Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế và Thi Công Mô Hình Phân Loại Phôi Ứng Dụng Xử Lý Ảnh và PLC S7-1200

Chuyên khảo phân tích Thi công và điều khiển mô hình phân loại và sắp xếp phôi vào hộp ứng dụng xử lý ảnh và plc s7 1200, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

đồ án tốt nghiệp

2024

100
4
0

Phí lưu trữ

35 Point

Mục lục chi tiết

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Đặt vấn đề

1.2. Mục tiêu đề tài

1.3. Phương pháp nghiên cứu

1.4. Phạm vi nghiên cứu đề tài

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng xử lý ảnh

2.1.1. Giới thiệu hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng xử lý ảnh

2.1.2. Quy trình hoạt động của hệ thống

2.1.3. Ứng dụng của xử lý ảnh trong sản xuất công nghiệp

2.2. Các phương pháp và thuật toán xử lý ảnh

2.2.1. Các kỹ thuật nâng cao chất lượng hình ảnh

2.2.2. Phương pháp phát hiện biên

2.2.3. Phân đoạn ảnh

2.3. Giới thiệu PLC Siemens S7-1200

2.3.1. Giới thiệu chung

2.3.2. Những đặc điểm của PLC S7 – 1200

2.3.3. Ứng dụng PLC trong thực tế

2.4. Nguyên lý hoạt động

2.4.1. Phương pháp điều khiển

2.5. Cơ cấu gắp vật XYZ và động cơ bước

2.5.1. Nguyên lý hoạt động của động cơ bước

2.5.2. Phương pháp điều khiển động cơ bước

2.6. Cảm biến hồng ngoại

2.6.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

2.7. Van điện và xy lanh khí nén

2.7.1. Cấu tạo và nguyên lý

2.8. Ngôn ngữ python và thư viện Opencv

2.8.1. Ngôn ngữ python

2.8.2. Thư viện Opencv

2.9. Giới thiệu phần mềm TIA PORTAL

2.10. Phương pháp phân loại theo hình dạng

3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ

3.1. Thiết kế phần cơ khí

3.1.1. Yêu cầu thiết kế

3.1.2. Thiết kế bộ khung đỡ

3.1.3. Thiết kế cơ cấu XYZ

3.1.4. Thiết kế cơ cấu cấp phôi

3.1.5. Tính toán vị trí cảm biến và xy lanh

3.2. Thiết kế phần điện

3.2.1. Yêu cầu thiết kế

3.2.2. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

3.2.3. Lựa chọn thiết bị cho từng khối

3.2.4. Điện áp hoạt động: 220v

3.2.5. Điện áp hoạt động: 24v

3.2.6. Sơ đồ kết nối toàn mạch

3.3. Thiết kế lưu đồ điều khiển của hệ thống

3.3.1. Yêu cầu thiết kế

4. CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG

4.1. Thi công cơ khí

4.1.1. Thi công phần đế

4.1.2. Thi công phần băng tải và cơ cấu XYZ

4.1.3. Thi công phần xy lanh và cảm biến

4.1.4. Thi công bộ phận cấp phôi

4.2. Thi công phần điện

4.3. Thi công giao diện giám sát điều khiển

5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ

5.1. Kết quả nghiên cứu

5.1.1. Kết quả chương trình xử lý ảnh

5.1.2. Kết quả chương trình PLC

5.2. Kết quả thi công cơ khí

5.3. Kết quả thi công phần điện

5.4. Kết quả giao diện giám sát và điều khiển

6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

6.1. Kết luận

6.2. Hướng phát triển

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Thiết Kế và Thi Công Mô Hình Phân Loại Phôi

Mô hình phân loại phôi là một phần quan trọng trong quy trình sản xuất hiện đại. Việc áp dụng công nghệ xử lý ảnh và PLC S7-1200 giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong phân loại sản phẩm. Hệ thống này không chỉ tự động hóa quy trình mà còn giảm thiểu sai sót do con người gây ra. Theo nghiên cứu, việc sử dụng mô hình này có thể tăng năng suất lên đến 50% và giảm chi phí vận hành.

1.1. Giới thiệu về mô hình phân loại phôi

Mô hình phân loại phôi sử dụng công nghệ xử lý ảnh để nhận diện và phân loại sản phẩm dựa trên các đặc điểm như hình dạng, màu sắc và kích thước. Hệ thống này giúp cải thiện đáng kể độ chính xác và hiệu suất làm việc.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng PLC S7 1200

PLC S7-1200 cung cấp khả năng điều khiển linh hoạt và chính xác cho hệ thống phân loại phôi. Nó cho phép tích hợp dễ dàng với các thiết bị khác và hỗ trợ việc giám sát từ xa, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.

