hệ thống kiểm tra linh kiện trên bo mạch điện tử sử dụng công nghệ xử lý ảnh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG KIỂM TRA LINH KIỆN TRÊN BO MẠCH ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG CÔNG

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Ý nghĩa khoa học

Xây dựng cơ sở khoa học về khả năng ứng dụng và hoạt động của mô hình đới với nền công nghiệp nước nhà.

Ý nghĩa thực tiễn

Vận dụng lý thuyết cơ học vào thực tiễn tính toán , vươn lên để làm chủ việc thiết kế độc lập tại công ty Vấn đề này có ý nghĩa thực tiễn cho các doanh nghiệp, để tiến hành việc công nghiệp hóa các công đoạn lắp ráp thành phẩm và vừa có thể tự chế tạo máy để làm chủ được công nghệ kỹ thuật theo nguyên tắc lý thuyết và thực tiễn trong nghiên cứu chế tạo máy tự động Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

Đề tài này chúng tôi sẽ nghiên cứu các vấn đề sau:

• Tìm hiểu quy trình, thiết kế và lập trình điều khiển mô hình tay gắp

• Thiết kế trạm quản lý và giám sát mô hình từ xa

• Ứng dụng truyển thông IOT vào trong công nghiệp

• Xây dựng thêm các tính năng cho hệ thống như cảnh báo email khi có sự kiện xảy ra, xuất file excel báo cáo.

Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi: nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống Hệ thống bao gồm những phần chính như: băng tải, cơ cấu gạt, cảm biến và cơ cấu xử lý ảnh Đối tượng nghiên cứu: hệ thống phát hiện và xử lý bo mạch không đạt chuẩn Hệ thống điều khiển bởi bộ điều khiển PLC Nghiên cứu đặc tính sản xuất và lập trình điều khiển hệ thống Mục tiêu và phương pháp tiếp cận

Mục tiêu

• Thiết kế và chế tạo thành công mô hình hệ thống sử dụng PLC

• Nghiên cứu tìm hiểu và lập trình điều khiển PLC

• Tìm hiểu nâng cao kiến thức về về các hệ thống dây chuyền hoạt động của các nhà máy, doanh nghiệp cụ thể là hệ thống kiểm tra và giám sát sản phẩm.

Phương pháp tiếp cận

• Tham khảo các tài liệu, các nguồn thông tin trên mạng và trên hệ thống báo chí

• Quan sát thực tế tiếp cận vấn đề, thực nghiệm quá trình hoạt động của các khâu kiểm tra tại các nhà máy, các hộ kinh doanh

• Tìm hiểu xác định các khó khăn, vướng mắc mà trong quá trình dựng sản phẩm gặp phải

• Tham khảo, nghiên cứu các hệ thống đã có sẵn trên thị trường để tìm cách tối ưu…

Quy trình sản xuất bo mạch in điện tử (PCB) thường đòi hỏi công nghệ cao và quá trình kiểm tra sự hiện diện của các linh kiện trên PCB là một trong những công đoạn khó khăn Công nghệ xử lý ảnh đem lại ưu điểm tốc độ xử lý nhanh và độ chính xác cao, song giá thành hệ thống thường đắt đỏ Giải pháp mà đồ án nghiên cứu đưa ra chính là kiểm tra các linh kiện bị thiếu trên PCB đã hoàn thiện.

7 giải thuật phù hợp được đề xuất cho camera giá thành thấp, cho phép xây dựng một quy trình kiểm tra có tính đơn giản và kinh tế hơn

Tổng quan về các phương án

❖ Việc lựa chọn thiết bị cho hệ thống xử lý ảnh có nhiều phương án, bao gồm:

• Sử dụng ánh sáng thường (ánh sáng người nhìn thấy, có bước sóng từ 0,4 – 0,75 m Hệ thống này dùng để kiểm tra những lỗi bề mặt như kiểm tra bo lúc chưa gắn linh kiện, kiểm tra mối hàn chì, kiểm tra thiếu linh kiện

