Research

การพัฒนาเครื่องจักรกลอัตโนมัติขนาดเล็ก


ผศ.ดร.พิสิทธิ วิสุทธิเมธีกร  
อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมระบบวัดคุมและเมคคาทรอนิกส์ ​ 
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
25 มกราคม 2558  

       เครื่องจักรกลอัตโนมัติขนาดเล็กหรือที่เรียกโดยทั่วไปในวงการว่า เครื่องมินิซีเอ็นซี (Mini CNC) ถือว่าเป็นเครื่องจักรกลอัตโนมัติที่มีการใช้งานกันแพร่หลายในอุตสาหกรรมขนาดกลางและขนาดย่อม (SMEs) ในประเทศไทยในช่วงหลายปีที่ผ่านมาเนื่องด้วยเครื่องจักรประเภทนี้มีราคาถูกสามารถหาอุปกรณ์ประกอบในการสร้างหรือซ่อมแซมเครื่องจักรได้ง่าย อีกทั้งเทคโนโลยีของตัวเครื่องจักรกลอัตโนมัติขนาดเล็กนี้ก็ไม่ได้มีอะไรซับซ้อนมากนักมีข้อมูลให้ค้นหาทั้งที่เป็นเว็บไซต์ของต่างประเทศหรือข้อมูลที่ได้จากภายในประเทศไทยนอกจากนั้นซอฟต์แวร์ที่ใช้ในการควบคุมก็มีโปรแกรมประเภทแจกฟรีให้ดาวน์โหลดมาใช้งาน [1] อย่างไรก็ตามหากผู้สร้างเครื่องจักรกลอัตโนมัติขนาดเล็กนี้ยังหวังพึ่งเทคโนโลยีที่ได้มาฟรีโดยไม่พัฒนาขึ้นเองเลยก็อาจจะเกิดปัญหาขึ้นไม่วันใดก็วันหนึ่งในอนาคตก็อาจจะเป็นไปได้ ดังนั้นในบทความนี้จึงนำเสนอตัวอย่างเครื่องจักรกลขนาดเล็กที่นำไปประยุกต์เป็นเครื่องตัดโฟมแบบอัตโนมัติ [2] ที่เป็นผลงานของอาจารย์และนักศึกษาสาขาวิชาวิศวกรรมเมคคาทรอนิกส์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร

โครงสร้างเครื่องต้นแบบที่สร้างขึ้น
       โครงสร้างระบบควบคุมเครื่องจักรหรือเครื่องตัดโฟมที่กล่าวถึงในบทความนี้ประกอบด้วยส่วนต่างๆ ได้แก่ โครงสร้างทางกลของเครื่อง, ระบบขับเคลื่อนและมอเตอร์แบบสเต็ปปิ้ง 2 ชุดสำหรับการเคลื่อนที่แบบ 2 มิติ, วงจรขับลวดความร้อนเพื่อใช้ในการตัดโฟม, บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ ที่เป็นสมองกลเพื่อควบคุมเครื่องทั้งหมดโดยรับข้อมูลการตัดชิ้นงานตามแบบที่เขียนขึ้นด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ โดยรูปที่ 1 แสดงโครงสร้างของเครื่องตัดโฟมที่ได้สร้างขึ้นมา และรูปโครงสร้างทางกลแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 1 โครงสร้างระบบควบคุมเครื่องตัดโฟมอัตโนมัติ

