Thiết kế và chế tạo thiết bị thu thập và đánh giá ngoại quan hình ảnh mối hàn hồ quang tay

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THU THẬP VÀ ĐÁNH GIÁ NGOẠI QUAN HÌNH ẢNH MỐI HÀN HỒ QUANG TAY GVHD: TS TRẦN NGỌC THIỆN SVTH: TÔ QUỐC TRUNG ĐỖ ĐỨC HÀO VÕ NGUYỄN PHÚ THỊNH S K L 1 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO -⸙∆⸙ - NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “Thiết kế chế tạo thiết bị thu thập đánh giá ngoại quan hình ảnh mối hàn hồ quang tay” Giảng viên hướng dẫn: ThS Trần Ngọc Thiện Sinh viên thực hiện: Tô Quốc Trung 19146290 Đỗ Đức Hào 19146181 Võ Nguyễn Phú Thịnh 19146271 Khóa: 2019 - 2023 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2023 LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị thu thập đánh giá ngoại quan hình ảnh mối hàn hồ quang tay” - GVHD: ThS Trần Ngọc Thiện Họ tên sinh viên thực hiện: Tô Quốc Trung MSSV: 19146290 Đỗ Đức Hào MSSV: 19146181 Võ Nguyễn Phú Thịnh MSSV: 19146271 - Số điện thoại liên lạc: 0933894003 Email: 19146290@student.hcmute.edu.vn - Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp: Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình nghiên cứu Chúng không chép từ viết cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, chúng tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” i LỜI CẢM ƠN Để có thành cơng hôm cố gắng nỗ lực hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người xung quanh Trong thời gian thực đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị thu thập hình ảnh đánh giá ngoại quan mối hàn ngoại quang tay”, nhóm chúng tơi gặp khó khăn kiến thức kinh nghiệm thực tế chưa đủ nhiều Nhóm tơi may mắn nhận nhiều giúp đỡ tận tình q thầy cơ, hỗ trợ từ bạn bè gia đình Chính điều giúp nhóm tơi hồn thành đồ án Chúng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: Giảng viên ThS Trần Ngọc Thiện dành thời gian quan tâm, bảo hướng dẫn nhóm tơi hướng suốt q trình thực đề tài Nhờ dạy Thầy mà học them nhiều kiến thức quý báo, giúp nhóm tơi tránh sai sót thực cách hợp lý cho đề tài nghiên cứu Các quý thầy cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM, Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức tạo điều kiện, hỗ trợ cho chúng tơi hồn thành đề tài Gia đình, bạn bè tạo điều kiện tốt để học tập tốt suốt thời gian học trường Xin chân thành cảm ơn ii TÓM TẮT ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THU THẬP VÀ ĐÁNH GIÁ NGOẠI QUAN HÌNH ẢNH MỐI HÀN HỒ QUANG TAY Trong nghiên cứu này, nhóm đề xuất sử dụng thiết bị hệ thống hỗ trợ việc đào tạo thực tập hàn hồ quang giảng dạy cách ứng dụng trí tuệ nhân tạo đưa đánh giá ngoại hình ảnh mối hàn hồ quang Ngoài thiết bị chúng tơi hỗ trợ thu thập hình mối hàn từ làm tăng thêm số lượng liệu hình ảnh mối hàn Người dùng dễ dàng thao tác với thiết bị thông qua giao diện người dùng máy tính, hình ảnh mối hàn sau thu thập đưa đánh giá dựa mức độ hoàn thiện mà chia thành cấp độ hồn thiện Từ thơng tin khách quan học viên xác định mức độ hồn thiện q trình luyện tập iii ABSTRACT RESEARCH, DESIGN AND PRODUCTION DEVICE FOR COLLECTION AND ASSESSMENT MANUAL ARC WELD IMAGES In this study, our team will propose the use of devices and a system to support practical training in manual arc welding during teaching, by applying artificial intelligence to provide external assesses of images of arc welding Additionally, our device also supports the collection of welding images, thereby increasing the amount of image data related to welding Users can easily operate the device through a graphic user interface on a computer The collected welding images will be immediately assessment based on the level of completion, which is divided into four levels From this objective