在金屬加工領域，焊接是一項極為廣泛應用的技術，適用於各種行業，包括航空、鐵路、石化、橋樑、電力站、機械製造、汽車製造、船舶、鋼結構、建築、五金、家電等。現代焊接方法融合了數位化控制技術，使機械化和自動化流程成為可能，同時也改進了手工焊接精度不足的問題，這不僅提高了生產效率，還有助於減少原材料的浪費成本。隨著工業4.0時代的來臨，焊接已經從依賴人工勞動轉變為自動化機械化加工，結合了人工經驗和新技術的發展，不斷豐富了焊接領域的知識和技術。焊接已經成為工業生產和國家經濟建設的不可或缺的一部分，也是現代工程工藝中的一個關鍵領域。
再者，焊切（焊接與切割）是一種金屬加工方式，利用加熱、熔化或切割的方法，常見於現代工業中。然而，在焊切過程中，會產生危險氣體、強烈的弧光輻射以及火花四濺等危害因素，容易對人體造成傷害。因此，在工業4.0時代，危險的焊切工作多由自動化機械或焊接手臂來執行，以減少工人的勞工傷害。這種趨勢不僅提高了工作場所的安全性，也提高了生產效率。
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自動焊接中，機械臂和溫度檢測是關鍵的元件，它們在確保焊接品質和效率方面扮演著重要的角色。
機械臂能夠執行重複性高、繁瑣的焊接任務，從而提高生產效率，確保焊接過程的一致性，並減少人為誤差；機械臂的多軸運動使其能夠適應各種焊接位置和角度，包括難以存取的區域，提供了更多的靈活性和適應性；機械臂能夠在高溫、高輻射和危險環境中工作，從而減少操作人員的潛在風險，有助於提高工作場所的安全性；機械臂通常具有高度精確的運動控制，有助於實現高品質的焊接接頭，並確保焊接位置的準確性。
在焊接過程中， 監控和控制溫度是關鍵的，對焊接品質有重大影響。溫度檢測包括『預熱控制』確保工件在焊接之前達到適當的預熱溫度，以減少熱應力和提高焊接接頭的品質以符合焊接程序WPS之要求；『監測焊接溫度』在焊接過程中，持續監測焊接區域的溫度是關鍵的，有助於防止過熱或過度冷卻，從而降低焊接缺陷的風險；『溫度控制』自動焊接系統可以通過調整焊接參數，如電流、電壓和焊接速度，來實現精確的溫度控制，這有助於確保一致的焊接品質。
總之，以目前機械臂的技術發展，實現焊接需求變得相對容易。然而，真正的挑戰卻出現在溫度檢測方面，特別是在需要頻繁更換加工件、處理多角度和大面積溫度檢測的情況下，這些需求目前迫切需要應對解決。
焊接預熱是焊接過程中至關重要的步驟，其主要目的在於提升焊接接頭的品質、減少缺陷、降低應力、降低冷裂紋風險，同時增加焊接的耐用性。選擇和執行適當的預熱程序是關鍵，必須依據焊接材料和具體應用的需求進行調整。然而，預熱程序中必須仰賴有效控溫技術，不同材質所需的最佳預熱溫度各異。因此，有效的溫度檢測方法至關重要。過去，常使用接觸式熱電偶溫度檢測，但這種方法存在限制，無法應對大面積的溫度檢測需求，且在不同工件間迅速安裝有困難，因此逐漸被自動化焊接程序所淘汰。現在，非接觸式單點紅外線溫度感測方式已成為主流，雖然解決了檢測方便性問題，但仍無法大面積量測溫度。因此，近年來，引入了2D熱像儀以解決這一問題，它可以在不連續的多個點上進行溫度檢測，提供了更全面的數據，以確保預熱程序的精確性。
本文以自動焊接工作站（由中鋼機械與工研院智慧感測與系統科技中心合作開發）作為案例，介紹工研院研發、適用於機械臂自動焊接的預熱溫度監控警報系統的成果，示意圖如圖1所示。該系統使用熱影像感測器即實監測工件表面的溫度，當檢測到溫度超出預設範圍時，系統會發出警報信號，同時協助機械手臂自動進行焊接，並將工件的預熱溫度資料和相關影片上傳至資料庫，工作站實際圖如圖2所示。
自動焊接工作站搭載六軸機械手臂進行冷焊作業，目前焊接加熱方式採用人工加溫為主，再以手持式單點紅外線測溫器檢測加溫區溫度，示意圖如3所示，加熱過程難以快速同時獲得加工件表面的多點溫度，需反覆確認加溫是否到達最佳焊接溫度，耗時耗工。本系統直接將2D熱像感測模組安裝於機械手臂的第六軸，焊接前手臂自動移至焊接區檢測預熱溫度是否合格，並可結合多視角焊區批次測溫操控介面進行不同視角、多焊區溫度批次檢測，流程如圖4所示。本系統熱像模組也透過實際溫度校正步驟進行加溫區間溫度修正，以確保量測溫度與手持紅外線測溫器一致，兼容傳統手工量測流程。
自動焊接工作站具備靈活彈性的不同工件參數自動切換功能，透過測溫軟體模組，可自行定義不同工件的測溫區，並將相關參數儲存成腳本，再透過工作號、件號等資訊切換相對應的溫測參數，使得此系統可應付不同的工單需求，介面如圖5所示；操控介面可執行批次測溫功能，即時顯示各個測溫區平均、最大或最小溫度，並根據焊接溫度需求建立溫度管制界限，以評估溫度是否合格於執行焊接作業或重新加溫。另外，軟體介面也提供手動啟動、身分認證啟動、遠端遙控啟動三種系統運作管理模式，方便後續連結後台自動化管理之用。
本篇文章所提出之自動焊接預熱溫度監控警示系統，可透過熱像溫度感測模組即時檢測加熱區溫度，達到加熱階段預視溫度的功效；並透過多視角焊區批次測溫操控介面與機械臂進行通信，測溫合格後觸發機械臂執行焊接作業，操控介面還提供建立不同測溫參數腳本的功能，以滿足不同加工件的需求。最後，系統還提供了三種不同的啟動測溫方式，以實現身份認證和遠程自動控制的效果。
