LINK TẢI LUẬN VĂN MIỄN PHÍ CHO AE KET-NOI
Đề tài nói về bộ máy cắt laser tự động theo cấu hình máy CNC. Do cơ sở vật chất và khả năng có hạn, đề tài chỉ dừng ở mức độ khắc sản phẩm gỗ, cắt giấy, kim loại cực mỏng với đầu laser công suất 2.5W. Mục đích: Cắt sản phẩm tự động với số lượng yêu cầu Đối tượng cắt: Giấy, gỗ, sắt Phương pháp: Cắt laser bằng công nghệ CNC Sai số cho phép: 10%
Bộ máy cắt laser tự động
Công nghệ CNC
Thiết kế và chế tạo
Đề tài nói về bộ máy cắt laser tự động theo cấu hình máy CNC. Do cơ sở vật chất
và khả năng có hạn, đề tài chỉ dừng ở mức độ khắc sản phẩm gỗ, cắt giấy, kim loại cực mỏng với đầu laser công suất 2.5W.
Mục đích: Cắt sản phẩm tự động với số lượng yêu cầu Đối tượng cắt: Giấy, gỗ, sắt
Phương pháp: Cắt laser bằng công nghệ CNC
Sai số cho phép: 10%
Nội dung các chương của thuyết minh gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống cắt laser tự động theo băng chuyền
Nội dung chương 1 nói về lý do tác giả chọn đề tài này, các vấn đề đặt ra và các
mục tiêu, mục đích thực hiện nghiên cứu, cơ sở lý luận. Theo đó còn giới thiệu sơ lược về các khái niệm lý thuyết laser, CNC mà tác giả đã áp dụng vào đề tài nghiên cứu.
Cuối cùng là giới thiệu sơ lược về đề tài, các khối hình thành, cách hoạt động cũng như đưa ra hình mô hình thiết kế, nội dung được thể hiện gồm các mục:
1.1. Giới thiệu đề tài
1.2. Giới thiệu về công nghệ cắt laser
1.3. Khái niệm máy CNC
1.4. Tổng quan về hệ thống máy cắt laser theo băng chuyền
Chương 2: Thiết kế tính toán, chọn phương án và vật liệu xây dựng cơ khí
Chương này thể hiện sơ đồ, cấu tạo của hệ thống. Trình bày các phương pháp, phương án về cơ khí mà tác giả đã chọn, các vật liệu, cách tính toán áp dụng vào đề tài. Chọn động cơ, thiết kế khung và các cơ cấu có trong đồ án, các trục X, Y vận hành,
băng chuyền...gồm các mục:
2.1. Sơ đồ tổng thể hệ thống
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
2.2. Giới thiệu phần mềm thiết kế 2.3. Băng chuyền
2.4. Trục X, Y của máy cắt laser 2.5. Laser
Chương 3: Thiết kế và xấy dựng hệ thống điều khiển
Mở đầu chương giới thiệu các phần mềm được sử dụng, các linh kiện điện tử có trong mô hình. Trình bày cách điều khiển, vận hành hệ thống, cách làm việc với bộ điều khiển và máy tính. Lưu đồ thuật toán và lập trình.
3.1. Giới thiệu về phần mềm sử dụng 3.2. Các linh kiện điện tử có trong mạch 3.3. Sơ đồ nối dây của mạch
Chương 4: Kết luận và định hướng đề tài
Chương kết luận và đưa ra những kết quả mà đề tài đạt được, các hạn chế của đề tài và định hướng phát triển trong tương lai.
4.1. Những kết quả đạt được 4.2. Hạn chế
4.3. Hướng phát triển
Tài liệu tham khảo
Là phần trình bày và đưa ra những tài liệu, trang mạng mà tác giả đã tham khảo trong suốt quá trình thực hiện đề tài này.
Phụ lục
Những nội dung phụ có thể được thêm để người đọc rõ hơn về đồ án.
MỤC LỤC
TÓM TẮT........................................................................................................................0 LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................v LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................... vii MỤC LỤC ..................................................................................................................... ix DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ xiii
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ..................................................................xii
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT......................................................xvv Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẮT LASER TỰ ĐỘNG THEO BĂNG CHUYỀN.........................................................................................................................1
Giới thiệu đề tài..................................................................................................1
1.1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................1
1.1.2. ..........................................................................................1
1.1.3. Mục đích nghiên cứu ...............................................................................2
1.1.4. Cơ sở lý luận............................................................................................2
Giới thiệu về công nghệ cắt laser.......................................................................3
1.2.1. Laser.........................................................................................................3
1.2.2. Công nghệ cắt laser..................................................................................8
Khái quát khái niệm về máy CNC ...................................................................12
Tổng quan về hệ thống cắt laser tự động theo băng chuyền............................21 1.4.1. Giới thiệu các khối cơ bản của hệ thống................................................21
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh ix
Giới hạn đề tài
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
1.4.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống ........................................................22
1.4.3. Yêu cầu công nghệ của hệ thống ...........................................................23
1.4.4. Cơ cấu đồ án ..........................................................................................23
Chương 2: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN, CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ VẬT LIỆU XÂY DỰNG HỆ THỐNG CƠ KHÍ .......................................................................................24
Sơ đồ tổng thể hệ thống ...................................................................................24 Giới thiệu phần mềm thiết kế 3D Solidworks .................................................24 Băng chuyền.....................................................................................................27
Chọn động cơ.........................................................................................27 Thiết kế mô hình....................................................................................27
Trục X, Y của máy cắt laser.............................................................................29
Chọn phương án chuyển động của hệ thống..........................................32 Các phương án truyền động của hệ thống .............................................33 Vít me đai ốc thường .............................................................................34 Vít me đai ốc bi......................................................................................35 Truyền đai với hệ trượt con lăn .............................................................36 Chọn phương án truyền động ................................................................37 Chọn động cơ và tính toán thông số phù hợp với máy ..........................37 Phân tích chọn động cơ dẫn động cho các trục......................................38 Chọn động cơ bước phù hợp..................................................................42 Chọn vật liệu khung...............................................................................42
Laser .................................................................................................................44
Chương 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ........................45
3.1. Giới thiệu về phần mềm sử dụng .....................................................................45
3.1.1. Phần mềm Orcad....................................................................................45
3.1.2. Phần mềm Arduino ................................................................................46
3.2. Các linh kiện điện tử có trong mạch ................................................................47
3.2.1. Arduino UNO R3...................................................................................47
3.2.2. Driver động cơ bước A4988 ..................................................................51
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh x
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
3.2.3. Cảm biến tiệm cận .................................................................................54
3.2.4. Module điều khiển động cơ L298N.......................................................55
