Đồ án Thiết kế và chế tạo máy kiểm tra điện áp mạch điện (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế và chế tạo máy kiểm tra điện áp mạch điện (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY KIỂM TRA ĐIỆN ÁP MẠCH ĐIỆN GVHD: ThS. LÊ TẤN CƯỜNG SVTH: DƯƠNG VĂN THIÊN MSSV: 11146107 SVTH: NGÔ DUY LONG MSSV: 11146061 S K L 0 0 4 0 3 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6/2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH  BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: Thiết kế và chế tạo máy kiểm tra điện áp mạch điện Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. LÊ TẤN CƢỜNG Sinh viên thực hiện: DƢƠNG VĂN THIÊN MSSV: 11146107 Lớp: 111461A Khóa: 2011 - 2015 Sinh viên thực hiện: NGÔ DUY LONG MSSV: 11146061 Lớp: 111461A Khóa: 2011 - 2015 Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 6 năm 2015
3. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn cơ điện tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. LÊ TẤN CƢỜNG Sinh viên thực hiện:NGÔ DUY LONG MSSV: 11146061 DƢƠNG VĂN THIÊNMSSV: 11146107 1. Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY KIỂM TRA ĐIỆN ÁP MẠCH ĐIỆN 2. Các sô liệu , tài liệu ban đầu: Các sách báo chuyên ngành liên quan có trong thƣ viện trƣờng ĐH SPKT Tp HCM và các tài liệu trên các trang mạng Internet. Các chi tiết cơ cấu có sẵn trên thị trƣờng với những tiêu chuẩn thông số nhất định 3. Nội dung chính của đồ án: Nghiên cứu tổng quan về đề tài, mục đích, nhiệm vụ của đề tài, kết quả nghiên cứu. Cơ sở lý thuyết: giới thiệu về các cơ cấu, thông số của máy kiểm tra điện áp mạch điện, nguyên lý và cách thức kiểm tra mạch.Tính toán lựa chọn các thiết bị tối ƣu cho máy, thiết kế mô hình hợp lý nhất. Thiết kế và điều khiển giao diện hoạt động của máy. Kết luận, đánh giá và đƣa ra hƣớng phát triển của đề tài. 4. Các sản phẩm dự kiến: Máy kiểm tra điện áp mạch điện 5. Ngày giao đồ án:06/3/2015 6. Ngày nộp đồ án:27/7/2015 TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Đƣợc phép bảo vệ (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i
4. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo máy kiểm tra điện áp mạch điện - GVHD: ThS. LÊ TẤN CƢỜNG - Họ tên sinh viên: DƢƠNG VĂN THIÊN - MSSV: 11146107 Lớp: 111461A - Địa chỉ sinh viên: 538/3/1 Trƣơng Công Định P8 TP. Vũng Tàu - Số điện thoại liên lạc: 01652613002 - Email: thienduongcdt1@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN):31/7/2015 - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 6 năm 2015 Ký tên ii
5. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo máy kiểm tra điện áp mạch điện - GVHD: ThS. LÊ TẤN CƢỜNG - Họ tên sinh viên: NGÔ DUY LONG - MSSV: 11146061 Lớp: 111461A - Địa chỉ sinh viên:268/17 Lê Văn Việt, Quận 9 - Số điện thoại liên lạc: 0978 436 883 - Email:duylong11146061@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 27/7/2015 - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 6 năm 2015 Ký tên iii
