Thiết kế và chế tạo hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra lỗi vải tự động
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.71 MB, 82 trang )
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng
dẫn trực tiếp của GS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến – Đại học Bách Khoa Hà Nội. Các số
liệu, kết quả nghiên cứu trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ một công trình nghiên cứu nào khác.
Học viên
Phạm Ngọc Hải
Lời cảm ơn
Trong khoảng hơn một năm học cao học và làm luận văn cao học tôi đã nhận được
rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ, qua đây tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những
người đã hết sức ủng hộ tôi hoàn thành tốt khóa học.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã
rất tâm huyết đào tạo để tôi không chỉ có kiến thức làm luận văn này mà còn nhiều
kiến thức chuyên ngành khác.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến nhóm cơ khí công ty Polico đã tư vấn cho tôi để có thể
hoàn thành được sản phẩm cơ khí của hệ thống đánh dấu lỗi vải.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa đã cho
chỉ bảo tận tình đã tạo điều kiện trong suốt thời gian công tác và giúp tôi hoàn thành
được bộ điều khiển hệ thống đánh dấu lỗi vải.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến nhóm thực hiện đề tài dệt may thuộc trung tâm MICA –
Đại học Bách Khoa Hà Nội cũng như công ty Norfolk Hatexco đã phối hợp chặt chẽ
và giúp đỡ tận tình để có thể thiết kế sản phẩm phù hợp với thực tế thị trường.
Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến, người đã đưa ra ý tưởng và
quyết tâm thực hiện đề tài. Với định hướng đúng đắn, hướng dẫn chỉ bảo tận tình
của cô, tôi đã hoàn thành tốt luận văn.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn sự ủng hộ, quan tâm của gia đình và bạn bè trong suốt
quá trình làm luận văn.
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
Mục lục
Lời cam đoan
.....................................................................................................1
Lời cảm ơn
.....................................................................................................2
Mục lục
.....................................................................................................3
Danh mục các hình vẽ ...........................................................................................5
Mở đầu
.....................................................................................................7
CHƯƠNG 1
DÂY CHUYỀN KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG VÀ ĐÁNH DẤU
LỖI VẢI TỰ ĐỘNG ..................................................................9
1.1
Cấu hình dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động ..................9
1.2
Hệ thống tự động nhận dạng lỗi vải............................................10
1.2.1
Phương pháp nhận dạng lỗi vải ..................................................10
1.2.2
Tự động hóa quá trình nhận dạng lỗi vải dệt............................... 14
1.3
CHƯƠNG 2
Hệ thống tự động đánh dấu lỗi vải..............................................15
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÁNH DẤU
LỖI VẢI ...................................................................................18
2.1
Thiết kế sơ bộ bộ điều khiển ......................................................18
2.1.1
Yêu cầu thiết kế hệ thống...........................................................18
2.1.2
Thiết kế các modul vào ra ..........................................................19
2.2
Lựa chọn các thiết bị phần cứng.................................................21
2.2.1
Thiết kế các thiết bị thành phần trong bộ điều khiển...................21
2.2.2
Lựa chọn vi điều khiển............................................................... 22
2.2.3
Lựa chọn giải pháp điều khiển đánh dấu ....................................24
2.3
CHƯƠNG 3
Thiết kế mạch in bộ điều khiển ..................................................27
THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN ĐÁNH DẤU LỖI
VẢI ...........................................................................................32
3.1
Tổng quan về các chức năng phần mềm .....................................32
CÁC DANH MỤC
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
3.1.1
Nhận thông tin ...........................................................................32
3.1.2
Phân tích và xử lý ......................................................................33
3.1.3
Hiển thị và điều khiển ................................................................ 34
3.2
Thuật toán điều khiển.................................................................34
3.2.1
Thuật toán phối hợp LCD và phím bấm .....................................34
3.2.2
Thuật toán giao tiếp máy tính trung tâm .....................................35
3.2.3
Thuật toán xử lý chung .............................................................. 36
3.3
Giao thức truyền thông với máy tính trung tâm ..........................37
3.3.1
Các thông tin cần truyền từ máy tính đến bộ điều khiển .............37
3.3.2
Từ bộ điều khiển đến máy tính...................................................39
3.3.3
Cấu trúc gói tin ..........................................................................41
CHƯƠNG 4
4.1
THIẾT KẾ CƠ KHÍ HỆ THỐNG ĐÁNH DẤU LỖI VẢI.....43
Thiết kế cơ khí khung máy.........................................................43
4.1.1
Thiết kế mô hình trên phần mềm Solid Work............................. 43
4.1.2
Thiết kế với số đo cụ thể ............................................................ 45
4.2
Thiết kế cơ cấu đánh dấu lỗi vải.................................................52
4.2.1
Cơ cấu sử dụng xi lanh khí nén ..................................................52
4.2.2
Cơ cấu sử dụng kim phun đánh dấu............................................53
4.2.3
Cơ cấu đóng dấu ........................................................................54
4.2.4
Cơ cấu khởi động từ...................................................................55
CHƯƠNG 5
KẾT QUẢ SẢN PHẨM HOÀN THÀNH................................ 61
5.1
Bộ điều khiển đánh dấu lỗi vải ...................................................61
5.2
Cơ cấu cơ khí khung máy...........................................................64
5.3
Cơ cấu đánh dấu lỗi vải.............................................................. 65
KẾT LUẬN
...................................................................................................66
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................67
PHỤ LỤC
...................................................................................................68
CÁC DANH MỤC
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
