bố trí hệ thống van điều khiển khí nén kết hợp bộ lọc khí độc lập nhằm bảo đảm độ bền cho các xy lanh chấp hành trong môi trường công nghiệp.

Đóng góp kỹ thuật của đề tài

  • Chuyển giao trực tiếp sản phẩm máy cơ điện tử từ nghiên cứu học thuật sang ứng dụng thực tế tại nhà máy sản xuất đèn LED.
  • Đưa ra giải pháp đo kiểm phân áp tiếp xúc kết hợp điều khiển nhúng giá thành thấp, dễ chế tạo và bảo trì hơn so với việc đầu tư các hệ thống kiểm tra quang học tự động AOI (Automated Optical Inspection) ngoại nhập đắt tiền.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được văn bản ghi nhận

  • Tính tương thích sản phẩm: Sản phẩm PCB LED của công ty rất đa dạng về hình dáng, kích thước và thường xuyên xuất hiện các mẫu thiết kế mới. Máy hiện tại mới chỉ kiểm tra được cho một số loại bo mạch cố định thông qua các bộ fixture tương ứng.
  • Mức độ tự động hóa phân loại: Chưa tích hợp cơ cấu cơ khí tự động phân loại và tách riêng các bo mạch lỗi sang các khay độc lập mà vẫn cần công nhân trực tiếp can thiệp sau khi máy phát tín hiệu cảnh báo.

Hướng nghiên cứu phát triển

  • Nghiên cứu các phương pháp kiểm tra tối ưu và linh hoạt hơn để mở rộng khả năng kiểm tra cho nhiều mẫu PCB LED mới có cấu trúc phức tạp.
  • Thiết kế bổ sung cơ cấu tay gắp hoặc phân làn tự động để chia tách riêng biệt các sản phẩm đạt tiêu chuẩn và các sản phẩm lỗi, tối ưu hóa triệt để nguồn nhân lực vận hành.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo chuyên môn cho các đối tượng:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ điện tử, Tự động hóa và Cơ khí chế tạo: Nguồn tài liệu tham khảo về quy trình tính toán thiết kế máy từ bản vẽ 2D/3D (AutoCAD, SolidWorks), tính toán bộ truyền đai thang theo TCVN, tính chọn công suất động cơ đến ứng dụng khí nén công nghiệp.
  • Người nghiên cứu và kỹ sư phát triển thiết bị phụ trợ (Jig/Machine Maker): Tham khảo sơ đồ nguyên lý mạch phân áp đo kiểm tiếp xúc, cách kết nối và lập trình điều khiển nhúng trên vi điều khiển Arduino Mega 2560 để điều khiển xy lanh và van solenoid trong các dây chuyền sản xuất SMT.

Câu hỏi thường gặp

1. Máy kiểm tra PCB LED tự động trong đề tài xử lý được kích thước bo mạch tối đa là bao nhiêu?
Máy được thiết kế để kiểm tra các loại bo mạch PCB LED có kích thước chiều dài lớn nhất là $1{,}2\text{ m}$ và chiều rộng lớn nhất là $0{,}4\text{ m}$, tương thích với chiều cao đường chuyền sản xuất tiêu chuẩn $0{,}8\text{ m}$.

2. Năng suất kiểm tra của máy trên dây chuyền sản xuất được tính toán như thế nào?
Năng suất máy tương thích với tốc độ lò nung ($1{,}5\text{ m/phút}$) và chu kỳ dán linh kiện của dây chuyền: đối với loại PCB thông thường (thời gian dán $25\text{ s/PCB}$), năng suất trong 1 ca 8 giờ đạt $1.152\text{ PCB}$; đối với loại PCB $1{,}2\text{ m}$ có số lượng LED dán nhiều nhất (thời gian dán $180\text{ s/PCB}$), năng suất trong 1 ca 8 giờ đạt $160\text{ PCB}$.

3. Hệ thống phát hiện những dạng lỗi kỹ thuật nào trên bo mạch PCB LED?
Hệ thống cấp nguồn và đo sụt áp qua mạch cầu phân áp để phát hiện 02 dạng lỗi chính xuất hiện sau lò hàn nhiệt SMT: lỗi LED bị hàn lệch vị trí chân và lỗi LED bị cháy/hỏng không phát quang.

4. Khối điều khiển trung tâm của máy sử dụng nền tảng phần cứng nào?
Khối điều khiển trung tâm sử dụng board mạch Arduino Mega 2560 tích hợp vi điều khiển ATmega2560 ($16\text{ MHz}$, 54 chân Digital I/O, 16 ngõ Analog, 4 cổng UART phần cứng) kết hợp chip ATmega16U2 giao tiếp nạp chương trình và truyền dữ liệu lên máy tính.

5. Khi phát hiện sản phẩm bị lỗi, máy xử lý như thế nào?
Theo giới hạn thiết kế của đề tài, máy không tự động gắp tách bo mạch lỗi vào khay riêng mà sẽ phát tín hiệu cảnh báo (chuông/đèn và hiển thị trạng thái trên giao diện máy tính) để người công nhân trực vận hành nhận biết và lấy sản phẩm lỗi ra xử lý.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy kiểm tra PCB LED tự động" của sinh viên Lê Long Định và Lê Đình Nam đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu nghiên cứu từ tính toán thiết kế cơ khí, xây dựng mạch điện đến lập trình điều khiển nhúng. Máy được gia công, lắp ráp hoàn chỉnh và thử nghiệm thành công tại dây chuyền SMT thực tế, thay thế hiệu quả khâu kiểm tra thủ công bằng mắt của công nhân và đảm bảo năng suất lên tới $1.152\text{ PCB/ca}$. Mặc dù còn hạn chế về tính vạn năng đối với các mẫu PCB mới và chưa tự động hóa khâu phân loại phôi lỗi, đề tài đã khẳng định tính ứng dụng cao và cung cấp giải pháp tự động hóa thiết thực cho công nghiệp đóng gói và kiểm thử mạch điện tử.