BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS. PHẠM QUỐC PHƯƠNG

Sinh viên thực hiện:

MSSV:

Lớp:

Phạm Quang Trí

1711050100

17DTDA2

Trần Duy Hải

1711050092

17DTDA2

Trần Hồng Thịnh

1611050208

16DTDE1

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2021


LỜI CẢM ƠN
Để đạt được thành quả ngày hôm nay, chúng em chân thành cảm ơn sâu sắc đến toàn
thể thầy (cô) Viện kỹ thuật HUTECH của Trường Đại Học Cơng Nghệ TP.HCM
(HUTECH) đã tận tình chỉ dạy trong suốt q trình học tập tại trường. Đó là những
kiến thức quý báu làm nền tảng cho việc hoàn thành đồ án này đồng thời là nền
móng vững chắc để sau này tiếp tục học tập và lao động ngoài xã hội.
Xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Quốc Phương là người hướng dẫn chính cũng là
người đã tận tình chỉ bảo, góp ý và định hướng cho chúng em trong suốt thời gian
làm Đồ Án Tốt Nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn những người thân đã giúp đỡ động viên trong quá trình học
tập và thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Cuối cùng vì kinh nghiệm và kiến thức cịn hạn chế, khả năng tiếp thu vấn đề cịn
giới hạn nên khơng thể tránh được những sai sót, chúng em mong nhận được sự
quan tâm giúp đỡ của các thầy (cô) để đồ án này được đầy đủ và hoàn thiện hơn.
Chúng em chân thành cảm ơn!

TP. Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2021.

Nhóm sinh viên thực hiện
Phạm Quang Trí
Trần Duy Hải
Trần Hồng Thịnh


II


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... I
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ II
MỤC LỤC .................................................................................................................III
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ VII
DANH MỤC CÁC BẢNG..................................................................................... VIII
DANH SÁCH CÁC HÌNH ...................................................................................... IX
LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ...........................................................................2
1.1 Tính cần thiết của đề tài ....................................................................................2
1.2 Tình hình nghiên cứu ........................................................................................2
1.3 Mục đích nghiên cứu:........................................................................................3
1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu: .......................................................................................4
1.5 Phương pháp nghiên cứu...................................................................................4
1.6 Kết cấu đồ án .....................................................................................................5
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP ..................................................................6
2.1 Giới thiệu sợ lược về các hệ thống phân loại sản phẩm....................................6
2.2 Hệ thống cung cấp sản phẩm: ...........................................................................7
2.3 Hệ thống xử lý kiểm tra phần mềm ...................................................................8
2.4 Bộ phận phân loại sản phẩm .............................................................................9
2.4.1 Bộ phận phát hiện sản phẩm ......................................................................9
2.4.2 Nguyên lý hoạt động ................................................................................10
2.4.3 Bộ phận thực thi phân loại sản phẩm .......................................................10
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT ........................................................12

III



3.1 Sơ lược về xử lý ảnh .......................................................................................12
3.2 Nguyên lý làm việc xử lý ảnh .........................................................................13
3.2.1 Phần thu nhận ảnh (Image Acquisition) ...................................................13
3.2.2 Tiền xử lý ảnh (Image Processing) ..........................................................13
3.2.3 Phân vùng ảnh (Segmentation) ................................................................13
3.2.4 Biểu diễn ảnh (Image Representation) .....................................................13
3.2.5 Nhận dạng và nội suy ảnh (Image Recognition and Interpretation) ........14
3.2.6 Cơ sở tri thức (Knowledge Base) .............................................................14
3.2.7 Mô tả (biểu diễn ảnh) ...............................................................................14
3.3 Phần mềm Labview .........................................................................................17
3.3.1 Đôi nét về Labview ..................................................................................17
3.3.2 Các điểm mạnh của Labview ...................................................................18
3.4 Phương pháp xử lý ảnh với Labview ..............................................................19
3.4.1 Phần mềm xử lý ảnh Vision Development Module .................................19
3.4.1.1 Phần mềm Vision Development Module ..........................................19
3.4.1.2 Giải thuật xử lý ảnh ...........................................................................20
3.4.2 Nguyên lý thu thập hình ảnh dùng camera ..............................................23
3.4.2.1 Tool xử lý ảnh sử dụng: ....................................................................23
3.5 Phần mềm TIA PORTAL V15 ........................................................................24
3.5.1 Giới thiệu phần mềm ................................................................................24
3.5.2 Tính năng của phần mềm TIA PORTAL V15.1 ......................................25
3.6 Giao thức kết nối MODBUS ...........................................................................27
3.6.1 Sơ lược về MODBUS ..............................................................................27
3.6.2 MODBUS TCP ........................................................................................28

IV


CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MƠ HÌNH ........................................................................29

