Xử lý ảnh bằng phần mềm labview cho máy tự động kiểm tra và phân loại nhãn in trên sản phẩm trong công đoạn đóng gói

Xử lý ảnh bằng phần mềm labview cho máy tự động kiểm tra và phân loại nhãn in trên sản phẩm trong công đoạn đóng gói ..... Digital image processing digital using Labview software for autonomous inspecting and labelsorting machines in packing process

HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Digital image processing digital using Labview software for autonomous inspecting and label-sorting machines in packing process Xử lý ảnh phần mềm labview cho máy tự động kiểm tra phân loại nhãn in sản phẩm cơng đoạn đóng gói Trần Ngọc Hải*, Tào Quang Bảng, Trần Xuân Tùy, Hồ Đắc Văn Nhân Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng *Email: tnhai@dut.udn.vn Tel: +84-0511.3842741; Mobile: 0905026649 Tóm tắt Từ khóa: Trong nhà máy đại ngày nay, cơng nghệ xử lý ảnh ứng dụng công Phần mềm Labview, nghệ thay dần cho kiểm tra mắt người lao động Robot đơn trục, nhãn in ngày phát triển nhằm loại bỏ rủi ro trình sản xuất nâng cao suất hiệu cơng việc Tính ưu việt công nghệ xử lý ảnh cho phép kiểm tra nhiều lĩnh vực khác công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dệt may, công nghiệp điện tử Bài báo khai thác đề tài ứng dụng phần mềm labview để kiểm tra nhãn in qua camera đồng thời phân loại nhãn in bị sai hỏng bao gồm lỗi khơng in, mờ nét, nét Lập trình xử lý camera quét nhận diện vừa ký tự vừa barcode nhãn in Thiết kế chế tạo mơ hình máy tự động kiểm tra phân loại tem nhãn Cơ cấu chấp hành gắp hút robot đơn trục điều khiển giám sát HMI qua PLC Delta DVP-SV Abstract Keywords: Labview software, cylinder robot, label Single Nowadays, in industrial factories, image processing technology and its application are gradually replacing manual inspecting, and also being constantly developed to reduce potential risks in manufacturing process, as well as to improve productivity and performance With its advantages, image processing can be applicable in many different fields such as food industry, textile industry, and electronic industry The article describes an application using Labview software to inspect label by digital camera, as well as to sort faulty labels including no printing, faint printing and broken labels The program of the application can recognize the both characters and barcode on label We designed and built an automatic system for inspecting and sorting label using Labview software Clamping mechanism using single cylinder robot is controlled by PLC Delta DVP-SV and monitored by HMI screen HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Ngày nhận bài: 13/7/2018 Ngày nhận sửa: 12/9/2018 Ngày chấp nhận đăng: 15/9/2018 TỔNG QUAN Hiện chi phí nhân công ngày tăng cao, từ năm 2010 đến năm 2018 mức lương tối thiểu tăng 200% doanh nghiệp Thêm vào ngày nhiều cơng ty xuất từ quốc gia khu vực thới giới cạnh tranh công nghệ giá thành Do yêu cầu không ngừng cải tiến thiết bị máy móc phân xưởng sản xuất nhằm nâng cao hiệu sản xuất giảm chi phí lao động vấn đề quan tâm Mặt khác, yêu cầu khách hàng ngày khắc khe, tiêu chuẩn đo lường kiểm tra truy vết sản phẩm yêu cầu cao độ xác trước giao sản phẩm đến khách hàng Trong nhà máy Foster Electric Đà Nẵng nay, chủ yếu sử dụng lao động thủ công để kiểm tra công đoạn dán nhãn mã vạch cơng đoạn đóng gói Cơng đoạn địi hỏi tập trung cao công nhân để kiểm tra sai sót việc in ấn nhãn, mà lỗi hay gặp như: nhãn in mờ, khơng rõ nét, nhãn khơng in, sai code sản phẩm (hình 1) Do dẫn đến sản phẩm đóng gói không đạt yêu cầu gửi đến khách hàng, vấn đề ảnh hưởng nghiêm trọng đến công tác quản lý chất lượng nhà máy uy tín cơng ty chưa kể khoản đền bù lớn sai sót gây Đứng trước thực tế đó, nhiều giải pháp đưa ra, việc sử dụng robot scara trang bị hệ thống vision dùng để phân loại kiểm tra sản phẩm khả thi robot scara