วารสารวิจัย ปีท่ี 7 ฉบับท่ี 1 มกราคม - มิถุนายน 2557 http://ird.rmutto.ac.th

88

เครื่องคัดแยกวัตถุอัตโนมัติตามสายพานลําเลียง Automatic Sorting Machine with Conveyor Belt

กันตภณ พริ้วไธสง Kataphon Prewthaisong

สาขาวิชาวิศวกรรมเมคคาทรอนิกส คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยวงษชวลิตกุล จ.นครราชสีมา E-mail: therobot44@hotmail.com

บทคัดยอ การวิจัยนี้เปนการพัฒนาออกแบบและสรางเครื่องคัดแยกวัตถุอัตโนมัติตามสายพานลําเลียง สามารถปฏิบัติงานไดตาม

การออกแบบใหแยกชนิดวัตถุที่เปนโลหะและอโลหะ เคลื่อนยายวัตถุไปยังตะกราที่กําหนดไวโดยอาศัยการควบคุมของโปรแกรมเมเบิลลอจิกคอนโทรลเลอรแบบอัตโนมัติ ใชตัวตรวจจับแบบพร็อกซิมิต้ีเซ็นเซอรชนิดเก็บประจุอานคาระยะของวัตถุแปลผลเปนสัญญาณที่แตกตางกันตามแตชนิดของวัตถุ และการออกแบบและพัฒนาที่ไดจากงานวิจัยนี้สามารถนําเอาไปใชเปนพ้ืนฐานในการฝกปฏิบัติการวิศวกรรมเมคคาทรอนิกส  นําไปใชเปนแนวทางกับโรงงานอุตสาหกรรมประเภทงานแยกวัตถุในรายการผลิต เพื่อจําแนกวัตถุไดตามที่โปรแกรมสั่งงาน และสามารถนําไปใชในโรงงานรีไซเคิลเพื่อแยกวัตถุกอนที่จะนําไปทําในกระบวนการผลิตวัตถุใหมอีกครั้ง รวมถึงระบบการเคลื่อนที่อัตโนมัติอื่นๆ ไดอยางมีประสิทธิภาพ จากผลการวิจัยเครื่องคัดแยกวัตถุอัตโนมัติตามสายพานลําเลียงพบวาสามารถคัดแยกวัตถุที่เปนพลาสติก ไมและเหล็กโดยเวลาเฉลี่ยของวัตถุที่ทดสอบปรากฏวาพลาสติก 9.86 วินาที ไม 14.02 วินาที เหล็ก 18.63 วินาที และสามารถผลักวัตถุในตําแหนงที่ตองการไดถูกตอง คําสําคัญ : การแยกวัตถุอัตโนมัติ เครื่องแยกวัตถุ ระบบสายพานอัตโนมัติ

Abstract This research was to developed the automatic sorting machine with conveyor belt. It was designed to classify a metal and non-metal object by capacitive proximity sensor. The programmable logic controller (PLC) was automatically used to move the objects into the defined basket. The application of this research can be used in classification process and recycling process in industrial. This development sorting machine can be also used as basis mechatronics engineering. From the result, it can be shown that the sorting machine classified the materials as plastic, wood and steel with high accuracy. The average classification time of the test objects were 9.86, 14.02 and 18.63 seconds for plastic, wood and steel respectively. Keywords: Automatic object classification, Sorting machine, Automatic conveyor belt system.

1. บทนํา ระบบการขนถายวัตถุและอุปกรณในโรงงานอุตสาหกรรมซึ่งใชระบบสายพานลําเลียงวัตถุ จากสถานีตนทางไปยัง