6. LỜI CẢM ƠN Đối với sinh viên ngành cơ điện tử, việc thực hiện một đồ án tốt nghiệp là rất quan trọng. Muốn làm đƣợc điều này, trƣớc hết chúng em phải trải qua một khoảng thời gian 4 năm ở giảng đƣờng đại học. Khoảng thời gian đó, chúng em đã học vô số kiến thức từ những môn đại cƣơng, cơ sở cho đến môn chuyên ngành. Qua đó giúp chúng em có kiến thức chuyên sâu về cơ khí cũng nhƣ điện tử, từ đó làm những đồ án nhỏ của những môn chuyên ngành, giúp chúng em đi từ lý thuyết vào thực tế nghiên cứu và chế tạo mô hình thực tế. Lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đầu tiên xin gửi đến gia đình vì sự động viên không mệt mỏi luôn giúp đỡ, tạo mọi điều kiện để chúng em hoàn thành khóa học của mình một cách tốt nhất. Trƣớc tiên chúng em xin chân thành gửi đến toàn thể quý thầy cô trong Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy đã truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt những năm tháng trên giảng đƣờng Đại Học lời cảm ơn chân thành nhất. Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến ThS. Lê Tấn Cƣờng, ngƣời đã hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành tốt Đồ Án. Bên cạnh đó chúng em cũng muốn gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, đặc biệt xin gửi lời cảm ơn đến thầy Cái Việt Anh Dũng, thầy Lê Thanh Tùng, thầy Nguyễn Việt Thắng, các thầy đã cho chúng em những lời khuyên hữu ích và tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em thực hiện đề tài này. Mặc dù đã rất cố gắng, nhƣng trong một khoảng thời gian cho phép, cũng nhƣ hạn chế về mặt kiến thức của bản thân, đồ án này không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót. Chính vì vậy, chúng em rất mong nhận đƣợc sự góp ý của các thầy giáo, cô giáo cũng nhƣ của bạn bè và những ngƣời có quan tâm đến lĩnh vực mà đồ án này đã đƣợc trình bày. Cuối cùng,chúng em xin chúc quý thầy, cô trong khoa cơ khí Chế Tạo Máy lời chúc sức khỏe, hạnh phúc, công tác tốt. Chúng em xin chân thành cảm ơn!. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 6 năm 2015 Nhóm sinh viên thực hiện Dƣơng Văn Thiên Ngô Duy Long iv
7. TÓM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY KIỂM TRA ĐIỆN ÁP MẠCH ĐIỆN Máy kiểm tra điện áp mạch điện hoạt động dựa theo nguyên lý ba trục, nó có tốc độ di chuyển nhanh, chính xác và cơ cấu đơn giản, cứng, vững. Cơ cấu ba trục của máy, làm di chuyển đầu kimtrong không gian ba chiều. Trong đó, mỗi trục đƣợc điều khiển di chuyển tịnh tiến theo bộ truyền và động cơ. Động cơ ở đây thƣờng đƣợc sử dụng là động cơ bƣớc, vì vậy vị trí của máy điều khiển có độ chính xác cao.Với mỗi động cơ bƣớc, đƣợc bố trí hợp lý trên ba trục x, y, z. Trong đó, động cơ bƣớc đƣợc gắn trên trục x, để truyền động cơ cấu thông qua cơ cấu truyền đai răng và puly. Động cơ truyền động của trục, sẽ truyền động quay cho thanh truyền động bằng một khớp nối nối trục. Puly sẽ đƣợc gắn cố định trên thanh truyền, để khi động cơ truyền động quay puly sẽ quay theo một góc bằng góc quay của động cơ.