3.2.5. Module điều khiển CNC Shield V3.......................................................56
3.2.6. Công tắc hành trình................................................................................57
3.3. Xác định sơ đồ nối dây ....................................................................................58
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ....................................59
4.1. Những kết quả đạt được...................................................................................59
4.2. Hạn chế ............................................................................................................59
4.3. Hướng phát triển ..............................................................................................59
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................60 PHỤ LỤC ......................................................................................................................61
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh xi
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh xii
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Lượng đầu vào nhiệt cần thiết cho các vật liệu khác nhau ở các độ dày khác nhau bằng cách sử dụng laser CO2 đơn vị W...............................................12 Bảng 1.2: Chuẩn, vị trí đặc tính và ứng dụng của máy CNC cơ bản ....................15
Bảng 3.1: Thông số UNO R347
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh xiii
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh xiv
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Thành phần của tia laser hồng ngoại đầu tiên .........................................4 Hình 1.2: Cấu tạo cơ bản và cơ chế hoạt động của laser.........................................6 Hình 1.3: Máy cắt kim loại bằng laser ....................................................................9 Hình 1.4: 1) Máy tiện; 2) Máy phayTrục máy CNC .............................................13 Hình 1.5: a) Máy phay CNC 3 trục; b) Máy phay CNC 5 trục .............................14 Hình 1.6: Phương pháp Hybrid laser.....................................................................16 Hình 1.7: Phân loại lệnh điều khiển chuyển động NC ..........................................18 Hình 1.8: Điều khiển điểm ....................................................................................19 Hình 1.9: Điều khiển đường ..................................................................................19 Hình 1.10: Điều khiển biên dạng...........................................................................20 Hình 1.11: Các khối cơ bản của hệ thống .............................................................22 Hình 1.12: Quá trình hệ thống hoạt động..............................................................23 Hình 1.13: Mô hình máy cắt laser tổng thể ...........................................................23 Hình 2.1: Sơ đồ tổng thể hệ thống.........................................................................24 Hình 2.2 Phần mềm Solidworks............................................................................25 Hình 2.3: Động cơ giảm tốc ZS – RE81 ...............................................................27 Hình 2.4: Mô hình thiết kế băng tải.......................................................................28 Hình 2.5: Mô phỏng máy laser trên Solidworks ...................................................29 Hình 2.6: Mô hình máy laser.................................................................................30 Hình 2.7: Hệ trượt con lăn.....................................................................................31 Hình 2.8: Động cơ và bu li chủ động ....................................................................31 Hình 2.9: Đầu laser................................................................................................32 Hình 2.10: Cắt laser theo phương pháp phôi đứng yên.........................................33 Hình 2.11: Vít me đai ốc thường...........................................................................34 Hình 2.12: Vít me đai ốc bi ...................................................................................35 Hình 2.13: Bộ truyền đai .......................................................................................36 Hình 2.14: Con lăn – hệ trượt................................................................................37 Hình 2.15: Động cơ một chiều (DC motor) ..........................................................38 Hình 2.16: Động cơ AC Servo ..............................................................................39
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh xv
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Hình 2.17: Động cơ bước (Stepping motor)..........................................................40
...................................................................................43 Hình 2.19: Laser 2,5W ..........................................................................................44 Hình 3.1: Phần mềm Orcad ...................................................................................46 Hình 3.2: Phần mềm Arduino................................................................................47 Hình 3.3: Arduino UNO R3 ..................................................................................47 Hình 3.4: Vi điều khiển ATmega328 trên board Arduino ....................................48 Hình 3.5: A4988 – Trình điều khiển bước ............................................................51 Hình 3.6: Thông số kỹ thuật – A4988 ...................................................................52 Hình 3.7: Sơ đồ nối dây – A4988..........................................................................53 Hình 3.8: Chân trạng thái – A4988 .......................................................................54 Hình 3.9: Cảm biến tiệm cận E3F – DS30C4 .......................................................55 Hình 3.10: Mạch L298N........................................................................................56 Hình 3.11: Mạch CNC Shield V3.........................................................................57 Hình 3.12: Công tắt hành trình..............................................................................57 Hình 3.13: Sơ đồ nối dây máy laser ......................................................................58
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh xvi
Hình 2.18: Nhôm định hình
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
KÝ HIỆU: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... .......................................................................................................................................
CHỮ VIẾT TẮT: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... .......................................................................................................................................
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh xvii
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
xviii
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẮT LASER TỰ ĐỘNG THEO BĂNG CHUYỀN
Giới thiệu đề tài 1.1.1. Đặt vấn đề
Theo năm tháng, với đời sống ngày càng hiện đại, tiên tiến, yêu cầu chất lượng xã hội càng tăng cao. Ngành công nghiệp trang trí, điêu khắc tạo ra các hoa văn trên những vật liệu khác nhau như da, vải, gỗ...; ngành công nghiệp chế tạo làm nên các chi tiết có độ tinh xảo, chính xác cao trên nhiều loại vật liệu như inox, sắt, thép, hợp kim nhôm, nhựa..., kể cả kim cương, trang sức đá quý. Qua đó, công nghệ laser đã ra đời và đáp ứng, thỏa mãn hầu hết các yêu cầu kỹ thuật, mong muốn xã hội hiện tại, với hiệu suất cao, giá thành rẻ, dễ sản xuất chế tạo và áp dụng vào hầu hết mọi lĩnh vực trên thế giới hiện nay. Đã đáp ứng được về chất, nhưng lượng thì sao, một máy CNC cắt bằng công nghệ laser vẫn cần sự can thiệp thủ công của con người khi đưa sản phẩm vào khuôn cắt, nó làm giảm đi hiệu suất đáng kể khi nguồn cầu là một số lượng cực lớn như vậy. Thế nên một hệ thống là thực sự cần thiết để tạo nên một dây chuyền sản xuất khép kín đáp ứng được nhu cầu số lượng trên thị trường, đó chính là ý tưởng tạo nên mục tiêu của đề tài “Thiết kế và chế tạo hệ thống cắt laser theo băng chuyền”.
