hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi

Nội dung chính của đồ án: Chương 1: Tổng quan về hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi + Tổng quan về hệ thống ngoại quan phát hiện lỗi + Cấu trúc chính của hệ thống + Thiết bị lắ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

Đà Nẵng, 6 /2024

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn : TS Nguyễn Đức Quận Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trung Hiếu Mã SV: 2050551200127

1 Tên đề tài :

“HỆ THỐNG KIỂM TRA NGOẠI QUAN PHÁT HIỆN LỖI”

Thời gian thực hiện: Từ ngày 15/01/2024 đến ngày 10/05/2024

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

− Các hệ thống kiểm tra ngoại quan trong công nghiệp − Các tài liệu liên quan đến hệ thống ngoại quan và lập trình điều khiển hệ thống − Các tài liệu về xử lý ảnh và phần mềm Labview

3 Nội dung chính của đồ án:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi

+ Tổng quan về hệ thống ngoại quan phát hiện lỗi + Cấu trúc chính của hệ thống

+ Thiết bị lắp đặt trong hệ thống + Nguyên lý hoạt động của hệ thống + Các công nghệ sử dụng trong hệ thống + Ứng dụng của hệ thống trong công nghiệp

+ Phân tích đánh giá ưu nhược điểm của hệ thống Chương 2: Thiết kế hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi

+ Cấu trúc hệ thống + Lựu chọn thiết bị và công suất phần truyền động + Lựa chọn thiết bị phần điều khiển và lập trình + Phân tích và đánh giá hệ thống thiết kế

+ Sơ đồ bản vẽ hệ thống

Chương 3: Chế tạo mô hình hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi

+ Lựa chọn thiết bị để chế tạo mô hình (thiết bị truyền động, công suất, điều

khiển)

+ Chế tạo mô hình + Sơ đồ khối

+ Giới thiệu thiết bị lập trình điều khiển hệ thống

+ Xây dựng thuật toán và lập trình điều khiển mô hình hệ thống bằng PLC

S7-1200 + Thiết kế giao diện giám sát bằng phần mềm Labview

Chương 4: Đánh giá kết quả và hướng phát triển của đề tài

+ Đánh giá kết quả thực hiện đề tài + Thuận lợi và khó khăn khi triển khai thực hiện đề tài + Hướng phát triển của đề tài

4 Các sản phẩm dự kiến

− Thiết kế hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi − Mô hình kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi nắp chai − Báo cáo thuyết minh đề tài

− Trình chiếu Powerpoint − Chương trình điều khiển hệ thống trên Tia Portal − Chương trình xử lý ảnh và giao diện giám sát trên Labview

5 Ngày giao đồ án: 15/01/2024 6 Ngày nộp đồ án: 10/05/2024

Đà Nẵng, ngày 15 tháng 01 năm 2024

Xã hội ngày càng phát triển nhu cầu tiêu dùng của con người cũng tăng lên Không chỉ yêu cầu về chất lượng mà mẫu mã bên ngoài cũng sẽ ít nhiều ảnh hưởng đến người tiêu dùng Chính vì vậy khâu kiểm tra sản phẩm trước khi đóng gói xuất xưởng quyết định xem sản phẩm trao đến tay người tiêu dùng có đạt yêu cầu về bao bì đóng gói hay không Thế nhưng khi sử dụng con người vì một số lý do như sức khoẻ, thiếu ánh sáng, mà chất lượng kiểm tra sản phẩm không cao, năng suất không ổn định, tốn nhiều

chi phí công nhân Vì vậy “Hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi” được ra đời

“Hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi” có thể đáp ứng các yêu cầu về

tăng chất lượng sản phẩm, tối ưu hoá quy trình sản xuất, giảm lãng phí và tiết kiệm chi phí lao động

Từ quá trình tìm hiểu và nghiên cứu về “Hệ thống kiểm tra ngoại quan phát

hiện lỗi” trong thực tế, sau thời gian học tập rèn luyện tại trường “Đại học Sư phạm Kỹ

thuật – Đại học Đà Nẵng”, chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hoá, cùng với trải qua thời gian thực tập tại các công ty như “ Công ty TNHH Công viên Châu Á”, “ Công ty TNHH CDE ” bọn em đã có điều kiện học hỏi, tìm hiểu và tích luỹ kiến thức về chuyên ngành học của mình Nhóm đã được giao và hướng dẫn thực hiện

đề tài “Hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi” với sự hướng dẫn của TS Nguyễn Đức Quận Nhóm đã thiết kế “Hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi” và chế

tạo mô hình hệ thống khâu kiểm tra lỗi đóng nắp chai để thể hiện quá trình kiểm tra lỗi của hệ thống, với các lỗi cơ bản về đóng nắp chai như: hở nắp, không có seal, không có nắp, Các nội dung của hệ thống sẽ được nhóm trình bày trong bài báo cáo dưới đây

Tên đề tài: “Hệ Thống Kiểm Tra Ngoại Quan Phát Hiện Lỗi”

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trung Hiếu Mã sinh viên : 2050551200127 Lớp : 20TDH1 “Chúng tôi xin cam đoan mọi nội dung có trong bài báo cáo tốt nghiệp đề tài hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi đều do chúng tôi tìm hiểu, học hỏi và thực hiện Chúng tôi không sao chép từ bất kỳ bài viết, tài liệu nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có bất kỳ sai phạm nào liên quan đến vấn đề bản quyền hay đạo văn chúng tôi xin chịu hoàn toàn mọi trách nhiệm.”

