Epson實現鎖附M0.8螺絲自動化

台灣愛普生機械手臂自動化營業部應用技術支援經理董正威。

不可否認，「螺絲」雖然是不起眼的微小物件，但卻具備相當高的重要性，環顧現代人的生活周遭，大至一架飛機、一輛汽車，小到一個手表、一台穿戴式電子裝置，一旦缺少螺絲往往就無法運轉。

正因如此，多數製造業者對於螺絲鎖附一事，向來不敢馬虎，不斷追求螺絲鎖附效率的精進，因而高度仰賴自動鎖螺絲機。只不過，一些適用於平板電腦、穿戴式裝置等電子產品，乃至小尺寸腕錶的螺絲，通常規格都小於M1.2(意即直徑在1.2mm以下)，不像M2或M3有著較大的公差，因此若非鎖附的位置極為準確，否則只要出現些微誤差，比方說方向出現一點點的歪斜，便可能導致鎖附失敗，甚至造成螺絲或產品損壞。

換言之，一直以來一般鎖螺絲機大小若小於M1.2，便難以實現自動化。然而Epson於2017年推出的自動鎖螺絲機解決方案，精密程度可達實現M0.8，箇中之奧妙，相當值得一探究竟。

教點與編程困難，阻礙精密鎖螺絲之自動化

台灣愛普生機械手臂自動化營業部應用技術支援經理董正威指出，論及M1.0、甚至M0.8等級的精密鎖螺絲，要想實現鎖附自動化目標，通常存在一些困難。首先面對的第一道難題是「多方向角度鎖附失敗率高」，倘若螺絲的位置歪掉、或產品擺放得不正，一方面可能逾越自動鎖螺絲機所能容忍的範圍，因而無法繼續執行鎖附作業，以致產生停機，需要人力介入排除障礙，如此一來，勢必嚴重影響稼動率。

二方面即使自動鎖螺絲機並未因此而停機，依舊持續作業，但業主心知肚明，假使在位置不正確的前提下強硬執行鎖附，必定無可避免造成螺絲與產品之間的磨擦，可能導致螺絲或產品出現刮痕、甚至損壞，仍須視為附鎖不良，為了杜絕此現象需要派人進行檢視；原本啟用自動鎖螺絲機，有很大原因是為了要節省人力，竟然還是得花人力去檢驗鎖螺絲品質、挑出浮鎖或歪鎖，無疑是相當諷刺之事。

董正威接著說，第二道難題是「手臂教導時間長」，普遍在設定自動鎖螺絲機的需求上，企業必須動員兩位操作人員，其中一人負責操作機械手臂，另一人則負責觀看螺絲是否準確到達螺絲孔的位置，整個教導程序至少需要耗費300秒，甚或萬一兩位操作人員當中有新手，很可能礙於對教導作業不嫻熟，因而必須花費更多時間。

此外第三道難題則為「程式編寫不易」，只因為欲實現M0.8精密鎖螺絲，不只需要倚靠機械手臂，也需要搭配諸如力覺等其他感測器，但在大多數情況下，機械手臂供應商並未提供這些感測器，意謂程式開發人員需要學習不同的語法、開發工具與介面環境，難免徒增程式撰寫的難度。

反觀Epson提供的M0.8精密自動鎖螺絲機，其中不僅結合了該公司向來擅長的機械手臂，更整合自主開發的視覺與力覺系統，藉由這般黃金組合，可望輕易解決前述種種難題。整體而言，Epson解決方案具有三大關鍵特色，包括了「利用力覺的從動放置穩定性」、「自動教導點位」，以及「簡單參數設定方便理解」。

調適視窗導引，方便操作員執行鎖附設定

前面提到，若按傳統做法，過往欲完成每座自動鎖螺絲機的設定作業，至少需要動員兩名操作人員、耗費300秒時間，但在M0.8精密自動鎖螺絲機情境下，僅需透過「自動示教」之簡潔步驟，便可讓原本的兩人作業變為一人作業，機台設定時間更可由300秒驟減至15秒。

所謂自動示教，主要是藉助視覺與力覺感測器，讓機械手臂可以看得到、感覺得到，一來可以看出工作平台上是否出現凹凸不平或角度問題，進而做精準定位，二來則於鎖附時偵測力量回饋，接著指引機械手臂自動修正角度與位置，藉此大幅減低點位教點的難度。

董正威歸納自動教點的程序有四，首先透過移動視覺偵測到鎖附目標位置，取得 XY座標；其次由手臂移動至偵測位置上方、也就是XY平面位置，接著自動調整傾斜角度，以吻合其垂直度；再者透過力覺取得螺絲起子垂直移動碰觸鎖附位置表面高度，意即使用工具座標並進行Z移動，直至螺絲起子頂端觸碰到螺絲孔位之表面位置；最後偵測正確Z方向，當取得XYZ位置後，機械手臂將移動到目標位置，透過力覺Fx、Fy確認位置，最後再用Fz下壓力進行最終位置確認，可以找到最終正確的Z高度。

「無論如何，透過『視覺＋力覺』導引的方法，即可快速達到點位自動教導之目的，」董正威接著說，綜觀Epson的M0.8精密自動鎖螺絲機解決方案，除了掌握自動示教方面的優勢外，另有兩個十分重要的利基，一是針對鎖螺絲程式撰寫，可以透過步驟式設定，簡易生成鎖螺絲程式，而相關步驟都呈現於Epson RC+手臂控制軟體之中，換句話說，用戶無需費心學習不同的程式開發技術，並大大減少手臂與力／視覺系統之間的整合工程所需要的時間。

另一個利基條件，則在於「螺絲檢查」，可透過視覺系統預先檢查來料品質，例如螺絲的尺寸是否符合預期，或者螺絲的鎖頭是否健全，倘若篩選出異常螺絲，就不予採用。

環顧Epson鎖螺絲應用模組，內含幾個不可或缺的重要元件，其中包括機械手臂、力覺感測器、視覺感測器等三項，皆由Epson提供，在機械手臂的選擇上，如果僅需要做平面鎖附，選用Epson的G系列或LS系列四軸SCARA手臂產品即可，但如果涉及斜鎖等較為複雜的角度需求，則可選用Epson的C系列或N系列六軸手臂產品。

至於螺絲供料機、螺絲刀等必備元件，用戶可依實際需求進行額外選購，比方說，一般初階的螺絲刀通常以彈簧離合器等機構元件做扭力控制，本身不會輸出資訊，反觀一些高階螺絲刀，則內含扭力控制、防撞等機制，且有能力輸出轉速值、扭力值等資訊，假使企業欲導入工業4.0智慧應用，便適合採用高階螺絲刀。

值得一提的，Epson提供鎖螺絲調適視窗導引，讓即使不具備編程背景的操作人員，都可藉由簡易的Step-by-Step點選方式，匯入想要使用的扭力或轉速參數，輕鬆完成螺絲鎖附設定；否則假使缺乏這般導引機制，企業為了遷就不諳編程的操作者，所提供的操作介面通常僅有開始、停止、復歸等三項基本功能，因應現場環境的調整能力甚差，如今可望明顯改善。

總括而論，舉凡螺絲或產品本身的公差、螺絲刀的品質或移載機構的精度，都是影響螺絲鎖附良率的變數，而Epson鎖螺絲應用方案的最大價值，即是讓用戶無需費時調校鎖附設定，即可將各項變數納入可控範圍，進而有效提升鎖附良率。