Untitled TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 18, SOÁ K2 2015 Trang 5 Thiết kế và chế tạo hệ thống cấp mũ giày chính xác cho máy in lụa trong công nghiệp giày Bùi Trọng Hiếu Phùng Thanh Huy Trường Đạ[.]
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 18, SỐ K2- 2015 Thiết kế chế tạo hệ thống cấp mũ giày xác cho máy in lụa cơng nghiệp giày Bùi Trọng Hiếu Phùng Thanh Huy Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG-HCM (Bài nhận ngày 31 tháng 10 năm 2014, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 09 tháng 02 năm 2015) TĨM TẮT: Cơng đoạn cấp mũ giày cho máy in lụa tự Ảnh chuyển sang ảnh nhị phân dùng động để in vạch nhấn lên mũ giày tồn vấn đề sau: thứ nhất, việc định vị mũ giày lên băng tải máy in lụa thực tay, chủ yếu dựa vào kinh nghiệm công nhân cho việc xử lý ảnh để tính tốn sai lệch vị trí theo phương X, Y sai lệch góc xoay mũ giày Một thuật toán dùng để tính tốn sai lệch nêu đề xuất báo Mũ giày đặt bàn máy điều chỉnh vị trí Vì vậy, làm giảm suất tăng chi phí sản phẩm; thứ hai, có sai lệch vị trí vạch nhấn mũ giày sau in (sai lệch ± mm) nên ảnh hưởng đến công đoạn may đường viền trang trí lên vạch nhấn Hiện nay, công ty sản xuất giày Việt Nam mong muốn giải vấn đề trên, nay, việc giải thủ cơng chưa có phương án sử dụng robot khả thi đưa Bài báo giới thiệu X Y Bàn máy X Y tịnh tiến theo phương X, Y xoay góc , điều khiển ba động Nhiệm vụ bàn máy điều chỉnh xác vị trí mũ giày cách so sánh vị trí với vị trí chuẩn lưu máy tính trước Tính hiệu thuật tốn độ xác phần xử lý ảnh hệ thống khí chứng minh qua kết thực nghiệm hệ thống thực tế phương án cấp mũ giày xác cho máy in lụa trạm dùng robot kỹ thuật xử lý ảnh Một camera sử dụng để chụp ảnh mũ giày Từ khóa: mũ giày, vạch nhấn, bàn máy X Y GIỚI THIỆU Hiện nay, thị trường có nhiều loại giày thể thao trang trí cách in vạch nhấn song song lên mũ giày bỡi máy in lụa tự động Theo kết khảo sát, hầu hết công ty sản xuất giày Việt Nam sử dụng hình thức cấp mũ giày tay cho máy in lụa tự động để in vạch nhấn song song (các vạch nhấn màu Trang SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol.18, No.K2 - 2015 trắng hình 1) mũ giày Có hai loại máy in lụa tự động dùng để in vạch nhấn song song lên mũ giày: máy in lụa tự động dạng xoay tròn máy in lụa dạng trạm đặt dọc Công đoạn cấp mũ giày cho hai loại máy in công nhân thực tay Hiện tại, Việt Nam, số công ty sản xuất giày sử dụng máy in lụa tự động dạng trạm đặt dọc để in vạch nhấn lên mũ giày Công đoạn định vị mũ giày lên băng tải máy in lụa công nhân thực tay Công nhân định vị mũ giày dựa vào đường chuẩn (dọc ngang) Hình Các vạch nhấn song song màu trắng mũ giày thể thao Cho đến nay, chưa có cơng trình nghiên cứu nước liên quan đến việc dùng robot cấp mũ giày xác cho máy in lụa tự động để tăng độ xác vị trí vạch nhấn mũ giày Việc cấp phôi công nhân thực tay dựa vào đường chuẩn đường kẻ dọc ngang băng tải máy in lụa Vì độ khơng cao, có sai lệch vị trí vạch nhấn mũ giày sau