Sinh viên thực hiện { Chữ ký, họ và tên sinh viên}

Nguyễn Trung Hiếu

Nhận xét của giảng viên hướng dẫn Nhận xét của người phản biện4 Tóm tắt

1.4 Ứng dụng của hệ thống trong công nghiệp 12

1.5 Những ưu nhược điểm của hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi 12

2.2 Lựa chọn thiết bị và công suất phần truyền động 16

2.2.3 Bộ phận quét và kiểm tra sản phẩm 22

2.2.3.1 Sử dụng camera công nghiệp 22

2.3.3 Một số linh kiện khác sử dụng trong hệ thống 29

2.3.3.1 Cảm biến tiệm cận hồng ngoại E3F-R2Y1 29

2.3.3.2 Nguồn tổ ong 24V 10A 30

2.3.3.3 Relay trung gian IDEC RU4S-A220 31

2.3.7.1 Mặt trước – mặt sau tủ điện 38

2.3.7.2 Mặt trái – Mặt phải tủ điện 39

2.3.7.3 Mặt đáy – Mặt trên tủ điện 39

2.3.7.4 Bên trong tủ điện 40

CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO MÔ HÌNH KIỂM TRA NGOẠI QUAN PHÁT HIỆN LỖI 42

3.1 Lựa chọn thiết bị chế tạo mô hình 42

3.1.6 Một số linh kiện khác sử dụng trong mô hình 45

3.1.6.1 Cảm biến hồng ngoại PNP E3F-DS30P1 45

3.1.6.2 Nguồn tổ ong 24VDC 10A 46

3.1.6.3 Relay trung gian OMRON MY4N 14 chân 47

3.2.3 Lưu đồ thuật toán mô hình 53

3.2.4 Sơ đồ đấu nối mô hình 54

3.2.4.1 Bản vẽ thiết kế tủ điện mô hình 54

3.2.4.2 Sơ đồ đấu nối 56

3.3 Giới thiệu thiết bị lập trình điều khiển 57

4.1 Đánh giá và kết quả thực hiện đề tài 68

4.2 Thuận lợi và khó khăn khi triển khai thực hiện đề tài 68

4.3 Hướng phát triển của đề tài 69

TÀI LIỆU THAM KHẢOPHỤ LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU

BẢNG 2.1 Thông số động cơ giảm tốc 80KTYZ 19

BẢNG 2.2 Thông số xilanh khí nén ARTAC TR10 22

BẢNG 2.3 Thông số Camera công nghiệp puA1600-60uc 23

BẢNG 2.4 Thông số Camera công nghiệp acA1600-60gc 24

BẢNG 2.5 Thông số PLC S7 – 1200 CPU 1214C AC/DC/Rly 27

BẢNG 2.6 Thông số màn hình cảm ứng Siemens ITC1500 29

BẢNG 2.7 Thống số cảm biến hồng ngoại E3F-R2Y1 30

BẢNG 2.8 Thông số nguồn tổ ong 24VDC 10A 30

BẢNG 2.9 Thông số relay trung gian IDEC RU4S-A220 31

BẢNG 2.10 Thông số đèn trợ sáng Ring Light 31

BẢNG 2.11 Thông số đèn trợ sáng Back Light 32

BẢNG 2.12 Thông số nút nhấn LA38/203-209B 33

BẢNG 2.13 Thông số đèn báo pha 34

BẢNG 2.14 Thông số van điện từ khí nén Solenoid Coid K15-03 35

BẢNG 2.15 Thiết bị tủ điện hệ thống 41

BẢNG 3.1 Thông số động cơ giảm tốc JGB37-3530 43

BẢNG 3.2 Thông số PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC 43

BẢNG 3.3 Thông số Webcam Logitech C525 44

BẢNG 3.4 Thông số Laptop Lenovo Gaming Ideapad 3 45

BẢNG 3.5 Thông số Xi lanh khí nén TN10X50S 45

BẢNG 3.6 Thông số Cảm biến hồng ngoại PNP E3F-DS30P1 46

BẢNG 3.7 Thông số nguồn tổ ong 24VDC 10A 46

BẢNG 3.10 Thông số đèn báo AD16-22DS 49

BẢNG 3.11 Thông số van điện từ khí nén Solenoid Coid K15-03 49

BẢNG 3.12 Thông số cáp RJ-45 50

BẢNG 3.13 Thông số LED Panel Light 12W 51

BẢNG 3.14 Các linh kiện trong tủ điện mô hình 55

DANH MỤC HÌNH VẼ HÌNH 1.1 Sơ đồ khối quá trình xử lý ảnh 2

HÌNH 1.2 Cấu trúc hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi 4

HÌNH 1.3 Lưu đồ thuật toán hệ thống 7

HÌNH 2.4 Hợp lực tác dụng lên băng tải 19

HÌNH 2.5 Động cơ giảm tốc 80KTYZ 19

HÌNH 2.14 Camera công nghiệp acA1600-60gc 24

HÌNH 2.13 Camera công nghiệp puA1600-60uc 24

HÌNH 2.21 Cảm biến hồng ngoại E3F-R2Y1 30

HÌNH 2.22 Nguồn tổ ong 24VDC 10A 30

HÌNH 2.23 Relay IDEC RUS4S-A220 31

HÌNH 2.24 Đèn trợ sáng Ring Light 32

HÌNH 2.25 Đèn trợ sáng Back Light 32

HÌNH 2.26 Nút nhấn LA38/203-209B 33

HÌNH 2.27 Đèn báo pha 34

HÌNH 2.28 Van điện từ khí nén Solenoid Coid K15-03 34

HÌNH 2.29 Cấu trúc khâu kiểm tra 37

HÌNH 2.30 Cấu trúc toàn bộ hệ thống 37

HÌNH 2.31 Kích thước hệ thống 37

HÌNH 2.32 Kích thước khâu kiểm tra – xử lý 37

HÌNH 2.34 Mặt trước – Mặt sau tủ điện hệ thống 38

HÌNH 2.33 Sơ đồ khối hệ thống 38

HÌNH 2.35 Mặt trái – Mặt phải tủ điện hệ thống 39

HÌNH 2.36 Mặt đáy – Mặt trên tủ điện hệ thống 39

