Phân loại sản phẩm bằng xử lý ảnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG XỬ LÝ ẢNH NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN THS PHẠM QUỐC PHƯƠNG Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Đoàn Minh Vũ 1711050082 17DTDA1 Phan Thế Nhân 1711050018 17DTDA1 Nguyễn Hữu Cảnh 1711050049 17DTDA1 TP Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔN.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG XỬ LÝ ẢNH NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : THS PHẠM QUỐC PHƯƠNG Sinh viên thực hiện : MSSV : Lớp : Đoàn Minh Vũ 1711050082 17DTDA1 Phan Thế Nhân 1711050018 17DTDA1 Nguyễn Hữu Cảnh 1711050049 17DTDA1 TP Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG XỬ LÝ ẢNH NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : THS PHẠM QUỐC PHƯƠNG Sinh viên thực hiện : MSSV : Lớp : Đoàn Minh Vũ 1711050082 17DTDA1 Phan Thế Nhân 1711050018 17DTDA1 Nguyễn Hữu Cảnh 1711050049 17DTDA1 TP Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2021 LỜI CẢM ƠN Trong quãng thời gian ngồi học tập giảng đường Đại học Công nghệ TP.HCM, dạy bảo quý thầy, cô và giúp đỡ các bạn Viện Kỹ Thuật Hutech, đặc biệt là các thầy, cô chuyên nghành bảo cho chúng em giúp chúng em tích lũy nhiều kiến thức quý giá để đến chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp đại học Thầy Phạm Quốc Phương, người thầy hướng dẫn và giúp tận tình chúng em thời gian nghiên cứu và thực đồ án này,thầy hỗ trợ nhiều quá trình tìm tịi và nghiên cứu đồ án mặt lỹ thuyết cũng việc thực nghiệm Một lần cuối, xin cám ơn thầy Phạm Quốc Phương hết lịng dạy với vai trò người thầy hướng dẫn để chúng em hoàn thành nên đờ án ngày hôm Mặc dù chuẩn bị và cố gắng thời gian có hạn và kinh nghiệm thực tế cịn hạn chế nên đờ án chúng em khơng tránh khỏi sai sót, chúng em kính mong nhận bảo thầy, cô ! Cuối chúng em xin chúc thầy, cô toàn thể các bạn lớp nhiều sức khỏe và thành công việc MỤC LỤC PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH DANH SÁCH CÁC BẢNG 14 LỜI MỞ ĐẦU 15 CHƯƠNG GIỚI THIỆU 18 1.1 Đặt vấn đề 18 1.2 Phạm vi giới hạn của đề tài 19 1.3 Giới thiệu phần mềm hỗ trợ thiết kế, mô 19 1.3.1 Phần mềm GX Works 19 1.3.2 Phần mềm Labview 20 1.3.3 Phần mềm MX OPC 21 1.3.4 Phần mềm Factory IO 22 1.3.5 Phầm mềm Solidworks 23 CHƯƠNG 2.1 TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 25 Tìm hiều đề tài, tham khảo tài liệu, cơng trình, sản phẩm hiện tại 25 2.1.1 Giới thiệu dây chuyền sản phẩm 25 2.1.2 Ưu điểm của dây chuyền phân loại sản phẩm tự động 26 2.1.3 Một số dây chuyền phân loại sản phẩm hiện 27 2.1.3.1 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch: 27 2.1.3.2 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo khối lượng 28 2.1.3.3 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc 29 2.1.3.4 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo kích thước 30 2.1.4 Các nhà máy sử dụng dây chuyền phân loại sản phẩm hiện 31 2.2 Xử lí ảnh vấn đề xử lí ảnh 33 2.2.1 Xử lí ảnh trình phát triển 33 2.2.2 Những vấn đề hệ thống xử lý ảnh 39 2.2.2.1 Điểm ảnh (Picture Element) 39 2.2.2.2 Ảnh số 39 2.2.2.3 Độ phân giải ảnh 40 2.2.2.4 Mức xám ảnh 41 2.2.2.5 Quan hệ điểm ảnh 41 2.2.2.6 Lọc nhiễu 42 2.2.2.7 Phương pháp phát biên 43 2.2.3 Các mơ hình