Đang tải... (xem toàn văn)
M ộ t thu ật toán dùng để tính toán các sai lệch nêu trên được đề xu ất trong bài báo này... Mâm hút định vị mũ giày4[r]
(1)Thiết kế chế tạo hệ thống cấp mũ giày chính xác cho máy in lụa công
nghiệp giày Bùi Trọng Hiếu
Phùng Thanh Huy
Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG-HCM
(Bài nhận ngày 31 tháng 10 năm 2014, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 09 tháng 02 năm 2015)
TĨM TẮT:
Cơng đoạn cấp mũ giày cho máy in lụa tự động đểin vạch nhấn lên mũ giày tồn tại vấn đề sau: thứnhất, việc định vịmũ giày lên băng tải máy in lụa thực tay, chủ yếu dựa vào kinh nghiệm cơng nhân Vì vậy, làm giảm suất tăng chi phí sản phẩm; thứ hai, có sai lệch vị trí vạch nhấn mũ giày sau in (sai lệch ± mm) nên ảnh hưởng đến công đoạn là may đường viền trang trí lên vạch nhấn này Hiện nay, công ty sản xuất giày Việt Nam mong muốn giải vấn đề trên, nhưng nay, ngồi việc giải thủ cơng chưa có phương án sử dụng robot khả thi đưa Bài báo giới thiệu phương án cấp mũ giày xác cho máy in lụa 6 trạm dùng robot kỹ thuật xử lý ảnh Một camera sử dụng để chụp ảnh mũ giày
Ảnh chuyển sang ảnh nhị phân dùng cho việc xử lý ảnh đểtính tốn sai lệch vị trí theo phương X, Y sai lệch góc xoay mũ giày Một thuật tốn dùng để tính tốn sai lệch nêu đề xuất báo Mũ giày đặt bàn máy điều chỉnh vị trí
Y
X Bàn máy XY có thể tịnh tiến
theo phương X, Y xoay góc , điều khiển ba động Nhiệm vụ bàn máy điều chỉnh xác vị trí mũ giày cách so sánh vị trí với vị trí chuẩn được lưu máy tính trước Tính hiệu quả của thuật tốn độ xác phần xử lý ảnh hệ thống khí chứng minh qua kết thực nghiệm hệ thống thực tế.
Từ khóa:mũ giày, vạch nhấn, bàn máy XY.
1 GIỚI THIỆU
Hiện nay, thịtrường có nhiều loại giày thể thao trang trí cách in vạch nhấn song song lên mũ giày bỡi máy in lụa tự động
Theo kết khảo sát, hầu hết công ty sản xuất giày Việt Nam sử dụng hình thức cấp mũ
(2)trắng hình 1)
Có hai loại máy in lụa tựđộng dùng để in vạch nhấn song song lên mũ giày: máy in lụa tự động dạng xoay tròn máy in lụa dạng trạm đặt dọc Công đoạn cấp mũ giày cho hai loại máy in
này công nhân thực tay
Hình 1. Các vạch nhấn song song màu trắng mũ
giày thể thao
Cho đến nay, chưa có cơng trình nghiên cứu
trong ngồi nước liên quan đến việc dùng robot cấp mũ giày xác cho máy in lụa tựđộng
đểtăng độ xác vị trí vạch nhấn mũ giày Việc cấp phôi công nhân thực tay dựa vào đường chuẩn đường kẻ
dọc ngang băng tải máy in lụa Vì
độ khơng cao, có sai lệch vị trí vạch nhấn mũ giày sau in Sai lệch
là ± 1mm Điều ảnh hưởng lớn đến công đoạn may đường viền lên vạch nhấn
Bài báo trình bày việc thiết kế, chế tạo hệ
thống sử dụng robot cấp mũ giày xác cho máy in lụa tựđộng dạng trạm đặt dọc dùng để in vạch nhấn song song lên mũ giày nhằm tăng độ