in Sai lệch ± 1mm Điều ảnh hưởng lớn đến công đoạn may đường viền lên vạch nhấn vạch sẵn nhôm băng tải hình Các nhơm có qt lớp keo mỏng để kết dính mũ giày Sai lệch vị trí vạch nhấn mũ giày sau in ± mm Hình Định vị mũ giày băng tải máy in lụa tự động (do công nhân thực tay) Công đoạn in vạch nhấn lên mũ giày doanh nghiệp tư nhân Giày Á Châu (Asia Shoes Pte.) hoàn toàn công nhân thực tay sản phẩm (hình 3) Bài báo trình bày việc thiết kế, chế tạo hệ thống sử dụng robot cấp mũ giày xác cho máy in lụa tự động dạng trạm đặt dọc dùng để in vạch nhấn song song lên mũ giày nhằm tăng độ xác vị trí vạch nhấn; đồng thời giảm bớt nhân công thời gian công đoạn cấp phôi, tăng hiệu kinh tế giảm phế phẩm Độ xác vị trí vạch nhấn mũ giày cần đạt ± 0,5 mm Kết nghiên cứu báo sở để thiết kế, chế tạo toàn hệ thống in lụa tự động trạm dùng để in vạch nhấn lên mũ giày cung cấp cho công ty sản xuất giày Việt Nam PHƯƠNG ÁN CẤP MŨ GIÀY CHÍNH XÁC CHO MÁY IN LỤA 2.1 Thực trạng công đoạn in vạch nhấn lên Trang Hình Cơng đoạn in vạch nhấn lên mũ giày doanh nghiệp tư nhân Giày Á Châu 2.2 Phương án cấp mũ giày xác cho máy in lụa Dùng bàn máy X Y để điều chỉnh vị trí mũ giày tay máy để di chuyển mũ giày từ bàn máy sang băng tải máy in lụa Trình tự thực TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 18, SOÁ K2- 2015 theo bước sau: Bước 1: Dùng cấu cấp mũ giày (cấp thô) từ khay chứa sang bàn máy điều chỉnh vị trí X Y Bàn máy có bậc tự do: tịnh tiến theo hai phương X, Y xoay quanh trục Z thẳng đứng Bước 2: Dùng 01 camera treo phía bàn máy X Y để chụp ảnh mũ giày Sử dụng kỹ thuật Bàn máy điều chỉnh xác vị trí mũ giày gồm ba bậc tự do: tịnh tiến theo hai phương X, Y mặt phẳng ngang quay quanh trục Z thẳng đứng Hai chuyển động tịnh tiến X, Y thực bỡi trượt, chuyển động quay quanh trục Z nhờ truyền trục vít-bánh vít Ba động bước sử dụng để điều khiển bàn máy Kết cấu thật bàn máy điều chỉnh vị trí hình xử lý ảnh xác định tâm góc định hướng mũ giày Hình Bàn máy điều chỉnh vị trí X Y Hình Phương án cấp mũ giày xác cho máy in lụa Bước 3: Tính sai lệch theo hai phương X, Y sai lệch góc xoay mũ giày từ việc so sánh vị trí với vị trí chuẩn mũ giày lưu máy tính trước Bước 4: Điều khiển bàn máy tịnh tiến theo hai phương X, Y xoay góc để khử sai lệch vừa tính Bước 5: Dùng tay máy để di chuyển mũ giày (đã điều chỉnh xác vị trí) từ bàn máy X Y sang băng tải máy in lụa tự động THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BÀN MÁY ĐIỀU CHỈNH CHÍNH XÁC VỊ TRÍ MŨ GIÀY X Y VÀ MÂM HÚT ĐỊNH VỊ MŨ GIÀY 3.1 Thiết kế, chế tạo bàn máy điều chỉnh xác vị trí mũ giày X Y 3.2 Thiết kế, chế tạo mâm hút định vị mũ giày Mâm hút định vị mũ giày đặt bàn máy điều chỉnh vị trí X Y Mâm hút có nhiệm vụ hút giữ phẳng mũ giày Vì cần phải tính tốn, chọn quạt hút thỏa mãn yêu cầu đặt Áp dụng công thức: P F p (1) đó: P lực quạt tác động lên mũ giày; p áp suất quạt hút; F phần diện tích mũ giày chịu tác động quạt hút Đây diện tích cửa hút mặt mâm hút, diện tích khoảng 