1.1.2.
Vì điều kiện cơ sở vật chất, trang thiết bị và thời gian bị còn hạn chế nên tác giả chỉ tập trung tính toán và hoàn thành một máy cắt laser tự động cơ bản có thể hoạt động được, còn rất nhiều vấn đề khác cần hoàn thiện thêm.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh 1
Hiện nay, khoa học công nghệ ngày càng phát triển, thế giới cũng vừa trải qua cuộc khủng hoảng kinh tế trầm trọng đã gây ảnh hưởng không nhỏ đến nền công nghiệp toàn cầu. Chính vì thế, việc ứng dụng các kĩ thuật tiên tiến vào sản xuất nhằm tạo ra những sản phẩm có năng suất, chất lượng cao, giá thành thấp nhận được ngày càng trở nên cấp thiết, đặc biệt đối với những nước đang phát triển. Đặc biệt trong lĩnh vực gia công cắt gọt đang phát triển cực kì nhanh chóng. Điều đó cũng đánh dấu một bước chuyển mình của ngành gia công cơ khí chính xác.
DUT-LRCC
Giới hạn đề tài
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Công suất đầu laser sẽ được điều chỉnh phù hợp để khắc trên gỗ, nhựa, giấy..., phù hợp cho việc chế tạo sản phẩm thể hiện ý tưởng và là sự hạn chế trong khả năng của tác giả đối với đề tài.
1.1.3. Mục đích nghiên cứu
Đề tài nhằm mục đích giúp sinh viên có điều kiện tiếp cận nhiều hơn với máy CNC, hệ thống dây chuyền tự động.
Đề tài cũng còn là cơ hội cho người nghiên cứu tiếp xúc và hiểu rõ hơn về máy CNC, cách làm việc của một hệ thống tự động, có cơ hội tổng hợp lại một số kiến thức đựơc học trong những năm qua.
Việc nghiên cứu còn là cơ sở giúp cải tiến khả năng công nghệ của một số máy truyền thống, rèn luyện kỹ năng, kiến thức của sinh viên về chế tạo, gia công cơ khí, kỹ năng lập trình, nổi bật giá trị của một sinh viên ngành Cơ điện tử.
1.1.4. Cơ sở lý luận
Việc tính toán thiết kế các bộ phận của máy hoàn toàn dựa vào lý thuyết của môn học kỹ thuật chế tạo máy, môn sức bền vật liệu, vẽ kỹ thuật – vẽ kỹ thuật cơ khí. Vậy cơ sở tính toán thiết kế bao gồm các chỉ tiêu sau:
- Chỉ tiêu độ bền.
- Chỉ tiêu độ chính xác.
- Chỉ tiêu về tính công nghệ.
Việc lập trình áp dụng kiến thức vi điều khiển, điều khiển logic và hệ thống cơ điện tử 1-2 để tạo nên một hệ hoạt động ổn định.
Để đảm bảo các chỉ tiêu trên người thiết kế dùng các phương pháp sau đây:
- Phương pháp tham khảo tài liệu: nghiên cứu, tìm cách ứng dụng các công thức, phương trình để tính toán, kiểm tra độ bền của các chi tiết, bộ phận máy.
- Phương pháp phân tích: sử dụng các kiến thức với sự trợ giúp của máy tính để
tính toán thiết kế, sử dụng các phần mềm để tính toán thiết kế. Đây là phương pháp cho độ chính xác tương đối cao, thời gian nhanh.
Vì vậy để quá trình thiết kế được tốt thì cần có sự dung hòa giữa hai phương pháp này.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh 2
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Giới thiệu về công nghệ cắt laser 1.2.1. Laser
Khái niệm laser
Laser là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation trong tiếng Anh, có nghĩa là "khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích".
Theo thuyết lượng tử thì trong một nguyên tử, các electron tồn tại ở các mức năng lượng riêng biệt và rời rạc. Các mức năng lượng có thể hiểu là tương ứng với các quỹ đạo riêng biệt của electron xung quanh hạt nhân. Electron ở phía ngoài sẽ có mức năng lượng cao hơn những electron ở phía trong. Khi có sự tác động vật lý hay hóa học từ bên ngoài, các electron này cũng có thể nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao hay ngược lại, gọi là chuyển dời trạng thái. Các chuyển dời có thể sinh ra hay hấp thụ lượng tử ánh sang photon theo thuyết lượng tử của Albert Einstein. Bước sóng (liên quan đến màu sắc) của tia sáng phụ thuộc vào sự chênh lệch năng lượng giữa các mức.
Một tia laser là một nguồn ánh sáng khác thường. Nó khá khác với bóng đèn hay đèn flash. Laser tạo ra một chùm ánh sáng rất hẹp. Loại ánh sáng này hữu ích cho rất nhiều công nghệ và dụng cụ, thậm chí một số loại mà bạn có thể sử dụng ở nhà.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh 3
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Hình 1.1: Thành phần của tia laser hồng ngoại đầu tiên
Tia laser hồng ngọc (ruby laser) được tạo ra lần đầu tiên vào năm 1960, bởi nhà vật lý Maiman tại Hughes Laboratory in Malibu, California. Ruby là thành phần của oxit nhôm, kết hợp với nguyên tử nhôm, được đặt trong Chromium. Chromium hấp thụ tia sáng màng xanh lá cây và xanh lục, để lại duy nhất tia sáng màu hồng.
Có nhiều loại laser khác nhau, có thể ở dạng hỗn hợp khí, ví dụ He-Ne, hay dạng chất lỏng, song có độ bức xạ lớn nhất vẫn là tia laser tạo bởi các linh kiện bán dẫn như điốt laser.
Laser có trong rất nhiều ứng dụng, như làm mắt đọc đĩa quang CD/DVD, máy in laser, máy quét mã vạch, công cụ trình tự DNA, internet cáp quang, truyền dữ liệu trong không gian vũ trụ, máy cắt, máy hàn, máy phẫu thuật laser, tẩy mụn ruồi, nhắm bằng laser. Trong quân đội laser được dùng để đánh dấu, đo khoảng cách và tốc độ của mục tiêu. Trong giải trí laser được sử dụng trong các sân khấu như hòa âm ánh sáng.
