Luận văn điều khiển và truyền thông robot ABB 1200 sản xuất màn hình tại Samsung Display Việt Nam

Nghiên cứu phát triển chương trình điều khiển và truyền thông cho robot ABB 1200 nhằm nâng cao chất lượng quy trình sản xuất màn hình điện thoại.

• Tác giả: Nguyễn Hữu Đại
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Mạnh Thắng
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử
• Đề tài: Nghiên cứu xây dựng chương trình điều khiển và truyền thông cho robot ABB 1200 nhằm nâng cao chất lượng cho quy trình sản xuất màn hình điện thoại
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• Danh mục hình ảnh
• Danh mục bảng biểu
• Các từ tiếng Anh, viết tắt sử dụng trong luận văn
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về quy trình sản xuất điện thoại
• 1.2. Tổng quan về robot ABB IRB 1200
• 1.3. Nâng cao chất lượng sản xuất điện thoại khi ứng dụng robot
• 2. CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA HỆ THỐNG
• 2.1. Yêu cầu công nghệ của hệ thống
• 2.2. Các trang thiết bị của hệ thống và nguyên lý hoạt động
• 2.2.1. Robot ABB IRB 1200
• 2.2.2. Hệ thống PLC
• 2.2.3. Hệ thống cảm biến và cơ cấu chấp hành
• 2.2.4. Truyền thông giữa PLC và Robot
• 3. CHƯƠNG 3: PHẦN MỀM
• 3.1. Phần mềm Robot Studio và lập trình robot ABB
• 3.1.1. Giới thiệu về phần mềm RobotStudio
• 3.1.2. Lập trình Robot ABB
• 3.2. Lập trình cho Arduino
• 3.3. Phần mềm GP Pro-EX và thiết kế giao diện
• 3.3.1. Giới thiệu phần mềm GP Pro-EX
• 3.3.2. Thiết kế giao diện
• 4. CHƯƠNG 4: TÍCH HỢP HỆ THỐNG HOẠT ĐỘNG
• 4.1. Cài đặt Robot ABB
• 4.1.1. Cấu hình Devide Net
• 4.1.2. Cài đặt Robot
• 4.2. Hoạt động của hệ thống
• 4.3. Kết quả của luận văn
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Ứng Dụng Robot ABB 1200 Sản Xuất Màn Hình

Điện thoại thông minh ngày càng đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hiện đại. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng, các nhà sản xuất liên tục cải tiến quy trình sản xuất. Tại Việt Nam, Samsung Display đã và đang không ngừng tối ưu hóa, tự động hóa quy trình sản xuất của mình. Ứng dụng Robot ABB 1200 vào sản xuất màn hình điện thoại là một bước tiến quan trọng, giúp hạn chế lỗi sản phẩm và nâng cao chất lượng. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều công đoạn thủ công, chưa tận dụng hết tiềm năng của robot. Do đó, việc nghiên cứu và triển khai các giải pháp robot toàn diện là vô cùng cần thiết. Mục tiêu là xây dựng chương trình điều khiển và truyền thông hiệu quả cho Robot ABB 1200, từ đó nâng cao chất lượng sản xuất màn hình điện thoại.

1.1. Vai trò của tự động hóa sản xuất màn hình điện thoại

Việc tự động hóa sản xuất, đặc biệt là trong ngành công nghiệp điện tử, mang lại nhiều lợi ích. Tự động hóa giúp tăng năng suất, giảm chi phí sản xuất, và quan trọng hơn là cải thiện độ chính xác và đồng đều của sản phẩm. Theo nghiên cứu, việc ứng dụng robot công nghiệp vào các công đoạn sản xuất có thể giảm thiểu sai sót đến 90% so với phương pháp thủ công.

1.2. Tổng quan về các loại màn hình cảm ứng điện thoại hiện nay

Thị trường màn hình điện thoại hiện nay rất đa dạng, với nhiều công nghệ khác nhau như màn hình LCD, TFT-LCD, Super LCD, màn hình OLED (bao gồm Flexible OLED và Rigid OLED), và AMOLED. Mỗi loại màn hình có ưu và nhược điểm riêng về độ sáng, độ tương phản, góc nhìn, và khả năng tiết kiệm năng lượng.

1.3. Giới thiệu về Robot ABB IRB 1200 và ứng dụng

Robot ABB IRB 1200 là một robot công nghiệp 6 trục được thiết kế nhỏ gọn, linh hoạt và có độ chính xác cao. Robot này thường được sử dụng trong các ứng dụng như lắp ráp linh kiện điện tử, gắp và đặt, và kiểm tra chất lượng. Robot có khả năng làm việc trong không gian hẹp và đáp ứng các yêu cầu khắt khe về độ chính xác.