500÷1350 mm2, chọn F=800 mm2 Căn vào kích thước, hình dạng mũ giày để đảm bảo lực tác dụng lên mũ giày điểm đặt lực nhau; phôi giữ chặt; phẳng suốt q trình điều chỉnh vị trí cần phải có 10 điểm có lực tác dụng lên phơi (kết nhận từ thử nghiệm) Trang SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol.18, No.K2 - 2015 số nhỏ 0,5 mm chuyển mũ giày sang băng tải máy in lụa, kết thúc trình; sai số lớn 0,5mm tiến hành tìm trọng tâm góc định hướng mũ giày để tính sai lệch vị trí mũ giày Từ tiến hành điều khiển bàn máy X Y để đưa sai lệch không Bước kiểm tra sai số vị trí mũ giày xem có thỏa u cầu (< 0,5mm) khơng Q trình lặp lại bước nêu Sai số tính tốn phương pháp chồng hình ảnh mũ giày với mũ giày chuẩn để so sánh độ trùng khít Để điều khiển xác vị trí mũ giày dùng Hình Kích thước mũ giày Do vậy: P 10 g m phôi 2,821356 ( N ) (2) Suy ra: p P 3526 ,7 F (N/m2) (3) Chọn quạt hút có p =3290N/m2, ký hiệu VFC308A Công ty FUJI Nhật sản xuất kỹ thuật xử lý ảnh phải ý đến nhiễu gây không ổn định nguồn sáng giá trị độ xám tùy thuộc vào vị trí khung hình bắt ảnh Vì vậy, khơng cần phần cứng đáng tin cậy cho camera, nguồn sáng card hình ảnh mà cịn phải phát triển thuật tốn thời gian thực để đảm bảo việc xác định xác đặc trưng hình học tiết diện ngang (tiết diện mũ giày chụp ảnh), nghĩa phải điều chỉnh sai lệch vị trí mũ giày cách điều khiển vị trí bàn máy X Y thời gian thực Bộ điều khiển nhận tín hiệu từ điều khiển PC-based (bộ điều khiển chính) lái động dịch chuyển bàn máy X Y để khử sai lệch vị trí mũ giày Hình Mâm hút định vị mũ giày XỬ LÝ ẢNH MŨ GIÀY TÍNH TỐN SAI SỐ VỊ TRÍ CỦA MŨ GIÀY 4.1 Giải thuật, chương trình xử lý ảnh mũ giày Lưu đồ giải thuật hình Camera chụp ảnh mũ giày xử lý nhiễu, sau chuyển sang ảnh nhị phân Kiểm tra sai số mũ giày tại, sai Trang TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 18, SỐ K2- 2015 4.1.1 Các đặc trưng hình học mũ giày BẮT ĐẦU Trong thuật toán xác định sai lệch vị trí mũ giày, mục tiêu đặt xác định sai lệch vị trí mũ giày so với mũ giày chuẩn lưu máy tính, bao gồm: Chụp ảnh, Tiền xử lý ảnh Ảnh nhị phân - Sai lệch tịnh tiến Δx theo phương ngang (phương dịch chuyển trái - phải) Kiểm tra sai số vị trí mũ giày Sai số thỏa yêu cầu (< 0,5mm) - Sai lệch tịnh tiến Δy theo phương tới - lui - Sai lệch góc xoay θ Đúng Chuyển mũ giày sang băng tải máy in lụa Sai Để thực điều đó, hai đặc trưng hình học tiết diện ngang áp dụng lên ảnh chụp Tâm Góc định hướng Khi đó, ảnh chụp xác Xác định trọng tâm mũ giày KẾT THÚC Tính góc định hướng Tính tốn sai lệch vị trí mũ giày định (xC,yC,)T , C(xC,yC) tâm α góc định hướng hình ảnh mũ giày chụp Tâm mũ giày: Điều khiển bàn máy X Y Hình Lưu đồ giải thuật Mũ giày chuẩn Mũ giày cần điều chỉnh vị trí Hình Ảnh nhị phân mũ giày Hình 10 Xác định đặc trưng hình học tiết diện phẳng mũ giày Tâm tiết diện phẳng mũ giày xác định công thức [1]: xC F xdF F y ydF C F F (4) Trang SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol.18, No.K2 - 2015 Trong trường