(Đồ án hcmute) nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển cho máy châm keo tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
CHO MÁY CHÂM KEO TỰ ĐỘNG

GVHD: ThS. LÊ TẤN CƯỜNG
SVTH: NGUYỄN HOÀNG ÂN
PHÙNG VĂN DUY

S KL 0 0 4 7 2 7

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016

do an

MSSV: 12146005
MSSV: 12146032


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-------------------------------

---------------------------

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giảng viên hƣớng dẫn:

TH.S LÊ TẤN CƢỜNG

Họ và tên sinh viên:

NGUYỄN HOÀNG ÂN
PHÙNG VĂN DUY

Lớp:

121461A

MSSV: 12146005
MSSV: 12146032

1. Tên đề tài:
- Nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển cho máy châm keo tự động.
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu.
- Tham khảo chƣơng trình của máy in 3D.
3. Nội dung chính của đồ án.
- Tìm hiểu công nghệ gắn linh kiện trên bề mặt.
- Thiết kế và gia cơng cơ khí mơ hình máy 3 trục.
- Thiết kế và gia công tủ điện.

- Thiết kế phần điện.
- Thiết kế giao diện điều khiển máy.
- Lập trình cho máy.
- Chạy thử nghiệm quá trình châm keo.
4. Các sản phẩm dự kiến.
5. Ngày giao đồ án: 10/03/2016.
6. Ngày nộp đồ án: 15/07/2016.
TRƢỞNG BỘ MÔN
(Ký, ghi rõ họ tên)

GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)

□ Đƣợc phép bảo vệ………………………………………………………………
(GVHD ký, ghi rõ họ tên)
i

do an


LỜI CAM KẾT
Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển cho máy châm keo tự động.
GVHD:
Th.S Lê Tấn Cƣờng
Họ tên sinh viên:
MSSV:
Địa chỉ sinh viên:
Số điện thoại liên lạc:
Email:

Nguyễn Hồng Ân
12146005
Lớp: 121461A
Hịa Hội, Xun Mộc, Bà Rịa Vũng Tàu.
01649711637


Họ tên sinh viên:
Phùng Văn Duy
MSSV:
12146032
Lớp: 121461A
Địa chỉ sinh viên:
Đƣờng Tháp Mƣời, Phƣờng 2, Quận 6, TPHCM.
Số điện thoại liên lạc: 01636190305
Email:

Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): 15/07/2016
Lời cam kết: “Chúng tơi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) này là cơng trình
do chính chúng tơi nghiên cứu và thực hiện. Chúng tôi không sao chép bất kỳ một bài
viết nào đã được cơng bố mà khơng trích rõ nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm
nào, chúng tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm.”

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 07 năm 2016
( Ký tên)

ii

do an

TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN

iii

do an


iv

do an


PHIẾU GÓP Ý GIỮA KỲ

v

do an


LỜI CẢM ƠN
Đồ án tốt nghiệp là cơ hội quý báu để sinh viên nghiên cứu ứng dụng kiến thức
đã học vào thực tiễn, giúp sinh viên tiếp xúc, cọ sát với thực tế.
Trong quá trình thực hiện đồ án, chúng em đã tiếp thu đƣợc rất nhiều kiến thức
từ sách vở và thực tế. Để hoàn thành đồ án đúng thời gian quy định, ngồi sự nổ lực
khơng ngừng của bản thân và sự giúp đỡ của giáo viên hƣớng dẫn, chúng em còn nhận
đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ của các anh chị và các bạn trong câu lạc bộ Khoa Học Trẻ.
Chúng em xin chân thành cảm ơn sâu sắc thầy Lê Tấn Cƣờng, ngƣời đã trực tiếp
hƣớng dẫn, đƣa ra định hƣớng và giúp chúng em giải quyết các khó khăn trong q
trình thực hiện, đăc biệt đã tạo môi trƣờng thuận lợi để chúng em hoàn thành đồ án một

cách tốt nhất.
Chúng em xin bày tỏ lịng biết ơn q thầy cơ trong bộ mơn Cơ Điện Tử đã
truyền thụ các kiến thức cơ bản làm nền tảng để nhóm em thực hiện đề tài.
Mặc dù đã rất cố gắng, nhƣng vì hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên đề tài
còn gặp nhiều thiếu xót. Kính mong sự góp ý, nhận xét từ q thầy cơ và các bạn.

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 07 năm 2016
Nhóm sinh viên thực hiện
Phùng Văn Duy
Nguyễn Hoàng Ân

vi

do an


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY CHÂM KEO TỰ ĐỘNG.

Đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển cho máy châm keo tự động” nhằm
góp phần tự động hóa trong q trình sản xuất, đặc biệt trong lĩnh vực hàn gắn linh
kiện điện tử với công nghệ dán bề mặt SMT (Surface Mount Technology). Phần thiết
kế cơ khí dựa theo mơ hình máy CNC ba trục, các module mở rộng và các driver điều
khiển đƣợc lựa chọn phù hợp với động cơ. Khi hoạt động, tồn bộ quy trình châm keo
đƣợc thực hiện hồn tồn tự động, vị trí châm keo đảm bảo độ chính xác. Tuy nhiên
trong q trình hoạt động cịn rung động nhẹ và tốc độ tƣơng đối chậm. Nếu đƣợc trang
bị thêm dây chuyền cấp board thì quá trình châm keo diễn ra hoàn toàn tự động.

vii

do an


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ..............................................................................i
LỜI CAM KẾT ..............................................................................................................ii
TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ............................................................................................... iii
PHIẾU GÓP Ý GIỮA KỲ ............................................................................................. v
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................vi
TÓM TẮT ĐỒ ÁN .......................................................................................................vii
MỤC LỤC ................................................................................................................ viiiiii
DANH MỤC SƠ ĐỒ HÌNH VẼ ............................................................................... xiiii
DANH MỤC CỤM TỪ VIẾT TẮT ............................................................................ xv
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN ........................................................................................... 3
1.1 Lý do chọn đề tài. ....................................................................................................... 3
1.2 Tổng quan về đề tài nghiên cứu. ............................................................................. 3
1.3.2 Nhiệm vụ. ......................................................................................................... 4
1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. ......................................................................... 4
1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu. ...................................................................................... 4
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu. ......................................................................................... 4
1.5 Giới hạn đề tài. ........................................................................................................ 4
1.6 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài. ...................................................................... 5
1.6.1 Các nghiên cứu ngoài nƣớc. ............................................................................. 5
1.6.2 Các nghiên cứu trong nƣớc. ............................................................................. 7
CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................... 8
3.1 Công nghệ gắn linh kiện điện tử dán. ..................................................................... 8
3.2 Ngôn ngữ lập trình G-Code. ................................................................................... 8
3.3 Lý thuyết về Arduino. ............................................................................................. 9
3.4 Phƣơng pháp nội suy đƣờng thẳng. ...................................................................... 13
CHƢƠNG 3 THIẾT KẾ THI CƠNG CƠ KHÍ ......................................................... 15

3.1 Các phƣơng án di chuyển của trục tọa độ. ............................................................ 15
3.1.1 Phƣơng án bàn máy cố định. .......................................................................... 15
viii

do an


3.1.2 Phƣơng án bàn máy di chuyển. ...................................................................... 16
3.1.3 Kết luận. ......................................................................................................... 16
3.2 Lựa chọn cơ cấu cho các trục chính. .................................................................... 17
3.2.1 Vitme đai ốc thƣờng. ...................................................................................... 17
3.2.2 Vitme đai ốc bi. .............................................................................................. 18
3.2.3 Bộ truyền đai. ................................................................................................. 20
3.2.4 Kết luận. ......................................................................................................... 21
3.3 Lựa chọn động cơ cho các trục chính. .................................................................. 22
3.3.1 Động cơ bƣớc (Stepping Motor)..................................................................... 22
3.3.2 Động cơ DC Servo. ........................................................................................ 23
3.3.3 Động cơ AC Servo. ........................................................................................ 23
3.3.4 Kết luận. ......................................................................................................... 24
3.4 Tính tốn lựa chọn động cơ. ................................................................................. 24
3.4.1 Xác định công suất động cơ truyền động trục X. ........................................... 24
3.4.2 Xác định công suất động cơ truyền động trục Y. ........................................... 27
3.4.3 Xác định công suất động cơ truyền động trục Z. ........................................... 30
3.5 Tiến hành chọn động cơ........................................................................................ 33
3.5.1 Lựa chọn động cơ trục X. ............................................................................... 33
3.5.1 Lựa chọn động cơ trục Y. ............................................................................... 34
3.5.1 Lựa chọn động cơ trục Z. ............................................................................... 35
3.6 Thiết kế trên Inventor và in 3D các part để cố định các trục. ............................... 36
3.6.1 Các Part trên trục X. ....................................................................................... 36
3.6.2 Các Part trên trục Y. ....................................................................................... 37

3.6.2 Các Part trên trục Z. ....................................................................................... 37
CHƢƠNG 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ................................... 38
4.1 Sơ đồ khối hệ thống. ............................................................................................. 38
4.2 Giới thiệu Arduino Mega 2560 ............................................................................. 38
4.3 Driver điều khiển động cơ bƣớc. .......................................................................... 41
4.3.1 Driver M542-05 .............................................................................................. 41
4.3.2 Driver M560. .................................................................................................. 45
ix

