47
Sự biến đổi RGB thànhYIQ được xác định theo công thức sau: Y 0.299 0.587 0.114 R
[ I ] = [0.596 − 0.274 − 0.322] [G] Q 0.211 − 0.523 0.312 B
2.2.3.6 Mơ hình màu YCbCr
Mơ hình màu YCbCr được sử dụng phổ biến trong các thiết bị phát hình kỹ thuật số. YCbCr được tạo bởi độ sáng (Y) và hai tín hiệu khác của thành phần màu đó là Cb (sự khác biệt giữa thành phần màu xanh lam và một giá trị tham khảo) và Cr (sự khác biệt giữa các thành phần màu đỏ và một giá trị tham khảo).
Chuyền đổi từ RGB sang YCbCr sử dụng công thức:
Y 0.299 0.587 0.114 R [Cb] = [−0.169 −0.331 0.500 ] [G] Cr 0.500 −0.419 −0.081 B
48
CHƯƠNG 3
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 3.1 Yêu cầu hệ thống
3.1.1 Thiết kế khung cơ khí
Thiết kế khung cơ khí chắn chắn, ổn định, phù hợp với mơ hình, hạn chế xảy ra các lỗi trong khi vận hành máy, băng tải – xi lanh hoạt động ổn định để đảm bảo cho quá trình vận hành lâu dài.
3.1.2 Hệ thống vận hành.
Hệ thống vận hành gồm 3 bước chính:
- Bước 1: (Khởi động băng tải): Băng tải được thiết kế phù hợp với các xi lanh và
cảm biến phát hiện vật. Khởi động băng tải bằng cách nhất nút start.
- Bước 2: (Nhận diện sản phẩm): khi có ớt đi qua camera, camera có chức năng
thu nhận hình ảnh đưa vào phần mềm labview để xử lý ảnh và trả kết quả , rồi tiến hành phân loại ớt theo màu sắc đã được lập trình trên PLC.
- Bước 3: (Phân loai): các cảm biến hoạt động khi có sản phẩm đi qua kích xi
lanh hoạt động để thực hiện đẩy ớt theo đúng màu sắc yêu cầu vào đúng khu vực đã được lập trình sẵn.
3.1.3 Độ hiệu quả khi sử dụng hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc.
Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được sử dụng trong các công ty, nhà máy sản xuất, nhập khẩu các loại sản phẩm công-nông nghiệp giúp tăng chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất, giảm nhân công, tăng năng suất sản phẩm đúng yêu cầu nhằm đảm bảo nguồn cung cho các đơn vị cần nguồn sản phẩm đạt chất lượng.
Hiệu quả của phân loại sản phẩm theo màu sắc có thể giảm bớt những sai số khi phân loại thủ công tránh việc nhầm lẫn quá nhiều trong quá trình phân loại gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
49
3.1.4 Đề xuất giải pháp thực hiện phù hợp với hoàn cảnh cụ thể của đối tượng hưởng thụ đề tài.
- Độ chính xác cao, hiệu quả năng suất cao.
- Thực hiện quy trình liên tục theo các màu đã được thiết lập từ đầu. - Có thể thay đổi các màu theo nhu cầu sử dụng.
- Chi phí thấp nhất để cá nhân, nhà máy, công ty dễ dàng tiếp cận sử dụng. - Dễ sử dụng và vận hành.
- Dễ dàng bảo dưỡng và bảo trì hệ thống. - Tiết kiệm nhân công đến mức tối thiểu.
3.1.5 Lựa chọn phương án thiết kế.
- Viết code xử lý ảnh trên Labview. - Viết code chương trình PLC. - Nạp code và chạy thử.
- Quan sát hệ thống thực hiện quy trình và đưa ra kết quả chính xác nhất về màu sắc của các sản phẩm.
- Tiến hình thực hiện lắp ráp các linh kiện và cho hệ thống thực tế chạy thử. - So sánh kết quả chạy trên PC và hệ thống thực tế.
