Thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát và phân loại sản phẩm bằng mã QR code với Camera Cognex

Tìm hiểu chi tiết về thiết kế hệ thống điều khiển giám sát và phân loại sản phẩm tự động bằng camera Cognex, sử dụng mã QR code để nhận diện và xử lý hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Quang Tùng
• Người hướng dẫn: Thầy Nguyễn Thanh Lịch
• Trường học: Trường Đại học Giao thông Vận tải
• Chuyên ngành: Cơ điện tử
• Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát và phân loại sản phẩm theo mã QR code bằng camera Cognex
• Loại tài liệu: Đề tài nghiên cứu
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát và phân loại sản phẩm theo mã QR code bằng camera Cognex Giải pháp tối ưu hóa

Hệ thống điều khiển giám sát và phân loại sản phẩm theo mã QR code bằng camera Cognex là một giải pháp tiên tiến, giúp tự động hóa quá trình kiểm tra và phân loại sản phẩm. Với sự kết hợp của công nghệ camera Cognex và mã QR code, hệ thống này mang lại nhiều lợi ích và giải quyết các thách thức trong sản xuất. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá chi tiết về thiết kế và ứng dụng thực tiễn của hệ thống này.

1.1. Vấn đề và thách thức trong phân loại sản phẩm

Trong ngành sản xuất, việc phân loại sản phẩm thủ công thường gặp phải nhiều khó khăn và hạn chế. Các phương pháp truyền thống đòi hỏi nhiều công nhân, dẫn đến chi phí nhân công cao và nguy cơ lỗi người dùng. Hơn nữa, việc kiểm tra sản phẩm bằng mắt thường có thể bỏ qua các lỗi nhỏ, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng. Do đó, cần có một giải pháp tự động hóa để cải thiện hiệu quả và độ chính xác trong phân loại sản phẩm.

1.2. Giải pháp Hệ thống điều khiển giám sát bằng camera Cognex

Hệ thống điều khiển giám sát và phân loại sản phẩm bằng camera Cognex được thiết kế để giải quyết các vấn đề trên. Bằng cách sử dụng camera Cognex, hệ thống này có thể đọc và phân tích mã QR code trên sản phẩm, từ đó xác định thông tin và phân loại chúng một cách chính xác. Camera Cognex có khả năng nhận dạng hình ảnh và mã hóa, cho phép phân loại sản phẩm nhanh chóng và chính xác.

1.3. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Hệ thống điều khiển giám sát và phân loại sản phẩm bằng camera Cognex đã được triển khai thành công trong nhiều ngành công nghiệp. Các nghiên cứu cho thấy hệ thống này mang lại nhiều lợi ích, bao gồm tăng hiệu suất sản xuất, giảm chi phí nhân công, và cải thiện chất lượng sản phẩm. Bằng cách tự động hóa quá trình phân loại, hệ thống này giúp giảm thiểu lỗi và tăng năng suất tổng thể. Hơn nữa, việc sử dụng mã QR code cho phép theo dõi và quản lý sản phẩm một cách hiệu quả, giúp doanh nghiệp dễ dàng quản lý chuỗi cung ứng và kiểm soát chất lượng.

II. Thiết kế và cấu trúc hệ thống

Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát và phân loại sản phẩm bằng camera Cognex bao gồm nhiều thành phần và bước thiết kế chi tiết. Từ việc lựa chọn thiết bị tự động hóa đến thiết kế đồ gá và lập trình, mỗi bước đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả.

2.1. Lựa chọn thiết bị tự động hóa

Trong thiết kế hệ thống, việc lựa chọn thiết bị tự động hóa phù hợp là bước đầu tiên. Các thiết bị như PLC (Programmable Logic Controller), cảm biến, và van điện từ được sử dụng để điều khiển và giám sát quá trình phân loại. PLC được chọn dựa trên các tiêu chí như số lượng đầu vào/ra, khả năng điều khiển, và tính năng lập trình. Trong trường hợp này, S7-1200 1212C DC/DC/DC được lựa chọn vì đáp ứng được các yêu cầu của hệ thống.

