Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư Cơ Điện tửTính toán Thiết kế hệ thống chiết rót và phân loại chai PET tự động, ứng dụng công nghệ xử lý ảnh Phần 1: Tổng quan hệ thống đóng chai tự động Phần 2: Thiết kế hệ thống cơ khí dây chuyền đóng chai tự động Phần 3: Thiết kế hệ thống điều khiển dây chuyền trên PLC Phần 4: Thiết kế hệ thống kiểm tra chai PET bằng xử lý ảnh Python
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên Trần Bảo Khánh Đặng Xuân Hải Nguyễn Mạnh Tú Lớp KTCĐT02 KTCĐT02 KTCK06 Khóa 58 58 58 MSSV 20132083 20131217 20134491 Chuyên ngành Hệ Kỹ thuật điện tử Chính quy Kỹ thuật điện tử Chính quy Kỹ thuật khí Chính quy Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế dây chuyền đóng chai tự động Nội dung thuyết minh Phần Tổng quan hệ thống đóng chai tự động Phần Thiết kế hệ thống khí dây chuyền đóng chai tự động Phần Thiết kế hệ thống điều khiển Phần Thiết kế hệ thống kiểm tra chai sau chiết Các vẽ: vẽ A0 Tên vẽ Cấu tạo dây chuyền Vị trí gắn cảm biến Đầu vào PLC Sơ đồ thuật tốn Chương trình PLC Sơ đồ khối tổng quan xử lý hình ảnh Quá trình xử lý hình ảnh Số lượng 01 01 01 02 01 01 01 Kích thước A0 A0 A0 A0 A0 A0 A0 Hà Nội, ngày … tháng 06 năm 2018 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THIẾT KẾ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… TIẾN TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN: ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… NỘI DUNG ĐỒ ÁN: ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… - HÌNH THỨC TRÌNH BÀY: Thuyết minh: ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Bản vẽ: ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… NHẬN XÉT KHÁC: ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… - Ý KIẾN ĐÁNH GIÁ: ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày … tháng 06 năm 2018 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS Trần Thị Thanh Hải BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… TIẾN TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN: ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… NỘI DUNG ĐỒ ÁN: ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… - HÌNH THỨC TRÌNH BÀY: Thuyết minh: ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Bản vẽ: ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… NHẬN XÉT KHÁC: ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… - Ý KIẾN ĐÁNH GIÁ: ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày…tháng 06 năm 2018 GIÁO VIÊN DUYỆT Danh mục hình ảnh GVHD: TS.Trần Thị Thanh Hải MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU PHẦN 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐÓNG CHAI TỰ ĐỘNG 1 Tổng quan dây chuyền chiết rót đóng chai tự động cơng nghiệp 2 Hệ thống chiết rót đóng nắp chai .4 Phân loại .5 3.1 Theo ngành sản xuất .5 3.1 Theo cách đóng nắp 10 Xác định thông số đầu vào 11 Kết luận .12 PHẦN 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ DÂY CHUYỀN ĐĨNG CHAI TỰ ĐỘNG 13 ĐẶT VẤN ĐỀ .14 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 15 CHƯƠNG I TÍNH TỐN THIẾT KẾ BĂNG TẢI 17 1.1 Băng tải 17 1.1.1 Tính tốn cho băng tải đầu vào đầu 19 1.1.2 Tính tốn lựa chọn động 20 1.2 Bộ truyền động .26 1.2.1 Giới thiệu lựa chọn