Chương 1: Tổng quan – giới thiệu đề tài. Chương này trình bày tổng quan ý nghiã của việc sử dụng hệ thống phân loại sử dụng xử lý ảnh trong công nghiệp, các mặt loại của nó và nêu rõ lý do đề tài được chọn cùng với những yêu cầu, mục tiêu được đặt ra cho hê ̣ thố ng. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương hai trình bày tổng quát về lý thuyết động cơ servo và cơ bản về xử lý ảnh.
Chương 3: Lựa chọn và thiết kế thiết bị phần cứng và thi công mô hình. Chương ba trình bày cụ thể về phần cứng của hê ̣ thố ng, bao gồm sơ đồ khối trong hệ thống và sơ đồ kế t nố i hệ thống. Các cách lựa chọn, quy trình cài đặt thông số, catalog về servo mitsubishi, kinextix 300 và cảm biế n NPN. Chương 4: Matlab Và Ứng Dụng Xử Lý Ảnh.
Chương bốn sẽ đưa ra lưu đồ giải thuật cho hê ̣ thố ng và lưu đồ trên Matlab dựa vào những yêu cầu đặt ra ở chương một, từ đó xây dựng chương trình cụ thể giúp hê ̣ thố ng hoạt động đúng với mong muốn đặt ra. Trang 3 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Động cơ servo Động cơ DC và động cơ bước vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện để động cơ quay nhưng chúng quay bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đối với động cơ bước là động cơ quay một góc xác định tùy vào số xung nhận được. Việc thiết lập một hệ thống điều khiển để xác định những gì ngăn cản chuyển động quay của động cơ hoặc làm động cơ không quay cũng không dễ dàng. Mặt khác, động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín.
Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác.
Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiều máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay và xe hơi. Ứng dụng mới nhất của động cơ servo là trong các robot, cùng loại với các động cơ dùng trong mô hình máy bay và xe hơi.1 Một số loại động cơ Servo trên thị trường hiện nay. Trang 4 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Những loại động cơ Servo phổ biến Có 3 loại động cơ servo sử dụng rộng rãi hiện nay: Động cơ servo DC: Dựa trên nền tảng động cơ DC tức là động cơ DC có bộ điều khiển hồi tiếp.2 Ảnh minh họa 1 động cơ DC servo.3 Cấu trúc cơ bản 1 động cơ DC servo. Trong thực tế, bản thân động cơ servo không phải được điều khiển bằng vô tuyến, nó chỉ nối với máy thu vô tuyến trên các mô hình máy bay, xe hơi.
Động cơ servo nhận tín hiệu từ máy thu này. Trang 5 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. Ảnh minh họa 1 động cơ RC servo. Bảng điện tử 3.
Dây nguồn dương 4. Dây nối đất 6. Trục bánh răng 8. Đĩa tròn đính kèm 9.5 Cấu trúc cơ bản động cơ R/C servo.
Trang 6 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Động cơ servo AC. Động cơ AC Servo được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, trong các nhà máy tự động mà cụ thể là điều khiển vị trí, vận tốc các cơ cấu servo, robot, chuyển động chạy dao trong máy CNC… Hình 2. Ảnh minh họa 1 động cơ AC servo. Động cơ AC servo dựa trên nền tảng là động cơ xoay chiều 3 pha.
Động cơ xoay chiều 3 pha làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Khi cấp điện áp xoay chiều 3 pha vào động cơ, trong stato xuất hiện từ trường quay, từ trường này tác động lên roto làm roto quay theo.7 Stato và dòng điện 3 pha Trang 7 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.8 Cấu trúc cơ bản 1 động cơ AC servo.1 Giới thiệu và phân loại Encoder là tên gọi chung để chỉ các thiết bị mã hóa. Trong thực tế có rất nhiều loại và hình thức encoder khác nhau. Thông thường, đối với các chuyển động quay, encoder dùng để quản lý vị trí góc của một điã quay, bánh xe, hay trục động cơ, hoặc bất kì thiết bị quay nào cần xác định góc của nó.
Encoder được chia làm 2 loại: absolute encoder và incremental encoder. Absolute encoder là encoder tuyệt đối, nghĩa là tính hiệu ta nhận được chỉ rõ ràng vị trí của encoder, không cần phải xử lý thêm. Incremetal encoder là encoder mã hóa gia tăng (encoder tương đối), thường chỉ có tối đa là 3 vòng lỗ. Nếu encoder có càng nhiều lỗ trên đĩa thì thông tin nhận được càng chính xác.
Cứ mỗi lần đi qua một lỗ, phải lập trình để thiết bị đo đếm lên 1 đơn vị, do đó loại này có tên la incremetal encoder (encoder mã hóa gia tăng). Trang 8 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.2 Nguyên lý hoạt động cơ bản của encoder Nguyên lý cơ bản của encoder là một đĩa tròn xoay quay quanh trục, trên đĩa có các lỗ (hoặc rãnh). Dùng đèn led chiếu lên mặt đĩa. Khi quay, chỗ không có lỗ (rãnh) thì đèn không thể chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh) thì đèn sẽ chiếu xuyên qua.