2.2. Thiết kế đồ gá và máng đựng sản phẩm

Đồ gá và máng đựng sản phẩm là những thành phần quan trọng để đảm bảo sản phẩm được định vị và di chuyển một cách chính xác. Đồ gá được thiết kế để gắn camera Cognex và các cảm biến, cho phép camera đọc mã QR code và cảm biến xác định vị trí sản phẩm. Máng đựng sản phẩm được thiết kế để giữ sản phẩm một cách an toàn và thuận tiện cho quá trình phân loại.

2.3. Lập trình và điều khiển hệ thống

Lập trình là bước quan trọng để điều khiển và giám sát hệ thống. Các chương trình được viết để điều khiển các thiết bị như động cơ bước, van khí nén, và camera. Bằng cách sử dụng phần mềm lập trình như GP-Pro EX, các thuật toán và logic được thực hiện để điều khiển quá trình phân loại. Các cảm biến và camera được kết nối với PLC để truyền dữ liệu và điều khiển quá trình.

III. Ứng dụng thực tế và kết quả

Hệ thống điều khiển giám sát và phân loại sản phẩm bằng camera Cognex đã được áp dụng thành công trong nhiều ngành công nghiệp. Các nghiên cứu và thử nghiệm cho thấy hệ thống này mang lại nhiều lợi ích đáng kể. Từ tăng năng suất sản xuất đến giảm chi phí và cải thiện chất lượng, hệ thống này đã chứng minh hiệu quả của mình.

3.1. Tăng năng suất và giảm chi phí

Với sự tự động hóa của hệ thống, năng suất sản xuất được tăng đáng kể. Bằng cách loại bỏ các công đoạn thủ công và giảm thời gian kiểm tra, hệ thống này giúp doanh nghiệp sản xuất nhiều hơn trong cùng một khoảng thời gian. Hơn nữa, việc giảm chi phí nhân công và tăng hiệu quả sản xuất mang lại lợi ích kinh tế cho doanh nghiệp.

3.2. Cải thiện chất lượng sản phẩm

Hệ thống điều khiển giám sát và phân loại sản phẩm bằng camera Cognex giúp cải thiện chất lượng sản phẩm một cách đáng kể. Bằng cách sử dụng camera Cognex và mã QR code, hệ thống này có thể phát hiện và phân loại sản phẩm một cách chính xác. Điều này giúp giảm thiểu lỗi sản phẩm và đảm bảo chất lượng cao hơn, mang lại sự hài lòng cho khách hàng.

3.3. Quản lý chuỗi cung ứng và theo dõi sản phẩm

Mã QR code trên sản phẩm cho phép theo dõi và quản lý chuỗi cung ứng một cách hiệu quả. Doanh nghiệp có thể dễ dàng theo dõi sản phẩm từ khi sản xuất đến khi giao hàng, đảm bảo sự minh bạch và kiểm soát chất lượng. Hệ thống này giúp doanh nghiệp quản lý kho hàng và phân phối sản phẩm một cách hiệu quả, giảm thiểu rủi ro và tăng khả năng cạnh tranh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Ngày nay, các sản phẩm, hàng hóa của các doanh nghiệp luôn phải tuân thủ những quy chuẩn khắt khe cũng như sự cạnh tranh lẫn nhau về thị trường. Nên các doanh nghiệp luôn ưu tiên việc sử dụng hiệu quả các nguồn lực để sản xuất sản phẩm có thể đáp ứng những nhu cầu của họ cũng như quy chuẩn của hàng hóa. Giải pháp camera kiểm tra và phân loại sản phẩm là hệ thống tích hợp camera, chiếu sáng. Cùng với đó là thuật toán kiểm tra nhằm thay thế con người trong một số công đoạn.

