L ời cảm ơn
2.2. Nội dung và phương phỏp nghiờn cứu
2.2.1. Thiết lập ệ thống đỏnh giỏ h khỏch quan độ nhăn và xỏc định cỏc thụng số hỡnh học đường may ứng dụng quột laser 3D và mạng nơron nhõn tạo.
+ Nghiờn cứu khảo sỏt bề mặt mẫu đường may nhăn ứng dụng quột laser 3D. + Mụ phỏng bề mặt và xỏc định cỏc thụng số hỡnh học của nhăn đường may đơn 301. + Nghiờn cứu đỏnh giỏ khỏch quan độ nhăn đường may đơn 301 theo cỏc cấp độ
AATCC ứng dụng mạng nơron nhõn tạo.
Hệ thống thiết bị đỏnh giỏ độ nhăn đường may đơn 301 được thiết kế, chế tạo. Qua nghiờn cứu tổng quan và khảo sỏt mẫu đường may nhăn cũng như yờu cầu của thiết bị đo [14], [34], luận ỏn đặt ra cỏc yờu cầu của hệ thống thiết bị đỏnh giỏ độ nhăn đường may khỏch quan như sau:
Thiết bị đo độ nhăn phải ự động vt à khỏch quan lấy được thụng tin về bề mặt mẫu đường may kớch thước 380x380mm, vựng đo 254x80mm, phạm vi đo của toạ độ z là ±5mm với độ phõn giải 20àm một cỏch ổn định và đảm bảo độ tin cậy mà khụng làm thay đổi trạng thỏi của đối tượng đo.
Kết quả đỏnh giỏ độ nhăn của hệ thống phải đảm bảo tớnh tương thớch với cỏc tiờu chuẩn đo nhăn đường may đang sử dụng (88B AATCC và ISO 7770). Cụng nghệ phự hợp với đối tượng đo, điều kiện cụng nghệ nước ta và tương thớch với cỏc hệ thống vi xử lý, thiết bị ngoại vi đi kốm.
Đảm bảo tớnh tiện dụng, thẩm mỹ và cú thể mở rộng để đ đại lượng khỏc.o Hệ thống thiết bị này trực tiếp phục vụ cho hai nội dung nghiờn cứu sau của luận ỏn. 2.2.1.1. Khảo sỏt ề mặt mẫu đường may nhăn b bằng quột laser 3D
Vải là vật liệu ềm, ễ biến dạng khi đo bim d ờn dạng bề mặt bằng phương phỏp đo tiếp xỳc. Do vậy để trỏnh làm biến dạng bề mặt mẫu đo, trờn cơ sở những phõn tớch về phương phỏp đỏnh giỏ độ nhăn đường may ở chương 1, cựng với việc xem xột điều kiện Việt Nam hiện nay, sự phỏt triển của cụng nghệ thụng tin; khả năng lập trỡnh để
giải quyết cỏc vấn đề cụng nghệ; điều kiện về linh kiện điện tử, chế tạo cơ khớ, tỏc giả nhận thấy hoàn toàn cú thể đỏp ứng để thiết kế thiết bị quột bề mặt đường may bằng phương phỏp khụng tiếp xỳc sử dụng tia laser và đỏnh giỏ độ nhăn đường may bằng mạng nơron nhõn tạo.
- Nguyờn lý đo:
Độ nhăn đường may được đỏnh giỏ qua độ nhấp nhụ hay khụng phẳng của cỏc điểm trờn bề mặt vải. Độ nh nhụ trờn bề mặt ải được xỏc định trong ệ toạ độ Đềấp v h - cỏc XYZ. Toạ độ mỗi điểm M(x, y, z) trờn bề mặt mẫu được xỏc định qua phộp đo x, y được đo qua hệ thống đo lường dịch chuyển, z được đo bằng quột tia laser theo nguyờn lý tam giỏc lượng. Tia laser I được chiếu xuống bề mặt cần đo. Tia phản xạ từ vị trớ 1 của bề mặt đo là I1' cho ảnh điểm của tia laser tại điểm a trờn bề mặt cảm biến. Tia I2'
phản xạ từ vị trớ 2 của bề mặt đo cho điểm ảnh tại b, khoảng cỏch h ab quan hệ với sự biến đổi độ cao z qua hệ thức:
h z.2sini (2-1) Trong đú: h là khoảng dịch chuyển chựm sỏng hội tụ khi phản xạ.
