Barcode (mã vạch) là một phương thức biểu thị dữ liệu, thông tin dưới dạng hình ảnh để các nhà sản xuất có thể biểu đạt thông tin về sản phẩm như tên thương hiệu, sản xuất tại đâu, lô hàng, kích thước sản phẩm, thông tin kiểm định. Loại mã khác là QR Code (Quick Response Code) còn gọi là mã hình, là dạng mã vạch hai chiều (2D) có thể đọc nhờ máy đọc mã vạch hay điện thoại thông minh. Hiện nay, mã QR đang dần thay thế barcode vì có khả năng lưu trữ lớn gấp hàng ngàn lần so với barcode thế hệ trước, khả năng xử lý tức thời khi quét ở nhiều góc độ khác nhau, Tính bảo mật cao, tiện dụng và có tính thẩm mỹ. Đối tượng dán của báo cáo này sẽ gọi chung là mã vạch / barcode.

Khi đóng gói các hộp sản phẩm và dán barcode cần yêu cầu phải thẳng không nhăn gấp, trầy xước và phải đúng vị trí để các máy đọc mã vạch có thể đọc được. Phương pháp thủ công cho năng suất thấp, khó đạt được độ chính xác cao, phụ thuộc vào tình trạng sức khỏe, kinh nghiệm, tay nghề và cảm nhận chủ quan của người công nhân dẫn đến việc dán barcode có thể bị nhăn, đùn và lệch vị trí gây lãng phí vật liệu ảnh hưởng tới thẩm mỹ của sản phẩm và các máy đọc mã vạch có thể không đọc được. Để giải quyết các vấn đề nêu trên, việc thiết kế chế tạo máy dán barcode tự động vào sản phẩm là cần thiết. Tuy nhiên, việc dán barcode cho mỗi loại sản phẩm có đặc thù riêng, phụ thuộc vào hình học và kích thước của sản phẩm, chất dính phủ lên barcode, năng suất yêu cầu. Khác với quy trình dán barcode thủ công, Công ty Lixil (Nhật Bản), các bước thực hiện bao gồm việc gấp nắp hộp vào bên ngoài sau đó dùng barcode thay thế băng keo dán ở mặt hông của hộp mà không sử dụng băng keo dán 2 bên hộp (như Hình 3). Thời gian hoàn thành dưới 8s/1 sản phẩm. Sản phẩm sau khi dán barcode phải thẳng không nhăn gấp, trầy xước và phải đúng vị trí, tỷ lệ lỗi dưới 0.5%.

Phân tích yêu cầu của Công ty Lixil, quy trình vận hành của máy được đề xuất, bao gồm các khâu: nạp hộp – định vị và gấp nắp hộp – dán barcode vào nắp hộp, cuối cùng là gấp và dán barcode vào thân hộp. Trong các phần tiếp theo, bài báo sẽ trình bày kết quả nghiên cứu, thiết kế, ứng dụng và đánh giá chất lượng thiết bị sau khi triển khai tại công ty Lixil.

Cụm cơ cấu định vị và gấp nắp hộp

Phân tích động học: Cụm này vận hành dựa theo các cơ cấu: 1) Cơ cấu đẩy hộp vào vị trí vận chuyển; 2) Băng tải vận chuyển hộp tới vị trí định vị; 3) Thực hiện gấp nắp hộp. Sau khi người công nhân bỏ sản phẩm vào trong hộp và được camera quét kiểm tra hộp có chứa đủ sản phẩm, xilanh gạt tới phần băng tải của hệ thống máy dán barcode. Cụm được thiết kế với băng tải nhựa PVC có bề mặt cao su giúp bám chắc đáy hộp, tránh tình trạng hộp bị trượt trong quá trình di chuyển. Ngoài ra, các thanh dẫn hướng dọc theo thân hộp và nắp hộp bằng inox và mica giúp cho hộp không bị lệch trên băng tải. Các thanh này được bo cong các cạnh và mài mòn độ sắc của các cạnh giúp hộp khi di chuyển trơn tru và không bị biến dạng.

Nắp hộp phải được gấp chính xác, không quá hở so với thân hộp, các thanh dẫn hướng, cơ cấu cố định xi-lanh có thể để dễ dàng điều chỉnh. Cơ cấu cơ khí phải được gia công cứng cáp, độ bền cao. Cụm có 2 xi-lanh và 2 cảm biến sợi quang thực hiện chức năng giám sát việc gấp nắp hộp. Một xi-lanh được thiết kế đặt theo phương ngang để gấp nắp hộp khi cảm biến nhận tín hiệu, đồng thời, một xi-lanh đặt theo phương dọc sử dụng để chặn hộp, nhằm tránh hộp di chuyển vượt quá vị trí. Sau khi hộp được gấp nắp, nó được băng tải và các thanh dẫn hướng chuyển tới vị trí dán barcode vào nắp hộp.

Cụm cơ cấu cấp barcode

Phân tích động học: Cụm này làm việc theo nguyên tắc kéo barcode từ cuộn với cơ chế điều chỉnh sức căng, tách rời barcode khỏi cuộn và dán barcode. Việc tách barcode sao cho phần mép đầu của barcode phải cách 3mm so với điểm gấp mép của nắp hộp. Với thiết kế khi hộp tới đúng vị trí dán, động cơ servo sẽ hoạt động di chuyển barcode tới đúng khoảng cách được tính toán trước là 15 mm. Đây là cụm cơ cấu đòi hỏi sự chính xác cao nhất gần như là tuyệt đối. Cụm cấp barcode được thiết kế gồm khay chứa cuộn barcode, các rulo dẫn hướng, động cơ AC Servo kéo băng. Để giữ cho cuộn barcode luôn có độ căng xác định, tránh sai số khi di chuyển và tách barcode thì các rulo dẫn hướng được bố trí theo hình Zigzag. Máy được thiết kế một nút điều khiển giúp công nhân có thể điều chỉnh vị trí barcode trong quá trình căn chỉnh máy. Ngoài ra, một cảm biến sợi quang ở đáy khay đựng barcode sử dụng để phát hiện cảnh báo và dừng máy khi hết barcode.