Để chắc chắn và cơ cấu hoạt động tốt hơn, thì ở mỗi đầu thanh truyền có một cơ cấu puly đai răng hoạt động cùng lúc nhau, giúp tránh bị lệch trục cơ cấu trục y. Cơ cấu chuyển động trên trục y, tƣơng tự nhƣ trục x, cơ cấu truyền động của trục y cũng là cơ cấu puly đai răng. Nhƣng sự khác biệt là puly đƣợc gắn trực tiếp lên trục động cơ, thay vì gắn trung gian qua thanh truyền nhƣ trục x. Cơ cấu truyền động trên trục z là cơ cấu truyền của trục vít bánh vít, thanh răng bánh răng, nhằm đƣa bộ phận đo điện áp xuống kiểm tra điện áp trên board mạch. Thông qua file excel đƣợc xuất ra từ phần mềm altium, hiển thị tọa độ các chân linh kiện. Khi đó điện áp sẽ hiển thị trên giao diện điều khiển đã thiết kế sẵn, so sánh mức điện áp đo đƣợc và điện áp lý thiết mà ta đã đặt trƣớc đó. v
8. MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN v MỤC LỤC vi DANH MỤC BẢNG BIỂU x DANH MỤC SƠ ĐỒ, LƢU ĐỒ, HÌNH VẼ xi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiv CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 2 1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 2 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu 2 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 2 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 3 1.5.1 Cách thức nghiên cứu 3 1.5.2 Phƣơng tiện nghiên cứu 3 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 4 2.1 Sơ lƣợc về sự phát triển máy kiểm tra điện áp mạch điện 4 2.2 Tình hình nghiên cứu 5 2.2.1 Ngoài nƣớc 5 2.2.2 Trong nƣớc 5 2.3 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 5 2.4 Hƣớng nghiên cứu 7 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8 3.1 Phần cơ khí 8 3.1.1 Động cơ bƣớc [8] 8 a. Vai trò của động cơ bƣớc 8 b. Cấu tạo của động cơ bƣớc 8 c. Hoạt động 9 d. Một số loại động cơ bƣớc 9 vi
9. e. Các đặc trƣng của tín hiệu điều khiển động cơ bƣớc 10 3.1.2 Bộ truyền đai [1] 11 a. Nguyên lý làm việc 11 b. Các phƣơng pháp căng đai 11 c. Cơ sở tính toán thiết kế bộ truyền đai 11 3.1.3 Bộ truyền trục vít - bánh vít 14 a. nguyên lý làm việc 14 b. Thông số trục vít – bánh vít 14 c. Lực tác dụng lên bộ truyền 15 d. Cơ sở tính toán thiết kế truyền động trục vít - bánh vít 15 e. Tính toán thiết kế truyền động trục vít 16 3.1.4 Bộ truyền bánh răng [3] 16 a. Nguyên lý làm việc 16 b. thông số hình học 17 c. Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán 17 3.2 Phần điện 18 3.2.1 Driver TB6560[10] 18 a. Module TB6560 19 b. Chức năng các khối 19 3.2.2 Mạch điều khiển Arduino 21 a. Giới thiệu Arduino [11] 21 b. Tính năng của Arduino 21 CHƢƠNG 4: PHƢƠNG HƢỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP 23 4.1 Những yêu cầu cơ bản của đề tài 23 4.2 Cơ sở chọn phƣơng án thiết kế 23 4.2.1 Phần cơ khí 23 a. Phƣơng án chọn động cơ 23 b. Phƣơng án các cơ cấu truyền động 24 c. Lựa chọn đồ gá mạch 25 d. Lựa chọn vật liệu thiết kế 25 e. Cơ cấu di chuyển của máy 25 4.2.2 Phần điện 26 a. Mạch điều khiển 26 4.3 Lựa chọn giải pháp 26 4.3.1 Phần cơ khí 26 a. Động cơ 26 vii
