即使近年來臺(tái)灣工具機(jī)暨零組件產(chǎn)業(yè)持續(xù)推動(dòng)共通規(guī)範(fàn)，期待提高自製率。惟若依照精密機(jī)械業(yè)的「母性原理」，即加工物件精度絕不會(huì)高於所使用的加工，業(yè)者最終仍須仰賴國(guó)內(nèi)外高階品牌工具機(jī)，才能秉持80/20原則，提升核心競(jìng)爭(zhēng)力，進(jìn)而投入生產(chǎn)高階臥式加工機(jī)、機(jī)器人、電動(dòng)車所需精密齒輪等關(guān)鍵零組件。

舉凡現(xiàn)今高階工具機(jī)、機(jī)器人、電動(dòng)汽（機(jī)）車減速機(jī)，甚至是在能源業(yè)的渦輪發(fā)電機(jī)中，齒輪都是關(guān)鍵核心零組件，常用來承受來自馬達(dá)高轉(zhuǎn)速衝擊，並將扭轉(zhuǎn)而傳遞動(dòng)力。尤其是精密工具機(jī)與各種產(chǎn)業(yè)機(jī)械要求高速、穩(wěn)定、安靜的加工運(yùn)轉(zhuǎn)，高精度與高品質(zhì)的齒輪絕不可少，加上近年來工具機(jī)廠及塑膠機(jī)械產(chǎn)業(yè)客戶更不斷朝高階產(chǎn)品市場(chǎng)進(jìn)軍，不管是品質(zhì)、性能與耐用性都必須再升級(jí)，才能滿足客戶新一波的需求。

多軸關(guān)節(jié)型機(jī)械人也使用高減速比高精度減速機(jī)，藉以增加扭矩並維持機(jī)器人的高精度運(yùn)動(dòng)。目前全世界供應(yīng)高精度減速機(jī)的前三大廠商分別是Nabtesco的RV減速機(jī)（市占率60%），Harmonic drive諧波減速機(jī)（市占率15%）、Sumitomo擺線齒輪減速機(jī)，三者背隙與傳動(dòng)精度，皆必須小於1弧分，由上而下（Top-down）的設(shè)計(jì)概念推估，需個(gè)別零件精度要求高，才能達(dá)到目標(biāo)精度。

因此對(duì)於精度、剛性要求更高，須達(dá)成的加工製程與條件十分嚴(yán)苛，以免影響到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的使用壽命與模組的可靠性，禍及最終加工效率及工件品質(zhì)；且按照精密機(jī)械業(yè)的「母性原理」，加工物件精度絕不會(huì)高於其加工機(jī)精度，勢(shì)必須引進(jìn)國(guó)內(nèi)外最頂尖加工機(jī)種與檢（量測(cè)）測(cè)設(shè)備，甚至於被視為同業(yè)之間的軍備競(jìng)賽。

圖1 : 多軸關(guān)節(jié)型機(jī)械人也使用高減速比高精度減速機(jī)，藉以增加扭矩並維持機(jī)器人的高精度運(yùn)動(dòng)，所以對(duì)於精度、剛性要求更高，須達(dá)成的加工製程與條件十分嚴(yán)苛。（source：i.ytimg.com）

齒輪加工業(yè)投入軍備競(jìng)賽　追求高效與品質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)力

目前由臺(tái)灣齒輪加工大廠臺(tái)穩(wěn)精密工業(yè)公司生產(chǎn)的齒輪箱，便因?yàn)閽?cǎi)用高硬度及韌性的高級(jí)鋼材做為齒輪軸系，憑藉著廠內(nèi)大量進(jìn)口歐日系高階齒輪研磨與加工設(shè)備，搭配嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难u程管理與高精密加工技術(shù)，組成產(chǎn)品後運(yùn)轉(zhuǎn)至為安靜，扭力超強(qiáng)，吸引工具機(jī)業(yè)的喬福、威赫、伍將、三鋒、順詮、浩穎、榮富，以及製造印刷機(jī)的添進(jìn)裕等數(shù)十家廠商紛紛下單採(cǎi)購(gòu)。

