THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY GẮN LINH KIỆN SMD TUẦN TỰ

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.22 MB, 105 trang )

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong thời đại công nghiệp ngày càng phát triển, linh kiện dán đã dần thay thế
linh kiện cấm trong các mạch điện. Do đó nhu cầu về một máy để thực hiện việc gắn
các linh kiện dán lên bo mạch được đặt ra. Yêu cầu của các máy này là cần đảm bảo
gắp các linh kiện từ bộ phận cấp linh kiện đến vị trí cần đặt trên bo một cách chính xác
với sai số thỏa yêu cầu nhà sản xuất, tốc độ nhanh. Ở Việt Nam, việc chế tạo và nghiên
cứu về dạng máy trên còn hạn chế vì thế đề tài này được chủ yếu giải quyết vấn đề về
thiết kế cơ khí, thiết kế hệ thống điện, mô phỏng giải thuật tối ưu đường đi, điều khiển
một máy gắn linh kiện. Qua đó làm chủ công nghệ, giảm giá thành sản phẩm.
Luận văn gồm có 7 chương như sau:
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN
CHƯƠNG 5. MÔ HÌNH HÓA
CHƯƠNG 6. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
CHƯƠNG 7. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

iii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ………………………………………………………………………………………………………. i
TÓM TẮT LUẬN VĂN ……………………………………………………………………………………… iii
MỤC LỤC ………………………………………………………………………………………………………….. iv
DANH SÁCH HÌNH ẢNH ………………………………………………………………………………… viii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU …………………………………………………………………………………. xi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN …………………………………………………………………………………. 1
1.1. Giới thiệu chung …………………………………………………………………………………………… 1
1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ……………………………………………………………… 1
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ……………………………………………………………… 2

1.2. Cấu tạo của máy gắn linh kiện ……………………………………………………………………….. 2
1.3. Sơ đồ nguyên lý máy gắn linh kiện …………………………………………………………………. 4
1.4. Động cơ được sử dụng trong máy gắn linh kiện ……………………………………………….. 5
1.5. Giải thuật điều khiển …………………………………………………………………………………….. 5
1.6. Cấu trúc điều khiển ………………………………………………………………………………………. 6
1.7. Đặc tính kỹ thuật của một số máy trên thị trường……………………………………………… 7
1.8. Mục tiêu, nhiệm vụ, phạm vi đề tài…………………………………………………………………. 8
1.8.1. Mục tiêu đề tài ……………………………………………………………………………………….. 8
1.8.2. Nhiệm vụ đề tài ………………………………………………………………………………………. 9
1.8.3. Phạm vi đề tài ………………………………………………………………………………………… 9
1.9. Tổ chức luận văn ………………………………………………………………………………………… 10
CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ …………………………………………. 11
2.1. Lựa chọn sơ đồ động …………………………………………………………………………………… 11
2.2. Lựa chọn động cơ truyền động …………………………………………………………………….. 12
2.3. Lựa chọn giải thuật điều khiển ……………………………………………………………………… 13
iv

2.4. Lựa chọn cấu trúc điều khiển ……………………………………………………………………….. 15
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ …………………………………………… 17
3.1. Tính toán chọn động cơ bước cho trục ………………………………………………………….. 17
3.1.1. Tính toán chọn động cơ bước cho trục X …………………………………………………. 18
3.1.2. Tính toán chọn động cơ bước cho trục Y …………………………………………………. 20
3.1.3. Tính toán chọn động cơ bước cho trục Z ………………………………………………….. 21
3.2. Tính toán bộ truyền …………………………………………………………………………………….. 24
3.2.1. Tính toán bộ truyền đai răng trục X…………………………………………………………. 24
3.2.2. Tính toán bộ truyền đai răng trục Y…………………………………………………………. 26
3.2.3. Tính toán bộ truyền đai răng trục Z …………………………………………………………. 27
3.3. Tính toán và lựa chọn thiết kế thanh trượt trục Z ……………………………………………. 29
3.4. Tính toán và lựa chọn thiết kế con trượt tròn và thanh trượt tròn………………………. 32

3.4.1. Tính toán cho trục X ……………………………………………………………………………… 32
3.4.2. Tính toán cho trục Y ……………………………………………………………………………… 34
3.5. Tính toán trục và ổ lăn ………………………………………………………………………………… 36
3.5.1. Tính toán trục chính ………………………………………………………………………………. 36
3.5.2. Tính toán ổ lăn ……………………………………………………………………………………… 38
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN………………………………………………………. 41
4.1. Sơ Đồ Khối Hệ Thống Điện…………………………………………………………………………. 41
4.2. Kit Tiva TM4C123G Launchpad ………………………………………………………………….. 41
4.3. Driver điều khiển………………………………………………………………………………………… 42
4.4. Công tắc hành trình …………………………………………………………………………………….. 43
4.5. Cảm biến tiệm cận ………………………………………………………………………………………. 44
4.6. Module Bluetooth……………………………………………………………………………………….. 45
4.7. Máy hút chân không ……………………………………………………………………………………. 45
v

4.8. Module relay ……………………………………………………………………………………………… 46
4.9. Nguồn Điện ……………………………………………………………………………………………….. 47
CHƯƠNG 5. MÔ HÌNH HÓA ……………………………………………………………………………. 48
5.1. Giới thiệu giải thuật Genetic Algorithm – GA ……………………………………………….. 48
5.1.1. Khái niệm…………………………………………………………………………………………….. 48
5.1.2. Các bước cơ bản của giải thuật di truyền …………………………………………………. 48
5.2. Mô hình Toán Tối Ưu …………………………………………………………………………………. 50
5.2.1. Mô Hình Toán ………………………………………………………………………………………. 50
5.2.2. Định nghĩa các tên gọi được dùng …………………………………………………………… 51
5.2.3. Giải thuật tối ưu ……………………………………………………………………………………. 52
5.2.4. Mô phỏng với bài toán cụ thể …………………………………………………………………. 56
5.3. Mô phỏng quỹ đạo tương tự lệnh chạy dao nhanh G0 ……………………………………… 61
5.3.1. Tính toán các thông số điều khiển …………………………………………………………… 62
5.3.2. Kết quả mô phỏng và so sánh …………………………………………………………………. 62

CHƯƠNG 6. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ……………………………………………………….. 66
6.1. Giao Diện Điều Khiển Trên Máy Tính ………………………………………………………….. 66
6.2. Phương trình quan hệ giữa khoảng cách cần di chuyển và lượng xung cần cung
cấp cho 2 trục X, Y …………………………………………………………………………………………… 68
6.2.1. Phương trình quan hệ của trục X …………………………………………………………….. 69
6.2.2. Phương trình quan hệ của trục Y …………………………………………………………….. 72
6.3. Giải thuật điều khiển máy ……………………………………………………………………………. 73
6.3.1. Qui định frame truyền nhận dữ liệu …………………………………………………………. 73
6.3.2. Sơ đồ khối bộ điều khiển ……………………………………………………………………….. 73
6.3.3. Giải thuật điều khiển ……………………………………………………………………………… 75
CHƯƠNG 7. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ……………… 78

vi

7.1. Mô hình thực nghiệm kiểm tra giải thuật và điều khiển …………………………………… 78
7.2. Thực nghiệm xác định sai số của phương pháp điều khiển được sử dụng ………….. 79
7.2.1. Sai số trục X…………………………………………………………………………………………. 79
7.2.2. Sai số trục Y…………………………………………………………………………………………. 81
7.2.3. Sai số lặp lại …………………………………………………………………………………………. 82
7.3. Kết quả quá trình vận hành ………………………………………………………………………….. 83
7.4. Nhận xét kết quả thực nghiệm ……………………………………………………………………… 85
7.5. Hướng phát triển đề tài………………………………………………………………………………… 85
PHỤ LỤC A: BÀI BÁO LIÊN QUAN TÁC GIẢ…………………………………………………. 87
PHỤ LỤC B: BÀI BÁO LIÊN QUAN ĐỀ TÀI ……………………………………………………. 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………………………………… 95

vii

DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Các bộ phận cơ bản một máy gắn linh kiện (VP – 2500HP) ………………………….. 3
Hình 1.2 Các dạng bộ phận cấp linh kiện …………………………………………………………………. 3
Hình 2.1 Sơ đồ động sử dụng đai răng truyền động …………………………………………………. 11
Hình 2.2 Sơ đồ động sử dụng vít me bi truyền động ………………………………………………… 12
Hình 2.3 Cấu trúc điều khiển được lựa chọn …………………………………………………………… 15
Hình 3.1 Sơ đồ động học của máy dùng để thiết kế và tính toán ……………………………….. 17
Hình 3.2 Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ và khả năng tải của động cơ step
KH56KM2 – 901 …………………………………………………………………………………………………. 19
Hình 3.3 Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ và khả năng tải của động cơ step
Nema17 ………………………………………………………………………………………………………………. 23
Hình 3.4 Sơ đồ phân bố lực tác dụng lên trong trượt trục Z [13] ……………………………….. 29
Hình 3.5 Momen tĩnh tác dụng lên con trượt [21] ……………………………………………………. 30
Hình 3.6 Lực tương đương tác dụng lên con trượt khi chịu momen MP, MY………………. 31
Hình 3.7 Sơ đồ phân bố lực tác dụng lên con trượt theo trục X …………………………………. 33
Hình 3.8 Sơ đồ phân bố lực tác dụng lên con trượt theo trục Y …………………………………. 34
Hình 3.9 Biểu đồ phân bố lực trên trục chính ………………………………………………………….. 37
Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống điện ………………………………………………………………………… 41
Hình 4.2 Kit Tiva TM4C123G Launchpad ……………………………………………………………… 42
Hình 4.3 Driver microstep với IC driver SI09AFTG ……………………………………………….. 42
Hình 4.4 Công tắc hành trình Z-15GW2-B …………………………………………………………….. 44
Hình 4.5 Cảm biến tiệm cận JL12A3 …………………………………………………………………….. 44
Hình 4.6 Mạch thu phát bluetooth HC05 ………………………………………………………………… 45
Hình 4.7 Các thiết bị được sử dụng để thiện hiện việc hút chân không ………………………. 46
Hình 4.8 Module 1 relay với opto cách ly ………………………………………………………………. 46

viii

Hình 5.1 Các bước cơ bản thực hiện giải thuật di truyền ………………………………………….. 49

Hình 5.2 Mô hình máy gắn linh kiện tuần tự …………………………………………………………… 50
Hình 5.3 Lưu đồ giải thuật quá trình tìm kiếm giá trị tối ưu trong một vùng lân cận ……. 54
Hình 5.4 Lưu đồ giải thuật quá trình lai ghép ………………………………………………………….. 55
Hình 5.5 Giải thuật GA áp dụng cho việc tối ưu của máy…………………………………………. 56
Hình 5.6 Mạch điện chứa các linh kiện để thực hiện việc mô phỏng và kiểm nghiệm ….. 57
Hình 5.7 Thứ tự di chuyển tối ưu của đầu gắp – đặt (tối ưu bằng giải thuật GA) …………. 60
Hình 5.8 Đồ thi khoảng cách di chuyển tối ưu theo thời gian. …………………………………… 61
Hình 5.9 Đồ thị mô phỏng quỹ đạo di chuyển của đầu gắp – đặt từ vị trí (0, 0) đến vị
trí (20, 9) …………………………………………………………………………………………………………….. 63
Hình 5.10 Đồ thị mô phỏng quỹ đạo di chuyển của đầu gắp – đặt từ vị trí (20, 9) đến
vị trí (0, 0) …………………………………………………………………………………………………………… 63
Hình 5.11 Đồ thị mô phỏng và so sánh 2 quỹ đạo di chuyển được đề xuất từ (0, 0) đến
(20, 9)…………………………………………………………………………………………………………………. 64
Hình 5.12 Đồ thị mô phỏng và so sánh 2 quỹ đạo di chuyển được đề xuất từ (20 ,9) về 65
Hình 6.1 Giao diện điều khiển trên máy tính …………………………………………………………… 66
Hình 6.2 Giao diện thực hiện giải thuật GA ……………………………………………………………. 67
Hình 6.3 Đồ thị quan hệ giữa số xung cung cấp và khoảng cách di chuyển theo hướng
tiến trên trục X …………………………………………………………………………………………………….. 71
Hình 6.4 Đồ thị quan hệ giữa số xung cung cấp và khoảng cách di chuyển theo hướng
lùi trên trục X ………………………………………………………………………………………………………. 71
Hình 6.5 Đồ thị quan hệ giữa số xung cung cấp và khoảng cách di chuyển theo hướng
tiến trên trục Y …………………………………………………………………………………………………….. 72
Hình 6.6 Đồ thị quan hệ giữa số xung cung cấp và khoảng cách di chuyển theo hướng
lùi trên trục Y ………………………………………………………………………………………………………. 73
Hình 6.7 Sơ đồ cấu trúc điều khiển tập trung ………………………………………………………….. 74

ix

Hình 6.8 Giải thuật di chuyển tương tự lệnh chạy dao nhanh G0 trong máy CNC……….. 75

