Tổng quan nghiên cứu

Ngành sản xuất giày dép tại Việt Nam đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội, thu hút lượng lớn lao động và góp phần đáng kể vào xuất khẩu quốc gia. Trong đó, công đoạn in lụa hoa văn, logo lên đế dép là khâu then chốt quyết định tính thẩm mỹ và giá trị sản phẩm. Tuy nhiên, hiện nay phần lớn các doanh nghiệp vẫn sử dụng phương pháp cấp phôi thủ công, dẫn đến sai lệch vị trí in lên đến +2 mm, ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng sản phẩm và năng suất lao động. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh để nâng cao độ chính xác vị trí đế dép trong hệ thống cấp phôi cho máy in lụa, nhằm giảm sai số xuống mức +0,5 mm, tăng tính tự động hóa và hiệu quả sản xuất.

Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn từ tháng 01 đến tháng 06 năm 2017 tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, tập trung vào thiết kế giải thuật xử lý ảnh, tính toán sai số vị trí, thiết kế cơ cấu cấp phôi và bàn máy điều chỉnh vị trí đế dép. Việc ứng dụng thành công kỹ thuật xử lý ảnh trong cấp phôi không chỉ nâng cao độ chính xác mà còn giảm nhân công, rút ngắn thời gian gia công, góp phần hiện đại hóa ngành sản xuất giày dép trong bối cảnh xu hướng tự động hóa ngày càng phát triển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình xử lý ảnh số, bao gồm:

  • Khái niệm ảnh số và điểm ảnh (pixel): Ảnh được biểu diễn dưới dạng ma trận các điểm ảnh với các mức xám khác nhau, độ phân giải ảnh ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác xử lý.
  • Xử lý ảnh tiền xử lý: Loại bỏ nhiễu, tách nền, chuyển đổi ảnh sang dạng nhị phân để dễ dàng phân tích.
  • Trích chọn đặc trưng hình học: Xác định tâm (trọng tâm) và góc định hướng của tiết diện phẳng đế dép dựa trên moment quán tính ly tâm, giúp xác định sai lệch vị trí tịnh tiến và góc xoay.
  • Thuật toán so sánh hình ảnh: Sử dụng phép toán XOR giữa ảnh đế dép hiện tại và ảnh chuẩn để tính sai số vị trí tương đối.
  • Điều khiển bàn máy X-Y-Ø: Tính toán số xung điều khiển động cơ bước để hiệu chỉnh vị trí đế dép theo sai số đã xác định.

Các khái niệm chuyên ngành như moment quán tính, xử lý ảnh nhị phân, thuật toán nội suy, và kỹ thuật điều khiển động cơ bước được vận dụng để xây dựng hệ thống cấp phôi chính xác.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Ảnh đế dép thu nhận từ camera độ phân giải 640x480 pixel, dữ liệu sai số vị trí được so sánh với ảnh chuẩn lưu trong cơ sở dữ liệu.
  • Phương pháp chọn mẫu: Lấy mẫu đế dép với kích thước và màu sắc đa dạng (đen, vàng, xanh) để đánh giá độ chính xác hệ thống.
  • Phân tích: Xử lý ảnh bằng thuật toán tiền xử lý, trích chọn đặc trưng, tính toán sai số vị trí, điều khiển bàn máy điều chỉnh vị trí, mô phỏng cơ cấu cấp phôi bằng phần mềm NX Nastran.
  • Timeline nghiên cứu: Từ tháng 01/2017 đến tháng 06/2017, gồm các bước xây dựng giải thuật xử lý ảnh, thiết kế cơ cấu cấp phôi, mô phỏng và đánh giá kết quả.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết xử lý ảnh, kỹ thuật cơ khí và điều khiển tự động nhằm đạt được mục tiêu nâng cao độ chính xác vị trí đế dép trong hệ thống cấp phôi.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Giải thuật xử lý ảnh hiệu quả: Thuật toán xác định trọng tâm và góc định hướng của đế dép dựa trên ảnh nhị phân cho kết quả sai số vị trí tịnh tiến và góc xoay nhỏ hơn +0,5 mm, giảm đáng kể so với sai số +2 mm khi cấp phôi thủ công.
  2. Thiết kế bàn máy điều chỉnh chính xác: Bàn máy có 3 bậc tự do (X, Y, Ø) được điều khiển bằng động cơ bước với sai số điều chỉnh đạt mức yêu cầu, đảm bảo vị trí đế dép chính xác trong quá trình cấp phôi.
  3. Cơ cấu cấp phôi tự động: Thiết kế cơ cấu vít me - đai ốc và quạt hút phù hợp với lực tác động và khối lượng đế dép (khoảng 92 gam), đảm bảo giữ phôi ổn định khi di chuyển sang băng tải máy in.
  4. Mô phỏng kết cấu thân máy và cụm hút: Kết quả mô phỏng bằng NX Nastran cho thấy thân máy và cụm hút có độ cứng vững cao, lực hút phân bố đều, giảm 40% khối lượng kết cấu so với thiết kế ban đầu, đảm bảo hoạt động ổn định liên tục.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp nâng cao độ chính xác là việc ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh để xác định sai số vị trí đế dép một cách tự động và chính xác, thay thế hoàn toàn phương pháp thủ công dựa vào cảm quan. So với các nghiên cứu trước đây trong ngành sản xuất giày dép, hệ thống cấp phôi tự động này đã cải thiện sai số vị trí từ +2 mm xuống còn +0,5 mm, tương đương mức độ chính xác của các hệ thống tự động hóa tiên tiến trên thế giới.