do an


4.4 LCD Graphic 128x64. .......................................................................................... 47
4.5 Cảm biến Home. ................................................................................................... 50
4.6 Bộ chuyển đổi nguồn. ........................................................................................... 51
4.7 Relay 5V ............................................................................................................... 51
4.8 Bộ nguồn 24V. ...................................................................................................... 52
4.9 Bộ châm keo MS7 Precision Fluid Dispenser. ..................................................... 52
CHƢƠNG 5 CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN........................................................ 55
5.1 Ngơn ngữ lập trình. ............................................................................................... 55
5.2 Các chƣơng trình và thuật tốn dùng trong chƣơng trình. .................................... 55
5.2.1 Các chỉ thị tiền xử lý dùng trong ngôn ngữ C. ............................................... 55
5.2.2 Các kiểu khai báo biến. .................................................................................. 57
5.2.3 Các hàm trong trong chƣơng trình điều khiển. .............................................. 58
5.3 Sơ đồ giải thuật lập trình....................................................................................... 60
5.4 Giao diện cho máy châm keo................................................................................ 60
5.5 Chuyển bản vẽ mạch điện qua file Gcode. ........................................................... 64
5.6 Các chƣơng trình chính trong máy. ...................................................................... 68
CHƢƠNG 6 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC, THỰC NGHIỆM CHẠY MÁY ............... 755
6.1 Kết quả đạt đƣợc. ................................................................................................ 755

6.2 Hƣớng dẫn sử dụng máy châm keo. ................................................................... 777
KẾT LUẬN ĐỀ NGHỊ ................................................................................................. 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 800

x

do an


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Thông số vitme các trục X, Y, Z. .................................................................. 21
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật động cơ 7BYGH250D .................................................... 34
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của động cơ SST59D3300. .............................................. 35
Bảng 3.4 Thông số động cơ PK245-01A. ..................................................................... 35
Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật của Arduino Mega 2560. ................................................. 38
Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật Driver M542. ................................................................... 39
Bảng 4.3 Chức năng các chân của Driver M542. ......................................................... 40
Bảng 4.4 Bảng kết nối phần cứng của Driver M542. ................................................... 40
Bảng 4.5 Bảng cài đặt độ phân giải của Driver M542. ................................................. 42
Bảng 4.6 Bảng cài đặt dòng ra của Driver M542.......................................................... 42
Bảng 4.7 Bảng cài đặt độ phân giải của Driver M560. ................................................. 44
Bảng 4.8 Bảng cài đặt dòng ra của Driver M560.......................................................... 44
Bảng 4.9 Chức năng các chân trong LCD Graphic 128x64.......................................... 46
Bang 5.1 Danh sách các thƣ viện và chức năng. ........................................................... 57

xi

do an

DANH MỤC SƠ ĐỒ HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sơ lƣợc SC về SMT đƣợc đăng ký trên thế giới. ............................................. 5
Hình 1.2 10 cơng ty có nhiều SC về cơng nghệ SMT ..................................................... 6
Hình 1.3 Dây chuyền sản xuất dùng cơng nghệ SMT. ................................................... 7
Hình 2.1 Giao diện IDE của Arduino. .......................................................................... 11
Hình 2.2 Các Icon chức năng thƣờng dùng của IDE. ................................................... 12
Hình 2.3 Vùng thơng báo của IDE. ............................................................................... 12
Hình 2.4 Giải thuật của phƣơng pháp nội suy Bresenham. .......................................... 14
Hình 3.1 Phƣơng án bàn máy cố định. .......................................................................... 15
Hình 3.2 Phƣơng pháp bàn máy di chuyển. .................................................................. 16
Hình 3.3 Cấu tạo bộ truyền vitme - đai ốc thƣờng........................................................ 17
Hình 3.4 Bộ truyền vitme – đai ốc thƣờng. ................................................................... 18
Hình 3.5 Bộ truyền vitme – đai ốc bi. ........................................................................... 19
Hình 3.6 Bộ truyền vitme – đai ốc bi có rãnh hồi bi dạng ống. .................................... 19
Hình 3.7 Các dạng rãnh hồi bi của vitme – bi............................................................... 20
Hình 3.8 Bộ truyền đai. ................................................................................................. 21
Hình 3.9 Động cơ bƣớc. ................................................................................................ 22
Hình 3.10 Động cơ DC Servo. ...................................................................................... 23
Hình 3.11 Động cơ AC Servo. ...................................................................................... 23
Hình 3.12 Nhập thơng số cần thiết cho trục X. ............................................................. 25
Hình 3.13 Kết quả sau khi tính moment xoắn cần thiết. ............................................... 26
Hình 3.14 Nhập thơng số cần thiết cho trục Y. ............................................................. 28
Hình 3.15 Kết quả sau khi tính moment xoắn cần thiết. ............................................... 29
Hình 3.16 Nhập thông số cần thiết cho trục Z. ............................................................. 31
Hình 3.17 Kết quả sau khi tính moment xoắn cần thiết. ............................................... 32
Hình 3.18 Biểu đồ moment xoắn động cơ theo vận tốc. ............................................... 33
Hình 3.19 Động cơ SST-59D3300. ............................................................................... 34
Hình 3.20 Động cơ PK245-01A. ................................................................................... 35
Hình 3.21 Part cố định trục X vào bàn máy. ................................................................. 36
Hình 3.22 Part cố định motor và trục vitme trên trục X ............................................... 37

xii

do an


Hình 3.23 Part cố định trục Y vào thân máy. ................................................................ 38
Hình 3.24 Part cố định motor và trục vitme trên trục Y. .............................................. 38
Hình 3.25 Part cố định motor và trục vitme trên trục Z. ............................................... 38

Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống. ...................................................................................... 36
Hình 4.2 Board Arduino Mega 2560. ........................................................................... 37
Hình 4.3 Sơ đồ linh kiện của Arduino Mega 2560. ...................................................... 38
Hình 4.4 Driver M542-05. ............................................................................................ 39
Hình 4.5 Các Switch cài đặt trên Driver M542............................................................. 41
Hình 4.6 Driver M560. .................................................................................................. 43
Hình 4.7 LCD Graphic 128x64. .................................................................................... 45
Hình 4.8 Kết nối LCD Graphic 128x64. ....................................................................... 47
Hình 4.9 Module Speed Sensor. .................................................................................... 48
Hình 4.10 Indruino Power DC-DC 2405. ..................................................................... 49
Hình 4.11 Relay RY5W-K. ........................................................................................... 49
Hình 4.12 Sơ đồ chân Relay RY5W-K. ........................................................................ 50
Hình 4.13 Bộ nguồn 24V. ............................................................................................. 50
Hình 4.14 Bộ châm keo MS7 Precision Fluid Dispenser ............................................. 51
Hình 4.15 Ống keo và ống khí trong bộ châm keo. ...................................................... 51
Hình 4.16 Các loại đầu châm keo. ................................................................................ 51
Hình 4.17 Keo IR – 130. ............................................................................................... 52
Hình 5.1 Sơ đồ giải thuật cho máy. .............................................................................. 58
Hình 5.2 Màn hình chính. ............................................................................................. 59
Hình 5.3 Các chức năng chính. ..................................................................................... 59
Hình 5.4 Các chức năng trong phần Prepare................................................................. 60

Hình 5.5 Các chức năng di chuyển trục trong phần Move axis. ................................... 60
Hình 5.6 Di chuyển các trục x, y, z và điều chỉnh đầu châm keo. ................................ 60
Hình 5.7 Lựa chọn tốc độ cho các trục. ........................................................................ 61
Hình 5.8 Chọn file Gcode. ............................................................................................ 61
Hình 5.9 Bản vẽ layout của mạch điện trên Altium. ..................................................... 62
Hình 5.10 Xuất ra file.dxf tren Altium. ......................................................................... 62
Hình 5.11 Lựa chọn các điểm cần xuất. ........................................................................ 63
xiii

do an


Hình 5.12 Chọn vị trí lƣu file. ....................................................................................... 63
Hình 5.13 Mở file vừa xuất trên AutoCad. ................................................................... 64
Hình 5.14 Lấy các điểm cần châm keo. ........................................................................ 64
Hình 5.15 Xuất file Gcode trên MasterCam. ................................................................ 65
Hình 5.16 Chỉnh sửa file Gcode. ................................................................................... 65
Hình 6.1 Mơ hình máy đã hồn thành. .......................................................................... 75
Hình 6.2 Gốc tọa độ của máy. ....................................................................................... 75
Hình 6.3 Tủ điện điều khiển. ......................................................................................... 76
Hình 6.4 Kết nối phần điện. .......................................................................................... 76
Hình 6.5 Đƣa vị trí máy về gốc tọa độ. ......................................................................... 77
Hình 6.6 Đăt board lên bàn máy với chiều đã quy định. .............................................. 77
Hình 6.7 Chọn file Gcode chạy chƣơng trình. .............................................................. 78

xiv

do an

DANH MỤC CỤM TỪ VIẾT TẮT

CNC

Computerized Numerical Control

SMT

Surface Mount Technology

SMD

Surface Mount Device

PCB

Printed Circuit Board

CAE

Computer Aided Engineering

NC

Numerical Control

IDE

Integrated Development Environment

LCD

Liquid Crystal Displ

DIP

Dual In-line Packages

SOP

Small Outline Packages

xv

do an


MÁY CHÂM KEO TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ ĐIỆN TỬ

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 Lý do chọn đề tài.
Trong những năm gần đây đất nƣớc ta đang đẩy mạnh quá trình cơng nghiệp hóa và
hiện đại hóa, nhằm biến đổi nền kỹ thuật công nghiệp lạc hậu, chuyển sang nền cơng
nghiệp hiện đại, tiếp cận trình độ phát triển của thế giới. Chính vì điều đó, việc phát triển
những kỹ thuật cao nhƣ Cơ Điện Tử là điều rất cần thiết. Tuy có bƣớc phát triển đáng kể
nhƣng vẫn cịn khoảng cách khá xa so với các nƣớc phát triển trên thế giới. Trong lĩnh
vực hàn linh kiện điện tử thì cơng nghệ dán bề mặt SMT (Surface Mount Technology)
ngày càng phổ biến và thay thế dần công nghệ xuyên lỗ. Hiện nay các thiết bị SMT khá