Hình 6.9 Giải thuật về vị trí home …………………………………………………………………………. 77
Hình 7.1 Mô hình 3D được thiết kế bằng Solidworks ………………………………………………. 78
Hình 7.2 Mô hình thực nghiệm kiểm chứng giải thuật điều khiển và thiết kế ……………… 78
Hình 7.3 Gá đặt đồng hồ so để đo sai số trục X, Y ………………………………………………….. 79
Hình 7.4 Gá đặt đồng hồ so để đo sai số lặp theo phương X, Y…………………………………. 82
Hình 7.5 Bo mạch kiểm nghiệm việc gắp – đặt đã được mô phỏng ở chương 5 ………….. 84
Hình 7.6 Kết quả việc gắp – đặt linh kiện tại một số vị trí ………………………………………… 84

x

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Các thông số động cơ step 2 pha – KH56KM2 ………………………………………….. 19
Bảng 3.2 Thông số động cơ SUMTOR 57HS7630A4………………………………………………. 21
Bảng 3.3 Các thông số động cơ step 2 pha – nema17 ………………………………………………. 22
Bảng 3.4 Độ chính xác của thanh trượt ứng với từng độ dài của hãng HIWIN [20] ……… 29
Bảng 3.5 Thông số các loại thanh trượt thuộc MG series của hãng HIWIN ………………… 30
Bảng 4.1 Các ngõ ra/vào microstep driver ………………………………………………………………. 43
Bảng 4.2 Công suất điện cần cung cấp cho các thiết bị …………………………………………….. 47
Bảng 5.1 Thông số vị trí của các chi tiết thu được từ phần mềm Altium …………………….. 57
Bảng 5.2 Khoảng cách giữa vị trí các linh kiện, các vị trí cấp linh kiện và vị trí bắt đầu. 58
Bảng 5.3 Điểm số của các vị trí cấp linh kiện ứng với các loại linh kiện…………………….. 58
Bảng 5.4 Tổng điểm của các vị trí cấp linh kiện – ứng với từng loại linh kiện …………….. 59
Bảng 5.5 Điểm tiêu chuẩn của các vị trí cấp linh kiện- ứng với từng loại linh kiện
score/max score) ………………………………………………………………………………………………….. 59
Bảng 5.6 Điểm số của các vị trí đặt linh kiện ứng với các loại linh kiện …………………….. 59
Bảng 5.7 Tổng điểm của các vị trí đặt linh kiện – ứng với từng vị trí đặt linh kiện ………. 59
Bảng 5.8 Điểm tiêu chuẩn của các vị trí đặt linh kiện – ứng với từng vị trí đặt linh kiện
(score/max score) …………………………………………………………………………………………………. 60
Bảng 5.9 Bảng tổng điểm tiêu chuẩn của các vị trí đặt linh kiện ……………………………….. 60

Bảng 5.10 Cá thể tối ưu sau khi tiến hành giải thuật GA ………………………………………….. 60
Bảng 6.1 Bảng chuẩn cho file excel được sử dụng ở hình 6.2……………………………………. 67
Bảng 6.2 Khoảng cách lý thuyết mà đầu gắp – đặt sẽ di chuyển theo phương trục X và
Y ……………………………………………………………………………………………………………………….. 69
Bảng 6.3 Khoảng cách thực tế khi đầu gắp – đặt di chuyển 800 xung theo phương trục
X ……………………………………………………………………………………………………………………….. 69

xi

Bảng 6.4 Khoảng cách đầu gắp – đặt đặt di chuyển trong thực tế theo phương trục X …. 70
Bảng 6.5 Khoảng cách đầu gắp – đặt đặt di chuyển trong thực tế theo phương trục Y …. 72
Bảng 7.1 Kết quả thực nghiệm di chuyển theo phương X một khoảng 50mm …………….. 80
Bảng 7.2 Kết quả thực nghiệm di chuyển theo phương Y một khoảng 50mm …………….. 81
Bảng 7.3 Giá trị sai số lặp lại đo được theo phương X. …………………………………………….. 82
Bảng 7.4 Giá trị sai số lặp lại đo được theo phương Y. …………………………………………….. 83

xii

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung
Các công ty sản xuất linh kiện điện tử đã và đang đối mặt với thị trường mang
tính cạnh tranh ngày càng cao, thi trường này đòi hỏi các công nghệ mới có thể cắt
giảm chi phí sản xuất trong khi vẫn duy trì được chất lượng sản phẩm. Sản phẩm điện
tử hiện nay chủ yếu là các bo mạch in được dùng để lắp đặt các linh kiện điện tử.
Phương pháp sử dụng linh kiện dán (Surface Mount Device – SMD) vào các bo mạch
in dần thay thế linh kiện cấm vì kích thước nhỏ gọn, giúp tăng độ chính xác lắp đặt.
Do đó, kỹ thuật dán linh kiện bề mặt (Surface Mount Technology – SMT) ra đời, kỹ

thuật này là phương pháp gắn các linh kiện điện tử trực tiếp lên trên bề mặt của bo
mạch. Kỹ thuật dán linh kiện bề mặt (SMT) gồm các công đoạn cơ bản sau [1]: quét
hợp kim hàn, gắn linh kiện, gia nhiệt và làm mát, kiểm tra và sửa lỗi [2].
Máy gắn linh kiện là máy thực hiện công đoạn gắn linh kiện với vai trò gắp – đặt
linh kiện lên bo mạch trước khi bo mạch được chuyển sang công đoạn gia nhiệt và làm
mát. Cũng như những công đoạn khác trong kỹ thuật dán linh kiện bề mặt (SMT),
công đoạn gắn linh kiện cũng có các yêu cầu kỹ thuật như sau: cần đảm bảo gắp các
linh kiện từ bộ phận cấp linh kiện đến vị trí cần đặt trên bo một cách chính xác với sai
số thỏa yêu cầu nhà sản xuất, tốc độ nhanh và thời gian ổn định (các lần gắp – đặt linh
kiện phải thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau khi ở cùng khoảng cách).
1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Vào những năm đầu 1980 máy gắn linh kiện đầu tiên trên thế giới được ra đời
với chỉ một đầu gắp – đặt. Ngày nay, máy gắn linh kiện đã không ngừng phát triển và
được phân thành năm loại khác nhau dựa trên đặc điểm kỹ thuật và phương pháp vận
hành bao gồm [3]: máy gắn linh kiện dạng đầu gắp – đặt linh kiện kép [4, 6], dạng đa
vị trí [5,7], dạng đầu gắp – đặt tháp xoay [2, 8], dạng đa đầu gắp – đặt [2], dạng gắp –
đặt tuần tự [2]. Cùng với sự phát triển nhanh và vượt bậc của các máy gắn linh kiện thì
các nghiên cứu về vấn đề tối ưu hóa khả năng vận hành của máy lần lượt ra đời nhằm
tăng hiệu suất máy, tăng khả năng cạnh trạnh trên thị trường hiện nay. Các nghiên cứu
có thể kể đến như: Csaszar [4] sử dụng “Adaptive Simulated Annealing” để tối ưu khả

1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
năng vận hành của máy gắn linh kiện dạng đầu gắp – đặt linh kiện kép, Csaszar [5]
cũng sử dụng giải thuật “tabu search” để tối ưu khả năng vận hành của máy gắn linh
kiện dạng đa vị trí, Gang PENG và Kehan ZENG [27] đã sử dụng phương pháp “An
Ad-Hoc Method with Genetic Algorithm” nhằm tối sư khả năng vạn này của máy gắn
linh kiện dạng gắp – đặt tuần tự, hay William Ho [16] đã đề xuất mô hình toán và

phương pháp “Heuristic solutions” nhằm tối ưu thứ tự gắn linh kiện và tối ưu khả năng
cấp linh kiện cho máy gắn linh kiện dạng đa vị trí,…
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Ở nước ta, linh kiện dán được sử dụng vào các bo mạch đã không còn quá xa lạ
tuy nhiên việc nghiên cứu và chế tạo máy gắn linh kiện để thực hiện việc gia công các
bo mạch vẫn còn hạn chế. Các bo mạch chủ yếu được mang gia công ngoài nước hay
được vận hành bằng các máy có nguồn gốc từ nước ngoài và hầu hết các máy này đều
rất đắt tiền. Bên cạnh đó, các máy gắn linh kiện được sản xuất trong nước (máy gắn
linh kiện của công ty SMT Tpatech) chủ yếu phục vụ việc gia công bo mạch thay vì
thương mại hóa sản phẩm máy móc, vì thế việc tiếp cận hay phát triển máy gắn linh
kiện ở nước ta còn khá hạn chế.
→ Đề tài này được đưa ra để giải quyết vấn đề máy gắn linh kiện trong nước và
giảm giá thành máy. Đề tài tập trung vào thiết kế và điều khiển máy có các tính năng
cơ bản tương tự các máy hiện có trên thị trường. Để thiết kế và vận hành máy gắn linh
kiện dạng đầu gắp – đặt tuần tự, tất cả các yếu tố kỹ thuật cấu thành của máy đều cần
được quan tâm: cấu tạo, phân loại, sơ đồ nguyên lý, động cơ, cấu trúc điều khiển và
giải thuật điều khiển được sử dụng.
1.2. Cấu tạo của máy gắn linh kiện
Máy dạng gắp – đặt tuần tự gồm các bộ phận cơ bản sau: bộ phận cấp linh kiện,
tay máy, bàn máy đặt bo mạch, đầu gắp – đặt, vòi hút linh kiện, đồ gá dụng cụ (hình
1.1).
a) Bộ phận cấp linh kiện, bàn máy để bo mạch và đầu gắp – đặt đều có thể xoay
hoặc di chuyển tùy thuộc và đặc tính kỹ thuật của máy. Bộ phận gắn linh kiện có thể
gắn một, hai, ba hoặc bốn đường dẫn ở bốn cạnh của máy, đồng thời bộ phận cấp linh

2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
kiện được thiết kế để có thể thích hợp với nhiều loại bao bì linh kiện khác nhau như:

bao bì dạng băng, dạng thanh, dạng khay (hình 1.2).

Tay máy
Bộ phận cấp
chíp

Đầu gắp đặt
Bo mạch
(PCB)

Vòi hút

Đồ gá dụng
cụ

Hình 1.1 Các bộ phận cơ bản một máy gắn linh kiện (VP – 2500HP)

a) Bộ phận cấp phôi dạng băng cuộn

b) Bộ phận cấp phôi dạng thanh

c) Bộ phận cấp phôi dạng khay
Hình 1.2 Các dạng bộ phận cấp linh kiện
3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
b) Tay máy thường có một hoặc nhiều đầu gắp – đặt để thực hiện việc gắp linh
kiện từ bộ phận cấp và đặt chính xác vị trí trên bo mạch. Mỗi đầu gắp – đặt được gắn
với một hoặc nhiều vòi hút có khả năng hút và giữ linh kiện.

c) Vòi hút có thể chuyển động theo phương vuông góc với bàn máy (trục Z, lên –
xuống) để thực hiện việc gắp – đặt linh kiện. Bởi vì có nhiều loại bao bì linh kiện với
những kích thước khác nhau nên nhiều loại vòi hút khác nhau cũng như các hệ thống
chuyển vòi hút tự động cũng ra đời để đảm bảo việc sử dụng đúng loại vòi hút phù hợp
với từng bao bì linh kiện khác nhau.
d) Đồ gá dụng cụ dùng để gá các loại vòi hút khác nhau nhằm phục vụ cho việc
thay đổi vòi hút trong quá trình hoạt động của máy để đảm bảo máy sử dụng đúng vòi
hút tương ứng với từng loại bao bì linh kiện khác nhau.
e) Bàn máy đặt bo mạch làm nhiệm vụ giữ bo mạch cố định đảm bảo cho linh
kiện được đúng vị trí. Bàn máy thường chuyển động trong mặt phẳng (hai trục X-Y)
sao cho bo mạch ở dưới đầu máy.
1.3. Sơ đồ nguyên lý máy gắn linh kiện
Rất nhiều sơ đồ nguyên lý khác nhau của hệ thống truyền động đã được áp dụng
vào máy gắn linh kiện dạng đầu gắp – đặt tuần tự nhằm đạt được độ chính xác và tốc
độ cao, sơ đồ nguyên lý của hệ thống truyền động trong các máy như: TM220A, Neo
TM245P, VP – 2500HP, QH – TVM802C, SMT280, CMHT36VA, BA392V1,… có
thể được sử dụng.

