วิจัย หุ่นยนต์ตรวจสอบรอยร้าวในท่อ รุ่นที่ 1

หุ่นยนต์ตรวจสอบรอยร้าวในท่อ รุ่นที่ 1

(PIPE INSPECTION ROBOT)

อาจารย์ที่ปรึกษา

ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.กิตติพงษ์ เยาวาจา
หัวหน้ากลุ่มวิจัยวิทยาการหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติขั้นสูง
และผู้รับผิดชอบหลักสูตรหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ (นานาชาติ)​
คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา เกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา

นายธราดล  ภู่ดี    รหัสนิสิต 6030350331

นายนครินทร์  จุลละพราหมณ์    รหัสนิสิต 6030350340

นายภานุภพ  ศรีสม    รหัสนิสิต 6030350463

นายมูฮัมหมัดฮุสซัยนี  หะยีซอ รหัสนิสิต 6030350480

KUB​ pipe1​ คลอดแล้ว​ครับโรบอทสำรวจท่อ​ในอุตสาหกรรม​ของบริษัท ​Katoen​ Natie​ ตรวจสอบคุณภาพของท่อด้วยกล้องอุตสาหกรรมด่วน​ … รับสมัครนิสิตปี​ 3 หรือ​ ป.โท​ ที่ไฟแรง​ ที่สนใจ​ มาทำต้นแบบหุ่นยนต์รุ่นใหม่ต่อครับตอนนี้ได้งบ​จากบริษัท​ อนุมัติแล้ว​ครับ เป็นงบทำต้นแบบ​หกหลัก… พอดีนิสิตกลุ่มนี้ยังเหลือ​ 1 เทอม​ แต่คาดมีบริษัทจองตัวทำงานทำหมดแล้วเลยไม่ได้ทำวิจัยต่อ​ เศรษฐกิจดีๆ​ แบบนี้ ในช่วงโควิท

ด่วนครับ… รับนิสิตแค่​ 1 กลุ่ม​ ทำโครงงานจริง​จากอุตสาหกรรม​ Innovation​ Robot, Mechatronics, Digital
… มีทุนสนับสนุน​ ไม่ต้องมีพื้นฐานใดๆ​ ยกเว้นความพยายาม
… โอกาสรับเข้าทำงานบริษัทชั้นนำหมื่นล้านจากเบลเยี่ยม​ Katoen​ Natie​
… โครงการ​ 2 ปีปั้นนิสิตสู่​ manager

สรุปผลงานวิจัย

โครงงานนี้เป็นการสร้างหุ่นยนต์สำรวจท่อ เพื่อใช้ในการตรวจสอบรอยแตกและรอยร้าวภายในท่อขนส่งเม็ดพลาสติก เนื่องจากในปัจจุบันมีโรงงานจำนวนมากที่ใช้เม็ดพลาสติกเป็นวัตถุดิบในการผลิตชิ้นงานต่าง ๆ ในการส่งถ่ายเม็ดพลาสติกผ่านทางท่อเป็นเวลานานอาจทำให้เกิดการสึกกร่อน ด้วยขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อที่มีขนาดเล็กจึงทำให้การตรวจสอบด้วยคนสามารถทำได้ยากและไม่แม่นยำ หากภายในท่อขนส่งเม็ดพลาสติกนี้มีรอยแตกและรอยร้าวเกิดขึ้น จะส่งผลให้เม็ดพลาสติกที่ถูกส่งถ่ายผ่านทางท่อนั้นเกิดการเจือปน และก่อให้เกิดความเสียหายต่อชิ้นงานที่จะทำการผลิต
ดังนั้นการจัดทำโครงงานครั้งนี้ได้มีวัตถุประสงค์คือ สามารถสำรวจรอยแตกรอยร้าวภายในท่อได้อย่างแม่นยำ สามารถระบุตำแหน่งของรอยแตกรอยร้าวที่พบเจอได้ และสามารถเคลื่อนที่ภายในท่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3.5 – 4 นิ้ว ได้โดยไม่ติดขัด ซึ่งหุ่นยนต์สำรวจท่อตัวนี้จะช่วยเพิ่มความสะดวกสบายให้แก่ผู้ที่ใช้งาน เพิ่มความแม่นยำในการตรวจสอบรอยแตกภายในท่อ ลดค่าใช้จ่ายและลดระยะเวลาในการตรวจสอบ
จากผลการทดลองพบว่าหุ่นยนต์สามารถตรวจพบรอยร้าวหรือรอยตำหนิคิดเป็นเปอร์เซ็นต์เท่ากับ 87.26 % และมีโอกาสตรวจพบผิดพลาดหรือกล้องตรวจจับตำแหน่งที่ไม่ใช่รอยร้าวหรือรอยตำหนิในผิดท่อคิดเป็นเปอร์เซ็นต์ 0.108% โดยผลการทดลองนั้นทำให้เห็นว่าหุ่นยนต์สามารถตรวจสอบได้อย่างแม่นยำอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งทำให้บรรลุวัตถุประสงค์ และหุ่นยนต์สามารถเคลื่อนผ่านเข้าไปในท่อที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3.5 นิ้ว หรือ 8.89 เซนติเมตรได้