10. a.1. Động cơ dẫn động trên trục x, y 26 a.2. Động cơ dẫn động trên trục z 27 b. Cơ cấu truyền động 27 b.1. Bộ truyền trên trục x, y 27 b.2. Bộ truyền trên trục z 27 c. Đồ gá mạch 27 d. Chọn vật liệu thiết kế 27 d.1. Chân đế khung máy 27 d.2. Tấm đế 27 d.3. Hai thanh đặt trên con trƣợt dùng trong cơ cấu kẹp 28 d.4. Các chi tiết còn lại 28 e. Cơ cấu di chuyển 28 4.3.2 Phần điện 28 a. Mạch điều khiển 28 4.4 Trình tự công việc tiến hành 28 CHƢƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY KIỂM TRA ĐIỆN ÁP MẠCH ĐIỆN 29 5.1 Tính toán tốc độ quay của động cơ 29 5.2. Tính toán thiết kế bộ truyền đai răng 30 5.2.1 Xác định mô đun m 30 5.3 Tính toán thiết kế bộ truyền trục vít kết hợp bánh răng 31 5.4 Thiết kế cơ khí 32 5.4.1. Mô hình tổng thể 32 5.4.2. Cơ cấu truyền động trục x 32 5.4.3. Cơ cấu truyền động trục y 32 5.4.4. Cơ cấu truyền động trục z 33 5.4.5. Thiết lập bộ truyền đai răng trục x 34 5.4.6. Thiết lập bộ truyền đai răng trục y 34 5.4.7. Cơ cấu kẹp mạch 34 5.4.8. Gá động cơ trục x 35 5.4.9. Gá động cơ trục y 35 5.4.10. Hƣớng chuyển động tịnh tiến các trục 35 5.4.11. Hƣớng chuyển động quay của động cơ. 36 5.4.12. Phân tích khả năng chịu ứng suất cho các thanh trƣợt chịu lực 36 CHƢƠNG 6: CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM 38 6.1 Hệ thống điều khiển của máy 38 6.2. Các bộ phận và cấu trúc cơ khí 38 viii
11. 6.3. Các bộ phận và cấu trúc hệ thống mạch điện điều khiển 48 6.4. Lập trình điều khiển 52 6.5 Quá trình thực nghiệm 57 CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 59 7.1 Kết luận 59 7.1.1 Phần làm đƣợc 59 7.1.2 Phần chƣa làm đƣợc và những hạn chế 59 7.2 Kiến nghị và hƣớng phát triển 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO x PHỤ LỤC 1 xi PHỤ LỤC 2 xix PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP xxvi PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP xxviii PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP xxx ix
12. DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 4.1: Ƣu điểm và nhƣợc điểm của các loại động cơ 23 Bảng 4.2: Ƣu điểm và nhƣợc điểm của các bộ truyền 24 Bảng 4.3: Ƣu điểm và nhƣợc điểm của đồ gá 25 Bảng 4.4: Ƣu điểm và nhƣợc điểm của các loại vật liệu 25 Bảng 4.5: Ƣu điểm và nhƣợc điểm của cơ cấu di chuyển 25 Bảng 4.6:Ƣu điểm và nhƣợc điểm của PIC, ARM, ARDUINO 26 Bảng 5.1: Thông số động cơ bƣớc KH56KM2- 912 29 Bảng 5.2: Step của một số động cơ bƣớc thông dụng 29 Bảng 5.3: Các thông số bộ truyền đai răng gờ hình thang 31 Bảng 5.4: Thông số tiêu chuẩn Cu theo u Error! Bookmark not defined. Bảng 5.5: Thông số tiêu chuẩn Cb theo b Error! Bookmark not defined. Bảng 5.6: u đƣợc chọn theo dãy tiêu chuẩn Error! Bookmark not defined. Bảng 5.7: Chọn đƣờng kính q theo m và aw Error! Bookmark not defined. Bảng 5.8: Thông số vật liệu của các chi tiết cơ cấu đã chọn 37 Bảng 6.1: Hiệu suất về mức độ chính xác của máy bằng phƣơng pháp thực nghiệm 57 x