Vòi hút

X
Y
Z
b) Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động

a) Máy gắn linh kiện TM220A

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động
4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Hiện nay, máy gắn linh kiện dạng đầu gắp – đặt tuần tự chủ yếu sử dụng sơ đồ
nguyên lý dạng tay máy dịch chuyển và bàn máy đứng yên (hình 1.3). Sơ đồ nguyên lý
này có bàn máy nhỏ gọn, thích hợp việc bố trí nhiều loại linh kiện khác nhau tuy nhiên
việc tay máy di chuyển tạo ra rung động gây thiếu chính xác trong quá trình gắp – đặt
(điều này có thể được giải quyết bằng các giải thuật điều khiển động cơ).
1.4. Động cơ được sử dụng trong máy gắn linh kiện
Sau khi tìm hiểu về sơ đồ nguyên lý được áp dụng vào các máy thì động cơ cũng
là một phần quan trọng trong hệ thống truyền động của máy. Động cơ được sử dụng để
điều khiển từng trục và bộ phận cấp phôi có thể kể đến động cơ servo hoặc động cơ
bước. Động cơ servo thường được dùng để điều khiển chuyển động các trục có yêu
cầu momen xoắn lớn và tốc độ cao như trong các máy CNC. Đối với các loại máy gắn
linh kiện, các trục không yêu cầu momen xoắn quá lớn tuy nhiên lại yêu cầu độ chính
xác cao thì động động cơ bước thường được sử dụng như trong các máy gắp linh kiện:
TM220A, CHMT36A…
1.5. Giải thuật điều khiển
Giải thuật điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành máy, nó có ảnh
hướng lớn đến sai số của máy sau sai số cơ khí. Các phương pháp và giải thuật điều
khiển có thể được áp dụng vào máy bao gồm: phương pháp điều khiển điểm – điểm
[11], phương pháp điều khiển tăng – giảm tốc độ, giải thuật di truyền…
Phương pháp điều khiển điểm – điểm [11] thường được sử dụng để di chuyển bộ
phận công tác đến một vị trí mong muốn trong các máy chuyển động 2 trục X – Y có
thể được áp dụng để thực hiện việc điều khiển đầu gắp – đặt linh kiện di chuyển đến
một vị trí mong muốn. Để thực hiện phương pháp này, chuyển động của đầu gắp – đặt
linh kiện được chia thành những phần tương ứng với từng trục từ đó quỹ đạo của đầu
gắp – đặt linh kiện được tạo thành thông qua việc kết hợp những chuyển động riêng lẻ
của từng trục [13]. Ở các máy TM220A, Neo TM245P, VP – 2500HP, QH –
TVM802C … thì đầu gắp – đặt linh kiện chuyển động tương tự lệnh chạy dao nhanh
G0 trong các máy CNC. Nguyên lý của chuyển động này như sau: “Đầu tiên cả hai

trục chuyển động đồng thời, sau đó khi một trong hai trục đạt được tọa độ theo phương
đang di chuyển của chính nó thì trục đó sẽ dừng lại, trục còn lại sẽ tiếp tục chuyển
5

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
động đến khi đạt được tọa độ cần thiết thì dừng lại. Việc chuyển động này sẽ làm cho
đầu gắp – đặt linh kiện di chuyển theo đường thẳng và hợp 1 góc 45o với phương
ngang sau đó 1 trục sẽ chuyển động thẳng.
Bên cạnh việc áp dụng phương pháp điều khiển điểm – điểm thì phương pháp
điều khiển tăng – giảm tốc[11,15] cũng được sử dụng để giảm rung động của máy
trong quá trình chuyển động. Ngoài ra, khác với các loại máy CNC, máy gắn linh kiện
có vấn đề tồn tại trong việc điều khiển để nhằm thực hiện việc tối ưu cho hoạt động
của máy [12] là vấn đề tối ưu đường đi của đầu gắp – đặt trong quá trình vận hành. Để
giải quyết vấn đề này, nhiều giải thuật khác nhau đã được đưa ra như [12, 16, 27, 28,
29]: giải thuật di truyền (genetic algorithm), phương pháp heuristic, phương pháp lặp
(iterative approach), giải thuật di truyền cải tiến…
1.6. Cấu trúc điều khiển
Về cấu trúc điều khiển, máy gắn linh kiện có các bộ phận chính bao gồm bộ phận
cấp phôi, đầu gắp – đặt, bộ phận điều khiển và bộ phận điều khiển động cơ. Trong đó
có hai phương pháp chính để kết nối các bộ phận đó với nhau là phương pháp điều
khiển tập trung và phân cấp:
Encoder

Encoder

Y – Axis
Motor

Feeder

Motor

Z – Axis
Driver

Slave 3

Slave 4

Feeder
Driver

Master

Y – Axis
Driver

Y – Axis
Motor

Slave 2

Slave 1
Pick and
Place
Head

X – Axis
Driver
X – Axis

Motor
Encoder

Encoder

Hình 1.4 Cấu trúc điều khiển phân cấp
6

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
 Trong phương pháp điều khiển phân cấp (hình 1.4):
Nhiều hơn một MCU sẽ được sử dụng trong hệ thống. Bên cạnh MCU master
đảm nhiệm việc tính toán tổng thể, các MCU Slave đảm nhiệm việc điều khiển từng
bộ phận riêng lẻ trong máy. Cấu trúc này giúp giảm nhẹ khối lượng tính toán cho
master và cho phép máy thực hiện nhiều tác vụ cùng lúc. Cấu trúc điều khiển phân cấp
có đặc điểm phần cứng phức tạp hơn, phải quan tâm đến vấn đề giao tiếp giữa các
MCU, tuy nhiên có khả năng xử lý nhiều tác vụ cùng lúc, giúp cho thời gian xử lý của
hệ thống nhanh hơn khi sử dụng cấu trúc tập trung.
 Trong phương pháp điều khiển tập trung (hình 1.5):
Một bộ điều khiển trung tâm truyền tín hiệu điều khiển cho cơ cấu tác động. Cấu
trúc điều khiển tập trung có đặc điểm phần cứng đơn giản, tuy nhiên MCU phải xử lý
tất cả thông tin trước khi cập nhật thông tin mới.
Y – Axis
Motor

Encoder

Feeder
Motor

Encoder

Z – Axis
Driver

Feeder
Driver
MCU

Y – Axis
Driver

Y – Axis
Motor

X – Axis
Driver

Encoder

Pick and Place
Head

Encoder

X – Axis
Motor

Hình 1.5 Cấu trúc điều khiển tập trung
1.7. Đặc tính kỹ thuật của một số máy trên thị trường

Sau quá trình tìm hiểu các vấn đề liên quan đề máy gắn linh kiện thì các sản
phẩm hiện có thuộc loại máy này cũng được tìm hiểu nhằm tạo cơ sở cho việc thiết kế
hợp lý hơn. Các máy hiện có trên thị trường bao gồm:
a) Máy gắp – đặt linh kiện CHM – T48VA của Sumilax SMT Techonologies Pvt.
Ltd
7

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Một số đặc tính kỹ thuật của máy [17]:
 Kích thước bo mạch tối đa: 450 mm x 330 mm
 Các loại linh kiện được hỗ trợ: 0201 – 0402 – 5050, SOP, QFN, BGA…
 Tốc độ gắn linh kiện: 8000 linh kiện/h
 Độ chính xác: ± 0.015mm


Số đầu gắp đặt sử dụng: 4 đầu

b) Máy gắp – đặt linh kiện TM – 220A (hình 1.3.a)
Một số đặc tính kỹ thuật của máy [18]:


Kích thước bo mạch: từ 20mm x20mm đến 220 mm x 200 mm



Các loại linh kiện được hỗ trợ: 0402 – 5050, SOP, QFN…



Tốc độ gắn linh kiện: 7000 linh kiện/h



Độ chính xác: ± 0.025mm



Số đầu gắp đặt sử dụng: 2 đầu

c) Máy gắp – đặt linh kiện VP – 2500HP
Một số đặc tính kỹ thuật của máy [19]:


Kích thước bo mạch tối đa: 360mm x 500 mm



Các loại linh kiện được hỗ trợ: 0402 – 5050, SOP, QFN…



Tốc độ gắn linh kiện: 3600 linh kiện/h



Độ chính xác: ± 0.025mm



Số đầu gắp đặt sử dụng: 2 đầu

1.8. Mục tiêu, nhiệm vụ, phạm vi đề tài
1.8.1. Mục tiêu đề tài
Từ các tìm hiểu ở các phần bên trên cũng như các đặc tính kỹ thuật của các máy
trong thực tế, đề tài này tập trung vào việc thiết kế máy gắn linh kiện SMD dạng tuần
tự (phù hợp với loại linh kiện 0805), chế tạo mô hình máy để kiểm tra phương án được
chọn, thiết kế giải thuật để tối ưu hóa việc gắp linh kiện và phần mềm giám sát điều
khiển.
Từ mục tiêu này, đề tài này tập trung vào việc thiết kế máy gắn linh kiện dạng
tuần từ có thể đáp ứng các đặc tính cơ bản sau:

8

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN


Tốc độ gắn linh kiện: 1800 linh kiện/h



Loại linh kiện 0805 (kích thước 2mm x 1.25mm)



Độ chính xác: ± 0.1mm

1.8.2. Nhiệm vụ đề tài
Để thực hiện mục tiêu được đặt ra bên trên, các nhiệm vụ cụ thể cần phải được

thực hiện như sau:


Đề xuất và lựa chọn phương án thiết kế sau khi đã tìm hiểu các vấn đề liên
quan đến máy.



Thiết kế cơ khí cho các bộ phận của máy, vẽ bản vẽ lắp cho một máy hoàn
chỉnh, chế tạo mô hình thực nghiệm để kiểm tra giải thuật điều khiển.



Thiết kế hệ thống điện cho máy.



Xây dựng chương trình điều khiển cho máy bao gồm:
– Tìm hiểu và lựa chọn giải thuật tối ưu đường đi cho bài toán di chuyển
của đầu gắp – đặt và tiến hành mô phỏng trên matlab.
– Tìm hiểu và lựa chọn giải thuật cho việc di chuyển từ vị trí này đến vị trí
khác của đầu gắp – đặt, sau đó tiền hành mô phỏng trên matlab.
– Thiết kế giao diện cho bộ điều khiển bằng matlab, tận dụng ưu thế về
tính toán của matlab để hổ trợ thực hiện giải thuật tối ưu đường đi trên
máy tính.



Thực nghiệm đánh giá thiết kế và xác định sai số của giải thuật và phương
pháp điều khiển.

1.8.3. Phạm vi đề tài
Từ mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể được nên, đề tài này tập trung vào việc thiết kế
máy gắn linh kiện dạng tuần từ nằm trong phạm sau:


Kích thước bo mạch: từ 20mmx20mm đến 200mmx200mm.



Số đầu gắp đặt sử dụng: 1 đầu.



Không sử dụng bộ phận cấp linh kiện tự động.



Phù hợp loại linh kiện 0805.

9

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.9. Tổ chức luận văn
Từ mục tiêu, nhiệm vụ, phạm vi đề tài được đặt ra, đề tài được chia làm 7
chương. Các chương có nội dung như sau:


Chương 1 trình bày tổng quan các vấn đề liên quan đến đề tài tạo cơ sở để

đặt ra mục tiêu, nhiệm vụ, phạm vi đề tài.



Chương 2 đề xuất các phương án thiết kế sau đó đưa ra phương án được lựa
chọn có thể áp dụng để thực hiện được mục tiêu đề bài đặt ra.



Chương 3 trình bày các tính toán cơ khí phù hợp với sơ đồ động của hệ
thống dẫn động đã được lựa chọn ở chương 2 bao gồm: tính toán và lựa
chọn động cơ, bộ truyền đai răng, con trượt, trục, ổ lăn.



