智慧多軸機器人整直技術

摘要：在扳手製造過程中，熱處理雖能提升機械強度，但常導致嚴重變形，使幾何尺寸不達標。因此，熱處理後的變形整直至關重要。目前業界主要依靠人工進行整直，缺乏統一標準，依賴目視判斷，效果不穩定。本文提出了一種全新的整直方法，適用於不同尺寸規格的扳手。量測方面，使用線掃描儀獲取扳手外形輪廓，自動提取變形特徵；整直方面，基於力學理論和材料特性的負載-變形解析模型獲取最佳整直參數，並結合有限元素模擬進行驗證。系統化整直流程和量測方法，使整直後永久變形誤差小於7.6%。此外，搭配多軸機器人進行自動化上下料，提高生產效率，為業界提供高效、可靠的解決方案。
Abstract：In the manufacturing process of wrenches, heat treatment enhances mechanical strength but often causes significant deformation, leading to non-compliant geometric dimensions. Therefore, post-heat treatment straightening is crucial. Currently, the industry relies mainly on manual straightening, lacking unified standards and relying on visual judgment, resulting in inconsistent outcomes. This article proposes a new straightening method suitable for wrenches of various sizes. For measurement, a line scanner is used to capture the wrench's full contour and automatically extract deformation features. For straightening, an optimal straightening parameter is obtained based on a load-deformation analytical model grounded in mechanics and material properties, verified by finite element simulation. The systematic straightening process and measurement method reduce permanent deformation error to less than 7.6% after straightening. Additionally, multi-axis robots are used for automated loading and unloading, enhancing production efficiency and providing the industry with an efficient and reliable solution.
關鍵詞：扳手、整直、曲率
Keywords：Wrench, Straighten, Curvature

前言-手工具扳手製作的工藝技術
臺灣是世界前三大緊固工具出口國之一，產品廣泛出口到世界各地，滿足各行各業需求。扳手是最常見的緊固工具，在機械加工和維修中扮演著至關重要的角色。它不僅是日常維修工作的基礎工具之一，在工業製造和組裝過程中也扮演著不可或缺的角色。
扳手的製造涉及多個關鍵步驟，每步驟對最終產品的品質和性能都有重要影響。以下是扳手製造的主要流程：
- 加熱：將金屬加熱至約1400度，使其達到塑性變形的狀態。
- 滾軋：加熱後的金屬經由滾軋成型為鍛造粗胚。
- 鍛造：在鍛造過程中，金屬在高溫下透過錘擊或壓制進一步成型，以獲得所需的尺寸和形狀。
- 整形：進一步調整扳手的形狀，確保其符合設計規格。
- 正常化：透過正常化處理，使金屬內部的組織結構更均勻，也降低硬度，方便後續加工。
- 車、洗、沖、拉：透過機械加工完成細部特徵，如鑽孔、去毛邊，表面平整化等。
- 熱處理：扳手經過淬火與回火等處理，改變相態，使得扳手具有優異耐磨性與韌性。
- 表面處理：依據產品屬性，以噴砂、電鍍或拋光等處理，給予扳手表面質感。
- 組裝：將扳手其他零件組裝為成品。
扳手通常由鉻釩合金鋼 (SAE6140) 所製造，此材料因其優良的機械性能和耐腐蝕性而被廣泛採用。鉻釩合金鋼具有高硬度和高強度，能夠承受較大的扭力而不易變形或斷裂。此外，鉻釩合金鋼在淬火和回火處理後表現出優異的韌性和耐磨性，這使得它非常適合作為製造高品質扳手的材料。
導入自動化整直應用於扳手自動化整直技術
1.技術概論
在扳手的製造過程中，淬火和回火等熱處理過程會使顯微組織從沃斯田鐵(austenite)轉變為麻田散鐵(martensite)，這種轉變會導致體積變化並產生內應力，從而引起形變。為了使扳手恢復到設計標準，必須進行整直工序。
在實地調查中，我們發現扳手製造廠的尺寸檢查主要依靠目視觀察，沒有使用量具或檢具。整直過程同樣依賴目測來觀察扳手的形變狀態，如圖1所示，並使用油壓或氣壓壓床進行整直。整直操作通常採用三點彎曲法，如圖2所示，壓床的行程控制由工人踏板操作決定下壓的開始與停止位置，而下壓位置也是根據工人經驗而定。
由於每支扳手在製造過程中受到的影響程度不同，因此需要依靠人工進行整直，以達到目標尺寸的調整。形變狀態的多變性使得這一過程高度依賴有經驗的技師來進行有效的調整，這也使得整直過程難以實現自動化，導致整直品質難以保持一致和穩定。
 

圖1 現場師傅目測扳手形變

圖2扳手人工整直