สารบัญ ก
สารบัญตาราง ค
บทที่ 1 บทนำ(INTRODUCTION) 1

1. ความเป็นมาและความสำคัญของงาน 1
2. วัตถุประสงค์ 1
3. ขอบเขตการศึกษาโครงงาน 2
4. ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ 2
   บทที่ 2 ทฤษฎีและหลักการ (THEORY AND PRINCIPLE) 3
5. เม็ดพลาสติก 3
6. คุณสมบัติของเม็ดพลาสติกแต่ละชนิด 3
7. การขนส่งเม็ดพลาสติก 4
8. ความหมายของหุ่นยนต์ 6
9. เอกสารที่เกี่ยวข้อง 9
10. โปรแกรม LABVIEW 17
    บทที่ 3 อุปกรณ์และวิธีการ(MATERIALS AND METHOLD) 22
11. อุปกรณ์ 22
12. วิธีการดำเนินงาน 25
13. ขั้นตอนการทำงานของหุ่นยุ่นตรวจสอบ 38
14. ขั้นตอนการดำเนินงาน 39
15. วิธีการโดยรวมของโครงการนี้ สรุปได้ดังนี้ 39
    บทที่ 4 ผลและวิจารณ์(RESULTS AND DISCUSSION) 40
16. การแสดงผล 40
17. ผลการตรวจสอบ 42
    บทที่ 5 สรุปและข้อเสนอแนะ(CONCLUSION AND RECOMMENDATIONS) 45
18. สรุป (CONCLUSION) 45
19. ข้อเสนอแนะ (RECOMMENDATIONS) 45
    เอกสารอ้างอิง 47