màu 44 2.2.3.1 Mô hình màu RGB 45 2.2.3.2 Mơ hình màu CMY 45 2.2.3.3 Mơ hình màu HSV 45 2.2.3.4 Mơ hình ánh sáng 46 2.2.3.5 Mơ hình màu YIQ 46 2.2.3.6 Mơ hình màu YCbCr 47 CHƯƠNG 3.1 PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 48 Yêu cầu hệ thống 48 3.1.1 Thiết kế khung khí 48 3.1.2 Hệ thống vận hành 48 3.1.3 Độ hiệu sử dụng hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc 48 3.1.4 Đề xuất giải pháp thực hiện phù hợp với hoàn cảnh cụ thể của đối tượng hưởng thụ đề tài 49 3.1.5 Lựa chọn phương án thiết kế 49 3.1.6 Xác định tính năng, thông số kỹ thuật của sản phẩm 50 3.1.6.1 Tính sản phẩm 50 3.1.6.2 Thông số kỹ thuật sản phẩm 50 CHƯƠNG 4.1 QUY TRÌNH THIẾT KẾ 51 Thiết kế khí 51 4.1.1 Bản vẽ 2D thiết kế khí mô hình phân loại sản phẩm theo màu 51 4.1.2 Thiết kế linh kiện cho băng tải dài 1m 52 4.1.2.1 Nhôm 30x30 dài 1000mm 52 4.1.2.2 Nhôm 30x30 dài 200mm 52 4.1.2.3 Nhôm 30x30 dài 170mm 52 4.1.2.4 Nhôm 30x30 dài 180mm 52 4.1.2.5 Nhôm 30x30 dài 115mm 53 4.1.2.6 Nhôm 30x30 dài 245mm 53 4.1.2.7 Ổ đạn Φ 10 53 4.1.2.8 Bô băng tải PVC 54 4.1.2.9 Rulo Φ 10 54 4.1.2.10 Con lăn nối tiếp với băng tải ngắn Φ 10 55 4.1.2.11 Đông băng tải 55 4.1.2.12 Hoàn thành băng tải dài 56 4.1.3 Thiết kế linh kiện cho băng tải ngắn 58cm 56 4.1.3.1 Nhôm 30x30 dài 580mm 56 4.1.3.2 Nhôm 30x30 dài 200mm 56 4.1.3.3 Nhôm 30x30 dài 170mm 57 4.1.3.4 Rulo Φ 10 57 4.1.3.5 Khớp nối trực tiếp 58 4.1.3.6 Bô băng tải PVC 58 4.1.3.7 Động băng tải 59 4.1.3.8 Hoàn thành băng tải ngắn 59 4.1.4 Thiết kế băng tải cong 60 4.1.4.1 Trục xoay 60 4.1.4.2 Tấm chắn 60 4.1.4.3 Tắm chắn 61 4.1.4.4 Nhôm 30x30 dài 180mm 61 4.1.4.5 Nhôm 30x30 dài 155mm 61 4.1.4.6 Hoàn thành băng tải cong 90 độ 62 4.1.5 Hoàn thiện mơ hình 62 4.2 Thiết kế hệ thống điều khiển 64 4.2.1 Nguyên lý hoat động 64 4.2.2 Bảng phân công thiết bị vào/ra 65 4.2.3 Viết chương trình điều khiển hệ thống 66 4.2.3.1 Quy trình tạo IO Server 66 4.2.4 Lập trình xử lý ảnh bằng labview 69 4.2.4.1 Kết nối Labview với PLC thông qua OPC cần thực bước sau : 69 4.2.4.2 Viết chương trình xử lý ảnh Labview 74 4.2.5 Chương trình PLC 87 4.2.5.1 Thao tác PLC 87 4.3 Thiết kế giao diện Labview 91 4.3.1 Thiết trang chính Labview 91 4.3.2 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát sát SCADA 91 4.4 Quy trình thiết kế mơ 92 4.5 Thông số kỹ thuật phần cứng 96 4.5.1 Main base unit: R38B 96 4.5.2 Module nguồn Mitsubishi: R62P 97 4.5.3 CPU Mitsubishi MELSEC iQ-R: R04ENCPU 98 4.5.4 Mô-đun đầu vào MITSUBISHI: RX42C4 99 4.5.5 Mô-đun Đầu Ra Transitor Mitsubishi PLC: RY42NT2P 100 4.5.6 Mô-đun mạng Mitsubishi MELSEC iQ-R: RJ71EN71 102 4.5.7 Động giảm tốc: DCM50-555 103 4.5.8 MCB (Miniature Circuit Breaker) 104 4.5.9 Cảm Biến Khoảng Cách Vật Cản: E3F-DS30P2 104 4.5.10 Xi lanh điện 105 4.5.11 Cảm Biến Từ Cho Xi Lanh CS1-S 106 4.5.12 Nút nhấn nhả Start, Stop, Reset 106 4.5.13 Webcam logitech C270 HD 720P 107 4.6 Mạch điện kết nối ngoại vi 108 4.7 Bản vẽ thiết kế bảng điều khiển (Control Panel) 109 4.8 Xây dựng lưu đồ giải thuật 110 CHƯƠNG 5.1 THI CÔNG, MÔ PHỎNG 111 Thi công khí 111 5.1.1 Tiến trình lắp ráp kết cấu khí 111 5.1.2 Mô 114 5.1.2.1 Liên kết PLC với Factory IO để chạy mô 114 5.1.2.2 Tiến hành chạy mô 117 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 