Luận án Tiến sĩ chuyên ngành Kỹ thuật cơ điện tử: Nghiên cứu công nghệ vision kết hợp với robot công nghiệp nhằm cải tiến độ chính xác trong quy trình sản xuất màn hình điện thoại

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:81

Thêm vào BST

Báo xấu

39
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án này hướng tới mục tiêu nhằm cung cấp giải pháp về việc kết hợp các công nghệ vision và robot vào sản xuất công nghiệp nhằm cải thiện độ chính xác. Từ đó nghiên cứu mở rộng phạm vi áp dụng cho nhà máy sản xuất màn hình điện thoai cũng như các ngành sản xuất khác. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ chuyên ngành Kỹ thuật cơ điện tử: Nghiên cứu công nghệ vision kết hợp với robot công nghiệp nhằm cải tiến độ chính xác trong quy trình sản xuất màn hình điện thoại

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN CẢNH THẮNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VISION KẾT HỢP VỚI ROBOT CÔNG NGHIỆP NHẰM CẢI TIẾN ĐỘ CHÍNH XÁC TRONG SẢN XUẤT MÀN HÌNH ĐIỆN THOẠI LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ HÀ NỘI - 2021
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN CẢNH THẮNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VISION KẾT HỢP VỚI ROBOT CÔNG NGHIỆP NHẰM CẢI TIẾN ĐỘ CHÍNH XÁC TRONG SẢN XUẤT MÀN HÌNH ĐIỆN THOẠI NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 8520114.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐỖ TRẦN THẮNG HÀ NỘI - 2021
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin được cam đoan đề tài luận văn thạc sĩ:” Nghiên cứu công nghệ vision kết hợp với robot công nghiệp nhằm cải tiến độ chính xác trong quy trình sản xuất màn hình điện thoại” là một công trình của cá nhân tôi. Không vi phạm bất kỳ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ Việt Nam. Tôi xin chân thành cảm ơn Công ty TNHH Samsung Display Việt Nam đã tạo điều kiện cho tôi tham gia nghiên cứu và thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Mạnh Thắng và cán bộ hướng dẫn TS Đỗ Trần Thắng đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Công trình này được tài trợ một phần từ đề tài Khoa học công nghệ cấp Đại Học Quốc Gia Hà Nội, mã số đề tài: QG.20.80 Hà Nội, ngày 29 tháng 01 năm 2021 Tác giả đề tài Nguyễn Cảnh Thắng
MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................... 2 DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................. 5 MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ........................................................................... 3 1.1 Giới thiệu công nghệ vision .................................................................. 3 1.1.1 Khái niệm.................................................................................... 3 1.1.2 Cách thành phần cơ bản của thiết bị Vision .................................... 4 1.2 Ưu điểm Công nghệ Vision trong sản xuất màn hình điện thoại. . 10 1.3 Tổng quan thiết bị kết hợp Robot – Vision – PLC . ........................ 11 CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC PHẦN CỨNG HỆ THỐNG ............................ 13 2.1 Cấu trúc hệ thống vision cognex . ...................................................... 13 2.1.1Camera CAM-CIC-1300-60-G. ...................................................... 13 2.1.2 Card Frame Grabber ..................................................................... 14 2.1.3 Card truyền thông CC24 ................................................................ 15 2.2.1 Robot ABB IRB1200....................................................................... 16 2.2.2 Bộ điều khiển IRC5C compact. ...................................................... 20 2.2.3 Module truyền thông CClink DSQC378B ...................................... 21 2.3 PLC Mitsubishi và các module chuyên dụng. .................................. 23 2.3.1 Nguồn Mitsubishi Q61P ................................................................. 23 2.3.2 PLC Q06UDVCPU ........................................................................ 24 2.3.3 Module cclink QJ61BT11............................................................... 25 2.3.4 Module điều khiển động cơ QD77MS4 .......................................... 26 2.4 Cơ cấu chấp hành và cảm biến sử dụng trong thiết bị .................... 27 2.4.1 Cơ cấu chấp hành .......................................................................... 27 2.4 2 cảm biến sử dụng trong thiết bị ..................................................... 30 CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH CHO HỆ THỐNG VÀ TRUYỀN THÔNG . 31 3.1 Chu trình tổng quan về hoạt động của thiết bị ................................ 31 3.2 Lập trình vision Cognex ..................................................................... 36