đa dạng, đáp ứng đầy đủ các nhu cầu từ thủ công tới tự động hóa.
Tuy nhiên việc nghiên cứu, triển khai cơng nghệ SMT cần có vốn đầu tƣ ban đầu
tƣơng đối lớn vì chúng ta chƣa làm chủ đƣợc cơng nghệ, cần có thời gian dài và chiến
lƣợc phát triển đúng đắn. Để nắm bắt đƣợc công nghệ cũng nhƣ phục vụ cho sản xuất nhỏ
và nghiên cứu, tạo tiền đề nền tảng để triển khai trong cơng nghiệp. Vì vậy nhóm chúng
em quyết định tiến hành nghiên cứu đề tài này.
1.2 Tổng quan về đề tài nghiên cứu.
SMT viết tắt của cụm từ Surface Mount Technology (Công nghệ dán bề mặt),
trong kỹ thuật PCB (Printed Circuit Board) gọi là công nghệ hàn linh kiện dán.
Công nghệ hàn linh kiện dán là phƣơng pháp gắn các linh kiện điện tử trực tiếp lên
trên bề mặt của bo mạch. Các linh kiện điện tử dành riêng cho cơng nghệ này có tên viết
tắt là SMD (Surface Mount Device). Dây chuyền SMT gồm có các máy:
+ Nạp PCB tự động.
+ Máy châm keo dính linh kiện.
+ Máy cắm linh kiện.
+ Máy gia nhiệt làm mát.
Máy chấm keo dính linh kiện là một bộ phận quan trọng trong hệ thống dây chuyền
SMT. Nó chủ yếu phục vụ cho việc sản xuất Board mạch có một mặt là linh kiện DIP và
một mặt là linh kiện dán.
1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài.
1.3.1 Mục tiêu.
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thiết kế, thi cơng phần kết cấu cơ khí máy, phần mềm
điều khiển và làm chủ Driver (M560 và M542-05) điều khiển động cơ bƣớc nhằm tạo ra
GVHD: Th.S Lê Tấn Cường

3

do an

MÁY CHÂM KEO TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ ĐIỆN TỬ

máy châm keo tự động 3 trục mang theo đầu phun keo có thể châm keo với nhiều dạng
đầu phun cũng nhƣ châm keo trên nhiều board mạch khác nhau.
1.3.2 Nhiệm vụ.
+ Lên ý tƣởng mơ hình máy và giải thuật điều khiển.
+ Thiết kế và gia cơng cơ khí mơ hình máy 3 trục.
+ Thiết kế phần điện.
+ Thiết kế giao diện điều khiển máy.
+ Lập trình cho máy.
+ Chạy thử nghiệm quá trình châm keo và đánh giá.
1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu.
- Tìm hiểu cơng nghệ dán bề mặt trên hệ thống dây chuyền SMT.
- Tìm hiểu về mơ hình máy CNC.
- Cách chuyển đổi từ file từ phần mềm Altium sang Gcode mang dữ liệu chạy máy.
- Thiết kế giao diện điều khiển và giám sat cho máy dựa trên nền tảng Arduino.
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu.
Máy châm keo trong hệ thống dây chuyền SMT là một sản phẩm phức tạp đòi hỏi sự
kết hợp của nhiều ngành kỹ thuật cao: Cơ khí chính xác – Điện tử - Điều khiển – Lập
trình. Ở góc độ đồ án tốt nghiệp đại học và những hạn chế về thời gian và kinh phí, nhóm
em đề xuất thực hiện đề tài ở các nội dung sau:
+ Thiết kế thi cơng mơ hình cơ khí máy châm keo phù hợp với một số Board mạch điện
tử đơn giản.
+ Thiết kế hệ thống điện điều khiển động cơ có sai số ở mức độ chấp nhận đƣợc.
+ Thiết kế giao diện điều khiển giám sát với những chức năng cơ bản và hiển thị các
thông số cần thiết.
1.5 Giới hạn đề tài.

Máy chấm keo có thể đƣợc thiết kế với nhiều dạng đầu phun cho các kiểu chấm khác
nhau, chấm keo trên nhiều Board mạch khác nhau, nhƣng do điều kiện cơ sở vật chất,
trang thiết bị và thời gian còn bị hạn chế nên chúng em chỉ tập trung thiết trên một loại
đầu phun keo với một số Board mạch điển hình. Cịn các phần khác nhƣ băng tải cấp dẫn
Board, chúng em chƣa có điều kiện hồn thành đƣợc.
GVHD: Th.S Lê Tấn Cường

4

do an


MÁY CHÂM KEO TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ ĐIỆN TỬ

Do kinh phí để chế tạo và kiến thức hạn chế, nên chúng em chƣa sử dụng đƣợc những
chi tiết cơ cấu phù hợp, nhƣ động cơ Servo, bộ phun keo.
1.6 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài.
1.6.1 Các nghiên cứu ngoài nước.
Theo cơ sở dữ liệu tiếp cận đƣợc, sáng chế (SC) đầu tiên về SMT đăng ký năm 1976
nhƣng đến năm 1980 SMT mới bắt đầu phổ biến. IBM tiên phong ứng dụng SMT trong
lĩnh vực máy tính. Lúc này, phƣơng pháp xuyên lỗ vẫn đƣợc ƣa chuộng do dễ hàn và tháo
lắp. Hạn chế của chất lƣợng BM cũng khiến SMT khó phát triển. Sự ra đời của BM chất
lƣợng cao đã mở rộng thị trƣờng cho SMT từ sau năm 2000.