Mục đích để kiểm tra, phân loại đánh giá sản phẩm là sản phẩm đạt tiêu chuẩn hay sản phẩm bị lỗi dựa theo các thông số. Các thông số được lập trình, quy định sẵn theo một quy chuẩn nhất định. Từ đó giải pháp camera kiểm tra và phân loại sản phẩm là giải pháp tối ưu giúp doanh nghiệp tuân thủ các quy chuẩn này. Đồng thời tăng năng suất cùng chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất.

Giải pháp camera kiểm tra và phân loại sản phẩm có thể được áp dụng trên một phạm vi rộng. Đặc biệt là ứng dụng vào các ngành công nghiệp điện tử bao gồm thiết bị điện tử, linh kiện điện tử. Ngoài ra còn ứng dụng các ngành khác như y tế, dược phẩm và sản xuất nói chung. Bằng kiến thức tìm hiểu cùng nền tảng kiến thức đã học, nhóm em quyết định tiến hành nghiên cứu đề tài: “Thiết kế điều khiển và giám sát hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã vạch QR code dùng camera công nghiệp”.

Mục tiêu nghiên cứu. Do thực tiễn hiện nay việc các nhà máy khu công nghiệp xử dụng các thiết bị tự động hóa thay cho con người để phân loại sản phẩm. Nên nhóm sinh viên thực hiện nghiên cứu về vấn đề này và đưa ra ý tưởng chế tạo một mô hình phân loại sản phẩm bằng QR code. Là sinh viên Cơ Điện Tử muốn được thử thách bản thân, tìm hiểu về nhiều kiến thức chuyên ngành để trước khi ra trường phục vụ cho công việc sau này.

Nghiên cứu để hiểu và sử dụng được các thiết bị trường và cách ghép nối với thiết bị điều khiển, hiểu và sử dụng được bộ điều khiển PLC và HMI công nghiệp, tìm hiểu và lập trình giao diện bằng Win CC, xây dựng được cấu trúc điều khiển cho bài toán phân loại sản phẩm trong công nghiệp. 6 Trường ĐH Giao Thông Vận Tải Bộ môn Cơ điện tử 1. Nội dung nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu đề tài bao gồm: Thiết kế điều khiển và giám sát hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã vạch QR code dùng camera công nghiệp.

Tính chọn được các thiết bị trường và thiết bị điều khiển phù hợp với yêu cầu công nghệ phân loại sản phẩm. Lập trình điều khiển và giám sát bằng HMI chuyên dụng. Xây dựng phần mềm quản lý, giám sát và điều khiển bằng Win CC. Đối tượng nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu là: thiết bị điều khiển PLC S7-1200, camera công nghiệp conex màn hình giám sát HMI và một số thiết bị trường. Bên cạnh đó dùng để ứng dụng những thiết bị trên để nghiên cứu ra một mô hình phân loại sản phẩm bằng mã QR code. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu: sử dụng các tài liệu tham khảo về PLC, camera công nghiệp màn hình giám sát, các khí cụ điện.

Thực nghiệm: kết nối các cổng mạng lan giữa các thiết bị điều khiển với máy tính, thiết kế tủ điện, cơ cấu chuyển động. Phương tiện: các dụng cụ trong ngành cơ khí và Cơ Điện Tử như máy hàn, máy khoan, máy tính,… để thực hiện đề tài này cần phải thiết kế mạch điện động lực và điều khiển dùng Eplan Electric, thiết kế giao diện giám sát trên WinCC và chương trình điều khiển trên Tia Portal V16, giao diện giám sát bằng HMI trên GP-Pro EX. 7 Trường ĐH Giao Thông Vận Tải Bộ môn Cơ điện tử 1.6 Nghiên cứu tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm bằng camera công nghiệp. Ngày nay, các doanh nghiệp luôn có xu hướng hiện đại hóa, tự động hóa máy móc cũng như mong muốn tối ưu quy trình.

