第一部分

一、研究計畫摘要：

今年正值跨越新世紀之際，各國政府莫不推動各項重大建設或計畫，以迎接新世紀的來臨。基於當前我國產業已朝向技術密集產業發展，對於各類高精密機械之開發及使用極為殷切，包括精密工具機、光電機械、資訊電子機械，乃至於半導體生產所需之高精密加工機械等。然而這些精密機械及技術都將以精密量測為基石來向上發展，如果沒有精密量測的觀念，就無法談及所謂的精密機械或精密加工，這正是所謂”失之毫釐，差之千里”。

然而精密量測及精密機械的人才培育及技術發展，需要長期挹注大量的資金，以充實軟、硬體設備及相關師資。目前我國精密機械的相關人才不論是在質與量方面均呈嚴重不足。

基於學校進行重點特色發展及地緣之考量，本計畫的目的在於利用朝陽科技大學相關設備，師資與場地，發展將以正逆向的檢測及自動化檢測以及精密量測為重點發展，一方面培訓具有精密量測的觀念的人才，並針對業界人才進行代訓課程，使得相關人才在質與量方面都能大幅提升。另一方面，可針對業界提供具有專業性及方便性的服務，提升其生產效率及品質，並建立建立微奈米檢測實驗室及相關檢測設備、ISO9000半導體製程高精密定位校正及高速工具機校正、與微模具設計製造檢測及曲面誤差分析實驗等特色，以作為中部科學園區奈米量測與人才培訓中心。

二、發展重點特色項目

在我科技與經濟發展邁入關鍵性的階段與面對紛湧而至的新世紀競爭挑戰之際，欲追求活潑創新、知識普及與能力導向的美麗社會，進而推展經濟發展之規模、提升國家競爭力，各級各類科技發展與人才培育勢必成為成功之必要條件。本計畫即針對於有興趣與熱誠學習奈米工程技術的學子，提供其完備的教育課程與優良之學習環境，使學生能循序漸進，將來才能在奈米工程檢測技術之廣大領域中一展所長。而推動奈米工程技術教育較慢的國家，將來勢必在國際科技、經濟等各方面遭到淘汰。現代化的科技發展，往往需多個不同領域的技術與知識互相配合貢獻，才有實現之可能，因此本計畫之目標即規劃一個長期且融合各種不同檢測專業領域知識的課程，以增強學生實作能力的廣泛度。

自從六O年代起，由於電子、電腦及感測技術的快速發展，促使三次元量測儀(Coordinate Measuring Machine，CMM)的功能及應用有了很大的改進。快速發展及擴展中的製造工業也催生出高品質、高效率及多功能的量測系統，三次元量測儀也因此廣泛地在工業中使用。且在品質控制部門，為了達到工件的尺寸、幾何、輪廓的快速及精確的量測，三次元量測儀更是一個不可或缺的工具。

然而隨著科技的進步，半導體微電子技術與計算機技術的快速發展，積體電路已在我們的生活中扮演著越來越重的角色，不論是在電腦工業、消費性電子產品、通訊產品，都有重要的應用。近十年來，半導體產業、精密機械工業、生物工程領域、光電系統、顯微機構、表面工程等方面，皆朝微小化、精密化的方向前進。因此對於工具、機件的精度要求越來重要，在檢測上也需要精度的再提升。近年來更由於微機電與微奈米系統的興起，使得產品的導向也趨於微小化，在微小化的製造過程中，必須要有精密的製造與檢測技術，來提升微小化產品的品質與可靠度，尤其於微機械元件越做越小，晶片的最小線寬越來越細的情形下，傳統的三次元量測儀已不敷使用。故引進奈米級的三次元量測儀技術，以應現今各種產業之需求，乃當務之急。

現今的工程量測技術，針對量測範圍由次毫米(sub-millimeter)的微機電元件至幾米長的機械元件，使用傳統的三次元量測儀所具備的機台幾何精度與探頭性能，對於中等機構元件尺寸已完全能達到大多數的尺寸精度要求，然而對於量測微小工件尺寸(<<1mm)和大型工件尺寸(>>1m)，卻往往無法得到較高的精度。其原因在於量測大型工件時，量測機台的幾何精度與機台穩定性為造成量測不確定度的主要來源，而對於微小工件量測，則受限於探頭系統的性能，三次元量測儀之量測不確定度來源