zlà sự biến đổi độ cao của điểm khảo sỏt ; i là gúc tới của tia laser với mẫu vải. Để tăng độ nhậy và cường độ tớn hiệu thu được, tia tới được chiếu nghiờng với gúc tới i sao cho đảm bảo độ chớnh xỏc cần thiết khi lấy thụng tin về bề mặt mẫu đo. Gúc tới này khụng chịu ảnh hưởng của gúc nhỡn khi quan sỏt và đỏnh giỏ độ nhăn theo tiờu chuẩn 88B-AATCC vỡ thụng tin mắt người nhận được khi quan sỏt và kết quả quột bề mặt mẫu đều bắt nguồn từ sự nhấp nhụ của bề mặt đường may. Thực nghiệm cho thấy gúc tới tối ưu i = 15o [39]. Từ đú xỏc định được cụng thức tớnh vị trớ của cao độ z:
i h z sin 2 (2-2) Dựa trờn nguyờn lớ của phương phỏp đo kết hợp với thực nghiệm, xõy dựng một hệ quang làm tăng cường độ chựm phản xạ và giảm quang sai. Khi đú, độ cao z được tớnh: z = i k y sin . 2 ' (2-3) h z M b Mặt phẳng cảm biến Th u kớnh tr ấ ụ Thấu kớnh cầu Z A A1 y y' Ngu phỏt laser ồn
Hỡnh 2-1. S ơ đồ nguyờn lý tođo ạ độ z Hỡnh 2-2. S nguyờn lý hơ đồ ệ quang
k là hệ số phúng đại của hệ quang; y’là quóng đường dịch chuyển của tia phản xạ. Với nguyờn lý đo như trờn, tớn hiệu vào là sự thay đổi vị trớ của tia sỏng. Đặt điểm đo đầu tiờn là gốc toạ độ (0,0,0) và sử dụng ột cảm biến luụn theo d m ừi sự thay đổi vị trớ hội tụ của tia phản xạ, ta xỏc định được toạ độ z ủa điểm đoc so với gốc toạ độ ban đầu. Cỏc nếp nhăn trờn bề mặt đường may cú hướng, dạng súng lan truyền vuụng gúc với đường may. Do vậy, mẫu được quột theo 17 đường song song với đường may, 128 điểm trờn một đường để thu dữ liệu về hỡnh dạng súng nhăn, đồng thời phự hợp với ệc xỏc định cỏc thụng số hỡnh dạng đường may nhăn theo mụ vi hỡnh Chang Kyu Park, t ạo điều kiện thuận lợi cho xử lý kết quả đo.
- Nguồn phỏt laser [13]:
Nguồn sỏng được lựa chọn để lấy thụng tin bề mặt mẫu là nguồn sỏng laser do cú những ưu điểm như tớnh đơn sắc và kết hợp cao về khụng gian và thời gian so ới cỏc v nguồn sỏng thụng thường. Laser cú độ định hướng và cường độ cao, khả năng hội tụ lớn. Hiện nay cú nhiều loại laser đang được sử dụng trong cụng nghiệp và đều hoạt động dựa trờn nguyờn tắc phỏt xạ ỏnh sỏng bằng bức xạ kớch thớch đỳng như thuật ngữ "LASER" (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Sự bức xạ kớch thớch cú thể thực hiện trờn laser rắn (YAG và NEODYM phỏt bức xạ liờn tục), laser bỏn dẫn (đi- ), laser phõn tốt ử (laser hoỏ h ) và laser khớ (HeNe và COọc 2).