chính xác vị trí vạch nhấn; đồng thời giảm bớt nhân công thời gian ởcông đoạn cấp phôi,
tăng hiệu kinh tế giảm phế phẩm Độ xác vị trí vạch nhấn mũ giày cần đạt ± 0,5 mm Kết nghiên cứu báo
sởđể thiết kế, chế tạo toàn hệ thống in lụa tự động trạm dùng để in vạch nhấn lên mũ giày cung cấp cho công ty sản xuất giày Việt Nam 2 PHƯƠNG ÁN CẤP MŨ GIÀY CHÍNH XÁC CHO MÁY IN LỤA
2.1 Thực trạng công đoạn in vạch nhấn lên
mũ giày
Hiện tại, Việt Nam, số công ty sản xuất giày sử dụng máy in lụa tựđộng dạng trạm đặt dọc để in vạch nhấn lên mũ giày Công đoạn
định vị mũ giày lên băng tải máy in lụa công nhân thực tay Công nhân định vị
mũ giày dựa vào đường chuẩn (dọc ngang)
đã vạch sẵn nhôm băng tải
hình Các nhơm có qt lớp keo mỏng để
kết dính mũ giày Sai lệch vị trí vạch nhấn mũ giày sau in ± mm
Hình 2.Định vị mũ giày băng tải máy in lụa tự động (do công nhân thực tay)
Công đoạn in vạch nhấn lên mũ giày doanh nghiệp tư nhân Giày Á Châu (Asia Shoes
Pte.) hồn tồn cơng nhân thực tay sản phẩm (hình 3)
Hình 3.Cơng đoạn in vạch nhấn lên mũ giày doanh nghiệp tư nhân Giày Á Châu
2.2 Phương án cấp mũ giày xác cho máy in lụa
Dùng bàn máy XY đểđiều chỉnh vị trí mũ giày tay máy để di chuyển mũ giày từ bàn máy
(3)theo bước sau:
Bước 1: Dùng cấu cấp mũ giày (cấp thô) từ
khay chứa sang bàn máy điều chỉnh vị tríXY Bàn máy có bậc tự do: tịnh tiến theo hai
phương X, Y xoay quanh trục Z thẳng đứng Bước 2: Dùng 01 camera treo phía bàn máy
Y
X để chụp ảnh mũ giày Sử dụng kỹ thuật xử lý ảnh xác định tâm góc định hướng mũ
giày
Hình 4.Phương án cấp mũ giày xác cho máy in lụa
Bước 3: Tính sai lệch theo hai phương X, Y
sai lệch góc xoay mũ giày từ việc so sánh vị trí với vị trí chuẩn mũ giày
lưu máy tính trước
Bước 4: Điều khiển bàn máy tịnh tiến theo hai
phương X, Y xoay góc để khử sai lệch vừa tính
Bước 5: Dùng tay máy để di chuyển mũ giày (đã
được điều chỉnh xác vị trí) từ bàn máy
Y
X sang băng tải máy in lụa tựđộng
3 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BÀN MÁY ĐIỀU CHỈNH CHÍNH XÁC VỊ TRÍ MŨ GIÀY
Y
X VÀ MÂM HÚT ĐỊNH VỊ MŨ
GIÀY
3.1 Thiết kế, chế tạo bàn máy điều chỉnh xác vị trí mũ giày XY
Bàn máy điều chỉnh xác vị trí mũ giày gồm ba bậc tự do: tịnh tiến theo hai phương X, Y mặt phẳng ngang quay quanh trục Z thẳng đứng Hai chuyển động tịnh tiến X, Y thực bỡi
các trượt, chuyển động quay quanh trục Z nhờ truyền trục vít-bánh vít Ba động bước
được sử dụng đểđiều khiển bàn máy Kết cấu thật bàn máy điều chỉnh vịtrí hình
Hình 5.Bàn máy điều chỉnh vị trí XY
3.2 Thiết kế, chế tạo mâm hút định vị mũ giày
Mâm hút định vị mũ giày đặt bàn máy
điều chỉnh vị trí XY Mâm hút có nhiệm vụ