Cấu tạo của laser
Nguyên lý cấu tạo chung của một máy laser gồm có: buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, nguồn nuôi và hệ thống dẫn quang. Trong đó buồng cộng hưởng với hoạt chất laser là bộ phận chủ yếu.
Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, đó là một chất đặc biệt có khả năng khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức để tạo ra laser. Khi 1 photon tới va chạm vào hoạt chất này thì kéo theo đó là 1 photon khác bật ra bay theo cùng hướng với photon tới.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh 4
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Mặt khác buồng cộng hưởng có 2 mặt chắn ở hai đầu, một mặt phản xạ toàn phần các photon khi bay tới, mặt kia cho một phần photon qua một phần phản xạ lại làm cho các hạt photon va chạm liên tục vào hoạt chất laser nhiều lần tạo mật độ photon lớn. Vì thế cường độ chùm laser được khuếch đại lên nhiều lần. Tính chất của laser phụ thuộc vào hoạt chất đó, do đó người ta căn cứ vào hoạt chất để phân loại laser.
Nguyên lý hoạt động laser
Một ví dụ về nguyên lý hoạt động của laser có thể miêu tả cho laser thạch anh:
Dưới sự tác động của hiệu điện thế lớn, các electron của thạch anh di chuyển từ mức năng lượng thấp lên mức năng lương cao tạo nên trạng thái nghịch đảo mật độ tích lũy của electron.
Ở mức năng lượng cao, một số electron sẽ rơi ngẫu nhiên xuống mức năng lượng thấp, giải phóng hạt ánh sáng được gọi là photon.
Các hạt photon này sẽ toả ra nhiều hướng khác nhau từ một nguyên tử, va phải các nguyên tử khác, kích thích eletron ở các nguyên tử này rơi xuống tiếp, sinh thêm các photon cùng tần số, cùng pha và cùng hướng bay, tạo nên một phản ứng dây chuyền khuếch đại dòng ánh sáng.
Các hạt photon bị phản xạ qua lại nhiều lần trong vật liệu, nhờ các gương để tăng hiệu suất khuếch đại ánh sáng.
Một số photon thoát ra ngoài nhờ có gương bán mạ tại một đầu của vật liệu. Tia sáng đi ra chính là tia laser.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh 5
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Hình 1.2: Cấu tạo cơ bản và cơ chế hoạt động của laser
(1) Buồng cộng hưởng (vùng bị kích thích)
(2) Nguồn nuôi (năng lượng bơm vào vùng bị kích thích)
(3) Gương phản xạ toàn phần (4) Gương bán mạ (5) Tia laser
Phân loại laser
Laser chất rắn
Có khoảng 200 chất rắn có khả năng dùng làm môi trường hoạt chất laser. Một số loại laser chất rắn thông dụng:
YAG-Neodym: hoạt chất làYttriumAluminiumGarnet (YAG) cộng thêm 2- 5% neodymi, có bước sóng 1060 nm thuộc phổ hồng ngoại gần. Có thể phát liên tục tới 100W hay phát xung với tần số 1000-10000Hz.
Hồng ngọc (Rubi): hoạt chất là tinh thể Alluminium có gắn những ion crom, có bước sóng 694,3 nm thuộc vùng đỏ của ánh sáng trắng.
Bán dẫn: loại thông dụng nhất là diot Gallium Arsen có bước sóng 890 nm thuộc phổ hồng ngoại gần.
Laser chất khí
He-Ne: hoạt chất là khí heli và neon, có bước sóng 632,8 nm thuộc phổ ánh sáng đỏ trong vùng nhìn thấy, công suất nhỏ, từ một đến vài chục mW. Trong y học được sử dụng làm laser nội mạch, kích thích mạch máu.
Argon: hoạt chất là khí argon, bước sóng 488 và 514,5 nm.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh 6
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
CO2: bước sóng 10.600 nm thuộc phổ hồng ngoại xa, công suất phát xạ có thể tới megawatt (MW). Trong y học ứng dụng làm dao mổ.
Laser chất lỏng
Môi trường hoạt chất là chất lỏng, thông dụng nhất là laser màu. Ứng dụng của laser
Tia sáng laser với cường độ cao có thể cắt thép và các kim loại khác.
Định luật nhiễu xạ không áp dụng khi laser được truyền trong các thiết bị dẫn sóng như sợi thủy tinh. Laser cường độ cao cũng tạo nên các hiệu ứng thú vị trong quang học phi tuyến tính.
Máy đo khoảng cách bằng laser trong quân sự là loại thiết bị quan trọng. Có nhiều loại khác nhau: máy đo cự ly hàng không, máy đo cự ly xe tăng, máy đo cự ly xách tay... Máy đo cự ly hàng không đo chính xác cự ly từ máy bay đến mục tiêu trên mặt đất, nâng cao độ trúng đích khi ném bom.
Rada laser có độ chính xác cao hơn rada thông thường, có thể hướng dẫn hai tàu vũ trụ ghép nối chính xác trên không gian. Máy bay chiến đấu bay ở tầm siêu thấp, nếu trang bị rada laser có thể né chính xác tất cả chướng ngại vật, kể cả đường dây điện. Tuy nhiên, những thiết bị laser đều chịu ảnh hưởng của thời tiết, trời mù hay mưa thì khoảng cách đo bị giảm đi nhiều.
bm có lắp thiết bị dẫn đường bằng laser và đuôi có lắp hệ thống lái điều khiển sẽ tự động tìm kiếm và đánh trúng mục tiêu.
La bàn laser thay thế la bàn phổ thông, để đo phương vị máy bay, dùng trong máy bay phản lực cỡ lớn và máy bay chiến đấu chức năng cao.
Tia laser đo khoảng cách từ vệ tinh và Mặt Trăng đến Trái Đất, đo đạc toàn cầu. Ngoài ra, chùm tia laser còn làm náo nhiệt không khí lễ hội.