สถานีปลายทางแทนการเคลื่อนยายวัตถุดวยคน เพราะมีความสะดวกหลายอยางในเรื่องความตอเนื่องการทํางาน ความเร็วสม่ําเสมอของวัตถุที่ใชในการเคลื่อนยาย และปจจุบันระบบสายพานลําเลียงยังสามารถคัดแยกวัตถุไดอัตโนมัติ ซึ่งเปนผลดีตอการผลิต การควบคุมคุณภาพและทําใหสถานประกอบการมีผลกําไรเพิ่มขึ้น ดวยเหตุนี้จึงไดมีแนวคิดที่จะทําการวิจัยเพื่อคัดแยกวัตถุอัตโนมัติตามสายพานลําเลียงโดยอาศัยการทํางานของมอเตอรเมื่อวัตถุมีการเคลื่อนที่มายังจุดตรวจจับวัตถุ ตัวเซ็นเซอรจะสงสัญญาณใหกับอุปกรณควบคุมพีแอลซี (Programmable logic controller: PLC) เพื่อทําการประมวลผล ตอจากนั้นโปรแกรม เมเบิลลอจิกคอนโทรลจะเปนตัวสงสัญญาณเอาทพุทสั่งใหมอเตอรทําการผลักวัตถุลงตามชองที่ไดกําหนดไว ซึ่งหลักการของการผลักวัตถุไดใชกลไกแบบขอเหว่ียงควบคุมดวยมอเตอรทั้งหมดสามตัว (ไกรสรและดนัยทอง, 2556) และงานวิจัยนี้สามารถ

http://ird.rmutto.ac.th วารสารวิจัย ปีท่ี 7 ฉบับท่ี 1 มกราคม - มิถุนายน 2557

89

นําไปใชเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการเรียนการสอนทางดานวิศวกรรมเมคคาทรอนิกส สงผลใหผูเรียนไดรับเนื้อหาไดเปนอยางดี มีความเขาใจสามารถนําไปประยุกตใชในการประกอบอาชีพได ทําใหเกิดประโยชน ตอการเรียนการสอน ตลอดจนผูเรียนไดรับความรูและทักษะทั้งดานทฤษฎีและปฏิบัติอันเปนรากฐานที่นําไปสูการมีศักยภาพในการพัฒนาเทคโนโลยีช้ันสูงเพื่อการพัฒนาประเทศสืบไป

2. ทฤษฎีและหลักการทํางาน 2.1 ระบบการเคลื่อนท่ี

ในการขับเคลื่อนจะใชสายพานและพลูเลยเปนตัวลําเลียงวัตถุจากตนทางไปยังปลายทาง ซึ่งสายพานลําเลียงที่นิยมใชโดยทั่วไปเชน สายพานแบน (Flat belt) สายพานแบบหุมตัว (Fold edge) และสายพานลิ่ม (V-belt) เปนตน (นิรนาม, 2555)

การทดลองครั้งนี้จะใชชนิดแบบสายพานลิ่มที่ลักษณะคลายกับสายพานแบน คือ ใช เสนใยธรรมชาติและเสนใยสังเคราะหวงแหวนเปนแกนแรงและหอหุมดวยยางหรือวัสดุเดียวกับแกน สายพานลิ่มมีรูปหนาที่ตัดเปนรูปสี่เหลี่ยมคางหมู ดานขางหนาทั้งสองเอียงสอบเขาหากันทํามุม 38 ถึง 44 องศา สายพานลิ่มสงถายกําลังดวยพลูเลย ผิวเกลี้ยงเปนรอง ดังรูปที่ 1

รูปท่ี 1 สายพานลิ่ม (V-Belt)

ในสวนของมอเตอรที่ใชเปนมอเตอรกระแสตรงแบบทดรอบโดยใชเฟองเพื่อลดความเร็วรอบและเพิ่มแรงบิดในการหมุนซึ่งจะเปนประโยชนในการสรางชุดขับเคลื่อนที่ใหกําลังสูง มอเตอรอาจมีชุดทดรอบสําเร็จรูปจากโรงงานหรือนํามอเตอรมาตอกับชุดเฟองทดรอบก็จะไดมอเตอรกระแสตรงแบบทดรอบเชนกันไดแก มอเตอรเกียร (Gear motor) (วรพจน, 2530) ดังรูปที่ 2