為了持續(xù)提升該公司加工精密齒輪與工業(yè)齒輪箱的生產(chǎn)品質(zhì)與精度，以穩(wěn)固市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)品牌地位，必須適時(shí)更新精密齒輪加工設(shè)備。臺(tái)穩(wěn)除了先前已斥資數(shù)千萬元添購(gòu)德商Hofler齒輪研磨機(jī)、日商?hào)|京技術(shù)CNC齒輪檢測(cè)機(jī)等業(yè)界最頂尖的齒輪加工與檢測(cè)設(shè)備，可用來生產(chǎn)錐度齒輪、擺線齒輪等特殊齒輪，及產(chǎn)業(yè)機(jī)械用客製化大型齒輪箱，鎖定進(jìn)攻壓鑄機(jī)、塑橡膠機(jī)械與鋼鐵機(jī)械等市場(chǎng)。

今年更針對(duì)於車銑、研磨齒輪等關(guān)鍵製程所需設(shè)備汰舊換新，以著手降低生產(chǎn)成本，縮短交期，避開紅海市場(chǎng)，再度添購(gòu)多臺(tái)高性能齒輪研磨加工生產(chǎn)與檢驗(yàn)機(jī)臺(tái)。包括向母公司臺(tái)中精機(jī)採(cǎi)購(gòu)VT-A200雙主軸車銑複合加工機(jī)、Vcenter P-76立式加工機(jī)，同時(shí)引進(jìn)高精度平面磨床、內(nèi)孔外徑雙主軸複合磨床與雙齒腹嚙合檢驗(yàn)機(jī)等，總投資額近2,000萬元，將可以大幅提升該公司產(chǎn)品品質(zhì)與生產(chǎn)效能，期待能有效提高自製率，並落實(shí)產(chǎn)品零不良、機(jī)臺(tái)零故障及廠區(qū)零災(zāi)害的「三零」目標(biāo)。

臺(tái)穩(wěn)表示，由於每顆齒輪製程少則8個(gè)，多達(dá)15個(gè)，若能將製程中70%都在自家廠內(nèi)生產(chǎn)製造，不但能兼顧品質(zhì)、成本與交期「三贏」的局面，滿足工具機(jī)廠客戶少量多樣、客製化的要求。進(jìn)而滿足客戶的多元需來開拓新的業(yè)務(wù)來源，如已規(guī)劃在工具機(jī)與產(chǎn)業(yè)機(jī)械客戶外，進(jìn)軍自動(dòng)化、半導(dǎo)體與電子設(shè)備製造等新市場(chǎng)，即為臺(tái)穩(wěn)永續(xù)營(yíng)運(yùn)建構(gòu)出更堅(jiān)實(shí)的第三支腳。

圖2 : 臺(tái)穩(wěn)必須適時(shí)更新精密齒輪加工設(shè)備，期待能有效提高自製率，並落實(shí)產(chǎn)品零不良、機(jī)臺(tái)零故障及廠區(qū)零災(zāi)害的「三零」目標(biāo)。（攝影：陳念舜）

大昌華嘉引進(jìn)德系基因齒輪加工機(jī)　

至於在零件製造過程中，為了瞭解並監(jiān)控尺寸與品質(zhì)變化，必須定期抽取樣本檢驗(yàn)，作為長(zhǎng)期製程能力分析與製程改善的依據(jù)。在關(guān)鍵的加工製程階段進(jìn)行工件尺寸檢測(cè)，並適時(shí)修正必要的加工參數(shù)，可即時(shí)導(dǎo)正製程並縮小零組件之間的尺寸差異，使製程能力得以提升，同時(shí)降低加工不穩(wěn)定性。

臺(tái)灣大昌華嘉公司（DKSH）精密機(jī)械部產(chǎn)品經(jīng)理黃晉祥指出，近5年來已有越來越多臺(tái)灣廠商開始投入齒輪研磨等級(jí)加工作業(yè)，又分為屬於大批量加工型態(tài)的汽機(jī)車產(chǎn)業(yè)，以及多樣少量加工模式的工具機(jī)、機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，無法利用現(xiàn)有加工機(jī)臺(tái)達(dá)成所需精度、效率及表面粗糙度。由該公司代理引進(jìn)的Klingelnberg品牌則為全球齒輪加工產(chǎn)業(yè)的指標(biāo)大廠之一，設(shè)備精度高、公差範(fàn)圍小，同時(shí)自主開發(fā)的計(jì)算、製造與測(cè)量軟硬體，不像其他品牌僅對(duì)外採(cǎi)購(gòu)市售軟體模組，長(zhǎng)期在技術(shù)領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位。