Tia laser còn được dùng làm vũ khí, tuy chưa được phổ biến. Được chia làm hai loại: Vũ khí laser công suất thấp làm loá mắt đối phương, dùng trong tác chiến gần, khoảng cách chỉ vài km, trời mưa mù khoảng cách còn ngắn hơn, có thể xách tay, lắp trên xe tăng, máy bay trực thăng. Vũ khí laser năng lượng cao dùng chùm
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Đề tài nói về bộ máy cắt laser tự động theo cấu hình máy CNC. Do cơ sở vật chất và khả năng có hạn, đề tài chỉ dừng ở mức độ khắc sản phẩm gỗ, cắt giấy, kim loại cực mỏng với đầu laser công suất 2.5W. Mục đích: Cắt sản phẩm tự động với số lượng yêu cầu Đối tượng cắt: Giấy, gỗ, sắt Phương pháp: Cắt laser bằng công nghệ CNC Sai số cho phép: 10%
Bộ máy cắt laser tự động
Công nghệ CNC
Thiết kế và chế tạo
Đề tài nói về bộ máy cắt laser tự động theo cấu hình máy CNC. Do cơ sở vật chất
và khả năng có hạn, đề tài chỉ dừng ở mức độ khắc sản phẩm gỗ, cắt giấy, kim loại cực mỏng với đầu laser công suất 2.5W.
Mục đích: Cắt sản phẩm tự động với số lượng yêu cầu Đối tượng cắt: Giấy, gỗ, sắt
Phương pháp: Cắt laser bằng công nghệ CNC
Sai số cho phép: 10%
Nội dung các chương của thuyết minh gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống cắt laser tự động theo băng chuyền
Nội dung chương 1 nói về lý do tác giả chọn đề tài này, các vấn đề đặt ra và các
mục tiêu, mục đích thực hiện nghiên cứu, cơ sở lý luận. Theo đó còn giới thiệu sơ lược về các khái niệm lý thuyết laser, CNC mà tác giả đã áp dụng vào đề tài nghiên cứu.
Cuối cùng là giới thiệu sơ lược về đề tài, các khối hình thành, cách hoạt động cũng như đưa ra hình mô hình thiết kế, nội dung được thể hiện gồm các mục:
1.1. Giới thiệu đề tài
1.2. Giới thiệu về công nghệ cắt laser
1.3. Khái niệm máy CNC
1.4. Tổng quan về hệ thống máy cắt laser theo băng chuyền
Chương 2: Thiết kế tính toán, chọn phương án và vật liệu xây dựng cơ khí
Chương này thể hiện sơ đồ, cấu tạo của hệ thống. Trình bày các phương pháp, phương án về cơ khí mà tác giả đã chọn, các vật liệu, cách tính toán áp dụng vào đề tài. Chọn động cơ, thiết kế khung và các cơ cấu có trong đồ án, các trục X, Y vận hành,
băng chuyền...gồm các mục:
2.1. Sơ đồ tổng thể hệ thống
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
2.2. Giới thiệu phần mềm thiết kế 2.3. Băng chuyền
2.4. Trục X, Y của máy cắt laser 2.5. Laser
Chương 3: Thiết kế và xấy dựng hệ thống điều khiển
Mở đầu chương giới thiệu các phần mềm được sử dụng, các linh kiện điện tử có trong mô hình. Trình bày cách điều khiển, vận hành hệ thống, cách làm việc với bộ điều khiển và máy tính. Lưu đồ thuật toán và lập trình.
3.1. Giới thiệu về phần mềm sử dụng 3.2. Các linh kiện điện tử có trong mạch 3.3. Sơ đồ nối dây của mạch
Chương 4: Kết luận và định hướng đề tài
Chương kết luận và đưa ra những kết quả mà đề tài đạt được, các hạn chế của đề tài và định hướng phát triển trong tương lai.
4.1. Những kết quả đạt được 4.2. Hạn chế
4.3. Hướng phát triển
Tài liệu tham khảo
Là phần trình bày và đưa ra những tài liệu, trang mạng mà tác giả đã tham khảo trong suốt quá trình thực hiện đề tài này.
Phụ lục
Những nội dung phụ có thể được thêm để người đọc rõ hơn về đồ án.
MỤC LỤC
TÓM TẮT........................................................................................................................0 LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................v LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................... vii MỤC LỤC ..................................................................................................................... ix DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ xiii
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ..................................................................xii
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT......................................................xvv Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẮT LASER TỰ ĐỘNG THEO BĂNG CHUYỀN.........................................................................................................................1
Giới thiệu đề tài..................................................................................................1
1.1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................1
1.1.2. ..........................................................................................1
1.1.3. Mục đích nghiên cứu ...............................................................................2
1.1.4. Cơ sở lý luận............................................................................................2
Giới thiệu về công nghệ cắt laser.......................................................................3
1.2.1. Laser.........................................................................................................3
1.2.2. Công nghệ cắt laser..................................................................................8
Khái quát khái niệm về máy CNC ...................................................................12
Tổng quan về hệ thống cắt laser tự động theo băng chuyền............................21 1.4.1. Giới thiệu các khối cơ bản của hệ thống................................................21
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh ix
Giới hạn đề tài
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
1.4.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống ........................................................22
1.4.3. Yêu cầu công nghệ của hệ thống ...........................................................23
1.4.4. Cơ cấu đồ án ..........................................................................................23
Chương 2: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN, CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ VẬT LIỆU XÂY DỰNG HỆ THỐNG CƠ KHÍ .......................................................................................24
Sơ đồ tổng thể hệ thống ...................................................................................24 Giới thiệu phần mềm thiết kế 3D Solidworks .................................................24 Băng chuyền.....................................................................................................27
Chọn động cơ.........................................................................................27 Thiết kế mô hình....................................................................................27
Trục X, Y của máy cắt laser.............................................................................29
Chọn phương án chuyển động của hệ thống..........................................32 Các phương án truyền động của hệ thống .............................................33 Vít me đai ốc thường .............................................................................34 Vít me đai ốc bi......................................................................................35 Truyền đai với hệ trượt con lăn .............................................................36 Chọn phương án truyền động ................................................................37 Chọn động cơ và tính toán thông số phù hợp với máy ..........................37 Phân tích chọn động cơ dẫn động cho các trục......................................38 Chọn động cơ bước phù hợp..................................................................42 Chọn vật liệu khung...............................................................................42
Laser .................................................................................................................44
Chương 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ........................45
3.1. Giới thiệu về phần mềm sử dụng .....................................................................45
3.1.1. Phần mềm Orcad....................................................................................45
3.1.2. Phần mềm Arduino ................................................................................46
3.2. Các linh kiện điện tử có trong mạch ................................................................47
3.2.1. Arduino UNO R3...................................................................................47
3.2.2. Driver động cơ bước A4988 ..................................................................51
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh x
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
3.2.3. Cảm biến tiệm cận .................................................................................54
