「即時智慧力道監控」引領製造新邏輯

SCHMIDT閉合迴路控制機制

「力道監控」向來是自動化控制中重要的一環。在硬接觸的製程中，透過監測物件接觸力道的變化，進而定義控制自動化製造的品質結果。在某些製程中，由於技術特性的差異，力道監控的產出品質甚至比目前泛用的AOI視覺辨識技術更加可靠。

重點：即時性

與AOI技術不同的是，AOI技術監控重點在製程完成後的產品狀態，而力道監控的重點則在製程進行當下，從得到監測結果開始，到控制器發出下一次的控制指令，即時監控整個動態連續的過程，而不僅是完成後的結果。

對於力道監控而言，由於物料必定擁有其公差，因此每次的製程過程儘管相似，但微觀上皆可視為獨立的製程，擁有其最佳製造條件參數。力道監控的任務就是在製程進行的每個瞬間，了解其「實時(REAL-TIME)」狀態並據此再定義下一個瞬間的製造條件參數。

也因為這樣的特性，即時性對力道監控便成為最大的挑戰。如何克服並降低系統訊號轉換處理過程中必定發生的延遲，讓控制器得到更接近「實時 (REAL-TIME)」的監測結果，據此發出指令即時控制調整製程參數，避免延遲導致控制指令與製程狀態不同步產生誤差，完成高品質的即時智慧力道控制製程。

閉迴路力道控制技術 Closed Loop Force Control

在要求即時性的背景下，來自德國的SCHMIDT Technology開發出有別於傳統的閉迴路力道控制 (Closed Loop Force Control)，透過硬軟體的高度整合，達成閉鎖控制訊號迴路，降低外界電磁雜訊干擾，加強訊號傳輸轉換的效率與準確性，真正實現實時等級 (反應時間500us) 的智慧力道監控。

根據測試統計，閉迴路力道控制系統較傳統一般解決方案能提高20%的力道監控精度，而這20%的精度正是許多精密組裝製程維持高良率以及產品高品質表現的關鍵所在。

以SCHMIDT Technology自己製造，聞名全球的鋼珠筆為例，鋼珠筆的技術關鍵在於如何將真圓鋼珠與筆身組裝結合至恰到好處。假定要求組裝力道為100牛頓，在工作速度不變的狀況下，傳統解決方案由於訊號轉換延遲的因素會出現近正負約20牛頓的誤差，20N的誤差將造成鋼珠過緊或過鬆，不合鋼珠筆品質要求的結果，而閉迴路力道控制則可以避免這樣的誤差發生，滿足其對製造能力之要求，產出最高品質的鋼珠筆以供使用。

FLEXIBLE PROCESS, FIX RESULT

另一方面，近年來先進製造概念不斷演變，時至今日已與傳統製造邏輯出現清楚的區隔。傳統大量自動化生產是以固定的製程參數及條件，對所有入料一視同仁地完成製程。這樣的生產模式固然極有效率，但由於物料起始狀態不一，使得製程品質會隨著物料狀態而有起伏，同時必然造成良率的損失與管控成本的提升。因此先進製造概念中，針對傳統製造的弊病便進一步提出改善的可能。

譬如大眾熟知的工業4.0中，便提出邊緣運算(Edge Computing)的概念，將系統中訊息處理控制的工作去中心化，讓現場設備能因應物料狀態的差異即時因應調整，不再浪費時間等待系統中心/操作者做出反應。邊緣運算將使每次製程的控制參數脫離固定模式的僵化，在一彈性範圍內依據入料作出反應有所變化，進而達成系統良率提升、報廢率、管控成本及品質風險降低等製造目標。

透過即時智慧力道監控，自動化設備將擁有類邊緣運算能力，根據監測物料狀態自動做出進階反應與微調，無須耗費大量的人力與成本於量測與維護。使製程擁有最大的彈性，但產出結果都是一樣的高品質 (Flexible Process, Fix Result)，而這樣的製造彈性全建立在優異的即時性與感測的準確性之上。可以說，即時智慧力道控制帶來的不僅是製造能力的強化，同時更體現製造邏輯的全面革新與趨勢。(本文由SCHMIDT Technology提供，劉中興整理報導)