truyền 26 1.2.2 Tính tốn truyền đai 26 CHƯƠNG II: TÍNH TỐN CƠ CẤU MAN 34 2.1 Tính tốn thơng số hình học cấu Man .34 2.1.1 Khái niệm chung 34 2.1.2 Tính tốn hình học bánh man 35 2.2 Tính tốn động học cấu Man 37 2.3 Tính tốn lựa chọn động .42 CHƯƠNG III: HỆ THỐNG CHIẾT RÓT CHẤT LỎNG .44 3.1 Khái niệm chung 44 3.2 Các dạng chiết rót chất lỏng thơng dụng .45 3.2.1 Cơ cấu rót tới định mức 45 3.2.2 Cơ cấu rót có bình lường van trượt 46 3.2.4 Cơ cấu rót chân không 48 3.2.5 Ngun lí chiết rót kiểu van 48 SVTH: Đặng Xuân Hải Trần Bảo Khánh Nguyễn Mạnh Tú Danh mục hình ảnh GVHD: TS.Trần Thị Thanh Hải CHƯƠNG IV: HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG 53 4.1 Giới thiệu hệ thống cấp phôi tự động 53 4.2 Giới thiệu số cấu cấp phôi 53 4.2.1 Phễu cấp phơi có phiến trượt chuyển động lên xuống 53 4.2.2 Cơ cấu cấp phôi rời kiểu đĩa ma sát 55 4.2.3 Cơ cấu cấp phôi kiểu phễu rung 56 4.3 Tổng quan .57 4.3.1 Cơ sở lý thuyết tính toán phễu rung .57 4.3.2 Tính tốn phễu rung hệ thống cấp nắp chai 59 CHƯƠNG V: CÁC CƠ CẤU PHỤ TRONG HỆ THỐNG 63 5.1 Cụm kẹp chai cho nguyên công vặn nắp mâm man 63 5.2 Cụm cánh gạt phôi lỗi 65 5.3 Hệ thống khí phận kiểm tra chai sau chiết .67 CHƯƠNG VI: HỆ THỐNG KHÍ NÉN VÀ TÍNH TỐN XILANH 70 6.1 Giới thiệu hệ thống khí nén thành phần 70 6.1.1 Khái niệm chung 70 6.1.2 Ưu, nhược điểm 70 6.2 Cấu trúc hệ thống khí nén .70 6.2.1 Các phần tử hệ thống khí nén 71 6.2.2 Piston xilanh 71 6.2.3 Van tiết lưu .79 6.2.4 Van giảm áp 80 6.2.5 Van an toàn 81 6.2.6 Van phân phối 82 6.3 Tính xi lanh 82 6.3.1 Xi lanh băng tải: 83 6.3.2 Xi lanh dẫn hướng vặn nắp chai: 85 6.3.3 Xi lanh kẹp chai .86 CHƯƠNG VII: THIẾT KẾ QUY TRÌNH GIA CƠNG CÁC CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH 88 7.1 Phân tích chức làm việc yêu cầu kỹ thuật chi tiết 88 7.1.1 Chức làm việc .88 7.1.2 Phân tích tính cơng nghệ chi tiết 88 7.1.3 Xác định đường lỗi công nghệ phương pháp gia công 90 7.1.4 Phân tích chọn chuẩn định vị .90 SVTH: Đặng Xuân Hải Trần Bảo Khánh Nguyễn Mạnh Tú Danh mục hình ảnh GVHD: TS.Trần Thị Thanh Hải 7.2 Tính tra lượng dư gia công 91 7.3 Thứ tự nguyên công 93 Kết luận .99 PHẦN 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÂY CHUYỀN ĐÓNG CHAI BẰNG PLC 100 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ CÁC MODULE MỞ RỘNG 101 1.1 Tổng quan PLC Mitsubishi 101 1.1.1 Tổng quan chung PLC 101 1.1.2 Sự khác biệt PLC Siemens PLC Mitsubishi 104 1.1.3 Các dòng PLC Mitsubishi FX .105 1.1.4 Module mở rộng 106 1.1.5 Các loại PLC FX3U .107 1.2 Lựa chọn phương án điều khiển 110 1.3 Các phần tử điều khiển .111 1.3.1 Cảm biến .111 1.3.2 Servo .117 1.3.3 Biến tần 122 1.4 Kết luận chương .132 CHƯƠNG II: CÁC VÙNG NHỚ BÊN TRONG .133 2.1 Các vùng nhớ vào, 133 2.2 Vùng nhớ trung gian 133 2.3 Vùng nhớ trạng thái 134 2.4 Vùng nhớ Timer 134 2.5 Vùng nhớ Counter .135 2.6 Vùng nhớ liệu 136 2.7 Bộ đếm tốc độ cao HSC .137 2.8 Kết luận chương .139 CHƯƠNG III: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN DÂY CHUYỀN ĐĨNG RĨT CHAI 140 3.1 Các thơng số đầu vào/ra 140 3.2 Sơ đồ thuật toán 142 3.2.1 Phân loại nắp chai .142 3.2.2 Chiết rót chai 143 3.2.3 Vặn nắp chai 144 3.2.4 Sơ đồ khối chung cho việc sản xuất 145 3.3 Màn hình điều khiển 146 SVTH: Đặng Xuân