自動化
是德資料擷取系統縮短測試系統開發時間
是德科技(Keysight Technologies)日前宣布推出Keysight DAQ970A資料擷取系統(DAQ),具有更快的量測速度和掃描速率、支援更多的量測類型和範圍,並提供簡單的測試序列自動化功能,讓工程師能輕鬆不費力地加速進行測試系統開發。
隨著當今產品設計的複雜度不斷提高,工程師面臨了挑戰性十足的全新測試要求。為了有效測試這些複雜設計,需對多種訊號類型進行快速量測並記錄資料。Keysight DAQ970A為測試工程師提供最多元的量測類型和範圍,以及快速的掃描速率和簡化的測試自動化作業。
這款DAQ利用是德科技的BenchVue DAQ應用軟體來實現自動化測試、參數設定和狀態警報等儀器控制特性,以及簡易的量測結果分析。嵌入式測試流程功能可針對各個測試序列自動執行DAQ設定和量測,而新的直覺式圖形前面板顯示幕具有自助式功能選單,方便測試工程師直接透過儀器快速執行所有任務。
台灣是德科技總經理張志銘表示,如果想在更短時間內,利用多樣化功能測試新產品,工程師需要更快對更多訊號進行取樣,同時還須對各種測試項目進行精確的量測。有了Keysight DAQ970A解決方案,工程師無須編寫程式也能實現自動化測試,以便大幅改善設計驗證、擴充量測選項,並獲得更快的掃描速率。
GreyOrange Butler機器人實現智慧物流
GreyOrange和GROUND公司宣布位於市川市物流中心的大和房屋工業株式會社部署其Butler機器人業務。Butler機器人系統在占地7,000平方米的設施中運行,提供徹底的物流解決方案,這些解決方案可供多家托運公司共享和使用。在這個名為「PROTO智能物流中心」的現場,創新的Butler貨到人的解決方案可將物料移動自動化,從而提供更高的生產量和生產效率。
該機器人系統將處理各種項目,縮短訂單的履行時間和降低每次裝運的成本,從而提高每一個共享用戶的生產力。Butler系統由GreyMatter提供支援,GreyMatter是來自GreyOrange的軟體平台,使用人工智能和機器學習來優化複雜的操作。它集成了多個自動化系統,以同步物料流,從而獲得最高的效率。
Butler系統通過自動化庫存存儲(儲存備用)和訂單履行來實現高速運營。它已部署在日本、香港、印度、歐洲和美洲的分銷中心,用於第三方物流、電子商務和零售等行業。
GROUND公司是來自GreyOrange的Butler貨到人機器人系統的日本獨家經銷商,在2017年年中成立了一個業務聯盟,與大和房屋集團共同開發了新一代的「智能物流中心」,以顯著提高物流設施的生產力。
微米級精密組裝/軟板插件走向自動化 力覺感測技術不可或缺
力覺感測技術就是讓機器手臂也能勝任軟板/纜線插件、微米級精密組裝等「細活」的關鍵。藉由力覺感測,手臂能感知其所接觸的物件反饋給機器手臂的力量,同時也讓手臂得以精準地控制其對工件所施加的力道。這不僅讓手臂得以勝任各種需要纖細力道控制的工作,對容易破碎的物體進行作業,也讓手臂能夠精準地把工件插入孔位。
力覺感測結合手臂的特殊考量因素
對機器手臂而言,除了機器視覺之外,力覺也是一個很常見的配套感測技術。但相較於視覺,力覺感測屬於接觸式感測,因此力覺感測的設計開發要顧慮到許多機械結構的因素。
雖然力覺感測的技術流派眾多,但大致上都可用彈簧跟阻尼的概念來理解,因此,當手臂上的力覺感測器受到一股外力作用時,感測器會有程度不一的變形。
除了感測器本身的變形外,另一個會影響到感測器運作的機械性因素是感測器跟控制器的配線。目前市面上絕大多數的機器手臂若要搭載力覺感測器,都是用外掛的方式加裝在手臂上,感測器與控制器之間的連接線纜則裸露在手臂本體外。因此,若配線時沒有保留適當的裕度,手臂伸縮運作會拉扯到配線,使力覺感測器受力,從而影響力覺感測器的讀數。
圖1跟圖2是兩種力覺感測器整合在機器手臂上的配線方式,圖1是完全外露的配線方式,圖2則是讓線路在機械手臂內部走線。在由圖2可看出,在設計時就考慮到整合力覺感測器需求的機種,像是愛普生(Epson)的C8系列機器手臂,在配線上會相對輕鬆許多,因為裸露在外的線路很短,不太需要擔心手臂運動會拉扯到線路,影響力覺感測。
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除了機械性因素外,感測器本身的噪訊水準,也是影響感測器精準度的一個重要因素。為了獲得更好的解析度,感測器本身的噪訊水準必須非常低,否則訊號會被雜訊蓋過。
簡化開發/降低成本 統一軟硬體平台有大用