• Dùng tia X (X quang, có bước sóng từ 0,01 đến 10 nm (nanomet) Hệ thống xử lý ảnh dạng này dùng để thực hiện những phép đo nhanh và chính xác cho những bo nhiều lớp

• Dùng siêu âm: Bằng cách phát ra dải sóng siêu âm và nhận tín hiệu phản hồi, hệ thống này có thể phát hiện lỗi ở các mối hàn chì

• Ảnh nhiệt: Sử dụng công nghệ laser hoặc ánh sáng hồng ngoại, hệ thống được dùng để đo các điểm sinh nhiệt khi bo mạch đang hoạt động, kiểm tra các vị trí ngắn mạch hoặc quá nhiệt

❖ Các phương án trong giải thuật xử lý:

Có nhiều phương pháp kiểm tra chất lượng PCB sử dụng camera Tuy nhiên, có thể phân thành hai nhóm chính: phương pháp có tham chiếu dữ liệu ảnh mẫu và phương pháp không tham chiếu dữ liệu ảnh mẫu.

Phương pháp có tham khảo dữ liệu ảnh mẫu

Phương pháp này yêu cầu phải có một ảnh chuẩn (không có khuyết điểm nào) Khi tiến hành kiểm tra, ảnh cần kiểm được đưa vào phân tích cùng với ảnh chuẩn Phép trừ ảnh chuẩn với ảnh kiểm tra là một phương pháp phổ biến được sử dụng Theo đó, ảnh kiểm tra được cân chỉnh lại sao cho tương đồng với ảnh chuẩn (do sai lệch khi chụp ảnh) Sau đó, phép trừ ảnh chuẩn với ảnh kiểm tra được tiến hành và cho ra kết quả là ảnh âm và ảnh dương Những ảnh này lại được phân ngưỡng, nhị phân hóa, lọc nhiễu và cuối cùng được đánh giá, xếp loại mức khuyết điểm.

Phương pháp không tham khảo dữ liệu ảnh mẫu

Phương pháp thiết kế linh kiện là một cách kiểm tra bo mạch, thay vì so sánh với ảnh chuẩn Phương pháp này sử dụng một bộ các quy tắc thiết kế được tạo ra khi thiết kế mạch để xác minh bo mạch, bao gồm các tiêu chuẩn về kích thước, vị trí và hướng của linh kiện, đồng thời thực hiện kiểm tra trên hình ảnh thu được.

• Giải quyết vấn đề thiếu linh kiện trên bo mạch

• Độ linh hoạt của thiết bị

• Có độ chính các cao

• Kinh phí chế tạo phù hợp với quy mô dự án

• Các kết cấu cơ khí phải được thiết kế nhỏ gọn, độ bền cao, tháo ráp dễ dàng và tiện lợi cho việc gắn các thiết bị cảm biến và hệ thống truyền động của băng tải

Phương án có tham khảo dữ liệu ảnh mẫu

• Có thể tự động hóa hoàn toàn quá trình kiểm tra, giúp giảm chi phí lao động và cải thiện hiệu suất

• Hệ thống có thể đạt được độ chính xác cao trong việc phát hiện các lỗi linh kiện, đặc biệt là các lỗi nhỏ hoặc khó phát hiện Điều này là do hệ thống sử dụng dữ liệu ảnh mẫu để huấn luyện mô hình phân loại

• Hệ thống này có thể được sử dụng để kiểm tra các linh kiện có hình dạng và kích thước khác nhau Điều này là do hệ thống sử dụng các thuật toán xử lý ảnh để trích xuất các đặc điểm của các linh kiện

• Chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống này có thể cao Điều này là do hệ thống này cần sử dụng các thiết bị như máy ảnh công nghiệp, phần mềm xử lý ảnh và máy tính

• Hệ thống này có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường, chẳng hạn như ánh sáng, nhiệt độ và độ ẩm Điều này là do các thuật toán xử lý ảnh của hệ thống phụ thuộc vào các đặc điểm của hình ảnh.

