Máy kiểm tra ngoại quan

LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin cảm ơn tất quý Thầy Cô tham gia giảng dạy chương trình Cơ điện tử khóa 2011 trang bị cho em kiến thức sở suốt trình học tập trường Với trân trọng cảm kích, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc TS Lê Thanh Hải, người thầy dành nhiều thời gian, tâm huyết hướng dẫn tận tình giúp em hoàn thành đề tài luận văn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô bạn khoa Cơ Khí cho em lời khuyên xác đáng, kịp thời gặp khó khăn trình làm luận văn Ngoài ra, em xin cảm ơn công ty YUWA tạo điều kiện thuận lợi cho em tìm hiểu, học tập tiếp cận thực tế Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến cha mẹ, người thân gia đình hết lòng chăm sóc, ủng hộ, động viên để em vượt qua khó khăn hoàn thành luận văn tốt nghiệp i TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn trình tìm tòi, học hỏi để giải vấn đề thực tiễn đời sống sản xuất, thiết kế máy kiểm tra ngoại quan sản phẩm Máy có chức kiểm tra sản phẩm ngành phun ép nhựa, giúp tiết kiệm thời gian, nhân công bước tiến tới tự động hóa khâu kiểm tra Máy gồm phận chính, bao gồm: phận phát sản phẩm; phận vận chuyển sản phẩm; phận nhận dạng khuyết tật phận phân loại sản phẩm Máy sử dụng cảm biến quang có chức phát sản phẩm, vòi phun khí có nhiệm vụ phân loại sản phẩm Bộ phận vận chuyển mâm xoay làm nhựa acrylic suốt, chống tĩnh điện Bộ phận nhận dạng khuyết tật trang bị webcam LOGITECH C920 có chức chụp ảnh với hỗ trợ đèn chiếu sáng Ngoài ra, phần thiết kế khí lựa chọn sử dụng nhôm định hình làm khung máy Phần thiết kế điều khiển, luận văn sử dụng PLC điều khiển hoạt động hệ thống giao tiếp với máy tính thông qua module chuyên dùng FX2N-232IF Ngoài ra, máy sử dụng đếm tốc độ cao để đọc tín hiệu xung từ encoder Phần xử lý nhận dạng khuyết tật, thiết kế chương trình viết phần mềm MATLAB sở thuật toán“ phân tích thành phần chính” Trong đề tài, đối tượng chọn thử nghiệm nút áo với khuyết tật: hình dạng, bít lỗ trầy Qua trình xử lý nhận dạng khuyết tật, kết thu kiểm tra khuyết tật với kết thu tốt độ xác, tốc độ xử lý Tuy nhiên, hệ thống số khuyết điểm khí chương trình xử lý ảnh cần phát triển để hoạt động đa dạng, hiệu tối ưu Luận văn chia làm chương với phần chính: tổng quan; thiết kế khí; thiết kế mạch điện điều khiển; xử lý ảnh nhận dạng khuyết tật; thực nghiệm đánh giá kết quả; kết luận hướng phát triển đề tài Cụ thể trình bày phần nội dung ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH HÌNH ẢNH v DANH SÁCH BẢNG BIỂU viii CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Khái niệm kiểm tra ngoại quan khuyết tật điển hình 1.2.1 Khái niệm kiểm tra ngoại quan 1.2.2 Các khuyết tật điển hình trình kiểm tra 1.3 Một số hệ thống kiểm tra sản phẩm 1.3.1 Hệ thống camera kiểm tra khuôn hãng USHIO 1.3.2 Máy kiểm tra sản phẩm tự động hãng ASV Software 1.3.3 Nguyên lý hoạt dộng chung máy kiểm tra 1.4 Mục tiêu hướng tới 1.5 Nhiệm vụ phạm vi đề tài 1.6 Tổ chức luận văn CHƢƠNG THIẾT KẾ CƠ KHÍ 2.1 Khung máy 2.1.1 Lựa chọn phương án 2.1.2 Kích thước 10 2.2 Bộ phận vận chuyển sản phẩm 12 2.2.1 Lựa chọn phương án 13 2.2.2 Kích thước vật