Danh mục các hình vẽ
Hình 1-1: Tóm lược quy trình dệt từ nguyên liệu tự nhiên đến lúc thành phẩm........9
Hình 1-2: Cấu hình dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động............................ 10
Hình 1-3: Các bước xử lý trong quy trình phát hiện lỗi trên ảnh dệt.......................11
Hình 1-4: Các ảnh về mẫu vải bị lỗi, ảnh lọc sau khi sử dụng lọc Gabor................12
Hình 1-5: Sơ đồ giải thuật sử dụng mạng neuron phản hồi.....................................13
Hình 1-6: Sơ đồ của giải thuật phát hiện lỗi sử dụng mạng neuron tuyến tính........13
Hình 1-7: Tự động hóa việc phát hiện lỗi trên vải dệt ............................................14
Hình 1-8: Dây chuyền đánh dấu lỗi vải bằng phương pháp in phun .......................15
Hình 1-9: Đánh dấu lỗi vải tại Việt Nam ............................................................... 15
Hình 1-10: Máy tời vải của công ty Norfolk Hatexco ............................................16
Hình 1-11: Toàn bộ máy đánh dấu lỗi vải.............................................................. 17
Hình 2-1: Sơ đồ khối các modul bộ điều khiển ......................................................20
Hình 2-2: Các thiết bị phần cứng thiết lập cho bộ điều khiển .................................22
Hình 2-3: Sơ đồ chân và kiến trúc của ATmega128...............................................23
Hình 2-4: Chip 74HC595 loại DIP16.....................................................................25
Hình 2-5: Giản đồ hoạt động theo sườn lên của các tín hiệu đồng bộ.....................26
Hình 2-6: Cấu tạo của MOC3020 ..........................................................................26
Hình 2-7: Cấu tạo BTA12......................................................................................27
Hình 2-8: Mạch nguyên lý phần điều khiển ...........................................................29
Hình 2-9: Mạch nguyên lý phần giao tiếp người sử dụng.......................................30
Hình 2-10: Mạch nguyên lý phần công suất...........................................................31
Hình 3-1: Thuật toán phối hợp bàn phím và LCD..................................................35
Hình 3-2: Thuật toán giao tiếp máy tính trung tâm.................................................35
Hình 3-3: Thuật toán điều khiển của bộ đánh dấu lỗi vải .......................................36
Hình 4-1: Kết cấu chân đế .....................................................................................43
Hình 4-2: Giá chống thẳng đứng............................................................................44
Hình 4-3: Ghép nối giữa giá đứng và giá ngang.....................................................44
CÁC DANH MỤC
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
Hình 4-4: Giá ngang của khung máy .....................................................................44
Hình 4-5: Thanh trượt với con lăn chống ma sát ....................................................45
Hình 4-6: Phối cảnh cụ thể máy đánh dấu lỗi vải ...................................................45
Hình 4-7: Bản vẽ chi tiết toàn bộ máy....................................................................46
Hình 4-8: Bản lắp giá đỡ .......................................................................................47
Hình 4-9: Chi tiết 1 và 2 ........................................................................................48
Hình 4-10: Chi tiết 3 và 4 ......................................................................................49
Hình 4-11: Chi tiết 5 và 6 ......................................................................................50
Hình 4-12: Chi tiết 7 và 8 ......................................................................................51
Hình 4-13: Cơ cấu đánh dấu sử dụng xi lanh khí nén.............................................53
Hình 4-14: Cấu tạo kim phun 1 lò xo.....................................................................54
Hình 4-15: Cơ cấu con dấu ....................................................................................55
Hình 4-16: Khởi động từ trên thị trường ................................................................ 56
Hình 4-17: Thành phần các thiết bị trong khởi động từ..........................................57
Hình 4-18: Khởi động từ khi chưa có vỏ bọc .........................................................60
Hình 5-1: Mạch hiển thị bộ điều khiển đánh dấu....................................................61
Hình 5-2: Mạch điều khiển đánh dấu .....................................................................62
Hình 5-3: Mạch công suất bộ điều khiển đánh dấu.................................................62
Hình 5-4: Bộ điều khiển đánh dấu .........................................................................63
Hình 5-5: Hiển thị trong chế độ chạy bình thường .................................................63
Hình 5-6: Hiển thị truy cập bằng mật khẩu ............................................................ 63
Hình 5-7: Toàn bộ kết cấu cơ khí khung máy ........................................................64
Hình 5-8: Cơ cấu di chuyển theo phương thẳng đứng ............................................64
Hình 5-9: Cơ cấu ghép nối phương đứng và phương ngang ...................................65
Hình 5-10: Cơ cấu đánh dấu lỗi bóc tách thành từng phần .....................................65
Hình 5-11: Cơ cấu đánh dấu khi đã gá lắp ............................................................. 65
CÁC DANH MỤC
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
Mở đầu
Dệt may được coi là một trong những ngành trọng điểm của nền công nghiệp
Việt Nam. Trong thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, dệt may
được xem là ngành sản xuất mũi nhọn và có một tiềm lực phát triển khá mạnh. Từ
năm 2001, Việt Nam có hơn 1000 nhà máy dệt may, thu hút trên 50 vạn lao động,
chiếm đến 22% tổng số lao động trong toàn ngành công nghiệp. Cho đến năm 2007,
ngành dệt may đã đem lại việc làm cho hàng triệu người lao động. Với những lợi
thế riêng biệt như vốn đầu tư không lớn, thời gian thu hồi vốn nhanh, ngành dệt
may có thể thu hút được nhiều lao động và có nhiều điều kiện mở rộng thị trường
trong và ngoài nước với sự tham gia của nhiều thành phần kinh tế khác nhau. Tuy
vậy, trong xu thế hội nhập kinh tế khu vực và quốc tế, ngành dệt may đang phải đối
mặt với nhiều thách thức lớn, phải cạnh tranh ngang bằng với các cường quốc xuất
khẩu lớn như Trung Quốc, Ấn Độ, Inđônêxia, Pakixtan, Hàn Quốc... Thách thức đối
với ngành dệt may Việt nam là rất lớn. Để vượt qua những thách thức này, chúng ta
phải giải quyết từng khó khăn một trong đó việc đảm bảo chất lượng sản phẩm dệt
và sản phẩm may là hai yếu tố hàng đầu quyết định sự thành công của ngành dệt
may Việt Nam.