HÌNH 2.37 Mặt trong tủ điện hệ thống 40

HÌNH 2.38 Mạch động lực của hệ thống 41

HÌNH 3.2 Webcam Logitech C525 44

HÌNH 3.3 Laptop Lenovo Gaming Ideapad 3 44

HÌNH 3.4 Xi lanh khí nén TN10X50S 45

HÌNH 3.5 Cảm biến hồng ngoại PNP E3F-DS30P1 46

HÌNH 3.6 Nguồn tổ ong 24VDC 10A 46

HÌNH 3.7 Relay trung gian OMRON MY4N 47

HÌNH 3.12 Led Panel Light 12WHÌNH 3 11 Cáp RJ-45 50

HÌNH 3.12 Led Panel Light 12W 50

HÌNH 3.13 Sơ đồ khối mô hìnhHÌNH 3.12 Led Panel Light 12W 50

HÌNH 3.13 Sơ đồ khối mô hình 52

HÌNH 3.14 Lưu đồ mô hình 53

HÌNH 3.15 Mặt trước-sau tủ điện mô hìnhHÌNH 3.14 Lưu đồ mô hình 53

HÌNH 3.15 Mặt trước-sau tủ điện mô hình 54

HÌNH 3.16 Mặt đáy – mặt trên tủ điện mô hình 54

HÌNH 3.17 Bên trong tủ điện mô hình 55

HÌNH 3.18 Sơ đồ đấu nối PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC trong mô hình 56

HÌNH 3.19 PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC 57

HÌNH 3.21 Analog I/O Modules 58

HÌNH 3.22 Communication Modules 58

HÌNH 3.20 Digital I/O Modules 58

HÌNH 3.23 Biểu tượng TIA Portal trên màn hình 61

HÌNH 3.30 Giao diện điều khiển hệ thống trên Labview 65

HÌNH 3.31 Chương trình hệ thống trên phần mềm Labview 66

CHỮ VIẾT TẮT

trình PLC S7-1200 FBD Function Block Diagram Ngôn ngữ phần mềm lập

trình PLC S7-1200 STL Structured Text Logic Ngôn ngữ phần mềm lập

trình PLC S7-1200

Language

Ngôn ngữ phần mềm lập trình PLC S7-1200

Controller

Thiết bị điều khiển lập

trình

USB Universal Serial Bus Chuẩn kết nối và truyền

PTP Picture Transfer Protocol Giao thức chuyển giao

hình ảnh TIA Portal Total Intergrated

Automation Portal

Phần mềm lập trình hay một Platform Labview Laboratory Virtual

Instrumentation Engineering Workbench

Phần mềm làm việc kỹ thuật thiết bị ảo

VDC Voltage Direct Current Điện áp một chiều VAC Volts Alternating Current Điện áp xoay chiều

MỞ ĐẦU

Ngày nay, các dây chuyền sản xuất tự động được sử dụng ngày càng nhiều lượng hàng hoá lớn yêu cầu khâu kiểm tra lỗi sản phẩm phải hoạt động trơn tru và chính xác Tuy nhiên việc sử dụng con người vì một số lý do chủ qua và khách quan mà chất lượng kiểm tra sản phẩm vẫn còn thấp, năng suất chưa được cao và còn tốn kém vì chi phí

nhân công Chính vì những lý do đó mà “Hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện

lỗi” đã và đang được nhiều dây chuyền sản xuất áp dụng Nhắc đến “Hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi” chúng ta phải nhắc đến ứng dụng của xử lý ảnh kết hợp

với bộ điều khiển trung tâm để thực hiện kiểm tra, đánh giá và xử lý sản phẩm theo yêu cầu mà doanh nghiệp đặt ra

Mục tiêu đề tài của nhóm bọn em là nghiên cứu, khảo sát, tìm hiểu và thiết kế

thành công “Hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi” với các chức năng tương tự

hệ thống trong thực tế Nhóm chọn kiểm tra lỗi đóng nắp của sản phẩm để mô tả quá trình hoạt động của các hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi hiện nay Thiết kế hệ thống có thể hoạt động ổn định và trơn tru nhất có thể Tuy nhiên vì còn hạn chế về mặt kinh tế, kiến thức và kinh nghệm chế tạo các hệ thống công nghiệp nên sản phẩm vẫn cần có nhiều cải tiến để có thể áp dụng vào thực tế

Cấu trúc bài báo cáo này bao gồm: Chương 1: Tìm hiểu các kiến thức liên quan đến hệ thống Từ đó giới thiệu tổng quan về hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi

Chương 2: Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, cấu trúc hệ thống.Từ đó đưa ra phương án thiết kế hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi

Chương 3: Từ phương án thiết kế tiến hành chế tạo mô hình và xây dựng phần mềm cho hệ thống Kết quả chế tạo mô hình kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi đạt yêu cầu đặt ra

Chương 4: Đánh giá kết quả, những thuận lợi và khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài Đưa ra ý tưởng về hướng phát triển của đề tài