125 6.1 Kết 125 6.2 Hướng phát triển đề tài 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO 127 PHỤ LỤC 128 Phụ Lục : Chương trình điều khiển PLC 128 Phụ Lục : Chương trình xử lý ảnh Labview 130 DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Các dây chuyền sản phẩm phân loại sản phẩm (Nguồn Internet) 25 Hình 2.2: Dây chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch (Nguồn Internet) 28 Hình 2.3: Dây chuyền sản phẩm theo khối lượng (Ng̀n Internet) 29 Hình 2.4: Dây chuyền sản phẩm theo màu sắc (Nguồn Internet) 29 Hình 2.5: Dây chuyền sản phẩm theo kích thước (Nguồn Internet) 30 Hình 2.6: Cơng Ty TNHH Finom (Ng̀n Internet) 31 Hình 2.7: Cơng Ty cổ phần công nghiệp điện lạnh Nam Phú Thái (Nguồn Internet) 32 Hình 2.8: Cơng Ty Cổ Phần Tập Đoàn SUNHOUSE (Ng̀n Internet) 32 Hình 2.9: Cấu trúc xử lý ảnh 33 Hình 2.10: Tiến trình xử lý ảnh 34 Hình 2.11: Sơ đờ phân tích , xử lý ảnh và lưu đồ thông tin giữa các khối 38 Hình 2.12: Các lân cận ảnh 41 Hình 2.13: Các đường biên xử lý ảnh 44 Hình 2.14: Phương pháp trộn màu 44 Hình 2.15: Mơ hình màu RGB 45 Hình 2.16: Mơ hình ánh sáng 46 Hình 4.1: Bản vẽ 2D thiết kế khí mơ hình phân loại sản phẩm theo màu 51 Hình 4.2: Nhơm 30x30 dài 1000mm 52 Hình 4.3: Nhơm 30x30 dài 200mm 52 Hình 4.4: Nhơm 30x30 dài 170mm 52 Hình 4.5: Nhôm 30x30 dài 180mm 52 Hình 4.6: Nhơm 30x30 dài 115mm 53 Hình 4.7: Nhơm 30x30 dài 245mm 53 Hình 4.8: Ổ đạn Φ 10 53 Hình 4.9: Bộ băng tải PVC 54 Hình 4.10: Rulo Φ 10 54 - Bước 4: chọn Mitsubishi.MXOPC.6 rời nhấn Browse Hình 5.5: Chọn Mitsubishi.MXOPC.6 – Browse - Bước 5: Kéo các mục từ SENSORS và ACTUATORS gắn vào các Tag tạo hình Lúc này hoàn thành xong việc liên kết PLC với Factory IO Hình 5.6: Kéo các mục từ SENSORS và ACTUATORS kéo và gắn vào các Tag tạo 116 5.1.2.2 - Tiến hành chạy mơ Chạy chương trình PLC Hình 5.7: Chạy chương trình PLC 117 - Chạy chương trình xử lý ảnh Labview Đăng nhập “tên đăng nhập” và “ mật khẩu” để vào bảng điều khiển và giám sát Hình 5.8: Chạy chương trình xử lý ảnh 118 - Chạy mô Factory IO Khi nhấn nút Start, các băng tải hoạt động Hình 5.9: Nhấn nút Start, các băng tải hoạt động 119 - Khi camera nhận diện là trái ớt đỏ, và trái ớt đụng cảm biến xi lanh xi lanh đẩy trái ớt sang băng tải đối diện Hình 5.10: Phân loại ớt đỏ 120 - Khi camera nhận diện là trái ớt xanh, và trái ớt đụng cảm biến xi lanh xi lanh đẩy trái ớt sang băng tải đối diện Hình 5.11: Phân loại ớt xanh 121 - Và camera nhận diện là trái ớt vàng qua các cảm biến xi lanh, xi lanh khơng hoạt và tới băng tải cịn lại Hình 5.12: Phân loại ớt vàng 122 - Khi nhấn nút Stop, hệ thống dừng hoạt động Hình 5.13: Nhấn Stop, hệ thống dừng hoạt động 123 - Nhấn Reset số lượng đếm ớt trở trạng thái Hình 5.14: Nhấn Reset số lượng đếm ớt trở 124 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 6.1 Kết Trong thời gian qua, với nổ lực thành viên nhóm với hướng dẫn tận tình thầy Th.s Phạm Quốc Phương và các thầy cô giáo Viện Kỹ Thuật nhôm em hoàn thành đồ án này Đồ án đạt các kết quả cụ thể sau: - Về lý thuyết • Hiểu quy trình hệ thống phân loại sản phẩm theo nhiều dạng khác phổ biến • Hiểu nguyên lý hoạt động các thiết bị sử dụng mơ hình, tính toán và lựa chọn những thiết bị phù hợp với mơ hình - Về phần cứng • Hiểu rõ và