Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công thiết bị kiểm tra khuyết tật bề mặt gạch trên dây chuyền sản xuất gạch bán sứ, giúp loại bỏ sản phẩm lỗi trong quá trình sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm.
Việc phát triển nhanh chóng ngành xây dựng để đáp ứng tốc độ đô thị hoá ở Việt Nam đã kéo theo nhu cầu sử dụng các loại vật liệu xây dựng chất lượng cao gia tăng. Trong đó, gạch ốp lát là một trong những vật liệu đóng vai trò quan trọng. Hiện nay, các công nghệ mới nhất, tiên tiến nhất trong lĩnh vực tự động hóa như công nghệ xử lý ảnh, robot công nghiệp, trí tuệ nhân tạo (AI) đang được sử dụng ngày càng phổ biến trong ngành sản xuất gạch ốp lát.
Tuy vậy, việc tiếp cận các công nghệ mới chỉ được triển khai ở những nước có trình độ khoa học công nghệ phát triển mạnh, còn tại Việt Nam mặc dù hầu hết các doanh nghiệp sản xuất gạch đã được sản xuất trên dây chuyền tương đối hiện đại nhưng không có nhiều công nghệ mới dẫn đến năng suất, chất lượng chưa thể bằng các doanh nghiệp đã được đầu tư. Do đó, Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp đã được Bộ Công Thương giao thực hiện “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị kiểm tra khuyết tật bề mặt gạch trên dây chuyền sản xuất gạch bán sứ”. Nhiệm vụ do Kĩ sư Nguyễn Tiến Hùng làm chủ nhiệm.
Thiết bị kiểm tra khuyết tật bề mặt gạch do nhóm các nhà khoa học Viện IMI nghiên cứu, thiết kế và chế tạo (Ảnh: Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp
Nhiệm vụ được triển khai nhằm mục tiêu nghiên cứu làm chủ quy trình ứng dụng mã nguồn mở để xây dựng giao diện và chương trình điều khiển tự động cho thiết bị kiểm tra khuyết tật gạch bán sứ (màu sắc, nứt, vỡ, kích thước...). Đồng thời, xây dựng thuật toán và phần mềm chuyên dùng cho thiết bị kiểm tra khuyết tật gạch bán sứ. Xây dựng đội ngũ chuyên gia, cán bộ kỹ thuật chuyên sâu cho ngành gạch men.
Trong quá trình thực hiện nhiệm vụ, nhóm tác giả đã tiến hành đánh giá tổng quan các thông tin về gạch bán sứ để tìm ra công nghệ chế tạo thiết bị kiểm tra khuyết tật bề mặt gạch hiệu quả nhất. Theo đó, gạch xương bán sứ (hay còn gọi là gạch Semi-Porcelain) là loại gạch được cấu tạo từ thành phần cốt liệu chính là bột đá giống gạch granite nhưng bề mặt gạch được phủ một lớp men giống gạch ceramic. Đây chính là loại gạch nằm giữa granite và ceramic, có độ hút nước từ 0,5% đến 3%. Về cấu tạo, gạch có 2 phần: xương gạch và lớp men phủ trên bề mặt (đặc điểm này giống với gạch ceramic). Thành phần của gạch bao gồm 70% bột đá, 30% đất sét tinh chế và phụ gia.
Nhóm nghiên cứu cho biết, việc kiểm tra chất lượng gạch chủ yếu dựa trên việc kiểm tra 03 yếu tố gồm kích thước gạch, độ phẳng bề mặt gạch và lỗi trên bề mặt gạch. Trong đó, kích thước gạch được kiểm tra theo chiều dài, chiều rộng và đường chéo của viên gạch. Nếu viên gạch đạt kích thước chuẩn thì cần đạt độ vuông góc và kích thước hai cạnh chuẩn. Để thực hiện điều này, nhóm nghiên cứu đưa ra giải pháp sử dụng cảm biến quang phản xạ phát hiện vị trí mép viên gạch kết hợp.