ADTECH, TOSHIBA THL400, YAMAHA YK400XG, EPSON LS3-401 [7, 8] Robot thường có chi phí đầu tư cao khoảng từ 15.000 - 45.000 USD, việc áp dụng nhân rộng nhà máy khó triển khai Việc làm chủ công nghệ mà không phụ thuộc vào công nghệ hãng sản xuất lớn giới, mặt khác nhằm giảm chi phí đầu tư yêu cầu cấp thiết khoa học công nghệ Việt Nam Thực tế quy trình đóng gói nhà máy Foster Electric quy trình hồn tồn thủ cơng, việc kiểm tra tem nhãn in hồn tồn mắt thường (bảng 1) Bảng Quy trình đóng gói HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Hình Một số lỗi thường gặp Với quy trình có ưu điểm đơn giản, dễ thực chuyển giao công nghệ đơn giản Tuy nhiên, nhược điểm quy trình bỏ lọt qua lỗi in tem bị sai, tem bị hỏng in mờ, nét, hiệu suất công đoạn chưa cao không thống kê lỗi in tem bị sai so với tem in tiêu chuẩn NỘI DUNG 2.1 Cải tiến máy tự động kiểm tra nhãn in hộp sản phẩm phân loại vào khay chứa Mơ hình ngun lý quy trình đóng gói cải tiến thể hình cải tiến quy trình đóng gói máy tự động kiểm tra nhãn in hộp sản phẩm phân loại vào khay chứa thể bảng Hình Mơ hình đóng gói cải tiến HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Bảng Quy trình đóng gói cải tiến Bảng So sánh kết trước sau cải tiến 2.2 Lựa chọn trang bị công nghệ Máy tự động phải bao gồm module vận hành bố trí sau: Băng tải chuyển sản phẩm sau in dán tem, máy phân tích ảnh, robot có cấu gắp hút [4], băng tải chuyển sản phẩm hoàn thiện hệ thống điều khiển HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Hình Sơ đồ mơ hình hóa máy tự động kiểm tra Hình Ảnh chụp máy chế tạo 2.3 Hệ thống xử lý ảnh phần mềm Labview 2.3.1 Xây dựng chương trình xử lý ảnh cấu hình cho Camera Từ Labview [1, 5] với công cụ hỗ trợ xây dựng giao diện tương ứng để thực cho việc kiểm tra nhãn in bao gồm: Vùng camera xử lý quét nhãn in ký tự barcode, vùng chuyển liệu vào/ra với khả lập trình PLC, vùng hiển thị trạng thái Pass NG, vùng hiển thị kết nối RS232, vùng hiển thị thông tin phần mềm, vùng hiển thị chuỗi ký tự nhận diện, vùng hiển thị chuỗi ký tự so sánh Các giao diện thể hình Với Labview thu thập hình ảnh qua camera giao tiếp qua cổng USB, camera tích hợp sẵn máy camera IP Từ khối Vision Acquisition ta cấu hình cho camera dùng để quét với nhiều lựa chọn quét đơn, quét chụp liên tục Số 1: Mã hóa code 39 Số 2: Trạng thái NG/OK Số 3: Hiển thị barcode từ camera xử lý ảnh Số 4: Trạng thái kiểm tra Passed NG barcode Số 5: Thông số cài đặt để kiểm tra nhãn in Số 6: Hiển thị ký tự từ camera xử lý ảnh Số 7: Trạng thái Passed NG chuỗi ký tự Số 8: Cổng COM kết nối Camera vào Máy tính Số 9: Độ trễ thời gian ghi liệu từ camera Số 10: Thông số truyền từ RS232 to COM truyền thông đến PLC Sô 11: Số bit liệu truyền xuống PLC Sô 12: Hiển thị lệnh đẩy xuống PLC Số 13: Trạng thái kết nối kết nối với PLC Sô 14: Trạng thái chạy dừng liên tục quét hình ảnh từ camera Hình Xây dựng giao diện hiển thị Labview HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 2.3.2 Cấu hình nhận diện ký tự barcode chuỗi ký tự OCR/ORV Từ Vision Assisstant vào NI Vission assisstant để thực nhận diện barcode từ khung Processing Function: Identification, vùng quét 1D barcode, vùng barcode reader setting chọn vùng quét kiểu barcode Thể hình Hình Cấu hình nhận diện ký tự barcode Từ Vision Assisstant vào NI Vission assisstant để thực nhận diện chuỗi ký tự từ khung Processing Function: Identification; Vùng quét OCR/ORV: Reads characters in region of image, tiếp NI OCR Training Interface để dạy cách nhận diện ký tự cuối nhập Correct String để phần mềm tự học hiểu ký tự Thể hình Hình Cấu hình nhận diện ký chuỗi ký tự OCR/ORV 2.4 Cấu trúc chương trình PLC HMI giao diện giám sát Dựa vào yêu cầu hệ thống điều khiển cấu chấp hành thực bước quy trình phân loại gắp thả sản phẩm Chúng tơi thiết lập chu trình thuật tốn kết nối với khả lập trình PLC [6] thể hình HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Hình Sơ đồ thuật tốn bảng kết nối PLC Qua phần mềm DOPSoft hãng delta [3, 9] cho dòng giám sát từ hoạt động PLC Giao diện với trạng thái ban đầu thể hình 9a, hiển thị điều khiển tốc độ động trục hình 9b, hiển thị điều khiển tọa độ trục hình 10a a b Hình Giao diện hiển thị trạng thái ban đầu điều khiển tốc độ động HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 a b Hình 10 Giao diện hiển thị tọa độ kết giao diện xử lý ảnh Labview KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Qua trình thử nghiệm kết giao diện xử lý ảnh Labview hình 10b, chúng tơi thấy rằng: Giao diện chương trình thân thiện dễ sử dụng, điều khiển cánh tay robot theo tốc độ vị trí linh hoạt dựa hình Goot HMI Cho phép người dùng hồn toàn chủ động thiết lập tọa độ gấp hút, di chuyển vận tốc tương ứng; Chu kỳ máy đáp ứng đầu sản phẩm với tốc độ kiểm tra 500ms/con hàng Đáp ứng pitchtime công đoạn kiểm tra sản phẩm; Kết cấu máy đơn giản, hoạt động với độ tin cao hoạt động đồng dây chuyền; Chương trình hoạt động ổn định, kết phân loại đếm sản phẩm đạt không đạt lưu lại kết hình hiển thị cách trực quan; Kết xử lý ảnh với tỷ lệ sai lệch nhỏ có độ xác cao gần 99% KẾT LUẬN Bài báo trình bày số kết nghiên cứu, chế tạo máy tự động kiểm tra phân loại nhãn in sản phẩm, cụ thể: Xây dựng chương trình xử lý ảnh dùng để phân loại nhãn in ứng dụng vào mô hình máy tự động kiểm tra phân loại nhãn in cấu gắp hút điều khiển PLC HMI giám sát Vừa xử lý kiểm tra ký tự vừa kiểm tra phần barcode in nhãn Đảm bảo tính phân loại cao nhãn in sai hỏng; Một số điểm hạn chế chương trình xử lý ảnh cịn dừng lại phân tích vùng chuỗi ký tự vùng barcode chương trình chưa linh hoạt cho phép người sử dụng mở rộng hoạt thu hẹp phạm vi vùng xử lý ảnh cách linh hoạt để đáp ứng cho nhiều loại label hộp in khác nhau; Việc ứng dụng công nghệ xử lý ảnh tương tự mơ hình xử lý ảnh trên, mở rộng việc loại bỏ việc kiểm tra thủ cơng, loại bỏ sai sót q trình sản xuất Có thể ứng dụng lãnh vực tương tự kiểm tra kích thước bao bì sản phẩm nhà máy đóng chai, kiểm tra độ đồng tâm độ tương đồng so với mẫu quy chuẩn lĩnh vực khí chế tạo ổ bi, gia cơng khí LỜI CẢM ƠN HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Nhóm tác giả chân thành cảm ơn Quý lãnh đạo nhân viên thuộc nhà máy Foster Electric Đà Nẵng, Viện cơng nghệ khí tự động hóa, khoa Cơ khí, trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng tạo điều kiện trợ giúp thời gian thực nghiên cứu DANH MỤC DANH PHÁP/KÝ HIỆU PLC : Programmable logic controller HMI : Human Machine Interface OCR : Optical Character Recognition ORV : Optical Character Verification TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Bá Hải, 2013 Lập Trình Labview NXB Đại học Quốc gia TpHCM [2] Trần Thế San, Nguyễn Ngọc Phương, 2008 PLC lập trình ứng dụng cơng nghiệp NXB Khoa học Kỹ thuật [3] Delta Electronics Inc, 2008 DOP Series HMI Connection Manual Taiwan [4] IAI American Inc, 2008 RCP2 Robo Cylinder Operation Manual Chicago, USA [5] Information on http://www.ni.com/en-vn/shop/labview.html [6] Information on http://www.plcmitsubishi.vn [7] Information on http://www.toshiba-machine.com [8] Information on http://www.epson.com [9] Information on http://www.hmivietnam.com ... mở rộng hoạt thu hẹp phạm vi vùng xử lý ảnh cách linh hoạt để đáp ứng cho nhiều loại label hộp in khác nhau; Việc ứng dụng công nghệ xử lý ảnh tương tự mơ hình xử lý ảnh trên, mở rộng việc loại... Số 3: Hiển thị barcode từ camera xử lý ảnh Số 4: Trạng thái kiểm tra Passed NG barcode Số 5: Thông số cài đặt để kiểm tra nhãn in Số 6: Hiển thị ký tự từ camera xử lý ảnh Số 7: Trạng thái Passed... VCME 2018 a b Hình 10 Giao diện hiển thị tọa độ kết giao diện xử lý ảnh Labview KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Qua trình thử nghiệm kết giao diện xử lý ảnh Labview hình 10b, chúng tơi thấy rằng: Giao diện