13. DANH MỤC SƠ ĐỒ, LƢU ĐỒ, HÌNH VẼ Trang Sơ đồ 3.1: Mạch nguyên lý TB6560 19 Sơ đồ 3.2: Sơ đồ khối module TB6560 19 Sơ đồ 3.3: Ghép nối với mạch điều khiển 20 Sơ đồ 6.1: Hệ thống điều khiển của máy 38 Lƣu đồ 6.1: Lƣu đồ điều khiển 53 Hình 1.1: Máy kiểm tra linh kiện board mạch 1 Hình 1.2: Sinh viên thực tập hàn mạch điện 1 Hình 2.1: Vol kế 4 Hình 2.2: Máy kiểm tra độ ổn định điện áp 5 Hình 2.3: Máy kiểm tra board mạch 5 Hình 2.4: Công nhân kiểm tra mạch 6 Hình 2.5: Công nhân kiểm tra mạch 6 Hình 2.6: Máy dán linh kiện 7 Hình 3.1: Động cơ bƣớc thực tế 8 Hình 3.2: Động cơ bƣớc từ trở 9 Hình 3.3: Động cơ đơn cực 9 Hình 3.4: Động cơ hai cực 9 Hình 3.5: Động cơ nhiều pha 10 Hình 3.6: Các bộ phận cấu thành nên động cơ bƣớc 10 Hình 3.7: Mối quen hệ F1, F2, 훼, f 12 Hình 3.8: Bộ truyền trục vít – bánh vít 14 Hình 3.9: Lực tác dụng lên bộ truyền 15 Hình 4.1: Đế Inox 27 Hình 4.2: Thanh mica 28 Hình 5.1: Mô hình máy đo điện áp 32 Hình 5.2: Truyền động theo trục x 32 Hình 5.3: Truyền động theo trục y 32 xi
14. Hình 5.4: Truyền động theo trục z 33 Hình 5.5: Cơ cấu trục vít – bánh vít kết hợp thanh răng – bánh răng 33 Hình 5.6: Bộ truyền đai răng theo trục x 34 Hình 5.7: Bộ truyền đai răng theo trục y 34 Hình 5.8: Cơ cấu kẹp 34 Hình 5.9 Gá đặt động cơ trục x 35 Hình 5.10: Gá đặt động cơ trục y 35 Hình 5.11: Hƣớng chuyển động của các trục 35 Hình 5.12: Hƣớng chuyển động của các động cơ 36 Hình 5.13: Lực tác dụng trên thanh trƣợt 36 Hình 5.14: Ứng suất của thanh trƣợt 37 Hình 6.1: Gối đỡ thanh trƣợt trên thiết kế 39 Hình 6.2: Gối đỡ thanh trƣợt của máy 39 Hình 6.3: Cơ cấu gối đỡ thanh truyền trên trục thiết kế 40 Hình 6.4: Cơ cấu gối đỡ thanh truyền của máy 40 Hình 6.5: Cơ cấu puly trục y trên thiết kế 40 Hình 6.6: Cơ cấu puly trục y của máy 40 Hình 6.7: Cơ cấu puly trục x trên thiết kế 41 Hình 6.8: Cơ cấu puly trục x của máy 41 Hình 6.9: Cơ cấu truyền động trục z trên bản thiết kế 41 Hình 6.10: Cơ cấu truyền động trục z của máy 42 Hình 6.11: Cơ cấu lắp động cơ trục x trên thiết kế 42 Hình 6.12: Cơ cấu lắp động cơ trục x của máy 42 Hình 6.13: Cơ cấu lắp động cơ trục y trên thiết kế 43 Hình 6.14: Cơ cấu lắp động cơ trục y của máy 43 Hình 6.15: Cơ cấu lắp động cơ trục z trên thiết kế 44 Hình 6.16: Cơ cấu lắp động cơ trục z của máy (a) 44 Hình 6.17: Cơ cấu lắp động cơ trục z của máy (b) 44 Hình 6.18: Cơ cấu lắp động cơ trục z của máy (c) 44 Hình 6.19: Cơ cấu di chuyển trục x trên bản thiết kế 44 Hình 6.20: Cơ cấu di chuyển trục x của máy 45 xii