ภาพที่ 1 การขนส่งทางท่อ 6
ภาพที่ 2 หุ่นยนต์ประเภทต่างๆที่ใช้ในการตรวจสอบท่อ 8
ภาพที่ 3 AY 220 ROBOT. [4] 12
ภาพที่ 4 SINGA 300 ROBOT. [5] 13
ภาพที่ 5 MRINSPECT IV ROBOT. [6] 14
ภาพที่ 6 PIPE INSPECTION ROBOT [7] 15
ภาพที่ 7 INCH WORM TYPE ROBOT [8] 15
ภาพที่ 8 WALL PRESS CATERPILLAR TYPE ROBOT. [9] 16
ภาพที่ 9 DIFFERENTIAL DRIVE IN-PIPE ROBOT [10] 17
ภาพที่ 10 แผนผังการมีส่วนร่วมของส่วนประกอบต่าง ๆ ในการควบคุม 18
ภาพที่ 11 ROTARY ENCODER [13] 19
ภาพที่ 12 แนวคิดทางกายภาพของเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก [14] 19
ภาพที่ 13 แสดงตัวอย่างเครื่องมือวัดเสมือนที่สร้างจาก LABVIEW 20
ภาพที่ 14 แสดง BLOCK DIAGRAM 22
ภาพที่ 15 BLOCK DIAGRAM เครื่องมือวัดที่สร้างจาก LABVIEW 22
ภาพที่ 16 แสดงลกัษณะทั่วไปของ ICON และ CONNECTOR 24
ภาพที่ 17 N20 SMART CAR MICRO MOTOR 25
ภาพที่ 18 ENCODER 25
ภาพที่ 19 L298P PWM SPEED CONTROLLER DUA 26
ภาพที่ 20 BATTERY 26
ภาพที่ 21 THE BASLER ACA640-90UC USB 3.0 CAMERA 26
ภาพที่ 22 LIGHTING 27
ภาพที่ 23 ยางตีนตะขาบ 27
ภาพที่ 24 INTERFACE USB 27
ภาพที่ 25 CONTROLER 28
ภาพที่ 26 ภาพแสดงหน้าตัดท่อไม่คงที่ 29
ภาพที่ 27หุ่นยนต์ตีนตะขาบ 29
ภาพที่ 28 การเขียนแพลตฟอร์มของระบบประมวลผลภาพ 30
ภาพที่ 29 แสดงคำสั่ง VISION ACQUISITION 31
ภาพที่ 30 แสดงคำสั่ง VISION ACQUISITION 31
ภาพที่ 31 แสดงหน้าจอ BLOCK DIAGRAM และหน้าจอ FRONT PANEL 31
ภาพที่ 32 แสดงภาพ AVI PATH บนหน้าจอ FRONT PANEL 33
ภาพที่ 33 แสดงภาพไฟล์ที่ถูกบันทิก 33
ภาพที่ 34 แสดงตัวอย่างการสอนให้กับโปรแกรม 34
ภาพที่ 35 แสดงการลบปัจจัยแวดล้อมภายนอก 35
ภาพที่ 36 แสดงการเลือกปัจจัยแวดล้อมภายนอกเพื่อประกอบการประมวลผล 35
ภาพที่ 37 แสดงการตั้งค่าพารามิเตอร์ 35
ภาพที่ 38 แสดงภาพการตรวจพบรอยตำหนิ 37
ภาพที่ 39 แสดงตำแหน่งในการจัดเก็บ 37
ภาพที่ 40 แสดงการเขียนแพลตฟอร์มและหน้าต่างสำหรับใส่อินพุตของระบบขับเคลื่อนและระบุตำแหน่ง 38
ภาพที่ 41 แสดงภาพชิ้นส่วนหลัก 39
ภาพที่ 42 การประกอบชิ้นส่วนต่าง ๆ เข้าด้วยกัน 39
ภาพที่ 43 การปริ้นชิ้นส่วนต่าง ๆ 40
ภาพที่ 44 แสดงภาพการประกอบชิ้นส่วนต่างเข้าด้วยกัน 40
ภาพที่ 45 44
ภาพที่ 46 44

ในปัจจุบันมีการใช้ระบบขนส่งด้วยท่อกันอย่างแพร่หลายตั้งแต่น้ำไปจนถึงน้ำมัน ซึ่งเทคโนโลยีการผลิตที่มีความก้าวหน้ามากขึ้นหรือแม้แต่ท่อขนส่งที่มีคุณภาพดีในงานเฉพาะด้านและราคาที่สูง ก็ไม่สามารถที่จะการันตีได้ว่าท่อชิ้นนั้นจะไม่มีความเสี่ยงต่อการสึกหรอเนื่องจากการใช้งาน และยังมีโอกาสที่ความเสี่ยงจะมาจากกระบวนการผลิตอีกด้วย โดยปกติถ้าท่อที่แตกเป็นท่อน้ำ ความเสียหายที่เกิดขึ้นก็อาจไม่มากนัก แต่ในทางกลับกันถ้าหากเป็นท่อขนส่งน้ำมัน แน่นอนว่าความเสียหายที่จะเกิดขึ้นทั้งในด้านทรัพย์สิน สิ่งแวดล้อม และอาจคร่าชีวิตผู้คนอีกมากมายที่ไม่อาจประเมินได้ ยังรวมไปถึงท่อขนส่งเม็ดพลาสติก ถ้ามองจากภายนอกความสึกหรอที่เกิดขึ้นในบริเวณผิวท่ออาจจะส่งผลกระทบไม่มากนัก แต่ในทางกลับกันในด้านของผู้ผลิต การปนเปื้อนถือเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องให้ความสำคัญแก่แก่ลูกค้า การคัดแยกสิ่งปนเปื้อนที่ผสมอยู่ในเม็ดพลาสติกจำนวนมากถือเป็นเรื่องยาก ดังนั้นหลายต่อหลายครั้งที่ผู้ผลิตต้องทิ้งสินค้าทั้งล็อต ถือเป็นจำนวนเงินมหาศาล ดังนั้นเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถใช้งานท่อได้อย่างมีประสิทธิภาพ จำเป็นต้องทำการตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอ
เพื่อหลีกเลี่ยงความผิดพลาดที่เกิดจากคน (Human Error) การตรวจสอบรอยร้าวภายในท่อส่งเม็ดพลาสติกที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3.5 – 4 นิ้ว ถือเป็นเรื่องยากที่มนุษย์จะตรวจสอบได้ ด้วยขนาดที่เล็ก วัสดุที่เป็นโลหะ ในส่วนตัวท่อเองยังมีหน้าตัดที่ไม่สม่ำเสมอ ดังนั้นทางคณะผู้จัดทำจึงจัดทำรายงานเล่มนี้เพื่อพัฒนาและเสนอรูปแบบวิธีการตรวจสอบด้วยหุ่นยนต์ และระบบที่ใช้ในการตรวจสอบ เพื่อตรวจสอบรอยร้าวภายในผิวท่อ
วัตถุประสงค์
1.1. สามารถสำรวจรอยแตกรอยร้าวภายในท่อได้อย่างแม่นยำ
1.2. สามารถระบุตำแหน่งของรอยแตกรอยร้าวที่พบเจอได้
1.3. สามารถเคลื่อนที่ภายในท่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3.5 – 4 นิ้ว ได้โดยไม่ติดขัด