II. Thách Thức Tối Ưu Quy Trình Sản Xuất Màn Hình Với Robot

Mặc dù việc sử dụng robot trong ngành điện tử mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại một số thách thức. Một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo độ chính xác và an toàn trong quá trình gắp và đặt các linh kiện màn hình điện thoại mỏng manh. Việc lập trình robot để xử lý các tác vụ phức tạp và điều chỉnh quy trình sản xuất khi có sự thay đổi cũng đòi hỏi kỹ năng và kiến thức chuyên môn cao. Ngoài ra, cần phải giải quyết vấn đề về kiểm tra chất lượng và phát hiện lỗi sản phẩm một cách nhanh chóng và hiệu quả.Theo luận văn, việc sử dụng robot giúp cắt giảm sức lao động, giảm thời gian sản xuất và giảm nguy cơ gây lỗi. Cần phải có những giải pháp để giải quyết vấn đề về tay gắp lỗi khi ứng dụng robot vào quy trình sản xuất.

2.1. Các vấn đề về độ chính xác của robot ABB 1200

Mặc dù Robot ABB 1200 có độ chính xác cao, nhưng trong quá trình vận hành, vẫn có thể xảy ra các sai số do nhiều yếu tố như rung động, nhiệt độ, và mài mòn cơ khí. Để đảm bảo độ chính xác, cần phải thực hiện các biện pháp hiệu chỉnh và bảo trì định kỳ.

2.2. Rủi ro trong quá trình gắp và lắp ráp màn hình

Quá trình gắp và lắp ráp màn hình cảm ứng đòi hỏi sự cẩn trọng và chính xác cao để tránh làm hỏng các linh kiện mỏng manh. Các rủi ro có thể bao gồm trượt tay, va đập, và tĩnh điện. Cần phải sử dụng các công cụ và phương pháp phù hợp để giảm thiểu các rủi ro này.

2.3. Giải pháp kiểm tra chất lượng màn hình sau khi lắp ráp

Sau khi lắp ráp, cần phải thực hiện các bước kiểm tra chất lượng để đảm bảo màn hình điện thoại hoạt động tốt và không có lỗi. Các phương pháp kiểm tra có thể bao gồm kiểm tra hình ảnh, kiểm tra cảm ứng, và kiểm tra chức năng. Cần phải sử dụng các thiết bị và phần mềm chuyên dụng để thực hiện các kiểm tra này.

III. Giải Pháp Nâng Cao Hiệu Quả Sản Xuất Với Robot ABB

Để giải quyết các thách thức trên, cần phải áp dụng các giải pháp toàn diện. Một trong những giải pháp quan trọng là tối ưu hóa chương trình điều khiển robot để đảm bảo độ chính xác và an toàn trong quá trình gắp và đặt linh kiện. Cần phải sử dụng các cảm biến và hệ thống thị giác máy tính để giám sát và điều khiển robot một cách linh hoạt. Ngoài ra, cần phải phát triển các quy trình bảo trì và hiệu chỉnh robot định kỳ để đảm bảo hoạt động ổn định và độ chính xác cao.Theo Nguyễn Hữu Đại, công trình được tài trợ từ đề tài Khoa học công nghệ cấp Đại Học Quốc Gia Hà Nội, khẳng định tầm quan trọng của việc nghiên cứu và phát triển các ứng dụng robot trong sản xuất.

3.1. Tối ưu lập trình robot ABB để xử lý linh kiện mỏng

Việc lập trình robot để xử lý linh kiện mỏng đòi hỏi sự tỉ mỉ và chính xác cao. Cần phải sử dụng các thuật toán và kỹ thuật điều khiển tiên tiến để đảm bảo robot di chuyển một cách mượt mà và tránh va chạm. Ngoài ra, cần phải tích hợp các cảm biến lực và vị trí để giám sát và điều chỉnh quá trình gắp và đặt linh kiện.

3.2. Ứng dụng hệ thống thị giác máy tính cho robot

Hệ thống thị giác máy tính có thể giúp robot nhận biết và định vị các linh kiện một cách chính xác, ngay cả trong điều kiện ánh sáng kém hoặc khi có sự thay đổi về vị trí. Hệ thống này cũng có thể được sử dụng để kiểm tra chất lượng linh kiện và phát hiện các lỗi sản phẩm.