hút giữ phẳng mũ giày Vì cần phải tính tốn, chọn quạt hút thỏa mãn yêu cầu đặt
Áp dụng công thức:
p F
P . (1)
trong đó: P lực quạt tác động lên mũ giày; p áp suất quạt hút; F phần diện tích mũ giày chịu tác động quạt hút Đây
là diện tích cửa hút mặt mâm hút, diện tích khoảng 500÷1350 mm2, chọn F=800 mm2 Căn cứvào kích thước, hình dạng của mũ
giày đểđảm bảo lực tác dụng lên mũ giày điểm đặt lực nhau; phôi giữ
(4)Hình 6.Kích thước mũ giày
Do vậy:
) ( 821356 ,
10gm N
P phôi (2)
Suy ra:
7 , 3526
F P
p (N/m2) (3)
Chọn quạt hút có p =3290N/m2, ký hiệu VFC308A Công ty FUJI Nhật sản xuất
Hình 7.Mâm hút định vị mũ giày
4 XỬ LÝ ẢNH MŨ GIÀY TÍNH TỐN SAI SỐ VỊ TRÍ CỦA MŨ GIÀY
4.1 Giải thuật, chương trình xử lý ảnh mũ giày
Lưu đồ giải thuật hình Camera chụp ảnh mũ giày xử lý nhiễu, sau chuyển sang ảnh nhị
phân Kiểm tra sai số mũ giày tại, sai
số nhỏhơn 0,5 mm chuyển mũ giày sang băng
tải máy in lụa, kết thúc trình; sai số lớn
hơn 0,5mm tiến hành tìm trọng tâm góc định
hướng mũ giày để tính sai lệch vị trí mũ
giày Từđó tiến hành điều khiển bàn máy XY
đểđưa sai lệch vềkhông Bước kiểm tra sai số vị trí mũ giày xem có thỏa u cầu (< 0,5mm) khơng Quá trình lặp lại bước nêu Sai sốđược tính tốn phương pháp
chồng hình ảnh mũ giày với mũ giày chuẩn để so sánh độ trùng khít
Đểđiều khiển xác vị trí mũ giày dùng kỹ thuật xử lý ảnh phải ý đến nhiễu gây không ổn định nguồn sáng giá trịđộ
xám tùy thuộc vào vị trí khung hình bắt ảnh Vì vậy, khơng cần phần cứng đáng tin cậy cho camera, nguồn sáng card hình ảnh mà cịn phải phát triển thuật tốn thời gian thực đểđảm bảo việc xác định xác đặc trưng hình học tiết diện ngang (tiết diện mũ giày chụp
ảnh), nghĩa phải điều chỉnh sai lệch vị trí mũ
giày cách điều khiển vị trí bàn máy
Y
X thời gian thực Bộđiều khiển nhận tín hiệu từ bộđiều khiển PC-based (bộđiều khiển
chính) lái động dịch chuyển bàn máy
Y
(5)Chụp ảnh, Tiền xử lý ảnh
Kiểm tra sai số vị trí mũ giày
Sai số thỏa yêu cầu
(< 0,5mm)
Chuyển mũ giày sang băng tải
máy in lụa
Xác định trọng tâm mũ giày
Đúng
Sai
Ảnh nhị phân BẮT ĐẦU
KẾT THÚC
Tính góc định hướng
Tính tốn sai lệch vị trí mũ giày
Điều khiển bàn máy
Y X
Hình 8.Lưu đồ giải thuật
Mũ giày chuẩn Mũ giày cần điều chỉnh vị trí Hình 9.Ảnh nhị phân mũ giày
4.1.1 Các đặc trưng hình học của mũ giày Trong thuật toán xác định sai lệch vị trí mũ
giày, mục tiêu đặt xác định sai lệch vịtrí mũ giày so với mũ giày chuẩn lưu máy tính, bao gồm:
- Sai lệch tịnh tiến Δx theo phương ngang (phương dịch chuyển trái - phải)
- Sai lệch tịnh tiến Δy theo phương tới - lui - Sai lệch góc xoay θ
Để thực điều đó, hai đặc trưng hình học tiết diện ngang áp dụng lên ảnh chụp Tâm
và Góc định hướng Khi đó, ảnh chụp xác
định ( ,y , )xC CT, C(xC,yC) tâm α góc định hướng hình ảnh mũ giày chụp