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KIỂM TRA NGOẠI QUAN

PHÁT HIỆN LỖI

1.1 Tổng quan về hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi

Hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi là một phần quan trọng của một dây chuyền sản xuất để đảm bảo chất lượng sản phẩm đầu ra của một dây chuyền Hệ thống được đặt ở phần kết của dây chuyền để kiểm tra sản phẩm Từ các tiêu chí như màu sắc, kích thước, hình dáng, thành phần cấu thành sản phẩm mà hệ thống có thể kiểm tra được sản phẩm đã đạt chuẩn đầu ra hay chưa Việc sử dụng hệ thống giúp cho các dây chuyền cho ra sản phẩm có chất lượng cao hơn và tiết kiệm chi phí hơn so với sử dụng con

người trong khâu kiểm tra sản phẩm

Khi nhắc đến hệ thống kiếm tra ngoại quan phát hiện lỗi đầu tiên chúng ta phải

nhắc đến ứng dụng xử lý ảnh Vậy xử lý ảnh là gì?

Xử lý ảnh là một lĩnh vực khoa học gồm tất cả những gì liên quan đến việc thao

tác ảnh nhằm đưa ra được ảnh như mong muốn Xử lý ảnh liên quan đến các hình ảnh

đã có, trong khi đó đồ hoạ máy tính liên quan đến việc tổng hợp hình ảnh thực hoặc ảo trên máy tính Ngoài ra trong đồ hoạ đối tượng là hai hoặc ba chiều, còn trong xử lý ảnh có thể là nhiều hơn [1]

Ảnh cần được xử lý thông qua hệ thống tu nhận ảnh Hệ thống thu nhận ảnh này

bao gồm các thiết bị như camera, máy quét scanner,

HÌNH 1.1 Sơ đồ khối quá trình xử lý ảnh

Ảnh sau khi được thu nhận qua hệ thống thu nhận sẽ được lấy mẫu và số hoá, sau đó sẽ được phân tích theo các loại ảnh Có rất nhiều loại ảnh chúng được lưu trữ dưới các file khác nhau như: file Bitmap, file PCX, file Gif, Ảnh sau khi phân tích sẽ được

lưu trữ và tuỳ theo từng ứng dụng cụ thể mà chọn ra cách thích hợp để phân tích [2]

Vậy tác dụng của xử lý ảnh chính là biến đổi và làm đẹp ảnh, ngoài ra còn tự động phân tích nhận dạng ảnh và đánh giá các nội dung của ảnh

Trong quá trình xử lý ảnh, một ảnh thu nhận vào máy tính phải được mã hoá Hình ảnh khi lưu trữ dưới dạng tệp tin sẽ được số hoá Một số dạng ảnh đã được chuẩn hoá như: ảnh GIF, BMP, PCX, IMG, TIFF,

Ảnh IMG: là ảnh đen trắng, phần đầu của ảnh có 16 byte chứa các thông tin cần thiết, ảnh IMG được nén theo từng dòng Mỗi dòng bao gồm các gói (pack) Các dòng giống nhau cũng nén thành một gói

Ảnh PCX: Định dạng ảnh PCX là một trong những định dang cổ điển nhất, nó thường được dùng để lưu trữ ảnh, nó sử dụng phương pháp mã loại dài RLE (Run-Length-Encoded) để nén dữ liệu ảnh, quá trình nén và giải nén được thực hiện trên từng dòng ảnh

Ảnh TIFF: Là ảnh mà dữ liệu ảnh chứa trong tệp thường được tổ chức thành các nhóm dòng (cột) quét của dữ liệu ảnh

Ảnh GIF (Graphics Interchanger Format): Với định dạng ảnh GIF những vướng mắc mà các định dạng khác gặp phải khi số trong ảnh tăng lên không còn nữa Dạng ảnh GIF cho chất lượng cao đọ phân giải đồ hoạ cũng đạt cao, cho phép hiển thị trên hầu hết các phần cứng

Ảnh BMP (Windows Bitmap): Là một định dạng tập tin hình ảnh khá phổ biến, cấu trúc tập tin ảnh bao gồm 4 phần:

+ Bitmap header (14 byte): giúp nhận dạng tập tin Bitmap + Bitmap Information (40 byte): lưu một số thông tin chi tiết giúp hển thị ảnh + Color Palette (4*x byte), x là số màu của ảnh; định nghĩa các màu sẽ được sử dụng trong ảnh

+ Bitmap data: lưu dữ liệu ảnh

− Bộ phận xử lý sản phẩm không đạt chuẩn

1.1.2 Thiết bị lắp đặt trong hệ thống − Bộ điều khiển

Có chức năng nhận tín hiệu truyền về từ bộ phận quét và kiểm tra sản phẩm sau đó xuất tín hiệu đến bộ phận xử lý sản phẩm không đạt chuẩn

Chúng ta có thể sử dụng PLC hoặc vi điều khiển để thực hiện chức năng trên nhưng nhìn chung trong công nghiệp PLC vẫn luôn là lựa chọn ưu tiên hơn

− Bộ phận vận chuyển sản phẩm

Có chức năng vận chuyển sản phẩm từ đầu vào đi qua bộ phận quét và kiểm tra sản phẩm và đưa sản phẩm đến đầu ra

Thường dùng trong công nghiệp là băng tải PVC

HÌNH 1.2 Cấu trúc hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi

− Bộ phận quét và kiểm tra sản phẩm

Có chức năng thu thập tín hiệu hình ảnh từ thực tế và chuyển dữ liệu hình ảnh về phần mềm xử lý ảnh

Thiết bị sử dụng thường là camera công nghiệp, webcam, cảm biến hình ảnh, − Màn hình hiển thị