4.1 Thiết kế cơ khí.................................................................................................29
4.1.1 Thiết kế bản vẽ 3D ...................................................................................29
4.1.2 Các thiết bị sử dụng..................................................................................32
4.1.2.1 Băng tải .............................................................................................32
4.1.2.2 Cảm biến ...........................................................................................33
4.1.2.3 Xy lanh ..............................................................................................35
4.1.2.4 Các bộ phận cơ khí ............................................................................36
4.2 Thiết kế hệ thống điều khiển ...........................................................................36
4.2.1 Sơ đồ kết nối ............................................................................................36
4.2.2 Bản vẽ mạch điều khiển và động lực .......................................................37
4.2.3 Các thiết bị sử dụng..................................................................................37
4.2.3.1 PLC S7-1200 .....................................................................................37
4.2.3.2 Nút nhấn ............................................................................................41
4.2.3.3 Đèn báo .............................................................................................42
4.2.3.4 Nguồn tổ ong .....................................................................................42
4.2.3.5 Relay trung gian (relay kiếng) ..........................................................43
4.2.3.6 Aptomat: ............................................................................................44
CHƯƠNG 5: THI CƠNG MƠ HÌNH .......................................................................46
5.1 Thi công ..........................................................................................................46
5.2 Giải thuật điều khiển .......................................................................................49
5.3 Nguyên lý làm việc .........................................................................................50
5.4 Phần mền điều khiển và giám sát ....................................................................51
5.5 Chạy thử, hoàn thiện sản phẩm .......................................................................52

V


5.6 Giao diện điều khiển và giám sát SCADA .....................................................56
5.7 Chương trình xuất số liệu ra fie Excel ............................................................57
5.8 Kết quả vận hành .............................................................................................57

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ .............................................................58
6.1 Ưu điểm của mơ hình ......................................................................................58
6.2 Nhược điểm của mơ hình ................................................................................58
6.3 Hướng phát triển của mơ hình.........................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................60
PHỤ LỤC ..................................................................................................................61
A. Code PLC .........................................................................................................61
B. Code Labview ...................................................................................................69
C. Chương trình xuất dữ liệu qua Excel ................................................................70

VI


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Chữ cái và kí tự viết tắt

Cụm từ đầy đủ

PLC

Programmable logic controller

SCADA

Supervisory Control And Data
Acquisition

LABVIEW

Laboratory Virtual Instrumentation

Engineering Workbench

VII


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4.1 Các chân và chức năng của cảm biến ........................................................34
Bảng 4.2 Tên thiết bị và chất liệu của các bộ phận cơ khí ........................................36
Bảng 4.3 Tên thiết bị được sử dụng trong mơ hình ..................................................45

VIII


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Băng tải .......................................................................................................7
Hình 2.2: Camera cognex (Nguồn Internet) ................................................................8

Hình 3.1: Một chương trình được viết bằng LABVIEW ..........................................19
Hình 3.2: Quang phổ (phổ màu) ...............................................................................20
Hình 3.3: Hình trịn biểu thị các vùng của quang phổ (Nguồn Internet) ..................21
Hình 3.4: Sơ đồ khối kết nối camera.........................................................................23
Hình 3.5: Chương trình Labview xử lý ảnh và phân tích màu .................................24
Hình 3.6: Phần mềm TIA PORTAL V15.1 ..............................................................26
Hình 3.7: Cách thức hoạt động của MODBUS (Nguồn Internet) .............................27

Hình 4.1: Bản vẽ 3D mơ hình đồ án .........................................................................29
Hình 4.2: Hình chiếu bằng mơ hình đồ án ................................................................30
Hình 4.3: Hình chiếu đứng mơ hình..........................................................................31
Hình 4.4: Hình chiếu ngang mơ hình ........................................................................32
Hình 4.5: Băng tải .....................................................................................................33

Hình 4.6: Cảm biến vật cản hồng ngoại ....................................................................34
Hình 4.7: Xylanh AIRTAC TN10 .............................................................................35
Hình 4.8: Sơ đồ khối thể hiện kết nối giữa các thành phần trong mô hình...............36
Hình 4.9: Sơ đồ mạch điều khiển và động lực ..........................................................37
Hình 4.10: PLC S7-1200 (CPU S7 1212 DC/DC/DC) .............................................38
Hình 4.11: Sơ đồ cách đấu nguồn PLC Siemens S7-1200 (Nguồn Internet)............39
Hình 4.12: Sơ đồ kết nối đầu vào PLC Siemens S7-1200 (Nguồn Internet) ............40
Hình 4.13: Sơ đồ kết nối đầu ra PLC Simens S7-1200 (Nguồn Internet).................40
Hình 4.14: Nút nhấn ..................................................................................................41
Hình 4.15: Đèn báo 24V ...........................................................................................42
Hình 4.16: Nguồn tổ ong 24V/5A .............................................................................43

IX


Hình 4.17: Relay trung gian ......................................................................................44
Hình 4.18: Aptomat DZ47-63 C10 ...........................................................................44