Hải Trần Bảo Khánh Nguyễn Mạnh Tú Danh mục hình ảnh GVHD: TS.Trần Thị Thanh Hải 3.3.1 Màn hình điều khiển 146 3.3.2 Nút bấm 147 3.4 Chương trình điều khiển .148 3.4.1 Ladder 148 3.4.2 Giải thích chương trình .149 3.5 Hướng phát triển 153 3.5.1 Phân loại chai khuyết tật .154 3.5.2 Đẩy sau có đủ sản phẩm 155 3.5.3 Đóng thùng chai 156 3.6 Kết luận chương .157 Kết luận 158 PHẦN 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG KIỂM TRA SẢN PHẨM .159 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KIỂM TRA SẢN PHẨM TRONG DÂY CHUYỀN CHIẾT RĨT CƠNG NGHIỆP .160 1.1 Nhiệm vụ kiểm tra sản phẩm dây chuyền chiết rót chai PET cơng nghiệp .160 1.1.1 Kiểm tra nắp đầu vào 160 1.1.2 Kiểm tra phôi chai 163 1.1.3 Kiểm tra chai trước chiết rót 164 1.1.4 Kiểm tra chai đầy 166 1.1.5 Kiểm tra nhãn 167 1.1.6 Kiểm tra mã code chai 167 1.2 Các phương pháp kiểm tra phân loại dây chuyền chiết rót chai PET cơng nghiệp 168 1.2.1 Các công nghệ kiểm tra chất lượng sản phẩm 168 1.2.2 Phương pháp phân loại .169 1.3 Hệ thống kiểm tra, phân loại sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh 171 1.3.1 Sự phát triển công nghệ thị giác máy xử lý ảnh .171 1.3.2 Các thành phần hệ thống thị giác máy tính – xử lý ảnh 172 1.3.3 u cầu tốn thơng số đầu vào 173 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG KIỂM TRA MỨC CHẤT LỎNG, NẮP VÀ NHÃN CHAI PET 175 2.1 Các thành phần hệ thống lựa chọn thiết bị phần cứng 175 2.1.1 Mơ tả tổng quan mơ hình hệ thống 175 2.1.2 Lựa chọn Camera 175 SVTH: Đặng Xuân Hải Trần Bảo Khánh Nguyễn Mạnh Tú Danh mục hình ảnh GVHD: TS.Trần Thị Thanh Hải 2.1.3 Cảm biến phát chai 178 2.1.3.1 Truyền tải tín hiệu, liệu .178 2.1.3 Board mạch Arduino 179 2.1.4 Hệ thống ánh sáng .179 2.2 Sơ đồ lưu chuyển tín hiệu hệ thống 181 2.3 Thiết kế mơ hình hệ thống 182 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG PHẦN MỀM 183 3.1 Các kỹ thuật, thuật toán xử lý hình ảnh 183 3.2.1 Thu nhận ảnh 183 3.2.2 Vùng ảnh quan tâm – ROI (Region Of Interest) 190 3.2.3 Một số kỹ thuật tiền xử lý, nâng cao chất lượng ảnh 194 3.2.4 Các phép tốn hình thái học ứng dụng 200 3.2.5 Một số kỹ thuật phát biên 205 3.2.6 Đường bao (Contours) 210 3.2.7 Một số kỹ thuật nhận dạng đối tượng 211 3.2 Xây dựng thuật toán 213 3.2.1 Sơ đồ khối tổng quát 213 3.2.2 Thuật toán kiểm tra mức chất lỏng .216 3.2.3 Thuật toán kiểm tra nắp 218 3.2.4 Thuật toán kiểm tra nhãn chai 221 CHƯƠNG IV: LẬP TRÌNH 224 4.1 Ngôn ngữ lập trình Python 224 4.1.1 Giới thiệu 224 4.1.2 Đặc điểm .224 4.2 Thư viện xử lý ảnh OpenCV .226 4.3 Phần mềm Visual Studio Code 226 4.4 Viết chương trình 227 4.4.1 Khai báo thư viện 227 4.4.2 Biến điều khiển chương trình .227 4.4.3 Khai báo tham số tiêu chuẩn .228 4.4.4 Khởi tạo phương pháp đối sánh 228 4.4.5 Thu nhận ảnh tiền xử lý 228 4.4.6 Thu nhận liệu mẫu tiền xử lý 229 SVTH: Đặng Xuân Hải Trần Bảo Khánh Nguyễn Mạnh Tú Phần 4: Thiết kế hệ thống kiểm tra sản phẩm GVHD: TS.Trần Thị Thanh Hải topmost = tuple(cnt[cnt[:,:,1].argmin()][0]) '''leftmost = tuple(cnt[cnt[:,:,0].argmin()][0]) rightmost = tuple(cnt[cnt[:,:,0].argmax()][0]) bottommost = tuple(cnt[cnt[:,:,1].argmax()][0])''' #Mark the top point in Blue #cv2.circle(ROI1,topmost,3,255,-1) #Draw the TOP_LINE #cv2.line(ROI1,(0,topmost[1]), (1000,topmost[1]),(255,0,255),2) cv2.line(src,(ROI1_x1,topmost[1]), (ROI1_x2,topmost[1]),(255,0,255),2) #Evaluate cap height comparing to REF_LINE cap_height = abs(topmost[1]-ref_y1) #print(cap_height) #Check Cap Position if cap_height > cap_height_standard: cap = True #Set Cap Inspection Flag notif_cap_2 = 'Cap position not proper!' #If cap position checking implemented => (Cap appeared!) print(notif_cap_2) cv2.putText(src,notif_cap_2, (10,100),font,notif_size,bad_notif_color,notif_thick,cv2.LINE_AA) else: notif_cap_2 = 'Cap position proper!' print(notif_cap_2) cv2.putText(src,notif_cap_2, (10,150),font,notif_size,good_notif_color,notif_thick,cv2.LINE_AA) else: notif_cap_1 = 'No Cap!' SVTH: Đặng Xuân Hải242 Trần Bảo Khánh Nguyễn Mạnh Tú Phần 4: Thiết kế hệ thống kiểm tra sản phẩm GVHD: TS.Trần Thị Thanh Hải print(notif_cap_1) cv2.putText(src,notif_cap_1, (10,100),font,notif_size,bad_notif_color,notif_thick,cv2.LINE_AA) 4.4.10 Chương trình kiểm tra mức chất lỏng ###### LEVEL INSPECTION ###### #Level_Template matching level_matches = cv2.matchTemplate(ROI2,level_temp,method) level_min_val, level_max_val, level_min_loc, level_max_loc = cv2.minMaxLoc(level_matches) print('level_match_score =',level_max_val) #Draw level-region rectangle in red level_pt = (level_max_loc[0]+ROI2_x1, level_max_loc[1]+ROI2_y1) #cv2.rectangle(src, level_pt, (level_pt[0]+ level_w, level_pt[1] + level_h), (0,0,255), 2) #Draw level line in green level_x1 = level_pt[0] level_x2 = level_pt[0]+level_w level_y1 = level_pt[1]+int(level_h/2) level_y2 = level_pt[1]+int(level_h/2) cv2.line(src,(level_x1,level_y1),(level_x2,level_y2),(0,255,0),2) #Mark Level_Line Label #cv2.putText(src,'Level_Line',(10,level_y1-20),font,2, (0,0,255),4,cv2.LINE_AA) ################ FINAL CALCULATION OF LEVEL DETECTION ################ SVTH: Đặng Xuân Hải243 Trần Bảo Khánh Nguyễn Mạnh Tú Phần 4: Thiết kế hệ thống kiểm tra sản phẩm GVHD: TS.Trần Thị Thanh Hải #### Generate flags if level_max_val < match_score_standard: level = False print('Liquid Level not proper!') else: #1st condition sastified => check 2nd condition level_real = level_y1 - ref_max_loc[1] #Calculate diffrential #level diffenrential delta_level_real = level_standard - level_real # >0 => higher, lower #print('real filling factor =',filling_factor_real) print('real_distance =',level_real) print('delta_real =',delta_level_real) if abs(delta_level_real) > delta_level_standard: #obsolute difference > standard diff level = False #2nd condition isn't sastified #print('Obsolute liquid level =',level_y1+ROI2_y1) if delta_real > 0: notif = 'Liquid level too high!' print(notif) #print('Liquid level is not proper!') cv2.putText(src,notif, (10,50),font,notif_size,bad_notif_color,notif_thick,cv2.LINE_AA) else: notif = 'Liquid level underfill!' print(notif) SVTH: Đặng Xuân Hải244 Trần Bảo Khánh Nguyễn Mạnh Tú Phần 4: Thiết kế hệ thống kiểm tra sản phẩm GVHD: TS.Trần Thị Thanh Hải cv2.putText(src,notif, (10,50),font,notif_size,bad_notif_color,notif_thick,cv2.LINE_AA) else: #1st,2nd condition is sastified level = True print('Liquid level proper!') cv2.putText(src,'Liquid level proper!', (10,50),font,notif_size,good_notif_color,notif_thick,cv2.LINE_AA) 4.4.11 Chương trình kiểm tra nhãn # Convert ROI3 from BGR to HSV hsv = cv2.cvtColor(ROI3, cv2.COLOR_BGR2HSV) # define range of blue color (Aqua label’s color) in HSV lower_blue = np.array([110,50,50]) upper_blue = np.array([130,255,255]) # Threshold the HSV image to get only blue colors label_mask = cv2.inRange(hsv, lower_blue, upper_blue) # Bitwise-AND mask and original image res = cv2.bitwise_and(ROI3,ROI3, mask= label_mask) label_image, label_contours, label_hierarchy = cv2.findContours(label_mask,cv2.RETR_TREE,cv2.CHAIN_APPROX_NONE) label_cnt = max(label_contours, key = cv2.contourArea) # find the largest contour ROI3 = cv2.drawContours(ROI3,[label_cnt], 0, (0,255,0), 3) #Draw the largest contour cv2.imwrite('mask_label.jpg',label_mask) cv2.imshow('res',res) cv2.imwrite('hsv.jpg',hsv) SVTH: Đặng Xuân Hải245 Trần Bảo Khánh Nguyễn Mạnh Tú Phần 4: Thiết kế hệ thống kiểm tra sản phẩm GVHD: TS.Trần Thị Thanh Hải cv2.imwrite('ROI3 with largest contour.jpg',ROI3) 4.4.12 Xuất kết #### SET FINAL FLAGS #### bottle = cap and level ### SEND TO PLC ### serial.write(bottle, CMP1) #### SHOW INSPECTION RESULTS #### cv2.imshow('res', src) cv2.imwrite('final_res.jpg', src) cv2.waitKey() SVTH: Đặng Xuân Hải246 Trần Bảo Khánh Nguyễn Mạnh Tú Phần 4: Thiết kế hệ thống kiểm tra sản phẩm GVHD: TS.Trần Thị Thanh Hải CHƯƠNG V Q TRÌNH XỬ LÝ, PHÂN TÍCH HÌNH ẢNH 5.1 Thu nhận ảnh, tiền xử lý trích xuất ROIs Sau thu hình ảnh gốc từ Webcam, chương trình thực công đoạn tiền xử lý bao gồm crop vùng trung tâm nơi chứa chi tiết chai cần kiểm tra: nắp, mức chất lỏng, nhãn trích xuất ba ROIs tương ứng Quá trình minh họa hình a) Hình ảnh gốc thu từ Camera b) Vùng ảnh trung tâm Hình - 64: Ảnh đầu vào trích xuất vùng ảnh trung tâm Đầu tiên hình ảnh thu từ camera bao gồm chai, gồm chi tiết mơ hình thí nghiệm: Như Hình – 63a, phần giá đỡ lọt vào khung hình Trên băng chuyền thực tế, số chi tiết dây chuyền mặt băng tải, dẫn hướng… lọt vào khung nhìn Camera Đồng thời hình ảnh thu chứa nhiều vùng (màu trắng) khơng có giá trị cho q trình phân tích thơng tin sau Để nâng cao độ xác SVTH: Đặng Xuân Hải247 Trần Bảo Khánh Nguyễn Mạnh Tú Phần 4: Thiết kế hệ thống kiểm tra sản phẩm GVHD: TS.Trần Thị Thanh Hải tốc độ xử lý hệ thống, hình ảnh thu cần xử lý trước đưa vào thuật tốn kiểm tra Trích xuất vùng ảnh trung tâm Sau nhận hình ảnh từ Webcam, chương trình tiến hành cắt trích vùng trung tâm nơi chứa chi tiết chai cần kiểm tra, loại bỏ vùng không chứa thông tin có giá trị cho q trình phân tích (Hình – 63b) Dựng đường tham chiếu Là đường ngang (vng góc với trục chai) qua vành cổ chai (bottle neck), dùng gốc tọa độ theo phương thẳng đứng làm sở cho tính tốn sau Để tìm vị trí đường tham chiếu ảnh, thuật toán Template Matching (đã giới thiệu mục 3.2.7) sử dụng để tìm kiếm vành cổ chai mẫu ảnh thực cần phân tích Hình - 65: Xác định đường tham chiếu REF_LINE chai Aquafina 500ml Thuật tốn Template Matching tìm kiếm vùng ảnh tương đồng với mẫu vành cổ chai (góc bên trái) ảnh cần phân tích Sau đường tham chiếu REF_LINE dựng qua trung điểm cạnh đứng vùng ảnh tìm được, Hình – 64 SVTH: Đặng Xuân Hải248 Trần Bảo Khánh Nguyễn Mạnh Tú Hình - 66: ROIs chai Aquafina 500ml Phần 4: Thiết kế hệ thống