Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO HÌNH DẠNG 1. Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm 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 ứng dụng tự động hóa là xu thế chung trong công nghiệp hệ nay, hòa chung vào trong quá trình tự động hóa sản xuất, khâu phân loại sản phẩm trong các dây chuyền công nghiệp là một ví dụ điển hình. Trước kia, việc phân loại chủ yếu là dựa vào sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại nên các công nhân khó đảm bảo 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 đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Ứng dụng băng chuyền và các kĩ thuật phân loại sản phẩm hoàn toàn tự động sẽ giảm chi phí lao động, nâng cao năng suất và hiệu quả rất nhiều so với phân loại bằng thủ công. Nguyên lý hoạt động của hệ thống Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng vuông, tròn, tam giác và chữ nhật. Hệ thống hoạt động như sau: Khi khởi động hệ thống thì điện sẽ được cấp cho toàn bộ hệ thống.
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 lý ảnh, sau khi xử lý được ảnh thì Rasppberry sẽ gửi đến PLC để điều khiển và phân loại sản phẩm.
Kết quả thực hiện 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 giám sát Wincc. SVTH: Trần Viết Trường GVHD: ThS. Phan thị Thanh vân 3 Trần Đình Thi Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng sử dụng PLC S7-1200 1. Các phương pháp nhận dạng hình dạng sản phẩm 1.
Các đặc điểm cơ bản của sản phẩm Trong cuộc sống hiện nay, nhu cầu về kiểu dáng sản phẩm ngày càng được chứ 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 kề không bằng nhau và 2 cạnh đối diện đều 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. Phương pháp nhận dạng thông qua dấu hiệu nhận biết 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, SVTH: Trần Viết Trường GVHD: ThS.
Phan thị Thanh vân 4 Trần Đình Thi Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng sử dụng PLC S7-1200 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.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 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.
SVTH: Trần Viết Trường GVHD: ThS. Phan thị Thanh vân 5 Trần Đình Thi Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng sử dụng PLC S7-1200 Hình 1.3 Đặc điểm hình tam giác - 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.4 Đặc điểm hình tròn 1. Các công nghệ trên dây chuyền của hệ thống Công nghiệp phải ngày càng chính xác và nhanh chóng để đáp ứng được xu thế hiện đại hóa. Các ngành công nghiệp đóng gói, dược phẩm cũng như trong lĩnh vực điện, điện tử là những ngành đòi hỏi sự chính xác trong kiểm tra đầu ra, và để thay thế con người trong việc kiểm tra thành phẩm với một tốc độ và sự chính xác cao, công nghệ xử lý ảnh ra đời và không ngừng phát triển để ngày càng hoàn thiện hơn.
Một hệ thống xử lý ảnh bao gồm các thành phần sau: + Camera + Ống kính + Hệ thống chiếu sáng + Bộ xử lý SVTH: Trần Viết Trường GVHD: ThS. Phan thị Thanh vân 6 Trần Đình Thi Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng sử dụng PLC S7-1200 Hình 1.5 Hệ thống xử lý ảnh Tùy vào từng ứng dụng cụ thể mà chúng ta sẽ có những hệ thống xử lý ảnh khác nhau. Một số ví dụ cho thấy xử lý ảnh được ứng dụng trong công nghiệp: + Trong công nghiệp đóng gói, người ta sử dụng hệ thống xử lý ảnh để kiểm tra xem các sản phẩm đã được dán nhãn chưa hoặc kiểm tra nhãn hiệu bao bì có đúng với thành phần chuẩn bị được đóng gói không. + Trong công nghiệp dược phẩm, áp dụng hệ thống xử lý ảnh để kiểm tra số lượng viên thuốc có trong vỉ thuốc.
+ Trong lĩnh vực điện, điện tử xử lý ảnh dùng để phát hiện sự thiếu sót các mối hàn sau khi hàn các chân linh kiện vào board mạch. Hiện nay, camera sử dụng trong công nghiệp có nhiều loại như: area scan camera, line scan camera và network camera. + Area scan camera: cung cấp chất lượng hình ảnh hàng đầu với tỷ lệ giá/hiệu suất nổi bật. Được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, từ tự động hóa nhà máy và giám sát giao thông (ITS) đến hệ thống bán lẻ, dược phẩm.
+ Line scan camera: thích hợp cho các ứng dụng cần cả tốc độ cao và chất lượng hình ảnh cao. Loại camera này không theo dõi toàn bộ ảnh mà đánh giá ảnh chính xác theo từng dòng. Thường được sử dụng trong quá trình kiểm tra chất lượng hàng hóa và quy trình phân loại. + Network camera: thường được sử dụng để giám sát với chất lượng hình ảnh vượt trội và hiệu suất mạnh mẽ trong môi trường ánh sáng thấp.
Một hệ thống xử lý ảnh tốt không chỉ cần camera tốt mà còn cần đến một ống kính chính xác cho ứng dụng. Các tiêu chí căn cứ để lựa chọn được một ống kính chính xác là: + Kích thước cảm biến và vòng tròn ảnh SVTH: Trần Viết Trường GVHD: ThS. Phan thị Thanh vân 7 Trần Đình Thi Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng sử dụng PLC S7-1200 + Độ phân giải và kích thước pixel + Tác động của tiêu cự và kích thước cảm biến + Khẩu độ và các điều kiện ánh sáng Hình 1.6 Các loại ống kính 1. Phương án thiết kế 1.
Các phương án hay dùng để xử lí ảnh 1. Phương pháp xử lý ảnh dùng phần mềm matlab Matlab là ngôn ngữ lập trình bậc cao dùng cho kỹ thuật.