Chương 4 trình bày các linh kiện được sử dụng cho hệ thống điện của máy
bao gồm: vi điều khiển, driver, cảm biến, nguồn điện, máy hút chân
không,…



Chương 5 trình bày sơ bộ về giải thuật di truyền được áp dụng cho việc tối
ưu đường đi của đầu gắp – đặt sau đó thực hiện mô phỏng và tính toán giải
thuật thông qua matlab để đưa ra thứ tự di chuyển tối ưu nhất. Bên cạnh đó
chương 5 còn trình bày phương pháp điều khiển được áp dụng cho việc di
chuyển từ điểm này đến điểm khác của đầu gắp – đặt sau đó mô phỏng và
so sánh giữa các phương pháp đưa ra.



Chương 6 trình bày về việc thiết kế bộ điều khiển của máy bao gồm: giao
diện điều khiển trên máy tính, các giải thuật được áp dụng vào bộ điều
khiển, qui định về frame dữ liệu sẽ được truyền nhận thông qua bluetooth.



Chương 7 trình bày kết luận về khả năng của máy, những hạn chế còn tồn
tài và hướng phát triển của đề tài.

10

CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1. Lựa chọn sơ đồ động
Hai dạng sơ đồ động có thể được áp dụng vào hệ thống dẫn động của máy.
– Dạng 1 (hình 2.1) sử dụng đai răng để dẫn động cho các trục của hệ thống
truyền động. (Hệ thống truyền động của các máy TM220A, TM245P,
STM280…).
Các ưu điểm và nhược điểm của sơ đồ nguyên lý dạng 1:
 Ưu điểm: Phù hợp với những ứng dụng tốc độ cao, độ chính xác cao, hành
trình di chuyển dài. Đai răng không có hiện tượng trượt, kích thước bộ truyền
nhỏ. Bên cạnh đó, đai răng có hiệu suất truyền động cao từ 92% đến 96%.
 Nhược điểm: Kéo được tải thấp hơn so với vít me.

X
Y
Z

Hình 2.1 Sơ đồ động sử dụng đai răng truyền động

– Dạng 2 (hình 2.2) sử dụng vít – đai ốc bi để dẫn động cho các trục của hệ
thống truyền động. (Hệ thống truyền động của máy VP – 2500HP,
BA392V1,…).
Các ưu điểm và nhược điểm của sơ đồ nguyên lý dạng 2:

11

CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
 Ưu điểm: Hiệu suất và độ tin cậy cao, khả năng tải lớn, tuổi thọ cao, làm việc
êm và không ồn, độ chính xác cao.
 Nhược điểm: Yêu cầu bảo dưỡng định kỳ, bôi trơn thường xuyên, ma sát lớn
nên mòn nhanh, hiệu suất thấp [10]. Đồng thời khi hành trình chuyển động dài
đòi hỏi chi phí lớn.

Y
X

Vòi hút

Hình 2.2 Sơ đồ động sử dụng vít me bi truyền động
Hệ thống truyền động sử dụng đai răng cho phép hành trình di chuyển ở các trục
dài, bên cạnh đó sử dụng bộ truyền đai răng giúp giảm giá thành máy.
→ Với mục tiêu đặt ra cho máy gắp – đặt linh kiện có tốc độ gắn linh kiện là
1800 linh kiện/h và độ chính xác của máy là ± 0.1mm thì sơ đồ nguyên lý hệ thống
truyền động cho các trục của máy dạng đai răng truyền động (hình 2.1) được lựa
chọn.
2.2. Lựa chọn động cơ truyền động
Động cơ truyền động có thể được sử dụng trong máy gắp – đặt linh kiện gồm:
– Loại 1: động cơ servo với những ưu – nhược điểm sau:

12

CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
 Ưu điểm: Cung cấp torque lớn, tốc độ cao, điều khiển vận tốc tốt hơn, ít ồn,
quay mượt ở tốc độ chậm.
 Nhược điểm: Đắt hơn động cơ bước, yêu cầu phải hiệu chỉnh hệ số khi điều
khiển vòng kín dẫn đến khó điều khiển hơn động cơ bước, không phù hợp với
các môi trường nguy hiểm hoặc môi trường chân không.
– Loại 2: động cơ bước (được sử dụng nhiều tại các máy: TM220A,
CHMT36A…) với những ưu – nhược điểm sau:
 Ưu điểm: Giá rẻ hơn động cơ servo, ít phải bảo trì, đáp ứng tốt lúc start/stop
cũng như đảo chiều động cơ, có thể làm việc trong bất cứ môi trường nào.
 Nhược điểm: Bị giới hạn về mặt tốc độ, rung động và ồn khi chạy ở tốc độ
cao, có hiện tượng mất đồng bộ khi xảy ra quá tải.
→ Nhận thấy việc sử dụng động cơ step để điều khiển phấn cấp chuyển động của
các trục của máy có thể đảm bảo được tốc độ và độ chính xác đặt ra tại đầu bài. Đồng
thời với giá thành động cơ step và driver đi kèm rẻ hơn động cơ servo (cụ thể là AC
servo) thì động cơ step thích hợp để thực hiện làm mô hình kiểm nghiệm các tính toán
và điều khiển mà mục tiêu đầu bài đặt ra.
2.3. Lựa chọn giải thuật điều khiển
Sai số được đặt ra tại mục tiêu đề tài: ± 0.1mm điều này đòi hỏi giải thuật điều
khiển được sử dụng phải đạt được độ chính xác cao, ngoài ra tốc độ gắn linh kiện 1800
linh kiện/h cũng đặt ra yêu cầu đối với quãng đường đi mà đầu gắp – đặt di chuyển
thích hợp và tối ưu để tăng tốc độ hoạt động của máy.
Để đạt được mục tiêu đề tài đặt ra, phương pháp điều khiển điểm – điểm để thực
hiện việc di chuyển đầu gắp – đặt đến đúng vị trí. Nhận thấy quỹ đạo di chuyển của
đầu gắp – đặt linh kiện từ một điểm gắp đến một điểm đặt có thể là quỹ đạo bất kỳ. Vì
thế hai đề xuất cho quỹ đạo sẽ được sử dụng như sau:

– Quỹ đạo thẳng sử dụng phương pháp nội suy xấp xỉ bậc thang.
– Quỹ đạo chuyển động tương tự lệnh chạy dao nhanh G0 trong các máy CNC
Phương pháp nội suy dạng xung tham chiếu với phương pháp xấp xỉ bậc thang
thường được sử dụng để di chuyển theo một biên dạng cho trước biên dạng di chuyển

13

CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
là đường thẳng được lựa chọn, bên cạnh đó phương pháp xấp xỉ bậc thang có độ chính
xác cao đặc điểm này thích hợp với sai số mà đề tài đặt ra. Tuy nhiên việc áp dụng
phương pháp này trong quá trình điều khiển phức tạp hơn đề xuất còn lại, đồng thời
tốc độ nội suy phụ thuộc vào tốc độ của trục có quãng đường di chuyển lớn hơn.
Quỹ đạo chuyển động tương tự lệnh chạy dao nhanh G0 trong các máy CNC dễ
áp dụng vào điều khiển hơn phương pháp nội suy bậc thang đồng thời có thể vận hành
2 trục với tốc độ lớn nhất có thể, điều này cho phép đầu gắp – đặt linh kiện di chuyển
nhanh. Đồng thời sai số di chuyển phụ thuộc sai số chuyển động của từng trục mà độ
chính xác từng trục được điều khiển thông qua từng xung điều khiển nên có thể dễ
dàng đảm bảo độ chính xác cho máy hơn.
Từ hai phân tích trên việc điều khiển đầu gắp – đặt linh kiện theo quỹ đạo chuyển
động tương tự lệnh chạy dạo nhanh G0 trong CNC thích hợp cho việc điều khiển máy.
Bên cạnh đó, trong quá trình vận hành, máy gắp – đặt linh kiện thực hiện tuần tự
hai công việc: phân phối linh kiện từ bộ phận cấp linh kiện đến vị trí cấp linh kiện trên
máy và gắp – đặt linh kiện tuần tự linh kiện lên bo mạch. Trong phạm vi đề tài này,
máy gắp – đặt linh kiện được thiết kế đã bỏ qua việc thiết kế bộ phận cấp linh kiện tự
động mà thay vào đó là giả sử rằng linh kiện đã được cấp đúng vị trí cấp linh kiện trên
máy. Vì thế máy được thiết kế chỉ tồn tại một vấn đề liên quan đến việc sắp xếp thứ tự
gắp – đặt linh kiện. Nhằm nâng cao hiệu suất, giảm chi phí lắp đặt và giảm thời gian di
chuyển của đầu gắp – đặt thì việc tối ưu hóa quãng đường mà đầu gắp – đặt di chuyển
được nêu ra. Hai đề xuất về giải thuật tối ưu có thể được áp dụng vào máy gắp – đặt

linh kiện để giải quyết vấn đề trên:
– Phương pháp đặc biệt – sử dụng kết hợp giải thuật di truyền (genetic algorithm
– GA) với lựa chọn trọng số khoảng cách (Ad – hoc named Distance Score
with Weights Selection – DSWS).
– Sử dụng giải thuật di truyền (genetic algorithm – GA).
Giải thuật di truyền (GA) [28] được sử dụng rộng rãi trong việc giải quyết vấn đề
tối ưu đường đi hiện nay nhưng giải thuật GA lại tiêu tốn dung lượng máy tính lớn,
đây cũng là một trong những hạn chế tồn tại của giải thuật GA đã và đang được nghiên
cứu để giải quyết. Việc sử dụng phương pháp đặc biệt kết hợp giải thuật GA với
14

CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
DSWS [27] lại thích hợp với các máy gắp – đặt linh kiện có số lượng vị trí cần đặt linh
kiện nhiều hơn số lượng đường dẫn cấp linh kiện. Đồng thời việc phương pháp này
làm hạn chế được việc tiêu tốn dung lượng máy tính lớn do vấn đề tối ưu được giải
quyết bằng cách chia thành 2 giai đoạn: giai đoạn 1 sử dụng DSWS để sắp xếp lựa
chọn các vị trí phù hợp, giai đoạn 2 áp dụng GA để tối ưu.
→ Vì thế để giải quyết tốt đầu bài đặt ra, phương pháp đặc biệt – GA kết hợp
DSWS để tối ưu đường đi của đầu gắp – đặt linh kiện được sử dụng, sau đó sử dung
phương pháp điều khiển đầu gắp – đặt linh kiện theo quỹ đạo chuyển động tương tự
lệnh chạy dạo nhanh G0 trong CNC.
2.4. Lựa chọn cấu trúc điều khiển

Y – Axis
Motor

COMPUTER

Z – Axis

Driver

Feeder
Motor

Feeder
Driver
MCU

Y – Axis
Driver

Y – Axis
Motor

X – Axis
Driver

Pick and Place
Head

X – Axis
Motor

Hình 2.3 Cấu trúc điều khiển được lựa chọn
Ở đề tài này lựa chọn dạng điều khiển tập trung với vi điều khiển tm4c123gh6ph
sẽ đảm nhiệm toàn bộ việc tính toán cũng như điều khiển các động cơ ở các trục của
máy.
Bên cạnh đó matlab được lựa chọn để hỗ trợ việc tính toán cho vi điều khiển và
dùng để thiết kế giao diện cho người dùng đồng thời thời matlab cũng đảm nhiệm việc

tối ưu đường đi cho máy. Điều này làm giảm thời gian tính toán và xử lý của vi điều

