Thiết kế máy kiểm tra ngoại quan sản phẩm

Luận văn trình bày thiết kế hệ thống kiểm tra ngoại quan sản phẩm dùng camera sử dụng cho linh kiện điện tử. Quá trình kiểm tra sẽ phát hiện các lỗi cơ bản thường gặp của linh kiện chíp điện tử trên khay chuyên dụng như: mất nhãn, mờ nhãn, sai nhãn, mất chân, sai hướng… Để nhận dạng và kiểm tra ngoại quan sản phẩm ta ứng dụng phương pháp xử lý ảnh và quá trình thực hiện. Phần mềm xử lý ảnh dùng trong đề tài là Visual Studio trên ngôn ngữ C với các thư viện EmguCV và OpenCV. Các thuật toán được áp dụng như sobel (tìm biên ảnh), OCR, so sánh …

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ – BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MÁY KIỂM TRA NGOẠI QUAN SẢN PHẨM SVTH: T*** M*** Chiến MSSV: 21300382 GVHD: ************** TP.HCM, 2017 LỜI CẢM ƠN i TĨM TẮT LUẬN VĂN Luận văn trình bày thiết kế hệ thống kiểm tra ngoại quan sản phẩm dùng camera sử dụng cho linh kiện điện tử Quá trình kiểm tra phát lỗi thường gặp linh kiện chíp điện tử khay chuyên dụng như: nhãn, mờ nhãn, sai nhãn, chân, sai hướng… Để nhận dạng kiểm tra ngoại quan sản phẩm ta ứng dụng phương pháp xử lý ảnh trình thực Phần mềm xử lý ảnh dùng đề tài Visual Studio ngôn ngữ C# với thư viện EmguCV OpenCV Các thuật toán áp dụng sobel (tìm biên ảnh), OCR, so sánh … Nội dung gồm chương: Chương 1: Tìm hiểu tổng quan Chương 2: Lựa chọn phương án Chương 3: Tính tốn, thiết kế khí Chương 4: Thiết kế mạch điện, điều khiển Chương 5: Giải thuật điều khiển xử lý hình ảnh Chương 6: Thực nghiệm Chương 7: Tổng kết hướng phát triển ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH HÌNH ẢNH vii DANH SÁCH BẢNG BIỂU x CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Kiểm tra ngoại quan sản phẩm linh kiện điện tử 1.2.1 Khái niệm kiểm tra ngoại quan 1.2.2 Các lỗi điển hình kiểm tra ngoại quan linh kiện điện tử 1.2.3 Cấu tạo máy kiểm tra ngoại quan tự động .7 1.3 Một số máy kiểm tra ngoại quan tự động thị trường 12 1.3.1 Bộ kiểm tra đa dụng MVI-250 - ASV Software 12 1.3.2 Hệ thống kiểm tra ngoại quan tự động - VISIONx INC 14 1.3.3 Sprint CNC 300 – RAM Optical Instrumentation 15 1.3.4 BUSCH 3-Axis Systems - BUSCH Microsystems Consult 16 1.3.5 Nguyên lý hoạt động chung máy kiểm tra ngoại quan 17 1.4 Mục tiêu, nhiệm vụ phạm vi đề tài 18 1.4.1 Mục tiêu 18 1.4.2 Nhiệm vụ .18 1.4.3 Phạm vi đề tài 19 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 21 2.1 Lựa chọn dạng kết cấu máy .21 2.2 Lựa chọn phương án truyền động - dẫn động 21 iii 2.3 Lựa chọn động truyền động cho trục 22 2.4 Chọn cơng tắc hành trình 23 2.5 Chọn phương án điều khiển .23 2.6 Chọn bơ xử lý hình ảnh 24 2.7 Chọn camera 26 2.8 Sơ đồ lựa chọn phương án 27 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ KHÍ 28 3.1 Yêu cầu thiết kế nguyên lý truyền động 28 3.1 Tính tốn chọn trục trượt, ổ bi trượt 29 3.1.1 Tính chọn trục trượt, ổ trượt trục X (Cụm camera) 29 3.1.2 Tính chọn trục trượt, ổ trượt trục Y (Bàn máy) 30 3.2 Tính chọn truyền ví me – đai ốc 31 3.2.1 Tính chọn truyền ví me – đai ốc trục X (Cụm camera) 31 3.2.2 Tính chọn truyền ví me – đai ốc trục Y (Bàn máy) 33 3.3 Tính tốn chọn ổ lăn cho trục vitme 34 3.4 Tính tốn chọn động truyền động cho trục 35 3.5 Mơ hình sau thiết kế 36 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN 38 4.1 Thiết kế sơ hệ thống điều khiển 38 4.2 Lựa chọn vi điều khiển 40 4.2.1 Giới thiệu vi điều khiển PIC16F877A 41 4.2.2 Giao tiếp vi điều khiển với