Klingelnberg自從1993年收購(gòu)位於瑞士的Oerlikon Geartech AG與新一代傘齒輪加工機(jī)，不僅降低了生產(chǎn)成本，提高齒輪精度，且所有隸屬於此系統(tǒng)的工具機(jī)皆可協(xié)同精/粗加工；搭配Klingelnberg功能強(qiáng)大的KIMOS設(shè)計(jì)軟體和Closed-Loop閉迴路概念，確保整體製程鏈透明、可追溯的精度品質(zhì)。

如今Klingelnberg利用All-in-One設(shè)計(jì)，得以單次裝夾完成多種測(cè)量項(xiàng)目，適用於位置、形狀、直/傘/螺旋齒和粗糙度等多種量測(cè)，自模數(shù)0.5起可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)粗糙度測(cè)量；導(dǎo)入簡(jiǎn)單的圖形編程介面和軟體操作理念，快速獲取結(jié)果，節(jié)省大量時(shí)間。

多功能獨(dú)家專利3D掃瞄測(cè)頭，可在所有座標(biāo)上進(jìn)行數(shù)位測(cè)量採(cǎi)集資訊；並搭配溫度補(bǔ)償，提高測(cè)量結(jié)果的可靠性，機(jī)臺(tái)適用於環(huán)境溫度範(fàn)圍在15~35℃車間，且可直接安裝於產(chǎn)線上，縮短運(yùn)輸時(shí)間，也減少寶貴的測(cè)量空間需求。藉此提高從首顆到上萬顆齒輪相同的加工效率及精度開始，有效減少?gòu)U料，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減碳目標(biāo)。

並在2012年收購(gòu)Hofler Maschinenbau GmbH的核心業(yè)務(wù)，擴(kuò)大了Klingelnberg產(chǎn)品組合，增加中小型圓柱齒輪加工應(yīng)用，加強(qiáng)其原本單一來源系統(tǒng)的供應(yīng)商地位。因?yàn)镠ofler採(cǎi)實(shí)際應(yīng)用導(dǎo)向研發(fā)機(jī)臺(tái)，滿足不同產(chǎn)業(yè)從大批量到多樣少量化生產(chǎn)需求。

所提供的圓柱齒輪加工技術(shù)不僅降低了齒輪生產(chǎn)成本及提升精度，藉其精細(xì)化設(shè)計(jì)，得以靈活應(yīng)對(duì)各類齒輪從粗加工到精加工的整體製造流程，包括製程設(shè)計(jì)、切削、測(cè)量、去毛刺、研磨和品質(zhì)控制，只要客戶提供齒輪設(shè)計(jì)CAD圖檔，就能將生產(chǎn)效率最大化，穩(wěn)定且快速量產(chǎn)。齒輪生產(chǎn)軟體（Gear Production）則是成功完成以上各步?的關(guān)鍵要素，可在研磨開始前，預(yù)測(cè)出熱處理變形並進(jìn)行調(diào)整；符合工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)的閉迴路品質(zhì)控制，還提供了最佳化製程和簡(jiǎn)便操作，提高日常生產(chǎn)效率。

現(xiàn)在Klingelnberg還添加了最新光學(xué)量測(cè)技術(shù)，與原有接觸式測(cè)頭混合成為模組，前者可用來量測(cè)圓柱齒輪的節(jié)距、齒厚和偏擺（ronout），將總測(cè)量時(shí)間最多縮短40%；後者精度較高，用於量測(cè)齒形、導(dǎo)程的。藉此滿足對(duì)於精度嚴(yán)格要求的齒輪測(cè)量和日益複雜的驅(qū)動(dòng)零組件需求，提供最佳測(cè)量技術(shù)、設(shè)備及KOMET軟體的概念，透過閉迴路量測(cè)結(jié)果，蒐集並修正機(jī)臺(tái)、夾治具、刀具等偏差量後，生產(chǎn)出最佳化齒輪。

