前言

在 PCB 板材的自動化上下料作業中，料盤堆疊高度不固定是常見的挑戰。吸嘴下壓過深會損壞 PCB，過淺則吸取失敗。傳統方案需要人工測量或使用昂貴的雷射測距儀。

本文介紹我們開發的 PCB 來料深度感測系統，利用 KUKA 力覺感知技術，不需外掛任何 sensor，純粹透過手臂自身的扭力感測，即可精確偵測 PCB 板材的深度位置。

力覺感知技術系列：

系統展示影片

PCB 來料深度感測

▲ 點擊播放：機器手臂力覺感知 PCB 來料深度

論壇專案介紹

應用場景

挑戰

PCB 上下料問題：

  • PCB 板材在料盤中的堆疊高度不固定
  • 每次取料後，堆疊高度都會下降
  • 吸取前需要確認當前來料深度
  • 吸嘴下壓過深會損壞 PCB
  • 下壓過淺則吸取失敗

傳統方案限制：

  • 人工測量：費時且不精確
  • 雷射測距：硬體成本高、需額外校正
  • 固定深度：只能應用於特定料盤

解決方案

力覺感知深度檢測流程

1. 機器手臂移動至料盤上方
   ↓
2. 啟動力覺感知監控
   ↓
3. 吸嘴緩慢下壓
   ↓
4. 偵測到接觸力道（接觸到 PCB 表面）
   ↓
5. 記錄當前 Z 軸高度
   ↓
6. 回退至安全高度
   ↓
7. 移動至正確深度進行吸取
   ↓
8. 吸取 PCB 並移至下一站

技術原理

接觸力偵測：

  • 吸嘴緩慢下壓（速度 5mm/s）
  • 即時監控 Z 軸扭力變化
  • 當扭力超過設定閾值（3N），判定為接觸到 PCB 表面
  • 記錄當前 Z 軸座標作為 PCB 深度

自動適應：

  • 每次取料前都重新感測深度
  • 無論料盤堆疊高度如何變化，都能精確定位
  • 無需人工調整或設定

系統規格

硬體配置

元件 規格
機器手臂 KUKA KR 3 R540
控制器 KR C4 Controller
力覺感測 KUKA 關節扭力感測（無外掛 sensor）
末端工具 真空吸嘴

性能指標

  • 最小感測力量：±6N (KR 3)
  • Sensing Update Rate：< 20ms
  • 軸向感知：XYZABC 軸向力覺感知
  • 深度精度：±0.5mm
  • 感測速度：每次約 2-3 秒

實際效益

品質提升

✅ 精確吸取

  • 無論料盤堆疊高度如何變化，都能準確定位
  • 避免吸嘴下壓過深損壞 PCB
  • 避免下壓過淺吸取失敗

✅ 自動適應

  • 每次取料前自動感測深度
  • 無需人工調整
  • 適應不同料盤與不同堆疊高度

成本優勢

✅ 零硬體成本

  • 不需外掛雷射測距儀或其他深度感測器
  • 節省硬體採購成本
  • 無額外校正與維護

✅ 快速導入

  • 安裝、設定、測試，當日即可投產應用
  • 簡單、快速、安全

生產效率

✅ 穩定作業

  • 24 小時無人化運作
  • 自動適應料盤高度變化
  • 確保吸取成功率

延伸應用

力覺深度感測技術可應用於：

1. 板材取放

  • PCB 板上下料
  • 玻璃基板取放
  • 薄膜材料處理

2. 料盤管理

  • 料盤深度檢測
  • 來料確認
  • 空盤檢測

3. 堆疊作業

  • 堆疊高度偵測
  • 放料位置確認
  • 防止堆疊過高

與其他力覺應用的差異

應用 偵測目標 力道特性 參考文章
PCB 深度感測 接觸力（表面偵測） 低力道（3-6N） 本文
記憶卡插件 插入阻力（異常偵測） 中力道（10-20N） 連結
Tray 盤堆疊 雙向深度感測 低力道（5-9N） 連結
螺絲整列防撞 碰撞偵測 中力道（12-15N） 連結

技術資源

力覺感知系列文章

相關專案

結語

KUKA 力覺感知技術在 PCB 來料深度感測應用中，成功取代了傳統的雷射測距方案。

核心價值

  1. 精確定位
    • 自動感測 PCB 表面深度
    • 精度 ±0.5mm
    • 避免損壞 PCB
  2. 零硬體成本
    • 不需外掛雷射測距儀
    • 純軟體實作
    • 無額外維護
  3. 自動適應
    • 每次取料前自動感測
    • 適應任何堆疊高度
    • 無需人工調整
  4. 快速導入
    • 當日安裝、設定、測試
    • 當日即可投產
    • 簡單、快速、可靠

這項技術展示了軟體創新取代硬體感測器的可能性，在工業自動化領域提供了低成本、高可靠性的解決方案。

專案資訊

  • 技術開發：Yaze Lin
  • 系統整合：卓智機器人 Wise Tech Robot
  • 應用時間：2020 年 6 月
  • 應用領域：PCB 製造、板材取放、料盤管理