15. Hình 6.21: Cơ cấu lắp thanh truyền trục x trên bản thiết kế 45 Hình 6.22: Cơ cấu lắp thanh truyền trục x của máy 45 Hình 6.23: Cơ cấu chuyển trục y trên bản thiết kế 45 Hình 6.24: Cơ cấu chuyển trục y của máy 45 Hình 6.25: Cơ cấu kẹp mạch trên bản thiết kế 46 Hình 6.26: Cơ cấu kẹp mạch của máy 46 Hình 6.27: Cảm quang trục x 47 Hình 6.28: Cảm quang trục y 47 Hình 6.29: Cảm quang trục z 47 Hình 6.30: Tấm nhận biết cảm biến trục x và y 47 Hình 6.31: Mô hình tổng thể của máy kiểm tra điện áp mạch điện 48 Hình 6.32: Bản vẽ thiết kế mô hình tổng thể của máy kiểm tra điện áp mạch điện 48 Hình 6.33: Mạch driver TB6560 điều khiển động cơ bƣớc 49 Hình 6.34: Mạch điều khiển chính arduino ATEMEGA 2560 49 Hình 6.35: Mạch nguồn 24V 49 Hình 6.36: Mạch cầu chia áp 50V 50 Hình 6.37: Sơ đồ mạch chia áp 50 Hình 6.38: Cảm biến quang tiệm cận chữ u 51 Hình 6.39: Mạch nguồn tích hợp 5V, 9V, 12V, 0V – 15V 51 Hình 6.40: Sơ đồ điều khiển hệ thống của máy 51 Hình 6.41: Mạch điều khiển 52 Hình 6.42: Giao diện điều khiển phần mềm arduino 54 Hình 6.43: Giao diện điều khiển 54 Hình 6.44: Giao diện làm việc của phần mềm altium 55 Hình 6.45: File excel tọa độ các điểm cần đo đƣợc xuất ra từ phần mềm altium 55 Hình 6.46: Mạch nguyên lý mạch nguồn tích hợp 56 Hình 6.47: Mạch in 56 Hình 6.48: Kết nối 57 Hình 6.49: Import 57 Hình 6.50: Output 57 xiii
16. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PCB PrintedCircuitBoard TNHH Trách Nhiệm Hữu Hạn CNC Computerized Numerical Control Sw Switch ARM AdvancedRISCMachine Al Aluminum Pb Plumbum Com Communication TP TestPoint xiv
17. CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày càng phát triển, nƣớc ta đang cố gắng hƣớng tới năm 2020 cơ bản trở thành nƣớc công nghiệp hóa. Việc ứng dụng công nghệ mới vào sản xuất ngày càng trở nên phổ biến và đóng một vai trò rất quan trọng. Các máy móc thiết bị robot tự động đang dần thay thế con ngƣời trong tất các lĩnh vực đặc biệt là công nghiệp nhằm tăng hiệu quả và năng suất trong công việc. Hình 1.1: Máy kiểm tra linh kiện board mạch Bên cạnh đó các máy móc thiết bị cũng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhà trƣờng, trong các phòng thí nghiệm, nhằm đem lại hiệu quả cao trong việc dạy học cũng nhƣ đáp ứng nhu cầu nghiên cứu cho giảng viên và sinh viên. Hình 1.2: Sinh viên thực tập hàn mạch điện Một trong những ngành có tầm ảnh hƣởng lớn trong công nghiệp đó là ngành công nghiệp điện. Đặc biệt là ngành sản xuất board mạch, nó đòi hỏi nhu cầu đáp ứng về máy móc thiết bị tự động lớn nhằm thay thế con ngƣời trong công việc sản suất và kiểm tra. Nhằm giúp tăng năng suất và hiệu quả trong công nghiệp đồng thời giúp con ngƣời tránh những công việc tiếp xúc với chất độc hại nhƣ chì(Pb). Nhận thấy tầm quan trọng của máy móc thiết bị sản xuất board mạch, nhóm đã tiến hành nghiên cứu chế tạo, tính toán và thiết kế máy kiểm tra điện áp mạch điện, để sử 1