Hình 5.1: Mơ hình hồn thiện sản phẩm ...................................................................46
Hình 5.2: Tủ điều khiển ............................................................................................47
Hình 5.3: Bên trong của tủ điện ................................................................................48
Hình 5.4: Sơ đồ khối mơ tả giải thuật .......................................................................49
Hình 5.5: Các chân kết nối PLC với các thiết bị điều khiển mơ hình.......................51
Hình 5.6: Giao diện điều khiển trên Labview ...........................................................51
Hình 5.7: Tủ điều khiển hoạt động, đèn Start báo sáng ............................................52
Hình 5.8: Camere phát hiện sản phẩm táo đỏ và thu hình ảnh lên màn hình để phân
loại .............................................................................................................................53
Hình 5.9: Táo đỏ sau khi được phân tích đưa xuống nơi được phân loại .................53
Hình 5.10: Camera phát hiện sản phẩm táo xanh và thu hình ảnh lên màn hình để
phân loại ....................................................................................................................54

Hình 5.11: Táo xanh được đưa xuống nơi phân loại sau khi phân tích ....................54
Hình 5.12: Camera phát hiện sản phẩm táo vàng và thu hình ảnh lên màn hình để
phân loại ....................................................................................................................55
Hình 5.13: Táo vàng được đưa xuống nơi phân loại sau khi phân tích ....................55
Hình 5.14: Giao diện mơ phỏng trên SCADA ..........................................................56
Hình 5.15: Giao diện hình excel ...............................................................................57

X


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, hệ thống điều khiển, giám sát tự động khơng cịn q xa lạ với chúng ta.
Nó được ra đời từ rất sớm nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống của con
người. Vì vậy, điều khiển tự động đã trở thành một ngành khoa học kỹ thuật chuyên
nghiên cứu và ứng dụng tự động hóa vào thực tiễn lao động và sản xuất của con
người.
Việc hiểu và ứng dụng sẽ giúp ích rất nhiều cho mọi người. Để góp phần nhỏ vào
việc này, nhóm em đã thực hiện đề tài “Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc”
thơng qua đề tài này nhóm em sẽ có những điều kiện tốt nhất để học hỏi, tích lũy
kinh nghiệm quý báu, bổ sung vào hành trang của mình trên con đường đã chọn.
Nhận thức tầm quan trọng đó chúng em đã làm việc nghiêm túc vận dụng những
kiến thức sẵn có của bản thân, những đóng góp ý kiến của bạn bè và đặc biệt là sự
hướng dẫn của Thầy Phạm Quốc Phương và một số thầy cô giảng dạy trong khoa
viện của Trường Đại Học Cơng Nghệ TPHCM để hồn thành đồ án này. Trong q
trình thực hiện đề tài này cũng có nhiều sai sót hy vọng q thầy cơ thơng cảm và
bỏ qua cho chúng em, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô.

1



CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Tính cần thiết của đề tài
Ngày nay tự động hóa khơng ngừng chứng tỏ vai trị, vị thế của mình trong
cơng cuộc đổi mới lĩnh vực sản xuất nhằm đem lại những sản phẩm chất lượng có giá
thành thấp, đem lại hiệu quả cao về mặt kinh tế.
Hiện tại ngành nông nghiệp Việt Nam đang đối mặt với nhiều khó khăn và
một trong số đó là giá trị của nơng sản khơng cao do tốn nhiều cơng sức, trong đó
có phân loại nơng sản mà đa số đều dùng phương pháp phân loại thủ cơng bằng tay
gây lãng phí nguồn lao động trong bối cảnh đang tồn tại song song thời kỳ lão và thời
kỳ dân số vàng, nhưng dân số vàng chỉ kéo dài đến năm 2030 sẽ kết thúc và sau đó
mức độ lão hóa tiếp tục tăng lên.
Sự phát triển khoa học điều khiển máy tính, hệ thống sản xuất linh hoạt với
yêu cầu đặt ra trở nên dễ dàng hơn khi chuyên ngành tự động hóa ngày càng phát
triển, mở rộng, liên quan đến hầu hết mọi kỹ thuật khoa học cơng nghệ. Tự động hóa
trong nơng nghiệp là nhu cầu không thể thiếu, hàng loạt các dây chuyền tự động hóa
ra đời đáp ứng nhu cầu về cơng nghệ và khả năng thay thế con người lao động giúp
cho năng suất lao động được tăng cao.
Việc nghiên cứu phát triển hệ thống phân loại sản phẩm nông nghiệp ứng
dụng xử lý ảnh sẽ góp phần giúp những người nơng dân và ngành nơng nghiệp Việt
Nam phát triển nhanh chóng và tăng năng suất trong dây truyền sản xuất.
1.2 Tình hình nghiên cứu
Với tính chất và khả năng xử lý mạnh mẽ của xử lý ảnh trong công nghiệp,
sản xuất, phân loại,… thì xử lý ảnh được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp cũng
như sản xuất ở các quốc gia phát triển như Mỹ, Đức, Nhật,….vì vậy cơng nghệ xử
lý ảnh đã được ứng dụng vào nền công nghiệp Việt Nam những năm gần đây. Đồng

2


thời cũng có rất nhiều cơng trình nghiên cứu và phát triển sản phẩm ứng dụng xử lý

ảnh được phát triển giúp ích cho cơng nơng nghiệp Việt Nam như:
-

Mơ hình phát hiện chai lọ bị lỗi, mơ hình phân loại vỉ thuốc bị lỗi sử dụng
camera công nghiệp cognex để ứng dụng vào hệ thống xử lý và phân loại.