hợp rời rạc: x xk Fk C F k y yk Fk C F k (5) đó, Fk diện tích nguyên tố vị trí ( xk , yk )T F F k Đối với ảnh nhị phân mũ giày xét, ảnh chia nhỏ thành điểm ảnh (pixel) Như vậy, coi phân bố pixel qua hàm ảnh sau [3]: 0 F ( x, y ) 1 background (6) foreground chụp lại ảnh nhị phân Hệ trục trung tâm góc định hướng: Hệ trục gọi hệ trục quán tính trung tâm nếu: Nghĩa vị trí điểm ảnh (x,y), F(x,y) = đen (foreground – điểm thuộc ảnh mũ giày) F(x,y) = trắng (background – điểm không thuộc ảnh mũ giày) Có thể coi diện tích ngun tố giá trị pixel Nếu kích thước ảnh chụp mxn diện tích tồn phần mũ giày chụp ảnh F Hình 11 Xác định đặc trưng hình học mũ giày (1) Moment qn tính ly tâm tiết diện ngang hệ trục (2) Gốc tọa độ trùng với tâm tiết diện Xét hệ trục tọa độ G Oxy , moment quán tính ly tâm tiết diện phẳng hệ trục tọa độ xác định bởi[1]: F ( x, y ) ( x, y ) (xC ,yC ,)T Khi với chụp, xác định: n x C F F (x, y) x x1 m y F (x, y) y C F y1 J xy xydF (8) F Rời rạc hóa ứng dụng cho ảnh nhị phân để xác định moment quán tính mũ giày chụp ảnh hệ trục tọa độ ảnh: J xy (7) xyF ( x, y) (9) 1 x n ,1 y m đó: mxn kích thước ảnh nhị phân Giả sử hệ trục toạ độ R Cuv hệ trục quán tính ly tâm ảnh chụp mũ giày, với C tâm ảnh chụp momen qn tính ly tâm tiết diện phẳng hệ trục Juv = R đạt Trang 10 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 18, SỐ K2- 2015 quay O góc α chiều lượng giác quanh O, sau tịnh tiến từ O C Lúc α gọi góc định hướng tiết diện phẳng J uv (13) Sử dụng giá trị rời rạc công thức để tìm góc định hướng cho mũ giày: 2 ( y yC )( x xC ) Fk 1 x n,1 y m atan ( y yC ) Fk ( x xC ) Fk 1 y m 1 x n (14) 4.1.2 Biểu diễn dạng moment thống kê Hình 12 Hệ trục quán tính trung tâm Ở đây, mục tiêu xác định góc định hướng α Xét điểm có tọa độ (x,y) G (u,v) R, mối quan hệ thiết lập được: T T x cos sin u xC y sin cos v yC u cos sin x xC v sin cos y yC (10) F (15) Moment trung tâm [2]: x , y F( x, y )( x xC ) p ( y yC ) q (16) + Vị trí trọng tâm: m1,0 xC m 0,0 y m0,1 C m0,0 x xC y yC cos sin dF x , y F( x, y ) x p y q Khi đó, chuyển cơng thức tính dạng moment sau: x xC sin y yC cos dF 2 y yC x xC sin cos Với (p,q) bậc moment, tồn khơng p,q J uv uvdF x xC cos y yC sin F m p,q gian chứa hai biến Khi đó: F Trong khơng gian hai chiều theo hai biến x, y có phân phối rời rạc F(x,y), moment thống kê [2]: (11) Do dF diện tích phân tố nên rời rạc hóa: sin2 2 Juv yk yC Fk xk xC Fk 1xn 1ym y yC x xC Fk cos2 1xn,1ym (17) + Góc hợp trục dài trục Ox: 1,1 atan 0,2 2,0 (18) (12) Trang 11 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol.18, No.K2 - 2015 ly bước ngun tố động 4.2 Tính tốn sai lệch vị trí mũ giày 4.2.1 Sử dụng đặc trưng hình học để xác định sai lệch vị trí mũ giày Sau có vị trí tâm góc định hướng mũ giày, so sánh với vị trí tâm góc định hướng mũ giày chuẩn Xét ảnh mũ giày chuẩn r ( xCr , yCr , r )T ảnh mũ giày (xC ,yC ,)T : + Quay quanh tâm: | | n xung 0 φ0 góc quay nguyên tố động THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TAY