【外殼研究】不斷發展的機器人加工技術。
大型鑄件切割和研磨自動化
～機器人、觸摸探針和主動順應力控制，改變重體力勞動的未來～
表格
受訪者：愛知產業株式會社
本次訪談由愛知產業株式會社（位於東京品川區）協助進行。 （下文省略敬語。）
除了進口和銷售生產資料這一主要業務外，該公司還擅長透過技術開發和支援提供解決方案。
該公司業務範圍廣泛，但本文將重點介紹其工程總部（相模原辦事處），該總部負責機器人系統整合。作為一家貿易公司，該公司進口焊接機、工具機和金屬3D列印機，但其最大的優勢在於提供將先進產品與機器人技術結合的自動化解決方案。
該公司理念的一個體現是其提出的利用美國PushCorp公司生產的「主動順應力控制器裝置」的方案。將PushCorp裝置安裝在工業機器人上，並連接磨料、切削工具、銑刀等，即可對金屬進行加工。
PushCorp 裝置由一個滑動機構組成，該機構能夠在任何位置調節和保持恆定的壓力，以及一個標配 BT 柄的伺服主軸。
滑動機構整合了力傳感器、加速度感測器和位置感測器。當主軸刀尖接觸工件表面時，它會將這些感測器的輸入訊號回饋回來，以補償因方向變化而引起的負載變化，從而保持壓力的一致性。
因此，即使機器人軌跡精度或工件外形尺寸存在差異，PushCorp設備也能靈活調整並完成加工。此外，該設備雖然剛性高，但尺寸卻很緊湊。
然而，要充分發揮 PushCorp 設備的性能，還需要機器人示教器和周邊設備。愛知產業株式會社設有工程總部系統製造部門，作為系統整合商，在交付整合系統方面擁有豐富的經驗和良好的業績記錄。
該部設計科機械設計組長竹本幸太郎表示：
“我們靈活地適應客戶需求和待加工工件的具體要求。最近，我們在大型工件加工和危險作業自動化專案方面取得了長足發展。”
挑戰：大型鑄件的切割與研磨
最近，該公司受邀就大型鑄件切割和研磨的自動化進行諮詢。
每件鑄件都是獨一無二的。由於每個工件的形狀和位置各不相同，因此校準工作依賴於熟練工人的敏銳眼光和直覺。
這項工作給工人帶來了沉重的負擔，包括：
- 風險高，因為操作人員直接接觸切割機械。
- 人為錯誤導致品質不穩定
- 加工過程中搬運大型重型工件耗時較長
- 延長工具更換和示教時間
- 無法實現多品種、小批量生產
隨著技術工人數量的減少，維持傳統方法已不再可行。
利用接觸式探針和主動柔順力控制的創新機器人加工系統解決了這個難題。
為應對這項挑戰而提出的解決方案是機器人加工系統，該系統將 PushCorp 的主動順應力控制器裝置與 Metrol 的無線 3D 觸控探針「RC-K3X」結合。
1. 將連接到藍牙接頭上的接觸探針安裝到 PushCorp 裝置上
待切割的工件很重，在工廠內需要用橋式起重機運輸，這使得高精度定位變得困難。此外，由於多品種、小批量產品的形狀會因規格等因素而變化，因此專門製作定位夾具也不切實際。
因此，我們採用了以下方法：在加工前將工件放置在工作台上，將 RC-K3X 接觸式探針安裝在機器人手臂末端的 PushCorp 設備上，以測量工件，確定其固定位置，並相應地修正加工程序。
2. 使用接觸式探針在工件上接觸 4 個點進行原點設定
安裝接觸式測頭後，在工件上進行4點接觸，並依照測量資料進行原點設定。切削軌跡會自動修正，以靈活適應工件的偏差和錯位。
3. 將工具從接觸式探針換成尖鋸，切割澆口。
之後，將接觸式探針換成尖端鋸，切掉 LNG 泵葉輪所在的鐵殼的一部分。
外殼由兩個寬、深、高均約為1公尺的半圓形鑄件組合而成。澆注過程中殘留的多餘材料，例如澆注口，由此機器人系統移除。
4. 將工具從尖鋸換成偏置砂輪，打磨切割區域。
預留約 10 毫米的餘裕，以避免損壞工件的必要部分。最後，將鋸片換成偏壓砂輪，對切割區域進行打磨和精加工。
PushCorp 的主動順應力控制器能夠使各種工具施加一致的壓力，適應工件形狀和表面不規則性，從而實現安全穩定的切削和研磨。
傳統的「人工移動、測量、切割和研磨」製程已經轉變為使用接觸式探針進行定位，並使用機器人進行自動切割和研磨。
[參考影片] 接觸式探針與主動柔順力控制器裝置助力機器人加工創新
為什麼選擇METROL的RC-K3X接觸式探頭？
BT電平轉換模組相容性
PushCorp的伺服主軸採用“BT柄”，這是一種標準刀架，用於安裝各種刀具。例如，此系統使用BT40錐度軸。相比之下，RC-K3X也相容於BT柄，而且可以直接購買和使用，這一點是主要的決定性因素。