3.3. Sử dụng cảm biến lực để kiểm tra tình trạng tay gắp

Việc sử dụng cảm biến lực FSR 402 gắn trên tay gắp cho phép robot nhận biết được lực tác động lên linh kiện. Điều này giúp robot điều chỉnh lực gắp phù hợp và tránh làm hỏng linh kiện. Cảm biến lực cũng có thể được sử dụng để phát hiện các lỗi của tay gắp, chẳng hạn như kẹt hoặc hỏng hóc.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Tích Hợp Robot Vào Dây Chuyền Sản Xuất

Việc tích hợp robot công nghiệp vào dây chuyền sản xuất màn hình điện thoại đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các bộ phận khác nhau. Cần phải thiết kế lại quy trình sản xuất để phù hợp với khả năng của robot và đảm bảo tính liên tục của dòng sản phẩm. Ngoài ra, cần phải đào tạo nhân viên để vận hành và bảo trì robot một cách hiệu quả. Luận văn đề xuất sử dụng robot để gắp hàng vào tray thành phẩm, đây là một ứng dụng thực tế và có thể mang lại nhiều lợi ích.

4.1. Thiết kế lại quy trình sản xuất để tối ưu hiệu quả

Việc tích hợp robot vào dây chuyền sản xuất có thể đòi hỏi phải thiết kế lại quy trình sản xuất để tối ưu hóa hiệu quả và giảm thiểu thời gian chờ đợi. Cần phải phân tích kỹ lưỡng các bước trong quy trình sản xuất và xác định các điểm có thể cải thiện.

4.2. Đào tạo nhân viên về vận hành và bảo trì robot

Để đảm bảo robot hoạt động ổn định và hiệu quả, cần phải đào tạo nhân viên về vận hành và bảo trì robot. Nhân viên cần được trang bị kiến thức về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, và các quy trình bảo trì của robot.

4.3. Kết quả đạt được sau khi ứng dụng robot ABB 1200

Sau khi ứng dụng Robot ABB 1200 vào dây chuyền sản xuất, có thể đạt được nhiều kết quả tích cực, bao gồm tăng năng suất, giảm chi phí sản xuất, cải thiện độ chính xác và đồng đều của sản phẩm, và giảm thiểu rủi ro về an toàn lao động.

V. Kết Luận Tiềm Năng Phát Triển Của Robot Trong Sản Xuất Màn Hình

Việc ứng dụng robot trong sản xuất màn hình điện thoại mang lại nhiều tiềm năng phát triển. Với sự tiến bộ của công nghệ, robot ngày càng trở nên thông minh và linh hoạt hơn, có khả năng thực hiện các tác vụ phức tạp và đòi hỏi độ chính xác cao. Trong tương lai, robot có thể đóng vai trò quan trọng hơn trong việc tự động hóa toàn bộ quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.Cần tiếp tục nghiên cứu, phát triển chương trình điều khiển và truyền thông cho robot.

5.1. Xu hướng phát triển của robot công nghiệp trong tương lai

Trong tương lai, robot công nghiệp sẽ ngày càng trở nên thông minh và linh hoạt hơn, với khả năng học hỏi và thích nghi với môi trường làm việc. Robot cũng sẽ được trang bị các cảm biến và hệ thống thị giác máy tính tiên tiến hơn, cho phép chúng thực hiện các tác vụ phức tạp và đòi hỏi độ chính xác cao.

5.2. Vai trò của IIoT Industrial Internet of Things

IIoT (Industrial Internet of Things) sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các robot và thiết bị sản xuất khác nhau, cho phép chúng trao đổi thông tin và phối hợp hoạt động một cách hiệu quả. IIoT cũng sẽ giúp thu thập và phân tích dữ liệu sản xuất, từ đó giúp cải thiện quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

5.3. Hướng nghiên cứu tiếp theo về tích hợp robot và AI

Một hướng nghiên cứu đầy tiềm năng là tích hợp robot và trí tuệ nhân tạo (AI). AI có thể giúp robot tự động điều chỉnh quy trình sản xuất dựa trên dữ liệu thực tế và kinh nghiệm học được. AI cũng có thể giúp robot phát hiện và giải quyết các vấn đề sản xuất một cách nhanh chóng và hiệu quả.

VI. Hướng Dẫn Cách Giảm Chi Phí Đầu Tư Robot ABB 1200

Việc đầu tư vào robot công nghiệp có thể tốn kém, đặc biệt đối với các doanh nghiệp nhỏ và vừa. Tuy nhiên, có nhiều cách để giảm chi phí đầu tư, chẳng hạn như thuê robot, mua robot cũ, hoặc hợp tác với các nhà cung cấp dịch vụ robot. Ngoài ra, cần phải tính toán kỹ lưỡng thời gian hoàn vốn đầu tư robot và đảm bảo rằng việc đầu tư sẽ mang lại lợi ích kinh tế trong dài hạn.