不可諱言的是,力覺感測是一種成本較高,應用上也有比較多因素需要考量的技術,因此,目前力覺感測在產線上的運用還沒到十分普及的地步。如何降低門檻,遂成為手臂/力覺方案供應商必須面對的課題。
就如同機器視覺跟機器手臂採用統一平台,可以帶來很顯著的效益。力覺跟手臂供應商如果能預先考慮到整合應用的需求,在產品設計時就提出完整的對策,也可幫用戶跟系統整合者省下許多麻煩。前面提到,在手臂本體上預留力覺感測器的連接介面,就是一個很顯著的例子。
不過,如果是只提供機器手臂或力覺感測方案的業者,要在產品設計階段就有這麼周延的考量,其實有實務上的困難,而這也是由單一供應商包辦整套方案的優勢所在。
以愛普生為例,在硬體面,除了手臂上預留連接介面之外,如果能直接在手臂控制器上內建力覺感測器介面,就有機會幫使用者省下額外採購力覺感測處理器的成本。如果是在比較單純的應用情境,例如一支手臂搭配一顆力覺感測器的狀況下,愛普生的手臂控制器(CU Controller)可以透過安裝介面卡的方式,直接與力覺感測器建立連線。但如果應用需要用到多顆力覺感測器,則可以採用額外的一對多處理器,再與手臂控制器連接(圖3)。
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在軟體整合層面,如果手臂跟力覺感測器來自兩家不同的供應商,系統整合者(SI)或製造業者內部的自動化工程團隊,也很難期望能用同一套開發工具為手臂跟力覺編寫控制程式,資料拋轉也會是個蠻麻煩的問題。但如果手臂跟力覺來自同一家供應商,不僅開發工具統一,甚至連程式撰寫都會變得相當輕鬆。
事實上,對愛普生手臂跟力覺的軟體整合者而言,手臂跟力覺的整合是非常直覺的。使用者甚至只須在既有的手臂控制程式後面加上一段力覺描述,就能完成軟體整合。使用者也可以把力覺感測宣告為某種手臂動作的觸發條件,當力覺感測器感應到對應的力量訊號,就能指揮手臂進行對應的動作。
此外,為了簡化手臂控制程式的編寫,有些機器手臂業者開始推廣手動教導式編程的概念,也就是用人手拉著機器手臂,讓機器手臂自行紀錄其運動軌跡,以取代傳統的程式編寫。這種做法在協作型機器手臂上很流行,但工業手臂搭配力覺感測器,其實也可以實現類似的功能。在手動教導模式下,手臂運動是外力(人手拉動)所造成的,故手臂上只要有力覺感測器,能一五一十地記錄下手臂本體所受到的外力大小、方向,也能做到類似的功能。
力覺感測拓展機器手臂應用範疇
對電子產品的組裝作業來說,使用整合了高解析度力覺感測器的機器手臂,最大的優勢在於可以執行十分高精密度的插件組裝作業。此外,在高解析度力覺感測的輔助之下,有些至今仍必須採用人工插件的作業程序,也可以改由機器手臂執行。
在高精度插件應用方面,由於許多電子終端產品都越來越小巧,因此其連接器跟板卡之間的空隙或公差,也跟著縮小到數十微米等級。在這種情況下,即便用人力來插件,也未必能有很高的作業效率,因為板卡跟連接器之間的縫隙太小了,如果插入的方向稍微有點角度偏差,就會無法插入。
但整合了高精度力覺感測器的機器手臂,在夾持工件插入連接器的過程中,會不斷感測到接觸面施予工件的反作用力,並藉此不斷調整其插入的角度,正確地完成插件作業。如果在連接器母座上有導角設計,還可以發揮引導手臂尋找孔穴的效果,加快組裝作業的速度。根據愛普生的測試,整合高解析度力覺感測器的手臂,即便公頭跟母座間的公差或縫隙只有1條(10微米),也可以順利執行插件作業。
另一個插件應用的案例則是傳統電容的插件作業。雖然現在大多數電子產品已經不再採用帶有兩條插腳的傳統電容,改用晶片電容,但由於晶片電容的容值較小,因此某些應用還是得採用傳統封裝的大型電容。
就產品組裝來說,要在電路板上正確插入這種電容,最大的挑戰在於電容的接腳既長又軟,很容易受力變形、歪曲,因此在組裝時,往往還是得用人工插件來安裝這類電容。然而,在高精度力覺感測的輔助下,機器手臂可以先把電容的正極(長腳)插入電路板上的孔穴,然後再用力覺感測幫負極(短腳)尋找到正確的孔穴,完成插件作業。只要長短腳之間的開岔變形在容許範圍內,手臂就能完成自動組裝。
軟性電路板(FPC)、排線的組裝,目前也大多仍由人工進行,因為軟板、排線的插件作業對力道控制有相當的要求,而且插完後有時還要稍微回拉,以確定連接器跟排線/軟板已牢固接合。若要用機器手臂執行這種需要精準力道控制的作業,力覺感測技術可說是基本配備。
除了這些精密組裝之外,力覺感測還有其他的應用潛力,例如運用在軸承跟轉軸的組裝,或是工件的拋光處理上。