รูปท่ี 2 มอเตอรเกียรท่ีแกนมอเตอรจะมีกลองชุดเฟองหุมอยู

วารสารวิจัย ปีท่ี 7 ฉบับท่ี 1 มกราคม - มิถุนายน 2557 http://ird.rmutto.ac.th

90

2.2 ระบบการตรวจจับหรือเซ็นเซอรวัตถุ การตรวจจับ (Sensor) ในที่นี้เปนอุปกรณตรวจจับแบบพร็อกซิมิต้ีเซ็นเซอรชนิดเก็บประจุ (Capacitive proximity sensor)

โดยอาศัยการเปลี่ยนแปลงคาความจุ (Capacitance) อันเนื่องมาจากระยะหางและชนิดของวัตถุที่ตองการตรวจจับ โดยที่อุปกรณดังกลาวมีขอไดเปรียบกวาพร็อกซิมิต้ีเซ็นเซอรชนิดเหนี่ยวนําคือสามารถตรวจวัตถุไดทุกชนิดที่เปนโลหะและอโลหะโดยเฉพาะอยางยิ่งวัตถุที่มีคาคงที่ทางไดอิเล็กทริก (Dielectric constant) มากๆ (วิศรุต, 2550)

การเปลี่ยนแปลงคาความจุนั้นจะเกิดขึ้นก็ตอเมื่อมีวัตถุเคลื่อนที่เขามาใกลบริเวณเซ็นเซอรซึ่งมีการแผกระจายของสนาม ไฟฟาที่เกิดขึ้นจากวงจรอารซีออสซิลเลเตอรและเมื่อคาความจุเปลี่ยนแปลงไปจนถึงคาๆ หนึ่งจะเกิดสภาวะที่เรียกวา อารซีเรโซแนนซมีผลทําใหเกิดการออสซิเลสขึ้นของสัญญาณดังแสดงในรูปที่ 3

รูปท่ี 3 ระยะการเกิดออสซิเลเตอรในขณะตรวจจับวัตถุของพร็อกซิมิตี้เซ็นเซอรชนิดเก็บประจุ

ตารางที่ 1 คาตัวประกอบ (Factor) ตรวจจับวัตถุแตละชนิดของพร็อกซิมิตี้เซ็นเซอรชนิดเก็บประจุ ชนิดของวัตถ ุ คา Factor โลหะทุกชนิด 1.0

น้ํา 1.0 แกว 0.3 … 0.5

พลาสติก 0.3 … 0.6 กระดาษแข็ง 0.3 … 0.5

ไม (ขึ้นอยูกับความชื้น) 0.2 … 0.7 น้ํามัน 0.1 … 0.3

http://ird.rmutto.ac.th วารสารวิจัย ปีท่ี 7 ฉบับท่ี 1 มกราคม - มิถุนายน 2557

91

3. วิธีดําเนินการทดลอง 3.1 การออกแบบโครงสรางพื้นฐาน 3.1.1 การออกแบบโครงสรางดังรูปที่ 4

รูปท่ี 4 รูปแบบโครงสรางของชุดคัดแยกวตัถุดาน TOP PLANE

3.2 ขั้นตอนการทดลอง 3.2.1 ระบบควบคุม (Control system) ทําหนาที่ควบคุมการทํางานของชุดสายพานลักษณะของการควบคุมของชุด

สายพาน คือจะรับสัญญาณจากเซ็นเซอรเพื่อมาประมวลผลทางโปรแกรมแลวสั่งงานชุดสายพานใหทํางานตามวัตถุประสงค (วริทธิ์และชาญ, 2542)

3.2.2 ชุดสายพาน (Conveyor belt) ลักษณะการทํางานคือเมื่อนําช้ินงานมาวางที่สายพาน เมื่อวัตถุเคลื่อนที่มาถึงบริเวณตรวจจับของเซ็นเซอรจะทําการตรวจจับวาช้ินงานที่นําไปวางนั้นเปนแบบใดแลวจะสั่งงานไปยังพีแอลซี เพื่อนําสัญญาณออกไปสั่งชุดสายพานใหทํางานสอดคลอง กับตําแหนงจุดที่เก็บของแตละชนิด (ณรงค, มปป.)