รูปที่ 2 โครงสร้างทางกลของเครื่องตัดโฟมอัตโนมัติที่สร้างขึ้น

ซอฟต์แวร์ที่พัฒนาขึ้น
       ในเครื่องตัดโฟมอัตโนมัติที่สร้างขึ้นจะมีโปรแกรมที่พัฒนาขึ้นอยู่สองส่วนด้วยกันคือ โปรแกรมที่ทำงานบนเครื่องคอมพิวเตอร์และโปรแกรมที่ทำงานบนบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ โดยในส่วนโปรแกรมที่ทำงานบนคอมพิวเตอร์จะเขียนขึ้นด้วยภาษา Visual Basic เพื่อทำหน้าที่อ่านไฟล์ชิ้นงานที่เป็นรูปแบบของการตัดโฟมซึ่งสร้างด้วยโปรแกรมประเภทกราฟิกที่ชื่อว่า Corel Draw จากนั้นแอปลิเคชั่นที่สร้างด้วยภาษา Visual Basic นี้จะทำการสร้างคำสั่งการเคลื่อนที่ของมอเตอร์ทั้งสองตัวที่ติดตั้งกับเครื่องจักรแล้วส่งไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อที่ไมโครคอนโทรลเลอร์จะนำค่าคำสั่งนี้ไปควบคุมการหมุนของมอเตอร์แต่ละตัวให้เกิดการเคลื่อนที่ตามแบบที่วาดด้วยโปรแกรม Corel Draw สำหรับไฟล์การตัดชิ้นงานนั้นในความเป็นจริงแล้วอาจจะไม่ต้องสร้างด้วยโปรแกรม Corel Draw ก็ได้แต่ขอให้โปรแกรมกราฟิกที่ใช้สามารถแปลงรูปแบบไฟล์ให้เป็นไฟล์ในรูปแบบ HGPL (Hewlett Packard Graphics Language) ซึ่งเป็นภาษามาตรฐานสำหรับเครื่องพล๊อตเตอร์เหตุที่เลือกใช้ฟอร์แมตของไฟล์แบบนี้เพราะต้องการให้เครื่องสามารถทำงานกับโปรแกรมกราฟิกในการสร้างชิ้นงานได้หลากหลายนั่นเอง
สำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์นั้นใช้โปรแกรมภาษา C ในการพัฒนาทำให้ง่ายในการเขียนโปรแกรมและแก้ไขอีกทั้งในรุ่นถัดๆไปก็สามารถที่จะนำโปรแกรมเดิมมาพัฒนาต่อยอดได้ง่าย  ในรูปที่ 3 เป็นตัวอย่างหน้าจอโปรแกรมบนคอมพิวเตอร์ที่พัฒนาขึ้นแสดงหน้าจอขณะอ่านไฟล์ชิ้นงานที่เป็นตัวอักษร U 

รูปที่ 3 ตัวอย่างหน้าจอโปรแกรมที่พัฒนาขึ้นบนคอมพิวเตอร์เพื่ออ่านไฟล์ HPGL

การทดสอบเครื่องต้นแบบ
       ในการทดสอบเครื่องต้นแบบนั้นในเบื้องต้นทดสอบระบบการเคลื่อนที่ทั้งสองแกนอย่างอิสระจากกันโดยให้เครื่องนั้นเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงที่มีระยะความยาวต่างๆกันตั้งแต่ 10 cm ไปจนถึง 60 cm โดยมีการเคลื่อนที่ด้วยค่าเดิมๆซ้ำๆเพื่อดูผลการเคลื่อนที่ว่ามีค่าผิดพลาดไปจากคำสั่งหรือระยะที่ต้องการมากน้อยเพียงใด ซึ่งจากการทดสอบพบว่ามีค่าผิดพลาดค่อนข้างต่ำไม่ถึงมิลลิเมตรแม้ในระบบจะไม่มีเซนเซอร์ตรวจจับระยะทางก็ตาม ที่เป็นเช่นนั้นเพราะเครื่องตัดโฟมมีการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วค่อนข้างต่ำและในระบบเลือกใช้สเตปปิ้งมอเตอร์และควบคุมการทำงานแบบไมโครสเต็ปทำให้ค่าความผิดพลาดน้อย ซึ่งเป็นแนวคิดในการออกแบบตั้งแต่ต้นคือแม่นยำสูงแต่ราคาประหยัดกว่าการใช้เซอร์โวมอเตอร์และชุดขับเซอร์โวที่มีราคาต่อหน่วยค่อนข้างแพง รูปที่ 4 เป็นรูปขณะทำการทดสอบการเคลื่อนที่ของเครื่อง