-

Mơ hình phân loại sản phẩm dựa vào mã vạch sử dụng camera và phần mềm
dataman của cognex để phân loại.
Trong đó có một số hệ thống sử dụng cơng nghệ phân tích quang phổ để xử

lý ảnh như:
-

Phân loại sản phẩm sữa bị lỗi do chiết sữa thiết thông qua việc cho chùm tia
sáng đi qua sản phẩm là các chai sữa hoặc hộp sữa sẽ phát ra những dải màu
quang phổ phát xạ. Các camera sẽ thu nhận hình ảnh và phân tích dải ánh
sáng quang phổ phát xạ để phân ra sản phẩm lỗi hoặc chiết thiếu sữa.

-

Phân loại những sản phẩm sắt thép bị lỗi do thành phần làm thép không đủ
chất lượng do khi kết hợp hợp chất thiếu gang hoặc sắt,… thông qua quang
phổ sẽ biết được sản phẩm có đạt được chất lượng hay không nhờ vào bức xạ
quang phổ phát xạ của thép mà hình ảnh camera thu được

1.3 Mục đích nghiên cứu:
Ứng dụng những tính năng vươt trội của camera kết hợp với PLC và các thiết
bị tự động như cảm biến , động cơ DC, xylanh,… để thực hiện một mơ hình ứng

dụng cơng nghệ phân tích quang phổ và xử lý cho việc phân loại sản phẩm nông
nghiệp.
Lắp đặt được mơ hình phân loại sản phẩm nơng nghiệp cũng như am hiểu hơn
về các thiết bị cảm biến, cách kết nối, lập trình PLC và các thiết bị tự động hóa. Áp
dụng phần Labview vào việc phân tích quang phổ, xử lý ảnh, thiết lập và lập trình
cho camera nhận diện, phân tích sản phẩm kết hợp với việc sử dụng PLC thu tín hiệu
từ các cảm biến và xuất tín hiệu để điều khiển hệ thống hoạt động ổn định và chính
xác.

3


1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu:
Đề tài đồ án tốt nghiệp: phân loại sản phẩm theo màu sắc.
Trong mơ hình nghiên cứu chỉ áp dụng ở mức thí nghiệm với thiết bị khơng
đầy đủ và hồn chỉnh nên chỉ sử dụng phần mềm Labview để phân tích dải màu
quang phổ liên tục RGB của các sản phẩm trong tự nhiên, màu sắc mà mắt người
nhìn thấy và phân biệt được mơ phỏng một hệ thống phân tích chùm tia sáng quang
phổ màu phát xạ trong các hệ thống công nghiệp sản xuất chất lượng cao thông qua
camera là các thiết bị quay phim, chụp hình bình thường.
Mơ hình sẽ ứng dụng xử lý ảnh và phân tích quang phổ dải màu sắc RGB để
phân loại 3 loại táo bao gồm táo đỏ, táo xanh và táo vàng.
Đề tài sẽ tập trung vào nghiên cứu thiết kế và thi công một mô hình hồn
chỉnh với đầy đủ thiết bị phát hiện, thiết bị phân loại và bộ phận thu nhận 3 loại táo
phân loại. Đồng thời phát triển hệ thống giải thuật điều khiển mơ hình với việc xử
dụng PLC kết hợp xử lý ảnh.
1.5 Phương pháp nghiên cứu
Đề tài đồ án tốt nghiệp sẽ vận dụng những kiến thức đã được học trong 4 năm
đại học ở trường Đại học Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh và các kiển thức, tài
liệu tìm đọc được trên mạng, trong thư viện trường để thực hiện nghiên cứu và thiết

kế thi công mô hình phân loại sản phẩm.
Đồ án dừng lại ở mức mơ hình ở phịng thí nghiệm với mơ hình nhỏ gọn có
thể thực hiện mục tiêu phân loại đồng thời có đầy đủ thiết bị điều khiển bao gồm
PLC, cảm biến,…
Đồ án sẽ được thực hiện bằng sự giúp đỡ của PLC Siemens cùng với phần
mềm TIA PORTAL V15, Labview và WINCC. Nghiên cứu kết nối 3 phần mềm
ứng dụng với nhau để hoàn thành hệ thống giải thuật điều khiển liên kết qua lại.

4


1.6 Kết cấu đồ án
Để thực hiện nghiên cứu và thiết kế, thi cơng mơ phân loại thì đề tài được chia
ra 4 phần chính.
Nhóm sẽ nghiên cứu từng phần và kết nối từng phần của đề án để hoàn thành
một mơ hình hồn chỉnh đáp ứng mục tiêu của đề tài. Bốn phần chính của đề tài
nghiên cứu bao gồm:
-

Nghiên cứu và tìm hiểu các phần mềm, thiết bị sẽ sử dụng và phương thức
điều khiển.

-

Thiết kế cơ bản và thi cơng mơ hình cơ khí, ngun lý làm việc.

-

Xây dựng giải thuật và lập trình điều khiển chu trình hoạt động và xử lý của
mơ hình.


