Tự động hóa đang ghi nhận những bước tiến mạnh mẽ trong lĩnh vực sản xuất nội thất. Đối với từng công đoạn gia công riêng biệt, các trung tâm gia công CNC công suất cao ngày càng được ứng dụng rộng rãi, tiêu biểu như hệ thống của HOMAG Bohrsysteme. Mới đây, công ty đã triển khai giải pháp tự động hóa toàn diện quanh một trung tâm gia công CNC dọc với hệ thống xử lý robot cho MAB Möbel tại Thụy Sĩ. Nhờ phần mềm thị giác máy MVTec HALCON, robot có khả năng nhận diện, lấy các chi tiết gỗ từ một chồng vật liệu được xếp ngẫu nhiên, đưa vào trung tâm gia công và lấy ra sau khi hoàn tất quá trình xử lý.
Giống như nhiều ngành công nghiệp khác, ngành chế biến gỗ đang đối mặt với nhiều thách thức như bảo đảm chất lượng, tiềm năng nâng cao hiệu suất chưa tận dụng hết, cùng tình trạng thiếu hụt nhân lực lành nghề. Một hướng đi phù hợp là tăng cường tự động hóa. Tự động hóa giúp giảm thiểu sai sót, nâng cao chất lượng và cải thiện hiệu quả vận hành. Ngoài ra, năng suất sản xuất cũng được gia tăng và đẩy nhanh nhờ máy móc có thể hoạt động liên tục 24/7, đồng thời kiểm soát chất lượng với tốc độ và độ chính xác vượt trội so với con người. Cuối cùng, nguồn nhân lực ngày càng khan hiếm có thể được phân bổ hiệu quả hơn khi các công việc lặp đi lặp lại, mang tính thể chất nặng nhọc được tự động hóa.
HOMAG Bohrsysteme đã phát triển một giải pháp tự động hóa toàn diện nhằm giải quyết các vấn đề nêu trên. Là một thành viên của Tập đoàn HOMAG, công ty cung cấp cho khách hàng trong lĩnh vực chế biến gỗ đa dạng lựa chọn hỗ trợ thông qua các thiết bị và hệ thống công nghệ cao. Danh mục sản phẩm của họ bao gồm trung tâm gia công CNC, máy khoan xuyên tâm, máy khoan và cắm chốt, cũng như các máy chuyên dụng cho kỹ thuật khoan và lắp bộ phận.
Giải pháp mới được thiết kế tập trung vào việc tự động hóa hoàn toàn quá trình tải liệu cho trung tâm gia công CNC dọc. Trung tâm của hệ thống là một robot có khả năng nhận diện và lấy chi tiết gỗ từ chồng vật liệu, chuyển vào máy CNC, đồng thời lấy ra và đặt lại sau khi gia công. Điểm đặc biệt là tất cả chi tiết gỗ đều mang tính cá thể cao, với hình dạng và kích thước không được biết trước, đồng thời chúng được xếp chồng một cách ngẫu nhiên. Hơn nữa, mỗi chi tiết gỗ yêu cầu vị trí khoan riêng biệt, dữ liệu này được mã hóa trong mã vạch dán trên vật liệu.
Thị giác máy đóng vai trò then chốt giúp quá trình xử lý diễn ra hoàn toàn tự động bất chấp những thách thức trên. Nhờ phần mềm MVTec HALCON, robot có thể nhận diện chính xác từng chi tiết và thao tác an toàn. Phần mềm vận hành đa dạng thuật toán đồng thời giải mã thông tin mã vạch, truyền tải dữ liệu tới máy CNC để thực hiện các thao tác khoan chính xác theo yêu cầu.
Tự động hóa hoàn toàn một công đoạn đòi hỏi nhiều lao động
HOMAG đã triển khai một hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh tại xưởng mộc của MAB Möbel AG. Công ty có trụ sở tại Muotathal, Thụy Sĩ, được biết đến với các sản phẩm nội thất chất lượng từ năm 1951, dựa trên các nguyên tắc thiết kế và thân thiện với môi trường.