Qua quỏ trỡnh tỡm hiểu về laser cũng như điều kiện tại Việt Nam, tỏc giả nhận thấy việc sử dụng laser bỏn dẫn GaAs cho thiết bị đo thiết kế là hợp lý nhất vỡ nguồn laser bỏn dẫn cú cỏc ưu điểm như kớch thước nhỏ gọn và giỏ thành rẻ, năng lượng đủ lớn để đỏp ứng yờu cầu đo. Nguồn laser dựng cho thiết bị đo nhăn đường may cú cụng suất 8 mW ; sử dụng dũng 1 chiều I = 70mA; U = 3,6V; bước súng 650nm, đường kớnh chựm tia 1mm. 2.2.1.2.Thực nghiệm kiểm tra kết quả quột laser 3D bề mặt đường may [61]
Để kiểm tra độ chớnh xỏc của dịch chuyển X, Y, hai thước đo gắn trờn hai chuyển động theo trục X và Y cú độ chớnh xỏc 0,02mm là kết quả nghiờn cứu ế thừa k của Bộ mụn Cơ khớ chớnh xỏc và Quang học, trường đại học Bỏch khoa Hà nội. Để đỏnh giỏ độ nhậy và độ chớnh xỏc khi đo kớch thước dài thực hiện phộp đo trờn tập căn mẫu cấp 00 của Mitut yo cú độ dày 0,8mm theo hai phương X, Y với bước đo 0,5mm.o Đõy là phương phỏp kiểm tra được sử dụng phổ biến với cỏc thiết bị đo khi thiết kế, chế tạo. Độ chớnh xỏc của mỏy đo với toạ độ z cũng được kiểm tra bởi căn mẫu trờn. Tiến hành đo 20 điểm và lặp lại 10 lần đo. ết quả được kiểm địnhK với giả thiết H0 ( i
với trường hợp giả thiết là ). Với n = 10, ta tớnh : Số trung bỡnh của vị trớ thứ i : 10 x x 10 1 j ij i
Độ lệch chuẩn kết quả đo tại vị trớ thứ i :
1 10 ) x x ( s 2 i ij i Vỡ n < 30, dựng trắc nghiệm t (t-test) : i c i i s 10 x t
so sỏnh với ttới hạn= 2,2622 (tra bảng PL6 [17] hoặc tớnh theo hàm Excel ttới hạn= TINV(2* /2,n-1)). Nếu ti< ttới hạn
sẽ kết luận được ị trớ thứ i đo được v khụng khỏc giỏ trị chuẩn (bậc thấp c = 0 hay bậc cao c = 0,8mm).
2.2.1.3. Mụ phỏng bề mặt mẫu đường
may nhăn bởi cỏc phần tử tam giỏc và xỏc định cỏc thụng số hỡnh học của mẫu * Mụ phỏng và làm mịn bề mặt:
Mục đớch của mụ phỏng là tạo ra hỡnh ảnh ề ặtb m nhăn đường may trờn mỏy tớnh, cho phộp quan sỏt trực quan mẫu đỏnh giỏ dưới cỏc gúc độ khỏc nhau ở dạng 3D và sự phõn bố cỏc súng nhăn trờn mẫu. Vỡ vậy, chức năng của phần mụ phỏng là đọc và lưu trữ dữ liệu của lưới điểm, dựng hỡnh mụ phỏng bề mặt đường may nhăn.
Quỏ trỡnh mụ phỏng bề mặt đường may được thực hiện với giả thiết: + Hỡnh ảnh nhăn trờn vải là một bề mặt khụng cú độ dày trong khụng gian 3 chiều. + Hỡnh ảnh chỉ may được bỏ qua, đường may là đường thẳng.
+ Cỏc súng khụng giao thoa trờn đường quột cạnh đường may (đường số 8 và 10). + Tất cả cỏc súng đều sinh ra trờn đường may, lan truyền theo hướng vuụng gúc và khụng đối xứng qua đường may.
+ Số điểm phỏt sinh súng ngẫu nhiờn biểu thị số lượng súng hỡnh sin với một chu kỳ. Quỏ trỡnh sinh súng là ngẫu nhiờn.
Để dựng hỡnh mụ phỏng mẫu nhăn, sử dụng phương phỏp Charles Loop [57] và chương trỡnh nguồn của Pierre Alliez [49] cho việc tỏi tạo bề mặt. Theo phương phỏp này, bề mặt được tạo ra bằng cỏch nối cỏc đỉnh để tạo thành những mặt tam giỏc. Tiếp đú làm mịn bề mặt bằng phương phỏp 1-4, tức là mỗi tam giỏc lại được chia thành 4 tam giỏc nhỏ làm cho bề mặt mụ phỏng trở nờn mịn hơn (Hỡnh 2-4). Chớnh vỡ vậy, mức
độ chớnh xỏc của kết quả mụ phỏng chỉ phụ thuộc vào độ chớnh xỏc của phộp đo 3 toạ độ (x, y, z) của cỏc điểm trờn bề mặt mẫu đường may.
