CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO HÌNH DẠNG 1.1 Tổng quan về hệ thống Ngày nay, nước ta đang thực chính sách “Công nghiệp hoá – hiện đại hoá đất nước”. Nền Công nghiệp đang hướng tới Công nghiệp 4.0, là sự kết hợp các công nghệ lại với nhau, làm mờ ranh giới giữa vật lý, kỹ thuật số và sinh học. Với sự phát triển của công nghệ kỹ thuật, các bộ điều khiển đang có ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học kỹ thuật và đời sống xã hội, đặc biệt là trong tự động hoá và điều khiển. Từ đó mà việc đưa tự động hóa vào sản xuất như diễn ra một điều tất yếu.
Việc tạo ra các sản phẩm tự động hoá không những trong công nghiệp mà ngay cả trong đời sống con người ngày càng được phổ biến. Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế hiện nay. Công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc. Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kĩ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra.
Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Đề tài “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC” là mô hình phân loại sản phẩm theo hình dạng (hình tròn, hình vuông, hình tam giác và hình chữ nhật). Dựa trên ngôn ngữ Python với thư viện chính là OpenCV và được thực hiện trên Kit Raspberry Pi 4B và PLC S7 - 1200. Tại đây sử dụng các đặc điểm riêng biệt của từng hình dạng để đi nhận dạng rồi sau đó phân loại từng sản phẩm.
Hệ thống gồm camera, Raspberry, PLC. Camera sẽ chụp ảnh sản phẩm cần phân loại rồi sau đó gửi đến Rasppberry để xử lí, sau khi xử lí được ảnh thì Rasppberry sẽ gửi đến PLC để điều khiển và phân loại sản phẩm. Kết quả thực hiện của đề tài là nhận dạng được những sản phẩm có hình dạng (hình tròn, hình vuông, hình tam giác và hình chữ nhật) cùng với việc đếm được sản phẩm theo hình dạng của từng sản phẩm, hiển thị trên màn hình.3 Các công nghệ sử dụng trong hệ thống Phương pháp xử lý ảnh dùng phần mềm Matlab SVTH: Bùi Anh Dũng Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân Phạm Lê Bảo Hoàng 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC Matlab là ngôn ngữ lập trình bậc cao dùng cho kỹ thuật.
Đồng thời nó là môi trường tương tác có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ, phát triển giải thiết, phân tích dữ liệu, tính toán các phép tính số học và hình ảnh hoá số liệu. So với các ngôn ngữ lập trình truyền thống như C, C++ hay Fortran thì Matlab có nhiều ưu điểm hơn do được tích hợp các hỗ trợ rất mạnh. - Ưu điểm : Phần mềm dễ sử dụng - Nhược điểm : + Độ chính xác không cao + Việc truyền thông, giao tiếp với các phần mềm rất khó Phương pháp xử lý ảnh dùng phần mềm Labview Labview là một phần mềm lập trình mô phỏng robot được sáng chế ra với mục đích hỗ trợ người dùng tạo ra các thiết bị ảo dựa trên nhu cầu cá nhân. - Ưu điểm : + Phần mềm dễ sử dụng nên được nhiều người sử dụng + Khả năng phát hiện hình dạng của chương trình LabView là cực kì nhanh chóng.
Có thể sử dụng các chứng năng mở rộng có sẵn trong Labview đê tăng khả năng phân biệt nhiều sản phẩm + Kết quả xử lý ảnh với tỷ lệ sai lệch nhỏ và có độ chính xác cao - Nhược điểm : Khó khăn về kết hợp giữa phần mềm Labview với các phần mềm khác Trên đây là 2 phương pháp được sử dụng rất nhiều hiện nay. Tuy nhiên, trong một hệ thống đòi hỏi độ chính xác cao, việc giao tiếp và truyền thống với các thiết bị khác phải đảm bảo tính ổn định và nhanh chóng. Trong các nhà máy, xí nghiệp hiện nay thì việc sử dụng phương pháp xử lý ảnh thông qua Raspberry kết hợp với PLC đang dần thay thế các phương pháp khác. Do vậy, trong đề tài này sử dụng các công nghệ như sau: - Sử dụng Kit Raspberry Pi 4B thông qua thư viện OpenCV để xử lý ảnh - Sử dụng PLC S7 – 1200 để phân loại sản phẩm - Sử dụng WinCC để giám sát quá trình hoạt động và hiện thị số lượng lên màn hình 1.4 Phương pháp phân loại sản phẩm theo hình dạng Với đề tài “Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC”.
Ở phần này sẽ đi tìm hiểu chi tiết phương pháp nhận dạng của từng sản phẩm và phân loại sản phẩm theo từng hình dạng đã được nhận dạng.1 Các hình dạng cơ bản của sản phẩm Trong cuộc sống hiện nay, nhu cầu về kiểu dáng sản phẩm ngày càng được chứ SVTH: Bùi Anh Dũng Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân Phạm Lê Bảo Hoàng 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC trọng, để đáp ứng nhu cầu thiết yếu đó nên trên thị trường ra nhiều sản phẩm có hình dạng và kiểu dáng đa dạng. Ở đề tài này, để gần với thực tế, nhóm chọn sản phẩm có hình dạng phổ biến. Chủ yếu là các hình dạng ở ngoài cuộc sống (hình tròn, hình vuông, hình tam giác và hình chữ nhật).