- Đưa ra các phương pháp sửa đổi phù hợp nếu có sai số và tiếp tục hoàn thiện mơ hình.
50
3.1.6 Xác định tính năng, thông số kỹ thuật của sản phẩm
3.1.6.1 Tính năng của sản phẩm
Tính năng Mô tả
Giảm thiểu sai sót Phân loại tự động làm giảm sai sót do
nguyên nhân từ con người.
Tự động hóa Chuyển dịch dần cơ cấu nhân lực từ thủ
cơng sang phân loại bằng máy móc.
Tiết kiệm thời gian Rút ngắn thời gian phân loại dẫn đến
đẩy nhanh quá trình sản xuất.
Vận hành Giao diện vận hành đơn giản, dễ sử dụng.
Năng suất Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh giúp nâng
cao năng suất.
Bảo dưỡng, bảo trì Thiết kế đơn, dễ dàng tháo lắp, sửa chữa và thay thế.
Bảng 3.1: Tính năng sản phẩm.
3.1.6.2 Thông số kỹ thuật của sản phẩm
- Nguồn PLC 220VAC
- Ng̀n điều khiển hệ thống chương trình 24VDC - Nguồn động cơ: 24VDC
- Nguồn xi lanh: 24VDC - Tốc độ xi lanh: 90mm/s
- Tốc độ động cơ: 120 vòng/phút - Tốc độ băng tải: 4 vòng/phút - Băng tải chính: 100cm - Băng tải phụ: 58cm
51
CHƯƠNG 4
QUY TRÌNH THIẾT KẾ 4.1 Thiết kế cơ khí
4.1.1 Bản vẽ 2D thiết kế cơ khí mơ hình phân loại sản phẩm theo màu
52
4.1.2 Thiết kế các linh kiện cho băng tải dài 1m
4.1.2.1 Nhôm 30x30 dài 1000mm 4.1.2.2 Nhôm 30x30 dài 200mm 4.1.2.2 Nhôm 30x30 dài 200mm 4.1.2.3 Nhôm 30x30 dài 170mm 4.1.2.4 Nhơm 30x30 dài 180mm Hình 4.2: Nhơm 30x30 dài 1000mm Hình 4.3: Nhơm 30x30 dài 200mm Hình 4.4: Nhơm 30x30 dài 170mm Hình 4.5: Nhơm 30x30 dài 180mm
53 4.1.2.5 Nhôm 30x30 dài 115mm 4.1.2.6 Nhôm 30x30 dài 245mm 4.1.2.7 Ổ đạn Φ 10 Hình 4.6: Nhơm 30x30 dài 115mm Hình 4.7: Nhơm 30x30 dài 245mm Hình 4.8: Ổ đạn Φ 10
54
4.1.2.8 Bô băng tải PVC
4.1.2.9 Rulo Φ 10
Hình 4.10: Rulo Φ 10 Hình 4.9: Bộ băng tải PVC
55
4.1.2.10 Con lăn nối tiếp với băng tải ngắn Φ 10
Hình 4.11: Con lăn nối tiếp với băng tải ngắn Φ 10
4.1.2.11 Đông cơ băng tải
56
4.1.2.12 Hoàn thành băng tải dài
4.1.3 Thiết kế linh kiện cho băng tải ngắn 58cm
4.1.3.1 Nhôm 30x30 dài 580mm
4.1.3.2 Nhơm 30x30 dài 200mm
Hình 4.13: Băng tải dài
Hình 4.14: Nhơm 30x30 dài 580mm
57 4.1.3.3 Nhôm 30x30 dài 170mm 4.1.3.4 Rulo Φ 10 Hình 4.17: Rulo Φ 10 Hình 4.16: Nhơm 30x30 dài 170mm
58
4.1.3.5 Khớp nối trực tiếp
Hình 4.18: Khớp nối trực tiếp
4.1.3.6 Bơ băng tải PVC
59
4.1.3.7 Động cơ băng tải
4.1.3.8 Hồn thành băng tải ngắn
Hình 4.20: Động cơ băng tải
60
4.1.4 Thiết kế băng tải cong
4.1.4.1 Trục xoay
4.1.4.2 Tấm chắn ngồi
Hình 4.22: Trục xoay
61 4.1.4.3 Tắm chắn trong 4.1.4.4 Nhôm 30x30 dài 180mm 4.1.4.5 Nhơm 30x30 dài 155mm Hình 4.24: Tấm chắn trong Hình 4.25: Nhơm 30x30 dài 180mm Hình 4.26: Nhôm 30x30 dài 155m
62