-

Phương pháp phân tích xử lý ảnh và kết nối với hệ thống điều khiển

5


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
2.1 Giới thiệu sợ lược về các hệ thống phân loại sản phẩm
Việc ứng dụng tự động hóa là xu thế cơng nghiệp hiện nay, hịa mình chung
vào q trình tự động hóa trong sản xuất và khâu phân loại sản phẩm trong các dây
chuyền cơng nghiệp là một ví dụ điển hình. Trước kia, việc phân loại sản phẩm là
dựa vào sức người, công việc này địi hỏi sự tập trung cao và có tính lập lại nên các
cơng nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong cơng việc chưa kể đến có những
sản phẩm phân loại dựa trên các chi tiết kỹ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể
nhận ra. Điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản
xuất. Vì vậy việc ứng dụng băng chuyền và các kỹ thuật vào việc phân loại sản phẩm
hoàn toàn tự động sẽ giảm chi phí lao động, nâng cao năng suất và hiệu quả hơn rất
nhiều so với phân loại sản phẩm bằng thủ cơng.
Bên cạnh việc phân loại bằng kích thước, cân nặng, chất liệu, hình dạng thì
hiện nay các sản phẩm cịn đa dạng về màu sắc khác nhau nên việc phân loại sản
phẩm dựa vào màu sắc là hết sức cần thiết. Ví dụ: trong dây truyền sản xuất cà phê,
gạo, cà chua,… người ta phân loại chất lượng sản phẩm dựa vào màu sắc của chúng.
Trong các phòng nghiên cứu hay sản phẩm đơn giản, họ sử dụng cảm biến
màu để phân loại giúp giảm giá thành nhưng vẫn hiệu quả. Nhưng ngày này công
nghệ phát triển việc phân loại được đưa vào xử lý ảnh giúp phân loại chi tiết hơn
các màu sắc, độ rộng màu nhiều hơn và khả năng phân loại chính xác hơn. Trong
dây chuyền sản xuất hệ thống phân loại sản phẩm bao gồm 3 bộ phận chính:
-


Hệ thống cung cấp sản phẩm.

-

Bộ phận xử lý kiểm tra sản phẩm.

-

Bộ phận phân loại sản phẩm.

6


2.2 Hệ thống cung cấp sản phẩm:
Trong dây chuyền sản xuất và phân loại sản phẩm tự động hiện nay ln có hệ
thống cung cấp sản phẩm tự động như hệ thống băng tải, hệ thống tay gắp, hệ thống
xylanh,…trong đó sử dụng nhiều nhất và phổ thơng nhất là hệ thống băng tải với
động cơ kết hợp với dây chuyền sản phẩm để cung cấp sản phẩm đến bộ phận xử lý
và phân loại sản phẩm.
Những loại thiết bị vận tải thường dùng để vận chuyển kích thước nhỏ đến các
sản phẩm kích thước lớn, chuyên chở các chi tiết ở dạng thành phẩm và bán thành
phẩm. Các loại băng chuyền thường gặp là: băng tải, băng chuyền, băng gầu, đường
goòng treo và thang chuyền. Các loại băng chuyền có năng suất cao so với các
phương tiện khác, nhất là ở những nơi có địa hình phức tạp.

Hình 2.1: Băng tải

7



2.3 Hệ thống xử lý kiểm tra phần mềm
Một dây chuyền phân loại sản phẩm sau khi được bộ phận cung cấp sản phẩm
đưa sản phẩm tới sẽ bắt đầu nhận dữ liệu về sản phẩm phân tích và ra tín hiệu cho bộ
phận chấp hành sẽ tiến hành phân loại và làm việc xử lý với các sản phẩm đã được
phân loại.
Trong cơng nghiệp sản xuất hiện nay có rất nhiều hệ thống kiểm tra khác nhau
với nhiều mục đích kiểm tra sản phẩm khác nhau nhằm đáp ứng khả năng phân loại
sản phẩm một cách hiệu quả, năng xuất cao, và giảm giá thành sản xuất. Ví dụ: Phân
loại rác thải kim loại, nhựa,… người ta dùng nam châm, hoặc phân loại khối lượng
sản phẩm người ta dùng cảm biến trọng lượng, phân loại vỉ thuốc bị lỗi, bao bì bị lỗi,
nắp chai bị lỗi hay màu sắc sản phẩm người ta dùng xử lý ảnh để đạt hiệu quả cao
nhất.
Xử lý ảnh sử dụng camera trong công nghiệp để phân tích sản phẩm. Hiện
nay, có rất nhiều hãng đang phát triển hệ thống camera này điển hình như camera
công nghiệp Cognex của Đức, camera công nghiệp HIK vision,…
Các camera công nghiệp sẽ được đặt ở giữa bộ phận cung cấp sản phẩm và bộ
phận phân loại để kiểm tra sản phẩm đầu vào và đưa tín hiệu phân loại đến tín hiệu
đầu cuối là bộ phận phân loại sản phẩm.

