Epson類比I/O控制技術實現高精度塗膠機械手臂

台灣愛普生產業科技事業部機器手臂自動化營業部解決方案服務處經理陳子軒。

毫無疑問，塗裝製程可謂各項工業的基礎工序，噴塗品質的好壞，往往決定產品的價值與價格，重要性不言可喻；隨著自動化、智慧化趨勢來臨，多數製造商亟欲藉助機器手臂搭配運動控制技術，藉以減輕人工塗膠加工的負荷，也順勢增強自身承接少量客製化工件訂單的實力。

然而想要訓練出勝任塗膠工作的機械手臂，其實並非易事，因為不管是鞋類或各式消費性電子產品，通常並非一個平面，而是一個輪廓，其間充斥許多高低點位，縱然像是鞋底、電子產品底層等等趨向於平面，也經常帶有複雜曲線；換言之，無論是平面塗膠或3D塗膠，皆需歷經極其繁瑣的教點、路徑教導程序，難免耗時費工、影響既定生產進度。

即便好不容易完成教點，讓機械手臂上線執行噴塗任務，由六軸同時運動，但不可諱言，欲使六軸的移動速度控制在一致水準，難度非常高，既然無法達到等速，便容易導致出膠量不均勻，譬如轉折處常有積膠現象，其餘路徑也偶有斷膠情況，因而影響塗裝品質。

有鑑於此，全球工業應用機器人與機器手臂領導廠商愛普生(Epson)特別開發類比訊號與自動高度控制技術，一方面標榜用戶僅需設定塗膠物件的起點與終點，即可快速示教複雜曲面，順利訓練塗膠機械手臂，二方面在手臂作動過程中，會持續針對點膠針頭與工作平面之間的距離，乃至於塗膠機的出膠速度與出膠量，持續進行調整補正，確保點膠高度、出膠量恆常維持均等。

僅需3個工作天，完成教點與程式開發

台灣愛普生產業科技事業部機器手臂自動化營業部解決方案服務處經理陳子軒表示，現階段市場上已有若干自動塗膠解決方案，主要以PC-based伺服馬達控制(XYZ Table)為核心，搭配雷射感測器執行點膠高度的補正，但此外若想根據針頭移動速度做塗量控制，便需要結合運用塗膠專用機，由其他廠商提供，與XYZ Table供貨來源完全不同；正因如此，用戶端工程師必須進行異質系統整合，由於複雜度較高，往往需要耗費一週時間。

試想，倘若企業規劃透過產線複製方式，原本打算滿足急單趕工需求，無奈每條產線要啟動自動塗膠機制，都得花上長達一週時間，確實緩不濟急；更何況，與深具多自由度、高靈活度的關節式機器手臂相比，XYZ Table似乎也難以勝任高精度塗膠作業需求。

陳子軒表示，反觀Epson提供的類比訊號與自動高度控制技術方案，箇中涵蓋幾個關鍵元素，首先是Epson機器手臂，譬如C4或C8等系列的六軸手臂產品，且連同硬體一併提供RC+手臂控制軟體。另外需搭載類比I/O控制卡、支援類比控制的塗膠機，及雷射感測器，藉以執行類比輸入控制、類比輸出控制，前者藉由雷射感測器反饋Z軸高度、以即時修正針頭與噴塗表面之間距離，後者則根據手臂與塗膠頭的移動快慢來控制出膠量多寡，如果移動速度快就增加出膠量、避免形成斷膠，相反的如果移動速度慢便減少出膠量、防止積膠或溢膠現象。

他不忘提醒，塗膠機必須支援類比控制，而非常見的數位控制，只因數位控制僅依據設定值來控制ON、OFF，如此而已，無法調整高度，也難以搭配手臂速度而均勻控制出膠量。綜觀機械手臂、類比I/O控制卡、塗膠機、雷射感測器等四大組成要素，前兩者由Epson供應，後兩者則源自其他供應商，但Epson會提供明確的支援清單，確保用戶所選擇的標的，都能夠與Epson機器手臂整合運作。

值得一提，關於自動噴塗過程所需之高度控制、膠量控制等應用語法，皆已整合在RC+軟體之內，因此只要懂得開發手臂控制程式的工程師，都能輕易上手撰寫塗膠控制程式，使企業無需大費周章彙集不同專業人士，便可大幅縮減開發時程，同時顯著降低系統整合難度。整體而言，假使透過Epson解決方案啟動自動噴塗作業，所有前置準備工作，可望在3個工作天內完成，與XYZ Table相比，上線速度加快近一倍，若以多條複製線而論，假使每條產線的前置作業期縮短2~3天，累積起來就可能省下數週時間，可望大幅增強企業的產能與競爭力。

妙用CAD to Point，自動生成噴塗路徑

深究Epson之所以能幫助用戶加快塗膠前置作業節奏，RC+可謂關鍵，它不僅提供核心控制軟體，還提供一套非常重要的CAD to Point功能。陳子軒說明，許多噴塗工作平面上都有曲線路徑，導致所需示教的點位數量頗大，連帶容易拖長前置作業期；然而一旦採用CAD to Point，便可直接把物件的CAD圖檔載入至軟體當中，如此一來，軟體就會根據這個圖檔自動建構生成路徑，直接完成所欲塗膠的物件。

換言之，拜CAD to Point所賜，使用者不需逐一示教，僅需針對平面中示教三個點就可快速產生路徑上的所有點位。

如果不含前期的機架與機構設計，僅涵蓋調機器、程式撰寫等工作，大約需時3個工作天。在這段期間，企業首先必須透過測試，以評估在各種移動速度下，分別適合產出何等膠量，其次在完成CAD模型建立後，也需要經過一番測試，找出最佳的塗膠角度，接著進入程式開發階段，待至撰寫完畢後，最後再花半個工作天的時間執行測試，看看噴塗作業的良率是否如同預期，是否真正穩定塗膠。

此外需要留意的事項，還包括了必須選用合適的雷射感測器，因為單一感測器無法適用所有場景，需端看塗膠的工作距離、機構設計而定。比方說有時候基於防干涉考量，點膠針頭可能設計得比較長，此時便需要搭配檢測距離較長的雷射感測器，否則會出現量測不到的問題。

一般來說，以往企業欲教導訓練塗膠機械手臂，至少需動用兩位工程師，其中一位負責控制塗膠機，另一位負責撰寫程式、執行示教任務，如果後面那名工程師的工作位置距離機器較遠，便需要指派一名助理站在前方，就近觀看點膠針頭與物件之間距離，以期順利完成教點。如今藉助類比訊號與自動高度控制技術，只需要一名工程師，即可獨力快速完成專案，不僅有助於企業撙節人力工時，更可避免因機械手臂、塗膠機不同平台之間的整合出問題，而需要費時除錯。

總括而論，這套類比訊號與自動高度控制技術方案，對用戶所能營造的主要價值，在於能夠大幅減少示教點位的數目與時間，不但能迅速示教複雜曲面，亦僅需校正起始點位與終點位即可；除此之外，可利用類比I/O方式直接串接，從而根據手臂移動速度，均勻控制出膠量，不管手臂速度是快或慢，都不至於干擾塗膠機的出膠速度及出膠量，另可針對膠頭與工作平面的距離做調整。舉凡電子產業LCD塗膠，或傳統鞋業塗邊膠，諸如此類高精度、高速度，甚至急需縮短3D建模時間的塗裝工作，都非常適用於這套解決方案。