3.2.1 Cấu hình camera ............................................................................ 36 3.2.2 Thiết lập dao diện........................................................................... 38 3.2.2 Chương trình .................................................................................. 39 3.3 Lập trình PLC Mitsubishi .................................................................. 42 3.3.1 Cài đặt parameter .......................................................................... 42 3.3.2 Cài đặt Intelligent Funtion Module ............................................... 45 3.3.3 Lập trình cho PLC .......................................................................... 46 3.4 Lập trình cho robot ABB.................................................................... 48 3.4.1 Khai báo ......................................................................................... 48 3.4.2 Chương trình .................................................................................. 49 3.5 Phương thức truyền thông ................................................................. 52 3.5.1 Truyền thông Ethernet/IP............................................................... 52 3.5.2 Truyền thông CClink ...................................................................... 54 3.6 Kết quả của dự án và hướng phát triển ............................................ 59 3.7 Kết luận về đề tài ................................................................................. 60
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. 1 Vision cognex nhận diện vị trí hàng hóa trên băng chuyền .............. 3 Hình 1. 2 Vision cognex đọc mã QRCode. ....................................................... 3 Hình 1. 3 Vision cognex kiểm tra lỗi của sản phẩm ......................................... 4 Hình 1. 4 Phương thức chiếu sáng trực tiếp...................................................... 5 Hình 1. 5 Phương thức chiếu sáng gián tiếp ..................................................... 5 Hình 1. 6 Phương thức chiếu sáng ngược ......................................................... 6 Hình 1. 7 Hình ảnh cắt dọc ống kính ................................................................ 7 Hình 1. 8 mối quan hệ giữa tiêu cự và góc nhìn của ống kính camera. ............ 7 Hình 1. 9 Mối quan hệ giữa khẩu độ và độ sâu trường ảnh .............................. 8 Hình 1. 10 Máy ảnh công nghiệp Cognex CIC 1300 ........................................ 9 Hình 1. 11 Cấu tạo cơ bản của một máy ảnh. ................................................... 9 Hình 1. 12 Phần mềm Cognex designer của hãng cognex.............................. 10 Hình 1. 13Cấu trúc màn hình điện thoại ......................................................... 10 Hình 1. 14 Mô tả khái quát thiết bị có sự kết hợp giữa Robot,vision và PLC 11 Hình 1. 15 Chu trình tổng quát hoạt động thiết bị .......................................... 12 Hình 2. 1 Camera CAM-CIC-1300-60-G ....................................................... 13 Hình 2. 2 Card Frame Grabber CFG8724 ....................................................... 15 Hình 2. 3 Card truyền thông cc24 Cognex...................................................... 16 Hình 2. 4 Robot ABB IRB1200 ...................................................................... 17 Hình 2. 5 Các trục của robot IRB 1200........................................................... 17 Hình 2. 6 Bộ điều khiển robot IRC5C compact .............................................. 20 Hình 2. 7 Các robot tương thích với bộ điều khiển IRC5C compact ............. 21 Hình 2. 8 DSQC 378B .................................................................................... 22 Hình 2. 9 Cấu hình hệ thống cclink: ............................................................... 22 Hình 2. 10 Các module khối điều khiển PLC ................................................. 23