3.2.3 ผลลัพธ (Output) ประกอบไปดวย 2 สวนคืออโลหะและโลหะ ลักษณะการทํางานคือเมื่อสายพานทําการประมวลผลโดยเซ็นเซอรที่สงสัญญาณใหแกระบบควบคุม ระบบควบคุมจะทําการขับมอเตอรใหสายพานหมุนไปยังตําแหนงที่ตองการ เมื่อไดตําแหนงที่ตองการแลวตัวมอเตอรทําหนาที่เปนตัวเตะ จะหมุนเพื่อนําวัตถุหรือช้ินงานไปยังชุดสายพานยอยเพื่อเก็บไวในจุดที่ ตองการได (อุทัย, 2543)

รูปท่ี 5 ชุดคดัแยกวัตถุอัตโนมัติตามสายพานลําเลียง

วารสารวิจัย ปีท่ี 7 ฉบับท่ี 1 มกราคม - มิถุนายน 2557 http://ird.rmutto.ac.th

92

รูปท่ี 6 การตออุปกรณเขากับชุด PLC

3.3 ระยะการเซ็นเซอรวัสดุโลหะและอโลหะ ตารางที่ 2 ระยะการตรวจจับวัตถุของ Capacitive proximity switch

วัตถุทดลอง ระยะตรวจจับ (mm.) เหล็ก 16.80 ไม 10.16

พลาสติก 0.32

รูปท่ี 7 ระยะกรตรวจจับวัตถุของแตละชนิด

0.32 10.16 16.80

http://ird.rmutto.ac.th วารสารวิจัย ปีท่ี 7 ฉบับท่ี 1 มกราคม - มิถุนายน 2557

93

4. ผลการทดลอง ในการทดลองเริ่มจากนําวัตถุจากตนทางผานเขาสูระบบสายพานลําเลียง ซึ่งวัตถุมีรูปรางและขนาดใกลเคียงกันตาม

ขอบเขตที่กําหนด การควบคุมเคลื่อนที่ของชุดสายพานแยกชิ้นงานแบบผลักใหสามารถแยกวัตถุโลหะกับ อโลหะและสามารถผลักในตําแหนงที่ทําการทดลองไดถูกตอง และจากผลการทดลองนํามาปรับปรุงใหมีความผิดพลาดนอยสุด โดยทั่วไปแลวชุดสายพานแยกชิ้นงานแบบผลักนี้จะตองสัมพันธกันกับเวลาและความเร็วในการเคลื่อนที่ของสายพานดวย เพื่อใหการควบคุมอุปกรณในการแยกชิ้นงานแบบผลักใหวัตถุตกในรางคัดแยกวัตถุพอดี โดยการโปรแกรม PLC มาควบคุมอุปกรณต้ังแต Capacitive proximity sensor, Photo proximity sensor มอเตอรไฟฟากระแสตรง ซึ่งอุปกรณทั้งหมดนี้จะตองสามารถแสดงสถานการณทํางานในเครื่องพีแอลซีได

รูปท่ี 8 ชุดคดัแยกวัตถุอัตโนมัติตามสายพานลําเลียงพรอมใชงาน

รูปท่ี 9 การผลักวัตถุไปยังตะกรา

วารสารวิจัย ปีท่ี 7 ฉบับท่ี 1 มกราคม - มิถุนายน 2557 http://ird.rmutto.ac.th

94

4.1 ตารางการทดลองของวตัถุท้ัง 3 ชนิด ตารางที่ 3 ผลการทดลองวัตถุประเภทพลาสติก

ครั้งท่ีทดลอง เวลาท่ีใช(วินาที) อโลหะ(พลาสติก)

การจําแนกวตัถ ุ(ได,ไมได)

ตําแหนงท่ีตองการใหวาง (ถูกตอง,ไมถูกตอง)