Cảm biến sợi quang khi nhận tín hiệu sẽ tự động thực hiện công việc tách barcode ra khỏi cuộn và chờ dán barcode. Yêu cầu barcode phải được dán thẳng, nằm giữa và cách đều hai bên thành hộp. Sau khi barcode được dán vào nắp hộp thì động cơ servo thực hiện tiếp việc di chuyển barcode tới vị trí chờ để dán hộp tiếp theo.

Cụm cơ cấu gấp và dán bacode vào nắp hộp

Phân tích động học: Công đoạn dán barcode đòi hỏi phải có lực giữ hộp và lực đẩy cơ cấu dán barcode lên nắp hộp. Cụm gồm 2 xi-lanh, trong đó, một xi-lanh ở dưới đóng vai trò là mặt phẳng đỡ nắp hộp, còn một xi-lanh ở trên di chuyển xuống dán barcode. Xi-lanh dưới còn có thêm nhiệm vụ di chuyển lên và tách barcode ra khỏi cuộn barcode như Hình 8. Cảm biến sợi quang thực hiện chức năng giám sát việc đưa hộp tới đúng vị trí dán barcode. Khi hộp sản phẩm tới vị trí dán và được chặn bởi một xi-lanh. Tại vị trí này cảm biến thứ sợi quang nhận tín hiệu cơ cấu cấp barcode sẽ hoạt động di chuyển bacode ra 15 mm, tiếp theo xi-lanh ở trên di chuyển xuống dán barcode lên phần nắp hộp, sau đó xi[1]lanh dưới sẽ đẩy nắp hộp lên tách barcode ra khỏi cuộn. Cuối cùng xi-lanh chặn sẽ đi lên, băng tải tiếp tục di chuyển đưa hộp đến công đoạn tiếp theo.

Cụm cơ cấu gấp và dán bacode vào thân hộp

Phân tích động học: Hộp được băng tải chuyển từ vị trí dán barcode lên nắp hộp tới vị trí gấp và dán barcode lên thân hộp. Cụm này thực hiện các động tác gấp mép hộp còn lại vào thân hộp và dán barcode, sao cho không bị nhăn và lệch. Cụm được thiết kế gồm một cảm biến sợi quang định vị, một xi-lanh chặn để hộp nằm chính xác vị trí gấp và dán barcode vào thân hộp không bị nhăn và lệch. Tiếp theo, một xi-lanh thứ 2 được đặt theo phương thẳng đứng, đầu xi-lanh trang bị một rulo được bọc lớp xốp đảm bảo tính đàn hồi để có thể dán chắc chắn các góc cạnh của barcode vào thân hộp. hộp sản phẩm được chuyển tới từ khâu trước tới vị trí chờ gấp và dán bacode vào thân hộp, sẽ dừng tại vị trí của cơ cấu này và được giữ nhờ xilanh chặn. Khi cảm biến định vị nhận tín hiệu thì máy sẽ điều khiển xi-lanh thẳng đứng vận hành sẽ gấp và dán barcode vào thân hộp. Sau khi việc dán kết thúc, xi-lanh chặn được nhấc lên và băng tải vận chuyển hộp sản phẩm đã hoàn thiện vào khay chứa.

Hệ thống điều khiển

Để đảm bảo độ tin cậy hệ thống và hoạt động ổn định trong môi trường sản xuất, hệ điều khiển tích hợp từ các module chuẩn hoá như PLC (Mitsubishi: PLC FX3U[1]40MT), biến tần (Mitsubishi: FR- D720- 0.4kW), động cơ AC servo (Mitsubishi: MR- J4- 10A) và các cảm biến công nghiệp. Bằng việc lập trình trên PLC để điều khiển biến tần động cơ AC servo, xi lanh gấp nắp hộp, xi lanh chặn, xi lanh ép barcode và xi lanh cố định hộp. Để đảm bảo barcode dán được chính xác và thẩm mỹ, thì việc điều khiển cuộn barcode phải đúng vị trí.

Thực nghiện đánh giá

Đánh giá chất lượng sản phẩm đạt dựa vào các tiêu chí sau: Độ chặt, độ chính xác và tốc độ dán barcode. Ngoài ra, hộp sản phẩm sau khi dán barcode phải đảm bảo về tính thẩm mỹ, nắp hộp phải gập khít vào thân hộp, barcode phải được dán nằm giữa và cách đều hai bên thành hộp, barcode phải được dán cách phần thành trên của hộp 3mm.

Hình ảnh máy dán barcode tự động được thiết kế, chế tạo và sử dụng thực tế tại Công ty Lixil được thể hiện trong Máy có các tính năng kỹ thuật như sau: Định vị và gấp nắp hộp, dán barcode vào nắp hộp cuối cùng là gấp và dán barcode vào thân hộp với sai số không quá 0,5%; Thời gian hoàn thành 5s/1 sản phẩm, giảm 1 nhân công thực hiện bằng tay. Năng suất tăng thêm 2,5 lần; Thiết bị có cấu trúc nhỏ gọn, vận hành đơn giản. Thiết bị tự động đảm bảo năng suất cao, gấp hộp và dán barcode chính xác cao.