在比較接觸式與非接觸式探頭的優缺點之後，得知光學非接觸式探頭適合量測軟薄及微型工件，對於待測工件脆弱的表面亦不會造成磨耗損害，且不會因接觸力壓迫工件表面時，所造成探針柄部及工件表面局部性變形的問題，而影響正確的座標讀值，更免除了觸發機構的時間延遲以及因慣性作用所發生的錯誤讀值，加上量測時不需探頭半徑補正，使得非接觸式探頭的地位日益重要，在現今的應用範圍也非常廣泛。因此針對微小工件三維曲面和復合形狀輪廓量測，若能引進出一非接觸光學量測探頭，將可突破接觸式探頭的限制，對三維曲面作掃描量測，使之達到奈米精度。

目前我國精密檢測設備技術與美國、日本及歐洲等先進國家的差距甚鉅，惟有從前瞻性角度思考，才可減少與國外之差距，故本計畫在人才技術培訓方面，將以配合資訊及半導體產業檢測需求之高精度、高速度、高效益、小型化、智慧化及模組化等方向規劃，並加入目前科技界公認最具發展潛力及前瞻性的微機械研究領域，使微機械系統產業化，以達到精密檢測設備之功能等，未來亦可達到醫療儀器產業建立之目標。本計畫課程導向則以建立人性化、標準化與多功化為主要方向，訓練學生具有設計及實作能力，以培養高級檢測技術人才為訴求，同時整合應用相關儀器設備與建立實驗教材，並與產業界維持良性與頻繁之互動關係。

在最近幾年的量測設備轉變中，可以清楚的感受到，從早期在各種機械加工檢測為主的測量儀器，到前幾年所訴求的三次元量床，至目前幾乎以光學檢測儀器為主的量測技術，可大略刻畫出台灣機械工業之演進脈絡，其中之演進又與相關晶片與電路板之檢測儀器為主，可知精密量測技術將與半導體產業及資訊產業有相當密切之關係。目前所建構之高品質製造和高效率生產環境的架構下，已逐漸反應出光學非接觸式精密檢測設備的重要性，在沒有良好的量測就沒有良好的製造條件下，精密檢測設備將會趨向高精度發展，而市場之需求也會開始引進個人電腦及高速量測設備，以提高生產線上量測機之高度自動量測功能及操作性。

我國精密機械與自動化工業於1998產值已經超過新台幣1,600億元，預計2001年國內精密機械市場規模將超過新台幣2,500億元。根據金屬工業發展中心在國內檢測需求方面的調查顯示，未來國內精密檢測方向會朝向非破壞性的檢測方式及自動化檢測發展，最終將以產品全檢與統計製程管制整合等為首要目標，相關人力需求將甚為殷切。

由於我國精密檢測系統近年來在精密機械工業發展推動下蓬勃發展，但其周邊設備仍以國外進口為主，其原因主要是國內高科技產業相關工程師及技術人員不足，導致國內製程設備之相關產業均受制於國外廠商，由於目前精密機械產業正值快速發展時期，惟有加速推動相關精密機械業者投入製程相關設備之研究發展，以及大量培訓相關人才，才為真正有效之方法。