Hình 1.1 Sơ lược SC về SMT được đăng ký trên thế giới.
Do liên hệ chặt chẽ với ngành điện tử, những năm 2008, lĩnh vực SMT chịu ảnh hƣởng
không nhỏ của cuộc khủng hoảng kinh tế toàn cầu với số lƣợng SC sụt giảm khá mạnh.
Tuy nhiên, theo báo cáo gần đây của Electronics. CA. Publications, thị trƣờng SMT đang

hồi phục cùng với sự khởi sắc của nền kinh tế, nhanh chóng thay thế công nghệ xuyên lỗ
nhờ đột phá về năng suất và độ tin cậy.
GVHD: Th.S Lê Tấn Cường

5

do an


MÁY CHÂM KEO TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ ĐIỆN TỬ

Hình 1.2 10 cơng ty có nhiều SC về cơng nghệ SMT
Tính đến nay, gần 1.300 SC về SMT trên thế giới hầu hết đăng ký tại Mỹ. Nhiều SC
nhất thuộc về những công ty sản xuất và cung cấp linh kiện điện tử hàng đầu. Trong top
10, đến 8 cơng ty có trụ sở chính tại Mỹ (AMP Incorporated, Motorola, IBM, AVX, The
Whitaker, Micron Technology, Intel), còn lại của Nhật (Murata, Nihon Dempa Kogyo) và
Anh (GEM Services).
Phân tích theo phân loại SC quốc tế IPC cho thấy 3 hƣớng nghiên cứu chính về SMT:
19% SC về thiết bị mạch tích hợp (H01L); 16% SC về màng phim kỹ thuật để sản xuất
BM (H05K); khoảng15 % SC về hệ thống phân phối điện (H01R). Một số hƣớng nghiên
cứu khác là về phƣơng pháp và thiết bị hàn, hợp kim hàn, ứng dụng SMT trong thiết bị
truyền thông, biến áp.

GVHD: Th.S Lê Tấn Cường

6

do an

MÁY CHÂM KEO TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ ĐIỆN TỬ

1.6.2 Các nghiên cứu trong nước.
Chậm chân hơn các nƣớc khác một chút, tại Việt nam, công nghệ SMT chỉ bắt
đầu “sôi động” trong ngành điện tử từ năm 2008. Một số nhà cung cấp thiết bị SMT tại
nƣớc ta hiện nay có: SMT Vietnam, Siemens, Panasonic, Fuji, Samsung, Matsushita…
Do chi phí đầu tƣ quá cao, nên thời gian đầu, đa số công ty trong nƣớc chọn cách hợp
tác chuyển giao cơng nghệ, học hỏi mơ hình quản lý từ tập đồn nƣớc ngồi. Cơng ty Cổ
phần Bóng đèn Điện Quang là một trong những doanh nghiệp nội địa áp dụng SMT thành
công trong sản xuất. Sản phẩm ballast cho đèn compact dùng cơng nghệ SMT nhỏ gọn, ít
tỏa nhiệt và tăng tuổi thọ thiết bị.

Hình 1.3 Dây chuyền sản xuất dùng công nghệ SMT.
Tháng 10 vừa qua, triển lãm lần thứ 5 về công nghiệp phụ trợ do Tổ chức Xúc tiến
Thƣơng mại Nhật Bản (JETRO) và Trung tâm Xúc tiến Thƣơng mại và Đầu tƣ (ITPC) tổ
chức đã giới thiệu một số dây chuyền SMT công nghệ cao phục vụ ngành điện tử. Theo
TS. Trần Quang Hùng – Tổng thƣ ký Hiệp hội Doanh nghiệp Điện tử Việt Nam (VEIA),
ngành công nghiệp sản xuất linh phụ kiện điện tử Việt Nam phát triển mạnh mẽ từ năm
2011 và hứa hẹn sẽ tăng gấp đôi doanh thu mỗi năm. Ứng dụng hiệu quả SMT trong sản
xuất sẽ góp phần đáng kể vào lợi ích quốc gia nhờ giảm chi phí nhập khẩu, nâng cao hiệu
quả sản xuất và giá trị sản phẩm.
Nguồn:

GVHD: Th.S Lê Tấn Cường

7

do an


MÁY CHÂM KEO TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ ĐIỆN TỬ

CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1 Công nghệ gắn linh kiện điện tử dán.
- Quá trình gắn linh kiện điện tử dán lên Board mạch bằng công nghệ SMT gồm 4 bƣớc
cơ bản:
+ Bƣớc 1: Châm keo – dùng trong board mạch có linh kiện dán ở cả 2 mặt.
+ Bƣớc 2: Gắn linh kiện.
+ Bƣớc 3: Gia nhiệt.
+ Bƣớc 4: Kiểm tra và sửa lỗi.
- Lợi điểm khi sử dụng cơng nghệ SMT:
+ Linh kiện nhỏ hơn.
+ Q trình lắp ráp đơn giản hơn.
+ Có thể gắn linh kiện lên trên hai mặt của bo mạch
+ Tính năng chịu bền bỉ hơn trong điều kiện bị va đập và rung lắc.
+ Q trình tự động hóa cao, có thể tự hiệu chỉnh những lỗi nhỏ gặp phải.
+Giá linh kiện dán rẻ hơn linh kiện xuyên lỗ.
+ Năng suất cao và rất linh động khi thay đổi model Board mạch.
3.2 Ngơn ngữ lập trình G-Code.
G-Code là tên gọi của một ngơn ngữ lập trình ứng dụng trong điều khiển số (còn gọi là
NC hoặc Numerical Control). G-Code thƣờng đƣợc sử dụng trong tự động hóa, tự động
với sự trợ giúp của máy tính (cịn gọi là CAE hay Computer Aided Engineering). Đơi khi
G-Code cịn đƣợc gọi là ngơn ngữ lập trình G.
Cơ bản, G-Code là một ngơn ngữ lập trình mà thơng qua các cơng cụ, thiết bị nó có thể

thông báo và ra lệnh cho các thiết bị (ở đây là máy CNC của chúng ta) biết phải di chuyển
thế nào, với tốc độ bao nhiêu, tắt/mở thiết bị gì, quỹ đạo di chuyển thế nào.
Các nhóm lệnh trong G-Code:
- Nhóm lệnh G.
+ Là lệnh quy định sự dịnh chuyển.
+ Là lệnh quy định chế độ làm việc của máy.
+ Lệnh G đƣợc mã hóa từ G00 cho đến G99, mỗi lệnh có các chức năng và yêu cầu riêng.
- Nhóm lệnh M.
+ Là lệnh quy định các chức năng phụ nhƣ bắt đầu, dừng, kết thúc, tắt mở một vài chức
năng khác nhƣ bơm nƣớc, trục chính.
GVHD: Th.S Lê Tấn Cường

8

do an


MÁY CHÂM KEO TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ ĐIỆN TỬ

+ Lệnh M đƣợc mã hóa từ M00 cho đến M99, mỗi lệnh có các chức năng và yêu cầu
riêng.
- Tham số.
+ Kèm theo lệnh G hoặc M là các tham số. Các tham số quy định cho máy biết các giá trị
đi liền kề sau đó dùng cho mục đích khác nhau, các khoảng cách cần phải di chuyển hoặc
điều khiển một thiết bị nào đó.
3.3 Lý thuyết về Arduino.
Arduino là một nền tảng mã nguồn mở (open-source) đƣợc sử dụng để xây dựng các
ứng dụng điện tử. Arduino gồm có board mạch có thể lập trình đƣợc (thƣờng gọi là vi

điều khiển ) và các phần mềm hỗ trợ phát triển tích hợp IDE (Integrated Development
Environment) dùng để soạn thảo, biên dịch code và nạp chƣơng cho board.
Arduino ngày nay rất phổ biến cho những ngƣời mới bắt đầu tìm hiểu về điện tử vì nó
đơn giản, hiệu quả và dễ tiếp cận. Không giống nhƣ các loại vi điều khiển khác, Arduino
khơng cần phải có các cơng cụ chuyên biệt để phụ vục việc nạp code, ví dụ để nạp code
cho PIC cần phải có Pic Kit. Đối với Arduino rất đơn giản, ta có thể kết nối với máy tính
bằng cáp USB. Thêm vào đó việc lập trình cho Arduino rất dễ dàng, trình biên dịch
Arduino IDE sử dụng phiên bản đơn giản hóa của ngơn ngữ C++.
Khả năng của bo mạch Arduino:
Bo mạch Arduino sử dụng dòng vi xử lý 8-bit megaAVR của Atmel với hai chip phổ
biến nhất là ATmega328 và ATmega2560. Các dòng vi xử lý này cho phép lập trình các
ứng dụng điều khiển phức tạp do đƣợc trang bị cấu hình mạnh với các loại bộ nhớ ROM,
RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong đó có nhiều ngõ có khả năng xuất tín hiệu
PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đa dạng nhƣ UART, SPI, TWI
(I2C).
Xung nhịp: 16MHz
EEPROM: 1KB (ATmega328) và 4KB (ATmega2560)
SRAM: 2KB (Atmega328) và 8KB (Atmega2560)
Flash: 32KB (Atmega328) và 256KB (Atmega2560)
Đọc tín hiệu cảm biến ngõ vào:
Digital:
Các bo mạch Arduino đều có các cổng digital có thể cấu hình làm ngõ vào hoặc ngõ ra
bằng phần mềm. Do đó ngƣời dùng có thể linh hoạt quyết định số lƣợng ngõ vào và ngõ