4.1.4.6 Hoàn thành băng tải cong 90 độ
4.1.5 Hồn thiện mơ hình
Hình 4.28: Góc nhìn ngang của mơ hình Hình 4.27: Băng tải cong 90 độ Hình 4.27: Băng tải cong 90 độ
63
Hình 4.29: Góc nhìn từ trên xuống của mơ hình
64
4.2 Thiết kế hệ thống điều khiển 4.2.1 Nguyên lý hoat động 4.2.1 Nguyên lý hoat động
Nhấn nút Start các băng tải hoạt động lần lượt. Mỗi 5 giây băng tải sẽ hoạt động lần lượt để tránh trường hợp bị quá tải dẫn đến sập nguồn. Băng tải cuối cùng hoạt động đồng thời chuyền ớt chng đi qua vị trí có camera.
Trường hợp trái ớt màu đỏ được chuyền qua camera, lúc này camera sẽ nhận diện và đếm số lượng trái đỏ đồng thời truyền tín hiệu lên hệ thống, lúc này xi lanh 1 cũng sẽ ở trạng thái chờ cho đến khi trái ớt đi qua cảm biến 1 được đặt ngay xi lanh 1 thì xi lanh 1 sẽ hoạt động đẩy trái ớt đỏ tới băng tải đối diện và khi xi lanh 1 đẩy hết hành trình sẽ đụng cảm biến trước lúc này xi lanh sẽ đẩy ngược trở về đụng cảm biến sau rồi trở về trạng thái ban đầu.
Trường hợp trái ớt màu xanh được chuyền qua camera lúc này camera sẽ nhận diện và đếm số lượng trái ớt xanh đồng thời truyền tín hiệu lên hệ thống, lúc này xi lanh 2 cũng sẽ ở trạng thái chờ cho đến khi trái ớt xanh đi qua cảm biến 2 được đặt ngay xi lanh 2 thì xi lanh 2 sẽ hoạt động đẩy trái ớt xanh tới băng tải đối diện và khi xi lanh 2 đẩy hết hành trình sẽ đụng cảm biến trước lúc này xi lanh sẽ đẩy ngược trở về đụng cảm biến sau rồi trở về trạng thái ban đầu.
Trường hợp ớt màu vàng được chuyền qua camera, lúc này camera nhận diện và đếm số lượng ớt vàng đồng thời sẽ được chuyền tới vị trí được phân loại còn lại.
Nhấn nút Stop hệ thống dừng hoạt động.
65
4.2.2 Bảng phân công thiết bị vào/ra
STT Kí hiệu Địa chỉ Chức năng
NGÕ VÀO
1 Start X25 Nút bấm khởi động hệ thống
2 Stop X26 Nút bấm dừng hệ thống
3 Reset X27 Nút reset đếm số lượng
4 Sensor_Do X30 Cảm biến phát hiện vật ở xi lanh 1 5 Sensor_Xanh X31 Cảm biến phát hiện vật ở xi lanh 2 6 Front_XL1 X21 Cảm biến giới hạn trước của xi lanh 1 7 Back_XL1 X22 Cảm biến giới hạn sau của xi lanh 1 8 Front_XL2 X23 Cảm biến giới hạn trước của xi lanh 2 9 Back_XL2 X24 Cảm biến giới hạn sau của xi lanh 2
NGÕ RA
10 Xi_lanh1 Y60 Xi lanh phân loại ớt đỏ
11 Xi_lanh2 Y61 Xi lanh phân loại ớt xanh
12 Bt_ngan1 Y63 Băng tải phân loại ớt đỏ 13 Btai_ngan2 Y64 Băng tải phân loại ớt xanh 14 Btai_ngan3 Y65 Băng tải phân loại ớt vàng 15 Bt_vongcung Y66 Băng tải cong 90 độ
16 Bt_dai Y67 Băng tải chuyền ớt đến các xi lanh
66
4.2.3 Viết chương trình điều khiển hệ thống
4.2.3.1 Quy trình tạo IO Server
- Bước 1: Tạo Dev: nhấp chuột phải chọn New Mx Device.