3.2.4. Module điều khiển động cơ L298N.......................................................55
3.2.5. Module điều khiển CNC Shield V3.......................................................56
3.2.6. Công tắc hành trình................................................................................57
3.3. Xác định sơ đồ nối dây ....................................................................................58
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ....................................59
4.1. Những kết quả đạt được...................................................................................59
4.2. Hạn chế ............................................................................................................59
4.3. Hướng phát triển ..............................................................................................59
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................60 PHỤ LỤC ......................................................................................................................61
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh xi
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh xii
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Lượng đầu vào nhiệt cần thiết cho các vật liệu khác nhau ở các độ dày khác nhau bằng cách sử dụng laser CO2 đơn vị W...............................................12 Bảng 1.2: Chuẩn, vị trí đặc tính và ứng dụng của máy CNC cơ bản ....................15
Bảng 3.1: Thông số UNO R347
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh xiii
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh xiv
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Thành phần của tia laser hồng ngoại đầu tiên .........................................4 Hình 1.2: Cấu tạo cơ bản và cơ chế hoạt động của laser.........................................6 Hình 1.3: Máy cắt kim loại bằng laser ....................................................................9 Hình 1.4: 1) Máy tiện; 2) Máy phayTrục máy CNC .............................................13 Hình 1.5: a) Máy phay CNC 3 trục; b) Máy phay CNC 5 trục .............................14 Hình 1.6: Phương pháp Hybrid laser.....................................................................16 Hình 1.7: Phân loại lệnh điều khiển chuyển động NC ..........................................18 Hình 1.8: Điều khiển điểm ....................................................................................19 Hình 1.9: Điều khiển đường ..................................................................................19 Hình 1.10: Điều khiển biên dạng...........................................................................20 Hình 1.11: Các khối cơ bản của hệ thống .............................................................22 Hình 1.12: Quá trình hệ thống hoạt động..............................................................23 Hình 1.13: Mô hình máy cắt laser tổng thể ...........................................................23 Hình 2.1: Sơ đồ tổng thể hệ thống.........................................................................24 Hình 2.2 Phần mềm Solidworks............................................................................25 Hình 2.3: Động cơ giảm tốc ZS – RE81 ...............................................................27 Hình 2.4: Mô hình thiết kế băng tải.......................................................................28 Hình 2.5: Mô phỏng máy laser trên Solidworks ...................................................29 Hình 2.6: Mô hình máy laser.................................................................................30 Hình 2.7: Hệ trượt con lăn.....................................................................................31 Hình 2.8: Động cơ và bu li chủ động ....................................................................31 Hình 2.9: Đầu laser................................................................................................32 Hình 2.10: Cắt laser theo phương pháp phôi đứng yên.........................................33 Hình 2.11: Vít me đai ốc thường...........................................................................34 Hình 2.12: Vít me đai ốc bi ...................................................................................35 Hình 2.13: Bộ truyền đai .......................................................................................36 Hình 2.14: Con lăn – hệ trượt................................................................................37 Hình 2.15: Động cơ một chiều (DC motor) ..........................................................38 Hình 2.16: Động cơ AC Servo ..............................................................................39
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh xv
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Hình 2.17: Động cơ bước (Stepping motor)..........................................................40
...................................................................................43 Hình 2.19: Laser 2,5W ..........................................................................................44 Hình 3.1: Phần mềm Orcad ...................................................................................46 Hình 3.2: Phần mềm Arduino................................................................................47 Hình 3.3: Arduino UNO R3 ..................................................................................47 Hình 3.4: Vi điều khiển ATmega328 trên board Arduino ....................................48 Hình 3.5: A4988 – Trình điều khiển bước ............................................................51 Hình 3.6: Thông số kỹ thuật – A4988 ...................................................................52 Hình 3.7: Sơ đồ nối dây – A4988..........................................................................53 Hình 3.8: Chân trạng thái – A4988 .......................................................................54 Hình 3.9: Cảm biến tiệm cận E3F – DS30C4 .......................................................55 Hình 3.10: Mạch L298N........................................................................................56 Hình 3.11: Mạch CNC Shield V3.........................................................................57 Hình 3.12: Công tắt hành trình..............................................................................57 Hình 3.13: Sơ đồ nối dây máy laser ......................................................................58
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh xvi
Hình 2.18: Nhôm định hình
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
KÝ HIỆU: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... .......................................................................................................................................
CHỮ VIẾT TẮT: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... .......................................................................................................................................
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh xvii
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
xviii
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẮT LASER TỰ ĐỘNG THEO BĂNG CHUYỀN
Giới thiệu đề tài 1.1.1. Đặt vấn đề
Theo năm tháng, với đời sống ngày càng hiện đại, tiên tiến, yêu cầu chất lượng xã hội càng tăng cao. Ngành công nghiệp trang trí, điêu khắc tạo ra các hoa văn trên những vật liệu khác nhau như da, vải, gỗ...; ngành công nghiệp chế tạo làm nên các chi tiết có độ tinh xảo, chính xác cao trên nhiều loại vật liệu như inox, sắt, thép, hợp kim nhôm, nhựa..., kể cả kim cương, trang sức đá quý. Qua đó, công nghệ laser đã ra đời và đáp ứng, thỏa mãn hầu hết các yêu cầu kỹ thuật, mong muốn xã hội hiện tại, với hiệu suất cao, giá thành rẻ, dễ sản xuất chế tạo và áp dụng vào hầu hết mọi lĩnh vực trên thế giới hiện nay. Đã đáp ứng được về chất, nhưng lượng thì sao, một máy CNC cắt bằng công nghệ laser vẫn cần sự can thiệp thủ công của con người khi đưa sản phẩm vào khuôn cắt, nó làm giảm đi hiệu suất đáng kể khi nguồn cầu là một số lượng cực lớn như vậy. Thế nên một hệ thống là thực sự cần thiết để tạo nên một dây chuyền sản xuất khép kín đáp ứng được nhu cầu số lượng trên thị trường, đó chính là ý tưởng tạo nên mục tiêu của đề tài “Thiết kế và chế tạo hệ thống cắt laser theo băng chuyền”.