Tâm mũ giày:
Hình 10.Xác định đặc trưng hình học tiết diện phẳng mũ giày
Tâm tiết diện phẳng mũ giày xác định công thức [1]:
(4)
1 C
F
C F
x xdF
F
y ydF
F
(6)Trong trường hợp rời rạc:
(5)
trong đó, Fk diện tích nguyên tố vị trí
(x yk, k)T F Fk
Đối với ảnh nhị phân mũ giày xét, ảnh
được chia nhỏthành điểm ảnh (pixel) Như vậy, coi phân bố pixel qua hàm ảnh sau [3]:
foreground background y
x F
1 ) ,
( (6)
Nghĩa vịtrí điểm ảnh (x,y), F(x,y) = 1 đen (foreground – điểm thuộc ảnh mũ giày) F(x,y) = 0 trắng (background – điểm khơng thuộc ảnh mũ giày) Có thể coi diện tích nguyên tố giá trị pixel Nếu kích thước ảnh chụp mxn diện tích tồn phần mũ giày chụp ảnh
Khi với
( ,y , )xC C T
chụp, có thểxác định:
m
y C
n
x C
y y x F F y
x y x F F x
1
). , ( 1
). , ( 1
(7)
Hình 11.Xác định đặc trưng hình học mũ giày
được chụp lại ảnh nhị phân
Hệ trục trung tâm góc định hướng:
Hệ trục gọi hệ trục quán tính trung tâm nếu:
(1) Moment quán tính ly tâm tiết diện ngang
đối với hệ trục
(2) Gốc tọa độ trùng với tâm tiết diện Xét hệ trục tọa độG Oxy , moment quán tính ly tâm tiết diện phẳng hệ trục tọa độđược
xác định bởi[1]:
xy F
J xydF (8) Rời rạc hóa ứng dụng cho ảnh nhịphân để xác
định moment quán tính mũ giày chụp ảnh
đối với hệ trục tọa độảnh:
1 ,1
( , ) xy
x n y m
J xyF x y
(9)
trong đó: mxn là kích thước ảnh nhị phân
Giả sử hệ trục toạđộ R Cuv hệ trục quán tính ly tâm ảnh chụp mũ giày, với C tâm
ảnh chụp momen qn tính ly tâm tiết diện phẳng hệ trục Juv = 0 Rđạt 1
1
C k k
k
C k k
k
x x F
F
y y F
F
( , )
( , )
x y
F F x y
(7)quay O góc α chiều lượng giác quanh O, sau
đó tịnh tiến từO vềC Lúc α gọi góc định
hướng tiết diện phẳng
Hình 12. Hệ trục qn tính trung tâm
Ởđây, mục tiêu xác định góc định hướng
Xét điểm có tọa độ(x,y)T G (u,v)T R, mối quan hệ thiết lập được:
cos sin sin cos cos sin sin cos C C C C x x u
y v y
x x
u
v y y
(10) Khi đó:
x x y y dF x x y y dF y y x x y y x x uvdF J C C F C C C C F F C C uv 2 2 sin cos cos sin cos sin sin cos (11) Do dF diện tích phân tố nên rời rạc hóa:
cos 2 sin , 1 2 m y n x k C C m
y xn
k C k k C k uv F x x y y F x x F y y J (12) Juv
(13)
Sử dụng giá trịđã rời rạc cơng thức để
tìm góc định hướng cho mũ giày:
1 ,1
2
1
2 ( )( )
1 atan
( ) ( )
C C k x n y m
C k C k y m x n
y y x x F
y y F x x F
(14)
4.1.2 Biểu diễn dạng moment thống kê Trong không gian hai chiều theo hai biến x, y có phân phối rời rạc F(x,y), moment thống kê [2]:
, ,
F( , ) p q p q
x y
m x y x y
(15)
Với (p,q) là bậc moment, tồn khơng gian chứa hai biến
Moment trung tâm [2]:
, ,
F( , )( ) (p )q
p q C C
x y
x y x x y y
(16)
Khi đó, chuyển cơng thức tính dạng
moment sau: + Vị trí trọng tâm:
1,0 0,0 0,1 0,0 C C m x m m y m (17)