Hình 4.31: Tạo Dev: nhấp chuột phải chọn Nex MX Device
- Bước 2: Chọn Configure rồi ở mục PC side I/F chọn GX Simulator3 xong ấn Next.
67 - Bước 3: Ở mục CPU type chọn R04EN.
Hình 4.33: ở mục CPU type chọn R04EN
- Bược 4: Nháy đúp vào thư mục đã tạo Dev1, rồi nháy đúp chuột ở khu vực Right click to add a Data Tag or Group để tạo Tag chọn New DataTag.
Hình 4.34: Nháy đúp chuột ở khu vực Right click to add a Data Tag or Group – New
68
- Bước 5: Trong bảng Tag Properties chọn Name : Ot_xanh và I/O Address :
M31. Tương tự cho các Tag khác.
Hình 4.35: Trong bảng Tag Properties – Name: Ot_xanh và I/O Address : M31. Tương
tự cho các Tag khác.
❖ Bản hoàn chỉnh đầy đủ các Tag.
69
4.2.4 Lập trình xử lý ảnh bằng labview
4.2.4.1 Kết nối Labview với PLC thông qua OPC cần thực hiện những
bước sau :
- Bước 1: Chọn Blank Project rồi nhấn Finish.
Hình 4.37: Chọn Blank Project rời nhấn Finish
70
- Bước 2: nhấn chuột phải vào My Computer chọn New rồi chọn I/O Server.
71
- Bước 3: chọn OPC Client rồi nhấn Continue sau đó chọn Mitsubishi.MXOPC.6 rời nhấn OK.
Hình 4.39: Chọn OPC Client rời nhấn Continue sau đó chọn Mitsubishi.MXOPC.6 rời
72
- Bước 4: Vào Untitled Library1 nhấn chuột phải vào OPC1 chọn Create Bound Variables.
Hình 4.40: Vào Untitled Library1 nhấn chuột phải vào OPC1 chọn Create Bound
73
- Bước 5: chọn tất cả các mục đã tạo trong OPC rồi nhấn Add>> sau đó nhấn OK.
Hình 4.41: Chọn tất cả các mục đã tạo trong OPC rời nhấn Add>> sau đó nhấn OK
- Bước 6: nhấn chuột phải vào My Computer chọn New chọn VI.
74 - Bước 7: nhấn giữ đưa tất các Tag vào VI.
Hình 4.43: Nhấn giữ đưa tất các Tag vào VI
4.2.4.2 Viết chương trình xử lý ảnh trên Labview
Trong Labview có nhiều hàm hỗ trợ xử lý ảnh như:
- NI-IMAQ: hàm này thu nhập các hình ảnh đầu vào từ thư viện ảnh có sẵn trong
máy tính, video có sẵn trong bộ nhớ, hay từ camera.
- Image Processing: ở hàm này thì nó sẽ xử lý màu của ảnh thu thập được, lọc
ảnh, phân tích ảnh…
- Machine Vision: Trong hàm này nó chưa các hàm đếm số lượng vật, đo khoảng
75
Nhưng để thuận lợi cho việc sử dụng thì LabVIEW tích hợp sẵn các hàm này vào trong thư viện Vision Express. Trong thư viện này nó có chứa hai hàm: Vision
Acquisition và Vision Assistant. Do đó nhóm em sử dụng thư viện Vision Express để
lập trình xử lý ảnh cho hệ thống. Sau đây là các bước để lập trình:
- Bước 1: Sử dụng hàm Vision Acquisition.