18. dụng trong phòng thí nghiệm của nhà trƣờng hoặc có thể phát triển để đƣa vào phục vụ cho các công ty nhỏ có nhu cầu. 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Về mặt khoa học, máy kiểm tra điệp áp mạch điện đã giải quyết đƣợc khó khăn hiện tại trong lĩnh vực kiểm tra board mạch phức tạp, có kích cỡ lớn và nhiều linh kiện trên board. Vấn đề này, đang đƣợc giới khoa học quan tâm và nghiên cứu. Những cái hay về đề tài này sẽ đƣợc nghiên cứu và cải tiến tối ƣu nhất, nhằm phục vụ đời sống. Máy kiểm tra điện áp mạch điện rất cần thiết cho nhu cầu kiểm tra mạch, việc đáp ứng nhanh, kiểm tra điện áp chính xác trên board mạch phức tạp trong thời gian ngắn. Với số lƣợng board nhiều, cần kiểm tra trong thời gian ngắn, máy kiểm tra điện áp mạch điện là phƣơng pháp tối ƣu nhất. Dần thay thế con ngƣời trong lĩnh vực kiểm tra mạch, máy đem lại hiệu quả cao, chính xác. Chính vì vậy, máy kiểm tra điện áp mạch điện có vai trò quan trọng trong đời sống hiện nay, con ngƣời sẽ giảm tải một phần công việc, dành nhiều thời gian cho công việc khác. 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đề tài nghiên cứu: ‟Thiết kế và chế tạo máy kiểm tra điện áp mạch điện” đƣợc thực hiện theo các mục tiêu sau: Thiết kế và chế tạo cơ khí cho máy, theo cơ cấu máy dán linh kiện điện tử. Định vị đƣợc vị trí các chân linh kiện cần kiểm tra Đo điện áp của các linh kiện đã chọn(TP) Đo đƣợc số lƣợng nhiều mạch khác nhau So sánh với mức điện áp trên lý thuyết đã đặt ra 1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu Các cơ cấu liên quan đến máy dán linh kiện Các loại máy đo điện áp trên mạch điện Nguyên lý của các máy đo điện áp Cách thức hoạt động của máy Điều khiển động cơ bƣớc Giao tiếp và điều khiển bằng máy tính Nội suy đƣờng thẳng 3 trục 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu Thời gian nghiên cứu của đề tài khoảng năm tháng(tháng 3 đến tháng 7 năm 2015) Nghiên cứu tìm hiểu các máy móc thiết bị ở phòng thí nghiệm nhà trƣờng có liên quan đến đề tài 2
19. Những sách chuyên ngành trong thƣ viện trƣờng Các trang tài liệu trên mạng về một số máy móc thiết bị của công ty có liên quan Nghiên cứu trên các lĩnh vực các máy tự động phục vụ trong nhà trƣờng, trong phòng thí nghiệm 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5.1 Cách thức nghiên cứu Khảo sát thực tế, thông qua việc tham quan ở một số nhà máy hoặc xƣởng sản xuất mạch điện nhƣ công ty TNHH Kha Thành Tìm hiểu một số đề tài nghiên cứu khoa học, có liên quan đến đề tài của nhóm Tham khảo các tài liệu trên các trang web và một số sách liên quan 1.5.2 Phƣơng tiện nghiên cứu Sử dụng phần mềm solidworks 2014 thiết kế cơ khí cho đề tài Dùng phần mềm Arduino để lập trình cho mạch điều khiển chính Sử dụng phần mềm Visual Studio 2010 để tạo giao diện điều khiển Dùng driver TB6560 để điều khiển động cơ bƣớc 3
20. CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Nhƣ mọi ngƣời đã biết, đối với tất cả các sản phẩm, thiết bị đều luôn có lịch sử, nguồn gốc hình thành, cũng nhƣ tình hình nghiên cứu về sản phẩm này ở trong nƣớc và ngoài nƣớc. Làm thế nào, để chúng ta có thể hiểu rõ hơn bức tranh tổng thể về lĩnh vực nghiên cứu của đề tài, cũng nhƣ một số sản phẩm tƣơng tự thế. Bên cạnh đó, chúng ta đã biết đƣợc tầm quan trọng và vấn đề cần đƣợc giải quyết trong đề tài, những điểm hạn chế, sự cần thiết cải tiến nhƣ thế nào và mục tiêu ra sao? Đó là câu hỏi đặt ra cho mỗi đề tài cần nghiên cứu. Chính vì thế, chƣơng tổng quan này sẽ giúp chúng ta có cái nhìn rõ hơn về đề tài “ Thiết kế và chế tạo máy kiểm tra điện áp mạch điện”. 2.1 Sơ lƣợc về sự phát triển máy kiểm tra điện áp mạch điện Trong những thập niên gần đây, cùng với sự phát triển của nền công nghiệp, thì các loại máy móc cũng nhƣ robot công nghiệp ngày càng phát triển mạnh. Đặc biệt là các loại robot tự động đang phát triển rất mạnh mẽ nhằm đáp ứng cho nhu cầu chất lƣợng và hiệu quả của sản phẩm cũng nhƣ hiệu suất làm việc. Nhắc tới sự phát triển đó thì không thể nhắc tới ngành công nghiệp điện tử, vi mạch, nó đã phát triển gắn liền với nền công nghiệp hóa. Chính vì thế các loại máy móc phục vụ cho việc sản xuất mạch cũng ngày tăng lên về số lƣợng cũng nhƣ chất lƣợng. Tuy nhiên, công việc kiểm tra tính ổn định của mạch sau khi đã chế tạo xong thì vẫn còn nhiều thủ công , tốn thời gian. Vì vậy, đề tài “Thiết kế và chế tạo máy kiểm tra điện áp mạch điện” vẫn đang đƣợc rất nhiều ngƣời quan tâm đến. Sơ khai cho đề tài này chính là Vôn kế. Hình 2.1:Vôn kế 4
21. Nhƣng hiện nay, vì cách kiểm tra điện áp bằng vôn kế khá thủ công, tốn thời gian nên ngƣời ta đang phát triển theo hƣớng tự động để phục vụ cho các lĩnh vực đòi hỏi cao hơn. 2.2 Tình hình nghiên cứu 2.2.1 Ngoài nƣớc Hiện nay, các chuyên gia nƣớc ngoài đã nghiên cứu và phát triển thành công máy kiểm tra điện áp dựa trên sự hoạt động ổn định của mạch điện và đang phát triển theo hƣớng tự động hóa. Hình 2.2: Máy kiểm tra độ ổn định điện áp Hình 2.3: Máy kiểm tra board mạch 2.2.2 Trong nƣớc Hiện tại trong nƣớc ta công việc chế tạo và thiết kế máy móc thiết bị vẫn còn đang rất hạn chế. Lý do chính là do điều kiện chi phí cũng nhƣ thiết bị phục vụ cho việc nghiên cứu còn khá cũ kỹ, lạc hậu. Chính vì thế, ở nƣớc ta tình hình nghiên cứu về đề tài máy kiểm tra điện áp một cách tự động nhƣ vậy là chƣa có. Ở Việt Nam hiện tại chỉ có máy kiểm tra độ ổn định của điện áp đƣợc nhập về từ nƣớc ngoài phục vụ cho việc kinh doanh. 2.3 Tổng quan vấn đề nghiên cứu Trong các công ty sản xuất mạch điện, nhu cầu nhân công về công đoạn kiểm tra mạch sau quá trình sản xuất, chế tạo là khá phổ biến. Chính vì thế, khiến cho sản phẩm mạch xuất ra thị trƣờng thỉnh thoảng còn bị hạn chế hoặc sai sót về mặt kỹ thuật. Ngoài ra, với các công việc này đòi hỏi ngƣời công nhân có sự tập trung cao, công việc khá nhàm chán, lặp đi lặp lại còn dễ gây ra sai sót, không đảm bảo an toàn lao động. 5
22. S K L 0 0 2 1 5 4