15

1.2. Cấu tạo của máy gắn linh kiện ……………………………………………………………………….. 21.3. Sơ đồ nguyên tắc máy gắn linh kiện …………………………………………………………………. 41.4. Động cơ được sử dụng trong máy gắn linh kiện ……………………………………………….. 51.5. Giải thuật tinh chỉnh và điều khiển …………………………………………………………………………………….. 51.6. Cấu trúc điều khiển và tinh chỉnh ………………………………………………………………………………………. 61.7. Đặc tính kỹ thuật của 1 số ít máy trên thị trường ……………………………………………… 71.8. Mục tiêu, trách nhiệm, khoanh vùng phạm vi đề tài …………………………………………………………………. 81.8.1. Mục tiêu đề tài ……………………………………………………………………………………….. 81.8.2. Nhiệm vụ đề tài ………………………………………………………………………………………. 91.8.3. Phạm vi đề tài ………………………………………………………………………………………… 91.9. Tổ chức luận văn ………………………………………………………………………………………… 10CH ƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ …………………………………………. 112.1. Lựa chọn sơ đồ động …………………………………………………………………………………… 112.2. Lựa chọn động cơ truyền động …………………………………………………………………….. 122.3. Lựa chọn giải thuật điều khiển và tinh chỉnh ……………………………………………………………………… 13 iv2. 4. Lựa chọn cấu trúc điều khiển và tinh chỉnh ……………………………………………………………………….. 15CH ƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ …………………………………………… 173.1. Tính toán chọn động cơ bước cho trục ………………………………………………………….. 173.1.1. Tính toán chọn động cơ bước cho trục X …………………………………………………. 183.1.2. Tính toán chọn động cơ bước cho trục Y …………………………………………………. 203.1.3. Tính toán chọn động cơ bước cho trục Z ………………………………………………….. 213.2. Tính toán bộ truyền …………………………………………………………………………………….. 243.2.1. Tính toán bộ truyền đai răng trục X. ………………………………………………………… 243.2.2. Tính toán bộ truyền đai răng trục Y. ………………………………………………………… 263.2.3. Tính toán bộ truyền đai răng trục Z …………………………………………………………. 273.3. Tính toán và lựa chọn phong cách thiết kế thanh trượt trục Z ……………………………………………. 293.4. Tính toán và lựa chọn phong cách thiết kế con trượt tròn và thanh trượt tròn ………………………. 323.4.1. Tính toán cho trục X ……………………………………………………………………………… 323.4.2. Tính toán cho trục Y ……………………………………………………………………………… 343.5. Tính toán trục và ổ lăn ………………………………………………………………………………… 363.5.1. Tính toán trục chính ………………………………………………………………………………. 363.5.2. Tính toán ổ lăn ……………………………………………………………………………………… 38CH ƯƠNG 4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN ………………………………………………………. 414.1. Sơ Đồ Khối Hệ Thống Điện …………………………………………………………………………. 414.2. Kit Tiva TM4C123G Launchpad ………………………………………………………………….. 414.3. Driver điều khiển và tinh chỉnh ………………………………………………………………………………………… 424.4. Công tắc hành trình dài …………………………………………………………………………………….. 434.5. Cảm biến tiệm cận ………………………………………………………………………………………. 444.6. Module Bluetooth ……………………………………………………………………………………….. 454.7. Máy hút chân không ……………………………………………………………………………………. 454.8. Module relay ……………………………………………………………………………………………… 464.9. Nguồn Điện ……………………………………………………………………………………………….. 47CH ƯƠNG 5. MÔ HÌNH HÓA ……………………………………………………………………………. 485.1. Giới thiệu giải thuật Genetic Algorithm – GA ……………………………………………….. 485.1.1. Khái niệm …………………………………………………………………………………………….. 485.1.2. Các bước cơ bản của giải thuật di truyền …………………………………………………. 485.2. Mô hình Toán Tối Ưu …………………………………………………………………………………. 505.2.1. Mô Hình Toán ………………………………………………………………………………………. 505.2.2. Định nghĩa những tên gọi được dùng …………………………………………………………… 515.2.3. Giải thuật tối ưu ……………………………………………………………………………………. 525.2.4. Mô phỏng với bài toán đơn cử …………………………………………………………………. 565.3. Mô phỏng quỹ đạo tựa như lệnh chạy dao nhanh G0 ……………………………………… 615.3.1. Tính toán những thông số kỹ thuật điều khiển và tinh chỉnh …………………………………………………………… 625.3.2. Kết quả mô phỏng và so sánh …………………………………………………………………. 62CH ƯƠNG 6. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ……………………………………………………….. 666.1. Giao Diện Điều Khiển Trên Máy Tính ………………………………………………………….. 666.2. Phương trình quan hệ giữa khoảng cách cần vận động và di chuyển và lượng xung cần cungcấp cho 2 trục X, Y …………………………………………………………………………………………… 686.2.1. Phương trình quan hệ của trục X …………………………………………………………….. 696.2.2. Phương trình quan hệ của trục Y …………………………………………………………….. 726.3. Giải thuật tinh chỉnh và điều khiển máy ……………………………………………………………………………. 736.3.1. Qui định frame truyền nhận tài liệu …………………………………………………………. 736.3.2. Sơ đồ khối bộ tinh chỉnh và điều khiển ……………………………………………………………………….. 736.3.3. Giải thuật tinh chỉnh và điều khiển ……………………………………………………………………………… 75CH ƯƠNG 7. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ……………… 78 vi7. 1. Mô hình thực nghiệm kiểm tra giải thuật và tinh chỉnh và điều khiển …………………………………… 787.2. Thực nghiệm xác lập sai số của giải pháp tinh chỉnh và điều khiển được sử dụng ………….. 797.2.1. Sai số trục X. ………………………………………………………………………………………… 797.2.2. Sai số trục Y. ………………………………………………………………………………………… 817.2.3. Sai số lặp lại …………………………………………………………………………………………. 827.3. Kết quả quy trình quản lý và vận hành ………………………………………………………………………….. 837.4. Nhận xét hiệu quả thực nghiệm ……………………………………………………………………… 857.5. Hướng tăng trưởng đề tài ………………………………………………………………………………… 85PH Ụ LỤC A : BÀI BÁO LIÊN QUAN TÁC GIẢ …………………………………………………. 87PH Ụ LỤC B : BÀI BÁO LIÊN QUAN ĐỀ TÀI ……………………………………………………. 88T ÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………………………………………… 95 viiDANH SÁCH HÌNH ẢNHHình 1.1 Các bộ phận cơ bản một máy gắn linh kiện ( VP – 2500HP ) ………………………….. 3H ình 1.2 Các dạng bộ phận cấp linh kiện …………………………………………………………………. 3H ình 2.1 Sơ đồ động sử dụng đai răng truyền động …………………………………………………. 11H ình 2.2 Sơ đồ động sử dụng vít me bi truyền động ………………………………………………… 12H ình 2.3 Cấu trúc điều khiển và tinh chỉnh được lựa chọn …………………………………………………………… 15H ình 3.1 Sơ đồ động học của máy dùng để phong cách thiết kế và thống kê giám sát ……………………………….. 17H ình 3.2 Đồ thị biểu lộ mối quan hệ giữa vận tốc và năng lực tải của động cơ stepKH56KM2 – 901 …………………………………………………………………………………………………. 19H ình 3.3 Đồ thị biểu lộ mối quan hệ giữa vận tốc và năng lực tải của động cơ stepNema17 ………………………………………………………………………………………………………………. 23H ình 3.4 Sơ đồ phân bổ lực tính năng lên trong trượt trục Z [ 13 ] ……………………………….. 29H ình 3.5 Momen tĩnh công dụng lên con trượt [ 21 ] ……………………………………………………. 30H ình 3.6 Lực tương tự công dụng lên con trượt khi chịu momen MP, MY. ……………… 31H ình 3.7 Sơ đồ phân bổ lực công dụng lên con trượt theo trục X …………………………………. 33H ình 3.8 Sơ đồ phân bổ lực tính năng lên con trượt theo trục Y …………………………………. 34H ình 3.9 Biểu đồ phân bổ lực trên trục chính ………………………………………………………….. 37H ình 4.1 Sơ đồ khối mạng lưới hệ thống điện ………………………………………………………………………… 41H ình 4.2 Kit Tiva TM4C123G Launchpad ……………………………………………………………… 42H ình 4.3 Driver microstep với IC driver SI09AFTG ……………………………………………….. 42H ình 4.4 Công tắc hành trình dài Z-15GW2-B …………………………………………………………….. 44H ình 4.5 Cảm biến tiệm cận JL12A3 …………………………………………………………………….. 44H ình 4.6 Mạch thu phát bluetooth HC05 ………………………………………………………………… 45H ình 4.7 Các thiết bị được sử dụng để thiện hiện việc hút chân không ………………………. 46H ình 4.8 Module 1 relay với opto cách ly ………………………………………………………………. 46 viiiHình 5.1 Các bước cơ bản thực thi giải thuật di truyền ………………………………………….. 49H ình 5.2 Mô hình máy gắn linh kiện tuần tự …………………………………………………………… 50H ình 5.3 Lưu đồ giải thuật quy trình tìm kiếm giá trị tối ưu trong một vùng lân cận ……. 54H ình 5.4 Lưu đồ giải thuật quy trình lai ghép ………………………………………………………….. 55H ình 5.5 Giải thuật GA vận dụng cho việc tối ưu của máy …………………………………………. 56H ình 5.6 Mạch điện chứa những linh kiện để thực thi việc mô phỏng và kiểm nghiệm ….. 57H ình 5.7 Thứ tự vận động và di chuyển tối ưu của đầu gắp – đặt ( tối ưu bằng giải thuật GA ) …………. 60H ình 5.8 Đồ thi khoảng cách chuyển dời tối ưu theo thời hạn. …………………………………… 61H ình 5.9 Đồ thị mô phỏng quỹ đạo vận động và di chuyển của đầu gắp – đặt từ vị trí ( 0, 0 ) đến vịtrí ( 20, 9 ) …………………………………………………………………………………………………………….. 63H ình 5.10 Đồ thị mô phỏng quỹ đạo vận động và di chuyển của đầu gắp – đặt từ vị trí ( 20, 9 ) đếnvị trí ( 0, 0 ) …………………………………………………………………………………………………………… 63H ình 5.11 Đồ thị mô phỏng và so sánh 2 quỹ đạo vận động và di chuyển được yêu cầu từ ( 0, 0 ) đến ( 20, 9 ) …………………………………………………………………………………………………………………. 64H ình 5.12 Đồ thị mô phỏng và so sánh 2 quỹ đạo vận động và di chuyển được đề xuất kiến nghị từ ( 20, 9 ) về 65H ình 6.1 Giao diện điều khiển và tinh chỉnh trên máy tính …………………………………………………………… 66H ình 6.2 Giao diện thực thi giải thuật GA ……………………………………………………………. 67H ình 6.3 Đồ thị quan hệ giữa số xung cung ứng và khoảng cách vận động và di chuyển theo hướngtiến trên trục X …………………………………………………………………………………………………….. 71H ình 6.4 Đồ thị quan hệ giữa số xung cung ứng và khoảng cách chuyển dời theo hướnglùi trên trục X ………………………………………………………………………………………………………. 71H ình 6.5 Đồ thị quan hệ giữa số xung cung ứng và khoảng cách chuyển dời theo hướngtiến trên trục Y …………………………………………………………………………………………………….. 72H ình 6.6 Đồ thị quan hệ giữa số xung phân phối và khoảng cách chuyển dời theo hướnglùi trên trục Y ………………………………………………………………………………………………………. 73H ình 6.7 Sơ đồ cấu trúc tinh chỉnh và điều khiển tập trung chuyên sâu ………………………………………………………….. 74 ixHình 6.8 Giải thuật vận động và di chuyển tựa như lệnh chạy dao nhanh G0 trong máy CNC. ………. 75H ình 6.9 Giải thuật về vị trí home …………………………………………………………………………. 77H ình 7.1 Mô hình 3D được phong cách thiết kế bằng Solidworks ………………………………………………. 