1.1.2.
Vì điều kiện cơ sở vật chất, trang thiết bị và thời gian bị còn hạn chế nên tác giả chỉ tập trung tính toán và hoàn thành một máy cắt laser tự động cơ bản có thể hoạt động được, còn rất nhiều vấn đề khác cần hoàn thiện thêm.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh 1
Hiện nay, khoa học công nghệ ngày càng phát triển, thế giới cũng vừa trải qua cuộc khủng hoảng kinh tế trầm trọng đã gây ảnh hưởng không nhỏ đến nền công nghiệp toàn cầu. Chính vì thế, việc ứng dụng các kĩ thuật tiên tiến vào sản xuất nhằm tạo ra những sản phẩm có năng suất, chất lượng cao, giá thành thấp nhận được ngày càng trở nên cấp thiết, đặc biệt đối với những nước đang phát triển. Đặc biệt trong lĩnh vực gia công cắt gọt đang phát triển cực kì nhanh chóng. Điều đó cũng đánh dấu một bước chuyển mình của ngành gia công cơ khí chính xác.
DUT-LRCC
Giới hạn đề tài
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Công suất đầu laser sẽ được điều chỉnh phù hợp để khắc trên gỗ, nhựa, giấy..., phù hợp cho việc chế tạo sản phẩm thể hiện ý tưởng và là sự hạn chế trong khả năng của tác giả đối với đề tài.
1.1.3. Mục đích nghiên cứu
Đề tài nhằm mục đích giúp sinh viên có điều kiện tiếp cận nhiều hơn với máy CNC, hệ thống dây chuyền tự động.
Đề tài cũng còn là cơ hội cho người nghiên cứu tiếp xúc và hiểu rõ hơn về máy CNC, cách làm việc của một hệ thống tự động, có cơ hội tổng hợp lại một số kiến thức đựơc học trong những năm qua.
Việc nghiên cứu còn là cơ sở giúp cải tiến khả năng công nghệ của một số máy truyền thống, rèn luyện kỹ năng, kiến thức của sinh viên về chế tạo, gia công cơ khí, kỹ năng lập trình, nổi bật giá trị của một sinh viên ngành Cơ điện tử.
1.1.4. Cơ sở lý luận
Việc tính toán thiết kế các bộ phận của máy hoàn toàn dựa vào lý thuyết của môn học kỹ thuật chế tạo máy, môn sức bền vật liệu, vẽ kỹ thuật – vẽ kỹ thuật cơ khí. Vậy cơ sở tính toán thiết kế bao gồm các chỉ tiêu sau:
- Chỉ tiêu độ bền.
- Chỉ tiêu độ chính xác.
- Chỉ tiêu về tính công nghệ.
Việc lập trình áp dụng kiến thức vi điều khiển, điều khiển logic và hệ thống cơ điện tử 1-2 để tạo nên một hệ hoạt động ổn định.
Để đảm bảo các chỉ tiêu trên người thiết kế dùng các phương pháp sau đây:
- Phương pháp tham khảo tài liệu: nghiên cứu, tìm cách ứng dụng các công thức, phương trình để tính toán, kiểm tra độ bền của các chi tiết, bộ phận máy.
- Phương pháp phân tích: sử dụng các kiến thức với sự trợ giúp của máy tính để
tính toán thiết kế, sử dụng các phần mềm để tính toán thiết kế. Đây là phương pháp cho độ chính xác tương đối cao, thời gian nhanh.
Vì vậy để quá trình thiết kế được tốt thì cần có sự dung hòa giữa hai phương pháp này.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh 2
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Giới thiệu về công nghệ cắt laser 1.2.1. Laser
Khái niệm laser
Laser là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation trong tiếng Anh, có nghĩa là "khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích".
Theo thuyết lượng tử thì trong một nguyên tử, các electron tồn tại ở các mức năng lượng riêng biệt và rời rạc. Các mức năng lượng có thể hiểu là tương ứng với các quỹ đạo riêng biệt của electron xung quanh hạt nhân. Electron ở phía ngoài sẽ có mức năng lượng cao hơn những electron ở phía trong. Khi có sự tác động vật lý hay hóa học từ bên ngoài, các electron này cũng có thể nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao hay ngược lại, gọi là chuyển dời trạng thái. Các chuyển dời có thể sinh ra hay hấp thụ lượng tử ánh sang photon theo thuyết lượng tử của Albert Einstein. Bước sóng (liên quan đến màu sắc) của tia sáng phụ thuộc vào sự chênh lệch năng lượng giữa các mức.
Một tia laser là một nguồn ánh sáng khác thường. Nó khá khác với bóng đèn hay đèn flash. Laser tạo ra một chùm ánh sáng rất hẹp. Loại ánh sáng này hữu ích cho rất nhiều công nghệ và dụng cụ, thậm chí một số loại mà bạn có thể sử dụng ở nhà.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh 3
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Hình 1.1: Thành phần của tia laser hồng ngoại đầu tiên
Tia laser hồng ngọc (ruby laser) được tạo ra lần đầu tiên vào năm 1960, bởi nhà vật lý Maiman tại Hughes Laboratory in Malibu, California. Ruby là thành phần của oxit nhôm, kết hợp với nguyên tử nhôm, được đặt trong Chromium. Chromium hấp thụ tia sáng màng xanh lá cây và xanh lục, để lại duy nhất tia sáng màu hồng.
Có nhiều loại laser khác nhau, có thể ở dạng hỗn hợp khí, ví dụ He-Ne, hay dạng chất lỏng, song có độ bức xạ lớn nhất vẫn là tia laser tạo bởi các linh kiện bán dẫn như điốt laser.
Laser có trong rất nhiều ứng dụng, như làm mắt đọc đĩa quang CD/DVD, máy in laser, máy quét mã vạch, công cụ trình tự DNA, internet cáp quang, truyền dữ liệu trong không gian vũ trụ, máy cắt, máy hàn, máy phẫu thuật laser, tẩy mụn ruồi, nhắm bằng laser. Trong quân đội laser được dùng để đánh dấu, đo khoảng cách và tốc độ của mục tiêu. Trong giải trí laser được sử dụng trong các sân khấu như hòa âm ánh sáng.