II. Thách thức trong Thiết Kế và Thi Công Mô Hình Phân Loại Phôi

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc thiết kế và thi công mô hình phân loại phôi cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như độ chính xác của cảm biến, khả năng xử lý ảnh và sự tương thích giữa các thiết bị là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Độ chính xác của cảm biến trong hệ thống

Độ chính xác của cảm biến ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng phân loại phôi. Việc lựa chọn cảm biến phù hợp và điều chỉnh chúng là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả.

2.2. Khả năng xử lý ảnh và thuật toán

Các thuật toán xử lý ảnh cần được tối ưu hóa để đảm bảo tốc độ và độ chính xác trong việc phân loại. Việc lựa chọn thuật toán phù hợp sẽ giúp cải thiện hiệu suất của hệ thống.

III. Phương pháp Thiết Kế Mô Hình Phân Loại Phôi Hiệu Quả

Để thiết kế mô hình phân loại phôi hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Việc kết hợp giữa thiết kế cơ khí và lập trình PLC là rất quan trọng để tạo ra một hệ thống hoàn chỉnh.

3.1. Thiết kế cơ khí cho mô hình phân loại

Thiết kế cơ khí cần đảm bảo tính ổn định và khả năng hoạt động của mô hình. Các bộ phận như băng tải, cơ cấu gắp và cảm biến cần được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

3.2. Lập trình PLC cho hệ thống

Lập trình PLC là bước quan trọng trong việc điều khiển hệ thống. Cần xây dựng chương trình điều khiển hợp lý để đảm bảo các cơ cấu hoạt động chính xác và đồng bộ.

IV. Ứng dụng thực tiễn của Mô Hình Phân Loại Phôi

Mô hình phân loại phôi có nhiều ứng dụng trong ngành sản xuất, từ việc phân loại sản phẩm đến kiểm tra chất lượng. Hệ thống này giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu lỗi trong quy trình.

4.1. Phân loại phôi theo kích thước và hình dạng

Hệ thống có khả năng phân loại phôi dựa trên kích thước và hình dạng, giúp đảm bảo rằng các sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng trước khi đưa vào quy trình tiếp theo.

4.2. Kiểm tra chất lượng sản phẩm

Mô hình cũng có thể được sử dụng để kiểm tra chất lượng sản phẩm, phát hiện các khuyết tật và loại bỏ các phôi lỗi, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm đầu ra.

V. Kết luận và Hướng phát triển trong Thiết Kế Mô Hình Phân Loại Phôi

Mô hình phân loại phôi ứng dụng xử lý ảnh và PLC S7-1200 đang trở thành xu hướng trong ngành sản xuất. Việc phát triển và cải tiến hệ thống này sẽ mang lại nhiều lợi ích cho doanh nghiệp.

5.1. Tương lai của công nghệ phân loại phôi

Công nghệ phân loại phôi sẽ tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của các thuật toán học máy và trí tuệ nhân tạo, giúp nâng cao độ chính xác và hiệu suất.

5.2. Đề xuất cải tiến cho mô hình

Cần nghiên cứu và phát triển thêm các giải pháp cải tiến cho mô hình, bao gồm việc tối ưu hóa thuật toán xử lý ảnh và nâng cao khả năng tương tác giữa các thiết bị.

10/07/2025
Thi công và điều khiển mô hình phân loại và sắp xếp phôi vào hộp ứng dụng xử lý ảnh và plc s7 1200

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề: Trong ngành sản xuất, phân loại phôi là một công đoạn quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Phương pháp phân loại phôi truyền thống thường dựa vào sức người, dẫn đến độ chính xác thấp, hiệu suất thấp và tốn nhiều thời gian. Để khắc phục những hạn chế này, việc sử dụng công nghệ tự động hóa và xử lý ảnh trong phân loại phôi đang trở nên phổ biến. Hệ thống phân loại phôi dựa trên PLC và xử lý ảnh có thể cải thiện đáng kể độ chính xác, hiệu suất và tính nhất quán của quá trình phân loại.

