Toolcraft Inc

Toolcraft攜手全新e系列協作型機器人，多工序打造高精密醫療用零件

01 簡介

全新優傲協作型機器人旗艦系列上市後，由於具備30微米的重現精度且內建力矩感應功能，隨即擄獲Toolcraft青睞。這家小型機械加工廠位在華盛頓州西雅圖，作業內容包括在CNC工具機內執行3道精密工序。由於機台操作過程充滿挑戰，因此導入自動化成為當務之急。而在採用UR5e協作型機器人後，Toolcraft如今不但省下23%的生產成本，更提昇43%的產出。

02 面臨的挑戰

Toolcraft在接到一筆大單後，開始苦惱是否要改行三班制以便全天候生產。然而，該公司所在地區的失業率僅3％，這也讓營運總監Steve Wittenberg不禁大嘆：「這附近根本沒人想值大夜班，貼出徵才廣告還是乏人問津。」對此，Toolcraft開始研究各種自動化選項，最初還考慮過傳統工業機器人。

Steve Wittenberg表示：「如果單看硬體部分，工業型機器人看似是更加符合經濟效益的解決方案。但只要將不用架設安全圍籬所省下的費用，以及操作簡單、編程容易所省下的時間列入考量，優傲科技才是正解。」

影片 — Toolcraft Inc, 美國

03 解決方案

在這張訂單中，Toolcraft必須生產大批醫療器材專用的多螺紋零件，而且通常需要經過三道CNC加工始可完成。為了解決這項挑戰，Toolcraft決定與優傲科技認證的系統整合商Rapid Design Solutions共商大計。Rapid Design Solutions負責人Troy Ojalehto表示：「執行多工序的精密加工時，對於準確度的要求往往會嚴格許多。」他在稱讚優傲e系列協作型機器人的準確度時強調：「一聽到UR5e的重現精度達到30微米時，我們備感興奮。這確實足以和傳統工業機器人分庭抗禮，對我們來說意義重大。我從未見過其他協作型機器人在處理這類需要多道工序的零件時，能夠展現如此層次的準確度，將原料變成完整加工的精密零件。」

在部署UR5e半年後，Toolcraft營運總監Wittenberg對於成果如數家珍：「我們馬上見識到的好處之一，就是產量大幅提升。我們能夠為大夜班找到人手，每週的零件產量也從255個增加到370個。此外，我們還提早七週達成年度生產目標，讓CNC能夠支援其他零件的生產作業。」他還表示，在成本減少23%的情況下，意味著UR5e大概12個月即可回本。Wittenberg指出：「我們未來也將更具競爭力，特別是處理大量的長期訂單時。」

宛如人類作業員般靈活
全新優傲協作型機器人旗艦系列還有一項新功能，就是關節一律具備力回饋機制，以便零件與CNC夾具緊密結合。Wittenberg表示：「我們可自由運用X、Y軸的平移運動以及Z軸的旋轉運動，將零件推入並扭緊，然後針對此一順應性進行編程，過程非常簡單，基本上就是讓機器人宛如人類作業員般靈活。

機械加工的週期通常會持續56分鐘，但UR5e真正忙著處理零件的時間只有6分鐘。Wittenberg表示：「在其他的時間裡，協作型機器人只能晾在一旁等待下個週期。我們又不想讓它無所事事。」對此，Toolcraft決定加設一個負責沖洗與清潔零件的工站。當UR5e從CNC取出已加工的零件後，會將零件浸入沖洗液中，接著經過噴氣處理，最終將洗淨且風乾完畢的零件置於架上準備出貨。Toolcraft還能透過UR5e 的I/O介面，輕鬆控制氣動式夾具與艙門制動器。Ojalehto解釋稱：「此舉可大幅減少CNC工具機的接線需求，並保留所有的CNC工具機標準安全功能。」

儘管Toolcraft一開始是在系統整合商的協助下，才順利啟動整套應用，但後來的沖洗與風乾工站全由他們自行編程及安裝。Wittenberg表示：「我們之所以辦得到，全拜優傲科技所提供的免費線上支援所賜。我們的自動化工程師在完成優傲學院線上課程後，只與系統整合商花了幾個小時，就能將該工站納入協作型機器人的作業範圍，完全不靠外力協助。」

