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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

346期2020年11月號

出版日期:2020/11/15

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暫態表面改質之品質檢測技術

撰文/劉映蘭

工研院的「暫態表面改質之品質檢測技術」,利用冷卻水珠霧化工件表面,提高檢測效率,檢測完水珠自然揮發,既環保又有效率。
工研院的「暫態表面改質之品質檢測技術」,利用冷卻水珠霧化工件表面,提高檢測效率,檢測完水珠自然揮發,既環保又有效率。

想過晶瑩剔透的透明車燈殼,怎麼檢查上頭細細的刮痕瑕疵嗎?用人力檢查太沒效率,用自動光學檢查又一堆反光,辨識誤判率高。工研院的「暫態表面改質之品質檢測技術」,利用冷卻水珠霧化工件表面,提高檢測效率,檢測完水珠自然揮發,既環保又有效率,因而入圍2020年「全球百大科技研發獎」。

位於臺南的一間進口車燈製造廠裡燈火通明,10幾年檢測經驗的老技師正拿起一組車燈燈罩殼,準備檢測產品上是否有刮痕、油汙、撞傷、擦傷等瑕疵。老技師在檢測燈罩需透過強光燈照明並多次翻轉燈罩,觀察表面經過光線照射下瑕疵的反射情形。

透明物體的檢測難度在於,不同材質或表面弧度等因素而散射或穿透,進而影響瑕疵的判斷。然而,長期處於強光的環境,除了對檢測人員的眼睛造成不可逆的損害,得到青光眼、白內障的風險也增加許多。

而高反光的金屬物體,譬如水五金,需要進行表面的外型檢測,傳統利用3D感測器去做外型輪廓掃描檢測時,由於表面反光使得掃描結果不清楚或雜訊過多而掃描失敗,因此需要噴灑一層消光粉,消光粉噴灑的均勻性除了影響輪廓掃描結果,噴灑在檢測物品上的消光粉也難以去除,檢測速度慢,粉末價格昂貴,「因此現行的檢測只能用抽檢的方式,無法有效驗出精確的產品良率,消光粉也成為環境汙染源,」工研院機械與機電系統研究所經理蔡雅惠說。

為有效改善現行檢測法的硬傷,工研院團隊希望可以找出讓師傅不必受強光所苦,又能準確有效地完成檢測的創新解方。

一碗拉麵 啟發人工霧化靈感

所謂萬事起頭難,剛開始團隊也是一籌莫展,直到某天聚餐,戴眼鏡的同仁正準備要吃熱騰騰的拉麵時,眼鏡瞬間起霧,白茫茫的一片什麼都看不到,「正是這個起霧的眼鏡給了我們靈感!」蔡雅惠說,這個不經意的發現,讓他們想到可以運用人工霧化的方式,改變高反光或透明工件表面特性,使品檢特徵變得更容易被察覺,於是團隊開始用「冷凝法」進行試驗。

研發人員首先打造一個冷卻室,再降低室內的溫度,利用內外溫差,使工件離開冷卻室後表面凝結出水珠,再透過觀測表面光的折射情形,折射不同處即是瑕疵點所在位置。

「作法聽起來簡單,實際操作起來卻大有難度,」蔡雅惠解釋,冷凝法的關鍵在於溫度的控制,研發過程中,有時會因冷卻溫度太低,使物體表面或噴嘴結霜;有時溫度不夠低,物體霧面會太快散去,也無法進行檢測。因此團隊必須多次反覆調整冷卻時間與溫度,找出最佳參數與起霧時間,「每換一次不同的檢測材料,又得重新試驗,有幾次我們研究人員的手都被凍傷,」他十分心疼。

此外,因內外溫差大,容易在表面產生水珠凝結,一旦實驗時間太久,整個冷卻室外都是水,也不利導入實際應用。最終團隊改以泡棉包覆冷卻室,不僅迅速冷卻,還可防止冷卻室外水珠凝結,這才有效穩定檢測環境。

從塑膠車燈罩,到家用衛浴的水龍頭水五金,以及抬頭顯示器的玻璃成像,光是這3類的暫態表面改質檢測技術,每一項材質研發人員都做了上千次的研究與試驗,才找出最適合的冷凝參數。如今這項檢測技術,不只適用於車燈,對於其他亮面、高反光面、透明的材質也能輕鬆檢測,在拓展玻璃、水五金等市場也有極大助益。

瑕疵無所遁形 成為MIT最強後盾

臺灣汽車零組件是極具外銷競爭力的產業,其中8成產值為外銷,包括車燈、保險桿、葉子板、後視鏡等;而臺灣的水五金產業也是以出口為主,供應全球一半以上的水龍頭,每年產值約新臺幣600億元。兩項外銷尖兵,背後都有高水準的檢測瑕疵技術,為出口品做最嚴格的把關。

這項技術不僅能讓工件表面霧化時間降為10秒,使用過後的水珠可自然揮發更環保,將視覺感測範圍從反射率20%~80%延伸為10%~99%反射率,擴大工件檢測範圍,幫助自動檢測系統更有效檢出瑕疵,使隱藏的瑕疵無所遁形,抽檢改為全面檢驗,失誤率調降到10%以下。

目前已有汽車零組件廠慕名洽談,將應用於抬頭顯示器的玻璃檢測,未來也可應用於透明或高反光的零組件、半導體石英、鏡面、透明玻璃等多項檢測過程,隱藏瑕疵從此無所遁形。這項兼具環保與檢測效率的創新應用,不僅獲得2020年全球百大科技研發獎的入圍肯定,也成為MIT品質保證的最強後盾。

這項技術不僅能讓工件表面霧化時間降為10秒,將視覺感測範圍從反射率20%~80%延伸為10%~99%反射率,擴大工件檢測範圍。
這項技術不僅能讓工件表面霧化時間降為10秒,將視覺感測範圍從反射率20%~80%延伸為10%~99%反射率,擴大工件檢測範圍。

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