“Chúng tôi muốn tiếp tục phát triển bằng các giải pháp thực sự mang lại giá trị. Việc nâng cấp hệ thống với chức năng quét laser và xử lý chồng vật liệu ngẫu nhiên chính là đột phá mà chúng tôi mong đợi. Điều này giúp hệ thống đáp ứng được mục tiêu sản xuất với kích thước lô là 1 – đây cũng là tiền đề để tự động hóa trở nên có ý nghĩa với chúng tôi,” ông Luca Zingg, thành viên ban giám đốc phụ trách phát triển doanh nghiệp tại MAB chia sẻ.
Trước đó, nhân viên phải đảm nhiệm việc lấy từng chi tiết, quét mã vạch, đặt vào máy CNC và sau đó dỡ vật liệu lên pallet khác. Công việc lặp đi lặp lại sau nhiều giờ trở nên mệt mỏi về thể chất, đồng thời không tối ưu về mặt hiệu quả kinh doanh.
Tobias Schwarz, Giám đốc cấp cao phụ trách phát triển sản phẩm tại HOMAG Bohrsysteme, cho biết mục tiêu tự động hóa: “MAB đặt mục tiêu tăng năng suất, bố trí nhân sự hiệu quả hơn – đặc biệt ở các vị trí ít mang tính thể chất hơn – đồng thời giảm chi phí vận hành.
Một lợi thế nữa của quy trình tự động hóa toàn phần là không cần phải sắp xếp vật liệu trước khi gia công bởi hệ thống có khả năng xử lý các chồng vật liệu ngẫu nhiên. Điều này giúp tiết kiệm thời gian cho các công đoạn trước đó, góp phần nâng cao năng suất tổng thể.”
Thử thách khi triển khai là phải phát triển một giải pháp hoàn toàn mới bởi trên thị trường trước đó chưa có sản phẩm tương tự. Đặc biệt hệ thống thị giác máy phải đối mặt với nhiều khó khăn: đa dạng hình dạng, màu sắc bề mặt vật liệu; khả năng vận hành chính xác trong điều kiện ánh sáng chan hòa không đồng đều – yếu tố mà các hệ thống thị giác kém hơn có thể gặp khó khăn trong việc xác định vị trí vật liệu chính xác; cùng kỹ thuật phân tách bề mặt các tấm gỗ phẳng cũng đòi hỏi chuyên môn cao.
“Dù có nhiều thử thách, chúng tôi xác định rằng thị giác máy là nền tảng bắt buộc cho một giải pháp tự động hóa toàn diện. Chúng tôi cần dạy cho robot biết cách ‘nhìn’. Các công nghệ khác, như cảm biến đơn lẻ, về mặt thực tiễn gần như không khả thi, đặc biệt về yếu tố tốc độ vận hành,” ông Schwarz lý giải.
Trang bị khả năng nhận diện chi tiết gỗ riêng biệt cho robot
Ứng dụng được cấu thành bởi nhiều thành phần phần cứng chuyên dụng. Trụ cột là robot sáu trục. Bộ kẹp chân không được sử dụng làm công cụ cuối cùng. Trên cánh tay robot còn gắn thêm máy quét laser 3D. Quá trình khoan diễn ra tại trung tâm gia công CNC DRILLTEQ V-310 của HOMAG, cung cấp đa dạng tùy chọn gia công chính xác các chi tiết gỗ.
Phần mềm thị giác máy được HOMAG lựa chọn là MVTec HALCON. “Chúng tôi đã làm việc với phần mềm của MVTec một thời gian dài. HALCON sở hữu kho thư viện thao tác thị giác phong phú, cho phép triển khai gần như mọi ứng dụng thị giác máy một cách tin cậy. Ngoài ra, phần mềm rất linh hoạt trong việc tích hợp các phần cứng khác nhau. Và khi gặp vấn đề kỹ thuật, chúng tôi có thể dễ dàng liên hệ với đội ngũ hỗ trợ của MVTec,” ông Schwarz chia sẻ về lý do lựa chọn.
Trong quy trình sản xuất tại MAB, nhân viên đặt các chi tiết gỗ lên một chồng vật liệu không biết trước về số lượng và được xếp ngẫu nhiên. Robot sẽ di chuyển qua bề mặt chồng vật liệu để máy quét laser 3D quét từ trên xuống, tạo ra một đám mây điểm 3D – đại diện ba chiều cực kỳ chính xác của các đối tượng với nhiều điểm dữ liệu riêng biệt.
