焊接機械手臂創造新時代

焊接產品在日常生活中隨處可見，應用範圍也相當廣泛：從金屬加工、管料焊接、自行車產業、晶圓製造、建築工程到航太產業，都需要這種利用加熱或加壓方式來接合金属或其他熱塑性塑料的技術，國立屏東科技大學材料工程研究所曾光宏教授說過：「除非金屬是一體成形的結構，否則一定需要焊接把剛硬的結構緊密接合。」

焊接就是使用焊接材料（焊條或焊絲）將兩塊或兩塊以上的母材（待焊接的工件），利用高溫或高壓條件下，連接成一個整體的技術。傳統對焊接的刻板印象就是屬於「做工」的工作，導致愈來愈少人願意進入焊接領域，加上疫情、戰爭影響，缺工問題日益嚴重，也為日後埋下許多隱憂。到底對於傳統焊接技術來說，有哪些問題點是企業所困擾的呢？

傳統焊接工作現場問題點

1.缺工問題：近年來許多產業面臨招不到人的窘境，而製造業本身存在著製程環境高溫、高噪音、高污染，需要勞力的因素，屬於3K行業（由日文翻譯而來，意指包含骯髒、危險、辛苦這三個要素的工作）的一種，年輕人較無意願投入，或是無法久待，加上疫情缺工問題日益嚴峻，導致第一線施工現場缺乏焊接工。

2.技術斷層：焊接是一項仰賴大量累積經驗的技術活，尤其像魚鱗焊這種需要技術非常熟練的老師傅才能完美呈現的手藝活，不是新手可以處理的，需要投入相當長的一段時間，但現今年輕人多偏向較輕鬆、能立即看到成效的工作進行，導致這項技術逐漸式微。

3.安全疑慮：進行焊接作業時，通常都需要穿著防護設備，如：電焊面罩、橡膠手套、長袖防護服等，避免人體暴露在高溫和火焰下，但焊接時的強光仍會造成眼睛相關的疾病。

4.產品品質不一：衡量焊接品質的主要指標是接合處和周邊材料的強度，但傳統焊接都以人員操作為主，因此影響強度的因素很多，像是每個人的標準、經驗、習慣等，這些因素綜合起來會讓產品品質無法標準化、良莠不一。

5.產量無法提升：人畢竟無法像機械一樣，會因為疲勞而無法24小時不停運作，不僅品質下降，產量也無法突破，面臨即便有訂單也無法如期交貨的窘境。

其實上述這幾點問題都是環環相扣的，若想要打破這樣的循環，勢必要以機械設備來取代部分人力，那麼機械手臂到底優勢在哪，又會帶來哪些效益呢？

焊接機械手臂應用模式及附帶價值

在機械手臂如何降低加工現場人力成本？這篇文章中有提到，機械手臂大致分為工業型和協作型，而工業型會用的機械手臂又可以分成以下幾種：

1.直角坐標機械手臂：常應用於印表機、點膠機中。

2.水平多關節機械手臂：主要用於水平、上下做動時，如：取料、放料等動作。

3.並聯型機械手臂（蜘蛛爪機械型手臂）：常用於食品業，或用於需要檢料的動作，是所有手臂種類裡面速度最快的，但精度不高。

而協作型機械手臂較常運用到的便是六軸型多關節型機械手臂：主要運用在工業環境中，若有較為大型、重型的動作需要進行便會使用到，整體較為靈活彈性，可以像人手一樣進行較多面向動作，且不需要有圍籬隔著， 也可以和人一起進行作業，但動作速度相對於工業型機械手臂來說較慢，重複精度較低，大約0.05公分。

焊接機械手臂應用模式

焊接機械型手臂，屬於六軸機械手臂，只要將焊接頭直接裝在手臂上，便可以代替人員進行焊接工作，我們都知道人工焊接沒有辦法保證品質的均一性，但機械手臂有著恆定焊道的優勢：機械手臂在進行焊接時對於每條焊道的焊接參數都是恒定的（出料的速度都可以設定），只要先行設定好，而便可以穩定持續輸出，精度甚至高達0.02cm。不僅焊道品質受人的因素影響較小，也能提高焊接質量，若對於批量焊接工作，機器手臂可以取代人工其中90%的工作。

魚鱗焊是焊接技術的一種，又稱為連續點焊，在焊接前進過程中，需要不斷的起弧再收弧，該功能組合後，還可以實踐間斷焊接，減少程式設計工作量。主要應用於管件焊接（焊縫外型美觀），薄板焊接（不會過熱融穿母材），或者間斷焊接等場合。傳統的手工焊接是需要非常熟練的老師傅才可以焊出漂亮魚鱗焊，但利用焊接機械手臂進行的話，即便是新人也只需要掌握相關的操作技術，就可以快速焊接出表面飽滿的魚鱗紋。

減少焊接噴渣量影響品質

焊工焊接時，不僅一定要穿很厚的工作皮衣來保護自已不被高溫噴渣噴到，還要盡量避免噴渣噴到工件，如果噴到工件的話也要刮除，否則會造成工件品質下降。若以焊接機械手臂的話，可搭配低飛濺的焊機，大幅降低焊接中的高溫噴渣。

減少光害造成眼疾

進行焊接作業時，會產生電焊弧光，當光輻射作用在人體上，眼部受到強烈紅外線輻射，會立即感到強烈灼傷和灼痛，發生閃光幻覺。長期接觸可能造成紅外線白內障、視力減退，嚴重時更會導致失明。

減少直接吸入焊煙導致肺病

焊工塵肺是由於長期吸入超過允許溶度的氧化鐵為主，並有無定型二氧化矽、矽酸鹽、鐵、錳以及臭氧、氮氧化物等混合煙塵和有毒氣體，並在肺組織中長期作用形成的混合性塵肺，危害肺部健康。

提高生產率、減少浪費

現階段的機械手臂已經能導入各種產業，依照不同產業需求，重新編修程式、改造，設計出符合的工作流程的焊接機械手臂。並使用示教再現功能：想要完成一項焊接任務，只需人員進行一次示教，便可精確地再現示教的每一步操作，如果要進行另一項工作，也無須改變任何硬體，只要對它再進行一次示教即可。

因此，在一條焊接機器人生產線上，可同時自動生產多種焊件，達到利用焊接機械手臂進行批量產品自動化焊接生產。

IT+OT的系統整合是製造業要達到工業4.0的重要一步，那我們首先要做的就是將IT+OT系統進行深度融合，這樣才能能即時蒐集機械手臂的稼動資料和運作狀況，還可以做到時間（循環週期時間的提升）、人力（有效代替人力的設備）、成本（提高設備與人員稼動率）、品質（生產品質的提升）這幾點的提升，可謂一舉數得。但在建置機械手臂前，必須經過詳細縝密的評估後才能導入，而其中相關流程、運作原理和應用效益都在自動化與機械手臂建置大解密這篇文章中有更詳細的解說。

隨著工業4.0的演進，許多傳統產業轉型都先以設備升級開始，很多繁複且危險的工作，多以機械手臂代替。產業升級為自動化後，人為經驗將變成輔助。傳統焊接技術現在可以利用自動化機械手臂做到，而且比人工焊接更穩定，無論是熱能控制、焊道軌跡、加工速度等，都比人工焊接更上一層樓！

更多IT+OT關鍵應用都這裡，趕快手刀報名起來~

參考資料：長杰實業有限公司、焊接缺工致產業停步　如何守住漸滅的火花？