MÁY CẤP MŨ GIÀY CHÍNH XÁC TỪ BÀN MÁY ĐIỀU CHỈNH VỊ TRÍ x xCr xC y yCr yC + Sai lệch tịnh tiến: + Sai lệch góc: r (23) X Y SANG BĂNG TẢI CỦA MÁY IN LỤA (19) Tay máy sử dụng trục vít me bi điều khiển động AC servo, có nhiệm vụ di chuyển mũ giày điều chỉnh xác vị trí (trên bàn (20) máy X Y ) sang băng tải máy in lụa y θ αr yCr α yC Hình 14 Đầu hút mũ giày hành điều khiển bàn máy X Y số xung Đầu hút mũ giày lắp tay máy có nhiệm vụ hút giữ mũ giày trình di chuyển Đầu hút nâng-hạ nhờ xi lanh khí nén, có độ ổn định cao hoạt động liên tục, có khả dập tắt dao động phát sinh q trình làm việc có kết cấu phù hợp để lắp ghép phận máy Tính tương ứng: tốn trục vít me bi dựa theo tài liệu [4] xC xCr x Hình 13 Tính tốn sai lệch vị trí mũ giày 4.2.2 Điều khiển bàn máy X Y Sau có sai lệch vị trí mũ giày, tiến + Tịnh tiến theo phương x: | x | nx lx xung (21) lx bước nguyên tố động + Tịnh tiến theo phương y: | y | ny xung l y Trang 12 (22) Hình 15 Mơ hình 3D hệ thống cấp mũ giày xác cho máy in lụa TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 18, SOÁ K2- 2015 Thân máy Bàn máy điều chỉnh vị trí Động Đầu hút mũ giày Vítme Camera Xilanh khí nén Giá lắp camera Bảng Sai số vị trí mũ giày thử nghiệm Mũ giày màu đen THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ Hệ thống cấp mũ giày chạy thử nghiệm nhiều lần với nhiều màu sắc mũ giày Số lượng mũ giày chạy thử nghiệm 450 mũ giày với 03 màu sắc: 150 mũ giày màu đen, 150 mũ giày màu hồng 150 mũ giày màu nâu Sai số Δx: 0,34 Δx: 0,38 (mm) Δy: 0,37 Δy: 0,32 Sai số Δx: 0,36 Δx: 0,37 (mm) Δy: 0,35 Δy: 0,33 Sai số Δx: 0,34 Δx: 0,38 (mm) Δy: 0,34 Δy: 0,35 Mũ giày màu hồng Hình 16 Hệ thống cấp mũ giày xác Mũ giày màu nâu Hình 17 Mạch điều khiển thực tế Kết sai lệch vị trí số mũ giày đo bảng Biểu đồ phân bố sai số vị trí mũ giày thử nghiệm hình 18 Trang 13 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol.18, No.K2 - 2015 nghiệm: < 0,4mm (khoảng 0,3mm - 0,38mm) 0,4 0,35 KẾT LUẬN 0,3 0,25 0,2 Sai số Dx 0,15 Sai số Dy 0,1 0,05 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Hình 18 Biểu đồ phân bố sai số vị trí mũ giày Nhận xét kết thử nghiệm: - Kết cấu khí hệ thống cấp mũ giày: đảm bảo độ cứng vững, hoạt động ổn định, đạt độ xác theo yêu cầu - Mạch điều khiển, camera phần mềm xử lý ảnh: hoạt động ổn định Bài báo trình bày kết thiết kế chế tạo hệ thống cấp mũ giày xác cho máy in lụa tự động dạng trạm đặt dọc dùng để in vạch nhấn song song lên mũ giày nhằm tăng độ xác vị trí vạch nhấn Kết thử nghiệm cho thấy độ xác vị trí mũ giày nhỏ ± 0,4 mm; kết cấu khí đảm bảo độ cứng vững, ổn định; mạch điều khiển hoạt động ổn định; đáp ứng thời gian thực Kết nghiên cứu báo sở để thiết kế, chế tạo toàn hệ thống in lụa tự động trạm dùng để in vạch nhấn lên mũ giày cung cấp cho Công ty sản xuất giày Việt Nam Lời cảm ơn: Nghiên cứu thực nhờ nguồn kinh phí từ Sở Khoa học & Cơng nghệ Tp Hồ Chí Minh Các tác giả xin trân trọng cảm ơn - Sai số vị trí đo tất mũ giày thử Design