liệu 14 2.2.3 Tính toán chọn động 15 2.3 Bộ phận phân loại sản phẩm 19 2.3.1 Lựa chọn phương án 19 2.3.2 Tính toán, lựa chọn van khí nén 21 2.4 Các chi tiết phụ khác 23 2.5 Tính toán bền 26 iii CHƢƠNG THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN- BỘ ĐIỀU KHIỂN 29 3.1 Lựa chọn phương án điều khiển 29 3.2 Driver điều khiển động 31 3.3 Giao tiếp máy tính PLC 34 3.3.1 Giao tiếp PLC-Module FX2N-232IF 34 3.3.2 Giao tiếp máy tính- MATLAB 38 3.4 Bộ đếm tốc độ cao (High Speed Counter-HSC) 39 3.5 Xây dựng giải thuật điều khiển 40 3.5.1 Đầu 40 3.5.2 Lưu đồ giải thuật 41 3.5.3 Một số lệnh sử dụng lập trình PLC 45 CHƢƠNG XỬ LÝ ẢNH- NHẬN DẠNG KHUYẾT TẬT SẢN PHẨM 46 4.1 Tổng quan hệ thống xử lý ảnh 46 4.2 Đặt vấn đề 47 4.3 Giải vấn đề 48 4.3.1 Chọn lựa camera- đèn 48 4.3.2 Thuật toán PCA- nhận dạng khuyết tật sản phẩm 50 4.3.3 Giao diện chương trình nhận dạng khuyết tật 57 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM- ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 58 5.1 Thực nghiệm khả phát lỗi 58 5.1.1 Khuyết tật mặt 58 5.1.2 Khuyết tật mặt 61 5.2 Đánh giá kết 62 5.3 Kết luận 62 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 63 6.1 Những kết đạt 63 6.2 Những kết chưa đạt 63 6.3 Hướng phát triển đề tài 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 iv DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1 Khu vực kiểm tra sản phẩm Hình 1.2 Sản phẩm lỗi bavia Hình 1.3 Sản phẩm lỗi hình dạng Hình 1.4 Sản phẩm lỗi trầy xước Hình 1.5 Sản phẩm lỗi rạn nứt Hình 1.6 Sản phẩm lỗi bọt khí Hình 1.7 Hệ thống kiểm tra khuôn hãng USHIO Hình 1.8 Nguyên lý hoạt động hệ thống kiểm tra khuôn Hình 1.9 Máy kiểm tra sản phẩm tự động hãng ASV Software Hình 1.10 Nguyên lý hoạt động chung máy kiểm tra ngoại quan Hình 2.1 Kích thước biên dạng nhôm định hình HFS63030 Hình 2.2 Kích thước biên dạng Bracket HBLFSN6 Hình 2.3 Tải trọng cho phép gối đỡ Bracket HBLFSN6 Hình 2.4 Khoảng cách từ vị trí robot thả sản phẩm tới xưởng Hình 2.5 Khoảng cách từ đỡ tới xưởng Hình 2.6 Khoảng cách máy phun ép Hình 2.7 Sơ đồ bố trí thiết bị Hình 2.8 Chiều rộng- chiều dài máy Hình 2.9 Băng tải vận chuyển sản phẩm Hình 2.10 Mâm xoay vận chuyển sản phẩm Hình 2.11 Kích thước mâm xoay Hình 2.12 Thông số động HCKFS053G7 Hình 2.13 Kích thước động HC-KFS053G7 Hình 2.14 Kích thước đồ gá động v Hình 2.15 Phân tích lực tìm điều kiện vật không văng khỏi mâm Hình 2.16 Bộ phận phân loại sử dụng tay máy gắp, hút sản phẩm Hình 2.17 Bộ phận phân loại sử dụng vòi phun Hình 2.18 Thông số kỹ thuật van khí nén 2P02506 Hình 2.19 Bảng thông số loại ống nối Hình 2.20 Bộ lọc khí AFR hãng AIRTAG Hình 2.21 Kích thước đèn Hình 2.22 Linh kiện LAA cụm gá đèn sau lắp ráp Hình 2.23 Kích thước cảm biến Hình 2.24 Đồ gá cảm biến sau lắp ráp Hình 2.25 Đồ gá webcam Hình 2.26 Tấm lắp trung gian cụm webcam sau lắp ráp Hình 2.27 Tấm đỡ Hình 2.28 Tấm đỡ sơ đồ bố trí thiết bị Hình 2.29 Chân cân Hình 2.30 Kết phân tích bền khung máy Hình 2.31 Kết mô ứng suất, chuyển vị đồ gá cảm biến Hình 2.32 Kết mô ứng suất, chuyển vị đồ gá đèn Hình 3.1 Sơ đồ chân PLC FX2N-16MT-E/UL Hình 3.2 Motor HCKFS Servo Drive Hình 3.3 Sơ đồ đấu dây servo