Tại Việt Nam, qua trao đổi với các cán bộ tại các công ty dệt may, chúng tôi
được biết rằng hiện tại chúng ta vẫn áp dụng quy trình kiểm tra chất lượng vải dệt
bằng mắt thường, chưa có một hệ thống phát hiện và đánh dấu tự động lỗi trên vải
dệt. Với điều kiện kiểm tra như vậy sẽ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và năng
suất của sản phẩm. Từ đó chúng tôi mạnh dạn đưa ra đề tài nghiên cứu, chế tạo và
đưa vào ứng dụng thực tế cho hệ thống tự động nhận dạng và đánh dấu lỗi vải. Luận
văn nằm trong khuôn khổ đề tài tập trung vào “Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải
trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động”. Hệ thống này nhận các thông
tin về lỗi vải từ hệ thống nhận dạng lỗi vải tự động. Phần điều khiển của hệ thống
được thiết kế để hệ thống có độ tin cậy cao, tiện lợi với người sử dụng.
Nội dung của luận văn được chia làm 5 chương với nội dung cơ bản như sau:
MỞ ĐẦU
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
Chương 1- Dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động: Giới thiệu về
dây chuyền kiểm tra chất lượng vải trên thế giới và thực tế tại Việt Nam, tìm hiều
tổng quan về hệ thống nhận dạng lỗi vải tự động.
Chương 2- Thiết kế phần cứng bộ điều khiển hệ thống đánh dấu lỗi vải:
Tìm hiểu yêu cầu của hệ thống cũng như các phần sẽ kết nối với hệ thống từ đó đưa
ra phương án lựa chọn phần cứng phát triển bộ điều khiển cho hệ thống.
Chương 3- Thiết kế phần mềm bộ điều khiển hệ thống đánh dấu lỗi vải:
Từ các thành phần phần cứng đã được chọn và yêu cầu về hiệu năng phần mềm hệ
thống đưa ra các phương pháp và các thuật toán điều khiển.
Chương 4- Thiết kế cơ khí hệ thống đánh dấu lỗi vải: Qua quá trình tìm
hiểu các máy móc sẵn có của cơ sở sản xuất đưa ra bản thiết kế cơ khí để gá lắp phù
hợp, cùng với đó cần thiết kế cơ cấu đánh dấu lỗi vải phù hợp.
Chương 5- Kết quả sản phẩm hoàn thành: Các sản phẩm đã hoàn thành
trong luận văn đối sánh với các tiêu chí đề ra trong các phần thiết kế.
Trong quá trình nghiên cứu, tác giả luận văn đã cố gắng tiếp cận và giải
quyết vấn đề một cách triệt để nhất. Tuy vậy, do thời gian có hạn và trình độ chuyên
môn còn nhiều điểm chưa được hoàn thiện, chắc chắn sẽ không tránh khỏi những
sai sót nhất định. Kính mong nhận được sự đóng góp và chỉ bảo của các thầy cô.
MỞ ĐẦU
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
CHƯƠNG 1
DÂY CHUYỀN KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG VÀ
ĐÁNH DẤU LỖI VẢI TỰ ĐỘNG
Tầm quan trọng của ngành công nghiệp dệt may trên thế giới và tại Việt Nam đã
được khẳng định trong nhiều năm qua. Chất lượng sản phẩm dệt may ngày càng
được nâng cao rõ rệt, ngoài số lượng lớn công nhân làm việc phải kể đến các hệ
thống tự động hóa cũng góp phần không nhỏ vào sự phát triển. Hệ thống tự động
đánh dấu lỗi vải cũng ra đời từ thực tế sản xuất nhằm nâng cao chất lượng cũng như
năng suất sản phẩm. Vải trước khi đưa vào cắt may luôn có lỗi, nếu đưa luôn vải đó
vào dây chuyền cắt may thì sẽ làm giảm giá thành vải dệt từ 45% đến 65%. Để nâng
cao chất lượng sản phẩm doanh nghiệp cần kiểm tra vải trước khi đưa vào cắt may,
hệ thống tự động nhận dạng và đánh dấu lỗi vải nhận nhiệm vụ này. Trong đó phần
nhận dạng sẽ quét mặt vải và định vị lỗi trên mặt vải, sau đó truyền tin xuống để
phần đánh dấu lỗi thực thi.
1.1 Cấu hình dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
Dệt là một quá trình gồm nhiều công đoạn. Hình 1-1 mô tả tóm lược quy trình dệt
vải từ các nguyên liệu tự nhiên/hóa học đến lúc thành phẩm.