6.1. So sánh chi phí giữa mua và thuê robot công nghiệp

Việc so sánh chi phí giữa mua và thuê robot công nghiệp giúp doanh nghiệp đưa ra quyết định phù hợp với tình hình tài chính và nhu cầu sản xuất. Thuê robot có thể giúp giảm chi phí đầu tư ban đầu, nhưng chi phí thuê có thể cao hơn trong dài hạn.

6.2. Tìm kiếm nhà cung cấp robot ABB uy tín với giá tốt

Việc tìm kiếm nhà cung cấp robot ABB uy tín với giá tốt giúp doanh nghiệp đảm bảo chất lượng sản phẩm và dịch vụ, đồng thời tiết kiệm chi phí đầu tư. Cần phải so sánh giá cả và dịch vụ của nhiều nhà cung cấp khác nhau trước khi đưa ra quyết định.

6.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian hoàn vốn đầu tư robot

Thời gian hoàn vốn đầu tư robot phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm chi phí đầu tư, năng suất sản xuất, chi phí lao động, và giá bán sản phẩm. Cần phải tính toán kỹ lưỡng các yếu tố này để đảm bảo rằng việc đầu tư sẽ mang lại lợi ích kinh tế trong dài hạn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự bùng nổ của thị trường thiết bị di động thông minh đặt ra yêu cầu khắt khe về độ chính xác và năng suất trong dây chuyền sản xuất màn hình Flexible OLED. Tại các tổ hợp công nghiệp quy mô lớn như Công ty TNHH Samsung Display Việt Nam, quy trình sản xuất tấm nền hiển thị đòi hỏi sự can thiệp của các hệ thống tự động hóa ở mức độ tuyệt đối. Màn hình Flexible OLED có kết cấu đa lớp siêu mỏng, rất nhạy cảm trước các tác động cơ học; do đó, các thao tác bốc dỡ và phân loại thủ công bộc lộ nhiều hạn chế về tốc độ, chi phí nhân công và đặc biệt là rủi ro làm nứt vỡ hoặc xước bề mặt panel.

Đề tài luận văn tập trung giải quyết bài toán tự động hóa công đoạn dỡ sản phẩm (Unloader) bằng việc thiết kế, xây dựng chương trình điều khiển và truyền thông cho cánh tay robot công nghiệp 6 bậc tự do ABB IRB 1200 kết hợp bộ điều khiển IRC5 Compact. Phạm vi nghiên cứu được triển khai thực nghiệm trực tiếp tại dây chuyền sản xuất màn hình điện thoại trong giai đoạn 2020-2021. Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là đồng bộ hóa truyền thông mạng công nghiệp giữa robot và hệ thống PLC điều khiển trung tâm, đồng thời phát triển giải pháp bàn kiểm tra (Jig Test) tích hợp cảm biến lực nhằm phát hiện sớm các hư hỏng cơ học trên cụm tay gắp hút chân không.

Ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu thể hiện qua việc tối ưu hóa năng suất xếp dỡ vào khay chứa 8 vị trí, kiểm soát hoàn toàn chu trình nạp 20 khay thành phẩm và giảm thiểu tỷ lệ phế phẩm do đâm rách màn hình xuống mức 0%. Với độ lặp lại vị trí đạt 0.02 mm cùng tải trọng nâng 5 kg và tầm với 901 mm của robot ABB IRB 1200, giải pháp mang lại bước tiến vượt bậc trong nâng cao chỉ số hiệu suất thiết bị toàn phần và đảm bảo an toàn tuyệt đối cho quy trình sản xuất công nghệ cao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên ba trụ cột lý thuyết chuyên ngành Cơ điện tử và Tự động hóa:

Thứ nhất là lý thuyết động học và điều khiển robot công nghiệp chuỗi hở 6 trục, áp dụng trực tiếp cho dòng robot ABB IRB 1200 kết hợp không gian làm việc an toàn WorldZone. Khái niệm phân vùng WorldZone cho phép giám sát tọa độ thời gian thực của điểm tâm công cụ (Tool Center Point) trong hệ tọa độ làm việc (Workobject - wobjdata), ngăn ngừa nguy cơ va chạm cơ khí khi robot di chuyển về điểm gốc (pHome).

Thứ hai là lý thuyết truyền thông mạng công nghiệp bus trường phân tán. Hệ thống tích hợp giao thức CC-Link tốc độ cao của hãng Mitsubishi với giao thức DeviceNet Lean của bộ điều khiển ABB IRC5 thông qua bo mạch chuyển đổi DSQC378B. Kiến trúc này cho phép quản lý luồng dữ liệu vào/ra phân tầng với cấu hình 4 trạm chiếm dụng (OccStat = 4), truyền tải tối đa 112 bit dữ liệu nhị phân hoặc 368 bit dữ liệu hỗn hợp.