除了可用於汽車驅(qū)動(dòng)器、變速箱及引擎、工業(yè)機(jī)器人等傳動(dòng)系統(tǒng)，針對(duì)擺線齒輪、Harmonic drive諧波式減速機(jī)齒輪的特殊量測(cè)需求，與歐日系齒輪大廠多年來從研發(fā)設(shè)計(jì)階段開始密切合作，瞭解其痛點(diǎn)。目前Klingelnberg齒輪量測(cè)設(shè)備，不僅代表了業(yè)界最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)，齒輪磨床大廠紛紛跟進(jìn)導(dǎo)入量檢測(cè)設(shè)備；還能作為計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)的參考，藉其波紋、嚙合分析單/多顆齒輪特性，一開始就排除造成噪音的疑慮。

圖3 : Klingelnberg同時(shí)在計(jì)算、製造與測(cè)量領(lǐng)域保持技術(shù)領(lǐng)先地位，搭配齒輪設(shè)計(jì)軟硬體和Closed-Loop閉迴路概念，確保整體製程鏈透明、可追溯的精度品質(zhì)，不僅代表了業(yè)界最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)，還能作為計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)的參考。（source：media-exp1.licdn.com）

產(chǎn)官研協(xié)力同心　導(dǎo)入雙AI檢測(cè)功能

隨著NVH（Noise噪音、Vibration振動(dòng)、Harshness粗糙度）潮流崛起，對(duì)於減速機(jī)齒輪精度要求遠(yuǎn)勝既往，「齒形修整分析與研磨」，便是降噪要求的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，勢(shì)必加強(qiáng)研磨機(jī)械效能來提高精度，且齒輪修整並非單純最佳化問題，而是效益與成本的綜合考量。

由於政府近年來政策相當(dāng)重視臺(tái)灣廠商自主研發(fā)系統(tǒng)，且鼓勵(lì)企業(yè)開發(fā)更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力產(chǎn)品，以帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)自給自足趨勢(shì)，促進(jìn)高精度異型研磨與量測(cè)整合重要性持續(xù)成長(zhǎng)，讓關(guān)鍵零組件本土化成為重要議題。若能利用法人能量與經(jīng)驗(yàn)輔導(dǎo)，促成研發(fā)成果產(chǎn)業(yè)化，建立產(chǎn)業(yè)合作模式，將可有效提升科技能量與產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

因應(yīng)少了燃油引擎的聲浪，讓電動(dòng)車齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間隙過大，無法完全契合而發(fā)出的噪音更為明顯，對(duì)於齒輪組的規(guī)格要求更為嚴(yán)格，就連傳統(tǒng)燃油車所使用的齒輪組也無法通過特斯拉設(shè)下的允收標(biāo)準(zhǔn)，臺(tái)廠未來若要於電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)中佔(zhàn)有一席之地，如何降低組裝間隙、提高生產(chǎn)品質(zhì)將是首要關(guān)鍵。

依工研院分析，目前特斯拉的齒輪箱採(cǎi)用的是螺旋切齒齒輪，兩齒之間的縫隙屬斜線，而有別於傳統(tǒng)齒輪的直線設(shè)計(jì)，且齒度很密，更增加了檢測(cè)跟組裝的困難。在斜線縫隙之間容易產(chǎn)生陰影，必須經(jīng)過人工目視確認(rèn)，才能得知齒輪上黑色部位是陰影，或是因?yàn)闊崽幚碜儺悾斐删庸ゎA(yù)留不足而產(chǎn)生的「黑皮」。倘若無法有效檢測(cè)出這些黑皮、撞傷或崩齒等瑕疵，就無法通過特斯拉所設(shè)下的允收標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致退貨、失去訂單。

為了提升製造廠的檢測(cè)能力，經(jīng)濟(jì)部技術(shù)處近年來以科技專案支持「金屬成型設(shè)備與模具回饋優(yōu)化技術(shù)」成果，便針對(duì)高反光金屬工件，開發(fā)人工智慧（AI）表面瑕疵檢測(cè)模組，同時(shí)應(yīng)用自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI），雙A齊下讓零件組裝、檢測(cè)智慧化，單顆齒輪檢測(cè)時(shí)間縮短一半，不僅檢測(cè)數(shù)量提升3倍、且可以24小時(shí)不打烊，同時(shí)減少零件選配組裝時(shí)間，用機(jī)器大幅降低人力負(fù)擔(dān)。

