การพัฒนาหุ่นยนต์ร่วมปฏิบัติงานเพื่อการขจัดฟูมในงานบัดกรีไฟฟ้าด้วยมือ

The development of Collaborative Robot for fume Extraction from Hand Electrical Soldering Work

Name: ธีรยุทธ เสงี่ยมศักดิ์

Organization : มหาวิทยาลัยบูรพา. คณะสาธารณสุขศาสตร์

Name: อนามัย เทศกะทึก

Organization : มหาวิทยาลัยบูรพา. คณะสาธารณสุขศาสตร์

ThaSH: หุ่นยนต์ - - การออกแบบและการสร้าง

Classification :.DDC: 629

ThaSH: บัดกรีและการบัดกรี

Abstract: การเชื่อมบัดกรีด้วยความร้อนนั้นมีปรากฏมาอย่างช้านาน มีหลักฐานยืนยันจากการค้นพบ เครื่องประดับและเครื่องมือเครื่องใช้ต่างๆที่ทำจากโลหะ ย้อนกลับไปได้ถึงเมื่อกว่า 4000 ปีก่อน ซึ่งเป็นยุคที่เริ่มมีการค้นพบแร่ธาตุต่างๆ สำหรับในยุคปัจจุบัน ซึ่งเป็นยุคที่สิ่งอำนวยความสะดวกต่างๆ ต้องพึงพาอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กโทรนิคส์เป็นหลัก การเชื่อมบัดกรีด้วยความร้อนจึงมีบทบาทที่สำคัญในการเชื่อมต่อวงจรต่างๆเข้าด้วยกัน โดยการเชื่อมด้วยมือยังคงได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายสำหรับสถานประกอบการขนาดกลางไปจนถึงขนาดเล็ก หรือระดับ SME (Small Medium Enterprise) รวมไปถึง งานซ่อมแซม ต่อเติม หรือรื้อนำกลับมาใช้ใหม่ โดยมีความความเสี่ยงในการปฏิบัติงานที่สำคัญคือ อันตรายจากฟูมโลหะบัดกรีซึ่งประกอบไปด้วย ตะกั่วและดีบุกที่ระเหยออกมาขณะทำการเชื่อมบัดกรี การศึกษาวิจัยในครั้งนี้ เป็นการออกแบบสร้างหุ่นยนร่วมปฏิบัติงานหรือ Collaborative Robot (COBOT) ที่มีระบบแขนกลซึ่งมีความสามารถในการเคลื่อนที่ปากฮูดติดตามหัวแร้งบัดกรีซึ่งแผ่รังสีความร้อนออกมาด้วยเซนเซอร์ตรวจจับ IR (Infra-red) พร้อมทั้งติดตั้งระบบท่อดูดอากาศ พัดลมและอุปกรณ์ทำความสะอาดอากาศด้วยถ่านกรอง (charcoal filter) เพื่อขจัดฟูมที่เกิดจากงานบัดกรีไฟฟ้าด้วยมือ และทดสอบประสิทธิภาพทั้งในด้านการระบายอากาศ ด้านคุณสมบัติทางไฟฟ้า และการขจัดฟูมที่เกิดจากการบัดกรีไฟฟ้าด้วยมือ ที่ตำแหน่งทดสอบต่างๆเทียบกับอุปกรณ์กำจัดฟูมแบบทั่วไป ผลการออกแบบสร้าง หุ่นยนร่วมปฏิบัติงานหรือ Collaborative Robot (COBOT) มีคุณลักษณะเป็นแบบ 4 Degree Of Fredom (DOF) robotic arm ใช้ servo motor จำนวน 4 ตัว มีการควบคุมจาก Raspbery pi 4 ที่ใช้ ภาษา Python ในการเขียนคำสั่งควบคุมให้มีการทำงานร่วมกับเซ็นเซอร์ตรวจจับการแผ่รังสีความร้อน amg8833-ir-8x8-infrared-thermal-imager-array-sensor