Đặc điểm cơ bản của sản phẩm có hình dạng phổ biến: Đặc điểm nhận dạng hình chữ nhật: Có 4 đỉnh, 4 cạnh, 4 góc vuông, 2 cạnh đối diện đều bằng nhau khác với so với hình vuông là 2 cạnh kề không bằng nhau,… Đặc điểm nhận dạng hình vuông : Có 4 đỉnh, 4 cạnh, 4 góc vuông, 2 cạnh đối diện đều bằng nhau, 2 cạnh kề bằng nhau,… Đặc điểm nhận dạng hình tròn: Một hình tròn là một vùng trên mặt phẳng nằm "bên trong" đường tròn. Bán kính tính từ tâm đến đường tròn. Đặc điểm nhận dạng: Bán kính đều bằng nhau,… Đặc điểm nhận dạng hình tam giác: có 3 đỉnh và 3 cạnh là hình tam giác,… 1.2 Phương pháp nhận dạng hình dạng Phương pháp nhận dạng hình ảnh là giai đoạn quan trọng của hệ thống xử lý ảnh. Nhận dạng là quá trình phân loại các đối tượng được biểu diễn theo một mô hình nào đó.
Ảnh được chụp sẽ được phân tích thành các đặc trưng riêng biệt, với những đặc trưng đó ta đem đi nhận dạng. Như đã đề cập ở trên thì các hình dạng của sản phẩm sẽ có các đặc điểm riêng biệt. Tuy nhiên, thì vẫn có một số đặc điểm giống nhau, đặc điểm khác nhau, cùng với đó có thêm một số đặc điểm bị dư thừa trong việc so sánh với các sản phẩm khác. Chính vì vậy, ở đề tài này, ta cần chọn lọc ra từng đặc điểm riêng biệt của từng hình mà các hình khác không có và loại bỏ các đặc điểm không cần thiết.
Như vậy, để nhận dạng được hình dạng của sản phẩm cần xác định các đặc điểm đặc trưng riêng biệt của từng hình dạng. Ở đây chỉ có 4 hình dạng sản phẩm (hình chữ nhật, hình vuông, hình tròn, hình tam giác) cần phân loại, chính vì vậy sẽ có một số đặc điểm hình dạng không cần xét tới. Sản phẩm hình chữ nhật Hình chữ nhật là hình có 4 đỉnh, 4 cạnh, 4 góc vuông, 2 cạnh đối diện bằng nhau,. Từ đặc điểm đó ta đi so sánh với 3 hình còn lại và phân tích thấy: Đặc điểm thứ nhất có 4 đỉnh, nhưng sản phẩm hình vuông cũng có 4 đỉnh.
Vì vậy ta có đặc điểm thứ hai để so sánh sự khác biệt với hình vuông, đó là 2 cạnh kề không bằng nhau với hình chữ nhật, với hình vuông thì chúng bằng nhau. Như vậy, đặc điểm nhận dạng sản phẩm hình chữ nhật, gồm 4 đỉnh và 2 cạnh kề không bằng nhau. SVTH: Bùi Anh Dũng Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân Phạm Lê Bảo Hoàng 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC Hình 1.
1: Đặc điểm hình chữ nhật Sản phẩm hình vuông Đặc điểm nhận dạng: Có 4 đỉnh, 4 cạnh, 4 góc vuông, 2 cạnh đối diện đều bằng nhau, 2 cạnh kề bằng nhau,… Từ đặc điểm đó ta đi so sánh với 3 hình còn lại và phân tích thấy: Đặc điểm thứ nhất có 4 đỉnh, nhưng sản phẩm hình chữ nhật cũng có 4 đỉnh như đã đề cập ở trên. Chính vì vậy ta có đặc điểm thứ hai để so sánh sự khác biệt với hình chữ nhật, đó là 2 cạnh bằng nhau. Như vậy, đặc điểm nhận dạng sản phẩm hình vuông, gồm 4 đỉnh và 2 cạnh kề bằng nhau. 2: Đặc điểm hình vuông Sản phẩm hình tròn Đặc điểm nhận dạng: Bán kính đều bằng nhau,… Từ đặc điểm đó ta đi so sánh với 3 hình còn lại và phân tích thấy: bán kính tính từ tâm đến đường tròn bên ngoài tất cả chúng đều bằn nhau chính vì vậy đó là đặc điểm riêng biệt của hình tròn.
3: Đặc điểm hình tròn SVTH: Bùi Anh Dũng Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Vân Phạm Lê Bảo Hoàng 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phân loai sản phẩm theo hình dạng, điều khiển và giám sát qua WinCC Sản phẩm hình tam giác Đặc điểm nhận dạng: có 3 đỉnh và 3 cạnh là hình tam giác,… Từ đặc điểm đó ta đi so sánh với 3 hình còn lại và phân tích thấy: Chỉ có hình tam giác có 3 đỉnh, và đó chính là đặc điểm đặc trưng riêng biệt của tam giác. 4: Đặc điểm hình tam giác Bảng 1. 1 Đặc điểm hình dạng sản phẩm Đặc điểm Hình vuông Hình chữ nhật Hình tròn Hình tam giác đỉnh 4 đỉnh 4 đỉnh không 3 đỉnh 2 cạnh kề bằng 2 cạnh kề không cạnh không 3 cạnh nhau bằng nhau bán kính không Không bằng nhau không Như vậy ta có thể thấy, ta chỉ cần tìm ba đặc điểm chính: Đỉnh, cạnh và bán kính.