Hình 2. 11 Module nguồn Q61P ..................................................................... 24 Hình 2. 12 Module Q06UDVCPU .................................................................. 24 Hình 2. 13 Cấu hình tối đa của một hệ thống cclink....................................... 25 Hình 2. 14 Module cclink QJ61BT11 ............................................................. 26 Hình 2. 15 Hệ thống điều khiển chuyển động có sử dụng QD77MS4 ........... 27 Hình 2. 16 Servo motor HG-KR43B .............................................................. 27 Hình 2. 17 Driver motor MR-J4-GE ............................................................... 28 Hình 2. 18 Động cơ băng tải 40W S9I40GXH-12CE..................................... 29 Hình 2. 19 Biến tần Mitsubishi FR- A7NC E700 ........................................... 30 Hình 2. 20 Cảm biến ....................................................................................... 30 Hình 3. 1 Sequence tổng quan......................................................................... 31 Hình 3. 2 Cài đặt IP cho camera. .................................................................... 36 Hình 3. 3 Cài đặt hình ảnh đầu vào ................................................................. 37 Hình 3. 4 Calibration camera .......................................................................... 38 Hình 3. 5 Dao diện chương trình..................................................................... 38 Hình 3. 6 seqence dạng block của Cognex Designer ...................................... 39 Hình 3. 7 Block Cam_Acquire ........................................................................ 40 Hình 3. 8 Training điểm mark và scan area .................................................... 40 Hình 3. 9 Miêu tả nguyên lý offset ................................................................. 41 Hình 3. 10 các thiết lập cần thiết ..................................................................... 42 Hình 3. 11 Cửa sổ thiết lập Built in Ethernet port setting............................... 43 Hình 3. 12 Cửa sổ thiết lập I/O Assignment ................................................... 43 Hình 3. 13 Cửa sổ thiết lập Program ............................................................... 44 Hình 3. 14 Cửa sổ thiết cclink ......................................................................... 45 Hình 3. 15 Station information setting ............................................................ 45 Hình 3. 16 thiết lập thông số cho module QD77MS4..................................... 46 Hình 3. 17 Cấu trúc chương trình ................................................................... 46
Hình 3. 18 Cấu trúc chương trình main .......................................................... 47 Hình 3. 19 Khai báo biến cho robot ................................................................ 48 Hình 3. 20 Mô hình Ethernet/IP ...................................................................... 53 Hình 3. 21 Phương thức đấu nối .................................................................... 53 Hình 3. 22 áp dụng thực tế cho thiết bị ........................................................... 54 Hình 3. 23 Hệ thống cclink cơ bản ................................................................. 55 Hình 3. 24 Truyền thông trạm chủ và trạm từ xa I/O ..................................... 56 Hình 3. 25 Trạm chủ và trạm thiết bị từ xa ..................................................... 57 Hình 3. 26 Trạm chủ và trạm cục bộ............................................................... 59