GVHD: Th.S Lê Tấn Cường

9

do an

MÁY CHÂM KEO TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ ĐIỆN TỬ

ra. Tổng số lƣợng cổng digital trên các mạch dùng Atmega328 là 14, và trên Atmega2560
là 54.
Analog:
Các bo mạch Arduino đều có trang bị các ngõ vào analog với độ phân giải 10-bit. Số
lƣợng cổng vào analog là 6 đối với Atmega328, và 16 đối với Atmega2560. Với tính năng
đọc analog, ngƣời dùng có thể đọc nhiều loại cảm biến nhƣ nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, ánh
sáng, gyro, accelerometer…
Xuất tín hiệu điều khiển ngõ ra:
Digital output:
Tƣơng tự nhƣ các cổng vào digital, ngƣời dùng có thể cấu hình trên phần mềm để
quyết định dùng ngõ digital nào là ngõ ra. Tổng số lƣợng cổng digital trên các mạch dùng
Atmega328 là 14, và trên Atmega2560 là 54.
PWM output:
Trong số các cổng digital, ngƣời dùng có thể chọn một số cổng dùng để xuất tín hiệu
điều chế xung PWM. Độ phân giải của các tín hiệu PWM này là 8-bit. Số lƣợng cổng
PWM đối với các bo dùng Atmega328 là 6, và đối với các bo dùng Atmega2560 là 14.
PWM có nhiều ứng dụng trong viễn thông, xử lý âm thanh hoặc điều khiển động cơ mà
phổ biến nhất là động cơ servos trong các máy bay mơ hình.
Chuẩn Giao tiếp:
Serial:
Đây là chuẩn giao tiếp nối tiếp đƣợc dùng rất phổ biến trên các bo mạch Arduino. Mỗi
bo có trang bị một số cổng Serial cứng (việc giao tiếp do phần cứng trong chip thực hiện).
Bên cạnh đó, tất cả các cổng digital cịn lại đều có thể thực hiện giao tiếp nối tiếp bằng
phần mềm (có thƣ viện chuẩn, ngƣời dùng khơng cần phải viết code). Mức tín hiệu của
các cổng này là TTL 5V. Lƣu ý cổng nối tiếp RS-232 trên các thiết bị hoặc PC có mức tín

hiệu là UART 12V. Để giao tiếp đƣợc giữa hai mức tín hiệu, cần phải có bộ chuyển mức,
ví dụ nhƣ chip MAX232. Số lƣợng cổng Serial cứng của Atmega328 là 1 và của
Atmega2560 là 4. Với tính năng giao tiếp nối tiếp, các bo Arduino có thể giao tiếp đƣợc
với rất nhiều thiết bị nhƣ PC, touchscreen, các game console…
USB:
Các bo Arduino tiêu chuẩn đều có trang bị một cổng USB để thực hiện kết nối với máy
tính dùng cho việc tải chƣơng trình. Tuy nhiên các chip AVR khơng có cổng USB, do đó
các bo Ardunino phải trang bị thêm phần chuyển đổi từ USB thành tín hiệu UART. Do đó
máy tính nhận diện cổng USB này là cổng COM chứ không phải là cổng USB tiêu chuẩn.
GVHD: Th.S Lê Tấn Cường

10

do an


MÁY CHÂM KEO TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CƠ ĐIỆN TỬ

SPI:
Đây là một chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ có bus gồm có 4 dây. Với tính năng này
các bo Arduino có thể kết nối với các thiết bị nhƣ LCD, bộ điều khiển video game, bộ
điều khiển cảm biến các loại, đọc thẻ nhớ SD và MMC…
TWI (I2C):
Đây là một chuẩn giao tiếp đồng bộ khác nhƣng bus chỉ có hai dây. Với tính năng này,
các bo Arduino có thể giao tiếp với một số loại cảm biến nhƣ thermostat của CPU, tốc độ
quạt, một số màn hình OLED/LCD, đọc real-time clock, chỉnh âm lƣợng cho một số loại
loa…
Mơi trƣờng lập trình bo mạch Arduino:

Thiết kế bo mạch nhỏ gọn, trang bị nhiều tính năng thơng dụng mang lại nhiều lợi thế
cho Arduino, tuy nhiên sức mạnh thực sự của Arduino nằm ở phần mềm. Mơi trƣờng lập
trình đơn giản dễ sử dụng, ngơn ngữ lập trình Wiring dễ hiểu và dựa trên nền tảng C/C++
rất quen thuộc với ngƣời làm kỹ thuật. Và quan trọng là số lƣợng thƣ viện code đƣợc viết
sẵn và chia sẻ bởi cộng đồng nguồn mở là cực kỳ lớn.
Giao diện IDE của Arduino
Mơi trƣờng lập trình Arduino IDE có thể chạy trên ba nền tảng phổ biến nhất hiện nay
là Windows, Macintosh OSX và Linux. Ngơn ngữ lập trình có thể đƣợc mở rộng thông
qua các thƣ viện C++. Và do ngơn ngữ lập trình này dựa trên nền tảng ngơn ngữ C của
AVR.

Hình 2.1 Giao diện IDE của Arduino.
GVHD: Th.S Lê Tấn Cường

11

do an