Hình 1-1: Tóm lược quy trình dệt từ nguyên liệu tự nhiên đến lúc thành phẩm
Chương 1: Dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
9
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
Có 3 loại vải chính:
Vải không qua khâu dệt;
Vải dệt trơn;
Vải có in họa tiết hoặc nhuộm màu
Trong khuôn khổ luận văn, chúng tôi tập trung vào việc tự động đánh dấu lỗi trên
vải đã qua xử lý. Các thành phần này của hệ thống được phối hợp với nhau khá chặt
chẽ và phức tạp như hình 1-2.
Hình 1-2: Cấu hình dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
Dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động bao gồm:
Máy tời vải.
Hệ thống nhận dạng lỗi vải.
Hệ thống đánh dấu lỗi vải.
1.2 Hệ thống tự động nhận dạng lỗi vải
1.2.1 Phương pháp nhận dạng lỗi vải
Phát hiện lỗi trên các sản phẩm dệt thông qua camera đã nhận được sự quan tâm của
nhiều nhà nghiên cứu và doanh nghiệp. Nhiều hệ thống giám sát đã được thương
Chương 1: Dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
10
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
mại hóa và sử dụng trên thị trường. Có thể kể đến hệ thống của Elbit Vision
Systems Ltd (EVS), hệ thống này có khả năng phát hiện các lỗi với tốc độ
100m/min. Tuy nhiên mỗi hệ thống đều có nhược điểm riêng và chỉ có thể phát hiện
được một số lượng lỗi nhất định.
Các hệ thống phát hiện lỗi thông qua cameras đều dựa trên giải thuật phát hiện và
nhận dạng lỗi trên ảnh. Các giải thuật phát hiện lỗi từ ảnh phân biệt nhau bởi các
đặc trưng trích chọn và các kỹ thuật nhận dạng. Tùy theo đặc trưng trích chọn ta có
các giải thật sử dụng đặc trưng của phép biến đổi Wavelet, bộ lọc Gabor, các đặc
trưng khác về biểu đồ phân bố mức xám, màu sắc. Theo kỹ thuật nhận dạng ta có
các giải thuật dựa trên mạng neuron, SVM, mô hình thống kê.
Vì vải dệt có kết cấu bề mặt nên để trích chọn được các thông tin đó, người ta có thể
sử dụng các đặc trưng của phép biến đổi Fourrier. Tuy nhiên, các hàm cơ bản của
Fourrier có độ dài không xác định, rất khó xác định sự đóng góp của các thành phần
phổ. Do đó, việc sử dụng các đặc trưng của phép biến đổi Fourrier khó có thể phát
hiện các lỗi cục bộ trên vải dệt. Để phát hiện các lỗi cục bộ, các ảnh phải được biểu
diễn đa phân giải. Vì thế các đặc trưng của phép biến đổi Wavelet và bộ lọc Gabor
thường được sử dụng.
Phép biến đổi Wavelet được nghiên cứu cách đây 25 năm và đã được sử dụng một
cách thành công trong việc phát hiện lỗi trên các sản phẩm dệt trơn (không màu,
không văn hoa) hay dệt sợi chéo. Bài toán phát hiện lỗi trên sản phẩm dệt với mẫu
in họa tiết là một bài toán khó do độ phức tạp của các mẫu in trên vải. Cách tiếp cận
ở đây là một cải tiến của cách tiếp cận phát hiện lỗi bằng giải thuật trừ ảnh cần kiểm
tra lỗi cho ảnh mẫu tham chiếu của sản phẩm (Golden Image Subtraction - GIS).
Với các mẫu dệt Jacquard, ảnh dệt thu được thường xuyên bị nhiễu, gây ra những
trở ngại lớn cho các phương pháp GIS, nhóm tác giả đã sử dụng Wavelet như một
công cụ tiền xử lý ảnh trước khi đưa qua mô đun phát hiện lỗi GIS. Quy trình phát
hiện lỗi được thể hiện qua hình 1-3:
Hình 1-3: Các bước xử lý trong quy trình phát hiện lỗi trên ảnh dệt
Chương 1: Dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
11
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
Phương pháp WGIS này được thử nghiệm trên 60 ảnh sản phẩm dệt với các mẫu
Jacquard có lỗi và đã đạt được độ chính xác (96.7%), cao hơn 16% so với phương
pháp GIS.
Biến đổi Wavelet có khả năng biểu diễn đa phân giải ảnh và việc sử dụng các đặc
trưng của phép biến đổi Wavelet cho kết quả đáng ghi nhận, tuy nhiên các hàm
wavelet bất biến đối với các phép dịch chuyển (shift invariant). Do đó rất khó để
đặc tả các kết cấu bề mặt. Bộ lọc Gabor bên cạnh khả năng biểu diễn đa phân giải
còn xác định được vị trí tối ưu của điểm giao giữa miền không gian và tần số. Do đó
bộ lọc Gabor thường được sử dụng trong phân tích kết cấu bề mặt. Các kết quả
nghiên cứu cho thấy bộ lọc Gabor không đối xứng phát hiện hiệu quả các kết cấu bề
mặt cơ bản khi chúng không được sắp xếp theo hình vuông. Đặc tính này được sử
dụng để phát hiện các các lỗi trên bề mặt vải dệt. Một số kết quả phát hiện lỗi sử
dụng bộ lọc Gabor được minh họa trong hình 1-4.