Cấu tạo của laser
Nguyên lý cấu tạo chung của một máy laser gồm có: buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, nguồn nuôi và hệ thống dẫn quang. Trong đó buồng cộng hưởng với hoạt chất laser là bộ phận chủ yếu.
Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, đó là một chất đặc biệt có khả năng khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức để tạo ra laser. Khi 1 photon tới va chạm vào hoạt chất này thì kéo theo đó là 1 photon khác bật ra bay theo cùng hướng với photon tới.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh 4
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Mặt khác buồng cộng hưởng có 2 mặt chắn ở hai đầu, một mặt phản xạ toàn phần các photon khi bay tới, mặt kia cho một phần photon qua một phần phản xạ lại làm cho các hạt photon va chạm liên tục vào hoạt chất laser nhiều lần tạo mật độ photon lớn. Vì thế cường độ chùm laser được khuếch đại lên nhiều lần. Tính chất của laser phụ thuộc vào hoạt chất đó, do đó người ta căn cứ vào hoạt chất để phân loại laser.
Nguyên lý hoạt động laser
Một ví dụ về nguyên lý hoạt động của laser có thể miêu tả cho laser thạch anh:
Dưới sự tác động của hiệu điện thế lớn, các electron của thạch anh di chuyển từ mức năng lượng thấp lên mức năng lương cao tạo nên trạng thái nghịch đảo mật độ tích lũy của electron.
Ở mức năng lượng cao, một số electron sẽ rơi ngẫu nhiên xuống mức năng lượng thấp, giải phóng hạt ánh sáng được gọi là photon.
Các hạt photon này sẽ toả ra nhiều hướng khác nhau từ một nguyên tử, va phải các nguyên tử khác, kích thích eletron ở các nguyên tử này rơi xuống tiếp, sinh thêm các photon cùng tần số, cùng pha và cùng hướng bay, tạo nên một phản ứng dây chuyền khuếch đại dòng ánh sáng.
Các hạt photon bị phản xạ qua lại nhiều lần trong vật liệu, nhờ các gương để tăng hiệu suất khuếch đại ánh sáng.
Một số photon thoát ra ngoài nhờ có gương bán mạ tại một đầu của vật liệu. Tia sáng đi ra chính là tia laser.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh 5
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Hình 1.2: Cấu tạo cơ bản và cơ chế hoạt động của laser
(1) Buồng cộng hưởng (vùng bị kích thích)
(2) Nguồn nuôi (năng lượng bơm vào vùng bị kích thích)
(3) Gương phản xạ toàn phần (4) Gương bán mạ (5) Tia laser
Phân loại laser
Laser chất rắn
Có khoảng 200 chất rắn có khả năng dùng làm môi trường hoạt chất laser. Một số loại laser chất rắn thông dụng:
YAG-Neodym: hoạt chất làYttriumAluminiumGarnet (YAG) cộng thêm 2- 5% neodymi, có bước sóng 1060 nm thuộc phổ hồng ngoại gần. Có thể phát liên tục tới 100W hay phát xung với tần số 1000-10000Hz.
Hồng ngọc (Rubi): hoạt chất là tinh thể Alluminium có gắn những ion crom, có bước sóng 694,3 nm thuộc vùng đỏ của ánh sáng trắng.
Bán dẫn: loại thông dụng nhất là diot Gallium Arsen có bước sóng 890 nm thuộc phổ hồng ngoại gần.
Laser chất khí
He-Ne: hoạt chất là khí heli và neon, có bước sóng 632,8 nm thuộc phổ ánh sáng đỏ trong vùng nhìn thấy, công suất nhỏ, từ một đến vài chục mW. Trong y học được sử dụng làm laser nội mạch, kích thích mạch máu.
Argon: hoạt chất là khí argon, bước sóng 488 và 514,5 nm.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh 6
DUT-LRCC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
CO2: bước sóng 10.600 nm thuộc phổ hồng ngoại xa, công suất phát xạ có thể tới megawatt (MW). Trong y học ứng dụng làm dao mổ.
Laser chất lỏng
Môi trường hoạt chất là chất lỏng, thông dụng nhất là laser màu. Ứng dụng của laser
Tia sáng laser với cường độ cao có thể cắt thép và các kim loại khác.
Định luật nhiễu xạ không áp dụng khi laser được truyền trong các thiết bị dẫn sóng như sợi thủy tinh. Laser cường độ cao cũng tạo nên các hiệu ứng thú vị trong quang học phi tuyến tính.
Máy đo khoảng cách bằng laser trong quân sự là loại thiết bị quan trọng. Có nhiều loại khác nhau: máy đo cự ly hàng không, máy đo cự ly xe tăng, máy đo cự ly xách tay... Máy đo cự ly hàng không đo chính xác cự ly từ máy bay đến mục tiêu trên mặt đất, nâng cao độ trúng đích khi ném bom.
Rada laser có độ chính xác cao hơn rada thông thường, có thể hướng dẫn hai tàu vũ trụ ghép nối chính xác trên không gian. Máy bay chiến đấu bay ở tầm siêu thấp, nếu trang bị rada laser có thể né chính xác tất cả chướng ngại vật, kể cả đường dây điện. Tuy nhiên, những thiết bị laser đều chịu ảnh hưởng của thời tiết, trời mù hay mưa thì khoảng cách đo bị giảm đi nhiều.
bm có lắp thiết bị dẫn đường bằng laser và đuôi có lắp hệ thống lái điều khiển sẽ tự động tìm kiếm và đánh trúng mục tiêu.
La bàn laser thay thế la bàn phổ thông, để đo phương vị máy bay, dùng trong máy bay phản lực cỡ lớn và máy bay chiến đấu chức năng cao.
Tia laser đo khoảng cách từ vệ tinh và Mặt Trăng đến Trái Đất, đo đạc toàn cầu. Ngoài ra, chùm tia laser còn làm náo nhiệt không khí lễ hội.
Tia laser còn được dùng làm vũ khí, tuy chưa được phổ biến. Được chia làm hai loại: Vũ khí laser công suất thấp làm loá mắt đối phương, dùng trong tác chiến gần, khoảng cách chỉ vài km, trời mưa mù khoảng cách còn ngắn hơn, có thể xách tay, lắp trên xe tăng, máy bay trực thăng. Vũ khí laser năng lượng cao dùng chùm
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links