Thứ ba là lý thuyết biến đổi áp trở của màng polyme dẫn điện trong cảm biến lực FSR 402. Cảm biến hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở nghịch đảo theo độ lớn áp lực đè trong dải đo từ 0.1 N đến 10000 N, phục vụ việc đánh giá độ đàn hồi của lò xo nhún trên tay gắp. Ba khái niệm trung tâm chi phối toàn bộ giải pháp gồm: cấu trúc 5 lớp của màn hình Flexible OLED (Cover Glass, Circular Polarizer, Transparent Encapsulation, Plastic TFT OLED và Heat Sink), tính năng điều khiển vị trí tuyệt đối SSCNET III/H và thuật toán định vị khay chứa ma trận.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp chặt chẽ giữa mô phỏng số học và thực nghiệm công nghiệp trên thiết bị thực tế. Cỡ mẫu thực nghiệm bao gồm 5 bộ tay gắp bị biến dạng cơ học (lỗi kẹt lò xo gây sự cố đâm vỡ panel trong thực tế) và 10 bộ tay gắp đạt tiêu chuẩn vận hành, được thu thập trực tiếp tại dây chuyền sản xuất của nhà máy. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu có chủ đích dựa trên lịch sử lỗi cơ điện tử nhằm xác định chính xác ngưỡng áp lực cảnh báo (Alarm Threshold).

Quy trình phân tích dữ liệu ứng dụng mạch vi điều khiển Arduino Mega 2560 trang bị bộ chuyển đổi ADC 10-bit trên xung nhịp 16 MHz để đọc liên tục tín hiệu điện áp từ 4 đầu cảm biến FSR 402 gắn tại Jig Test. Hệ số áp lực được so sánh với ngưỡng cài đặt để xuất tín hiệu số nhị phân (0 hoặc 1) qua mạch rơ le đến PLC.

Thời gian nghiên cứu và hoàn thiện hệ thống kéo dài liên tục 12 tháng (từ tháng 1 năm 2020 đến tháng 1 năm 2021). Lý do lựa chọn phương pháp tích hợp phần mềm RobotStudio, GX Works2 và GP Pro-EX là nhằm đảm bảo khả năng tương thích thời gian thực, cho phép mô phỏng ngoại tuyến (Offline Programming) trước khi nạp mã lệnh điều khiển RAPID vào bộ điều khiển thực tế, loại trừ 100% rủi ro gián đoạn dây chuyền đang hoạt động.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thực nghiệm tích hợp phần cứng và lập trình điều khiển đã mang lại 4 phát hiện công nghệ nổi bật:

Thứ nhất, việc cấu hình cầu nối truyền thông giữa module CC-Link QJ61BT11 (PLC) và bo mạch DSQC378B (Robot ABB) ở tốc độ truyền 10 Mbps giúp rút ngắn độ trễ trao đổi dữ liệu xuống dưới 0.888 ms trên mỗi chu kỳ truyền lệnh, đảm bảo tính đồng bộ hoàn hảo giữa tín hiệu gắp chân không và chuyển động trục robot.

Thứ hai, thuật toán chia vùng an toàn với 2 phân vùng WorldZone (WorldZone 1 và WorldZone 2) kết hợp chương trình con rZone tự động kích hoạt ngay khi cấp nguồn đã giải quyết triệt để sự cố mất tọa độ, giảm 45% thời gian đưa robot về điểm gốc an toàn so với thao tác chỉnh tay truyền thống.

Thứ ba, bàn kiểm tra Jig Test trang bị 4 cảm biến FSR 402 đạt độ nhạy đo lực 0.1 N, phát hiện chính xác 100% trạng thái kẹt nhún lò xo của 5 bộ tay gắp thử nghiệm ngay sau chu kỳ gắp 8 tấm panel, triệt tiêu hoàn toàn nguy cơ phát sinh lỗi đâm panel hàng loạt.

Thứ tư, thuật toán xếp dỡ tối ưu hóa vị trí ma trận khay chứa 8 vị trí dựa trên phép tính số học số cột col = (vitri - 1) MOD 4 và số hàng row = (vitri - 1) DIV 4 giúp hoàn thành chu trình gắp thả một khay trong 12 giây, đáp ứng tải liên tục 20 khay thành phẩm trong một mẻ vận hành tự động của cụm Unloader.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi gây ra lỗi đâm rách bề mặt màn hình trong các dây chuyền tự động hóa nằm ở hiện tượng suy giảm đàn hồi hoặc kẹt cơ học của thân tay gắp sau thời gian dài chịu áp lực hút chân không. Khi lò xo không thể co giãn mềm, phản lực tác động lên tấm nền OLED vượt ngưỡng giới hạn cơ học của lớp Transparent Encapsulation mỏng manh.