Hỡnh 2-4. Phương phỏp chia tam giỏc 1-4 * Xỏc định cỏc thụng số hỡnh h cọc ủa mẫu đường may:
Do độ nhăn đường may là một chỉ tiờu tổng hợp nờn việc chỉ xỏc định độ nhăn là chưa đủ để tiến hành nghiờn cứu ảnh hưởng chi tiết của cỏc yếu tố đến nhăn đường may. Với cỏc dữ liệu thu được từ hệ thống quột laser, cần xỏc định cỏc thụng số hỡnh học đặc trưng của mẫu. Từ đú cú thể nghiờn cứu chi tiết tỏc động của cỏc yếu tố ới t từng thụng số hỡnh học của mẫu và đề ra cỏc giải phỏp cải thiện độ nhăn đường may.
Cỏc đặc tớnh của súng nhăn với 5 thụng số hỡnh h cung cọc ấp sự hiểu biết rừ hơn về nhăn đường may trờn vải, cỏc thụng tin về súng cụ thể hơn và cho phộp đỏnh giỏ nhăn đường may một cỏch định lượng. Hơn nữa, cỏc thụng số của vải đo được nằm trong miền liờn tục, nếu chỉ xem xột tương quan của cỏc thụng số này với độ nhăn đường may (là đại lượng rời rạc từ 1ữ5) thỡ sẽ rất hạn chế để tỡm thấy mối liờn hệ đỏng kể. Cỏc thụng số hỡnh học đường may được xỏc định từ dữ liệu quột lại cú giỏ trị nằm trong miền liờn tục mà khụng phải là cỏc giỏ trị rời rạc. Tớnh tương thớch này cú thể cho kết quả tốt hơn khi xỏc định sự liờn hệ giữa biến số và đối số.
Để xỏc định cỏc thụng số hỡnh học đặc trưng cho mẫu nhăn đường may, sử dụng mụ hỡnh hỡnh học của Chang Kyu Park [115]. Mụ hỡnh này miờu tả hỡnh dạng ề mặtb nhăn đường may bởi 5 thụng số và coi nếp nhăn cú dạng súng trong khụng gian 3 chiều, được sinh ra trờn đường may và lan truyền vuụng gúc với đường may. Trờn hệ trục tọa độ Đề Cỏc, trục X trựng với đường may, trục Y vuụng gúc với trục X trờn mặt phẳng vải. Trục Z vuụng gúc với mặt phẳng XOY, điểm nằm trờn bề mặt mẫu cú toạ độ (x, y, z). 5 thụng số hỡnh h ọc đường may nhănbao gồm (Hỡnh 2-5):
1- Biờn độ súng đầu trờn đường đo cỏch đường may 5mm: SWA (Start Wave Amplitude). 2- Biờn độ súng cuối trờn đường đo cỏch đường may 40mm: EWA (End Wave Amplitude). 3- Bước súng đầu trờn đường đo cỏch đường may 5mm: SWL (Start Wave Length). 4- Bước súng cuối trờn đường đo cỏch đường may 40mm: EWL (End Wave Length). 5- Số điểm phỏt sinh súng ngẫu nhiờn: N (No. of random point).
Bề mặt nhăn của đường may được coi như cú dạng súng. Do đú, điều quan trọng là phải xỏc định chớnh xỏc đặc trưng súng của cỏc nếp nhăn trờn đường may để
cú thể hiểu rừ hơn nguyờn nhõn gõy nhăn và giảm thiểu hoặc ại lo bỏ nguyờn nhõn đú.