Hình 2.2: Camera cognex (Nguồn Internet)

8


2.4 Bộ phận phân loại sản phẩm
Trong các xưởng sản suất, bộ phận phân loại sản phẩm có rất nhiều cách sắp
xếp, lắp đặt cùng với nhiều loại thiết bị khác nhau để giúp đạt được độ chính xác và
năng suất cao nhất.
Trong đó, đơn giản nhất là hệ thống phân loại bao gồm thiết bị phát hiện sản

phẩm lắp chung với thiết bị hoặc hệ thống cơ khí phân loại tạo thành một bộ phận
chấp hành phát hiện và phân loại sản phẩm hiệu quả.
2.4.1 Bộ phận phát hiện sản phẩm
Tại mỗi khâu chúng ta dùng cảm biến vị trí để xác định vị trí của sản phẩm.
Khi phát hiện sản phẩm cảm biến sẽ có tín hiệu báo về bộ điều khiển để ra lệnh điều
khiển. Để xác định vị trí và dịch chuyển của sản phẩm, ta dùng loại cảm biến tiệm
cận phát hiện.
Có 2 loại cảm biến tiệm cận trong công nghiệp thường gặp là:
-

Cảm biến tiệm cận kiểu cảm ứng (cảm biến điện từ): Phát hiện các vật
bằng cách tạo ra trường điện từ. Dĩ nhiên, thiết bị chỉ phát hiện được
vật kim loại. Loại cảm biến này lại rất hay được sử dụng trong cơng
nghiệp vì giá thành và khả năng chống nhiễu của nó.

-

Cảm biến tiệm cận cảm ứng bao gồm một cuộn dây được cuốn quanh
một lõi từ ở đầu cảm ứng. Sóng cao tần đi qua lõi dây này sẽ tạo ra một
trường điện từ dao động quanh nó. Trường điện từ này được một mạch
bên trong kiểm soát.

-

Khi vật kim loại di chuyển về phía trường này, sẽ tạo ra dịng điện
(dịng điện xốy) trong vật.

Những dịng điện này gây ra tác động như máy biến thế, do đó năng lượng trong
cuộn phát hiện giảm đi và dao động giảm xuống; độ mạnh của từ trường giảm đi.


9


2.4.2 Nguyên lý hoạt động
-

Mạch giám sát phát hiện ra mức dao động giảm đi và sau đó thay đổi đầu ra,
phát hiện ra vật kim loại phía trước.

-

Vì ngun tắc vận hành này sử dụng trường điện từ nên cảm biến cảm ứng
vượt trội hơn cảm biến quang điện về khả năng chống chịu với mơi trường.
Ví dụ: dầu hoặc bụi thường không làm ảnh hưởng đến sự vận hành của cảm
biến.

-

Cảm biến tiệm cận điện dung: Phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện
dung tĩnh điện. Do đó, thiết bị này có thể phát hiện mọi loại vật.

-

Nguyên lý hoạt động:
+ Cảm biến tiệm cận kiểu điện dung phát hiện sự thay đổi điện dung giữa
cảm biến và đối tượng cần phát hiện. Giá trị điện dung phụ thuộc vào kích
thước và khoảng cách của đối tượng.
+ Một cảm biến tiệm cận điện dung thông thường tương tự như tụ điện với 2
bản điện cực song song, và điện dung thay đổi giữa 2 bản cực đó sẽ được
phát hiện. Một tấm điện cực là đối tượng cần phát hiện và một tấm kia là bề

mặt của cảm biến. Đối tượng có thể được phát hiện phụ thuộc vào giá trị điện
môi của chúng.

2.4.3 Bộ phận thực thi phân loại sản phẩm
Trong công nghiệp sản xuất hiện nay có rất nhiều hệ thống phân loại sản phẩm
được sử dụng tùy vào sản phẩm phân loại mà mỗi hệ thống phân loại sản phẩm khác
nhau như hệ thống xylanh điện, xylanh khí nén, xylanh thủy lực, các hệ thống băng
truyền để phân loại thùng hàng, các sản phẩm cứng tho hoặc các bình triết rót để phân
loại các loại chất lỏng.
Xây dựng một hệ thống phân loại sản phẩm phải dựa vào nhiều yếu tố như sản
phẩm cần phân loại là gì, kích thước, khối lượng, …. Trong đề tài sẽ sử dụng hệ thống
phân loại dùng xylanh.

10


Xylanh hay cịn gọi là piston, xi lanh, pen,nó được ứng dụng rộng rãi trong
ngành cơng nghiệp, tự động hóa như công nghiệp lắp ráp, chế biến gỗ, thực phẩm,
dây chuyền đóng gói, chế tạo rơ bốt, lắp ráp điện tử…
Nó là thiết bị cơ học tạo ra lực, được cung cấp bởi khí nén, thủy lực hay dùng
động cơ điện một trong những phụ kiện khí nén trong hệ thống khí nén. Hoạt động
bằng cách chuyển hóa năng lượng của lực ép khí nén, chất lỏng, động cơ điện thành
động năng qua đó chuyền tới thiết bị. Khi lượng khí nén, dung dịch chất lỏng được
đưa vào xi lanh tạo nên một áp xuất làm pít tơng dịch chuyển theo hướng mình
mong muốn.
Khi được kích thích, khơng khí và dung dịch chất lỏng nén vào thành ống với
một đầu của piston và do đó sẽ chiếm khơng gian trong xi lanh. Lượng khí hay chất
lỏng này lớn dần sẽ làm piston di chuyển, khi piston di chuyển sẽ sinh ra cơng và làm
thiết bị bên ngồi có thể hoạt động.


