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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:沈智仁
研究生(外文):Chih-Jen Shen
論文名稱:雷射位移計於產品階級差與共面度的自動化光學檢測
論文名稱(外文):Application of Laser Displacement Module to Automatic Optical Inspection of Step Error and In-plane Deviation
指導教授:許文政
指導教授(外文):Albert Wen-Jeng Hsue
口試委員:許進忠陳馨寶陳建昌
口試委員(外文):Jinn-Jong SheuHsin-pao ChenChien-Chang Chen
口試日期:2015-01-22
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:模具系碩士在職專班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:111
中文關鍵詞:自動光學檢測線雷射位移計階級差共面度機電整合GRR重複性與重現性
外文關鍵詞:AOI (automatic optical inspection)laser displacement sensorSTEP-errorIn-PlanemechatronicsGRR (Gauge Repeatability and Reproducibility)
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本文報告一台可供3C產品階級差(段差)與共面度自動化光學檢測(AOI)的設備之研究開發;於機電整合設計上,本設備採LabVIEW程式整合機構設計、雷射掃描模組、電動機驅動、與資料擷取及運算控制技術。本文在實驗研究上採一批四件的夾具設計達成穩定的夾持、變換間距機構與批量切換工作,運動模組負責夾持機構之搬移、定位,並利用伺服馬達轉動產品,讓雷射模組可高速掃描整批產品之全周。雷射檢測模組選用KEYENCE LJ-G030線雷射位移計,並導入先掃描後分析的數據擷取程式,改善過去單點雷射束在檢測時需先在將產品靜置等待掃描問題。因過去點雷射束的光點極小,量測多點時須有多個軸向位移機構以達掃描位置,需複雜機構設計與造成量測時間過久問題。本方法是先讓產品以定速旋轉一周,並令線雷射束完成產品全周輪廓掃描,之後再從這些擷取的數據中,搜尋計算階級差與共面度檢測值,這樣做的優點有二,即見機構簡化增快速度、與提高穩定性。本研究之雷射掃描量測結果方面,階級差與共面度實驗皆達到重複性與重現性條件(GRR)10%內,製程參數Cpk方面也有達到1.74以上優級的表現,證實其檢測精度能滿足客戶所需。另在作業速度表現,本實驗機需時2.75s/piece與上一代機檢測速度4.5s/piece 的檢測成本節約1.75s/piece。加計夾持移載與定位時間後,本實驗機在每小時產量達1310piece,與上代機的800piece相比增加510piece,達38.9%。由這些數據證實本自動化實驗機不僅具超越前代機之檢測性能,也為企業增加生產力與競爭力。

This thesis is aimed at research and development of an AOI system built by a mechatronic design for STEP-error and In-Plane inspection of a 3C prod-uct. The proposed systems involve mechanism design, laser displacement sensor, motor driving, data acquisition and control, integrated within a LABVIEW computing programs. A novel four-piece-in-one fixture was design associated with servo motion modules to achieve stable rotating/positioning and shifting mechanism, so that AOI laser beam can scan the product peripheral in one turn quickly. The laser module adopts KEYENCE LJ-G030 line-type laser dis-placement sensor and associated data acquisition system, which allows scan-ning first and analyzing batch data set latter. It reveals significant improvement on the low efficiency of the former point-type laser scanner which usually re-sulted in a workstation bottleneck, because of multi-axes motion with compli-cate mechanism was required to focus on each point around such a product. Therefore, there are two advantages with the proposed line-type laser module, that’s higher speed and higher stability. From experiments result, it takes 2.75 seconds with the proposed design to achieve STEP and In-Plane check for each piece. In average, this study saves 1.75 seconds of inspection for each piece in comparison with the former design. The AOI system also shows satisfied pre-cision on less than 10% of GRR repeatability and over 1.74 of Cpk process ca-pability index. Comparing with 800 UPH (piece per hour) for the former design, the novel one can achieve 1310 UPH, revealing that the proposed module increases productivity up to 38.9%. These results reveal that not only the supe-rior performance of the experimental system, but also more competitive and higher productivity for the enterprise is achieved.
中文摘要 i
英文摘要 iii
誌 謝 v
目 錄 vi
表 目 錄 viii
圖 目 錄 ix
符號說明 xii
第 一 章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 3
1.3 研究動機與目的 11
1.4 論文架構 13
第 二 章 基本原理 15
2.1 雷射基本原理 15
2.1.1 雷射的特性 16
2.2 雷射位移計原理 19
2.2.1 點雷射束與線雷射束比較 21
2.3 接觸式量測與非接觸量測 22
2.4 馬達的簡介 25
2.5 品質驗證的工具 27
2.5.1 GRR重覆性與重現性 27
2.5.2 Cpk製程能力指數 29
第 三 章 實驗設備與方法 32
3.1 輸送帶模組 32
3.1.1 載具與定位設計說明 32
3.1.2 減速機使用說明 35
3.2 運動機構模組 37
3.2.1 夾爪移載機構模組 38
3.3 雷射量測機構模組 40
3.3.1 旋轉檢測平台 40
3.3.2 變換間距機構 47
3.3.3 雷射位移掃描機構 48
3.4 電控模組 51
3.4.1 I/O控制卡 52
3.4.2 運動控制器 53
3.4.3 資料擷取卡 54
3.5 雷射掃描初始設定方法 57
3.5.1 雷射掃描工作原理 57
3.5.2 雷射掃描設定作業 59
第 四 章 自動化光學檢測實驗整合與結果分析 64
4.1 實驗設備架構 64
4.2 TOOL工具程式與主程式操控說明 67
4.3 GRR驗證作業 72
4.3.1 GRR驗證階級差 72
4.3.2 GRR驗證共面度 79
4.4 Cpk製程能力驗證 82
4.5 自動量測作業實驗 85
4.5.1 階級差自動實驗量測結果 86
4.5.2 共面度自動實驗量測結果 88
第 五 章 結論 93
第 六 章 未來展望與建議 94
參考文獻 95
簡 歷 98




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