máy tính 41 4.3 Các thành phần khác hệ thống điện 42 4.3.1 Mạch điều khiển (driver) cho động bước .42 4.3.2 Cơng tắc giới hạn hành trình (Endstop) 44 iv 4.4 Sơ đồ mạch điện 45 4.5 Lập trình điều khiển vi điều khiển PIC16F877A 47 4.5.1 Bộ điều khiển vi điều khiển (MCU) 47 4.5.2 Giao thức truyền nhận liệu RS-232 49 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIẢI THUẬT XỬ LÝ HÌNH ẢNH VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 50 5.1 Phương pháp xử lý ảnh 50 5.1.1 Các bước xử lý ảnh 50 5.1.2 Phương pháp thực 51 5.2 Thuật toán PCA nhận dạng khuyết tật sản phẩm 52 5.2.1 Tập ảnh huấn luyện .52 5.2.2 Tiền xử lý 54 5.2.3 Trích đặc trưng ảnh huấn luyện 57 5.2.4 Nhận dạng 59 5.3 Chương trình điều khiển lưu đồ gải thuật 60 5.3.1 Giải thuật hoạt động hệ thống 60 5.3.2 Giải thuật hoạt động chế độ Manual 61 5.3.3 Giải thuật hoạt động chế độ Auto .62 5.3.4 Giao diện chương trình .63 Chương 6: THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 65 6.1 Giới thiệu mơ hình thực nghiệm 65 6.2 Thực nghiệm vận hành phát lỗi sản phẩm 66 6.2.1 Thực nghiệm nhận dạng lỗi “Sai hướng” 66 6.2.2 Thực nghiệm nhận dạng lỗi “Sai, khuyết mark” 67 6.2.3 Thực nghiệm nhận dạng lỗi “Thiếu chân” 68 v 6.2.4 Thực nghiệm kiểm tra tự động khay sản phẩm ngẫu nhiên 69 6.3 Đánh giá kết kết luận 70 Chương 7: TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 71 7.1 Kết đạt 71 7.2 Hạn chế luận văn 71 7.3 Hướng phát triển đề tài 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 vi DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1 Ứng dụng kiểm tra hình ảnh sản phẩm Hình 1.2 Ứng dụng đọc barcode Hình 1.3 Ứng dụng OCR Hình 1.4 Ứng dụng để định vị Hình 1.5 Ứng dụng đo kích thước Hình 1.6 Cơng nghệ xử lý ảnh dùng kiểm tra ngoại quan sản phẩm Hình 1.7 Các khuyết tật bề mặt Hình 1.8 Các khuyết tật bề mặt linh kiện QFN/VSP/SON Hình 1.9 Các khuyết tật bề mặt linh kiện BGA/CSP/LGA Hình 1.10 Các lỗi, khuyết tật board mạch Hình 1.11 Một shể kiểm tra thủ cơng, dịch chuyển bàn máy, chụp lấy mẫu Camera, nhập thông số sản phẩm Trong trình khi nhấn nút Start Inspection, thiết bị tự bật chương trình kiểm tra tự động – chế độ Auto (Hình 5.17) đến hồn tất, sau tự trở chế độ Manual để chờ lệnh Hình 5.15 Lưu đồ giải thuật chương trình 60 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIẢI THUẬT XỬ LÝ ẢNH, CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 5.3.2 Giải thuật hoạt động chế độ Manual Hình 5.16 Lưu đồ giải thuật chế độ Manual 61 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIẢI THUẬT XỬ LÝ ẢNH, CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN Chế độ Manual chế độ mặc định cảu hệ thống khởi động Trong chế độ ta tự di chuyển camera đến vị trí thích hợp để chụp xử lý vị trí mong muốn, chụp ảnh mẫu, hiệu chỉnh camera 5.3.3 Giải thuật hoạt động chế độ Auto Hình 5.17 Lưu đồ giải thuật chế độ Auto 62 ... tạo máy kiểm tra ngoại quan tự động .7 1.3 Một số máy kiểm tra ngoại quan tự động thị trường 12 1.3.1 Bộ kiểm tra đa dụng MVI-250 - ASV Software 12 1.3.2 Hệ thống kiểm tra ngoại quan. .. TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Kiểm tra ngoại quan sản phẩm linh kiện điện tử 1.2.1 Khái niệm kiểm tra ngoại quan 1.2.2 Các lỗi điển hình kiểm tra ngoại quan. .. nhiên Trong có sản phẩm OK, sản phẩm lỗi “Sai hướng”, sản phẩm lỗi “Sai, khuyết mark”, sản phẩm lỗi “Thiếu chân” Bảng 6.4 Kết kiểm tra tự động khay sản phẩm ngẫu nhiên: Sai, khuyết Sản phẩm Thời gian