Để đáp ứng được nhu cầu trên giải pháp sử dụng camera công nghiệp để kiểm tra tối ưu việc kiểm soát phân loại sản phẩm được sử dụng.1 Hệ thống kiểm tra sản phẩm lỗi bằng camera công nghiệp Camera công nghiệp đang dần trở nên phổ biến, được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất, hỗ trợ, thay thế nhân công trong quá trình làm việc xử lý, phát hiện sản phẩm lỗi một cách nhanh chóng. Các camera trong các nhà máy, xí nghiệp dùng để giám sát các giai đoạn sản xuất tự động với mục đích phục vụ, giám sát sản xuất, phân loại và đo lường sản phẩm, kiểm tra sản phẩm tự động, điều hướng robot, quét mã vạch, mà không cần tiếp xúc. Trong số đó bài toán “Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát và phân loại sản phẩm theo mã QR code bằng Camera Cognex” là một đề tài đáng để cho ta tìm hiểu. Thiết kế mô hình phân loại sản phẩm theo mã QR code có thời gian và tốc độ xử lý hình ảnh phụ thuộc vào camera nên đề tài chỉ xây dựng dạng mô hình không làm thành dây chuyền sản xuất.

8 Trường ĐH Giao Thông Vận Tải Bộ môn Cơ điện tử 1. Ưu nhược điểm của camera công nghiệp. Độ bền cao: có vỏ ngoài khá chắc chắn để bảo vệ các cơ cấu bên trong khỏi độ ẩm, bụi, khí độc hại và các yếu tố môi trường khác. Các nhà sản xuất camera công nghiệp sử dụng các vật liệu bền nhất để sản xuất (kim loại, đôi khi là nhựa gia cố).

Làm việc được trong môi trường khắc nghiệt: làm việc được trong phạm vi nhiệt độ từ 40 đến 70 độ C và thậm chí cao hơn, có khả năng chống xốc và rung động cơ học mạnh. Độ chính xác và ổn định cao: Máy ảnh có độ phân giải cao lên đến 150 triệu pixel. Có thể xử lý hình ảnh với các dạng khó tưởng tượng nhất như 15804x12008 hoặc 23760x18012. Có thể ứng dụng rộng dãi trong các ngành như: công nghiệp, hệ thống an ninh hằng ngày, y học,.

Tiếc kiệm được sức lao động của con người: hỗ trợ và dần thay thế con người trong việc phân loại các sản phẩm lỗi kém chất lượng. *) Nhược điểm. Để trang bị được một camera công nghiệp ở chất lượng hình ảnh cao xử lý tốt thì chi phí cao và tùy thuộc vào tính năng và số lượng quan sát. Việc cài đặt camera và bảo trì quan sát đòi hỏi người sử dụng phải có nhiều kiến thức và tốn kém chi phí khi bảo dưỡng.

9 Trường ĐH Giao Thông Vận Tải Bộ môn Cơ điện tử 1.2 Các ứng dụng của camera công nghiệp.a Hệ thống kiểm tra số lượng trong hộp.2 Hệ thống kiểm tra số lượng trong hộp Chất lượng là một yếu tố then chốt cho việc chăm sóc khách hàng thành công và duy trì một danh tiếng xuất sắc trong mọi ngành nghề. Trong quá trình đóng gói, công nghệ tầm nhìn giúp đảm bảo rằng một sản phẩm khi đóng hộp là chính xác về chất lượng sản phẩm, đó là chìa khóa cho đảm bảo chất lượng cao và số lượng hiệu quả. Hệ thống sử dụng công nghệ laser do đó không bị ảnh hưởng nhiều bởi ánh sáng bên ngoài. Chúng có thể xác định biên dạng, bề mặt của sản phẩm ngay cả trong bóng tối.b Giải pháp kiểm tra ngoại quan phát hiện lỗi, phân loại sản phẩm sử dụng camera công nghiệp Trong các hoạt động sản xuất hàng ngày, bạn sẽ gặp nhiều bài toán như: Trên bao bì nhà sản xuất có in Logo, tuy nhiên đôi khi nó bị mờ hoặc mất nét.