Theo số liệu thống kê của Hiệp hội Tự động hóa Quốc tế (ISA), việc triển khai hệ thống phân loại phôi tự động bằng PLC và xử lý ảnh đã mang lại những lợi ích đáng kể: − Tăng độ chính xác phân loại lên đến 99%, giảm đáng kể tỷ lệ lỗi. − Tăng năng suất lên 30-50%, giải phóng sức lao động cho các nhiệm vụ có giá trị gia tăng hơn. − Giảm chi phí vận hành và bảo trì lên đến 20%, nhờ vào khả năng tự động hóa và giám sát của PLC. − Cải thiện chất lượng sản phẩm, do phân loại chính xác và loại bỏ các phôi lỗi.

Đề tài nghiên cứu này nhằm mục đích phát triển một hệ thống phân loại phôi tự động sử dụng PLC và xử lý ảnh. Hệ thống này sẽ sử dụng camera để chụp ảnh phôi, sau đó sử dụng các thuật toán xử lý ảnh để trích xuất các đặc điểm của phôi. Các đặc điểm này sẽ được sử dụng để phân loại phôi vào các loại khác nhau. Hệ thống phân loại phôi tự động dựa trên PLC và xử lý ảnh có nhiều ứng dụng trong ngành sản xuất, chẳng hạn như: − Phân loại phôi theo kích thước, hình dạng và màu sắc − Phát hiện các khuyết tật trên phôi − Phân loại phôi theo chất liệu 1 1.2 Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu và thiết kế hệ thống hoàn chỉnh có thể kiểm tra phân loại được hình dạng của phôi đạt chuẩn và không đạt chuẩn đồng thời sắp xếp phôi đạt chuẩn vào thùng và sau đó đưa tới công đoạn tiếp theo.

Cùng với việc gắp, hút, đẩy và sắp xếp các sản phẩm đạt chuẩn để dễ dàng di chuyển vào các giai đoạn vận chuyển hay bốc vác dễ dàng hơn. Mục tiêu ban đầu đề ra: − Mô hình kiểm tra, phân loại đạt độ chính xác tối thiểu 90%. − Sản phẩm sau khi kiểm tra phải được sắp xếp gọn gàng vào đúng vị trí, đúng số lượng, độ chính xác mong muốn 85%. − Sử dụng những thiết bị chuẩn công nghiệp.

− Mô hình phải an toàn, dễ sử dụng.3 Phương pháp nghiên cứu: Tham khảo các hệ thống phân loại sản phẩm ở ngoài thị trường cũng như ý kiến của giáo viên hướng dẫn nhóm chúng em đã có những cải tiến và lựa chọn các thiết bị phù hợp để tạo ra một mô hình nhỏ có thể tối ưu lại các công đoạn kiểm tra khác nhau.4 Phạm vi nghiên cứu đề tài: Vì đề tài này thiết kế kiểm tra phôi có khối lượng và kích thước nhỏ, nên khối lượng vật có trọng lượng nhỏ , chiều dài ngắn và chiều cao thấp. Hệ thống chỉ nhận dạng những sản phẩm đạt chuẩn là khối lập phương màu đỏ, chỉ xử lý ảnh của 1 mặt của vật. Mô hình được xây dựng để mô phỏng lại một trong những công đoạn của quy trình sản xuất ra một sản phẩm hoàn chỉnh. Sai số hệ thống chỉ được xác định bằng phương pháp chạy thực tế và thống kê với quy mô nhỏ.

2 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng xử lý ảnh: 2.1 Giới thiệu hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng xử lý ảnh: Trong bối cảnh công nghiệp 4.0 và sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng xử lý ảnh đã trở thành một giải pháp quan trọng và hiệu quả cho nhiều ngành sản xuất và dịch vụ. Công nghệ xử lý ảnh giúp tự động hóa quy trình phân loại, nâng cao độ chính xác và hiệu suất làm việc, đồng thời giảm thiểu sự can thiệp của con người và chi phí vận hành. Hệ thống này sử dụng các camera và phần mềm phân tích hình ảnh để nhận diện và phân loại sản phẩm dựa trên các đặc trưng như hình dạng, màu sắc, kích thước và các tiêu chí khác. Điều này không chỉ giúp tăng năng suất mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm đầu ra.