Có chức năng hiển thị kết quả kiểm tra sản phẩm của các khâu cũng như giao tiếp trực tiếp với người dùng

Bên cạnh một số hệ thống có màn hình hiển thị và điều khiển tích hợp vào màn

hình máy tính thì màn hình cảm ứng HMI được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống − Bộ phận xử lý sản phẩm không đạt chuẩn

Thực hiện chức năng đẩy sản phẩm lỗi ra khỏi băng tải sau khi nhận tín hiệu từ bộ điều khiển

Thiết bị sử dụng thường là các cánh tay robot có khả năng gắp vật, ngoài ra các

xi-lanh đẩy vật ra khỏi băng chuyền hoặc sevor gạt cũng được sử dụng rất phổ biến

1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

− Ở phía đầu vào của hệ thống, băng tải nhận sản phẩm và vận chuyển chúng đi qua khâu kiểm tra đóng nắp Khi cảm biến phát hiện có sản phẩm trên băng tải, tổng số sản phẩm đã kiểm tra tăng lên 1 đồng thời đèn trợ sáng và camera của khâu kiểm tra đóng nắp sẽ hoạt động để chụp và gửi dữ liệu hình ảnh về phần mềm phân tích

− Sau khi hình ảnh được phân tích, kết quả được hiển thị ra màn hình hiển thị đồng thời tín hiệu được gửi về bộ điều khiển để tiến hành xử lý Nếu sản phẩm không đạt băng tải sẽ đưa sản phẩm đi qua các khâu kiểm tra còn lại mà không cần kiểm tra và sản phẩm được đưa đến bộ phẩn xử lý sản phẩm lỗi khi cảm biến của bộ phận xử lý lỗi phát hiện sản phẩm sẽ kích hoạt xilanh để đẩy sản phẩm ra khỏi băng tải

− Nếu sản phẩm đạt yêu cầu về kiểm tra nắp sẽ được băng tải đưa đến khâu kiểm tra mực chất lỏng Khi cảm biến của khâu kiểm tra mực chất lỏng phát hiện có sản phẩm trên băng tải, đèn trợ sáng và camera của khâu kiểm tra mực chất lỏng hoạt động để chụp và gửi hình ảnh về phần mềm để tiến hành phân tích

− Sau khi hình ảnh được phân tích, kết quả được hiển thị ra màn hình hiển thị đồng thời tín hiệu được gửi về bộ điều khiển để tiến hành xử lý Nếu sản phẩm không đạt băng tải sẽ đưa sản phẩm đi qua các khâu kiểm tra còn lại mà không cần kiểm tra và sản phẩm được đưa đến bộ phận xử lý sản phẩm lỗi khi cảm biến của bộ phận xử lý lỗi phát hiện sản phẩm sẽ kích hoạt xilanh để đẩy sản phẩm ra khỏi băng tải

− Nếu sản phẩm đạt yêu cầu về mực chất lỏng sẽ được băng tải đưa đến khâu kiểm tra tem, nhãn Khi cảm biến của khâu kiểm tra tem, nhãn phát hiện sản phẩm trên băng tải Đèn trợ sáng và camera của khâu kiểm tra tem, nhãn sẽ hoạt động để quét và gửi dữ liệu hình ảnh về phần mềm để phân tích

− Hình ảnh sau khi được phân tích, kết quả được hiển thị ra màn hình hiển thị đồng thời tín hiệu được gửi về bộ điều khiển để tiến hành xử lý Nếu sản phẩm không đạt khi đi đến bộ phận xử lý sản phẩn lỗi cảm của bộ phận xử lý lỗi phát hiện sản phẩm trên băng tải sẽ kích hoạt xi lanh để đẩy sản phẩm ra khỏi băng tải

− Nếu sản phẩm đạt yêu cầu về tem, nhãn sẽ được đưa đến cuối băng tải – đầu ra của hệ thống, để tiến hành đóng gói xuất xưởng

• Lưu đồ thuật toán hệ thống

HÌNH 1.3 Lưu đồ thuật toán hệ thống

1.3 Các công nghệ sử dụng trong hệ thống

Trong tất cả các hệ thống kiểm tra ngoại quan hiện nay đều ứng dụng công nghệ

xử lý ảnh Và trong “Hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi” này cũng vậy Sau

đây ta sẽ xét các bước cần thiết trong quá trình xử lý ảnh Đầu tiên, ảnh từ thực tế sẽ được thu nhận qua các thiết bị như: Camera, webcam, Sau đó ảnh được chuyển thành ảnh số tạo thuận lợi cho việc xử lý ảnh tiếp theo

• Ảnh và điểm ảnh

Trong quá trình số hoá người ta biến đổi tín hiệu liên tục thành tín hiệu rời rạc thông qua quá trình lấy mẫu và lượng tử hóa Do vậy điểm ảnh có thể xem như sự biểu diễn về cường độ sáng hay một dấu hiệu nào đó của ảnh tại một tọa độ nào đó Ảnh còn là tập hợp các điểm ảnh

Ảnh được chia làm ảnh màu và ảnh xám [4]

• Ảnh màu

HÌNH 1.4 Ảnh màu

Ảnh màu được cấu thành từ ba màu chính là Red (Đỏ), Green (Xanh Lục) và Blue (Xanh Lam), là ba màu chính của ánh sáng khi được tách ra từ lăng kính, được gọi là hệ màu RGB Khi trộn ba màu trên theo tỉ lệ nhất định có thể tạo thành các màu khác nhau