78H ình 7.2 Mô hình thực nghiệm kiểm chứng giải thuật tinh chỉnh và điều khiển và phong cách thiết kế ……………… 78H ình 7.3 Gá đặt đồng hồ đeo tay so để đo sai số trục X, Y ………………………………………………….. 79H ình 7.4 Gá đặt đồng hồ đeo tay so để đo sai số lặp theo phương X, Y. ………………………………… 82H ình 7.5 Bo mạch kiểm nghiệm việc gắp – đặt đã được mô phỏng ở chương 5 ………….. 84H ình 7.6 Kết quả việc gắp – đặt linh kiện tại 1 số ít vị trí ………………………………………… 84DANH SÁCH BẢNG BIỂUBảng 3.1 Các thông số kỹ thuật động cơ step 2 pha – KH56KM2 ………………………………………….. 19B ảng 3.2 Thông số động cơ SUMTOR 57HS7630 A4 ………………………………………………. 21B ảng 3.3 Các thông số kỹ thuật động cơ step 2 pha – nema17 ………………………………………………. 22B ảng 3.4 Độ đúng chuẩn của thanh trượt ứng với từng độ dài của hãng HIWIN [ 20 ] ……… 29B ảng 3.5 Thông số những loại thanh trượt thuộc MG series của hãng HIWIN ………………… 30B ảng 4.1 Các ngõ ra / vào microstep driver ………………………………………………………………. 43B ảng 4.2 Công suất điện cần cung ứng cho những thiết bị …………………………………………….. 47B ảng 5.1 Thông số vị trí của những cụ thể thu được từ ứng dụng Altium …………………….. 57B ảng 5.2 Khoảng cách giữa vị trí những linh kiện, những vị trí cấp linh kiện và vị trí khởi đầu. 58B ảng 5.3 Điểm số của những vị trí cấp linh kiện ứng với những loại linh kiện …………………….. 58B ảng 5.4 Tổng điểm của những vị trí cấp linh kiện – ứng với từng loại linh kiện …………….. 59B ảng 5.5 Điểm tiêu chuẩn của những vị trí cấp linh kiện – ứng với từng loại linh kiệnscore / max score ) ………………………………………………………………………………………………….. 59B ảng 5.6 Điểm số của những vị trí đặt linh kiện ứng với những loại linh kiện …………………….. 59B ảng 5.7 Tổng điểm của những vị trí đặt linh kiện – ứng với từng vị trí đặt linh kiện ………. 59B ảng 5.8 Điểm tiêu chuẩn của những vị trí đặt linh kiện – ứng với từng vị trí đặt linh kiện ( score / max score ) …………………………………………………………………………………………………. 60B ảng 5.9 Bảng tổng điểm tiêu chuẩn của những vị trí đặt linh kiện ……………………………….. 60B ảng 5.10 Cá thể tối ưu sau khi triển khai giải thuật GA ………………………………………….. 60B ảng 6.1 Bảng chuẩn cho file excel được sử dụng ở hình 6.2 ……………………………………. 67B ảng 6.2 Khoảng cách kim chỉ nan mà đầu gắp – đặt sẽ vận động và di chuyển theo phương trục X vàY ……………………………………………………………………………………………………………………….. 69B ảng 6.3 Khoảng cách trong thực tiễn khi đầu gắp – đặt chuyển dời 800 xung theo phương trụcX ……………………………………………………………………………………………………………………….. 69 xiBảng 6.4 Khoảng cách đầu gắp – đặt đặt chuyển dời trong thực tiễn theo phương trục X …. 70B ảng 6.5 Khoảng cách đầu gắp – đặt đặt chuyển dời trong thực tiễn theo phương trục Y …. 72B ảng 7.1 Kết quả thực nghiệm vận động và di chuyển theo phương X một khoảng chừng 50 mm …………….. 80B ảng 7.2 Kết quả thực nghiệm vận động và di chuyển theo phương Y một khoảng chừng 50 mm …………….. 81B ảng 7.3 Giá trị sai số lặp lại đo được theo phương X. …………………………………………….. 82B ảng 7.4 Giá trị sai số lặp lại đo được theo phương Y. …………………………………………….. 83 xiiCHƯƠNG 1. TỔNG QUANCHƯƠNG 1. TỔNG QUAN1. 1. Giới thiệu chungCác công ty sản xuất linh kiện điện tử đã và đang đương đầu với thị trường mangtính cạnh tranh đối đầu ngày càng cao, thi trường này yên cầu những công nghệ tiên tiến mới hoàn toàn có thể cắtgiảm chi phí sản xuất trong khi vẫn duy trì được chất lượng mẫu sản phẩm. Sản phẩm điệntử lúc bấy giờ đa phần là những bo mạch in được dùng để lắp ráp những linh kiện điện tử. Phương pháp sử dụng linh kiện dán ( Surface Mount Device – SMD ) vào những bo mạchin dần thay thế sửa chữa linh kiện cấm vì size nhỏ gọn, giúp tăng độ đúng mực lắp ráp. Do đó, kỹ thuật dán linh kiện mặt phẳng ( Surface Mount Technology – SMT ) sinh ra, kỹthuật này là chiêu thức gắn những linh kiện điện tử trực tiếp lên trên mặt phẳng của bomạch. Kỹ thuật dán linh kiện mặt phẳng ( SMT ) gồm những quy trình cơ bản sau [ 1 ] : quéthợp kim hàn, gắn linh kiện, gia nhiệt và làm mát, kiểm tra và sửa lỗi [ 2 ]. Máy gắn linh kiện là máy triển khai quy trình gắn linh kiện với vai trò gắp – đặtlinh kiện lên bo mạch trước khi bo mạch được chuyển sang quy trình gia nhiệt và làmmát. Cũng như những quy trình khác trong kỹ thuật dán linh kiện mặt phẳng ( SMT ), quy trình gắn linh kiện cũng có những nhu yếu kỹ thuật như sau : cần bảo vệ gắp cáclinh kiện từ bộ phận cấp linh kiện đến vị trí cần đặt trên bo một cách đúng chuẩn với saisố thỏa nhu yếu đơn vị sản xuất, vận tốc nhanh và thời hạn không thay đổi ( những lần gắp – đặt linhkiện phải triển khai trong một khoảng chừng thời hạn như nhau khi ở cùng khoảng cách ). 1.1.1. Tình hình nghiên cứu và điều tra ngoài nướcVào những năm đầu 1980 máy gắn linh kiện tiên phong trên quốc tế được ra đờivới chỉ một đầu gắp – đặt. Ngày nay, máy gắn linh kiện đã không ngừng tăng trưởng vàđược phân thành năm loại khác nhau dựa trên đặc thù kỹ thuật và giải pháp vậnhành gồm có [ 3 ] : máy gắn linh kiện dạng đầu gắp – đặt linh kiện kép [ 4, 6 ], dạng đavị trí [ 5,7 ], dạng đầu gắp – đặt tháp xoay [ 2, 8 ], dạng đa đầu gắp – đặt [ 2 ], dạng gắp – đặt tuần tự [ 2 ]. Cùng với sự tăng trưởng nhanh và vượt bậc của những máy gắn linh kiện thìcác nghiên cứu và điều tra về yếu tố tối ưu hóa năng lực quản lý và vận hành của máy lần lượt sinh ra nhằmtăng hiệu suất máy, tăng năng lực cạnh trạnh trên thị trường lúc bấy giờ. Các nghiên cứucó thể kể đến như : Csaszar [ 4 ] sử dụng “ Adaptive Simulated Annealing ” để tối ưu khảCHƯƠNG 1. TỔNG QUANnăng quản lý và vận hành của máy gắn linh kiện dạng đầu gắp – đặt linh kiện kép, Csaszar [ 5 ] cũng sử dụng giải thuật “ tabu search ” để tối ưu năng lực quản lý và vận hành của máy gắn linhkiện dạng đa vị trí, Gang PENG và Kehan ZENG [ 27 ] đã sử dụng chiêu thức “ AnAd-Hoc Method with Genetic Algorithm ” nhằm mục đích tối sư năng lực vạn này của máy gắnlinh kiện dạng gắp – đặt tuần tự, hay William Ho [ 16 ] đã yêu cầu quy mô toán vàphương pháp “ Heuristic solutions ” nhằm mục đích tối ưu thứ tự gắn linh kiện và tối ưu khả năngcấp linh kiện cho máy gắn linh kiện dạng đa vị trí, … 1.1.2. Tình hình điều tra và nghiên cứu trong nướcỞ nước ta, linh kiện dán được sử dụng vào những bo mạch đã không còn quá xa lạtuy nhiên việc nghiên cứu và điều tra và sản xuất máy gắn linh kiện để triển khai việc gia công cácbo mạch vẫn còn hạn chế. Các bo mạch đa phần được mang gia công ngoài nước hayđược quản lý và vận hành bằng những máy có nguồn gốc từ quốc tế và hầu hết những máy này đềurất đắt tiền. Bên cạnh đó, những máy gắn linh kiện được sản xuất trong nước ( máy gắnlinh kiện của công ty SMT Tpatech ) hầu hết phục vụ việc gia công bo mạch thay vìthương mại hóa mẫu sản phẩm máy móc, cho nên vì thế việc tiếp cận hay tăng trưởng máy gắn linhkiện ở nước ta còn khá hạn chế. → Đề tài này được đưa ra để xử lý yếu tố máy gắn linh kiện trong nước vàgiảm giá tiền máy. Đề tài tập trung chuyên sâu vào phong cách thiết kế và tinh chỉnh và điều khiển máy có những tính năngcơ bản tương tự như những máy hiện có trên thị trường. Để phong cách thiết kế và quản lý và vận hành máy gắn linhkiện dạng đầu gắp – đặt tuần tự, toàn bộ những yếu tố kỹ thuật cấu thành của máy đều cầnđược chăm sóc : cấu trúc, phân loại, sơ đồ nguyên tắc, động cơ, cấu trúc điều khiển và tinh chỉnh vàgiải thuật tinh chỉnh và điều khiển được sử dụng. 1.2. Cấu tạo của máy gắn linh kiệnMáy dạng gắp – đặt tuần tự gồm những bộ phận cơ bản sau : bộ phận cấp linh kiện, tay máy, bàn máy đặt bo mạch, đầu gắp – đặt, vòi hút linh kiện, đồ gá dụng cụ ( hình1. 1 ). a ) Bộ phận cấp linh kiện, bàn máy để bo mạch và đầu gắp – đặt đều hoàn toàn có thể xoayhoặc chuyển dời tùy thuộc và đặc tính kỹ thuật của máy. Bộ phận gắn linh kiện có thểgắn một, hai, ba hoặc bốn đường dẫn ở bốn cạnh của máy, đồng thời bộ phận cấp linhCHƯƠNG 1. TỔNG QUANkiện được phong cách thiết kế để hoàn toàn có thể thích hợp với nhiều loại vỏ hộp linh kiện khác nhau như : bao bì dạng băng, dạng thanh, dạng khay ( hình 1.2 ). Tay máyBộ phận cấpchípĐầu gắp đặtBo mạch ( PCB ) Vòi hútĐồ gá dụngcụHình 1.1 Các bộ phận cơ bản một máy gắn linh kiện ( VP – 2500HP ) a ) Bộ phận cấp phôi dạng băng cuộnb ) Bộ phận cấp phôi dạng thanhc ) Bộ phận cấp phôi dạng khayHình 1.2 Các dạng bộ phận cấp linh kiệnCHƯƠNG 1. TỔNG QUANb ) Tay máy thường có một hoặc nhiều đầu gắp – đặt để triển khai việc gắp linhkiện từ bộ phận cấp và đặt đúng chuẩn vị trí trên bo mạch. Mỗi đầu gắp – đặt được gắnvới một hoặc nhiều vòi hút có năng lực hút và giữ linh kiện. c ) Vòi hút hoàn toàn có thể hoạt động theo phương vuông góc với bàn máy ( trục Z, lên – xuống ) để triển khai việc gắp – đặt linh kiện. Bởi vì có nhiều loại vỏ hộp linh kiện vớinhững size khác nhau nên nhiều loại vòi hút khác nhau cũng như những hệ thốngchuyển vòi hút tự động hóa cũng sinh ra để bảo vệ việc sử dụng đúng loại vòi hút phù hợpvới từng vỏ hộp linh kiện khác nhau. d ) Đồ gá dụng cụ dùng để gá những loại vòi hút khác nhau nhằm mục đích ship hàng cho việcthay đổi vòi hút trong quy trình hoạt động giải trí của máy để bảo vệ máy sử dụng đúng vòihút tương ứng với từng loại vỏ hộp linh kiện khác nhau. e ) Bàn máy đặt bo mạch làm trách nhiệm giữ bo mạch cố định và thắt chặt bảo vệ cho linhkiện được đúng vị trí. Bàn máy thường hoạt động trong mặt phẳng ( hai trục X-Y ) sao cho bo mạch ở dưới đầu máy. 1.3. Sơ đồ nguyên tắc máy gắn linh kiệnRất nhiều sơ đồ nguyên tắc khác nhau của mạng lưới hệ thống truyền động đã được áp dụngvào máy gắn linh kiện dạng đầu gắp – đặt tuần tự nhằm mục đích đạt được độ đúng mực và tốcđộ cao, sơ đồ nguyên tắc của mạng lưới hệ thống truyền động trong những máy như : TM220A, NeoTM245P, VP – 2500HP, QH – TVM802C, SMT280, CMHT36VA, BA392V1, … cóthể được sử dụng. Vòi hútb ) Sơ đồ nguyên tắc mạng lưới hệ thống truyền độnga ) Máy gắn linh kiện TM220AHình 1.3 Sơ đồ nguyên tắc mạng lưới hệ thống truyền độngCHƯƠNG 1. TỔNG QUANHiện nay, máy gắn linh kiện dạng đầu gắp – đặt tuần tự đa phần sử dụng sơ đồnguyên lý dạng tay máy di dời và bàn máy đứng yên ( hình 1.3 ). Sơ đồ nguyên lýnày có bàn máy nhỏ gọn, thích hợp việc sắp xếp nhiều loại linh kiện khác nhau tuy nhiênviệc tay máy chuyển dời tạo ra rung động gây thiếu đúng chuẩn trong quy trình gắp – đặt ( điều này hoàn toàn có thể được xử lý bằng những giải thuật điều khiển và tinh chỉnh động cơ ). 