Sau khi thu nhận hình ảnh, phần mềm MVTec HALCON trích xuất lớp trên cùng của chi tiết gỗ từ đám mây điểm 3D, xác định vị trí Lĩnh vực chính xác từng chi tiết riêng biệt. Thuật toán sắp xếp vật liệu sẽ tính toán thứ tự tối ưu mà robot nên lấy chi tiết, đảm bảo chồng vật liệu không bị sập do lấy vật liệu không cân bằng. Robot bắt đầu hoạt động theo thứ tự đó, lấy chi tiết và chuyển vào trung tâm gia công CNC. Trước lúc này, máy quét 3D cũng chụp một ảnh 2D mã vạch. HALCON đọc mã và truyền thông tin về máy CNC.
Chi tiết gỗ được gia công dựa trên thông tin này, sau đó robot sẽ lấy lại chi tiết và đặt lên chồng vật liệu đích.
Đa dạng tác vụ xử lý hình ảnh
“Chúng tôi nhận thấy thị giác máy ngày càng được ứng dụng phổ biến trong ngành chế biến gỗ và các xưởng mộc. Phần mềm MVTec HALCON cung cấp nhiều phương pháp đa dạng – ví dụ cho các nhiệm vụ kiểm tra hay hợp tác cùng robot – góp phần bền vững cho tự động hóa và số hóa ngành này,” ông Jan Gärtner, Quản lý Sản phẩm HALCON tại MVTec, nhận định.
Để robot trong hệ thống của MAB hoạt động tự chủ và nắm bắt chính xác, phần mềm phải thực hiện nhiều nhiệm vụ. Trước tiên, MVTec HALCON chuyển đổi đám mây điểm 3D thành dữ liệu để xử lý tiếp theo. Phần mềm sử dụng mô hình đối tượng 3D làm cơ sở xây dựng hệ tọa độ trong hệ thống nhận dạng máy, sau đó truyền dữ liệu này cho robot.
Các thao tác HALCON xác định khoảng cách từ đầu kẹp đến pallet, tính toán lớp trên cùng của chi tiết gỗ, cuối cùng xác định vị trí chính xác từng chi tiết. Vị trí này được tích hợp vào hệ tọa độ HALCON và truyền cho robot vận hành.
Trong quá trình quét 3D lớp trên cùng, máy cũng ghi nhận hình ảnh 2D. HALCON sử dụng ảnh này để đọc mã vạch dán trên từng chi tiết. Thách thức nằm ở chỗ ảnh thu được có kích thước lớn trong khi vùng mã vạch lại nhỏ tương ứng. Việc đọc các mã nhỏ như vậy là thử thách lớn đối với bất kỳ phần mềm xử lý hình ảnh công nghiệp nào.
“Phần xử lý hình ảnh không hề đơn giản. Vì tính chất phẳng của các tấm gỗ, chúng tôi phải kết hợp cả các phương pháp 2D và 3D, điều này có thể thực hiện tốt nhờ HALCON và giúp đơn giản hóa đáng kể việc triển khai,” ông Schwarz giải thích.
Hệ thống đã chính thức đi vào vận hành tại MAB Möbel AG vào mùa hè năm 2025. “Nhờ sự phối hợp chặt chẽ với các đối tác liên quan, chúng tôi đã nhanh chóng đạt được kết quả rất tốt ngay khi chạy thử. Hệ thống hiện vận hành rất ổn định, điều này làm chúng tôi rất hài lòng và tạo sự tự tin cho tương lai,” ông Luca Zingg cho biết.
“Mức độ tự động hóa tăng cao giúp giảm tải đáng kể cho MAB, vì nhân viên trước đây thực hiện công việc này có thể tập trung vào các nhiệm vụ quan trọng hơn. Đồng thời, giải pháp này đánh dấu bước tiến quan trọng, cho phép chúng tôi nâng cao đáng kể mức độ tự động hóa của các máy móc chủ lực, qua đó cung cấp thêm giá trị gia tăng cho khách hàng,” ông Tobias Schwarz tiếp tục: “Thị giác máy đóng vai trò thiết yếu trong việc thúc đẩy tự động hóa, là công nghệ then chốt. Qua sự hợp tác với MVTec, chúng tôi thấy cơ hội mang đến cho khách hàng các giải pháp tối ưu và đáng tin cậy.”