CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Hình 1.1: Hệ thống tự phân loại hàng hóa của Lazada - Phân loại các chi tiết bằng hệ thống tự động hóa giúp quá trình sản xuất diễn ra nhanh chóng, chính xác và tiết kiệm chi phí đầu tư về lâu dài so với các phương pháp truyền thống.2: Hệ thống tự động hóa dùng để sắp xếp, phân loại các thanh cái (busbars) - Dây chuyền phân loại sản phẩm theo số lượng tại nhà máy sản xuất sữa Vinamilk kiểm soát số lượng thành phẩm một cách tối ưu và hiệu quả. SVTH: Võ Thị Phương Loan 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Hình 1.3: Dây chuyền phân loại sữa của Vinamilk - Hệ thống phân biệt màu sắc trong chế biến nông sản (các dây chuyền phân loại gạo, cà chua, tiêu, tôm.) người ta phân loại thành các sản phẩm loại một, loại hai dựa vào màu sắc của chúng.4: Dây chuyền phân loại quýt theo kích cỡ - Trong các dây chuyền sản xuất gạch, đá granite người ta dùng phân loại sản phẩm để phân loại gạch chính và phế phẩm, kiểm tra lỗi. SVTH: Võ Thị Phương Loan 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Hình 1.5: Dây chuyền sản xuất, phân loại và kiểm tra lỗi gạch ống 1. Các đề tài phân loại sản phẩm đã thực hiện: Phân loại sản phẩm theo chiều cao: (Đề tài của sinh viên Lê Thị Thu Ngân, Tự Động Hóa khóa 2 – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ Cần Thơ) Trên băng tải này sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có chiều cao khác nhau.
Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu về tác động điều khiển piston đẩy sản phẩm cao và thấp vào khay chứa tương ứng.6: Mô hình thực tế của hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao SVTH: Võ Thị Phương Loan 7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Đánh giá đề tài: Thời gian tác động của cảm biến còn chậm, nên tốc độ băng tải nhanh thì cảm biến không phát hiện được sản phẩm. Chưa linh động trong việc điều chỉnh tốc độ băng tải tự động. Nếu tăng tốc độ của băng tải lên thì hệ thống đếm sản phẩm đáp ứng chưa kịp do cảm biến có độ trễ. Phân loại sản phẩm theo hình dáng: (Mô hình của Công ty TNHH Ứng dụng phát triển công nghệ ECAPRO) Trên băng tải sẽ thiết kế camera thị giác nhận dạng sản phẩm.
Khi sản phẩm đi qua, cảm biến thị giác nhận biết và gửi tín hiệu về bộ xử lý sau đó đưa ra tín hiệu điều khiển động cơ bước gạt từng sản phẩm có hình dạng khác nhau vào nơi chứa riêng biệt.7: Mô hình thực tế của hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dáng Đánh giá đề tài: Thiết kế phần cứng của mô hình khá hoàn chỉnh. Tuy nhiên sử dụng cảm biến thị giác để nhận dạng sản phẩm làm cho quá trình nhận dạng sản phẩm còn chậm, tác động chưa nhanh và liên tục. Phân loại sản phẩm theo màu sắc: (Đề tài của sinh viên Lưu Hiếu Nghĩa – Trường Đại học Tôn Đức Thắng) Bên cạnh việc phân loại sản phẩm dựa vào kích thước, hình dáng bao bì. Các sản phẩm hiện nay còn đa dạng về số lượng màu sắc là thật sự cần thiết.
Trên băng tải sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có màu sắc khác nhau. Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra SVTH: Võ Thị Phương Loan 8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy từng sản phẩm có màu sắc khác nhau vào nơi chứa riêng biệt.8: Mô hình thực tế của hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc (sử dụng cảm biến màu) Đánh giá đề tài: Băng tải đáp ứng chậm, phải dừng lại để cảm biến có thể nhận diện được màu sắc của vật. Bị nhiễu màu trong quá trình chạy mô hình, không phân loại đúng màu sắc của sản phẩm. Ngoài ra, chúng ta còn thấy có hệ thống phân loại sản phẩm khác theo đặc tính của sản phẩm.