So với các phương pháp kiểm tra định kỳ bằng mắt thường của công nhân thường để lọt từ 15 đến 20 sản phẩm lỗi trước khi phát hiện, giải pháp tích hợp Jig Test tự động kích hoạt sau mỗi 8 chu kỳ gắp giúp cô lập sự cố ngay tại thời điểm phát sinh.

Dữ liệu quan sát thực nghiệm có thể được trình bày tường minh qua biểu đồ đường cong đặc tính giữa lực tác dụng (Newton) và điện áp ngõ ra của cảm biến FSR 402, kết hợp bảng ma trận trạng thái vào/ra (I/O Mapping Table) giữa thanh ghi D2000-D2006 của PLC Q06UDV và các biến tín hiệu RAPID (CI_Get, CO_Get_Comp, CI_VAC_OK). Kết quả này khẳng định tính ổn định vượt trội của hệ thống điều khiển kết nối mạng công nghiệp so với các hệ thống điều khiển rời rạc.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu thực chứng, 4 giải pháp công nghệ cụ thể được đề xuất nhằm duy trì và nhân rộng hiệu quả hệ thống:

Thứ nhất, thiết lập quy trình kiểm chuẩn định kỳ độ nhạy cảm biến FSR 402 trên bàn Jig Test nhằm duy trì sai số áp lực dưới mức 0.05 N, thực hiện định kỳ 30 ngày một lần bởi đội ngũ kỹ sư bảo trì tự động hóa.

Thứ hai, tối ưu hóa quỹ đạo chuyển động nội suy trong mã lệnh RAPID bằng cách tinh chỉnh các thông số tooldata và wobjdata, hướng đến mục tiêu cắt giảm từ 8% đến 10% tổng thời gian chu kỳ di chuyển gắp thả trên mỗi khay sản phẩm, hoàn thành trong quý 2 bởi nhóm kỹ sư lập trình robot.

Thứ ba, nâng cấp giao diện giám sát HMI Pro-face GP4402WAW sang chuẩn truyền thông Ethernet SLMP thời gian thực, hiển thị trực quan thông số lực ép của 100% chu kỳ kiểm tra và tự động lưu trữ nhật ký vận hành trong 365 ngày, triển khai trong vòng 6 tháng bởi bộ phận kỹ thuật điều khiển.

Thứ tư, mở rộng cấu hình mạng truyền thông CC-Link trên module QJ61BT11 để kết nối đồng bộ tối đa 16 cánh tay robot ABB trên cùng một line sản xuất (tận dụng tối đa dung lượng 64 trạm mạng công nghiệp), thực hiện theo lộ trình 12 tháng do ban quản lý dự án tự động hóa nhà máy chủ trì.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn chuyên sâu cho 4 nhóm đối tượng chính:

Thứ nhất, kỹ sư tích hợp hệ thống tự động hóa và lập trình robot công nghiệp: Cung cấp tài liệu hướng dẫn chuẩn xác về phương pháp cấu hình cổng giao tiếp DSQC378B giữa PLC Mitsubishi và robot ABB 6 trục, cùng kỹ thuật phân vùng an toàn WorldZone trong môi trường RobotStudio.

Thứ hai, kỹ sư kiểm soát chất lượng (QA/QC) trong ngành sản xuất màn hình điện tử và bán dẫn: Tiếp cận mô hình thiết kế đồ gá Jig Test tự động ứng dụng cảm biến lực FSR 402 để kiểm soát chất lượng tay hút cơ khí, loại trừ rủi ro gây xước bề mặt linh kiện siêu mỏng.

Thứ ba, giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Kỹ thuật Cơ điện tử: Làm tài liệu tham khảo giá trị cho các học phần điều khiển chuyển động đa trục, mạng truyền thông công nghiệp và phương pháp xử lý tín hiệu cảm biến thông qua vi điều khiển Arduino.

Thứ tư, giám đốc kỹ thuật và nhà quản lý vận hành nhà máy sản xuất thông minh: Cung cấp luận cứ thực nghiệm vững chắc để xây dựng dự án đầu tư tự động hóa các công đoạn Unloader/Loader, góp phần nâng cao hiệu suất OEE và cắt giảm chi phí nhân công vận hành.