biết sử dụng các phần mềm thiết kế 2D, 3D để thiết kế khí ổn định phù hợp với mơ hình • Mặc dù tình hình dịch bệnh nên mơ hình vật lý chưa hoàn thành cách hoàn chỉnh - Về chương trình điều khiển • Hiểu khái niệm xử lý ảnh, nắm rõ phần mềm và cách thực chương trình xử lý ảnh • Chương trình xử lý ảnh hoạt động ổn định, nhận diện màu sắc sản phẩm chính xác • Nắm rõ phần mềm và cách thực chương trình điều khiển PLC • Chương trình điều khiển PLC hoạt động ổn định, sản phẩm phân loại có độ chính xác cao 125 • Tìm hiểu và thiết kế giao diện SCADA giám sát toàn hệ thống, thu thập các số liệu sản phẩm đưa máy tính trung tâm • Nắm rõ các quy trình các bước thực giao tiếp giữa PLC với Labview thông qua phần mềm MXOPC Server - Về mô • Mặc dù khơng thể thực mơ hình vật lý theo mong muốn nhờ vào nhóm em tìm hiểu, tích lũy kinh nghiệm cách sử dụng phần mềm Factory IO và thiết kế mơ cách trực quan • Ngoài cịn nắm rõ quy trình các bước thực giao tiếp giữa các PLC, Labveiw với phần mềm mô Factory IO thông qua phần mềm MXOPC Server 6.2 Hướng phát triển đề tài Ngày với phát triển nhanh chóng khoa học kỹ thuật và nước ta chuyển sang sản xuất nơng sản Do đề tài lần này phát triển với mơ hình lớn với chất lượng camera nhận diện chính xác, có độ phân giải cao, đạt suất đủ để cung cấp sản phẩm số lượng lớn và mong muốn hoàn thiện dây chuyền sản xuất gờm tất cả các khâu sản xuất, đóng gói và nhán dãn 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO “Xử lý ảnh dùng phần mềm labview”, “ http://www.khcn.vimaru.edu.vn/bai-baokhoa-hoc/thu-thap-va-xu-ly-anh-dung-phan-mem-labview-phan-tiep-theo-imageacquisition-and-0”, ngày truy cập 28/07/2021 “ Ứng dụng xử lý ảnh dùng labview”, “https://khcn.haui.edu.vn/media/29/uffileupload-no-title29882.pdf”, ngày truy cập 31/07/2021 “Các phương pháp xử lý ảnh dùng labview”, “https://norbar.com.vn/tin-tuc-congnghe/phat-trien-ung-dung-thu-thap-va-xu-li-hinh-anh-tu-webcam-boi-labview/”, ngày truy cập 05/08/2021 “Phần mềm GX Works 3”, “https://www.mitsubishielectric.com/fa/assist/elearning/pdf/vie/1-GX_Wks3_Ladder_na_vie.pdf”, ngày truy cập 10/08/202 “Tổng quan phần mềm Solidworks”, “ https://vihoth.com/phan-mem-thiet-ke-2d3d/solidworks/tong-quan-phan-mem-solidworks-solidworks-la-gi ”, ngày truy cập 11/08/2021 “Programmable Controller MELSEC iQ-R”, “https://eu3a.mitsubishielectric.com/fa/en/dl/12399/A4_pl01.pdf” ngày truy cập 13/08/2021 127 PHỤ LỤC Phụ Lục : Chương trình điều khiển PLC 128 Hình phụ lục : Chương trình điều khiển PLC 129 Phụ Lục : Chương trình xử lý ảnh Labview Hình phụ lục : Chương trình xử lý ảnh 130 ... chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch: 27 2.1.3.2 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo khối lượng 28 2.1.3.3 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc 29 2.1.3.4 Dây chuyền phân loại sản. .. thống phân loại sản phẩm xử lý ảnh ” Nhóm em sâu vào nghiên cứu những vấn đề chính sau : - Tìm hiểu lý thuyết xử lý ảnh và công cụ xử lý ảnh labview - Tìm hiểu những hệ thống phân loại. .. cho ngành lương thực, thực phẩm 26 2.1.3 Một số dây chuyền phân loại sản phẩm hiện 2.1.3.1 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch: Dây chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch sử dụng phổ