三、已購置之硬體設備與規格

為了整合運用現有資源，提供對科學園區/工業界及社區學院和本校師生之精密量測教學與應用，而建立起一多元化的服務系統。此計畫之執行分為以下三部分進行：

第一部份：建立檢測實驗室環境及設備

(1) 環境建立

i. 空間需求：5×5 m²

ii. 環境條件：溫度20±1.5℃ / 相對溼度50±10％ / 照明800 lux以上

iii. 冰水機及空調箱自動控制工程

iv. 配電工程/配水工程

v. 風管工程/天花板工程/隔間工程/地板工程

(2) 制度建立

i. 實驗室認證與輔導

(3) 人員建立

i. 教師參加具實驗室負責人訓練課程

(4) 儀器建立

第二部份：ISO9000半導體製程高精密定位校正及高速工具機校正實驗室﹝尚未進行﹞

1. 雷射線性定位校正

2. 雷射空間定位校正

3. 雷射動態循圓校正

4. 雷射主軸偏擺校正

5. 雷射振動檢測分析

第三部份：微模具設計及曲面誤差分析實驗室

1. 曲面雷射非接觸量測

2. 雷射加工成型系統

3. 智能化微模具設計

4. 微模具流動分析

依規劃所採購之硬體設備規格如表一所示。

表一：相關硬體與環境工程設計之規格

項次	項次	規格	備註
01	環境工程設計及施工	1. 空間需求：5×5 m² 2. 環境條件：溫度20±1.5℃ / 相對溼度50±10％ / 照明800 lux以上 3. 冰水機及空調箱自動控制工程 4. 配電工程/配水工程 5. 風管工程/天花板工程/隔間工程/地板工程	環境條件部分需再改善
02	振動檢測分析雷射 VS-500	1. 量測範圍：0-5m 速度：0-5m/s 加速度：0-100,000g 2. 解析度：2.5nm 3. 取值速度：6.25KHz～800KHz 4. 資料量：64K點 5. 振動分析軟體
03	三軸雷射非接觸掃描機	1. 型式：半導體雷射光帶 2. 能量：可用軟體控制調整 3. 波長：650 nm 4. 掃瞄寬度：50 mm 5. 量測景深：30 mm 6. 量測精度：正負0.01 mm-0.1mm （有效景深30 mm範圍內） 7. CCD鏡頭；2 set 8. 3軸CNC掃瞄機台 9. 量測範圍：600 mm（Y軸） 400 mm（Z軸） 250 mm（X軸） 10. 精度：+/- 0.02 mm／200 mm （附定位精度校驗報告） 11. 控制方式：電腦控制三軸平移，一軸旋轉 12. 外觀尺寸：110 (L)×80(W)×180(H)cm 13. 花崗岩平台 14. CNC控制器：PC與掃瞄機台間之自動控制溝通介面
04	智能化模具設計系統	1. 具備實體特徵、參變數、自動對位組立等功能。 2. 運用零組件的關聯性，充分展現鏈結設變之彈性。 3. 樹狀組立結構，零件特徵清晰，提供工程人員完全掌握設計環節。 4. 單一資料庫UG CAD/CAM/CAE系統、使MoldWizard結合高速加工、組件排版出圖之同步工程應用，大幅縮短製週期。 5. 模座及標準件種類齊全，設計中可隨時變更尺寸，方便使用者自訂規格 6. 標準模座：Futaba/HASCO/DME 公英制共約五十幾種，還有自訂規格功能 7. 標準零件：ejector pin、sprue、locating ring、screw、sidelock、inter-lock 8. 公母模上之密集網孔，可自動搜尋並填補靠破面。 9. 可自動搜尋分模線及產生分模面或沿曲率延伸分模面，並自動實體產生公母模。 10. 可做曲面勾角度動態分析並可沿成品稜線或曲面，構建固定或變化之拔模角度、拔模斜面。 11. 產品可做三軸均等、軸向及不均等的縮放（縮水）。 12. 一模多穴自動排版，，彼此關聯或獨自設計容易。 13. 滑塊頭座、頂針型式之組立，可配合實際之裝配公差，訂定組裝間隙之參數。 14. 澆注口與澆黎系統可配合3D分模曲面舖設，並可快速套用多種澆注樣版型式。 15. 多層式循環水路設計，應用於複雜模穴，操作及檢核容易。 16. 加工角落可定義範圍，方便製作3D電極與入子。 17. 關聯性BOM材料表，可對零件屬性做客製化表單。 18. 採用PARASOLID 核心技術

此計畫主要是希望藉由奈米精密量測與雷射校正以及非傳統加工檢測的方式將精密機械及精密製造提升至國際水準，希望在未來的整個精密機械發展上，能夠扮演一個重要且不可欠缺的決定性角色。在企業生產效率與產品競爭力提升上，自動化已成不可違逆的潮流，包括整個生產、製造、配銷體系中所有活動，及應用控制、感測、機構、電腦及網路等各種技術，以達到省力化、省人化、自動化、資訊化、網路整合化、資源共享化之效果。我國自動化機械設備產業的未來，仍須借重先進國家的經驗，在主體結構上朝高速化、高精度化、彈性化、複合化、資訊化、智慧化、模組化、彈性整合化等方向發展。此外，並考量國際標準、智財權及環保問題。

工具機發展實為機械工業之重要基礎，為強化學術研究機構對業者之技術支援及人才培育，發展高性能工具機之控制系統，勢必為學術研究之另一重點項目。未來工具機發展將朝向高精度化、高速化及多機能化,由於我國精密檢測系統近年來在精密機械工業發展推動下蓬勃發展，但其周邊設備仍以國外進口為主，其原因主要是國內高科技產業相關工程師及技術人員不足，導致國內製程設備之相關產業均受制於國外廠商，由於目前精密機械產業正值快速發展時期，惟有加速推動相關精密機械業者投入製程相關設備之研究發展，以及大量培訓相關人才，才為真正有效之方法。