Với mỗi bộ 3 số R, G, B nguyên trong khoảng [0, 255] sẽ cho ra một màu khác

nhau Do đó tổng số màu có thể tạo ra bằng hệ màu RGB là 256*256*256 = 16777216

màu

• Ảnh Xám

Tương tự ảnh màu, ảnh xám cũng được biểu diễn bằng một giá trị nguyên trong khoảng [0, 255], tuy nhiên thay vì kết hợp bộ 3 như trong hệ màu RGB thì ảnh xám chỉ cần 1 giá trị để biểu diễn cho 1 pixel

HÌNH 1.5 Hệ màu RGB

HÌNH 1.6 Ảnh xám

Giá trị 0 là màu đen và giá trị 255 là màu trắng, do vậy giá trị pixel càng gần 0 thì càng tối và càng gần 255 thì càng sáng

• Ảnh nhị phân

Hay còn gọi là Binary Image trong tiếng anh, là ảnh đen trắng chỉ có 2 giá trị là 0 và 255 (miền số nguyên) hoặc 0 và 1 (miền số thực)

• Chuyển hệ màu của ảnh

Vì mỗi pixel trong ảnh màu được biểu diễn bằng 3 giá trị (R, G, B) còn trong ảnh đen trắng chỉ cần 1 giá trị để biểu diễn nên khi chuyển ảnh màu sang ảnh xám có thể dùng công thức:

X = R * 0.299 + G * 0.587 + B * 0.114

Sau khi chuyển ảnh màu sang ảnh xám chúng ta có thể tiếp tục chuyển từ ảnh xám sang ảnh nhị phân bằng cách thiết lập ngưỡng (Threshold) để nhị phân hoá ảnh Áp dụng ngưỡng vào ảnh xám để tạo ra ảnh nhị phân hoặc giải thuật nhị phân hoá ảnh Các pixel có giá trị lớn hơn ngưỡng ta thiết lập bằng 255 (hoặc 1), nhỏ hơn ngưỡng ta thiết lập bằng 0

• Biên

Sau khi hình ảnh được thu nhận, chúng ta cần xác định biên của sản phẩm để từ đó đem đi so sánh với mẫu cài từ trước để tiến hành so sánh và đưa ra kết quả đánh giá Vậy biên là gì? Biên là ranh giới giữa một đối tượng và nền hay là đường ranh giới phân biệt giữa hai đối tượng kề nhau Tập hợp các điểm biên tạo thành biên hay đường bao của ảnh Do đó một điểm có thể là biên nếu đó là điểm đen và có ít nhất một điểm sáng lân cận nó

HÌNH 1.7 Ảnh nhị phân

• Pixel (Picture element)

Là phần tử ảnh, điểm ảnh Ảnh trong thực tế là ảnh liên tục về không gian độ sáng Để có thể xử lý ảnh bằng máy tính cần phải tiến hành số hóa, người ta biến đổi tín hiệu liên tục sang tín hiệu rời rạc thông qua quá trình lấy mẫu (rời rạc hóa về không gian) và lượng hóa thành phần giá trị mà về nguyên tắc bằng mắt thường không phân biệt được hai điểm kề nhau Do vậy một điểm ảnh là tập hợp các pixel, mỗi pixel gồm một cặp tọa độ x, y và màu Một pixel có thể lưu trữ trên 1, 4, 8 hay 24 bit [4]

• Biểu diễn ảnh

Trong biểu diễn ảnh, người ta dùng các phần tử đặc trưng của ảnh là pixel Có thể xem một hàm hai biến chứa các thông tin như biểu diễn của ảnh, việc xử lý ảnh số yêu cầu ảnh phải được mã hóa và lượng tử hóa Việc lượng tử hóa ảnh là chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số của một ảnh đã lấy mẫu sang một số hữu hạn mức xám

Một số mô hình thường được sử dụng trong xử lý ảnh, mô hình toán, mô hình thống kê

• Tăng cường và khôi phục ảnh

Tăng cường ảnh là bước quan trọng tạo tiền đề cho xử lý ảnh, gồm một loạt các kỹ thuật như: lọc độ tương phản, khử nhiễu, nổi màu,

Khôi phục ảnh là nhằm loại bỏ các suy giảm trong ảnh

• Biến đổi ảnh

Trong thuật ngữ biến đổi ảnh thường được dùng để nói đến một lớp các ma trận đơn vị và các kỹ thuật dùng để biến đổi ảnh Một số loại biến đổi được dùng như: biến đổi Fourier, Sin, Cosin, Hadamard, tích Kronecker, biến đổi Karhumen Loeve,

• Phân tích ảnh

Liên quan đến việc xác định các độ đo định lượng của một ảnh để đưa ra một mô tả đầy đủ về ảnh Các kỹ thuật được sử dụng ở đây nhằm mục đích xác định biên của ảnh

• Nhận dạng ảnh

Là quá trình liên quan đến việc mô tả các đối tượng mà người ta muốn đặc tả nó Quá trình nhận dạng thường đi sau quá trình trích chọn đặc tính chủ yếu của đối tượng

Có hai kiểu mô tả đối tượng đó là mô tả tham số ( nhận dạng theo tham số ) và mô tả theo cấu trúc (nhận dạng theo cấu trúc)

• Nén ảnh

Dữ liệu ảnh cũng như các dữ liệu khác cần phải lưu trữ hay truyền đi trên mạng, lượng thông tin để biểu diễn cho một ảnh là rất lớn Do đó làm giảm lượng thông tin hay nén dữ liệu là một nhu cầu cần thiết

1.4 Ứng dụng của hệ thống trong công nghiệp

Hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi có thể ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất như [5]

