CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lý do chọn đề tài Với điều kiện cụ thể ở nước ta công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa thì cần sử dụng ngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sản xuất, gia công, chế biến sản phẩm. Điều này hình thành các hệ thống sản xuất linh hoạt. Xuất phát từ những đợt đi thực tế tại các nhà máy, các khu công nghiệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất đã thấy rất nhiều khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu tự động trong dây chuyền sản xuất tự động hóa là hệ thống phân loại sản phẩm.1 Hệ thống phân loại hàng tự động Đặc biệt là hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc.
Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa chưa được áp hoàn toàn trong khâu phân loại mà còn sử dụng nhân công, chính vì lý do đó nhiều khi cho năng suất thấp chưa đạt hiệu quả cao. Từ những nhu cầu sản xuất thực tế và quá trình học tập, nghiên cứu tại trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội và sự góp ý và hướng dẫn của thầy Nguyễn Xuân Thuận, nhóm đã tiến hành “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc”.2 Các vấn đề đặt ra Mục tiêu đặt ra là nghiên cứu chế tạo: Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc có kiểu dáng nhỏ gọn, dễ bảo trì, sửa chữa, lắp đặt. Để thiết kế được chúng ta cần thiết kế cơ khí và điều khiển được động 11 cơ và hệ thống hoạt động tự hác như là: vật liệu mô hình, nguồn cung cấp, tính toán thông số chi tiếtđộng dựa trên lập trình và điều khiển của PLC. Ngoài ra còn có các vấn đề k.
Các vấn đề cần được giải quyết đó là: - Vấn đề cơ khí: phân tích tính toán và lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật của các chi tiết sao cho thỏa mãn yêu cầu của đề tài: nhỏ, gọn, nhẹ, bền, có tính thẩm mỹ cao, dễ dàng lắp đặt và sửa chữa. - Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động. - Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng và sản phẩm không bị lỗi, hỏng.3 Phương pháp nghiên cứu Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc” , đã được nhiều sinh viên của các trường nghiên cứu và thực hiện. Đồng thời cũng đã có nhiều sinh viên thiết kế những mô hình đơn giản.
Mô hình này cũng đã được thiết kế và đưa vào sử dụng trong một số nhà máy và là một sản phẩm cơ điện tử điển hình, nên trong quá trình làm đồ án, nhóm đã áp dụng phương pháp nghiên cứu sau: Phương pháp tuần tự và đồng thời Kết hợp giữa việc thiết kế tuần tự và đồng thời: việc đầu tiên là nghiên cứu mô hình cụ thể sau đó xây dựng mô hình chứa đầy đủ những dự định sẽ có trong thiết kế qua đó có cái nhìn tổng quan về hệ thống chung và xác định thông số cơ bản. Từ đó, áp dụng để thiết kế trong giới hạn của đề tài. Phương pháp thực nghiệm Mô hình hóa phần cơ, mô phỏng hóa phần điện, tối ưu hóa thiết kế trước khi chế tạo hoàn thiện. Chế tạo mẫu các chi tiết chưa đảm bảo hoạt động như yêu cầu, hoặc chưa có trên thị trường.
Sau đó chế tạo thật mô hình. Cho chạy thử hết công suất, sau khi đã chạy hết các chức năng cũng như công suất của hệ thống để 12 rút ra giới hạn của hệ thống từ đó cho ra phương án cải tiến hay để thay thế. Từ đó rút ra các đánh giá về hệ thống (công suất làm việc của hệ thống, vận tốc của băng tải, mức độ chịu lực, giới hạn các chỉ số cơ khí và điện năng, năng suất của hệ thống.4 Phạm vi giới hạn Hệ thống phân loại sản phẩm là một đề tài đã được nghiên cứu và được phát triển từ lâu. Hiện nay trong các nhà máy xí nghiệp có rất nhiều hệ thống phân loại hoàn thiện cả về chất lượng và thẩm mỹ.
Tuy nhiên, trong phạm vi một đề tài nghiên cứu, với những giới hạn về kiến thức, thời gian và kinh phí đề tài giới hạn bởi những tính năng sau: - Hệ thống nhận dạng và phân loại theo màu sắc. - Kích thước dài x rộng x cao = 1500 x 700 x 400 (mm). - Khối lượng: (20) Kg. - Hệ thống điều khiển: PLC và hệ thống khí nén.
- Cơ cấu phân loại sản phẩm: Tay khí hút phân loại sản phẩm. - Động cơ truyền chuyển động: Động cơ điện một chiều. - Hệ thống dẫn động: Băng chuyền. - Điện áp cung cấp: Điện áp xoay chiều 220 VAC và điện áp một chiều 24 VDC.
13 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 2.1 Tổng quan về mô hình phân loại Dưới đây là tổng quan về hệ thống mà nhóm đã thiết kế. Hệ thống bao gồm sáu bộ phận chính : - Hệ cấp phôi tự động. - Hệ băng tải. - Hệ nhận diện ảnh.
- Hệ tay gắp phôi. - Bộ nguồn khí nén. - Các máng chứa phôi.2 Hệ thống phân loại 2.2 Nguyên lý làm việc và quy trình công nghệ của hệ thống Khi nhấn nút start, xy lanh cấp phôi đẩy phôi vào băng tải đồng thời băng tải chạy. Khi phôi chạy qua camera, camera có nhiệm vụ thu nhận hình ảnh và đưa về hệ thống xử lý ảnh để xử lý.
Sau khi nhận biết vật xong nếu: 1. Phôi màu vàng , tím và xanh lá: Sau khi nhận biết xong ,băng tải tiếp tục chạy đến khi phôi tới vị trí tay gắp (nhận biết bằng cảm 14 biến). Tay gắp sẽ gắp các phôi vào trong khay phân loại tương ứng 1, 2, 3. Phôi màu đỏ: Sau khi nhận biết xong, băng tải tiếp tục chạy đến khi phôi rơi vào khay phân loại phía cuối băng tải.