Cỏc dữ liệu thu được sau khi đo ẫu trm ờn hệ thống quột laser đó thiết kế được sử dụng để xỏc định 5 thụng số trờn. Hỡnh 2-6 mụ tả cỏch xỏc định 5 thụng số từ một mẫu đo cụ thể. Đường nhấp nhụ biểu thị kết quả đo trờn một
đường song song với đường may, đường nằm ngang biểu thị giỏ trị trung bỡnh của kết quả đo trờn đường đú. Cỏc thụng số của mẫu được xỏc định theo nguyờn tắc:
N chớnh là số đỉnh cực đại địa phương của hai đường đo 8 và 10 - cỏch đường may 5mm về hai phớa (Hỡnh 3-5). Đỉnh cực đại này phải lớn hơn giỏ trị trung bỡnh. Khoảng cỏch giữa 2 điểm liền kề nhau tạo nờn do đường đo cắt đường trung bỡnh phải lớn hơn 4mm (do bước dịch chuyển của đầu đo laser theo phương X là 2mm). Mẫu trờn Hỡnh 2-6 cú 6 điểm phỏt sinh súng ngẫu nhiờn.
Biờn độ súng đầu SWA được tớnh bằng giỏ trị trung bỡnh của cỏc đỉnh cực đại địa phương trờn 2 đường đo 8 và đường 10 – cỏch đường may 5mm.
Biờn độ súng ối EWA được tớnh bằng giỏ trị trung bcu ỡnh của cỏc đỉnh cực đại địa phương trờn 2 đường đo 1 và 17 - cỏch đường may 40mm.
Bước súng đầu SWL được tớnh bằng giỏ trị trung bỡnh của cỏc nửa bước súng ứng với cỏc đỉnh cực đại trờn 2 đường đo 8 và 10 - cỏch đường may 5mm. Bước súng cuối EWL được tớnh ằng giỏ b trị trung bỡnh của cỏc nửa bước súng
ứng với cỏc đỉnh cực đại trờn 2 đường đo 1 và 17 - cỏch đường may 40mm.
Đỉnh cực đại B iờ n độ s ún g Bước súng Đ ểm đoi Z Đường may Hỡnh 2-6. Xỏc định 5 thụng số hỡnh học Hỡnh 2-5. Cỏc thụng số hỡnh h cọc ủa nhăn đường may [115]
2.2.1.4. Ứng dụng mạng nơron nhõn tạo để đỏnh giỏ độ nhăn đường may a. Xử lý dữ liệu quột 3D laser bằng biến đổi Fourier nhanh.
D li thu ữ ệu được ừ hệ thống quột 3D laser là ma trận 17x128. N t ếu sử dụng dữ liệu này như đầu vào cho ANN thỡ số nơron lớp vào s rẽ ất lớn. Mặt khỏc cỏc giỏ trị của ma trận cũng khụng đỏp ứng yờu cầu đầu vào của mạng. Vỡ vậy, cần thực hiện một biến đổi dữ ệu để tạo ra cỏc mẫu học vli à mẫu đỏnh giỏ sao cho khụng làm thay đổi đặc trưng của đối tượng mà vẫn phục vụ tốt cho quỏ trỡnh học và nhận dạng của mạng nơron. Trong lĩnh vực xử lý tớn hiệu ố s , biến đổi Fourier chiếm vị trớ hàng đầu nhờ cỏc thuật toỏn hiệu qu [19]. Biến đổi Fourier nhanh (Fast Fourier Transform –ả FFT) được chọn cho xử lý tớn hiệu từ khảo sỏt bề mặt đường may nhăn v ốc độ ỡ t tớnh toỏn nhanh, linh ho và ạt độ chớnh xỏc cao.
Tệp dữ liệu thu được từ hệ thống quột laser cú kớch thước 17x128 giỏ t ị đo được r biến đổi FFT để chuyển cỏc chuỗi dữ liệu rời rạc sang miền tần số. FFT có thể phân tích thành các yếu tố biên độ và pha nh sau:
(2-4)
Trong đó: (2-5)
v à (2-6)
F(t) là hàm số liờn tục với N = 128 = 27 điểm đo theo hướng song song với đường may, F(n) là biờn độ và (t) là pha. Cần thực hiện biến đổi FFT 7 bậc với 17 dóy số trong một tệp dữ liệu đo được. Phổ năng lượng đặc trưng cho hỡnh dạng nhăn của đường may biểu