ผลการทดสอบประสิทธิภาพพบว่า อุปกรณ์ต้นแบบมีความสามารถในการปฏิบัติงานได้ตรงตามวัตถุประสงค์คือ สามารถเคลื่อนที่ติดตามหัวแร้งบัดกรีที่กำลังทำงานได้ใน 2 แนวแกนพร้อมกันคือ สามารถหมุนรอบแกน Y ได้ 0 - 180 องศา และฮูดสามารถเคลื่อนที่ได้ในระนาบ X - Y ได้กว้างถึง 90 องศา โดยมีอัตราการบริโภคไฟฟ้าอยู่ที่ 60.8 ระบบมีความเร็วลมหน้าฮูดเฉลี่ยอยู่ที่ 1.47 m/s และมีอัตราการไหลของอากาศอยู่ที่ 0.01 m3/s ระยะไกลสุดที่ฮูดส่งแรงดูดไปถึง (Capture distance) อยู่ที่ 25 cm เมื่อแหล่งกำเนิดควันอยู่ต่ำกว่าระดับปากฮูด การทดสอบประสิทธิภาพในการกำจัดฟูมของ COBOT เทียบกับการทำงานของอุปกรณ์กำจัดฟูมแบบทั่วไป โดยการจำลองการปฏิบัติงานบัดกรีไฟฟ้าด้วยมือในพื้นที่ปฏิบัติงานขนาดใหญ่ การเก็บตัวอย่างปริมาณฟูมตะกั่วในอากาศ ดำเนินการตามมาตฐานของ NIOSH method 7301 สำหรับการเก็ยตัวอย่างที่เป็นตะกั่ว Lead (Pb) ผลการทดสอบพบว่า COBOT มีประสิทธิภาพสูงกว่าอุปกรณ์กำจัดฟูมแบบทั่วไป เมื่อพิจารณาทั้งในแง่ของ น้ำหนักของฟูม และปริมาณความเข้มข้นของฟูมตะกั่วที่รับสัมผัสบริเวณหายใจของผู้ปฏิบัติงานที่ นัยสำคัญทางสถิติ 0.041 และหากจะพิจารณาเฉพาะเจาะจงลงไปถึงค่าความเข้มข้นของฟูมตะกั่วเฉลี่ยที่ผู้ปฏิบัติงานได้รับสัมผัสในการทดสอบนี้มีนั้น จะมีค่าน้อยมากสำหรับการทำงานโดยใช้ COBOT นั้นคือเพียงแค่ 0.003616 mg/m3 เท่านั้น ในขณะที่ความเข้มข้นของฟูมตะกั่วเฉลี่ยที่ผู้ปฏิบัติงานได้รับสัมผัสจากการใช้ฮูดแบบทั่วไปในการทดสอบนี้มีค่าสูงถึง 0.169379 mg/m3 ซึ่งเกินกว่าค่าสูงสุดที่แนะนำให้ได้รับสัมผัส ที่ระบุโดยทั้ง OSHA NIOSH และ ACGIH ที่ ความเข้มข้นของฟูมตะกั่วที่ 0.05 mg/m3 โดยมีค่าสูงกว่าค่าแนะนำถึง 3.38 เท่า ในขณะที่ ค่าที่ได้จากการทำงานโดย COBOT จะมีค่าต่ำกว่าค่าที่แนะนำถึง 13.8 เท่า จากผลการศึกษาโดยภาพรวม ชี้ให้เห็นถึงประสิทธิภาพของระบบแขนกลของหุ่นยนต์ร่วมปฏิบัติงาน COBOT เพื่อการขจัดมลพิษที่เกิดจากฟูมในงานบัดกรีไฟฟ้าด้วยมือที่มีเหนือกว่า ระบบกำจัดฟูมแบบทั่วไป ที่มีฮูด อยู่กับที่ นอกจากนี้แล้วยังเพิ่มความสะดวกและลดเวลาในการปฏิบัติงานที่ปลอดภัย โดยเฉพาะอย่ายิ่งในงานบัดกรีไฟฟ้าด้วยมือ ที่มีพื้นที่ปฏิบัติงานขนาดใหญ่ อย่างเช่น สถานีแยกชิ้นส่วนขยะอุปกรณ์อิเล็กโทรนิกส์ หรือชิ้นงานขนาดใหญ่ที่ต้องมีการบัดกรีไฟฟ้าด้วยมือในหลายจุด ซึ่งอุปกรณ์กำจัดฟูมแบบทั่วไปอาจจะไม่เหมาะสมกับบริบทเฉพาะเหล่านี้เท่าใดนัก