軸承跟轉軸的組裝有時需要用恆定的力量持續推動轉軸,使其穿過軸承,這時力覺感測就能派上用場。在拋光作業方面,現在普遍的作法是讓手臂夾持著工件,按照固定的路線跟角度,讓工件與砂輪機產生接觸。但這種做法無法確定工件跟砂輪機接觸的力道,當砂輪隨著時間出現磨耗,工件的拋光效果會慢慢變得不如預期。若是有力覺感測技術輔助,則工件跟砂輪接觸的力量便可一直保持在恆定狀態。
慢工出細活 手臂動作速度將受限制
對製造業者來說,機器手臂的動作速度越快,則生產線的產能越大,因此製造業者在使用機器手臂時,往往會希望手臂無時無刻保持全速運轉狀態。然而,如果要用機器手臂做精密組裝,則手臂運作的速度會受到一定限制,因為「慢工出細活」這句話在機器手臂上面也同樣適用。
對力覺感測器來說,手臂運動所產生的加速度,其實是一種干擾訊號。因此,若想用搭載力覺的手臂來做精密組裝,手臂的加速度不能超過精密組裝所需的力覺解析度門檻限制。這也意味著手臂在做精密組裝時,動作必然要放慢。因此,製造業者若有精密組裝的需求,在此作業階段可視產能需求,多設幾個平行工作站來避免精密組裝成為產線的瓶頸。
另外,將自動化生產納入考量的設計觀念(Design for Automation, DfA),在未來也會越來越受到重視。一點小小的設計變更,就能讓機器手臂作業變得更順暢。DfA是一個跨部門,跨產業的議題,需要各方通力合作,才能找到理想的解決方法。
(本文作者任職於愛普生)
培育數位化人才 西門子/北市技職教育體系擴大合作
台北市自2013年起領先全國,辦理海外技職教育見學團,並與德商西門子(Siemens)公司合作,連續六年為北市技職教育體系的學生提供柏林、紐倫堡教學技術中心及西門子自動化工廠的見學機會,藉由海外見學機會,提供學生專業技術學習及多元文化認識,促進技職教育向上提升。近日,西門子與北市府教育局共同簽署技職產學合作計畫備忘錄,西門子將提供更多資源,讓北市的技職教育體系能有更多機會學習德國技職教育在學校與企業間培育學生的過程,及企業對人才及素養的重視,並透過技職教育向海外先進國家學習與借鏡的經驗,放眼國際與世界技職教育接軌。
台北市自107學年度起辦理數位職人培育試辦計畫,採用德商西門子自動化教育合作方案SCE(Siemens Automation Cooperates with Education),導入西門子機電技術一體化國際認證教學模式SMSCP(Siemens Mechatronic Systems Certificate Program)為主,針對臺北市技職學生做國際化數位製造的職人培訓,課程結束即安排至西門子合作的相關企業見習,將理論與產業實務結合從做中學習。透過此試辦計畫,預期能有效為臺灣目前對縮短學用落差的重視,協助技職學校建構國際化教材,並紮實累積自動化領域的實務經驗,不僅對學校未來在數位製造課程的規劃和執行有相當大的助益,更強化臺灣工業數位人才技術實力和競爭力。
西門子台灣總裁暨執行長艾偉表示,升級產業以永續國家競爭力是各國發展首要策略,其中創新技術至為重要,但培育專業人才亦是關鍵。西門子相當重視人才培育,長期與全球各國政府教育機構產學緊密合作,增進技術知識與產業無縫接軌。台灣西門子十分榮幸能與北市府合作數位職人培育試辦計畫,攜手強化產學鏈結,提高臺灣技職人才的國際就業力。北市教育局長曾燦金則認為,專業與技能相輔相成,需要大量資源與時間的付出,未來工業4.0專業人才培育是相當急迫的,感佩台灣西門子積極投入資源,與本市一同進行技職人才扎根培育,希冀產學合作方案能為台灣培育出更多優秀技職人才。
Digi-Key擴大工業自動化產品組合
全球電子元件經銷商Digi-Key Electronics持續加強工業自動化(IA)元件的產品供應,讓無數的IA應用得以強化其設計與專案能力。Digi-Key已經在眾多產品類別中增添超過14,000種工業自動化的零件,涵蓋感測器、纜線、安全裝置、控制監測器、繼電器、計時器、開關、照明及控制器等類別。
除了來自OMRON、TE、Panasonic、Molex等既有供應商的產品系列外,這一年來又新增Altech、SICK、IDEC、Carlo Gavazzi 和 Belden 等許多廠商的15個產品系列。
Digi-Key工業自動化部門策略計劃開發總監Eric Wendt表示,工業自動化是個相當龐大的產業,不僅能讓該公司目前的供貨品項更為完備,在大樓自動化、廠房、工業4.0和其他領域也扮演關鍵的角色。該公司期望與這些應用領域的設計和採購人員成為合作夥伴,協助他們在系統、製程與機械層面上發揮創新及功能性。
Digi-Key也在近期更新工業自動化的登陸頁面,提供更多圖形化連結,並且新增相關零件的搜尋功能。此外,此頁面也可用於行動裝置,能讓使用者隨時隨地取得零件資訊。