｜彩色共焦顯微術於機械元件量測之應用

摘要：金屬雙極板具有低成本與高機械強度的特性，但是質子交換膜燃料電池的金屬雙極板因為操作在溫度較高的硫酸環境中，所以金屬板會遇到腐蝕的問題。透過雷射披覆碳膜於金屬雙極板上可提供抗腐蝕之保護。

Abstract: Nowadays, manufacturing process of mechanical parts used in cars, motorcycles, and bicycles is becoming more complicated and demanding higher precision. In a mechanical part, it is possible to have straight and curving lines, holes, and grooves that need to be inspected. Inspection tasks for these kinds of parts cannot be performed by traditional automatic optical inspection techniques due to the limitation of inspection axis of the inspection probes. Until now, many factories still use human labor to perform inspection by manually flipping and rotating mechanical parts and doing visual inspection, thereby checking for flaws and defects of the produced parts. Therefore, the challenge is how to reduce human based inspection, improve the efficiency of inspection process, and at the same time promote the productivity and competitiveness of the industry. This article introduces chromatic confocal microscopy as a high accuracy optical measurement technique, and also explains how the flexibility of the robotic arm and high accuracy of chromatic confocal microscopy technique can be combined to achieve automatic measurement of various shapes and morphologies with high accuracy and repeatability.

關鍵詞：彩色共焦顯微術、機械手臂、彈性檢測系統

Keywords：Chromatic confocal microscopy, Robot arm, Flexible Inspection System

前言
近年來由於各種產業之興起，生產製造的流程與速度越來越複雜且快速，各項產品的品管開始仰賴自動化的方式進行檢測，既能提升品管速度也能減少人力成本的負擔。不只半導體、電子產業的PCB、BGA與晶圓鏡面研磨的特徵與瑕疵辨識是需要以自動化的光學檢測設備，連同機械工具與自動化機械產業的零件尺寸、外形、瑕疵檢測、加工定位、熔焊檢測、鋼板尺寸檢測、表面瑕疵檢測與鑄件瑕疵檢測也都需要以自動化的光學檢測設備來進行品質確認[1]。現今的自動化光學檢測技術（Automatic optical inspection, AOI）隨著產業需求而發展出各式各樣的量測技術，其種類繁多且各種技術的量測架構與量測解析皆有差異，可由不同的量測精度與量測演算方法來進行分類，如圖1所示。其中微觀量測可以再細分為干涉量測技術與共焦量測技術，量測精度可達到微、奈米等級，屬於小範圍高精度的量測技術；巨觀量測則屬於三角量測等大範圍的高速量測的技術，量測精度在毫米與微米範圍之間[2]。

自動化光學檢測技術在現今各產業中都扮演了產品良率控制的要角，AOI技術從2D的平面影像檢測應用逐漸發展到3D的立體形貌量測，如在PCB、LED、顯示與半導體等製程中，對形貌尺寸與特徵瑕疵的檢測上表現優異。但是以3D形貌量測應用而言，光學量測系統只透過的X、Y與Z三軸移動進行量測，只能得到單一方向的3D形貌，並無法量測到複雜形狀的完整輪廓。在機械加工領域中，機械零組件具有形狀多樣化的特性，不但有非平面曲線焊接、深螺孔與精密研磨，還有許多地方具有細微的3D結構都需要進行檢測與評估。機械零組件多變化性的形貌特徵不但使自動化生產技術變得非常複雜，連帶檢測方式都變成非常困難，如圖2所示[3]。雖然2D AOI已廣泛應用於汽車及機車領域之裁切定位、零件檢測與車身檢驗等項目中，但3D AOI檢測上往往受限於量測移動自由度不足的情形，因而需要具彈性適應能力的機器手臂來輔助光學量測系統進行檢測。因此以機械手臂結合光學量測模組的量測系統，憑藉著機械手臂多自由度的靈活移動能力，可繞著待測物形貌靈活地改變量測位置，達成多樣性特徵的形貌參數檢測，進而在生產上降低人力成本，提昇產品附加價值。