Wittenberg起初還擔心，為清洗工站編程時會導致製程中斷，因為UR5e無法一如往常地執行機台操作。結果Toolcraft團隊發現，只要使用優傲科技的專屬模擬器，就能離線為新增作業進行絕大部分的編程，一點也不影響協作型機器人的例行任務。

UR+夾爪加速整合
另一項加速整合的要素，就是優傲旗下的UR+計劃。只要是經其認證的機器人周邊設備，舉凡夾爪、視覺系統、軟體或其他配件，都能與UR機器人無縫整合。Rapid Design Solutions負責人Ojalehto表示：「以這款應用為例，我們之所以選擇Pneu-Connect氣動式夾爪，有很大一個原因就是它經過UR+認證，代表它一開箱就能搭配UR機器人使用，而且所有夾爪的軟體會直接整合到UR示教器上，無需任何手稿語言。」

逐年增加機器人，目標實現水平碾磨自動化
在安裝第一台協作型機器人就告捷後，Toolcraft目前正規劃每年新增一台協作型機器人。Wittenberg表示：「我們的自動化工程師如今不管任何問題都能見招拆招，這將是我們實現此一目標的重要關鍵。」他還透露，下一步就是廠內水平式碾磨機的操作自動化：「這項挑戰恐怕不容小覷，由於碾磨機台所使用的旋轉研磨石需要更換，因此在固定上有難度。不過，我們有信心透過UR機器人與創新作法加以克服。」

UR協作型機器人型號: UR5e

UR+ products used: PHD Pneu Connect gripper

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“一聽到UR5e的重現精度達到30微米時，我們備感興奮。這確實足以和傳統工業機器人分庭抗禮，對我們來說意義重大。”

Troy Ojalehto Rapid Design Solutions公司負責人

公司介紹

Toolcraft總部位於華盛頓州西雅圖市郊的門羅（Monroe），是一家專為航太、醫療與國防產業生產零件的小型機械加工廠。他們所提供的CNC加工解決方案，一律具備高度效率、精密度與一致性。
www.tcprecision.com

UR5e的重現精度可達30微米，能夠將多螺紋零件精準插入CNC夾具中。這套CNC加工週期包含垂直式碾磨機中的三道工序，兩道需搭配老虎鉗，另一道則在第四軸旋轉裝置中。

Toolcraft自動化工程師Brian Laulainen表示：「UR機器人的移動路徑可由用戶自行示教，大幅減少設定路徑點的時間。」

在UR5e協助下，Toolcraft透過CNC工具機中三道高度精密的工序，生產出醫療器材專用的多螺紋零組件。

Toolcraft的UR5e機械手臂末端工具，最終由PHD的PneuConnect夾爪雀屏中選。該夾爪經UR+認證，除可與UR機器人無縫整合外，所有編程軟體都能直接整合至UR機器人的示教器上。

在UR5e加持下，Toolcraft達成年度生產目標的時間，較人工作業足足快了七週。

Rapid Design Solutions負責人Troy Ojalehto表示：「UR機器人的移動路徑可由用戶自行示教，大幅減少設定路徑點的時間。」換言之，UR機器人可透過「示教模式」輕鬆編程，只要將機械手臂依需求移動，相關路徑點就會被新增至示教器上的程式中。Toolcraft正是利用優傲模擬器的編程功能，自行以離線方式建立零件沖洗與風乾工站，過程只需插入路徑點，待它們上傳至示教器上的程式便大功告成。

Rapid Design Solution是一家經優傲科技認證的系統整合商，本案應用最初即是由該公司負責人Troy Ojalehto（左）所開發。Toolcraft自動化工程師Brian Laulainen（右）則是在接受優傲學院線上培訓，並與Ojalehto進行數小時的實作訓練後，就有辦法應付UR5e的日常操作，甚至自行開發出可由同一台機器人執行的零件沖洗與風乾工站。

已解決的自動化挑戰：