Các thành phần chính của hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng xử lý ảnh: − Camera công nghiệp: + Camera công nghiệp có độ phân giải cao được lắp đặt tại các vị trí trong dây chuyền sản xuất để chụp ảnh sản phẩm khi chúng di chuyển. + Hệ thống đèn chiếu sáng đi kèm để đảm bảo hình ảnh thu được rõ ràng và chính xác, giảm thiểu nhiễu và bóng. − Bộ xử lý ảnh: + Được trang bị các thuật toán xử lý ảnh tiên tiến, bộ xử lý ảnh thực hiện các bước như tiền xử lý (lọc nhiễu, cân bằng sáng), phát hiện đối tượng và trích xuất đặc trưng. + Những đặc trưng này có thể bao gồm hình dạng, màu sắc, kích thước, kết cấu bề mặt, và các dấu hiệu nhận dạng khác.

− Phần mềm phân loại: + Sử dụng các mô hình học máy như mạng nơ-ron nhân tạo (ANN), học sâu (Deep Learning) và các thuật toán truyền thống khác như k-NN, SVM. + Phần mềm này phân tích các đặc trưng đã trích xuất và phân loại sản phẩm theo các tiêu chí đã định sẵn. 3 − Bộ điều khiển và cơ cấu chấp hành: + Điều khiển các cơ cấu cơ khí như băng chuyền, tay robot để di chuyển sản phẩm đến các khu vực phân loại tương ứng. + Tích hợp với hệ thống quản lý sản xuất (MES) để cập nhật thông tin trạng thái và vị trí của sản phẩm.2 Quy trình hoạt động của hệ thống: Hình dưới đây mô tả các bước cơ bản trong xử lý ảnh.

1 Các bước cơ bản trong xử lý ảnh [4] Sơ đồ này bao gồm các thành phần sau: ➢ Ảnh đầu vào (Image Accquisition): Ảnh đầu vào là quá trình thu thập hình ảnh từ thế giới thực bằng các thiết bị như máy ảnh, máy quét hoặc cảm biến hình ảnh. Ảnh đầu vào có thể ở nhiều định dạng khác nhau, bao gồm ảnh màu, ảnh đen trắng, ảnh hồng ngoại và ảnh đa phổ. Các yếu tố chính cần xem xét trong quá trình thu thập ảnh đầu vào bao gồm: − Độ phân giải: Độ phân giải của hình ảnh xác định mức độ chi tiết có thể nhìn thấy trong hình ảnh. Độ phân giải cao hơn dẫn đến hình ảnh chi tiết hơn, nhưng cũng tạo ra tệp lớn hơn.

− Độ sâu bit: Độ sâu bit của hình ảnh xác định số lượng màu có thể được biểu diễn trong hình ảnh. Độ sâu bit cao hơn dẫn đến hình ảnh có màu sắc phong phú hơn, nhưng cũng tạo ra tệp lớn hơn. 4 − Độ nhiễu: Độ nhiễu là sự biến dạng không mong muốn trong hình ảnh có thể do nhiều yếu tố gây ra, chẳng hạn như ánh sáng yếu hoặc cảm biến bị lỗi. Độ nhiễu có thể làm giảm chất lượng hình ảnh và gây khó khăn cho việc xử lý hình ảnh.

− Độ méo: Độ méo là sự biến dạng trong hình ảnh do ống kính máy ảnh hoặc các yếu tố khác gây ra. Độ méo có thể làm cho các đường thẳng xuất hiện cong hoặc các đối tượng xuất hiện bị bóp méo. ➢ Tiền xử lý (Image Processing): Tiền xử lý là bước đầu tiên trong xử lý ảnh và liên quan đến việc chuẩn bị hình ảnh để phân tích và xử lý tiếp theo. Các kỹ thuật tiền xử lý phổ biến bao gồm: − Loại bỏ nhiễu: Nhiễu là thông tin không mong muốn trong ảnh có thể làm giảm chất lượng ảnh.

Các kỹ thuật loại bỏ nhiễu nhằm mục đích loại bỏ nhiễu khỏi ảnh mà không làm mất thông tin quan trọng. − Điều chỉnh độ tương phản và độ sáng: Độ tương phản và độ sáng của ảnh có thể ảnh hưởng đến khả năng hiển thị của các đặc điểm trong ảnh. Các kỹ thuật điều chỉnh độ tương phản và độ sáng nhằm mục đích tối ưu hóa độ tương phản và độ sáng của ảnh để cải thiện khả năng hiển thị. − Cắt và thay đổi kích thước hình ảnh: Cắt và thay đổi kích thước hình ảnh liên quan đến việc loại bỏ các phần không mong muốn của ảnh và thay đổi kích thước ảnh thành kích thước mong muốn.