Thiết bị kiểm tra khuyết tật gạch (bên trái) và gạch lỗi được đánh dấu (bên phải). (Ảnh: vista.gov.vn)
Để kiểm tra độ phẳng bề mặt gạch, việc thực hiện được xác định bằng cách đo chiều dày của lớp men kính trong suốt trên bề mặt gạch. Nếu độ dày này đồng nhất trong toàn bộ quá trình đo thì bề mặt gạch đạt tiêu chuẩn về độ phẳng. Theo đó, nhóm nghiên cứu sử dụng hàng cảm biến laser để đo khoảng cách tại các vị trí cách đều nhau theo cạnh viên gạch. Trong khi đó, các khuyết tật hay mắc phải trên bề mặt gạch xảy ra trong quá trình nung gặp phải là bề mặt có vết nứt hoặc sùi. Do đó, để kiểm tra lỗi trên bề mặt gạch, nhóm nghiên cứu áp dụng giải pháp sử dụng camera soi bề mặt và đưa dữ liệu về bộ xử lý trung tâm.
Sau khi xác định được các công nghệ kiểm tra khuyết tật gạch bán sứ, nhóm nghiên cứu tiến hành thiết kế phần cơ khí và thiết kế hệ thống điện điều khiển máy kiểm tra khuyết tật gạch. Trên cơ sở đó, thiết kế phần mềm điều khiển và phần mềm xử lý ảnh cho thiết bị kiểm tra khuyết tật gạch. Trong đó, phần mềm điều khiển được thiết kế với các chức năng như chức năng xử lý ảnh, nhận dạng gạch lỗi, đào tạo (Training) các loại gạch mẫu...
Sau một năm nghiên cứu, KS Nguyễn Tiến Hùng và các cộng sự đã nghiên cứu thành công công nghệ xử lý ảnh ứng dụng trong ngành sản xuất gạch bán sứ, cũng như nghiên cứu được cấu hình điều khiển kèm hệ thống cơ khí phù hợp với yêu cầu đề ra. Trên cơ sở đó, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công thiết bị kiểm tra khuyết tật gạch và ứng dụng vào dây chuyền sản xuất; và thử nghiệm đánh giá và hiệu chuẩn thiết bị đáp ứng được yêu cầu đề ra của nhiệm vụ và đơn vị ứng dụng.
Bộ sản phẩm hoàn thiện sau khi thực hiện nhiệm vụ bao gồm: 01 thiết bị kiểm tra khuyết tật gạch bán sứ điều khiển tự động; 01 Bộ phần mềm chuyên dùng cho thiết bị kiểm tra khuyết tật gạch bán sứ điều khiển tự động; 01 Bộ bản vẽ thiết kế, chế tạo thiết bị kiểm tra khuyết tật gạch bán sứ điều khiển tự động; 01 Bộ tài liệu quy trình lắp ráp, vận hành, bảo dưỡng thiết bị; 01 Bộ báo cáo tổng hợp các kết quả thực hiện của nhiệm vụ. Đặc biệt, xây dựng được đội ngũ chuyên gia, cán bộ kỹ thuật chuyên sâu cho ngành gạch men, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm cho doanh nghiệp.
Sản xuất và tiêu thụ gạch ốp lát thế giới có mức độ tập trung cao tại nhóm 10 quốc gia dẫn đầu, trong đó tỷ trọng sản xuất chiếm 80,7% và tỷ trọng tiêu thụ toàn thế giới chiếm 66,6% (năm 2018). Cơ cấu sản xuất gạch ốp lát thế giới đang trong xu hướng chuyển dịch sang châu Á, đặc biệt là Trung Quốc và Ấn Độ do sự tăng trưởng tích cực của thị trường xây dựng tại đây, điều này đã đẩy mạnh sản lượng sản xuất và tiêu thụ gạch ốp lát tại khu vực này. Trong giai đoạn 2019 - 2023, châu Á được kỳ vọng có mức tăng trưởng nhanh về nhu cầu gạch ốp lát. |
Minh Khuê