Phương án không tham khảo ảnh mẫu

• Chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống này thấp Điều này là do hệ thống này không cần sử dụng dữ liệu ảnh mẫy để huấn luyện mô hình phân loại (việc thu thập và chuẩn bị dữ liệu ảnh mẫu là một công việc tốn kém và đòi hỏi nhiều thời gian)

• Sử dụng các thuật toán xử lý ảnh đơn giản

Hệ thống xử lý ảnh này hoạt động hiệu quả trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau, bất kể ánh sáng, nhiệt độ hay độ ẩm Đặc điểm nổi bật này là nhờ vào các thuật toán xử lý ảnh độc lập với các thuộc tính cụ thể của hình ảnh.

Độ chính xác của hệ thống này còn hạn chế do sử dụng các thuật toán xử lý ảnh đơn giản, dẫn đến khả năng phát hiện lỗi nhỏ hoặc khó nhận biết còn kém.

• Hệ thống này có thể chỉ được sử dụng để kiểm tra các linh kiện có hình dạng và kích thước tương tự Hệ thống này không thể kiểm tra các linh kiện có hình dạng phức tạp hoặc kích thước khác nhau

Sau khi khảo sát thực tế, tham khảo nhiều loại hệ thống kiểm tra linh kiện trên bo mạch điện tử tự động để tìm ra việc giải quyết vấn đề thiếu linh kiện trên bo mạch Xét theo tiêu chí kinh tế, cũng như độ linh hoạt của thiết bị Nhóm đề xuất phương án xử lý ảnh dùng camera thường (camera với cảm biến có thể nhận được ánh sáng trong vùng nhìn thấy) là phương án tốt nhất Bên cạnh đó, nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật, những camera ngày nay có độ phân giải cao, thời gian truyền nhận dữ liệu nhanh, góp phần tối ưu chất lượng và thời gian kiểm tra trên dây chuyền

Trong giải thuật xử lý, nhóm nghiên cứu đề xuất phương án kiểm tra bằng cách tham khảo dữ liệu ảnh mẫu, vì trong thực tế, do tính chất bảo mật, bản thiết kế chuẩn của PCB thường không được công bố rộng rãi.

Chương 1 cho chúng ta nhìn thấy tổng quan đề tài một cách khách quan, qua đó giúp cho chúng ta hiểu thêm về tổng quan công nghệ trong các nhà máy ở Việt Nam, cũng như phân tích rõ các yêu cầu bài toán đã đặt ra Từ đó sẽ đề ra các phương pháp nghiên cứu phù hợp với bài toán Rồi đi đến xây dựng tổng quan đề tài để thực hiện các chương tiếp theo.

TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200, PHẦN MỀM TIA PORTAL VÀ HỆ THỐNG XỬ LÝ ẢNH

Lý thuyết về xử lý ảnh

Xử lý ảnh hay xử lý ảnh kỹ thuật số là một phân ngành trong xử lý số tín hiệu với tín hiệu xử lý là ảnh Đây là một phân ngành khoa học mới rất phát triển trong những năm gần đây Xử lý ảnh gồm 4 lĩnh vực chính: xử lý nâng cao chất lượng ảnh, nhận dạng ảnh, nén ảnh và truy vấn ảnh Sự phát triển của xử lý ảnh đem lại rất nhiều lợi ích cho cuộc sống của con người

Ngày nay xử lý ảnh đã được áp dụng rất rộng rãi trong đời sống như: photoshop, nén ảnh, nén video, nhận dạng biển số xe, nhận dạng khuôn mặt, nhận dạng chữ viết, xử lý ảnh thiên văn, ảnh y tế,

Trong đề tài này sẽ tìm hiểu về lĩnh vực nhận dạng ảnh Các bước cơ bản của xử lý ảnh Ảnh số là tập hợp các điểm ảnh (Pixel) có giá trị mức xám xác định dùng để mô tả ảnh gần với ảnh thật, trong đề tài này chỉ xét đến ảnh 2 chiều, một ảnh sau khi được số hóa có thể được mô tả như một ma trận điểm A[M, N] trong không gian hai chiều trong đó M và N là số cột và số hàng của các điểm ảnh Một điểm ảnh bất kì lúc này sẽ có tọa độ A(x, y) với 0=