Hình 1-4: Các ảnh về mẫu vải bị lỗi, ảnh lọc sau khi sử dụng lọc Gabor
Chương 1: Dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
12
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
Phân loại theo các thuật toán nhận dạng, ta có thể kể đến mạng neuron, 2 giải thuật
sử dụng mạng neuron để phát hiện các lỗi trên vải dệt: (1) mạng neuron phản hồi và
mạng neuron tuyến tính. Hình 1-6 là sơ đồ khối của giải thuật phát hiện lỗi dùng
mạng neuron phản hồi. Để giảm bớt số chiều của các đặc trưng kết cấu bề mặt, do
đó tăng tốc độ huấn luyện mạng neuron, tác giả đã sử dụng phương pháp PCA. Mặc
dù giải thuật sử dụng mạng neuron phản hồi cho khả năng phát hiện lỗi cao nhưng
giải thuật này chỉ thực hiện được ở thời gian thực nếu được cài đặt trên DSP. Tác
giả phát triển giải thuật dựa trên mạng neuron tuyến tính cho phép thực hiện ở thời
gian thực trên một máy tính bình thường. Hình 1-7 mô tả sở đồ phát hiện lỗi sử
dụng mạng neuron tuyến tính.
Hình 1-5: Sơ đồ giải thuật sử dụng mạng neuron phản hồi
Hình 1-6: Sơ đồ của giải thuật phát hiện lỗi sử dụng mạng neuron tuyến tính
Chương 1: Dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
13
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
Các phương pháp phát hiện lỗi trên các sản phẩm dệt trơn, hay có họa tiết trên vải
đều chứng tỏ rằng việc ứng dụng các kỹ thuật xử lý ảnh, nhận dạng, máy học cho
kết quả tốt và hoàn toàn có thể ứng dụng vào trong thực tiễn.
1.2.2 Tự động hóa quá trình nhận dạng lỗi vải dệt
Hình 1-7: Tự động hóa việc phát hiện lỗi trên vải dệt
Một hệ thống phát hiện tự động lỗi trên các sản phẩm dệt dựa trên các kỹ thuật xử
lý ảnh và nhận dạng rất đơn giản: nó bao gồm một hệ thống chiếu sáng, một camera
với độ nét và độ phân giải cao kết nối với một máy trung tâm làm các nhiệm vụ xử
lý, tính toán phát hiện và phân loại lỗi trên ảnh của vải dệt. Mô hình của hệ thống
được mô tả như hình 1-8. Các yêu cầu đặt ra đối với hệ thống này :
Có khả năng phát hiện lỗi dệt trên ảnh của vải dệt
Phân loại được các loại lỗi khác nhau
Xác định (vị trí và kích thước) vùng bị lỗi
Hệ thống có khả năng tự học và bổ sung thêm các tri thức trong quá trình
hoạt động
Xây dựng cơ sở dữ liệu về ảnh các mẫu lỗi
Độ chính xác của hệ thống phát hiện lỗi được đặt lên hàng đầu.
Chương 1: Dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
14
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
1.3 Hệ thống tự động đánh dấu lỗi vải
Hệ thống nhận dạng lỗi vải là tiền đề đưa ra thông tin để hệ thống đánh dấu lỗi vải
thực thi, tìm hiểu hệ thống nhận dạng lỗi vải là cần thiết để thiết kế hợp lý hệ thống
đánh dấu lỗi vải. Hệ thống tự động đánh dấu lỗi vải đã được phát triển trên thế giới
luôn cũng đi cùng với hệ thống tự động nhận dạng lỗi vải. Hiện nay trên thế giới đã
sản xuất ra những máy nhận dạng và đánh dấu lỗi vải rất phức tạp, những máy này
có thể vừa nhận dạng vừa đánh dấu và vừa sửa lỗi được. Dưới đây là một máy thực
hiện sửa lỗi ngay tại quy trình dệt và đánh dấu lỗi bằng cách in phun.
Hình 1-8: Dây chuyền đánh dấu lỗi vải bằng phương pháp in phun
Tuy nhiên giá thành những máy hiện đại như vậy là rất đắt tại thị trường Việt Nam.
Tại thị trường trong nước hiện nay không có hệ thống tự động nhận dạng và đánh
dấu lỗi nào hoàn chỉnh. Các doanh nghiệp trong nước hiện nay chỉ đơn thuần nhận
dạng và đánh dấu lỗi theo phương pháp thủ công. Họ sử dụng máy tời vải để trải vải
rồi cắt cử công nhân đứng giám sát lỗi, khi có lỗi họ sẽ đánh dấu trực tiếp vào lỗi.
Hình 1-9: Đánh dấu lỗi vải tại Việt Nam
Chương 1: Dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
15
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
Cách đánh dấu lỗi thủ công này chỉ là giải pháp tình thế với những lý do sau:
Tốn kém sức lao động
o Chi phí cao
o Không kiểm tra được hết các lô vải
Khả năng phát hiện lỗi giảm theo thời gian
Không có khả năng lưu trữ tự động nên thống kê, đánh giá rất khó khăn
Để nâng cao chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa quá trình sản xuất chắc chắn các
doanh nghiệp phải trang bị cho mình những hệ thống tự động nhận dạng và đánh
dấu lỗi vải để phù hợp với quá trình phát triển. Như vậy tuy thị trường thế giới các
hệ thống đánh dấu lỗi đã phát triển mạnh nhưng thị trường Việt Nam vẫn còn rất
tiềm năng cho các loại máy này, đi vào nghiên cứu và chế tạo máy đánh dấu lỗi vải
để phù hợp với thị trường Việt Nam là khả thi và rất có tiềm năng phát triển.