11


CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
3.1 Sơ lược về xử lý ảnh
Xử lý ảnh là một lĩnh vực mang tính khoa học và cơng 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 chun
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 mơn 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 cơng cụ tốn như Đại số tuyến tính, Xác xuất, thống
kê. Một số kiến thức cần thiết như Trí tuệ nhân tao, Mạng nơ ron nhân tạo cũng
được đề cập trong q 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. Ứng
dụng đầu tiên được biết đến là nâng cao chất lượng ảnh báo được truyền qua cáp từ
Luân đôn đến New York từ những năm 1920. Vấn đề nâng cao chất lượng ảnh có
liên quan tới phân bố mức sáng và độ phân giải của ảnh. Việc nâng cao chất lượng
ảnh được phát triển vào khoảng những năm 1955. Điều này có thể giải thích được vì
sau thế chiến thứ hai, máy tính phát triển nhanh tạo điều kiện cho q trình xử lý ảnh
sơ thuận lợi. Năm 1964, máy tính đã có khả năng xử lý và nâng cao chất lượng ảnh
từ mặt trăng và vệ tinh Ranger 7 của Mỹ bao gồm: làm nổi đường biên, lưu ảnh. Từ
năm 1964 đến nay, các phương tiện xử lý, nâng cao chất lượng, nhận dạng ảnh phát
triển không ngừng. Các phương pháp tri thức nhân tạo như mạng nơ ron nhân tạo,
các thuật toán xử lý hiện đại và cải tiến, các công cụ nén ảnh ngày càng được áp
dụng rộng rãi và thu nhiều kết quả khả quan. Để dễ tưởng tượng, xét các bước cần
thiết trong xử lý ảnh. Đầu tiên, ảnh tự nhiên từ thế giới ngoài được thu nhận qua các
thiết bị thu (như Camera, máy chụp ảnh). Trước đây, ảnh thu qua Camera là các

ảnh tương tự (loại Camera ống kiểu CCIR). Gần đây, với sự phát triển của công

12


nghệ, ảnh màu hoặc đen trắng được lấy ra từ Camera, sau đó nó được chuyển trực
tiếp thành ảnh số tạo thuận lợi cho xử lý tiếp theo. (Máy ảnh số hiện nay là một thí dụ
gần gũi). Mặt khác, ảnh cũng có thể tiếp nhận từ vệ tinh; có thể quét từ ảnh chụp bằng
máy quét ảnh.
3.2 Nguyên lý làm việc xử lý ảnh
3.2.1 Phần thu nhận ảnh (Image Acquisition)
Ảnh có thể nhận qua camera màu hoặc đen trắng. Thường ảnh nhận qua
camera là ảnh tương tự (loại camera ống chuẩn CCIR với tần số 1/25, mỗi ảnh 25
dòng), cũng có loại camera đã số hố (như loại CCD – Change Coupled Device) là
loại photodiot tạo cường độ sáng tại mỗi điểm ảnh. Camera thường dùng là loại quét
dòng ; ảnhtạo ra có dạng hai chiều. Chất lượng một ảnh thu nhận được phụ thuộc
vào thiết bị thu, vào môi trường (ánh sáng, phong cảnh)
3.2.2 Tiền xử lý ảnh (Image Processing)
Sau bộ thu nhận, ảnh có thể nhiễu độ tương phản thấp nên cần đưa vào bộ tiền
xử lý để nâng cao chất lượng. Chức năng chính của bộ tiền xử lý là lọc nhiễu, nâng
độ tương phản để làm ảnh rõ hơn, nét hơn.
3.2.3 Phân vùng ảnh (Segmentation)
Phân vùng ảnh là tách một ảnh đầu vào thành các vùng thành phần để biểu
diễn phân tích, nhận dạng ảnh. Ví dụ: để nhận dạng chữ (hoặc mã vạch) trên phong
bì thư cho mục đích phân loại bưu phẩm, cần chia các câu, chữ về địa chỉ hoặc tên
người thành các từ, các chữ, các số (hoặc các vạch) riêng biệt để nhận dạng. Đây là
phần phức tạp khó khăn nhất trong xử lý ảnh và cũng dễ gây lỗi, làm mất độ chính
xác của ảnh. Kết quả nhận dạng ảnh phụ thuộc rất nhiều vào công đoạn này.
3.2.4 Biểu diễn ảnh (Image Representation)
Đầu ra ảnh sau phân đoạn chứa các điểm ảnh của vùng ảnh (ảnh đã phân đoạn)

cộng với mã liên kết với các vùng lận cận. Việc biến đổi các số liệu này thành dạng

