(Đồ án hcmute) mô hình phát hiện lỗi trên bề mặt gạch men ứng dụng xử lý ảnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA MƠ HÌNH PHÁT HIỆN LỖI TRÊN BỀ MẶT GẠCH MEN ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH GVHD : TS LÊ MỸ HÀ SVTH: PHẠM VĂN QUANG 12151065 NGƠ ĐÌNH HUY 12151128 SKL 0 4 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM  KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: MƠ HÌNH PHÁT HIỆN LỖI TRÊN BỀ MẶT GẠCH MEN ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : TS LÊ MỸ HÀ SINH VIÊN THỰC HIỆN: PHẠM VĂN QUANG 12151065 NGƠ ĐÌNH HUY 12151128 LỚP: 12151CLC NGÀNH: CƠNG NGHỆ KTDK VÀ TỰ ĐỘNG HÓA KHÓA: 2012 – 2016 Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2017 an PHẦN A: GIỚI THIỆU i an TRƯỜNG ĐH SPKT TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp.HCM, ngày tháng năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Văn Quang MSSV: 12151065 Ngơ Đình Huy MSSV: 12151128 Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Mã ngành: 12151 Hệ đào tạo: Đại học quy Khóa: 2012-2016 Lớp: 12151CLC I TÊN ĐỀ TÀI: MƠ HÌNH PHÁT HIỆN LỖI TRÊN BỀ MẶT GẠCH MEN ỨNG DỤNG KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH Thời gian thực từ 22/9/2016 đến 13/1/2017 II NHIỆM VỤ Các yêu cầu cụ thể đề tài: - Tìm hiểu phương pháp xác định lỗi bề mặt gạch men - Thiết kế thi công mô hình phân loại sản phẩm gạch men lỗi - Tìm hiểu PLC S7-200, biến tần Siemens M420, … - Tìm hiểu cách truyền thông PLC Matlab Lời cam đoan cuả sinh viên: Chúng – Phạm Văn Quang Ngơ Đình Huy cam đoan Đồ án tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu chúng tơi theo hướng dẫn T.S Lê Mỹ Hà Các kết công bố đồ án trung thực khơng chép từ cơng trình khác Tp.HCM, ngày Xác nhận môn tháng năm 2017 Giáo viên hướng dẫn ii an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP.HCM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Khoa Điện - Điện Tử Bộ Mơn Tự động điều khiển Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: PHẠM VĂN QUANG Lớp: 12151CLC MSSV: 12151065 Họ tên sinh viên 2: NGƠ ĐÌNH HUY Lớp: 12151CLC MSSV: 12151128 Tên đề tài: MƠ HÌNH PHÁT HIỆN LỖI TRÊN BỀ MẶT GẠCH MEN ỨNG DỤNG KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH Xác Tuần/ngày Nội dung Tuần Nhận đề tài Gặp giáo viên hướng dẫn Tuần Tuần nhận GVHD Tìm hiểu tổng quan phương pháp thực đề tài Sinh viên làm theo nhiệm vụ giao Kết nối webcam xử lý tín hiệu ảnh Báo cáo tiến độ cho GVHD Tìm hiểu phương pháp xác định lỗi bề mặt gạch men: Tuần 4,5 - Phương pháp xoay ảnh chụp vị trí theo ảnh chuẩn ( Registration ) - Xác định vết nứt, lỗ đinh, vết ố, lỗi hoa văn, lỗi hình dạng kích thước, vỡ, mẻ góc Tuần 6,7 Báo cáo tiến độ cho GVHD Tuần 8,9 Thiết kế, thi cơng mơ hình phần cứng Tuần 10,11 Xây dựng thuật toán xác định vết nứt, vết ố màu, lỗi hoa văn, lỗ đinh, mẻ góc iii an Tuần 12 Tuần 13 Tuần 14 Kết nối PLC với Matlab Báo cáo tiến độ cho GVHD Viết chương trình xác định lỗi bề mặt gạch Thiết kế lập trình giao diện GUIDE Viết báo cáo Cho chạy thử chương trình kết hợp phần cứng Tuần 15 Tiếp tục hoàn thiện báo cáo Báo cáo tiến độ cho GVHD Nộp báo cáo Tuần 16 Gặp giáo viên phản biện Tiếp tục hoàn thiện mơ hình GV HƯỚNG DẪN TS LÊ MỸ HÀ iv an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: MSSV: MSSV: Ngành: Tên đề tài: Họ tên giáo viên hướng dẫn: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm…………… (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) v an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: MSSV: MSSV: Ngành: Tên đề tài: Họ tên giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm………… (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) vi an LỜI NÓI ĐẦU  Hiện với bùng nổ khoa học công nghệ phát triển mạnh mẽ nghành cơng nghiệp người có xu hướng tự động hóa cơng việc, thay người thiết bị việc giám sát điều khiển Đặc biệt lĩnh phát lỗi phân loại sản phẩm Nhóm chọn đề tài phát lỗi gạch men hệ thống áp dụng nhiều nhà máy gạch lớn Đề tài “Mơ hình phát lỗi bề mặt gạch men ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh” đề tài mẻ với sinh viên ngành công nghệ điện tự động, đề tài yêu cầu sinh viên có kiến thức xử lý ảnh, kiến thức chuyên môn tự động hóa vii an LỜI CẢM ƠN  Đề tài “Mơ hình phát lỗi bề mặt gạch men ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh” thực đề tài khó lạ nhiên sau khoảng thời gian ngắn nhóm hồn thành xong đề tài Kết đạt coi thành cơng nhóm Để hồn thành tốt đề tài cần yêu cầu nổ lực lớn từ để đạt kết thời gian ngắn Và vai trò giáo viên hướng dẫn lớn, Tiến sĩ Lê Mỹ Hà nhiệt tình chúng tơi nghiên cứu để giúp chúng tơi hồn thành tốt đề tài Trong q trình làm đề tài nhóm phát sinh nhiều khó khăn, điều ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng thời gian thực đề tài Trong thời gian làm đồ án thầy bận học xa thầy cố gắng dành thời gian để giúp đỡ nhóm Để hồn thiện đề tài tích lũy kiến thức năm học đại học yếu tố quan trọng chúng tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa cung cấp kiến thức hữu ích khơng cho việc thực đề tài mà kiến thức sau công việc sau trường Và cảm ơn bạn bè, không chung đề tài bạn nhiệt tình hổ trợ giúp đỡ tinh thần kiến thức liên quan giúp chúng tơi giải số vấn đề gặp khó khăn Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 201 Nhóm thực Phạm Văn Quang–Ngơ Đình Huy viii an Đồ án tốt nghiệp Chương 3: Thiết kế hệ thống  Thuật tốn phát lỗi gạch vỡ Hình 3-14 : lưu đồ giải thuật phát lỗi gạch vỡ 47 an Đồ án tốt nghiệp 3.5.3 Chương 3: Thiết kế hệ thống Thiết kế giao diện GUIDE  Giao diện GUIDE hoạt động: Hình 3-15: Giao diện GUIDE hồn chỉnh Trong giao diện gồm có Bảng điều khiển Bảng giám sát Bảng điều khiển gồm: - Nút nhấn KẾT NỐI: kết nối điều khiển biến plc thông qua matlab - Nút nhấn ẢNH CHUẨN: nạp ảnh gạch chuẩn có máy tính - Nút nhấn KHỞI ĐỘNG: cho hệ thống hoạt động chương trình Matlab - Nút nhấn DỪNG: dừng hệ thống chương trình Matlab - Nút nhấn RESET: dừng toàn hệ thống, đồng thời đưa toàn liệu trạng thái ban đầu - Nút BÁO CÁO: mở file excel chứa thông tin gạch lỗi bao gồm thời gian, số thứ tự gạch lơ, lỗi phát Vì matlab khơng cho phép chuyển liệu vào file excel file mở nên nút DỪNG RESET nhấn nhấn nút BÁO CÁO - Nút nhấn THỐT: đóng giao diện GUI 48 an Đồ án tốt nghiệp - Chương 3: Thiết kế hệ thống Hiển thị tốc độ động cơ, số gạch lỗi, số gạch chuẩn, hiệu xuất hệ thống sản xuất gạch dựa tỉ lệ số gạch chuẩn chia tổng số gạch  Giao diện GUIDE gạch bị kẹt: Hình 3- 16: Giao diện GUIDE gặp lỗi kẹt gạch Khi lý mà gạch bị kẹt lại bên bên buồng xử lí, cảm