1 10.12 ได ถูกตอง 2 10.80 ได ถูกตอง 3 9.72 ได ถูกตอง 4 9.74 ได ถูกตอง 5 10.30 ได ถูกตอง 6 10.14 ได ถูกตอง 7 9.62 ได ถูกตอง 8 9.90 ได ถูกตอง 9 9.77 ได ถูกตอง 10 9.04 ได ถูกตอง 11 9.80 ได ถูกตอง 12 9.90 ได ถูกตอง 13 9.62 ได ถูกตอง 14 10.44 ได ถูกตอง 15 9.79 ได ถูกตอง 16 9.89 ได ถูกตอง 17 9.79 ได ถูกตอง 18 9.79 ได ถูกตอง 19 10.25 ได ถูกตอง 20 9.50 ได ถูกตอง

คาเฉลีย่ 9.86

จากตารางที่ 3 ไดคาเฉลี่ยเวลาในการทํางาน 9.86 วินาที จากการทดลองสามารถแยกวัตถุที่เปนพลาสติกไดตามตองการจํานวน 20 ครั้งไดอยางถูกตอง ตารางที่ 4 ผลการทดลองวัตถุประเภทไม

ครั้งท่ีทดลอง เวลาท่ีใช(วินาที) อโลหะ(ไม) การจําแนกวตัถ ุ(ได,ไมได) ตําแหนงท่ีตองการใหวาง (ถูกตอง,ไมถูกตอง) 1 14.82 ได ถูกตอง 2 13.81 ได ถูกตอง 3 13.63 ได ถูกตอง 4 13.98 ได ถูกตอง 5 13.84 ได ถูกตอง 6 13.47 ได ถูกตอง 7 13.88 ได ถูกตอง 8 14.19 ได ถูกตอง 9 14.66 ได ถูกตอง

10 13.70 ได ถูกตอง 11 13.85 ได ถูกตอง 12 14.03 ได ถูกตอง

http://ird.rmutto.ac.th วารสารวิจัย ปีท่ี 7 ฉบับท่ี 1 มกราคม - มิถุนายน 2557

95

ตารางที่ 4 ผลการทดลองวัตถุประเภทไม (ตอ) ครั้งท่ีทดลอง เวลาท่ีใช(วินาที) อโลหะ(ไม) การจําแนกวตัถ ุ(ได,ไมได) ตําแหนงท่ีตองการใหวาง (ถูกตอง,ไมถูกตอง)

13 14.62 ได ถูกตอง 14 14.44 ได ถูกตอง 15 13.79 ได ถูกตอง 16 13.89 ได ถูกตอง 17 13.79 ได ถูกตอง 18 13.92 ได ถูกตอง 19 14.25 ได ถูกตอง 20 14.03 ได ถูกตอง

คาเฉลีย่ 14.02

จากตารางที่ 4 ไดคาเฉลี่ยเวลาในการทํางาน 14.02 วินาที จากการทดลองสามารถแยกวัตถุที่เปนไมไดตามตองการจํานวน 20 ครั้งไดอยางถูกตอง

ตารางที่ 5 ผลการทดลองวัตถุประเภทเหล็ก ครั้งท่ีทดลอง เวลาท่ีใช(วินาที) โลหะ(เหล็ก) การจําแนกวตัถ ุ(ได,ไมได) ตําแหนงท่ีตองการใหวาง (ถูกตอง,ไมถูกตอง)

1 18.96 ได ถูกตอง 2 18.47 ได ถูกตอง 3 18.44 ได ถูกตอง 4 18.58 ได ถูกตอง 5 18.58 ได ถูกตอง 6 18.85 ได ถูกตอง 7 18.89 ได ถูกตอง 8 18.90 ได ถูกตอง 9 18.83 ได ถูกตอง

10 18.29 ได ถูกตอง 11 18.80 ได ถูกตอง 12 18.90 ได ถูกตอง 13 18.62 ได ถูกตอง 14 18.44 ได ถูกตอง 15 18.54 ได ถูกตอง 16 18.83 ได ถูกตอง 17 18.79 ได ถูกตอง 18 18.23 ได ถูกตอง 19 18.25 ได ถูกตอง 20 18.50 ได ถูกตอง