Để đi vào giải quyết việc thiết kế chế tạo máy đánh dấu lỗi vải phù hợp với thị
trường Việt Nam hiện tại cần tìm hiểu các máy móc thiết bị tại Việt Nam để đưa ra
sản phẩm phù hợp. Sản phẩm trong khuôn khổ luận văn được thiết kế để gá lắp vào
những máy móc đã có sẵn tại các nhà máy may tại Việt Nam, cụ thể đơn vị phối
hợp là công ty Norfolk Hatexco. Hiện nay qua tìm hiểu các máy móc tại nhà máy,
chúng tôi thấy có thể gá lắp hệ thống vào máy tời và xở vải (hình 1-11), máy tời này
hiện cũng đang được các công nhân sử dụng để nhận dạng lỗi vải bằng mắt thường.
Hình 1-10: Máy tời vải của công ty Norfolk Hatexco
Chương 1: Dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
16
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
Thành phần cấu tạo máy tời vải công ty Norfolk Hatexco:
Khung máy để gá lắp các thành phần khác nhau của máy.
Hệ thống các động cơ: 2 động cơ cuộn vải, 1 động cơ xở vải, 1 động cơ phụ
để cuộn vải.
Hệ thống đèn chiếu sang: cặp đèn chiều từ trên xuống, cặp đèn dưới mặt đỡ
vải.
Bộ điều khiển động cơ sử dụng biến tần dùng để điều chỉnh tốc độ của từng
cuộn vải.
Các cơ cấu cơ khí ghép nối như trục cuộn vải, khối tời vải,…
Encoder cơ khí để đo độ dài vải chạy.
Hình 1-11: Toàn bộ máy đánh dấu lỗi vải
Các thiết kế và nội dung chế tạo các phần trong khuôn khổ luận văn sẽ bám sát vào
máy tời vải này và được trình bày chi tiết ở các phần sau.
Chương 1: Dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
17
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG BỘ ĐIỀU KHIỂN
ĐÁNH DẤU LỖI VẢI
Hệ thống tự động đánh dấu lỗi vải dệt được thiết kế dựa trên cơ sở hệ thống phát
hiện tự động lỗi vải dệt. Yêu cầu chung được đặt ra khi thiết kế hệ thống là phải
đảm bảo chạy an toàn, ổn định, đảm bảo độ chính xác yêu cầu, có thể tùy biến linh
hoạt cũng như dễ dàng ghép nối với thiết bị có sẵn của cơ sở triển khai. Ngoài ra,
yếu tố giá thành cũng được lưu ý tới.
2.1 Thiết kế sơ bộ bộ điều khiển
2.1.1 Yêu cầu thiết kế hệ thống
Hệ thống được thiết kế dựa trên các tính năng được xác định trước như sau:
Các loại vải đều có nhiều loại lỗi khác nhau và mỗi loại sẽ có ảnh hưởng
khác nhau đến chất lượng sản phẩm nên ta cần thiết kế hệ thống đánh dấu có
thể phân biệt được các loại lỗi vải.
Ngay tại hiện trường cần đưa ra các thông số giám sát cho người sử dụng
biết được tình trạng máy cũng như mức độ lỗi, chất lượng vải.
Để dễ dàng giám sát, điều khiển cũng như lưu giữ số liệu đầy đủ bộ điều
khiển đánh dấu lỗi cần giao tiếp với máy tính để cung cấp thông tin giám sát
cũng như nhận lệnh điều khiển từ trạm trung tâm.
Hệ thống đánh dấu lỗi vải hoàn toàn có thể thực hiện độc lập mà không cần
thông tin từ hệ thống tự động nhận dạng lỗi, tức là phát hiện lỗi bằng phương
pháp thủ công. Khi đó ta cần thiết kế hai chế độ cho hệ thống: điều khiển tự
động (nhận thông tin từ hệ thống phát hiện) và điều khiển bằng tay (người
công nhân giám sát điều khiển).
Hệ thống cho phép dễ dàng căn chỉnh để phù hợp thực tế sử dụng như cài đặt
thông số thời gian trễ hay thông số ngưỡng cảnh báo ngay tại chỗ.
Với hệ thống băng tời vấn đề khá quan trọng là tốc độ tời vải, tốc độ này thay
đổi với các loại vải khác nhau nên ta cần đưa vào bộ encoder để lấy về tốc độ
Chương 2: Thiết kế phần cứng bộ điều khiển đánh dấu lỗi vải
18
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
tức thời của vải.
Phần đánh dấu lỗi vải và phần đóng cắt tời vải là phần công suất nên khi thực
hiện giao tiếp với bộ điều khiển cần được thiết kế cách ly an toàn và chống
nhiễu tốt.
Ngoài ra cần có phần bảo mật tức là khi đăng nhập cài đặt hệ thống phải có
mật khẩu cả ở hệ thống đánh dấu và hệ thống giám sát.
2.1.2 Thiết kế các modul vào ra
Với các tính năng phân tích như trên, hệ thống bao gồm các modul như sau:
Modul nhận thông tin, phân tích và xử lý đưa ra lệnh điều khiển.
o Nhận thông tin: gồm hai phần từ máy tính giám sát đưa gói tin về
thông tin lỗi và nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi như bàn phím
hay encoder.
o Phân tích: với các thông tin nhận được modul này sẽ tách các thông
tin có được trong gói tin, lưu vào phần các thông số cài đặt.
o Xử lý: sau khi có được các thông tin đã được phân tích ta có thể đem
so sánh với các ngưỡng cài đặt để đưa ra đánh dấu, cảnh báo hoặc có
thể đưa ra các thông tin hiển thị để người sử dụng có thể cập nhật.
Modul điều khiển đánh dấu trên vải: được thiết kế cách ly chống nhiễu tốt để
không làm ảnh hưởng đến mạch điều khiển. Trong modul này việc quan
trọng nhất là chọn phương pháp cách ly hiệu quả từ đó đưa ra cách lựa chọn
các thiết bị phần cứng.