Hình 4.44: Hàm Vision Acquisition
• Hàm Vision Acquisition: có nhiệm vụ là thu nhận hình ảnh từ thư viện ảnh,
video sẵn có hay là từ camera vào.
• Khi lấy hàm này từ thư viện hàm Vision Express. Nháy đúp chuột vào Vision
Acquisition thì sẽ xuất hiện giao diện như hình 4.45
• Ở mục Select Acquisition Source chúng ta có thể chọn Folder of Images hoặc
AVI ( chọn ảnh từ thư viện ảnh có sẵn ) trong mục Simulated Acquisition hoặc
tùy chọn các thiết bị thu nhận hình ảnh trong mục NI-IMAQdx Devices. Với mục đích lấy ảnh trực tiếp từ bên ngoài qua camera nên chúng em chọn thiết bị
cam2: e2eSoft iVCam sau đó nhấn biểu tượng để nhận hình ảnh từ bên ngoài, rồi nhấn Next để chuyển sang mục tiếp theo.
76
Hình 4.45: Chọn camera trong hàm Vision Acquisition
• Ở mục Select Acquisition Type chọn Continuous Acquisition with inline
processig để có thể nhận diện màu sắc một cách liên tục, rời nhấn Next.
Hình 4.46: Ở mục Select Acquisition Type - Continuous Acquisition with inline
77
• Ở mục Configure Acquisition Settings chọn độ phân giải của ảnh 640x480
RGB24 25.00fps rời sau đó nhấn Next.
78
• Ở mục Configure Image Logging Settings chúng ta có thể tích vào ơ Enable
Image Logging để lưu ảnh vào máy tính hoặc có thể khơng chọn, rời nhấn Next.
79
• Ở mục Select Controls/Indicator xuất hiện rất nhiều thông số nhưng nhóm em thì chỉ chọn 3 thơng số chính ở trên hình rời sau đó nhấn Finish.
- Stop (F): dừng ảnh truyền về.
- Stopped: dừng vịng lặp.
- Image Out: hình ảnh xuất ra màn hình trên labview.
80
• Sau khi kết thúc quy trình thiết lập trong hàm Vision Acquisition thì sẽ xuất hiện một vịng lặp While Loop như sau:
Hình 4.50: Kết thúc quy trình thiết lập trong hàm Vision Acquisition
- Bước 2: Sử dụng hàm Vision Assistant.
Hình 4.51: Hàm Vision Assistant
• Hàm Vision Assistant: ở đây các ảnh sẽ được xử lý, phân tích điểm, lọc điểm
nhiễu thiết lập mục đích của việc xử lý ảnh thu được.
• Khi lấy hàm từ thư viện Vision Express. Nháy đúp chuột vào Vision Assistant thì sẽ xuất hiện giao diện như hình và trong phần Processing Functions chọn mục Color rời chọn mục Color Matching như hình để thiết lập xử lý màu sắc của sản phẩm.
81
Hình 4.52: Thiết lập xử lý màu sắc của sản phẩm
• Khi chọn vào mục Color Matching thì quét vùng mà chúng ta cần học ảnh rồi chọn Create Template.
82
• Khi đã chọn Create template rời thì qt vùng màu đỏ để labiew nhận diện sau đó nhấn OK.
Hình 4.54: Qt vùng màu đỏ để nhận diện màu
• Lưu giữ hình ảnh màu sắc mới được tạo.
83
• Chọn Select Controls rồi chọn vào ô Match Score.
84
• Làm tương tự cho màu xanh và vàng từ bước 2 trở đi. Sau đó khi kết thúc thiết lập labview sẽ trở về giao diện lúc đầu, lúc này nhấn chuột phải để tạo Local