Ví dụ như phân loại sản phẩm theo trọng lượng, kích thước. Hầu hết cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng khá tương tự nhau, chỉ khác nhau ở bộ phận đẩy sản phẩm phân loại (có thể là xylanh piston hoặc động cơ bước) và bộ phận nhận dạng sản phẩm (có thể là các loại cảm biến như màu sắc, cảm biến quang thu phát, cảm biến phát hiện kim loại, hay camera phát hiện hình dạng vật thể). Phân tích lựa chọn phương án thiết kế: Phương án 1: Sử dụng băng tải để vận chuyển sản phẩm. Để phân loại được sản phẩm theo màu sắc trên băng tải, ta có thể sử dụng cảm biến màu.
Khi sản phẩm cần phân loại đi qua sẽ được cảm biến phát hiện màu. Sử dụng hai servo để phân loại các sản phẩm vào thùng chứa sản phẩm. - Ưu điểm: Ít bị nhiễu do ánh sáng, môi trường, nhiệt độ. - Nhược điểm: Thời gian tác động của cảm biến còn chậm.
SVTH: Võ Thị Phương Loan 9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Phương án 2: Sử dụng băng tải để vận chuyển sản phẩm. Để phân loại được sản phẩm theo màu sắc trên băng tải, ta có thể sử dụng camera để nhận diện màu sắc của sản phẩm. Khi sản phẩm cần phân loại đi qua sẽ được camera sẽ phát hiện màu cần nhận dạng. Sử dụng hai servo để phân loại các sản phẩm vào thùng chứa sản phẩm.
- Ưu điểm: Ứng dụng webcam, camera để phân loại sản phẩm là phương pháp có giá thành rẻ, phân loại màu đa dạng, có khả năng quan sát rộng trên một đơn vị diện tích vật thể. Hệ thống có thể thực hiện, vận hành và sửa chữa dễ dàng. - Nhược điểm: Dễ bị nhiễu do ánh sáng, môi trường, nhiệt độ. Nhận xét: Dựa trên các phân tích trên em lựa chọn sử dụng phương án 2 để thiết kế mô hình.
Hướng nghiên cứu cho đề tài luận văn: Hướng nghiên cứu cho đề tài luận văn của em là tìm hiểu các tài liệu, các dạng mô hình của hệ thống phân loại sản phẩm đang có trên thị trường, những nhu cầu và hướng phát triển của hệ thống phân loại sản phẩm trong tương lai nhằm phục vụ cho nền công nghiệp nước nhà. Từ đó, khắc phục các nhược điểm của các mô hình phân loại màu sắc trước. Như tăng khả năng nhận diện đa dạng các màu sắc trên sản phẩm, giảm nhiễu trên hệ thống để có thể phân loại sản phẩm một các chính xác hơn bằng việc sử dụng camera để xử lý ảnh. Đề tài nghiên cứu xử lý ảnh và phân loại sản phẩm theo màu sắc là một đề tài đòi hỏi kiến thức tổng hợp của rất nhiều lĩnh vực như là thiết kế cơ khí, xử lý ảnh, truyền nhận tín hiệu, xử lý nhiễu, giao tiếp máy tính với camera, Matlab, Arduino…Trong khi đây là một loại đề tài mới vì vậy em sẽ cố gắng hoàn thành đề tài nghiên cứu này nhằm giới thiệu tổng quan cũng như phân tích quá trình xử lý ảnh trên cơ sở lý thuyết và thiết kế mô hình phân loại sản phẩm.