Modul hiển thị: hiển thị các thông số hệ thống như vận tốc băng truyền, trạng
thái hệ thống, cảnh báo cho hệ thống. Các thông số này được hiển thị có thể
ở nhiều màn hình khác nhau, mỗi màn hình sẽ hiển thị các bộ thông số phù
hợp nhằm cung cấp các thông tin cần thiết cho người sử dụng. Để có quyền
truy cập hiển thị các thông số cài đặt cần phải qua phần bảo mật.
Modul truyền thông với máy tính giám sát: modul này được thiết kế với giao
tiếp hai chiều giữa máy tính giám sát và bộ điền đánh dấu lỗi vải, giao thức
Chương 2: Thiết kế phần cứng bộ điều khiển đánh dấu lỗi vải
19
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
được sử dụng là RS485 hoặc RS232.
o Máy tính giám sát gửi tin xuống bộ điều khiển đánh dấu: có bộ lệnh
để đưa lệnh và thông tin xuống bộ điều khiển đánh dấu.
o Bộ điều khiển gửi tin trả lời máy tính giám sát: căn cứ vào các lệnh
được đưa xuống từ máy tính giám sát, bộ điều khiển sẽ có gói tin
tương ứng để trả lời.
Modul cài đặt:
o Cài đặt chế độ chạy tự động hay bằng tay.
o Hiệu chỉnh thời gian trễ: cài đặt được thời gian trễ từ lúc phát hiện đến
lúc đánh dấu.
o Chức năng bảo mật: khi người dùng muốn thay đổi các thông số cài
đặt cần phải có mật khẩu để truy cập.
o Ngưỡng cảnh báo mức độ lỗi.
o Có thể mở rộng một số tính năng của phần cài đặt.
Modul giao tiếp các thiết bị chấp hành
o Nhận số liệu từ encoder để lấy ra được vận tốc tức thời của tời vải
o Đóng cắt hệ thống tời.
Hình 2-1 : Sơ đồ khối các modul bộ điều khiển
Chương 2: Thiết kế phần cứng bộ điều khiển đánh dấu lỗi vải
20
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
2.2 Lựa chọn các thiết bị phần cứng
Trong một bộ điều khiển, việc lựa chọn thiết bị phần cứng ban đầu là rất quan trọng,
các thành phần thiết bị này sẽ quyết định sự ổn định cũng như chính xác của hệ
thống. Các thiết bị phần cứng của bộ điều khiển đánh dấu lỗi vải được lựa chọn dựa
trên các tiêu chí sau:
Tính ổn định về bản thân thiết bị và việc ghép nối với các thiết bị khác.
Các thiết bị được lựa chọn để có tính mở để có thể tiếp tục phát triển bộ điều
khiển cho những môi trường khác.
Các thiết bị được lựa chọn là phổ dụng có thể thuận lợi trong việc tìm kiếm
thông tin và dễ dàng tìm kiếm trên thị trường.
Giá của các thiết bị phù hợp hệ thống.
2.2.1Thiết kế các thiết bị thành phần trong bộ điều khiển
Để đưa ra các thành phần thiết bị có trong hệ thống ta sẽ bám sát vào thiết kế các
modul thiết kế cho hệ thống trong phần trên:
Modul phân tích và xử lý để đưa ra tín hiệu điều khiển: sử dụng vi điều khiển
có đầy đủ các ngoại vi (chi tiết tại 2.2.2).
Modul điều khiển đánh dấu trên vải: gồm phần đưa ra tín hiệu điều khiển,
phần cách ly tín hiệu điều khiển và công suất, phần đóng cắt tín hiệu công
suất (chi tiết tại 2.2.3).
Modul hiển thị:
o Hiển thị các thông số trạng thái cũng như thông số cài đặt cho người
sử dụng, vì có nhiều phần cần hiển thị nên ta sử dụng LCD có thể tùy
biến chuyển đổi các màn hình khác nhau
o Khi máy tời vải chạy nên để vận tốc tời vải hiển thị liên tục và có thể
nhìn được từ xa nên ta chọn LED 7 thanh để hiển thị vận tốc.
o Hiển thị các trạng thái cảnh báo cũng như cảnh báo lỗi: sử dụng các
LED đơn riêng biệt.
Chương 2: Thiết kế phần cứng bộ điều khiển đánh dấu lỗi vải
21
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
Modul cài đặt: ta cần kết hợp phím và LCD hiển thị để người sử dụng có thể
dễ dàng sử dụng.
Modul truyền thông: thiết kế cả truyền thông RS485 và RS232 để tiện cho
thiết bị tại các hiện trường khác nhau. Các chuẩn truyền thông này là chuẩn
công nghiệp nên phù hợp với điều kiện hiện trường nhiều máy móc ảnh
hưởng nhiễu.
Modul giao tiếp thiết bị chấp hành:
o Đo tốc độ chạy của mặt vải: sử dụng encoder đầu ra là xung để đưa về
vi điều khiển phân tích đưa ra tốc độ mặt vải.
o Đóng cắt máy tời vải: do điều khiển đánh dấu lỗi vải cũng là đóng cắt
nên sẽ thiết kế phần này có thể đóng cắt cho cả máy tời vải.
Sử dụng thêm chip DS1307 có thời gian thực để tiện cho người sử dụng.
