機器手臂Piston換濾網、除殘膠自動化作業

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工業上大型射出成型設備都有Piston活塞的殘料清除、更換濾網、排氣溝槽清潔的需求，而目前這樣的工作，全須仰賴人力作業，作業時，師傅必須站立在Piston 面前，當Piston 退出時，大量的高溫氣體噴散現場，師傅們必須忍受熔化的塑膠高溫、化學氣體異味及高分貝機械噪音，並在有限的時間內，使盡全身力量進行除膠、換網作業。由於工作辛苦、具有危險性，且長期接觸高溫化學氣體，也有造成呼吸道等器官慢性職業災害的隱憂，因此，這樣的工作，已經漸漸地找不到年輕新血可以取代老師傅，但時間一年年的過去，30幾年的老師傅，現在一批批的準備要退休，這是這個產業當前所面對的重大勞力缺口問題。

2024 卓智機器人接到奇美實業的委託，評估使用機器手臂執行上述作業的可行性評估，卓智機器人便開始進行場勘、設繪，並研究如何著手進行，經過分析後，這個案子，主要的關鍵技術在於2D/3D的影像視覺技術，因為 Piston要除殘膠換濾網的區域，是一個圓柱體內凹陷的立體橢圓凹槽，Piston 剛退出要進行除膠作業前，必須先能夠辨識大面積殘膠在Piston內的3D分佈位置，才能撰寫演算法讓機器手臂依據殘膠3D分佈，進行除膠作業，且除去大面積主要殘膠後，還要用CCD 再確認是否有餘留殘膠，必要時再清除一次。接下來是過濾網的更換，這也是重點，如何取下軟性的過濾網、把新網置換到3D的橢圓凹槽正確位置內，然後再用相機進行確認，亦是關鍵技術。因此卓智機器人必須採用3D相機進行影像辨識，並依據辨識結果控制機器手臂執行應對的作業工作，主要的流程為：

• CCD 偵測 Piston箱體門開啓狀態

• 拍攝主殘料3D分佈

• 機器手臂剷除主殘料

• 機器手臂對位、拔除金屬網

• 機器手臂清除橢圓凹槽殘料

• 機器手臂清除橢圓凹槽邊緣殘料

• 拍攝殘料分佈

• 清除剩餘殘料

• 機器手臂置換新網

• 拍攝新網是否置換到位

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Piston 退出來時，整個橢圓形凹槽是佈滿沒有特定形狀與分佈規則的熔化塑膠殘料，這個大面積殘料必須使用3D相機來拍攝並做影像處理，分析大面積殘膠的 3D分佈狀況，再運用演算法模仿師父的各式動作，控制機器手臂到對應的3D位置進行除膠。

在大面積的主殘膠剷除後，我們需要再用 3D相機拍攝，確認橢圓形凹槽內是否還殘留有較小殘膠尚待清理。

為模擬較小殘膠，我們在過濾網表面上，貼上一塊厚約1cm 以內的黑色長方形及一塊白色類似圓形橡膠，並用3D相機拍攝出以下的照片 。在相片中，我們可以看出橡膠所在相對位置與濾網表面具有顯著3D色差，這代表我們可以利用這種突出表面的物體高度3D色差關係，找出微小殘膠對應的3D空間位置，進而把座標送給機器手臂，依據撰寫的演算法，命令手臂執行殘膠去除作業。


影像拍攝：卓智機器人Wise Tech Robot
工業相機：IFM 2D/3D O3R225 工業相機