คาเฉลีย่ 18.63

จากตารางที่ 5 ไดคาเฉลี่ยเวลาในการทํางาน 18.63 วินาที จากการทดลองสามารถแยกวัตถุที่เปนเหล็กไดตามตองการจํานวน 20 ครั้งไดอยางถูกตอง

วารสารวิจัย ปีท่ี 7 ฉบับท่ี 1 มกราคม - มิถุนายน 2557 http://ird.rmutto.ac.th

96

4.2 กราฟแสดงผลกราทดลอง จากตารางที่ 3, 4 และ 5 สามารถสรุปใหอยูในกราฟไดดังรูปที่ 10

รูปท่ี 10 กราฟแสดงผลการทดลอง

จากผลการทดลองทั้ง 3 การทดลอง ซึ่งคาเวลาในการทดลองคิดที่ระยะทางจากจุดที่วัตถุเคลื่อนที่ผานเซ็นเซอร จนกระทั่งวัตถุถูกผลักลงไปยังตะกราที่กําหนดไว ไดคาเฉลี่ยใกลเคียงกันเพราะวาจุดรับตะกราของพลาสติกอยูใกลสุด ตะกราไมอยูตรงกลางและตะกราเหล็กอยูไกลสุด โดยมีระยะหางกันประมาณ 10 เซนตเิมตร

5. สรุปผล ผลการทดลองการทํางานของชุดคัดแยกวัตถุแบบสายพานลําเลียง พบวาสามารถคัดแยกวัตถุที่เปน พลาสติก ไม เหล็ก

และสามารถผลักวัตถุในตําแหนงที่ตองการไดถูกตอง โปรแกรมเมเบิลคอนโทรลเลอรไดทํางานตามโปรแกรมอยางถูกตอง จากการทดลองสรุปไดวาการทํางานใน 1 รอบการทํางาน จะพบเวลาของวัตถุที่ทดสอบพลาสติก 9.86 วินาที ไม 14.02 วินาที เหล็ก 18.63 วินาที ซึ่งน้ําหนักไมมีผลตอการเคลื่อนที่ของชุดสายพาน จะขึ้นอยูกับระยะทาง การวางเซ็นเซอร ชวงการผลักวัตถุและในสวนของโปรแกรมที่นํามาควบคุม

6. เอกสารอางอิง ไกรสร รวยปอม และ ดนัย ทองชวัช. 2556. เครื่องใหอาหารกุงอัตโนมัติแบบรางเลื่อน. วารสารวิจัย มหาวิทยาลัยเทคโนโลยี

ราชมงคลตะวันออก. 6(1) : 63-69. ณรงค ตันชีวะวงศ. มปป. ระบบ PLC. สมาคมสงเสริมเทคโนโลยี (ไทย-ญี่ปุน) : กรุงเทพ. นิรนาม. 2555. สายพานและพูลเลย. [ออนไลน]. เขาไดถึงจาก: http://eng-99.weebly.com/6/post/2011/01/1.html.

(สืบคนเมื่อวันที่ 16 กรกฎาคม 2556). วรพจน ศรีวงศคล. 2530. ออกแบบเครื่องจักรกล 1. สํานักพิมพสถาบันพระจอมเกลาพระนครเหนือ : กรุงเทพ. วริทธิ์ อึ๊งภากรณ และ ชาญ ถนัดงาน. 2542. การออกแบบเครื่องจักรกล เลม 1. ซีเอ็ดยูเคชั่น : กรุงเทพ. วิศรุต ศรีรัตนะ. 2550. เซ็นเซอรในงานอุตสาหกรรม. ซีเอ็ดยูเคชั่น : กรุงเทพ. อุทัย สุมาลย. 2543. การโปรแกรมควบคุมไฟฟาภาคทฤษฎี. ศูนยสงเสริมวิชาการ : กรุงเทพ.