無線設計，易於集成
另一個關鍵因素是它是無線的。機器人的運動部件具有很高的自由度，這使得有線機器人的佈線變得困難。
即使在容易受到 Wi-Fi/藍牙幹擾或被障礙物包圍而影響精度的地方，RC-K3X 也能透過基於專有通訊方法的可靠無線性能，實現 1μm (2σ) 的穩定重複性。
不受表面粗糙度或金屬光澤影響的接觸測量
接觸式測量方法也是決定性因素。雖然也考慮過雷射測量設備，但最終還是選擇了接觸式設備，以避免鑄件表面粗糙度、金屬光澤以及工廠內部亮度等外部因素的潛在幹擾。
即使在實際移動機器人的同時對操作程序進行微調，這種接觸式裝置也十分有用。由於它是從安全圍欄外觀察的，因此可以透過遠距離操作示教器來進行微調。
即使在這種情況下，接觸式 RC-K3X 也能輕鬆地透過視覺確認與工件的物理接觸。
價格實惠，可靠性是日本製造業獨有的優勢。
日本製造業特有的實惠價格和可靠的售後支援體係也是促成決策的因素。
「在一次展會上，METROL的員工向我們提交了一份方案，我們的評估結果非常好。價格合理，而且由於他們是國內製造商，我們對他們的支持體係很有信心，所以我們毫不猶豫地做出了決定，」領導竹本分享了這些令人鼓舞的話。
許多使用者反映接觸式探頭因碰撞而發生故障。因此，價格因素對永續營運至關重要。
實施後預期會取得哪些成果？
該機器人加工系統採用接觸式探針和主動柔順力控制器裝置，其應用預計將取得以下成果：
最理想的結果是安全性顯著提高！
除了安全性之外，還可以預期生產力方面的多項改善。
- 設定：可靠的基於感測器的測量方法消除了人為誤差並縮短了設定時間。
- 加工精度：消除人為誤差，達到穩定的加工精度
- 靈活性：自動化的工件原點設定、刀具更換和加工，使其能夠靈活適應多品種、小批量生產。
- 技能轉移：解決了對退伍軍人進行技能轉移的依賴問題。
【未來展望】大型零件的焊接精加工與精密研磨
RC-K3X與PushCorp的結合，在未來的應用方面擁有更大的潛力。
例如，
- 焊縫精加工：使用 RC-K3X 測量凸起部分，並以最佳打磨壓力進行加工。
- 航空航太零件：處理不適合機械加工的超大型零件
- 已證實可應用於各種材料的精細研磨和除垢。
Q：請談談您對未來發展的願景。
愛知產業株式會社 竹本 負責人
“在我們目前的應用中，我們還沒有充分利用RC-K3X 1μm (2σ) 的重複精度。我們希望建立一個真正能發揮這一優勢的系統。”
「我們正在探索的一個概念是焊接後精加工。」 使用填充金屬進行焊接時，會形成一個魚餅狀的凸起，稱為「焊接」。 PushCorp 設備用於將其打磨平整，從而獲得鏡面般的表面效果。
但是，為了安全起見，我們調整了按壓力度，以免損壞凸起物以外的任何部件。
我們相信，透過在研磨前使用 RC-K3X 測量焊接高度和寬度，可以優化壓緊力，從而提高生產效率和加工精度。透過該系統的開發，我們看到了 PushCorp 與 RC-K3X 接觸式測頭結合在其他各種應用中的巨大潛力，尤其是在精度一直是自動化障礙的機器人切割、加工和研磨系統中。如有此類項目需求，歡迎與我們聯繫。
擁有深厚現場專業知識的系統整合商提供全面的自動化支持
該系統由愛知產業株式會社建造，該公司是一家擁有內部工程能力的進口貿易公司。
憑藉其在機器人控制領域，特別是使用 PushCorp 的主動順應力控制器設備方面的豐富專業知識，該公司可提供全面的支援：
- 建構機器人系統
- 創建和定製程式
- 為現場人員提供操作訓練和啟動協助
該公司以「一旦受託，便能提供針對現場情況量身定制的最佳解決方案」而享有盛譽。
訪談合作：愛知產業株式會社
愛知產業株式會社推出的產品： PushCorp公司的主動順應力控制器裝置
本案例研究中介紹的產品
無線高精度接觸式探頭
![[RC-K3X系列]](https://metrol-sensor.com/wp-content/uploads/2025/10/RC-K3X_bg-6-800x530-1-800x530.png)
RC-K3X 系列是日本製造的無線 3D 接觸式探針感測器，安裝在 CNC 工具機（如加工中心）內部，用於測量加工工件的尺寸。
接收器利用無線通訊將探頭的測量訊號傳送到機器。