สรุป (Conclusion)
จากผลการทดลองหุ่นยนต์สามารถตรวจจับรอยร้าวหรือรอยตำหนิ ซึ่งได้ทำการตรวจสอบเป็นจำนวน 5 รอบ และได้กำหนดจุดที่เกิดรอยร้าวหรือรอยตำหนิเป็นจำนวน 11 จุด พบว่าหุ่นยนต์สามารถตรวจพบรอยร้าวหรือรอยตำหนิคิดเป็นเปอร์เซ็นต์เท่ากับ 87.26 % และมีโอกาสตรวจพบผิดพลาดหรือกล้องตรวจจับตำแหน่งที่ไม่ใช่รอยร้าวหรือรอยตำหนิในผิดท่อคิดเป็นเปอร์เซ็นต์ 0.108% โดยผลการทดลองนั้นทำให้เห็นว่าหุ่นยนต์สามารถตรวจสอบได้อย่างแม่นยำอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งทำให้บรรลุวัตถุประสงค์ในข้อแรก และหุ่นยนต์สามารถเคลื่อนผ่านเข้าไปในท่อที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3.5 นิ้ว หรือ 8.89 เซนติเมตรได้ อย่างไรก็ตามหุ่นยนต์นั่นไม่สามารถที่จะระบุตำแหน่งของรอยร้าวหรือรอยตำหนิได้ เนื่องจากสภาพแวดล้อมที่ค่อนข้างจะจำกัดในเรื่องของพื้นที่ ซึ่งเราได้นำเลือกใช้ Encoder ในการสอบเทียบหาระยะทางเพื่อระบุตำแหน่ง แต่เกิดการชำรุดระหว่างการตรวจสอบ จึงไม่สามารถตรวจวัดระยะทางเพื่อระบุตำแหน่งได้ ดังนั่นสาเหตุดังกล่าวทำให้คณะผู้จัดทำคิดว่า ควรเลือกใช้ระบบตรวจวัดระยะทางด้วยวิธีอื่นเช่น เซนเซอร์อัลตราโซนิค หรืออาจจะใช้เป็น Encoder ที่มีคุณภาพมากขึ้นเนื่องจากพื้นที่ที่ค่อนข้างคับแคบ อาจทำให้จุดเชื่อต่อเกิดการหักหรือชำรุดได้

ข้อเสนอแนะ (Recommendations)