工研院表示，該模組是臺(tái)灣首創(chuàng)針對(duì)3D斜齒輪之黑皮、撞傷及崩齒瑕疵進(jìn)行檢測(cè)的智慧檢測(cè)設(shè)備。由於齒輪複雜的3D螺旋切齒設(shè)計(jì)，導(dǎo)致傳統(tǒng)視覺檢測(cè)難以均勻打光，團(tuán)隊(duì)因而根據(jù)專業(yè)目測(cè)員的檢驗(yàn)方式，開發(fā)多視角仿生式光源佈局取像技術(shù)，利用動(dòng)態(tài)調(diào)變光源技術(shù)，根據(jù)不同的齒輪與外觀，調(diào)整相機(jī)跟打光的角度，減少取圖時(shí)產(chǎn)生反光的問題，解決齒輪上黑皮、撞傷、瑕疵等不易發(fā)現(xiàn)的問題。

此模組還採(cǎi)用AI影像處理技術(shù)，增強(qiáng)黑皮、撞傷、瑕疵等影像的特徵、降低雜訊影響，並透過空間域擷取局部解析特徵，以獲得大範(fàn)圍特徵，搭配時(shí)頻域分析後之特徵強(qiáng)化影像；再進(jìn)行複合域CNN架構(gòu)，建立齒輪瑕疵檢測(cè)模型，讓原本不好判別的缺陷能涇渭分明，還可以相對(duì)降低運(yùn)算量、縮短訓(xùn)練時(shí)間，讓檢測(cè)更智慧化。

因應(yīng)每批齒輪公差不一，在產(chǎn)線上需要仰賴人工檢測(cè)再進(jìn)行選配，一旦無法匹配造成卡齒，只能拆掉重裝，又是一番功夫。所以工研院在組裝部分，也導(dǎo)入製程可視化與適配最佳化分析，透過檢測(cè)時(shí)的公差分析，將間隙值相近的齒輪先做分類，對(duì)不同公差值的零件進(jìn)行最佳化匹配，提供組裝公差分析與最佳化適配建議，以確保組裝的齒輪間匹配的間隙可以達(dá)到與設(shè)計(jì)值最接近的狀態(tài)。

這樣一來，組裝時(shí)就可以減少不合的狀況，縮短組配時(shí)間與工件加工成本，優(yōu)化組裝品質(zhì)與一致性，減少?gòu)U品產(chǎn)生，提升產(chǎn)能與效益，進(jìn)而推薦上、下游廠商採(cǎi)用這套技術(shù)平臺(tái)，一起提升效能搶國(guó)際大訂單。

圖4 : 為了提升製造廠的檢測(cè)能力，經(jīng)濟(jì)部技術(shù)處近年來支持「金屬成型設(shè)備與模具回饋優(yōu)化技術(shù)」研發(fā)成果，便針對(duì)高反光金屬工件，開發(fā)AI表面瑕疵檢測(cè)模組，同時(shí)應(yīng)用AOI技術(shù)，雙A齊下讓零件組裝、檢測(cè)智慧化（攝影：陳念舜）

結(jié)語

面對(duì)當(dāng)今國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)挑戰(zhàn)與競(jìng)爭(zhēng)變化層出不窮，製造業(yè)版圖也已重新洗牌，臺(tái)灣廠商不能再偏安於過去，由開發(fā)中國(guó)家搶進(jìn)低階大規(guī)模量產(chǎn)市場(chǎng)、已開發(fā)工業(yè)大國(guó)寡占高階客製化市場(chǎng)的全球化分工模式，而是由各國(guó)上下夾擊的雙重挑戰(zhàn)，必須同時(shí)滿足少量多樣與大量客製化需求，強(qiáng)化供應(yīng)鏈韌性。

由於臺(tái)灣擅長(zhǎng)垂直產(chǎn)業(yè)鏈分工，倘若業(yè)界能套用80/20法則，實(shí)現(xiàn)其中80%標(biāo)準(zhǔn)化、20%核心競(jìng)爭(zhēng)力目標(biāo)，投入更多資源專注在自身核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)上，如先透過量測(cè)驗(yàn)證齒輪製造可行，再推動(dòng)業(yè)者從設(shè)計(jì)、研發(fā)階段就開始形成差異化，就有機(jī)會(huì)創(chuàng)造更大的進(jìn)步空間，提升整體產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

**刊頭圖（source：jenoptik.com）