Phía mặt bên kia của đĩa được đặt một cảm biến thu. Với các tín hiệu có hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không. Giả sử trên đĩa có n lỗ, thì mỗi lần cảm biến thu nhận được n lần tín hiệu đèn led thì có nghĩa là đĩa đã quay được một vòng.3 Độ phân giải của encoder Absolute encoder Độ phân giải của encoder là một thông số rất quan trọng. Làm thế nào để biết đĩa quay được 1/2, 1/4 hay 1/n vòng chứ không phải chỉ biết đĩa đã quay được một vòng.Với một số nhị phân có 2 bit, chúng ta sẽ có 4 trạng thái.
Điều đó nghĩa là với một số nhị phân 2 bit, chúng ta có thể chia đĩa thành 4 phần bằng nhau, và khi quay chúng ta sẽ xác định được độ chính xác đến ¼ vòng. Tương tự, với một số nhị phân n bít, ta sẽ xác định được độ chính xác đến 1/2n vòng. Cách thức để xác định 2n trạng thái của đĩa encoder: Hình 2. Ví dụ ở đĩa encoder có 2 vòng đĩa (hình trên).
Ở vòng trong cùng có một rãnh rộng bằng 1/2 đĩa, vòng phía ngoài có 2 rãnh đối diện nhau. Cần 2 led phát để phát xuyên qua 2 vòng lỗ và 2 cảm biến thu quang. Giả sử ở vòng lỗ thứ nhất (vòng trong), cảm biến thu đang nằm ở vị trí có lỗ hở thì tín hiệu nhận được từ mắt thu sẽ là 1. ở vòng lỗ thứ hai, cảm biến thu đang nằm ở vị Trang 9 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT trí có lỗ hở thì tín hiệu nhận được sẽ là 1.
Kết hợp 2 bit ta được số nhị phân 11, chúng ta sẽ xác định được đĩa quay đang nằm ở góc phần tư phía trên bên phải. Nếu đĩa quay có 10 vòng lỗ thì ta sẽ quản lí được vị trí chính xác đến 1/210 vòng (1/1024 vòng), hay còn gọi là dộ phân giải của encoder là 1024 xung trên vòng (pulse per revolution – ppr). Incremetal encoder Lợi thế của encoder tuyệt đối thể hiễn rõ rệt trong trường hợp góc quay nhỏ và động cơ không quay nhiều vòng. Khi đó việc xử lý encoder tuyệt đối trở nên dễ dàng cho người dùng.
Chỉ cần đọc giá trị là chúng ta có thể biết ngay vị trí góc của trục quay. Tuy nhiên, nếu động cơ quay nhiều vòng thì điều này không có lợi, bỏi vì khi đó ta phải xử lý đếm số vòng quay của trục. Ngoài ra khi thiết kế encoder tuyệt đối, nếu đòi hỏi độ chính xác càng cao thì cần càng nhiều vòng lỗ, dẫn đến sự giới hạn về kích thước của encoder, bởi vì việc gia công chính xác các lỗ quá nhỏ là không thê thực hiện. Ngoài ra việc bố trí dãy đèn led và cảm biến thu cũng chiếm một diện tích rất lớn trong trường hợp này.
Tuy nhiên, điều này đã được khắc phục bằng incremetal encoder một cách khá đơn giản. Vì vậy, incremetal được sử dụng nhiều trong những ứng dụng hiện đại. Nguyên lý hoạt động của incremetal encoder: incremetal encoder sẽ tăng một đơn vị khi có một lần lên xuống của cạnh xung, nghĩa là khi led quét qua một lỗ thì encoder sẽ tăng một đơn vị trong biến đếm. Để đếm được số vòng động cơ đã quay và hạn chế sai số xung tích lũy (trong trường hợp có rung động không thể kiểm soát có thể gây ra sai số xung đếm được ở encoder), một lỗ định vị được thêm vào để đếm số vòng quay của encoder (hình dưới) Hình 2.10 Vòng quay Encoder với lỗ định vị.
Trang 10 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Người ta đặt hai đèn led lệch nhau ở vòng lỗ hoặc sử dụng 2 vòng lỗ và 2 cảm biến thu phát để xác định chiều quay của động cơ.11 Xác định chiều quay bằng cách sử dụng 2 vòng lỗ và 2 bộ cảm biến thu - phát.3 Xử lý ảnh cơ bản: 2.1 Giới thiệu về 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.
Đầu tiên phải kể đến Xử lý tín hiệu số là một môn học hết sức cơ bản cho xử lý tín hiệu chung, các khái niệm về tích chập, các biến đổi Fourier, biến đổi Laplace, các bộ lọc hữu hạn… Thứ hai, các công cụ toán như Đại số tuyến tính, Sác xuất, thống kê. Một số kiến thứ cần thiết như Trí tuệ nhân tao, Mạng nơ ron nhân tạo cũng được đề cập trong quá trình phân tích và nhận dạng ảnh. Các phương pháp xử lý ảnh bắt đầu từ các ứng dụng chính: nâng cao chất lượng ảnh và phân tích ảnh.