kiểm tra sản phẩm GVHD: TS.Trần Thị Thanh Hải Trích xuất ROIs Từ đường tham chiếu xác định, chương trình thực trích xuất ROIs làm đầu vào cho chương trình kiểm tra nhiệm vụ đơn lẻ: nắp, mức chất lỏng nhãn, Hình - 65 5.2 Kiểm tra nắp chai ROI1 Quá trình biến đổi ROI1 diễn Hình – 66 a) ROI1 b) Lọc màu nắp c) Tìm đường bao d) Xác định đường (màu trắng với chai lớn đỉnh nắp Aquafina) (đường bao kín màu (đường màu tím) xanh lá) Hình - 67: Quá trình biến đổi ROI1 xác định chiều cao nắp Bài toán (1): Phát nắp thực cách tính diện tích đường bao lớn (Hình – 69c) so sánh với diện tích tiêu chuẩn, diện tích đường bao lớn diện tích tiêu chuẩn kết luận “có nắp” ngược lại Bài tốn (2): Xác định vị trí nắp cách dựng đường đỉnh nắp (đường màu tím, Hình -69d), dựa vào khoảng cách từ đường đỉnh tới đường tham chiếu REF_LINE để xác định nắp có đặt vị trí hay khơng SVTH: Đặng Xuân Hải249 Trần Bảo Khánh Nguyễn Mạnh Tú Phần 4: Thiết kế hệ thống kiểm tra sản phẩm 5.3 GVHD: TS.Trần Thị Thanh Hải Kiểm tra mức chất lỏng ROI2 Sau thực kiểm tra nắp cho kết đạt, chương trình chuyển sang tiến hành thuật toán kiểm tra mức chất lỏng Đầu tiên để xác định đường mức chất lỏng ROI2 chương trình sử dụng thuật tốn Template Matching tương tự xác định đường tham chiếu REF_LINE trình bày mục 5.1, với mẫu tìm kiếm mẫu mức chất lỏng chai, Hình – 67 a) Mẫu mức chất lỏng b) ROI2 c) Xác định đường mức chai Aquafina 500ml (màu xanh lá) Hình - 68: Xác định đường mức chất lỏng chai Aquafina 500ml Sau xác định đường LEVEL_LINE, chương trình tính tốn khoảng cách so với REF_LINE đưa mức chất lỏng chai Đối chiếu với mức tiêu chuẩn ta thu xác định mức chất lỏng chai kiểm tra có đạt u cầu hay khơng SVTH: Đặng Xuân Hải250 Trần Bảo Khánh Nguyễn Mạnh Tú Phần 4: Thiết kế hệ thống kiểm tra sản phẩm 5.4 GVHD: TS.Trần Thị Thanh Hải Kiểm tra nhãn ROI3 5.4.1 Bài tốn (1) - Kiểm tra có nhãn Q trình xử lý ROI3 mơ tả 3.2.4, sau biến đổi ROI3 qua bước xử lý để trích chọn thơng tin có mặt nhãn: a) ROI3 b) ROI3 sau thực c) ROI3 với đường bao đối lọc màu xanh lam tượng lớn (đường bao nhãn) Hình - 69: Quá trình xử lý ROI3 phát nhãn chai Aquafina Như Hình – 68, sau thực thuật toán lọc màu ta thu mặt nạ (Hình – 68b) có đối tượng nhãn (màu trắng) bật so với (màu đen) Nếu diện tích đường bao (vùng màu trắng) lớn tìm lớn giá trị tiêu chuẩn kết luận “có nhãn”, ngược lại kết luận “khơng tìm thấy nhãn” SVTH: Đặng Xn Hải251 Trần Bảo Khánh Nguyễn Mạnh Tú Phần 4: Thiết kế hệ thống kiểm tra sản phẩm 5.4.2 GVHD: TS.Trần Thị Thanh Hải Bài toán (2) – Kiểm tra loại nhãn Quá trình kiểm tra loại nhãn thực với thuật tốn nhận diện đặc tính Features Detection giới thiệu mục 3.2.7 Sau trình áp dụng Features Dectection phát nhãn chai Aquafina, Hình – 68 a) Ảnh nhãn mẫu định dạng đa cấp xám b) Ảnh nhãn mẫu với keypoints (gray scale) tìm kiếm c) Đối sánh đặc trưng nhãn mẫu với ROI3 để xác định loại nhãn Hình - 70: Phát nhãn chai Aquafina 500ml SVTH: Đặng Xuân Hải252 Trần Bảo Khánh Nguyễn Mạnh Tú Phần 4: Thiết kế hệ thống kiểm tra sản phẩm GVHD: TS.Trần Thị Thanh Hải CHƯƠNG VI KẾT LUẬN PHẦN Trong Phần 3: Thiết kế hệ thống kiểm tra chai PET đã trình bày khái xu hướng phát triển chi tiết thành phần cấu thành hệ thống kiểm tra sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý hình ảnh cơng nghiệp Dựa vào u cầu, thơng số dây chuyền tính tốn từ phần trước: thiết kế khí, thiết kế hệ thống điều khiển để lựa chọn thiết bị thiết kế mơ hình hệ thống kiểm tra Cùng với xây dựng thuật tốn xử lý hình ảnh chung cho cơng đoạn nhiệm vụ kiểm tra chai PET sau chiết, bao gồm: kiểm tra nắp, kiểm tra mức chất lỏng kiểm tra nhãn chai chốt kiểm tra Thuật toán thiết kế để áp dụng tất sản phẩm đóng chai PET suốt từ nước tinh khiết đồ uống có màu, dung dịch, chế phẩm, hóa chất dạng lỏng… Có nhiều tổ hợp trạng thái xảy ba chi tiết kiểm tra: nắp, mức chất lỏng nhãn Chai PET bị loại bỏ khỏi dây chuyền có ba chi tiết kiểm tra khơng đạt u cầu Ngồi việc thực thuật tốn ROI riêng, chương trình tiến hành thực thuật toán kiểm tra nắp, mức chất lỏng cuối thuật toán kiểm tra nhãn theo trình tự Nếu thuật tốn trước cho kết True thực thuật tốn Quy trình giúp tăng tốc độ xử lý, tiết kiệm tài nguyên hệ thống SVTH: Đặng Xuân Hải253 Trần Bảo Khánh Nguyễn Mạnh Tú Tài liệu tham khảo GVHD: TS.Trần Thị Thanh Hải TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình động điện – Võ Chí Lợi [2] http://dongco1chieu.com/ [3] Catalog hãng Mitsubishi, Inventer FR-E700 Instruction manual [4] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển – Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí - Tập 1-2 NXB Giáo dục Hà Nội 2006 [5] http://cncbaolong.com/san-pham/362/khop-noi-mem.html/ [6] http://www.nguyenxuong.com/vi.php?mod=san-pham&id=o-bi-do-chan-166/ [7] http://voer.edu.vn/m/may-dinh-luong-chiet-rot-san-pham-long/2042c603/ [8] http://www.vandientu.info/2016/05/van-ien-tu-nhua-14-24v-12v-dc-cho-may.html/ [9] https://123doc.org/document/2374171-tim-hieu-nguyen-ly-hoat-dong-co-cau-capphoi.html/ [10] https://tailieu.vn/doc/chuong-1-tong-quan-ve-he-thong-khi-nen-1539610.html/ [11] https://vn.misumi-ec.com/vona2/mech/M1900000000/M1901000000/M1901010000/ [12] Thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy GS.TS Trần Văn Địch NXB Khoa học kỹ thuật [13] Công nghệ chế tạo máy GS.TS Trần Văn Địch (chủ biên) NXB Khoa học kỹ thuật [14] Sổ tay công nghệ chế tạo máy (3 tập) GS.TS Nguyễn Đắc Lộc (chủ biên) [15] Tăng Văn Mùi, Điều khiển Logic lập trình PLC, Nhà xuất Thống Kê, 2006 [16] Lê Hoàng Vinh, PLC Mitsubishi Programmable Controllers, Trường đại học Cơng nghệ thành phố Hồ Chí Minh, 2006 [17] Hãng Mitsubishi, Programmable Logic Controllers Beginners Manual [18] Hoàng Minh Cơng, Giáo trình cảm biến cơng nghiệp, Nhà xuất xây dựng, 2011, [19] Riazollah Firoozian, Servo Motors and Industrial Control Theory, Springer Publishing, 2008 [20] Hãng Mitsubishi, Melservo J2S Super Series – MR J2S A SVTH: Đặng Xuân Hải254 Trần Bảo Khánh Nguyễn Mạnh Tú Tài liệu tham khảo GVHD: TS.Trần Thị Thanh Hải [21] Trần Khánh Hà, Động điện không đồng ba pha pha công suất nhỏ, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2002 [22] https://machdientu.org/bang-tra-tham-so-igbt/ [23] https://thietbidientudonghoa.com.vn/bai-viet/dien-tro-ham-14.html/ [24] Hãng Mitsubishi, Inventer FR-E700 Instruction manual/ [25] http://pressco.com/ [26] https://vi.wikipedia.org/wiki/Thị_giác_máy_tính/ [27] http://www.thigiacmay.vn/09/03/2017/thi-giac-may-la-gi/ [28] https://vi.wikipedia.org/wiki/Xử_lý_ảnh/ [29] https://support.hp.com/us-en/drivers/selfservice/hp-hd-4310-webcam/5273433/ [30] https://www.arduino.cc/ [31] http://arduino.vn/bai-viet/42-arduino-uno-r3-la-gi/ [32] “Shedding Light on Machine Vision”, Machine VIsion Lighting, whitepaper,http://www.crossco.com/ [33] Đỗ Năng Tồn, Giáo trình Xử lý ảnh, Nhà xuất khoa học kĩ thuật, 2010, trang 11-13 [34] https://tinhte.vn/threads/infographic-tat-ca-nhung-gi-ban-can-biet-ve-cac-dinh-dang-anhjpg-png-gif-tiff-va-bmp.2515321/ [35] https://en.wikipedia.org/wiki/RGB_color_space/ [36] https://en.wikipedia.org/wiki/HSL_and_HSV/ [37] https://en.wikipedia.org/wiki/Region_of_interest/ [38] http://www.cambridgeincolour.com/tutorials/histograms1.htm/ [39] J.S Wiejak, H Buxton, B.F Buxton, “Convolution with sepatable masks for early image processing”, Science Direct Jounals, Volume 32, Issue 3, Dec 1985, Pages 279-290 [40] https://www.stdio.vn/articles/phep-tich-chap-trong-xu-ly-anh-convolution-386/ SVTH: Đặng Xuân Hải255 Trần Bảo Khánh Nguyễn Mạnh Tú Tài liệu tham khảo GVHD: TS.Trần Thị Thanh Hải [41] H.J.A.M Heijmans, C Ronse, “The algebraic basis of mathematical morphology I Dilations and erosions”, Science Direct Jounals, Volume 50, Issue 3, June 1990, Pages 245295 [42] V.Chalana, Y.Kim, “A methodology for evaluation of boundary detection algorithms on medical images”, IEEE Transactions on Medical Imaging, Volume 16, Issue 5, Oct 1997, Pages 642 – 652 [43] M Hassaballah, Aly Amin Abdelmgeid and Hammam A Alshazly, “Image Features Detection, Description and Matching”, International Jounrnal of Image Processing, June 2009, Pages 120 – 126 [44] Rafael C.Gonzalez, Richard E Woods, Digital Image Processing (4nd Edition), Published by Pearson, 2018, page 576 [45] Slim Abdelhedi, Khaled Taouil, Bassem Hadjkacem, “Design of Automatic Vision-based Inspection System for Monitoring in an Olive Oil Bottling Line”, International Jounal of Computer Applications, Volume 51 – N0.21, August 2012 [46] Jinhui Yu, Mingming Guo, Xianquan Zhang, Zhenjun Tang, “A Fast Covex Hull Algorithm for Binary Image”, International Journal of Image Processing & Visual Communication, Issue 04, July 2005, Pages 311 – 318 [47] Shimiao Li, “A review of feature detection and match algorithms for localization and mapping”, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Volume 231, conference [48] Allen B.Downey, Think Python 2nd Edition, Published by O’Reilly Media, August 2012, Pages 35 – 37 [49] https://opencv.org/ [50] https://www.python.org/ [51] https://www.visualstudio.com/ SVTH: Đặng Xuân Hải256 Trần Bảo Khánh Nguyễn Mạnh Tú ... Các công nghệ kiểm tra chất lượng sản phẩm 168 1.2.2 Phương pháp phân loại .169 1.3 Hệ thống kiểm tra, phân loại sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh 171 1.3.1 Sự phát triển công. .. khí ứng dụng cơng nghệ xử ảnh số .171 Hình - 16: Cơng nghệ thị giác máy tính ứng dụng ô tô tự lái 172 Hình - 17: : Các thành phần hệ thống thị giác máy 172 Hình - 18: Hệ thống kiểm tra phân. .. hình bố trí hệ thống chiếu sáng .180 Hình - 25: Sơ đồ lưu chuyển tín hiệu hệ thống kiểm tra phân loại chai sau chiết 181 Hình - 26: Mơ hình cụm phân loại xử lý ảnh Solidworks