Nhà sản xuất muốn loại bỏ nó ra, không muốn sản phẩm bị lỗi này đến tay người tiêu dùng. Trên bao bì nhà sản xuất có in QR code, nhà sản xuất muốn đọc tự động và kiểm tra thông tin code đó đã đúng với đơn hàng chưa, tổng hợp về số lượng. Nhưng có 10 Trường ĐH Giao Thông Vận Tải Bộ môn Cơ điện tử nhiều nguyên nhân dẫn đến code in bị mờ, bị lỗi thông tin. Nhà sản xuất muốn tìm ra sản phẩm đó, không muốn nó đến tay khách hàng.

Trên sản phẩm nhà sản xuất có in ngày tháng sản xuất, hạn sử dụng. Sản phẩm của nhà sản xuất xuất đi nước ngoài. Nhà sản xuất không muốn sản phẩm bị in sai, in thiếu hạn sử dụng đến tay khách hàng. Trong quá trình sản xuất thuốc kiểm tra các vỉ thuốc đủ viên thuốc, lọ thuốc đặt vào không bị vỡ Hình 1.3 Hệ thống kiểm tra sản phẩm lỗi Hiện tại rất nhiều nhà máy sử dụng con người để làm những việc trên.

Ở những nhà máy lớn số lượng sản phẩm rất nhiều đòi hỏi phải thuê nhiều người tốn nhiều chi phí. Đôi khi việc nhầm lẫn do công nhân mệt mỏi hoặc do cảm xúc không tốt là hay xảy ra, năng suất vì đó thấp. Vì vậy, các nhà sản xuất cần một hệ thống có thể phân loại, kiểm tra lỗi cũng sản phẩm tự động. 11 Trường ĐH Giao Thông Vận Tải Bộ môn Cơ điện tử CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HÓA 2.1 Thiết bị đóng cắt (Aptomat) Dùng cho việc đóng cắt toàn bộ hệ thống và cấp nguồn cho nguồn tổ ong 24V để vận hành các thiết bị.

tổng công suất bao gồm: - Step motor 126W - Nguồn tổ ong 120W  Tổng 346W  Do dòng điện sử dụng cho nghiên cứu là 220V tần số 50Hz. 𝐼𝑇𝑇 (Đối với thiết bị động cơ)  Step motor có công suất là 96W được điều khiển qua Driver có U=24VDC 126 𝐼𝑇𝑇 = = 6,56𝐴 24. 6,56 = 7,87𝐴  Chọn Aptomat có dòng điện danh định 8A.  Nguồn tổ ong công suất là 120W 120 𝐼𝑇𝑇 = = 0.8𝐴  Chọn aptomat có dòng điện danh định 0.8A  Nguồn gia đình 1P 220V 236 𝐼𝑇𝑇 = = 1.56𝐴 12 Trường ĐH Giao Thông Vận Tải Bộ môn Cơ điện tử  Chọn aptomat có dòng điện danh định 1,56A  Các thiết bị được lựa chọn là: Hình 2.1 Aptomat Vanlock 2P 16A Hình 2.2 Aptomat Vanlock 1P 16A 13 Trường ĐH Giao Thông Vận Tải Bộ môn Cơ điện tử 2.2 Bộ chuyển đổi nguồn 24VDC.

*) Khi chọn bộ chuyển đổi nguồn 24VDC ta cần chú ý tới: - Điện áp đầu vào - Điện áp đầu ra cần cấp là bao nhiêu? - Có cần điều chỉnh được hay cố định? - Dòng điện tối đa là bao nhiêu? => Nếu ngõ ra cố định thì nên chọn loại nguồn tổ ong Nếu cần bộ nguồn DC có thể thay đổi được điện áp và dòng điện, thì đặc biệt cần lƣu ý các vấn đề sau: - Điện áp cần tối đa là bao nhiêu ?