13


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 Selection) 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 đối tượng khác trong phạm vi ảnh nhận được. Ví dụ: trong nhận
dạng ký tự trên phong bì thư, chúng ta miêu tả các đặc trưng của từng ký tự giúp phân
biệt ký tự này với ký tự khác.
3.2.5 Nhận dạng và nội suy ảnh (Image Recognition and Interpretation)
Thu nhận ảnh Tiền xử lý ảnh Phân đoạn ảnh Biểu diễn và mô tả Nhận dạng và
nội suy Cơ sở tri thức.
3.2.6 Cơ sở tri thức (Knowledge Base)
Ảnh là một đối tượng khá phức tạp về đường nét, độ sáng tối, dung lượng
điểm ảnh, môi trường để thu ảnh phong phú kéo theo nhiễu. Trong nhiều khâu xử lý
và phân tích ảnh ngồi việc đơn giản hóa các phương pháp tốn học đảm bảo tiện
lợi cho xử lý, người ta mong muốn bắt chước quy trình tiếp nhận và xử lý ảnh theo
cách của con người. Trong các bước xử lý đó, nhiều khâu hiện nay đã xử lý theo các
phương pháp trí tuệ con người.
3.2.7 Mơ tả (biểu diễn ảnh)
Ảnh sau khi số hố sẽ được lưu vào bộ nhớ, hoặc chuyển sang các khâu tiếp
theo để phân tích. Nếu lưu trữ ảnh trực tiếp từ các ảnh thơ, địi hỏi dung lượng bộ
nhớ cực lớn và không hiệu quả theo quan điểm ứng dụng và cơng nghệ. Thơng
thường, các ảnh thơ đó được đặc tả (biểu diễn) lại (hay đơn giản là mã hoá) theo các
đặc điểm của ảnh được gọi là các đặc trưng ảnh (Image Features) như: biên ảnh
(Boundary), vùng ảnh (Region). Một số phương pháp biểu diễn thường dùng: Biểu
diễn bằng mã chạy (Run-Length Code), Biểu diễn bằng mã xích (Chaine –Code),
Biểu diễn bằng mã tứ phân (Quad-Tree Code,…)

Ảnh trong thực tế là một ảnh liên tục cả về không gian và giá trị độ sáng. Để
có thể xử lý ảnh bằng máy tính thì cần thiết phải tiến hành số hóa ảnh. Q trình số

14


hóa biến đổi các tín hiệu liên tục sang tín hiệu rời rạc thơng qua q trình lấy mẫu
(rời rạc hóa về khơng gian) và lượng tử hóa các thành phần giá trị mà về nguyên tắc
bằng mắt thường không thể phân biệt được hai điểm liền kề nhau. Các điểm như
vậy được gọi là các pixel (Picture Element) hay các phần tử ảnh hoặc điểm ảnh. Ở
đây cần phân biệt khái niệm pixel hay đề cập đến trong các hệ thống đồ họa máy
tính. Để tránh nhầm lẫn ta gọi khái niệm pixel này là pixel thiết bị. Khái niệm pixel
thiết bị có thể xém xét như sau: khi ta quan sát màn hình (trong chế độ đồ họa), màn
hình khơng liên tục mà gồm các điểm nhỏ, gọi là pixel. Mỗi pixel gồm một tập tọa
độ (x, y) và màu.
Như vậy mỗi ảnh là tập hợp các điểm ảnh. Khi được số hóa nó thường được
biểu diễn bởi mảng 2 chiều I(n,p): n là dòng và p là cột.
Về mặt tốn học có thể xem ảnh là một hàm hai biến f(x,y) với x, y là các biến
tọa độ. Giá trị số ở điểm (x,y) tương ứng với giá trị xám hoặc độ sáng của ảnh (x là
các cột còn y là các hàng). Giá trị của hàm ảnh f(x,y) được hạn chế trong phạm vi của
các số nguyên dương.
0 ≤ f(x,y) ≤ fmax
Trong đó 𝑆𝐵𝑊( ) là đặc tính phổ 𝜆 của cảm biến được sử dụng và k là hệ số
tỷ lệ xích. Vì sự cảm nhận độ sáng có tầm quan trọng hàng đầu đối với ảnh đen
trắng nên 𝑆𝐵𝑊 ( ) được chọn giống như là hiệu suất sáng tương đối. Vì f biểu diễn
cơng suất trên đơn vị diện tích, nên nó bao giờ cũng không âm và hữu hạn.
0≤ f ≤ fmax
Trong đó fmax là giá trị lớn nhất mà f đạt được. Trong xử lý ảnh, f được chia
thang sao cho nó nằm trong một phạm vi thuận lợi nào đó.
Thơng thường đối với ảnh xám, giá trị fmax là 255 ( 28=256) bởi vì mỗi phần

tử ảnh được mã hóa bởi một byte. Khi quan tâm đến ảnh màu ta có thể mơ tả màu
qua ba hàm số: thành phần màu đỏ qua R(x,y), thành phần màu lục qua G(x,y) và
thành phần màu lam qua B(x,y).

15