− Sản xuất nước đóng chai : Hệ thống có thể được sử dụng để kiểm tra các lỗi về đóng nắp chai (hở nắp, mất nắp, ), kiểm tra dung tích nước kết hợp đếm số lượng để tính toán số lượng sản phẩm đạt yêu cầu

− Sản xuất ô tô: Hệ thống có thể được sử dụng để kiểm tra các lỗi như lỗi hàn, lỗi bề mặt, lỗi hình dáng và lỗi kích thước

− Sản xuất điện tử: Hệ thống được sử dụng để kiểm tra linh kiện của điện thoại, máy tính bảng, máy tính xách tay hay các linh kiện điện tử khác

− Sản xuất thực phẩm: Hệ thống được sử dụng để kiểm tra sản phẩm về các lỗi như lỗi hình dáng, màu sắc, kích thước và các lỗi khác của sản phẩm thực phẩm − Sản xuất dược phẩm: Hệ thống được sử dụng để kiểm tra lỗi về hình dáng, màu

sắc, kích thước, các lỗi khác của các viên thuốc và bao bì thuốc − Sản xuất giày dép: hệ thống được dùng để kiểm tra các lỗi về hình dáng, kích

thước và các lỗi khác của các sản phẩm giày dép − Hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi được sử dụng rộng rãi trong các ngành

công nghiệp khác nhau để đảm bảo chất lượng sản phẩm, tăng năng suất làm việc và giảm bớt chi phí công nhân

1.5 Những ưu nhược điểm của hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi

1.5.1 Ưu điểm

− Có thể hoạt động 24/24 trong điều kiện nguồn điện được cung cấp ổn định − Không chịu tác động của các yếu tố cảm xúc trong công việc như khi sử dụng

con người

− Tính chính xác, độ tin cậy cao − Tốc độ xử lý cao hơn nên cho năng suất cao hơn con người − Tiết kiện chi phí hơn so với khi sử dụng công nhân

− Để chất lượng hình ảnh thu được càng rõ nét, thuận lợi cho quá trình phân tích ảnh thì cần trang bị camera có độ phân giải, tốc độ khung hình cao khiến chi phí đầu tư cũng tăng lên

− Vì là máy móc không có khả năng nhận biết và xử lý tình huống như con người nên khi gặp trục trặc hệ thống sẽ mất ổn định Chính vì vậy cần nguồn điện ổn định cho hệ thống hoạt động

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG KIỂM TRA NGOẠI QUAN PHÁT

2.1.2 Cấu trúc tổng thể

Sau quá trình tìm hiểu, khảo sát hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi trong thực tế nhóm em thiết kế hệ thống kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi với cấu trúc chính bao gồm:

(1) Bộ điều khiển (2) Bộ phận vận chuyển sản phẩm (3) Bộ phận quét và kiểm tra sản phẩm (4) Màn hình hiển thị

(5) Bộ phận xử lý sản phẩm không đạt

HÌNH 2.1 Cấu trúc hệ thống

• Khâu vận chuyển

Hệ thống này nhóm em lựa chọn sử dụng băng tải để vận chuyển sản phẩm đi qua các khâu kiểm tra và xử lý

• Khâu kiểm tra ngoại quan

Có chức năng quét toàn bộ sản phẩm, sau đó gửi dữ liệu hình ảnh về phần mềm để tiến hành phân tích và xử lý ảnh Đây được coi như con mắt của hệ thống, là khâu thu nhận hình ảnh của hệ thống là bước đầu tiên trong việc kiểm tra hình ảnh Tại đây sản phẩm được kiểm tra về chất lượng đóng nắp chai, kiểm tra mục chất lỏng và kiểm tra chất lượng tem nhãn

• Khâu điều khiển và giám sát

Là đầu não của hệ thống, cũng là khâu có chức năng giao tiếp với người điều khiển Dữ liệu hình ảnh sẽ được chuyển về phần mềm, sau quá trình phân tích và xử lý ảnh tín hiệu đánh giá được đưa ra màn hình hiển thị để thông báo với người điều khiển, đồng thời tín hiệu từ phần mềm cũng sẽ được gửi về bộ điều khiển rồi từ đây xuất tín hiệu để điều khiển khâu xử lý

− Tốc độ kiểm tra sản phẩm nhanh

• Nhược điểm

− Chỉ có thể kiểm tra 1 phần bề mặt sản phẩm Phương án 2: Sử dụng băng tải vận chuyển 1 luồng sản phẩm

• Ưu điểm

− Có thể kiểm tra nhiều mặt của sản phẩm − Kết cấu tổng thể gọn gàng

• Nhược điểm

− Chỉ có thể kiểm tra một sản phẩm một lượt

Kết luận : Để có chất lượng kiểm tra sản phẩm tốt nhất nhóm chọn thiết kế hệ

thống theo phương án 2 với băng tải chỉ vận chuyển một luồng sản phẩm Như vậy khi kiểm tra có thể kiểm tra một cách toàn diện đối với sản phẩm

2.2 Lựa chọn thiết bị và công suất phần truyền động

− Tang quay: Được chế tạo phía cuối băng tải, được gọi là tang bị động Tang quay có tác dụng kéo căng dây băng tải

− Khung băng tải: Chế tạo từ các chất liệu như inox, thép mạ kẽm, nhôm định hình, Mục đích là để nâng đỡ, cố định các tiết bị với nhau bằng con lăn nâng đỡ − Rulo chủ động, rulo bị động