amplier MRJ2S motor HCKFS053 Hình 3.4 Sơ đồ chân servo amplier MRJ2S Hình 3.5 Module FX2N-232IF Hình 3.6 Thông số module giao tiếp FX2N-232IF Hình 3.7 Nguyên lý hoạt động máy vi Hình 3.8 Khoảng cách góc thiết bị Hình 3.9 Lưu đồ giải thuật khối phát sản phẩm Hình 3.10 Lưu đồ giải thuật kiểm tra số xung Hình 3.11 Lưu đồ giải thuật khối nhận dạng Hình 3.12 Lưu đồ giải thuật khối phân loại sản phẩm Hình 4.1 Các bước hệ thống xử lý ảnh Hình 4.2 Một số sản phẩm ngành phun ép nhựa Hình 4.3 Đèn đồng trục Hình 4.4 Hệ thống nhận dạng tổng quát Hình 4.5 Hiện trường chụp ảnh mẫu Hình 4.6 Ảnh chụp sản phẩm không lỗi Hình 4.7 Ảnh lỗi “trầy” ảnh thực tế Hình 4.8 Ảnh lỗi “mất hình dạng” ảnh thực tế Hình 4.9 Ảnh lỗi “bít lỗ” ảnh thực tế Hình 4.10 Bộ ảnh huấn luyện thu Hình 4.11 Các bước tiền xử lý Hình 4.12 Ảnh đầu vào Hình 4.13 Ảnh đổi sang ảnh xám Hình 4.14 Ảnh sau phân ngưỡng Hình 4.15 Ảnh sau loại bỏ đối tượng hình đĩa bán kính r Hình 4.16 Ảnh sau cắt Hình 4.17 Lưu đồ thuật toán trích chọn đặc trưng Hình 4.18 Công cụ Image AcquisitionTool Hình 4.19 Thuật toán khâu nhận dạng khuyết tật Hình 4.20 Giao diện chương trình nhận dạng khuyết tật vii DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Bảng phân tích, lựa chọn khung máy Bảng 2.2 Bảng thông số tính toán động Bảng 2.3 Thông số động HCKFS053 Bảng 3.1 Bảng yêu cầu ngõ vào/ ngõ Bảng 3.2 Thông số PLC FX2N-16MT-E/UL Bảng 3.3 Thông số servo amplier MRJ2S-10A Bảng 3.4 Chức số chân servo sử dụng Bảng 3.5 Một số buffer sử dụng module FX2N-232IF Bảng 3.6 Truyền nhận liệu PLC PC Bảng 3.7 Thông số giao tiếp Bảng 3.8 Bảng chuyển đổi liệu truyền/ nhận từ ASCII sang HEX Bảng 3.9 Một số lệnh sử dụng lập trình PLC Bảng 4.1 Phân tích, lựa chọn camera( webcam) Bảng 4.2 Các loại đèn ứng dụng Bảng 5.1 Kết nhận dạng lỗi trầy mặt Bảng 5.2 Kết nhận dạng lỗi hình dạng mặt Bảng 5.3 Kết nhận dạng lỗi bít lỗ mặt Bảng 5.4 Kết nhận dạng sản phẩm không lỗi mặt Bảng 5.5 Kết nhận dạng lỗi trầy mặt Bảng 5.6 Kết nhận dạng sản phẩm không lỗi viii Chương Tổng quan CHƢƠNG TỔNG QUAN Chương trình bày lý chọn đề tài, vấn đề liên quan tới công việc kiểm tra ngoại quan sản phẩm lĩnh vực phun ép nhựa Tiếp theo, ta tìm hiểu số hệ thống kiểm tra sản phẩm Trên sở đó, ta rút nguyên lý hoạt động chung hệ thống kiểm tra ngoại quan sản phẩm Cuối phần mục tiêu hướng tới máy; nhiệm vụ phạm vi đề tài; tổ chức luận văn 1.1 Lý chọn đề tài Hiện nay, sản phẩm phun ép nhựa sử dụng rộng rãi ngành điệnđiện tử, ô tô, y tế, tất lĩnh vực đời sống Các sản phẩm sản xuất với yêu cầu chất lượng cao độ xác ngày lớn, đặc biệt linh kiện phục vụ cho ngành ô tô, y tế, Trong quy trình tạo sản phẩm vậy, thường trải qua khâu kiểm tra, đánh giá chất lượng khác với tiêu chuẩn tiêu chuẩn chất cấm, tiêu chuẩn kiểm tra kích thước, tiêu chuẩn kiểm tra chức ( kết hợp, độ bền, …) tiêu chuẩn kiểm tra ngoại quan ( bavia, bọt khí, bụi,… ) Trong đó, việc kiểm tra ngoại quan kiểm tra với toàn bề mặt sản phẩm từ đến hai lần suốt trình sản xuất với số lượng nhân công lớn Trong trình kiểm tra đó, người kiểm tra phải tiếp xúc với sản phẩm thông qua kính hiển vi, kính lúp Điều gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe mắt người kiểm tra Hơn nữa, việc di chuyển nhân qua lại khu vực kiểm tra tốn nhiều thời gian Đôi khi, người kiểm tra mắc phải lỗi mang tính chất khách quan như: tâm trạng mệt mỏi, buồn ngủ, làm ảnh hưởng tới chất lượng kiểm tra Trong thời gian thực tập, có hội quan sát quy trình, phương pháp kiểm tra sản phẩm nhận thấy tầm quan trọng việc cải tiến khâu kiểm tra trình sản xuất Đồng thời, với yêu cầu công ty mong muốn bước đưa tự động hóa vào khâu kiểm tra nhằm tiết kiệm nhân công, giải phóng sức lao động nâng cao chất lượng kiểm tra Từ điều nhu cầu thực tế, định chọn đề tài “ THIẾT KẾ MÁY KIỂM TRA NGOẠI QUAN SẢN PHẨM” Chương Tổng quan 1.2 Khái niệm kiểm tra ngoại quan khuyết tật điển hình 1.2.1 Khái niệm kiểm tra ngoại quan - Kiểm tra ngoại quan kiểm tra hình dạng, kích thước, hình ảnh bên sản phẩm thị giác - Phƣơng pháp kiểm tra: phương pháp chủ yếu trực tiếp mắt, thông qua dụng cụ hỗ trợ kính lúp, kính hiển vi - Khu vực kiểm tra: Công việc kiểm tra thực khu vực: kiểm tra trực tiếp xưởng sản xuất; hai khu vực kiểm tra kính hiển vi Ngoài ra, sản phẩm có tiêu chuẩn cao độ ngành xe hơi, y tế đòi hỏi phải kiểm tra phòng Hình 1.1 Khu vực kiểm tra sản phẩm - Tên gọi kiểm tra: OK ( sản phẩm không lỗi), NG (No Good-sản phẩm lỗi) 1.2.2 Các khuyết tật điển hình trình kiểm tra 1.2.2.1 Bavia Bavia tượng nguyên liệu chảy vào khe hở khuôn, tạo nên miếng dư sản phẩm, làm cho kích thước lớn hơn, tăng trọng lượng Nguyên nhân lực ép khuôn không phù hợp, nhiệt dộ chảy, tốc độ phun áp suất khuôn cao [9] Hình 1.2 Sản phẩm lỗi bavia Chương Xử lý ảnh- Nhận dạng khuyết tật sản phẩm 4.3.2 Thuật toán PCA nhận dạng khuyết tật sản phẩm Tập ảnh huấn luyện Trích chọn đặc trưng Ảnh đầu vào Tiền xử lý Trích chọn đặc trưng Đối sánh Hình 4.4 Hệ thống nhận dạng tổng quát 4.3.2.1 Tập ảnh huấn luyện a) Điều kiện chụp: - Thiết bị: webcam C920 cố định chắn - Khoảng cách: khoảng cách từ ống kính webcam tới sản phẩm 7cm - Ánh sáng: led siêu sáng W hỗ trợ ánh sáng - Nền: giấy trắng Hình 4.5 Hiện trường chụp ảnh mẫu 50 Trầy Bít lỗ Mất hình dạng Chương Xử lý ảnh- Nhận dạng khuyết tật sản phẩm b) Kết chụp: Hình 4.6 Ảnh chụp sản phẩm không lỗi Hình 4.7 Ảnh lỗi “trầy” ảnh thực tế Hình 4.8 Ảnh lỗi “mất hình dạng” ảnh không lỗi Hình 4.9 Ảnh lỗi “bít lỗ” ảnh thực tế c) Bộ ảnh huấn luyện thu đƣợc Hình 4.10 Bộ ảnh huấn luyện thu 51 Chương Xử lý ảnh- Nhận dạng khuyết tật sản phẩm 4.3.2.2 Tiền xử lý Chức để chuẩn hóa ảnh cần tìm giúp cho việc tìm kiếm hiệu Các công việc bước tiền xử lý là: chuẩn hóa kích cỡ ảnh tập huấn luyện ảnh kiểm tra, hiệu chỉnh độ sáng, tối ảnh; lọc nhiễu Trong phạm vi đề tài, công việc tiền xử lý cần làm thể hình Bắt Bắt đầu đầu Kết Kết thúc thúc Ảnh Ảnh đầu đầu vào vào Đổi Đổi sang sang ảnh ảnh xám xám Chuẩn Chuẩn kích kích thước thước Cắt Cắt ảnh ảnh Lấy Lấy ngưỡng ngưỡng Loại Loại bỏ bỏ đối đối tượng tượng Hình 4.11 Các bước tiền xử lý Bƣớc 1: Đọc ảnh đầu vào Hình 4.12 Ảnh đầu vào Bƣớc 2: Đổi sang ảnh xám Hình 4.13 Ảnh đổi sang ảnh xám Bƣớc 3: Phân ngưỡng thresh=10 thresh=100 Hình 4.14 Ảnh sau phân ngưỡng 52 thresh=50 Chương Xử lý ảnh- Nhận dạng khuyết tật sản phẩm Bƣớc 4: Loại bỏ đối tượng r