and fabrication of precise shoeupper feeder system for screen printing machine in shoe industry Trong Hieu Bui Thanh Huy Phung Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM_ hieubt@hcmut.edu.vn ABSTRACT: The feeding stage of sport shoe-upper for automatic screen printing machine for printing press-segments on shoe-upper exists the Trang 14 following issues: Firstly, the locating shoe-uppers on the conveyor of screen printing machine is made by hand and based on the experience of TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 18, SOÁ K2- 2015 workers So, this reduces productivity and increases the cost of the product Secondly, there are deviations of the press-segments on shoeupper after printing (the current deviation is ± mm) So, these are affected to the next stage of sewing contour lines on the shoe-upper Currently, the shoe manufacturing company in Vietnam wish solve these problems, but so far, in addition to resolve manually there is no feasible method has been given In this paper, a precise position control of shoe-upper for screen printing machine using image processing techniques is introduced A camera is used to capture the image of shoeupper The binary image of shoe-upper is used for image processing to recognize the position errors in directions of X, Y and coordinates A new algorithm to calculate the position errors of shoeupper is proposed in this paper The shoe-upper is locating on X Y tables which can move X, Y directions and rotating angle These tables are controlled by three servo motors The mission of X Y tables are adjustable positioning accuracy of the shoes-upper by comparing the current position with its standard position that has been previously stored in the computer The effectiveness of the calculation algorithm of shoeupper errors and the high accuracy of image processing and mechanical system are proven through experimental results Key words: shoe-upper, press-segment, X Y tables TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dietmar Gross et al., Engineering Mechanics, Vol 1-2, Springer (2009) [3] Wilhelm Burger and Mark J Burge, Principle of Digital Image Processing, Springer, 2009 [2] Roy R Craig, Mechanics of Materials, 2nd Edition, Wiley (1990) [4] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB Đại học Quốc gia Tp HCM (2013) Trang 15 ... Kết nghiên cứu báo sở để thiết kế, chế tạo toàn hệ thống in lụa tự động trạm dùng để in vạch nhấn lên mũ giày cung cấp cho công ty sản xuất giày Việt Nam PHƯƠNG ÁN CẤP MŨ GIÀY CHÍNH XÁC CHO MÁY... mũ giày (đã điều chỉnh xác vị trí) từ bàn máy X Y sang băng tải máy in lụa tự động THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BÀN MÁY ĐIỀU CHỈNH CHÍNH XÁC VỊ TRÍ MŨ GIÀY X Y VÀ MÂM HÚT ĐỊNH VỊ MŨ GIÀY 3.1 Thiết. .. 1) mũ giày Có hai loại máy in lụa tự động dùng để in vạch nhấn song song lên mũ giày: máy in lụa tự động dạng xoay tròn máy in lụa dạng trạm đặt dọc Công đoạn cấp mũ giày cho hai loại máy in công