Câu hỏi thường gặp

• Tại sao hệ thống cần tích hợp đồng thời bộ điều khiển IRC5 Compact và PLC Mitsubishi Q06UDV? Bộ điều khiển IRC5 Compact chịu trách nhiệm tính toán động học nội suy phức tạp cho 6 trục của robot ABB IRB 1200 với độ chính xác 0.02 mm. Trong khi đó, PLC Q06UDV đóng vai trò là bộ điều khiển trung tâm toàn dây chuyền, điều phối nhịp nhàng các cụm cơ cấu chấp hành ngoại vi như băng tải nạp liệu, động cơ servo HG-KR43B công suất 400W của cụm nâng hạ khay và giao tiếp với hệ thống thị giác máy Vision.

• Giải pháp phân vùng WorldZone giải quyết bài toán an toàn chuyển động cho robot như thế nào? Bằng cách định nghĩa 2 phân vùng WorldZone 1 và WorldZone 2 cùng chương trình con rZone tự động chạy khi bật nguồn, hệ thống luôn xác định chính xác tọa độ hiện thời của robot. Khi có tín hiệu yêu cầu trở về gốc (rhome), robot tự động chọn chuỗi điểm tiếp cận trung gian phù hợp (pwait, papp2, papp1) để tránh va chạm cơ khí 100% với băng tải hoặc cụm Unloader.

• Cảm biến lực FSR 402 phát hiện lỗi kẹt đàn hồi của tay gắp hút chân không theo nguyên lý nào? Khi robot ép tay gắp xuống Jig Test sau chu kỳ 8 sản phẩm, cảm biến FSR 402 đo áp lực tác động dựa trên sự thay đổi điện trở trong dải đo 0.1 N đến 10000 N. Bộ vi điều khiển Arduino Mega 2560 đọc tín hiệu ADC 10-bit; nếu áp lực vượt ngưỡng Alarm đã hiệu chuẩn từ 5 mẫu tay gắp hỏng, hệ thống lập tức xuất tín hiệu báo động dừng máy để ngăn ngừa đâm vỡ panel.

• Giao thức truyền thông giữa CC-Link của PLC và DeviceNet Lean của Robot ABB được thiết lập ra sao? Hệ thống sử dụng bo mạch chuyển đổi DSQC378B đóng vai trò thiết bị thông minh trên mạng CC-Link. Cấu hình phần cứng thiết lập ở chế độ OccStat = 4 và tốc độ truyền 10 Mbps, cung cấp không gian truyền nhận 112 bit dữ liệu số hoặc 368 bit dữ liệu hỗn hợp, cho phép PLC và Robot trao đổi liên tục các lệnh điều khiển gắp thả và mã tọa độ gia công.

• Thuật toán định vị xếp sản phẩm vào khay chứa 8 vị trí được tính toán và thực thi như thế nào? Vị trí thả hàng từ 1 đến 8 được PLC gửi tới thanh ghi D2006 của robot. Chương trình RAPID sử dụng toán tử số học nguyên col = (vitri - 1) MOD 4 để xác định số cột và row = (vitri - 1) DIV 4 để xác định số hàng trên khay ma trận, từ đó tự động tính toán tọa độ dịch chuyển chính xác tới điểm punload1up trong chu kỳ trung bình 12 giây một khay.

Kết luận

• Nghiên cứu đã thiết kế và tích hợp thành công hệ thống điều khiển tự động cho robot ABB IRB 1200 đạt độ lặp lại chính xác 0.02 mm trong quy trình sản xuất màn hình Flexible OLED.
• Xây dựng hoàn chỉnh mạng truyền thông công nghiệp tốc độ cao 10 Mbps giữa PLC Mitsubishi Q06UDV và bộ điều khiển IRC5 Compact thông qua giao tiếp DSQC378B.
• Phát triển giải pháp Jig Test ứng dụng cảm biến lực FSR 402 và vi điều khiển Arduino Mega 2560, phát hiện chính xác 100% các sự cố kẹt nhún lò xo tay gắp sau mỗi chu kỳ 8 tấm panel.
• Tối ưu hóa chu trình gắp thả khay thành phẩm 8 vị trí trong 12 giây, đáp ứng năng lực bốc dỡ tự động 20 khay liên tục cho cụm thiết bị Unloader.
• Đưa tỷ lệ lỗi nứt vỡ panel do tác động cơ học về mức 0 ppm, nâng cao rõ rệt chất lượng xuất xưởng và mức độ tự động hóa cho nhà máy sản xuất.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là cung cấp một giải pháp công nghệ toàn diện từ lý thuyết truyền thông công nghiệp đến thực nghiệm kiểm soát lực tự động, giải quyết triệt để bài toán bảo vệ sản phẩm công nghệ cao trong môi trường phòng sạch. Trong giai đoạn phát triển tiếp theo từ năm 2022 đến năm 2023, hệ thống cần được tích hợp thêm công nghệ thị giác máy 3D và thuật toán trí tuệ nhân tạo để nhận diện biến dạng vi mô trên bề mặt panel. Các kỹ sư và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực Cơ điện tử có thể kế thừa trực tiếp mô hình này để nâng cấp toàn diện các dây chuyền tự động hóa sản xuất linh kiện điện tử chính xác.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Trong những năm gần đây điện thoại thông minh đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống của con ngƣời. Với những tính năng và các ứng dụng điện thoại thông minh đem lại, nó đang đƣợc sử dụng vô cùng rộng rãi. Cùng với đó, là các hãng sản xuất điện thoại đang ngày càng phát triển các dòng điện thoại thông minh hơn, quy mô sản xuất và quy trình sản xuất ngày càng hiện đại hơn. Ở Việt Nam, do các chính sách tốt nên đã thu hút rất nhiều nhà sản xuất điện thoại, một trong số đó có Samsung Display.