SVTH: Võ Thị Phương Loan 10 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH 2. Mô hình tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm: Bố trí camera ở độ cao phù hợp để quan sát rõ sản phẩm cần phân loại. Khi vật xuất hiện trên băng tải, camera truyền tín hiệu về Matlab sau khi nhận dạng các thông số màu của sản phẩm, máy tính sẽ tính toán và đưa ra kết luận màu. Sau đó, bắt đầu thực hiện phân loại sản phẩm theo màu sắc bằng cách xuất các chân tín hiệu từ Arduino thông qua Matlab điều khiển tốc độ động cơ làm quay băng tải, điều khiển van điện từ cấp tín hiệu cho piston tiến hành cấp liệu cho quá trình phân loại, đồng thời cũng điều khiển hai servo gạt sản phẩm màu đỏ và xanh dương vào hai thùng tương ứng.
Băng tải tiếp tục di chuyển đưa sản phẩm màu xanh lá rơi vào thùng còn lại. Song song đó, camera lấy tín hiệu xuất hiện của vật trên khung hình bắt đầu đếm số lượng sản phẩm đã phân loại.1: Mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc 2. Thiết kế cơ khí mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc: 2. Tính toán lý thuyết và thiết kế băng tải: (Tất cả các công thức được tham khảo từ tài liệu tham khảo [4]) Các thông số ban đầu để tính toán băng tải là năng suất, sơ đồ tuyến vận chuyển, chiều dài vận chuyển, chiều cao nâng hàng, điều kiện sử dụng, phương pháp vào đai và đỡ đai, đặc tính của vật liệu vận chuyển như khối lượng riêng, góc dốc tự nhiên, kích thước phần tử vật liệu… SVTH: Võ Thị Phương Loan 11 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH + Chiều dài vòng băng: Dây băng thường được chế tạo với kích thước chiều dài nào đó.
Để tạo thành vòng băng kính cho băng tải, người ta thường cắt dây băng nối lại với nhau. Vì vậy chiều dài dây băng được xác định sao cho khi tạo vòng băng kín, nó đảm bảo chiều dài vận chuyển và chiều cao nâng của băng. Nói chung, chiều dài vòng băng cần căn cứ vào điều kiện làm việc và yêu cầu sản xuất cụ thể. Trường hợp băng thẳng chiều dài L(mm), có tang dẫn đường kính Dd (mm) và tang bị dẫn đường kính Dbd (mm),góc ôm của dây băng trên tang dẫn αd (rad) và tang bị dẫn αbd (rad) thì chiều dài vòng băng có thể được tính: 𝐷𝑑 𝐷𝑏𝑑 𝐿𝑣𝑏 = 2.1) 2 2 Với: αd=αbd=50, đường kính bánh dẫn và bánh bị dẫn Dd=Dbd=30(mm).
Ta tìm được chiều dài vòng băng Lvb=1150(mm). + Vận tốc băng tải: Vận tốc băng tải chọn theo loại hàng vận chuyển, năng suất của băng và điều kiện làm việc của nó. Với năng suất xác định, việc lựa chọn vận tốc băng hợp lý có ý nghĩa kinh tế rõ rệt. Vận tốc băng tải càng lớn thì diện tích tiết diện dòng vật liệu phân bố trên một mét dài càng nhỏ giảm được lực căng băng băng, do đó có thể chọn chiều rộng băng nhỏ hơn, băng sẽ có giá thành rẽ hơn.
Nhưng vận tốc cao quá mà chiều rộng cao quá, mà chiều rộng băng nhỏ thì chuyển động băng sẽ kém ổn định, vật liệu dễ văng ra ngoài, băng dễ chạy lệch một phía, làm cong vênh con lăng đỡ, gây rung động mạnh, tăng độ mòn băng ở cửa vào và ra tải, gây nhiều bụi khi vận chuyển vật liệu khô… Đối với khi vận chuyển hàng đơn chiếc, hàng nhẹ nên chọn vận tốc nhỏ, để tránh vật liệu văng ra ngoài đối với đề tài em chọn vận tốc băng tải là: v = 0,1 m/s.