biến đầu giúp xác định thời gian trễ, từ đưa cảnh báo kẹt gạch, hệ thống tự động dừng lại lỗi khắc phục nút RESET nhấn 49 an Đồ án tốt nghiệp Chương 4: Kết CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ 4.1 Kết thử nghiệm  Cấu hình phần cứng laptop: - Bộ vi xử lý: Intel(R)Core(TM) i3-4030 CPU @ 1.9GHz - RAM: 4GB - NIVIDIA GEFORCE 820: 2GB - Webcam Logitech C310 (HD) Mp  Cấu hình phần mềm - Hệ điều hành Windowns phiên 64 bit - Phiên phần mềm Matlab 2014b - STEP 7MicrWIN V4.0 SP9  Giới thiệu chi tiết loại gạch mô hình: - Chất liệu: Ceramic - Kích thước: 25x25cm - Cân nặng: 0.8kg Hình 4-1: Hình ảnh gạch chuẩn 50 an Đồ án tốt nghiệp Chương 4: Kết  Kết kiểm tra gạch: Hình 4-2: Gạch vỡ góc lỗ đinh Hình 4-3: Hình gạch bị nứt ố màu 51 an Đồ án tốt nghiệp Chương 4: Kết Hình 4-4: gạch bị ố màu Hình 4-5: Gạch bị lỗ đinh 52 an Đồ án tốt nghiệp Chương 4: Kết Hình 4-6: Gạch bị vết nứt vỡ góc Hình 4-7: Gạch bị ố màu 53 an Đồ án tốt nghiệp Chương 4: Kết Hình 4-8: Gạch khơng lỗi Hình 4-9: Gạch không lỗi 54 an Đồ án tốt nghiệp Chương 4: Kết  Xuất file excel: Hình 4-10: File excel báo cáo Khi chương trình nhận dạng gạch lỗi, hệ thống tự động lưu liệu vào file excel, nhấn nút báo cáo, file excel mở Các thông tin file excel bao gồm ngày, mà viên gạch xử lý, số thứ tụ viên gạch lô, danh sách lỗi viên gạch 4.2 Nhận xét phân tích kết đạt 4.2.1 Nhận xét: Hệ thống chạy thử nghiệm sản phẩm gạch men (được đánh thứ tự hình 4-13) với kết thể bảng thống kê đây: Hình4-11: Các mẫu gạch thử  (a): Mẫu thử khơng lỗi 55 an Đồ án tốt nghiệp Chương 4: Kết  (b): Mẫu thử lỗi vết nứt, ố màu  (c): Mẫu thử lỗi lỗ đinh, vỡ gạch  (d): Mẫu thử lỗi đốm màu  (e): Mẫu thử không lỗi  (f): Mẫu thử lỗi ố màu  (g): Mẫu thử lỗi vết nứt, vỡ gạch  (h): Mẫu thử lỗi lỗ đinh Hệ thống chạy thử nghiệm sản phẩm gạch men Tổng số mẫu cần kiểm tra 200 mẫu Trong đó: -Gạch khơng lỗi 100 mẫu (tương đương 100 lần kiểm tra) -Gạch lỗi 100 mẫu (tương đương 100 lần kiểm tra)  Gạch không lỗi phát không lỗi: True positive  Gạch không lỗi phát lỗi : False positive  Gạch lỗi phát lỗi: True negative  Gạch lỗi phát không lỗi: False negative Bảng 4-1: Các Mẫu gạch kiểm tra lỗi Mẫu Gạch không lỗi True False True False positive positive negative negative 97 91 Gạch lỗi Độ xác hệ thống (Accuracy): Accuracy = ∑ True positive+∑ True negative ∑ 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑝𝑜𝑝𝑢𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 = 97+91 200 = 94% Phân tích kết lấy mẫu: Trong 100 gạch khơng lỗi có viên bị đánh giá lỗi, 100 gạch lỗi có viên xác định không lỗi Những trường hợp xảy bề mặt gạch bóng, chiếu sáng chưa tối ưu, ánh sáng đến bề mặt gạch bị phản xạ lại, làm thay đổi mức xám vị trí đó, dẫn đến kết sai lệch so khớp hai ảnh, vị trí khơng có lỗi chương trình hiển thị lỗi có lỗi lại khơng hiển thị lỗi 56 an Đồ án tốt nghiệp Chương 4: Kết 4.2.1.1 Ưu điểm: - Hệ thống phát lỗi phân loại lỗi xác tới 91,5% - Hệ thống hoạt động liên tục, chương trình xử lí ảnh thực chạy, không cần dừng lại để chụp ảnh xử lí chương trình, tiết kiệm thời gian lượng - hệ thống phát lỗi tất hoa văn từ đơn giản đến phức tạp với điều kiện hình ảnh đầu vào phải có chất lượng tốt ổn định 4.2.1.2 Nhược điểm: Do hạn chế thời gian thiếu cơng cụ hỗ trợ, hệ thống cịn có nhược điểm thiếu sót sau đây:  Tốc độ chụp camera thấp nên để chụp ảnh ổn định, tốc độ băng tải phải chậm  Hệ thống chiếu sáng chưa tối ưu nên chưa xử lý loại gạch có bề mặt bóng  Cấu hình CPU thấp nên tốc độ xử lí ảnh chưa đươc tối ưu (từ 2-3 giây)  Do hạn chế kiến thức nên giải thuật xử lý ảnh chưa tối ưu 4.2.2 Thảo luận kết đạt  Về kết đạt phát số lỗi như: mẻ góc, nứt, đốm, lỗ đinh Vì buồng xử lý ảnh sử dụng ánh sáng nhân tạo nên không bị ảnh hưởng ánh sáng bên Kết đạt tốt đạt yêu cầu đề phát xác lỗi bề mặt gạch men kết hợp với cấu chấp hành 57 an Đồ án tốt nghiệp Chương 5: Kết luận hướng phát triển CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, dù trình độ thời gian cịn hạn chế nhóm đạt mục tiêu đề phát triển phần chưa thực đồ án trước Kết giúp nâng cao tính ứng dụng đề tài vào thực tế Kết đạt được: - Tìm hiểu khái niệm, thuật toán hàm dựng sẵn xử lý ảnh thị giác máy tính - Có hội tiếp xúc tìm hiểu phần mềm chuyên dùng nghiên cứu kỹ thuật – Matlab - Thiết kế lập trình chương trình mơ GUI - Thiết kế hệ thống phát lỗi bề mặt gạch men tương ứng với thực tế - Giao tiếp PLC Matlab - Tìm hiểu kỹ thuật phát lỗi bề mặt gạch men Kết chưa đạt được: - Chưa phân biệt gạch loại 1, loại 2, loại Hướng phát triển đề tài: Từ kết mà đồ án chưa thực nêu Mong đề tài tương tự sau bổ sung ngày hoàn thiện Ngoài ra, đề tài cịn mở rộng theo hướng sau: - Có thể phân loại chất lượng gạch (loại 1, loại 2, loại 3) - Tăng độ xác - Phát triển hệ thống nhiều camera xử lý gạch có kích thước lớn - Kết hợp thêm hệ thống đóng gói sản phẩm để tạo thành dây chuyền tự động hoàn chỉnh khâu cuối nhà máy 58 an Đồ án tốt nghiệp - Chương 5: Kết luận hướng phát triển Lắp đặt thêm cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm cấu chấp hành buồng xử lý ảnh, để đảm bảo điều kiện môi trường tốt buồng xử lý - Tăng tốc độ băng tải đảm bảo chất lượng ảnh tốc độ xử lý chương trình 59 an Đồ án tốt nghiệp Chương 5: Kết luận hướng phát triển TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Văn Dũng, “Camera dùng mạng Nơtron Matlab giao tiếp PLC”, Đồ án tốt nghiệp, trường Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh [2] Roberto Brunelli “TemplateMatching Techniques in Computer Vision’’ [3] B Srinivasa Reddy and B N Chatterji, “An FFT-Based Technique for Translation, Rotation, and Scale-Invariant Image Registration” [4] Geoge Bebis “2D/3D Geometric Tranformation’’ [5] Sanket Rege, Rajendra Memane, Mihir Phatak, Parag Agarwal, “2D geometric shape and color recognition using digital image processing” 60 an S an K L 0 ... chúng tơi định chọn đề tài “Mơ hình phát lỗi bề mặt gạch men ứng dụng xử lý ảnh? ?? cho đồ án tốt nghiệp an Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan Hình 1- : Máy phát lỗi gạch men 1.2 Mục tiêu giới hạn... MƠ HÌNH PHÁT HIỆN LỖI TRÊN BỀ MẶT GẠCH MEN ỨNG DỤNG KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH Thời gian thực từ 22/9/2016 đến 13/1/2017 II NHIỆM VỤ Các yêu cầu cụ thể đề tài: - Tìm hiểu phương pháp xác định lỗi bề mặt. .. loại sản phẩm Nhóm chọn đề tài phát lỗi gạch men hệ thống cịn áp dụng nhiều nhà máy gạch lớn Đề tài “Mơ hình phát lỗi bề mặt gạch men ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh? ?? đề tài mẻ với sinh viên ngành công