1.4. Động cơ được sử dụng trong máy gắn linh kiệnSau khi khám phá về sơ đồ nguyên tắc được vận dụng vào những máy thì động cơ cũnglà một phần quan trọng trong mạng lưới hệ thống truyền động của máy. Động cơ được sử dụng đểđiều khiển từng trục và bộ phận cấp phôi hoàn toàn có thể kể đến động cơ servo hoặc động cơbước. Động cơ servo thường được dùng để điều khiển và tinh chỉnh hoạt động những trục có yêucầu momen xoắn lớn và vận tốc cao như trong những máy CNC. Đối với những loại máy gắnlinh kiện, những trục không nhu yếu momen xoắn quá lớn tuy nhiên lại nhu yếu độ chínhxác cao thì động động cơ bước thường được sử dụng như trong những máy gắp linh kiện : TM220A, CHMT36A … 1.5. Giải thuật điều khiểnGiải thuật tinh chỉnh và điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và vận hành máy, nó có ảnhhướng lớn đến sai số của máy sau sai số cơ khí. Các giải pháp và giải thuật điềukhiển hoàn toàn có thể được vận dụng vào máy gồm có : chiêu thức tinh chỉnh và điều khiển điểm – điểm [ 11 ], chiêu thức tinh chỉnh và điều khiển tăng – giảm vận tốc, giải thuật di truyền … Phương pháp tinh chỉnh và điều khiển điểm – điểm [ 11 ] thường được sử dụng để vận động và di chuyển bộphận công tác làm việc đến một vị trí mong ước trong những máy hoạt động 2 trục X – Y cóthể được vận dụng để thực thi việc điều khiển và tinh chỉnh đầu gắp – đặt linh kiện vận động và di chuyển đếnmột vị trí mong ước. Để thực thi chiêu thức này, hoạt động của đầu gắp – đặtlinh kiện được chia thành những phần tương ứng với từng trục từ đó quỹ đạo của đầugắp – đặt linh kiện được tạo thành trải qua việc tích hợp những hoạt động riêng lẻcủa từng trục [ 13 ]. Ở những máy TM220A, Neo TM245P, VP – 2500HP, QH – TVM802C … thì đầu gắp – đặt linh kiện hoạt động tựa như lệnh chạy dao nhanhG0 trong những máy CNC. Nguyên lý của hoạt động này như sau : “ Đầu tiên cả haitrục hoạt động đồng thời, sau đó khi một trong hai trục đạt được tọa độ theo phươngđang chuyển dời của chính nó thì trục đó sẽ dừng lại, trục còn lại sẽ liên tục chuyểnCHƯƠNG 1. TỔNG QUANđộng đến khi đạt được tọa độ thiết yếu thì dừng lại. Việc hoạt động này sẽ làm chođầu gắp – đặt linh kiện chuyển dời theo đường thẳng và hợp 1 góc 45 o với phươngngang sau đó 1 trục sẽ hoạt động thẳng. Bên cạnh việc vận dụng chiêu thức tinh chỉnh và điều khiển điểm – điểm thì phương phápđiều khiển tăng – giảm tốc [ 11,15 ] cũng được sử dụng để giảm rung động của máytrong quy trình hoạt động. Ngoài ra, khác với những loại máy CNC, máy gắn linh kiệncó yếu tố sống sót trong việc tinh chỉnh và điều khiển để nhằm mục đích thực thi việc tối ưu cho hoạt độngcủa máy [ 12 ] là yếu tố tối ưu đường đi của đầu gắp – đặt trong quy trình quản lý và vận hành. Đểgiải quyết yếu tố này, nhiều giải thuật khác nhau đã được đưa ra như [ 12, 16, 27, 28,29 ] : giải thuật di truyền ( genetic algorithm ), chiêu thức heuristic, giải pháp lặp ( iterative approach ), giải thuật di truyền nâng cấp cải tiến … 1.6. Cấu trúc điều khiểnVề cấu trúc tinh chỉnh và điều khiển, máy gắn linh kiện có những bộ phận chính gồm có bộ phậncấp phôi, đầu gắp – đặt, bộ phận điều khiển và tinh chỉnh và bộ phận tinh chỉnh và điều khiển động cơ. Trong đócó hai phương pháp chính để liên kết những bộ phận đó với nhau là giải pháp điềukhiển tập trung chuyên sâu và phân cấp : EncoderEncoderY – AxisMotorFeederMotorZ – AxisDriverSlave 3S lave 4F eederDriverMasterY – AxisDriverY – AxisMotorSlave 2S lave 1P ick andPlaceHeadX – AxisDriverX – AxisMotorEncoderEncoderHình 1.4 Cấu trúc tinh chỉnh và điều khiển phân cấpCHƯƠNG 1. TỔNG QUAN  Trong giải pháp tinh chỉnh và điều khiển phân cấp ( hình 1.4 ) : Nhiều hơn một MCU sẽ được sử dụng trong mạng lưới hệ thống. Bên cạnh MCU masterđảm nhiệm việc giám sát toàn diện và tổng thể, những MCU Slave đảm nhiệm việc điều khiển và tinh chỉnh từngbộ phận riêng không liên quan gì đến nhau trong máy. Cấu trúc này giúp giảm nhẹ khối lượng giám sát chomaster và được cho phép máy thực thi nhiều tác vụ cùng lúc. Cấu trúc tinh chỉnh và điều khiển phân cấpcó đặc thù phần cứng phức tạp hơn, phải chăm sóc đến yếu tố tiếp xúc giữa cácMCU, tuy nhiên có năng lực giải quyết và xử lý nhiều tác vụ cùng lúc, giúp cho thời hạn giải quyết và xử lý củahệ thống nhanh hơn khi sử dụng cấu trúc tập trung chuyên sâu.  Trong giải pháp điều khiển và tinh chỉnh tập trung chuyên sâu ( hình 1.5 ) : Một bộ điều khiển và tinh chỉnh TT truyền tín hiệu điều khiển và tinh chỉnh cho cơ cấu tổ chức ảnh hưởng tác động. Cấutrúc tinh chỉnh và điều khiển tập trung chuyên sâu có đặc thù phần cứng đơn thuần, tuy nhiên MCU phải xử lýtất cả thông tin trước khi update thông tin mới. Y – AxisMotorEncoderFeederMotorEncoderZ – AxisDriverFeederDriverMCUY – AxisDriverY – AxisMotorX – AxisDriverEncoderPick and PlaceHeadEncoderX – AxisMotorHình 1.5 Cấu trúc tinh chỉnh và điều khiển tập trung1. 7. Đặc tính kỹ thuật của một số ít máy trên thị trườngSau quy trình tìm hiểu và khám phá những yếu tố tương quan đề máy gắn linh kiện thì những sảnphẩm hiện có thuộc loại máy này cũng được tìm hiểu và khám phá nhằm mục đích tạo cơ sở cho việc thiết kếhợp lý hơn. Các máy hiện có trên thị trường gồm có : a ) Máy gắp – đặt linh kiện CHM – T48VA của Sumilax SMT Techonologies Pvt. LtdCHƯƠNG 1. TỔNG QUANMột số đặc tính kỹ thuật của máy [ 17 ] :  Kích thước bo mạch tối đa : 450 mm x 330 mm  Các loại linh kiện được tương hỗ : 0201 – 0402 – 5050, SOP, QFN, BGA …  Tốc độ gắn linh kiện : 8000 linh kiện / h  Độ đúng chuẩn : ± 0.015 mmSố đầu gắp đặt sử dụng : 4 đầub ) Máy gắp – đặt linh kiện TM – 220A ( hình 1.3. a ) Một số đặc tính kỹ thuật của máy [ 18 ] : Kích thước bo mạch : từ 20 mm x20mm đến 220 mm x 200 mmCác loại linh kiện được tương hỗ : 0402 – 5050, SOP, QFN … Tốc độ gắn linh kiện : 7000 linh kiện / hĐộ đúng mực : ± 0.025 mmSố đầu gắp đặt sử dụng : 2 đầuc ) Máy gắp – đặt linh kiện VP – 2500HPM ột số đặc tính kỹ thuật của máy [ 19 ] : Kích thước bo mạch tối đa : 360 mm x 500 mmCác loại linh kiện được tương hỗ : 0402 – 5050, SOP, QFN … Tốc độ gắn linh kiện : 3600 linh kiện / hĐộ đúng chuẩn : ± 0.025 mmSố đầu gắp đặt sử dụng : 2 đầu1. 8. Mục tiêu, trách nhiệm, khoanh vùng phạm vi đề tài1. 8.1. Mục tiêu đề tàiTừ những khám phá ở những phần bên trên cũng như những đặc tính kỹ thuật của những máytrong trong thực tiễn, đề tài này tập trung chuyên sâu vào việc phong cách thiết kế máy gắn linh kiện SMD dạng tuầntự ( tương thích với loại linh kiện 0805 ), sản xuất quy mô máy để kiểm tra giải pháp đượcchọn, phong cách thiết kế giải thuật để tối ưu hóa việc gắp linh kiện và ứng dụng giám sát điềukhiển. Từ tiềm năng này, đề tài này tập trung chuyên sâu vào việc phong cách thiết kế máy gắn linh kiện dạngtuần từ hoàn toàn có thể cung ứng những đặc tính cơ bản sau : CHƯƠNG 1. TỔNG QUANTốc độ gắn linh kiện : 1800 linh kiện / hLoại linh kiện 0805 ( kích cỡ 2 mm x 1.25 mm ) Độ đúng mực : ± 0.1 mm1. 8.2. Nhiệm vụ đề tàiĐể triển khai tiềm năng được đặt ra bên trên, những trách nhiệm đơn cử cần phải đượcthực hiện như sau : Đề xuất và lựa chọn giải pháp phong cách thiết kế sau khi đã tìm hiểu và khám phá những yếu tố liênquan đến máy. Thiết kế cơ khí cho những bộ phận của máy, vẽ bản vẽ lắp cho một máy hoànchỉnh, sản xuất quy mô thực nghiệm để kiểm tra giải thuật tinh chỉnh và điều khiển. Thiết kế mạng lưới hệ thống điện cho máy. Xây dựng chương trình điều khiển và tinh chỉnh cho máy gồm có : – Tìm hiểu và lựa chọn giải thuật tối ưu đường đi cho bài toán di chuyểncủa đầu gắp – đặt và triển khai mô phỏng trên matlab. – Tìm hiểu và lựa chọn giải thuật cho việc chuyển dời từ vị trí này đến vị tríkhác của đầu gắp – đặt, sau đó tiền hành mô phỏng trên matlab. – Thiết kế giao diện cho bộ tinh chỉnh và điều khiển bằng matlab, tận dụng lợi thế vềtính toán của matlab để hổ trợ triển khai giải thuật tối ưu đường đi trênmáy tính. Thực nghiệm nhìn nhận phong cách thiết kế và xác lập sai số của giải thuật và phươngpháp tinh chỉnh và điều khiển. 1.8.3. Phạm vi đề tàiTừ tiềm năng và trách nhiệm đơn cử được nên, đề tài này tập trung chuyên sâu vào việc thiết kếmáy gắn linh kiện dạng tuần từ nằm trong phạm sau : Kích thước bo mạch : từ 20 mmx20mm đến 200 mmx200mm. Số đầu gắp đặt sử dụng : 1 đầu. Không sử dụng bộ phận cấp linh kiện tự động hóa. Phù hợp loại linh kiện 0805. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN1. 