− Chuyển đổi không gian màu: Chuyển đổi không gian màu liên quan đến việc chuyển đổi ảnh từ một không gian màu sang không gian màu khác. Các không gian màu phổ biến bao gồm RGB, HSV và YCbCr. ➢ Phân đoạn (Segmentation) hay phân vùng ảnh: Phân đoạn là quá trình chia một hình ảnh thành các vùng hoặc đối tượng riêng biệt. Phân đoạn giúp đơn giản hóa việc phân tích và xử lý hình ảnh bằng cách cô lập các đối tượng quan tâm.

Các kỹ thuật phân đoạn phổ biến bao gồm: − Phân đoạn ngưỡng: Phân đoạn ngưỡng là một kỹ thuật phân đoạn đơn giản liên quan đến việc phân tách ảnh thành các vùng dựa trên giá trị ngưỡng. − Phân đoạn vùng: Phân đoạn vùng là một kỹ thuật phân đoạn liên quan đến việc nhóm các pixel có giá trị tương tự lại với nhau để tạo thành các vùng. 5 − Phân đoạn dựa trên cạnh: Phân đoạn dựa trên cạnh là một kỹ thuật phân đoạn liên quan đến việc phát hiện các cạnh trong ảnh và sử dụng chúng để chia ảnh thành các vùng. ➢ Biểu diễn ảnh (Image Representation): Đây là phần sau phân đoạn chứa các điểm ảnh của vùng ảnh (ảnh đã phân đoạn) cộng với mã liên kết ở các vùng lân cận.

Việc biến đổi các số liệu này thành dạng thích hợp là cần thiết cho xử lý tiếp theo bằng máy tính.Việc chọn các tính chất để thể hiện ảnh gọi là trích chọn đặc trưng ( Feature Extraction) gắn với việc tách các đặc tính của ảnh dưới dạng các thông tin định lượng hoặc làm cơ sở để phân biệt lớp đối tượng này với lớp đối tượng khác trong phạm vi ảnh nhận được. ➢ Nhận dạng và nội suy ảnh (Image Recognition and Interpretation): Nhận dạng ảnh là quá trình xác định ảnh. Qúa trình này thường thu được bằng cách so sánh với mẫu chuẩn đã được học (hoặc lưu) từ trước. Nội suy là phán đoán theo ý nghĩa trên cơ sở nhận dạng.

Theo lý thuyết về nhận dạng, các mô hình toán học về ảnh được nhận dạng theo hai loại nhận dạng ảnh cơ bản: − Nhận dạng theo tham số. − Nhận dạng theo cấu trúc.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Tài liệu có tiêu đề Thiết Kế và Thi Công Mô Hình Phân Loại Phôi Ứng Dụng Xử Lý Ảnh và PLC S7-1200 cung cấp cái nhìn sâu sắc về quy trình thiết kế và thi công một mô hình phân loại phôi sử dụng công nghệ xử lý ảnh kết hợp với bộ điều khiển PLC S7-1200. Tài liệu này không chỉ giúp người đọc hiểu rõ về các bước thực hiện mà còn nêu bật những lợi ích của việc áp dụng công nghệ hiện đại trong sản xuất, từ đó nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong quy trình phân loại.

Để mở rộng kiến thức của bạn về các ứng dụng tương tự trong lĩnh vực tự động hóa và điều khiển, bạn có thể tham khảo thêm tài liệu Nghiên cứu thiết kế và thi công mô hình điều khiển ghế thông minh bằng nhận diện khuôn mặt, nơi khám phá cách nhận diện khuôn mặt có thể được áp dụng trong các hệ thống điều khiển thông minh. Ngoài ra, tài liệu Nghiên cứu thiết kế và chế tạo trạm cấp phôi tự động dạng phễu sử dụng bộ điều khiển plc sẽ cung cấp thêm thông tin về việc tự động hóa trong quy trình cấp phôi, một phần quan trọng trong sản xuất hiện đại. Cuối cùng, bạn cũng có thể tìm hiểu về Đồ án tốt nghiệp thiết kế và thi công hệ thống cân đóng bao tự động, giúp bạn nắm bắt thêm về các hệ thống tự động hóa trong ngành công nghiệp.

Những tài liệu này sẽ giúp bạn mở rộng hiểu biết và khám phá thêm nhiều khía cạnh thú vị trong lĩnh vực tự động hóa và điều khiển.