Với các modul vào ra được bố trí, ta có thể xác định được các thiết bị phần cứng
của mạch điều khiển như hình 2-2:
Hình 2-2: Các thiết bị phần cứng thiết lập cho bộ điều khiển
2.2.2 Lựa chọn vi điều khiển
Bộ điều khiển đánh dấu được thiết kế có đầu ra chính là phương pháp đóng cắt dùng
để đánh dấu, giải pháp này không cần đưa nhiều thông tin ở đầu ra mà quan trọng
Chương 2: Thiết kế phần cứng bộ điều khiển đánh dấu lỗi vải
22
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
nhất là tính ổn định nên ta chọn vi điều khiển 8 bit. Các ngoại vi cần có trên vi điều
khiển:
Có hai cổng USART do trong thiết kế sử dụng đầu ra cả RS232 và RS485.
Có đủ SPI và I2C: ngoại vi truyền thông thiết yếu, hiện tại ta sẽ sử dụng I2C
cho giao tiếp với DS1307.
Có điều chế độ rộng xung PWM: khi phát triển mở rộng tính năng điều khiển
ta sẽ sử dụng PWM để đưa ra biến tần điều khiển tốc độ động cơ.
Có bộ nhớ EEPROM để lưu trữ các số liệu cài đặt.
Để mở rộng sau các tính năng sau này của bộ điều khiển ta sẽ chọn vi điều
khiển có nhiều chân.
Hiện trên thị trường có hai dòng vi điều khiển phổ biến là ATmega và PIC. Hai loại
này đều có các dòng vi điều khiển tương tự nhau. Do đã có các bộ công cụ phát
triển của ATmega nên tác giả chọn ATmega làm nhân của bộ điều khiển. Với các
tính năng cần có đặt ra của vi điều khiển thì chọn ATmega128 là hợp lý cho bộ điều
khiển. Giới thiệu sơ qua về ATmega128:
ATmega 128 có 64 chân với kiến trúc Von Neumann
Hình 2-3: Sơ đồ chân và kiến trúc của ATmega128
Chương 2: Thiết kế phần cứng bộ điều khiển đánh dấu lỗi vải
23
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
128K Bytes bộ nhớ chương trình Flash
4K Bytes EEPROM
4K Bytes Internal SRAM
SPI Interface for In-System Programming
2 bộ Timer/Counters 8-bit.
2 bộ Timer/Counters 16-bit.
2 kênh PWM 8-bit.
6 kênh PWM từ 2 đến 16 Bits
Output Compare Modulator
8 kênh 10-bit ADC
8 Single-ended Channels
Byte-oriented Two-wire Serial Interface
Dual Programmable Serial USARTs
Master/Slave SPI Serial Interface
Programmable Watchdog Timer with On-chip Oscillator
On-chip Analog Comparator
2.2.3 Lựa chọn giải pháp điều khiển đánh dấu
Trong phần này ta sẽ lựa chọn giải pháp cho 3 mục:
Tín hiệu đưa ra điều khiển.
Cách ly điều khiển và công suất.
Đóng cắt phần tử chấp hành.
Luận văn luôn hướng đến thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi có tính mở nên phương
pháp được chọn để truyền tín hiệu điều khiển ở đây là phương pháp truyền nối tiếp.
Do khi mở rộng hệ thống cần ghá lắp thêm các phần tử chấp hành thì các phần tử
đưa ra tín hiệu điều khiển chúng hoàn toàn có thể ghép nối tiếp vào các thành phần
cũ. Để truyền nối tiếp tín hiệu điều khiển bộ điều khiển sử dụng 74HC595. Đây là
phần tử có đầu vào là nối tiếp, đầu ra có hai phần độc lập là nối tiếp (để tiếp tục
truyền tin) và song song (tín hiệu điều khiển).
Chương 2: Thiết kế phần cứng bộ điều khiển đánh dấu lỗi vải
24
Thiết kế hệ thống đánh dấu lỗi vải trên dây chuyền kiểm tra chất lượng vải tự động
Hình 2-4: Chip 74HC595 loại DIP16
Chip74HC595 được cấu tạo từ những Flip-flop nối tiếp với nhau, gồm 3 chân đầu
vào:
DS: dữ liệu nối tiếp đi vào.
ST_CP: chân chốt dữ liệu ra
SH_CP: chân đưa vào tín hiệu nhịp clock để đồng bộ
Và gồm hai kiểu đầu ra:
Từ Q0 đến Q7 để đưa tín hiệu ra song song.
Q7’ đưa tín hiệu nối tiếp.
Ngoài ra chân OE hoạt động ở mức tích cực thấp dùng để cho phép đưa dữ liệu ra,
chân MR dùng để reset toàn bộ dữ liệu nối tiếp đã được đưa vào.
Nguyên lý hoạt động như sau:
Khi chân MR ở mức tích cực thấp thì toàn bộ đầu ra của đều trở về 0, ngược
lại khi MR ở mức tích cực cao thì các đầu ra theo tín hiệu điều khiển.
Khi chân OE ở mức tích cực thấp thì đầu ra được cho phép còn khi ở mức
tích cực cao thì các đầu ra song song ở trạng thái trở kháng cao còn đầu ra
nối tiếp ở mức thấp.
Chân SH_CP đóng vai trò đưa xung clock đồng bộ cho tín hiệu nối tiếp, tại
sườn lên của chân này thì dữ liệu ở chân DS sẽ được đọc vào, các dữ liệu cũ
được đẩy đi tới các chân tiếp theo. Khi chân ST_CP có tín hiệu sườn lên thì
các đầu ra song song đồng loạt được chốt dữ liệu.
Chương 2: Thiết kế phần cứng bộ điều khiển đánh dấu lỗi vải
25