9. Tổ chức luận vănTừ tiềm năng, trách nhiệm, khoanh vùng phạm vi đề tài được đặt ra, đề tài được chia làm 7 chương. Các chương có nội dung như sau : Chương 1 trình diễn tổng quan những yếu tố tương quan đến đề tài tạo cơ sở đểđặt ra tiềm năng, trách nhiệm, khoanh vùng phạm vi đề tài. Chương 2 yêu cầu những giải pháp phong cách thiết kế sau đó đưa ra giải pháp được lựachọn hoàn toàn có thể vận dụng để triển khai được tiềm năng đề bài đặt ra. Chương 3 trình diễn những giám sát cơ khí tương thích với sơ đồ động của hệthống dẫn động đã được lựa chọn ở chương 2 gồm có : thống kê giám sát và lựachọn động cơ, bộ truyền đai răng, con trượt, trục, ổ lăn. Chương 4 trình diễn những linh kiện được sử dụng cho mạng lưới hệ thống điện của máybao gồm : vi điều khiển và tinh chỉnh, driver, cảm ứng, nguồn điện, máy hút chânkhông, … Chương 5 trình diễn sơ bộ về giải thuật di truyền được vận dụng cho việc tốiưu đường đi của đầu gắp – đặt sau đó triển khai mô phỏng và đo lường và thống kê giảithuật trải qua matlab để đưa ra thứ tự vận động và di chuyển tối ưu nhất. Bên cạnh đóchương 5 còn trình diễn giải pháp điều khiển và tinh chỉnh được vận dụng cho việc dichuyển từ điểm này đến điểm khác của đầu gắp – đặt sau đó mô phỏng vàso sánh giữa những chiêu thức đưa ra. Chương 6 trình diễn về việc phong cách thiết kế bộ tinh chỉnh và điều khiển của máy gồm có : giaodiện điều khiển và tinh chỉnh trên máy tính, những giải thuật được vận dụng vào bộ điềukhiển, qui định về frame tài liệu sẽ được truyền nhận trải qua bluetooth. Chương 7 trình diễn Kết luận về năng lực của máy, những hạn chế còn tồntài và hướng tăng trưởng của đề tài. 10CH ƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾCHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ2. 1. Lựa chọn sơ đồ độngHai dạng sơ đồ động hoàn toàn có thể được vận dụng vào mạng lưới hệ thống dẫn động của máy. – Dạng 1 ( hình 2.1 ) sử dụng đai răng để dẫn động cho những trục của hệ thốngtruyền động. ( Hệ thống truyền động của những máy TM220A, TM245P, STM280 … ). Các ưu điểm và điểm yếu kém của sơ đồ nguyên tắc dạng 1 :  Ưu điểm : Phù hợp với những ứng dụng vận tốc cao, độ đúng mực cao, hànhtrình vận động và di chuyển dài. Đai răng không có hiện tượng kỳ lạ trượt, size bộ truyềnnhỏ. Bên cạnh đó, đai răng có hiệu suất truyền động cao từ 92 % đến 96 %.  Nhược điểm : Kéo được tải thấp hơn so với vít me. Hình 2.1 Sơ đồ động sử dụng đai răng truyền động – Dạng 2 ( hình 2.2 ) sử dụng vít – đai ốc bi để dẫn động cho những trục của hệthống truyền động. ( Hệ thống truyền động của máy VP – 2500HP, BA392V1, … ). Các ưu điểm và điểm yếu kém của sơ đồ nguyên tắc dạng 2 : 11CH ƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ  Ưu điểm : Hiệu suất và độ an toàn và đáng tin cậy cao, năng lực tải lớn, tuổi thọ cao, làm việcêm và không ồn, độ đúng chuẩn cao.  Nhược điểm : Yêu cầu bảo trì định kỳ, bôi trơn tiếp tục, ma sát lớnnên mòn nhanh, hiệu suất thấp [ 10 ]. Đồng thời khi hành trình dài hoạt động dàiđòi hỏi ngân sách lớn. Vòi hútHình 2.2 Sơ đồ động sử dụng vít me bi truyền độngHệ thống truyền động sử dụng đai răng được cho phép hành trình dài chuyển dời ở những trụcdài, cạnh bên đó sử dụng bộ truyền đai răng giúp giảm giá thành máy. → Với tiềm năng đặt ra cho máy gắp – đặt linh kiện có vận tốc gắn linh kiện là1800 linh kiện / h và độ đúng mực của máy là ± 0.1 mm thì sơ đồ nguyên tắc hệ thốngtruyền động cho những trục của máy dạng đai răng truyền động ( hình 2.1 ) được lựachọn. 2.2. Lựa chọn động cơ truyền độngĐộng cơ truyền động hoàn toàn có thể được sử dụng trong máy gắp – đặt linh kiện gồm : – Loại 1 : động cơ servo với những ưu – điểm yếu kém sau : 12CH ƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ  Ưu điểm : Cung cấp torque lớn, vận tốc cao, điều khiển và tinh chỉnh tốc độ tốt hơn, ít ồn, quay mượt ở vận tốc chậm.  Nhược điểm : Đắt hơn động cơ bước, nhu yếu phải hiệu chỉnh thông số khi điềukhiển vòng kín dẫn đến khó điều khiển và tinh chỉnh hơn động cơ bước, không tương thích vớicác thiên nhiên và môi trường nguy hại hoặc môi trường tự nhiên chân không. – Loại 2 : động cơ bước ( được sử dụng nhiều tại những máy : TM220A, CHMT36A … ) với những ưu – điểm yếu kém sau :  Ưu điểm : Giá rẻ hơn động cơ servo, ít phải bảo dưỡng, cung ứng tốt lúc start / stopcũng như hòn đảo chiều động cơ, hoàn toàn có thể thao tác trong bất kể thiên nhiên và môi trường nào.  Nhược điểm : Bị số lượng giới hạn về mặt vận tốc, rung động và ồn khi chạy ở tốc độcao, có hiện tượng kỳ lạ mất đồng điệu khi xảy ra quá tải. → Nhận thấy việc sử dụng động cơ step để tinh chỉnh và điều khiển phấn cấp hoạt động củacác trục của máy hoàn toàn có thể bảo vệ được vận tốc và độ đúng mực đặt ra tại đầu bài. Đồngthời với giá tiền động cơ step và driver đi kèm rẻ hơn động cơ servo ( đơn cử là ACservo ) thì động cơ step thích hợp để triển khai làm quy mô kiểm nghiệm những tính toánvà tinh chỉnh và điều khiển mà tiềm năng đầu bài đặt ra. 2.3. Lựa chọn giải thuật điều khiểnSai số được đặt ra tại tiềm năng đề tài : ± 0.1 mm điều này yên cầu giải thuật điềukhiển được sử dụng phải đạt được độ đúng chuẩn cao, ngoài những vận tốc gắn linh kiện 1800 linh kiện / h cũng đặt ra nhu yếu so với quãng đường đi mà đầu gắp – đặt di chuyểnthích hợp và tối ưu để tăng vận tốc hoạt động giải trí của máy. Để đạt được tiềm năng đề tài đặt ra, giải pháp điều khiển và tinh chỉnh điểm – điểm để thựchiện việc vận động và di chuyển đầu gắp – đặt đến đúng vị trí. Nhận thấy quỹ đạo chuyển dời củađầu gắp – đặt linh kiện từ một điểm gắp đến một điểm đặt hoàn toàn có thể là quỹ đạo bất kể. Vìthế hai yêu cầu cho quỹ đạo sẽ được sử dụng như sau : – Quỹ đạo thẳng sử dụng giải pháp nội suy giao động bậc thang. – Quỹ đạo hoạt động tựa như lệnh chạy dao nhanh G0 trong những máy CNCPhương pháp nội suy dạng xung tham chiếu với chiêu thức giao động bậc thangthường được sử dụng để vận động và di chuyển theo một biên dạng cho trước biên dạng di chuyển13CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾlà đường thẳng được lựa chọn, cạnh bên đó chiêu thức xê dịch bậc thang có độ chínhxác cao đặc thù này thích hợp với sai số mà đề tài đặt ra. Tuy nhiên việc áp dụngphương pháp này trong quy trình điều khiển và tinh chỉnh phức tạp hơn đề xuất kiến nghị còn lại, đồng thờitốc độ nội suy phụ thuộc vào vào vận tốc của trục có quãng đường vận động và di chuyển lớn hơn. Quỹ đạo hoạt động tương tự như lệnh chạy dao nhanh G0 trong những máy CNC dễáp dụng vào điều khiển và tinh chỉnh hơn chiêu thức nội suy bậc thang đồng thời hoàn toàn có thể vận hành2 trục với vận tốc lớn nhất hoàn toàn có thể, điều này được cho phép đầu gắp – đặt linh kiện di chuyểnnhanh. Đồng thời sai số vận động và di chuyển nhờ vào sai số hoạt động của từng trục mà độchính xác từng trục được tinh chỉnh và điều khiển trải qua từng xung tinh chỉnh và điều khiển nên hoàn toàn có thể dễdàng bảo vệ độ đúng mực cho máy hơn. Từ hai nghiên cứu và phân tích trên việc điều khiển và tinh chỉnh đầu gắp – đặt linh kiện theo quỹ đạo chuyểnđộng tương tự như lệnh chạy dạo nhanh G0 trong CNC thích hợp cho việc điều khiển và tinh chỉnh máy. Bên cạnh đó, trong quy trình quản lý và vận hành, máy gắp – đặt linh kiện thực thi tuần tựhai việc làm : phân phối linh kiện từ bộ phận cấp linh kiện đến vị trí cấp linh kiện trênmáy và gắp – đặt linh kiện tuần tự linh kiện lên bo mạch. Trong khoanh vùng phạm vi đề tài này, máy gắp – đặt linh kiện được phong cách thiết kế đã bỏ lỡ việc phong cách thiết kế bộ phận cấp linh kiện tựđộng mà thay vào đó là giả sử rằng linh kiện đã được cấp đúng vị trí cấp linh kiện trênmáy. Vì thế máy được phong cách thiết kế chỉ sống sót một yếu tố tương quan đến việc sắp xếp thứ tựgắp – đặt linh kiện. Nhằm nâng cao hiệu suất, giảm ngân sách lắp ráp và giảm thời hạn dichuyển của đầu gắp – đặt thì việc tối ưu hóa quãng đường mà đầu gắp – đặt di chuyểnđược nêu ra. Hai yêu cầu về giải thuật tối ưu hoàn toàn có thể được vận dụng vào máy gắp – đặtlinh kiện để xử lý yếu tố trên : – Phương pháp đặc biệt quan trọng – sử dụng phối hợp giải thuật di truyền ( genetic algorithm – GA ) với lựa chọn trọng số khoảng cách ( Ad – hoc named Distance Scorewith Weights Selection – DSWS ). – Sử dụng giải thuật di truyền ( genetic algorithm – GA ). Giải thuật di truyền ( GA ) [ 28 ] được sử dụng thoáng đãng trong việc xử lý vấn đềtối ưu đường đi lúc bấy giờ nhưng giải thuật GA lại tiêu tốn dung tích máy tính lớn, đây cũng là một trong những hạn chế sống sót của giải thuật GA đã và đang được nghiêncứu để xử lý. Việc sử dụng giải pháp đặc biệt quan trọng phối hợp giải thuật GA với14CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾDSWS [ 27 ] lại thích hợp với những máy gắp – đặt linh kiện có số lượng vị trí cần đặt linhkiện nhiều hơn số lượng đường dẫn cấp linh kiện. Đồng thời việc giải pháp nàylàm hạn chế được việc tiêu tốn dung tích máy tính lớn do yếu tố tối ưu được giảiquyết bằng cách chia thành 2 quá trình : quá trình 1 sử dụng DSWS để sắp xếp lựachọn những vị trí tương thích, quá trình 2 vận dụng GA để tối ưu. → Vì thế để xử lý tốt đầu bài đặt ra, chiêu thức đặc biệt quan trọng – GA kết hợpDSWS để tối ưu đường đi của đầu gắp – đặt linh kiện được sử dụng, sau đó sử dungphương pháp tinh chỉnh và điều khiển đầu gắp – đặt linh kiện theo quỹ đạo hoạt động tương tựlệnh chạy dạo nhanh G0 trong CNC. 2.4. Lựa chọn cấu trúc điều khiểnY – AxisMotorCOMPUTERZ – AxisDriverFeederMotorFeederDriverMCUY – AxisDriverY – AxisMotorX – AxisDriverPick and PlaceHeadX – AxisMotorHình 2.3 Cấu trúc tinh chỉnh và điều khiển được lựa chọnỞ đề tài này lựa chọn dạng tinh chỉnh và điều khiển tập trung chuyên sâu với vi tinh chỉnh và điều khiển tm4c123gh6phsẽ đảm nhiệm hàng loạt việc giám sát cũng như tinh chỉnh và điều khiển những động cơ ở những trục củamáy. Bên cạnh đó matlab được lựa chọn để tương hỗ việc đo lường và thống kê cho vi điều khiển và tinh chỉnh vàdùng để phong cách thiết kế giao diện cho người dùng đồng thời thời matlab cũng đảm nhiệm việctối ưu đường đi cho máy. Điều này làm giảm thời hạn giám sát và giải quyết và xử lý của vi điều15

Source: https://dichvubachkhoa.vn
Category : Linh Kiện Và Vật Tư