information, learners can determine the level of completion in the training process iv MỤC LỤC LỜI CAM KẾT i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii MỤC LỤC v DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC HÌNH ẢNH viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu 1.2 Các đề tài nghiên cứu tương tự 1.2.1 Các nghiên cứu nước 1.2.2 Các nghiên cứu nước 1.2.3 Những tồn cịn có nghiên cứu 1.3 Tính cấp thiết đề tài (Đặt vấn đề) 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.5 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.6 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.6.1 Đối tượng nghiên cứu .6 1.6.2 Phạm vi nghiên cứu 1.7 Phương pháp nghiên cứu .7 1.8 Kết cấu ĐATN .7 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .9 2.1 Tổng quan hàn hồ quang tay 2.1.1 Khái niệm số đặc điểm hàn hồ quang tay 2.1.2 Một số phương pháp đánh giá ngoại quang mối hàn hồ quang tay 10 2.1.3 Lý thuyết tiêu chí kiểm tra ngoại quan mối hàn 11 2.1.4 Các tiêu chí đánh giá ngoại quan mối hàn hồ quang tay 12 2.2 Tổng quan thị giác máy 14 2.2.1 Xử lý ảnh số 15 2.2.2 Dữ liệu ảnh số 16 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP 17 v 3.1 Yêu cầu thiết kế 17 3.2 Phương án thiết kế thiết 17 3.2.1 Phương án thiết kế, chế tạo thiết bị 17 3.2.2 Phương án thu thập hình ảnh 19 3.2.3 Phương án thiết kế giao diện người dùng 22 3.2.4 Phương án nhận diện phân loại mối hàn 26 3.3 Trình tự cơng việc tiến hành 28 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ NHẬN DIỆN VÀ ĐÁNH GIÁ NGOẠI QUAN MỐI HÀN HỒ QUANG TAY 30 4.1 Thiết kế, chế tạo thiết bị 30 4.1.1 Thiết kế thiết bị 30 4.1.2 Chế tạo thiết bị 33 4.2 Thiết kế phần mềm thiết bị 37 4.2.1 Mục tiêu thiết kế 37 4.2.2 Thiết kế giao diện tương tác với thiết bị 37 4.2.3 Thiết kế chương trình xử lý ảnh nhận diện mối hàn 42 4.2.4 Thiết kế mô hình học sâu phân loại chất lượng ngoại quan mối hàn 49 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 56 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 6.1 Kết luận 67 6.2 Kiến nghị 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC I Chương trình xử lý ảnh diện phơi hàn: I Chương trình nhận diện mối hàn phơi: III vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Tổng hợp định nghĩa chất lượng ngoại quang mối hàn hồ quang tay 14 Bảng 3.1 Thông số đầu vào thiết bị 17 Bảng 4.1 Đặc tính camera Flir Grasshopper2 [13] 35 Bảng 4.2 Các chức cần thiết phần mềm thiết bị 38 Bảng 4.3 Số lượng liệu lớp 51 Bảng 4.4.Số lượng liệu lớp sau tăng cường 52 Bảng 4.5 Trọng số mơ hình mạng nơ ron tích chập 53 Bảng 5.1 Đánh giá độ xác mẫu thử 61 Bảng 5.2 Đánh giá độ xác mẫu thử lần thứ 64 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Ảnh minh họa mối hàn khuôn mẫu ma sát [1] Hình 1.2 Quá trình thực nghiên cứu [3] Hình 1.3 Sản phẩm robot tự động kiểm tra mối hàn nhóm nghiên cứu [5] Hình 2.1 Mối hàn hồ quang tay thực tế Hình 2.4 Mối hàn mức A 12 Hình 2.5 Mối hàn mức B 12 Hình 2.6 Mối hàn mức C 13 Hình 2.7 Mối hàn mức D 13 Hình 2.8 Sơ đồ trình xử lý ảnh 15 Hình 3.1 Phôi hàn đầu vào dự kiến 17 Hình 3.2 Phương án thiết kế tổng quan thiết bị số 18 Hình 3.3 Phương án thiết kế tổng quan thiết bị số 18 Hình 3.4 Phương án lựa chọn thiết kế tổng quan thiết bị 19 Hình 3.5 Phương án thu thập hình ảnh số 20 Hình 3.6 Phương án thu thập hình ảnh số 20 Hình 3.7 Phương án lựa chọn thu thập hình ảnh 22 Hình 4.1 Hình minh họa phơi hàn 30 Hình 4.2 Phơi sau hàn thực tế 30 Hình 4.3 Sơ đồ khối thiết bị 31 Hình 4.4 Bản vẽ lắp thiết bị 32 Hình 4.5 Mơ hình 3D thiết bị 32 Hình 4.6 Nhơm định hình 33 Hình 4.7 Nhựa nhôm aluminium 34 Hình 4.8 Thiết kế chế tạo khung thiết bị 34 Hình 4.9 Camera công nghiệp Flir Grasshopper2 35 Hình 4.10 Thiết kế chế tạo cấu gá camera 36 viii