Abstract: Hot solderings have been around for a long time. There are evidences confirming this existing from many discoveries of jewelries and various tools made of metal with soldering dating back to more than 4,000 years ago, when various minerals began to be discovered. For the present era where various facilities rely mainly on electrical and electronic equipment. Hot soldering plays an important role in connecting various circuits together. Hand soldering is still widely popular for medium to small enterprises or SME including: repairs, rebuilds, or dismantling and reusing works. Fume emited from soldering process which consists of Lead and tin posts a potential risk of danger. This research study aimed to design and built a collaborative robot (COBOT) with a mechanical arm that has the ability to move the mouth of the hood in following a soldering iron that radiates heat with an IR (Infra-red) sensor.This will work in collaboration with a local ventilation system consisting of flexible duct, fans and air cleaning devince, equipped with charcoal filters, to remove fume from the hand soldering work. This will be followed by the efficiency test in terms of ventilation, electrical and fume extraction properties caused by the hand soldering process which set up at various tested locations compared to the conventional one. After the design and build process, it released to a prototype of collaborative robots (COBOT) with 4 degrees of fredom (DOF) robotic arm. It utilized 4 servo motors and worked under the control unit of Raspbery pi 4 which used Python language as the commanding codes and the communication with the amg8833-ir-8x8-infrared-thermal-imager-array-sensor. The efficiency test results showed that the prototype had an ability to perform its tasks according with the research objectives. It could track and follow the moving soldering iron in 2 axes at the same time including rotating around the Y axis 0 - 180 degrees and covering 90 degrees in the X- Y plane with an electricity consumption rate of 60.8 W. The system had an average wind speed in the front of the hood at 1.47 m/s with an air flow rate of 0.01 m3 /s. The maximum distance that the hood still can suct in the smoke (Capture distance) is 25 cm, when the smoke source is below the level of the hood mouth. The fume extraction efficiency test compared between COBOT and the conventional one was setup for working ina relatively large working area and collecting air sampling at simulated breathing zone over the working position wich according to the NIOSH method 7301 for lead (Pb) sampling. The test results showed that COBOT was more efficient than the conventional one with statistical significance at p-value = 0.041; in both terms of considerations, consisting of weight of the fume amount and the concentration of the fume that is exposed in the breathing zone of the simulated worker. And if looking specifically at the average lead fume concentration that the workers were exposed to in this test, The value is very small for COBOT that was only 0.003616 mg/m3 . Meanwhile, the value from the conventional one, obtained in this test, was 0.169379 mg/m3 , which exceeded the recommended maximum exposure limit at 0.05 mg/m3 specified by OSHA, NIOSH, and ACGIH. And if compare with this standatd the onventional one was 3.38 times higher, meanwhile the COBOT was 13.8 times lower than the recommended one. From the overall study results, it highlights the effectiveness of the COBOT over the conventional one in eliminating fume pollution emitted from hand soldering work. In addition, it increases convenience and reduces time of operation. This is especially optimal for the hand soldering work in the relatively large working area, such as a dismantling of waste electronic equipment or large workpieces that need hand soldering in many places by which the conventional one would not be designed for at the first pace.

มหาวิทยาลัยบูรพา. สำนักหอสมุด

Address: ชลบุรี

Email: buulibrary@buu.ac.th

Name: คณะสาธารณสุขศาสตร์ มหาวิทยาลัยบูรพา

Role: ผู้ให้ทุน

Created: 2566

Modified: 2568-12-25

Issued: 2568-12-25

งานวิจัย/Research report

application/pdf

tha

©copyrights มหาวิทยาลัยบูรพา

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	2569-281.pdf	4.82 MB

ใช้เวลา

0.029638 วินาที