− Dây băng tải − Cơ cấu nâng đỡ − Cơ cấu dẫn hướng

• Nguyên lý làm việc

Khi cấp nguồn động cơ hoạt động trục động cơ quay khiến các bánh răng liên kết quay, các bánh răng liên kết với nhau là cho trục đầu ra của hộp số quay, trục đầu ra hộp số liên kết với một đầu tang của băng tải, khi tang quay lực ma sát giữa tang và dây băng tải khiến cho dây băng tải chuyển động Tuỳ vào nhu cầu sử dụng chúng ta có thể điều khiển tốc độ băng tải cho phù hợp Khi sản phẩm đặt lên dây băng tải, do giữa dây băng tải và sản phẩm có lực ma sát nghỉ nên sản phẩm cũng sẽ di chuyển theo hướng mà dây băng tải chuyển động

• Ưu điểm − Có thể điều chỉnh tốc độ động cơ − Có khả năng chịu nhiệt, chống ẩm, chống nấm mốc và hạn chế gây mùi − Vận hành ổn định cho năng suất cao

− Mặt băng tải chống dầu mỡ giúp đảm bảo an toàn chống trơn trượt, bề mặt băng tải nhám hoặc có gân để tăng độ ma sát tăng khả năng bám dính của sản phẩm

trong quá trình vận chuyển − Bền bỉ, tuổi thọ cao mặt băng tải không bị giãn trong quá trình sử dụng • Nhược điểm

− Độ nghiêng băng tải không vượt quá 24 độ − Chạy băng tải với tốc độ cao trong thời gian dài làm giảm tuổi thọ của băng tải • Tính chọn băng tải

Yêu cầu đặt ra:

− Tốc độ vận chuyển 7200 sản phẩm/giờ − Có khả năng vận chuyển hai loại sản phẩm nước đóng chai 350ml và 500ml − Tiết kiệm chi phí

Để phù hợp cho mục đích sử dụng lựa chọn loại băng tải mini dài 150cm, rộng

10cm, đường kính rulo D = 60mm = 0,06m

Lý do:

+ Dựa vào tài lài liệu tham khảo của “ Công ty Việt Anh nói về dây chuyền sản xuất nước đóng chai tự động”, nhận thấy cách thức vận hành của băng tải trong khâu chiết rót và khâu kiểm tra ngoại quan có sự khác biệt Chính vì vậy nhóm đưa ra phương án sử dụng băng tải riêng cho khâu kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi

+ Hệ thống kiểm tra ngoại quan lỗi sẽ được thiết kế gồm 3 khâu kiểm tra bao gồm: Kiểm tra tem nhãn, kiểm tra dung tích và kiểm tra nắp chai Vì vậy để tránh ảnh hưởng của ánh sáng bên ngoài và có không gian lắp đặt thiết bị cho khâu kiểm tra cũng như khâu xử lý cần lựa chọn băng tải có chiều dài 150cm để có đủ không gian lắp đạt các khâu

− Ta tính được khối lượng dây belt dày 3mm là:

𝛑 𝐃 = 𝟎,𝟏 𝟔𝟎

𝛑 𝟎,𝟎𝟔 ≈ 32 (rpm)

− Khối lượng mỗi chai nước 500ml là : m1’ = 517 g = 0,517 kg [9]

− Tải trọng yêu cầu của băng tải W = (n m1’ + m2) g = (30 0,517 + 1,08) 10

≈ 166 (N) ( lấy gia tốc trọng trường g = 10 m/s²) Lựa chọn băng tải có tải trọng tối đa : W’ = 170 N − Lực ma sát giữa dây đai và băng tải Fms = W’ u = 170 0,3 = 51 (N) − Lực ma sát trên trục rulo là Ft = Fms 0,9 = 51 0,9 = 45,9 (N)

− Lực kéo cần thiết trên trục rulo là F = Ft + Fms = 51 + 45,9 = 96,9 (N)

− Mô men xoắn cần thiết trên trục công tác là Tm = 𝐅 𝐃

𝟐 𝐧𝟏 = 𝟗𝟔,𝟗 𝟎,𝟎𝟔

𝟐 𝟎,𝟗 = 3,23 (Nm) Kết luận: từ những thông số trên để tiến hành lựa chọn động cơ giảm tốc 80KTYZ

220V [10], với các thông số thể hiện trong bảng 2.1

BẢNG 2.1 Thông số động cơ giảm tốc 80KTYZ

HÌNH 2.4 Hợp lực tác dụng lên băng tải

HÌNH 2.5 Động cơ giảm tốc 80KTYZ

2.2.2.1 Sử dụng Sevor

• Ưu điểm

− Dễ sử dụng − Giá cả phải chăng − Có thể kiểm soát tốc độ

• Ưu điểm

− Hoạt động chính xác theo lập trình − Độ tin cậy cao

− Có khả năng hoạt động liên tục 24/7

• Nhược điểm

Cần nguồn cấp khí nén phải ổn định và liên tục

Kết luận: Lựa chọn xilanh sử dụng cho bộ phận xử lý sản phẩm lỗi

2.2.2.4 Tính chọn xilanh

− Lực đẩy xilanh Fđẩy = P x A (kg)

− P = 6kg/cm² - 8kg/cm² là áp suất máy khí nén mini − A = π 𝐃²

𝟒 (cm²) là tiết diện của xi lanh, với D (cm) là đường kính

HÌNH 2.8 Xilanh kép HÌNH 2.9 Xilanh đơn

2.2.3 Bộ phận quét và kiểm tra sản phẩm

Yêu cầu: Tốc độ lấy mẫu nhanh, rõ nét

2.2.3.1 Sử dụng camera công nghiệp

HÌNH 2.11 Camera công nghiệp

HÌNH 2.10 Xilanh khí nén ARTAC TR10