• การตรวจจับภาพรอยแตกภายในท่อนั้นต้องมีข้อมูลสำรองจำนวนมาก ในหนึ่งภาพรอยแตกจะต้องมีหลายมุมมองเพื่อสอนให้กับหุ่นยนต์ เนื่องจากคำสั่ง Pattern Matching จะตรวจจับภาพที่เหมือนหรือมีความคล้ายคลึงกับภาพข้อมูลที่ใส่เข้าไป หากข้อมูลที่ใส่เข้าไปมีสภาพแวดล้อมรอบข้างต่างจากข้อมูลเดิมอาจทำให้การตรวจสอบผิดพลาดได้ ดังนั้นวิธีแก้ปัญหาคือ ควรใส่ข้อมูลภาพรอยแตกที่มีมุมมองต่างกันทีละ 5 องศา เพื่อให้หุ่นยนต์สามารถตรวจจับได้อย่างแม่นยำทุกมุมมอง
• การตรวจจับภาพรอยแตกจะตรวจได้แม่นยำมากขึ้นหากเปลี่ยนจากการใช้คำสั่ง Pattern Matching เป็นคำสั่ง Contour Analysis เนื่องจากเป็นคำสั่งที่ตรวจจับความผิดปกติของสภาพแวดล้อมเดิมที่มีอยู่
• ในระบบตรวจจับระยะทาง อาจจะมีการแยกโมดูลออกจากกันเช่นโมดูลสำหรับติดตั้งมอเตอร์หรือตัวขับเคลื่อนรวมถึงกล้อง และโมดูลสำหรับระบบตรวจวัดตำแหน่ง อาจจะใช้ Encoder ดั้งเดิม เนื่องจากพื้นที่ที่จำกัด เพื่อใช้ประโยชน์พื้นที่ที่จำกัดให้เกิดประโยชน์มากที่สุด

เตรียมนิสิตนำเสนอโครงการ​เป็นภาษาอังกฤษ​ นำเสนอให้​ CEO​ ต่างชาติฟังเพื่อขอทุนสนับสนุน สัปดาห์หน้า​ละ​ครับ

(English version Presentation and Proposal) ทีมนิสิตนำเสนอโครงงาน​วิจัยและพัฒนาเป็นภาษาอังกฤษกับผู้บริหารครับ … แปลงร่างนิสิตเป็นวิศวกร​ ดำเนินงานโครงงานและต่อเนื่องด้วยการเรียนรู่ผ่านโครงการสหกิจ… วันนี้แนะนำให้ทุกคนมีความกล้าและความมั่นใจในตัวเอง ​แล้วพร้อมที่จะไปเผชิญความจริง​ ไม่จำเป็นต้องท่องบทเพราะมันไม่แสดงถึงความมั่นใจ… การสร้างความเขื่อมั่นจะเกิดได้เมื่อ…เข้าไปอยู่ในงานนั้นจริงๆ​ มีการคลุกคลี​ ได้มองสภาวะจริง​ ลงมือทำจริง ไม่ใช่แค่นั่งเทียนคิด​ เพราะมันมีสภาวะหลายอย่างที่เราอาจมองไม่เห็น​ … เราต้องมีการกระตือรือร้นมากกว่านี้…. ดิ้นรนมากกว่านี้​ วันเสาร์นี้เตรียมจองรถตู้เข้ามารับไปทำงานจริง​ ให้พี่ๆ สาธิตให้ดูซิว่างานจริงทำยังไง… การคิดต้องวางแผนให้ชัดเจน​ มองถึงงานเรามีส่วนประกอบหัวใจสำคัญอะไรมากที่สุด​ อุปกรณ์ที่เลือกนั้นมีความแน่นอน​ ความคงทนมากน้อยเท่าใด​ ราคาเท่าไหร​ ต่อรอง​ราคาได้ไหม.. เวลาในการทำงานและโครงการนานเท่าใด​ 3 เดือน​ 6 เดือน​ 12​ เดือน​ ทำได้ผลลัพธ์เท่าใด… เราประเมินถึง​ความคุ้มค่าได้ไหม​ เราต้อง​ study ROI เราจะรู้ได้ไงว่าคุ้มที่จะทำ​ และมีคนยอมจ่ายเงินให้เราไหม… เราศึกษา​ study นั้นเราควรมองถึงโอกาสในการแก้ปัญหาจริงให้ครบคลุมก่อนแบ่งงานออกเป็นส่วนๆ ​เพราะจะช่วยให้เราวามารถวางแผนที่้เหมาะสมได้

ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.กิตติพงษ์ เยาวาจา
หัวหน้ากลุ่มวิจัยวิทยาการหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติขั้นสูง
และผู้รับผิดชอบหลักสูตรหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ (นานาชาติ)​
คณะวิศวกรรมศาสตร์ศรีราชา เกษตรศาสตร์ วิทยาเขตศรีราชา