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2. 1 Thông số kỹ thuật camera CIC- 1300-60-G ....................................... 14 Bảng 2. 2 Thông số kỹ thuật card frame Grabber ............................................... 15 Bảng 2. 3 Thông số kỹ thuật Card truyền thông cc24 Cognex ........................... 16 Bảng 2. 4 Biên độ góc quay các trục robot ABB1200 ........................................ 18 Bảng 2. 5 Tiêu chuẩn robot ABB đáp ứng. ........................................................ 19 Bảng 2. 6 Thông số kỹ thuật bộ điều khiển robot IRC5 Compact...................... 21 Bảng 2. 7 Thông số kỹ thuật module cclink DSQC 378B .................................. 23 Bảng 2. 8 Thông số kỹ thuật module nguồn Q61P ............................................. 24 Bảng 2. 9 Module Q06UDVCPU ....................................................................... 25 Bảng 2. 10 Thông số kỹ thuật module cclink QJ61BT11 ................................... 26 Bảng 2. 11 Thông số kỹ thuật Module điều khiển động cơ QD77MS4 ............. 27 Bảng 2. 12 Thông số kỹ thuật Servo motor HG-KR43B .................................... 28 Bảng 2. 13 Thông số kỹ thuật Driver motor MR-J4-GE .................................... 28 Bảng 2. 14 Thông số kỹ thuật động cơ 40W S9I40GXH-12CE......................... 29 Bảng 2. 15 Thông số kỹ thuật biến tần Mitsubishi FR- A7NC E700 ................. 30 Bảng 2. 16 thông số kỹ thuật cảm biến LEUZE ELECTRONIC - FT5iX3/2N . 30 Bang 3. 1 sơ đồ đấu dây ...................................................................................... 54
CÁC TỪ TIẾNG ANH, VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Tiếng Anh Tiếng Việt/ Giải thích CClink Phương thức truyền thông Calibration Hiệu chỉnh Camera Máy ảnh Zoom Phóng to / thu nhỏ Foundry Plus Robots Một loại robot FlexPedant Tay cầm điều khiển robot Driver moto Bộ khuếch đại servor Xylinder Xy lanh Sensor Cảm biến IRC5 Compact IRC5 nhỏ gọn Motor Mô tơ Robot controller Bộ điều khiển robot Point Điểm Module Mô đun Card Bo mạch Align Căn chỉnh Vacuum Chân không On Bật Off Tắt CClink Controller communication link Calibration Hiệu chỉnh Trigger Hoạt động Picker Công cụ gắp sản phẩm Load Nhận sản phẩm Unload Xuất sản phẩm Home Vị trí an toàn Alarm Cảnh báo Configuration Cấu hình Exposure Time Thời gian phơi sáng
Brightness Độ sáng Master station Trạm chủ Communication Truyền thông setting Cài đặt Slave station Trạm con Point Điểm
1 MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Sản xuất công nghiệp thế giới đang bước vào cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 trong đó có Việt Nam. Ở những nước có nền công nghiệp phát triển như Đức, Mỹ, Nhật Bản… cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 3 công nghệ tự động hóa đã phát triển mạnh mẽ. Việt Nam điều kiện kinh tế chậm phát triển tự động hóa được áp dụng tại các nhà máy sản xuất chưa được áp dụng hoặc được áp dụng với hàm lượng chưa cao. Được sự chỉ đạo mạnh mẽ từ chính phủ, đảng nhà nước các doanh nghiệp trong nước cũng như những doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài đang chuyển đổi mạnh mẽ nhằm đón đầu xu thế cuộc cách mạng công nghiêp lần thứ 4. Đề tài “Nghiên cứu công nghệ vision kết hợp với robot công nghiệp nhằm cải tiến độ chính xác trong quy trình sản xuất màn hình điện thoại”. Nhằm tiếp cận công nghệ sản xuất hiện đại của thế giới, Nâng cao tỷ lệ tự động hóa trong nhà máy, cung cấp phương tiện thu thập data về hình ảnh sản phẩm nhằm nâng cao chất lượng sản xuất. Mục đích của đề tài: Cung cấp giải pháp về việc kết hợp các công nghệ vision và robot vào sản xuất công nghiệp nhằm cải thiện độ chính xác. Từ đó nghiên cứu mở rộng phạm vi áp dụng cho nhà máy sản xuất màn hình điện thoai cũng như các ngành sản xuất khác Đối tượng nghiên cứu Hệ thống vision cognex kết hợp với robot công nghiệp ABB Phương pháp nhiên cứu Tiến hành nghiên cứu và thử nghiệm trên đối tượng thực tế kết hợp với lý thuyết
2 Nội dung luận văn Luận văn gồm ba chương: Chương 1: Mở đầu Giới thiệu công nghệ vision và tổng quát về một thiết bị cụ thể có sự kết hợp giữa công nghệ vision và robot công nghiệp. Chương 2: Cấu trúc phần cứng hệ thống. Giới thiệu các thành phần cấu trúc phần cứng Chương 3: Lập trình cho hệ thống, truyền thông và kết quả Cấu hình và lập trình cho các thành phần hệ thống Kết quả của dự án và hướng phát triển