Việc xác nhận phôi đã vào khay được nhận biết bởi cảm biến. Sau khi phôi đã vào khay, xy lanh cấp phôi tiếp tục đẩy phôi mới vào băng tải. Chu trình mới được thực hiện. - Hệ thống xử lý ảnh.
- Hệ thống điện và điều khiển. - Cơ cấu chấp hành.3 Hệ thống xử lý ảnh Xử lý ảnh là một lĩnh vực mang tính khoa học và công nghệ. Nó là một ngành khoa học mới mẻ so với nhiều ngành khoa học khác nhưng tốc độ phát triển của nó rất nhanh, kích thích các trung tâm nghiên cứu, ứng dụng, đặc biệt là máy tính chuyên dụng riêng cho nó. Xử lý ảnh được đưa vào giảng dạy ở bậc đại học ở nước ta khoảng chục năm nay.
Nó là môn học liên quan đến nhiều lĩnh vực và cần nhiều kiến thức cơ sở khác. Sau đây là một vài kiến thức cơ bản về xử lý ảnh: 2.1 Những vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh a. Điểm ảnh Điểm ảnh là đơn vị cơ bản nhất để tạo nên một bước ảnh kỹ thuật số. Địa chỉ của điểm ảnh được xem như là một tọa độ (x, y) nào đó.
Một bức ảnh kỹ thuật số, có thể được tạo ra bằng cách chụp hoặc bằng một phương pháp đồ họa nào khác, được tạo nên từ hàng ngàn hoặc hàng triệu pixel riêng lẻ. Bức ảnh càng chứa nhiều pixel thì càng chi tiết. Một triệu pixel thì tương đương với 1 megapixel. Độ phân giải của ảnh 15 Độ phân giải là mật độ điểm ảnh được ấn định trên một ảnh số được hiển thị.
Theo định nghĩa, khoảng cách giữa các điểm ảnh phải được chọn sao cho mắt người vẫn thấy được sự liên tục của ảnh. Việc lựa chọn khoảng cách thích hợp tạo nên một mật độ phân bổ, đó chính là độ phân giải và được phân bố theo trục x và y trong không gian hai chiều. Mức xám của ảnh Mức xám: Là kết quả của sự biến đổi tương ứng 1 giá trị độ sáng của 1 điểm ảnh với 1 giá trị nguyên dương. Thông thường nó xác định trong [0,255] tuỳ thuộc vào giá trị mà mỗi điểm ảnh được biểu diễn.
Các thang giá trị mức xám thông thường: 16, 32, 64, 128, 256 (Mức 256 là mức phổ dụng. Lý do: từ kỹ thuật máy tính dùng 1 byte (8 bit) để biểu diễn mức xám. Mức xám dùng 1 byte biểu diễn: = 256 mức, tức là từ 0 đến 255). Ảnh số Là tập hợp hữu hạn các điểm ảnh, thường được biểu diễn bằng một mảng hai chiều (mxn) phần tử.
Ảnh số được chia làm 3 loại: - Ảnh nhị phân: Giá trị xám của tất cả các điểm ảnh chỉ nhận giá trị 1 hoặc 0. Như vậy mỗi điểm ảnh trong ảnh nhị phân được biểu diễn bởi 1 bit. - Ảnh xám: Giá trị xám nằm trong khoảng 0…255. Như vậy mỗi điểm ảnh trong ảnh xám được biểu diễn bởi 1 byte.
- Ảnh màu: Là ảnh tổ hợp từ 3 màu cơ bản đỏ (R), lục (G), lơ (B) và thường thu nhận trên các giải băng tần khác nhau. Để biểu diễn cho ảnh màu cần 24 bit, 24 bit này được chia làm ba khoảng 8 bit, mỗi khoảng này biểu diễn cho cường độ sáng của một trong các màu chính.2 Hệ tọa độ màu. Mô hình màu RGB (Red, Green, Bule) RGB là không gian màu phổ biến dùng trong máy tính, máy ảnh, điện thoại và nhiều thiết bị kĩ thuật số khác. Không gian màu này khá gần với cách mắt người tổng hợp màu sắc.
Nguyên lý cơ bản là sử dụng 3 màu sắc cơ bản 16 R (red - đỏ), G (green - xanh lục) và B (blue - xanh lam) để biểu diễn tất cả các màu sắc. Mỗi kênh màu sẽ sử dụng 8 bit để biểu diễn, tức là giá trị R, G, B nằm trong khoảng 0 - 255. Bộ 3 số này biểu diễn cho từng điểm ảnh, mỗi số biểu diễn cho cường độ của một màu. Với mô hình biểu diễn 24 bit, số lượng màu tối đa sẽ là: 255×255×255=16581375 Hình 2.1 Mô hình màu RGB Mô hình màu HSV (Hue, Saturation, Value) Thay vì chọn phần tử RGB để có màu mong muốn, người ta chọn các tham số màu: Hue, Saturation và Value.
Mô hình không gian màu HSV có thể suy diễn từ mô hình RGB. Trong đó: - Hue: Vùng màu. - Value: Cường độ sáng. Ngoài ra, còn có một số không gian màu khác, mỗi một không gian màu đều có một ứng dụng riêng.
Giả sử như để nhận dạng màu sắc thì thường sử dụng không gian màu HSV. Vì không gian màu này phù hợp với nhận thức của con người nên nó rất phù hợp cho việc nhận dạng màu sắc.2 Mô hình màu HSV Không gian màu CMYK Hình 2.