Trong quy trình sản xuất của mình, Samsung Display Việt Nam luôn hƣớng tới sự tối ƣu, tự động hóa. Qua đó có thể hạn chế đƣợc lỗi sản phẩm, để đến tay khách hàng là những sản phẩm tuyệt vời nhất. Việc sử dụng robot để thay thế con ngƣời trong quy trình sản xuất màn hình điện thoại là một điều tất yếu, nó hƣớng đến sự tối ƣu trong sản xuất, nâng cao mức độ tự động hóa cho nhà máy. Nhƣng hiện nay trong nhà máy, còn nhiều công đoạn còn thủ công, chƣa sử dụng robot, chất lƣợng chƣa đƣợc nâng cao.

Chính vì vậy tôi quyết định lựa chọn đề tài: ” Nghiên cứu xây dựng chƣơng trình điều khiển và truyền thông cho robot ABB 1200 nhằm nâng cao chất lƣợng cho quy trình sản suất màn hình điện thoại”. Mục đích nghiên cứu Ghép nối robot với hệ thống gắp nhả sản phẩm có thể ứng dụng và phát triển trong nhà máy Samsung Display Việt Nam. Xây dựng chƣơng trình điều khiển và truyền thông cho robot. Nghiên cứu cách kiểm tra tình trạng các tay gắp hút trên tay robot để ngăn chặn lỗi phát sinh.

Đối tƣợng nghiên cứu Phần cứng hệ thống gắp nhả sản phẩm Robot ABB IRB1200 Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực tế. Nội dung của luận văn Luận văn bao gồm 4 chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan Chƣơng 2: Cấu trúc phần cứng của hệ thống Chƣơng 3: Phần mềm ` 9 Chƣơng 4: Tích hợp hệ thống hoạt động Trong luận văn các kết quả đƣợc chọn lọc, phân tích, các phƣơng án đƣa ra phù hợp với hệ thống thiết bị thực tế. Vì một số lý do bảo mật của công ty nên một số hình ảnh sản phẩm, hệ thống thiết bị thực tế không đƣợc trình bày. Luận văn có sử dụng các phần mềm hỗ trợ cho công việc nhƣ: RobotStudio, GX- Work2, GP- Pro EX, Arduino, MS Office … để thực hiện đề tài.

` 10 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về quy trình sản xuất điện thoại Hiện nay công nghệ sản xuất màn hình điện thoại rất đa dạng, có nhiều công nghệ nhƣ LCD, TFT – LCD, Super LCD, OLED(gồm Flexible OLED và Rigid OLED), AMOLED… Trong bài luận văn này tôi xin giới thiệu tổng quan về công nghệ Flexible OLED. OLED (Organic Light Emitting Diode) là một diode phát sáng (LED), trong đó lớp phát ra ánh sáng đƣợc làm bằng hợp chất hữu cơ. Một màn hình OLED không yêu cầu đèn nền, do đó nó làm giảm điện năng tiêu thụ cũng nhƣ hiển thị màu đen tốt hơn và không giống nhƣ màn hình LCD. Một trong những lợi thế của màn hình OLED là màu sắc sống động, góc nhìn rộng hơn, cải thiện độ sáng và hiệu quả năng lƣợng tốt hơn.

1 Cấu tạo màn hình Flexible OLED Cover Glass là lớp kính cứng bảo vệ màn hình bên ngoài cùng. Circular Polarizer là lớp phim giúp tăng khả năng nhìn ngoài trời của màn hình. Transparent Encapsulation là lớp phin trong suốt bảo vệ lớp plastic TFT bên dƣới. Plastic TFT backplane with OLED là tấm Panel đã đƣợc tích hợp các diode phát quang hữu cơ, đây là thành phần cơ bản của màn hình.