3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu công nghệ vision 1.1.1 Khái niệm Công nghệ Vision là việc kết hợp giữa công nghệ và phương pháp phân tích hình ảnh một cách tự động để trích xuất thông tin cần thiết thông tin đó có thể là màu sắc, các thông số kích thước, đặc điểm tốt, không tốt hoặc các dữ liệu phức tạp như danh tính, vị trí, hướng của từng đối tượng trong hình ảnh. Khác với công nghệ xử lý hình ảnh đầu ra là một hình ảnh khác. Những thông tin này có thể được sử dụng cho các ứng dụng như: Thứ nhất đinh vị : Hình 1. 1 Vision cognex nhận diện vị trí hàng hóa trên băng chuyền Thứ hai phát hiện, đánh giá, đọc các loại ký tự và các loại mã. Hình 1. 2 Vision Cognex đọc mã.
4 Thứ ba kiểm tra và đo lường Hình 1. 3 Vision Cognex kiểm tra lỗi của sản phẩm Các lĩnh vực ứng dụng của công nghệ Vision bao gồm: Sản xuất linh kiện điện tử, công nghệ sản xuất màn hình điện thoại, màn hình tivi, các loại màn khác, công nghệ sản xuất chất bán dẫn, công nghệ lắp ráp tự động, công nghệ vũ trụ quan sự, công nghệ sản xuất hàng tiêu dùng, công nghệ sản xuất thực phẩm và một số ngành sản xuất khác. 1.1.2 Cách thành phần cơ bản của thiết bị Vision Các thành phần cơ bản của một thiết bị Vision bao gồm : Nguồn sáng, ống kính, máy ảnh, bộ xử lý hình ảnh. Nguồn sáng Nguồn sáng là cung cấp ánh sáng cho máy ảnh hoạt động. Dựa vào yêu cầu thực tế của việc sử dụng Công nghệ Vision mà người ta thiết lập các kiểu
5 đèn chiếu sáng cũng như cách chiếu sáng khác nhau. Một số phương thức chiếu sáng điển hình: Thứ nhất chiếu sáng trực tiếp Hình 1. 4 Phương thức chiếu sáng trực tiếp Đặc điểm : Ánh sáng được chiếu thẳng từ vật thể. Ưu điểm: Độ tương phản lớn, giá thành rẻ Nhược điểm: Phản xạ toàn phần với bề mặt nhẵn bóng nên thường bị lóa. Một số kiểu đèn cơ bản: Đèn vòng tròn, đèn thanh, đèn dạng điểm. Thứ hai chiếu sáng gián tiếp: Hình 1. 5Phương thức chiếu sáng gián tiếp
6 Đặc điểm: Ánh sáng khuyếh tán tới vật thể Ưu điểm: ánh sáng phân bố đều vào vật thể, ít bị phản xạ, ít bị lóa. Nhược điểm: Độ tương phản thấp, Cường độ ánh sáng thấp. Các lọa đèn thường sử dụng: Đèn thanh hặc đèn vòm với phần tử khuyếch tán, đèm cạnh. Thứ ba chiếu sáng ngược Hình 1. 6 Phương thức chiếu sáng ngược Đặc điểm: Chiếu sáng từ phía sau vật thể Ưu điểm: Những phần sáng bị che khuất sẽ được làm rõ dưới dạng bóng rọi, độ tương phản cao. Nhược điểm: không thu nhận được chi tiết hình ảnh. Các lọa đèn thường sử dụng: Đèn thanh , đèn chữ nhật. Các loại ánh sáng thường dùng Một là ánh sáng đơn sắc: Xanh nước biển, đỏ,… sử dụng cho camera đơn sắc. Hai là ánh sáng trắng: Sử dụng cho máy ảnh màu. Ba là ánh sáng hồng ngoại: Cho phép xuyên qua lớp phủ để nhìn bên trong, loại bỏ được nhiễu do bề mặt. Bốn là ánh sáng cực tím: Có rất nhiều bề mặt phát quang khi chiếu tia cực tím ví dụ: mực in, nhãn mác, keo hồ, và các vật liệu có chứa Flo.
7 Ống kính. Hình 1. 7 Hình ảnh cắt dọc ống kính Ống kính là thành phần không thể thiếu của mọi máy ảnh được cấu thành từ các thấu kính quang học mục đích hội tụ các chùm sáng từ vật lên thấu cảm biến hay phim của máy ảnh. Vì vậy nên chất lượng ảnh phụ thuộc rất lớn vào ống kính. Hai thông số quan trọng của máy ảnh là tiêu cự và khẩu độ. Tiêu cự. Tiêu cự của ống kính máy ảnh là khoảng cách giữa ống kính và vị trí của cảm biến hình ảnh của máy ảnh. Tiêu cự thường có đơn vị tính là milimét (mm). Ống kính có tiêu cự thay đổi được gọi là ống kính Zoom, ống kính có tiêu cự cố định gọi là ống kính Prime. Với những ống kính tiêu cự ngắn thì góc nhìn sẽ rộng nhưng không nhìn rõ những vật ở xa. Với những ống kính có tiêu cự dài hơn sẽ nhìn rõ những vật xa hơn. Hình 1. 8 mối quan hệ giữa tiêu cự và góc nhìn của ống kính máy ảnh.
8 Khẩu độ. Khẩu độ là độ mở của các lá khẩu tích hợp bên trong ống kính, giống như chiếc van điều chỉnh ánh sáng đi vào cảm biến và quyết định độ sâu của trường ảnh. Khẩu độ được ký hiệu bằng chữ f hay F-stop. Giá trị f càng nhỏ thì khẩu độ mở càng lớn. Hình 1. 9 Mối quan hệ giữa khẩu độ và độ sâu trường ảnh 1.1.2 Máy ảnh Máy ảnh hay máy chụp hình là một dụng cụ dùng để thu hình ảnh thành một ảnh tĩnh hay thành một loạt các ảnh chuyển động (gọi là phim hay video).
9 Hình 1. 10 Máy ảnh công nghiệp Cognex CIC 1300 Cấu tạo máy ảnh gồm 4 bộ phận chính: Miệng gắn ống kính, bộ lọc, cảm biến hình ảnh và hệ thống mạch điện và kết nối. Hình 1. 11 Cấu tạo cơ bản của một máy ảnh. Bộ xử lý hình ảnh. Trong hệ thống vision bộ xử lý hình ảnh thành các tín hiệu cần thiết thường là phần mềm với các công cụ xử lý ảnh chuyên dụng được cài trên máy tính ví dụ: phần mềm Cognex Pro, Cognex in- sight, Cognex designer của hãng COGNEX.