รูปที่ 4 การทดสอบการเคลื่อนที่ในแต่ละแกนของเครื่องจักร

รูปที่ 5 ผลการทดสอบเครื่องด้วยการตัดชิ้นงานวงกลมและตัวอักษร

       ส่วนในรูปที่ 5 จะเป็นการทดสอบเครื่องในการตัดโฟมเป็นรูปวงกลมและตัวอักษรซึ่งจากการทดสอบพบว่าชิ้นงานที่ได้มีรูปร่างและขนาดไปตามแบบที่วาดขึ้นด้วยโปรแกรม Corel Draw อย่างไรก็ตามผิวที่ขอบรอยตัดชิ้นงานบางตำแหน่งอาจจะยังไม่เรียบเท่าที่ควรโดยเฉพาะส่วนของการเคลื่อนที่แบบเส้นโค้ง    ที่เป็นเช่นนั้นเพราะการควบคุมการเคลื่อนที่ของมอเตอร์ทั้งสองแกนจะเป็นแบบการเคลื่อนที่แบบจุดต่อจุด (Point to Point Motion) ซึ่งแบ่งเส้นทางเดินของลวดความร้อนออกเป็นเส้นตรงเล็กๆหลายๆเส้นมาต่อกันกลายเป็นเส้นโค้งซึ่งความเรียบบริเวณรอยตัดนี้จะขึ้นจำนวนเส้นตรงย่อยๆว่ามีจำนวนมากเพียงใดนั่นเอง ซึ่งก็เป็นขั้นต่อไปในการแก้ไขและพัฒนาโปรแกรมให้คำนวณมากขึ้นหรือไม่ก็อาจเปลี่ยนวิธีการควบคุมการเคลื่อนที่ให้เป็นการเคลื่อนที่แบบต่อเนื่อง (Continuous Motion) [3]-[4]
       สรุป จากการพัฒนาและสร้างเครื่องต้นแบบเครื่องตัดโฟมอัตโนมัติที่นำเสนอข้อมูลเบื้องต้นในบทความนี้ทำให้เห็นถึงความเป็นไปได้ว่าเราสามารถที่จะพัฒนาเครื่องจักรกลอัตโนมัติขนาดเล็กประเภทอื่นๆขึ้นใช้เองภายในประเทศโดยลดการพึ่งพาเทคโนโลยีจากต่างประเทศแม้ว่าจะเป็นซอฟต์แวร์ประเภทที่แจกฟรีก็ตาม      เพราะถ้าเราค่อยๆสะสมองค์ความรู้ด้านนี้เพิ่มขึ้นเรื่อยๆและพัฒนาสมรรถนะของเครื่องจักรให้ดีขึ้นวันข้างหน้าเราอาจจะเป็นผู้ผลิตเครื่องจักรกลอัตโนมัติสำหรับอุตสาหกรรมที่ไม่ใช่เฉพาะในประเทศเท่านั้นแต่อาจจะผลิตเพื่อตอบสนองต่อความต้องการของประเทศเพื่อนบ้านของเราก็เป็นไปได้

เอกสารอ้างอิง
[1] อภิสิทธิ์ ตันตระวรศิลป์,การใช้งานโปรแกรม Enhanced machine controller (EMC) ควบคุมเครื่องกัดด้วยระบบสเตปเปอร์, MECHANICAL TECHNOLOGY MAGAZINE. ปีที่ 5, ฉบับที่ 58 (มิ.ย. 49), หน้า 51-56
[2] ฉัตรชัย จ้อยลี, ธีระพงษ์ แซ่แพ และ เมธาวี เกตุเอี่ยม, "เครื่องตัดโฟมอัตโนมัติ", ปริญญานิพนธ์ วิศวกรรมศาสตรบัณฑิตสาขาวิชาวิศวกรรมเมคคาทรอนิกส์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร ปีการศึกษา 2556
[3] พิสิทธิ วิสุทธิเมธีกรและวุฒิกร เชาว์ประมวลกุล"ก้าวสู่เทคโนโลยีควบคุมการเคลื่อนที่ ตอนที่ 4 การพัฒนาส่วนควบคุมการเคลื่อนที่", สาร NECTEC. ปีที่ 10, ฉบับที่ 53 (ก.ค.-ส.ค. 46), หน้า 36-46
[4] กฤษณ์ จงสฤษดิ์. "ก้าวสู่เทคโนโลยีควบคุมการเคลื่อนที่ ตอนที่ 2 การวิเคราะห์และออกแบบระบบควบคุมการเคลื่อนที่",สาร NECTEC. ปีที่ 9, ฉบับที่ 49 (พ.ย.-ธ.ค. 45), หน้า 38-48. 

<< ย้อนกลับ