Việc thiết kế cơ cấu vít me - đai ốc và quạt hút được tính toán kỹ lưỡng dựa trên lực tác động thực tế và khối lượng phôi, đảm bảo giữ phôi ổn định trong quá trình di chuyển, giảm thiểu rung lắc và sai lệch vị trí. Mô phỏng kết cấu giúp tối ưu hóa trọng lượng và độ cứng, góp phần nâng cao độ bền và tuổi thọ thiết bị.

Dữ liệu sai số vị trí có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh sai số tịnh tiến và góc xoay giữa phương pháp thủ công và hệ thống tự động, cũng như bảng thống kê khối lượng và lực hút của các mẫu đế dép khác nhau, minh họa tính hiệu quả và khả năng ứng dụng thực tiễn của hệ thống.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai hệ thống cấp phôi tự động tại các doanh nghiệp sản xuất giày dép: Áp dụng giải thuật xử lý ảnh và cơ cấu cấp phôi đã thiết kế nhằm giảm sai số vị trí xuống dưới +0,5 mm, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm nhân công. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng.
  2. Nâng cấp phần cứng camera và hệ thống xử lý ảnh: Sử dụng camera có độ phân giải cao hơn và phần cứng xử lý mạnh mẽ để tăng tốc độ xử lý và độ chính xác, phù hợp với dây chuyền sản xuất quy mô lớn. Chủ thể thực hiện: bộ phận kỹ thuật công ty, thời gian 3-6 tháng.
  3. Tối ưu hóa thiết kế cơ cấu cấp phôi: Tiếp tục nghiên cứu cải tiến cơ cấu vít me, quạt hút và bàn máy điều chỉnh để giảm trọng lượng, tăng độ bền và giảm chi phí bảo trì. Thời gian nghiên cứu và thử nghiệm: 6 tháng.
  4. Đào tạo nhân viên vận hành và bảo trì: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về kỹ thuật xử lý ảnh và vận hành hệ thống cấp phôi tự động nhằm đảm bảo vận hành hiệu quả và kéo dài tuổi thọ thiết bị. Thời gian đào tạo: 1-2 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Doanh nghiệp sản xuất giày dép: Nắm bắt công nghệ cấp phôi tự động, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí nhân công và tăng năng suất.
  2. Kỹ sư cơ khí và tự động hóa: Áp dụng kiến thức xử lý ảnh và thiết kế cơ cấu cơ khí trong phát triển hệ thống tự động hóa công nghiệp.
  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí, công nghệ thông tin: Tham khảo phương pháp xử lý ảnh, thuật toán điều khiển và thiết kế cơ cấu trong ứng dụng thực tế.
  4. Các đơn vị phát triển thiết bị máy móc công nghiệp: Tìm hiểu giải pháp tích hợp xử lý ảnh và cơ cấu cấp phôi để phát triển sản phẩm mới, nâng cao tính cạnh tranh trên thị trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần nâng cao độ chính xác vị trí đế dép trong máy in lụa?
    Độ chính xác cao giúp đảm bảo họa tiết, logo in lên đế dép đúng vị trí, tăng tính thẩm mỹ và giá trị sản phẩm, đồng thời giảm phế phẩm do sai lệch vị trí.

  2. Giải thuật xử lý ảnh được áp dụng như thế nào trong nghiên cứu?
    Giải thuật xác định trọng tâm và góc định hướng của đế dép từ ảnh nhị phân, so sánh với ảnh chuẩn để tính sai số vị trí, từ đó điều khiển bàn máy hiệu chỉnh.

  3. Sai số vị trí đạt được sau khi ứng dụng hệ thống là bao nhiêu?
    Sai số vị trí tịnh tiến và góc xoay được giảm xuống mức +0,5 mm, thấp hơn nhiều so với sai số +2 mm khi cấp phôi thủ công.

  4. Cơ cấu cấp phôi được thiết kế dựa trên những yếu tố nào?
    Dựa trên khối lượng đế dép, lực hút cần thiết, lực tác động lên cơ cấu vít me - đai ốc và yêu cầu giữ phôi ổn định trong quá trình di chuyển.

  5. Hệ thống có thể áp dụng cho các loại đế dép khác nhau không?
    Có thể, hệ thống được thiết kế linh hoạt với khả năng xử lý đa dạng kích thước và màu sắc đế dép, phù hợp với nhiều loại sản phẩm trong ngành giày dép.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công giải thuật xử lý ảnh xác định sai số vị trí đế dép với độ chính xác cao, sai số dưới +0,5 mm.
  • Thiết kế và mô phỏng cơ cấu cấp phôi tự động, bàn máy điều chỉnh vị trí đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và vận hành ổn định.
  • Hệ thống góp phần giảm nhân công, tăng năng suất và chất lượng sản phẩm trong ngành sản xuất giày dép.
  • Nghiên cứu mở ra hướng phát triển ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh trong tự động hóa công nghiệp.
  • Đề xuất triển khai thực tế và tiếp tục tối ưu hóa thiết kế để nâng cao hiệu quả và mở rộng ứng dụng.

Học viên và các đơn vị liên quan được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để hiện đại hóa dây chuyền sản xuất, nâng cao năng lực cạnh tranh và phát triển bền vững ngành công nghiệp giày dép Việt Nam.