即使如今機(jī)器視覺技術(shù)蓬勃發(fā)展，惟若檢視其在製造業(yè)應(yīng)用，仍須提升精度、彈性，以達(dá)到智慧減碳製造目標(biāo)；同時(shí)支援次世代產(chǎn)品如半導(dǎo)體、電動(dòng)車不斷推陳出新，提供量測(cè)可追溯性解決方案。

自從10餘年前因工業(yè)4.0浪潮引領(lǐng)製造業(yè)開始在製程中進(jìn)行監(jiān)控、蒐集資訊，以及終端產(chǎn)品全檢趨勢(shì)，如何藉智慧製造兼顧彈性、高速高精密，並維持產(chǎn)能及良率能便成關(guān)鍵；加上還須符合現(xiàn)今增效減碳趨勢(shì)，相關(guān)自動(dòng)化光學(xué)檢測(cè)整合解決方案便應(yīng)運(yùn)而生。

當(dāng)今年6月三豐儀器（Mitutoyo）舉行在臺(tái)灣成立35週年展會(huì)上，出身工研院背景的勤益科大教授彭達(dá)仁，便以「綠色智慧化製造發(fā)展趨勢(shì)與應(yīng)用」為主題，回顧他自2015年參與工研院在南投中創(chuàng)園區(qū)的專案。當(dāng)時(shí)工業(yè)4.0風(fēng)潮才剛起步不久，工研院便透過最早開放通訊協(xié)議的Mitutoyo三次元量測(cè)平臺(tái)，與FANUC工業(yè)機(jī)器人連網(wǎng)，加工不同特徵的工件；並透過掃描QR-code來取得各自所需的量測(cè)程式、數(shù)據(jù)資料之後，再搭配工研院開發(fā)的量測(cè)資料庫、品管資料統(tǒng)計(jì)軟體，設(shè)定不同尺寸的上下限記錄與判別依據(jù)。

直到2018年工研院智慧機(jī)械科技中心正式進(jìn)駐臺(tái)中精機(jī)園區(qū)，打造4.0智慧製造示範(fàn)產(chǎn)線之後，雖然當(dāng)時(shí)包括上下料AGV/機(jī)器人、CNC加工中心機(jī)及控制器，都已達(dá)到一定的自製程度，但到了最後一關(guān)尺寸檢驗(yàn)時(shí)，仍需有高度可信賴量測(cè)設(shè)備加以整合，所以在料盤上便採用RFID取代QR code，與三次元量測(cè)平臺(tái)、製造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）整合數(shù)據(jù)資料，並透過CAD介面規(guī)劃量測(cè)路徑與程式。

彭達(dá)仁指出，尤其是在現(xiàn)今導(dǎo)入綠色製造、彈性製造系統(tǒng)（FMS）的智能自動(dòng)化製造浪潮下，勢(shì)必增加對(duì)於線上量測(cè)需求，相關(guān)供應(yīng)鏈及SI系統(tǒng)整合商生態(tài)系也隨之逐漸完善，並將現(xiàn)今生產(chǎn)線上耗能概分為2大類：Main units，即CNC工具機(jī)主軸移除材料的耗能，約占20%~30%；Support units，周邊自動(dòng)化設(shè)備及系統(tǒng)運(yùn)行過程，則約占耗能70%~80%。

至於可節(jié)能的手法，則除了採取變頻馬達(dá)、按需求調(diào)配供應(yīng)滑油之外，還包括提高切削效率，也就是在整條FMS生產(chǎn)線上進(jìn)行機(jī)臺(tái)上/下料作業(yè)，盡量省下傳統(tǒng)人工拆裝夾治具、清除纏屑等浪費(fèi)機(jī)臺(tái)運(yùn)行的時(shí)間，達(dá)到「讓機(jī)臺(tái)不等人」目標(biāo)，只要在關(guān)門後專注加工生產(chǎn)，減碳效果比起關(guān)閉廠內(nèi)照明或空調(diào)系統(tǒng)更佳，也符合歐洲昂貴人力成本與臺(tái)灣缺工環(huán)境等困境。

因此，隨著加工效率及Ra表面品質(zhì)越來越高，降低能耗同時(shí)也代表著高風(fēng)險(xiǎn)，業(yè)者對(duì)於自動(dòng)化硬體與MES連結(jié)時(shí)的精度要求遞增，必須經(jīng)由量測(cè)儀器在機(jī)上或線上加以解決。彭達(dá)仁指出：「在綠色工具機(jī)製造技術(shù)趨勢(shì)下，為了降低能耗而提高效率，勢(shì)將增加品質(zhì)變異，必須要透過更密集監(jiān)控，以保持產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定；以及複合自動(dòng)化也將要求維持更高的多製程工件品質(zhì)穩(wěn)定性等，都導(dǎo)致從產(chǎn)線到量測(cè)室的品質(zhì)監(jiān)測(cè)需求增加。」

然而，「若在CNC加工機(jī)上採用測(cè)頭、探針或影像檢測(cè)，難免會(huì)占用加工時(shí)間；線上離機(jī)檢測(cè)，則恐會(huì)影響精度。」彭達(dá)仁說，此時(shí)便有賴於零點(diǎn)對(duì)位快換系統(tǒng)解決，以確保在CNC加工機(jī)、三次元量測(cè)平臺(tái)搬運(yùn)過程中維持精度，並提升機(jī)臺(tái)稼?率，對(duì)於體積越大的工件效益越明顯，還可避免碰撞機(jī)臺(tái)。藉此無縫接軌後續(xù)加工製程或倉儲(chǔ)設(shè)備，讓生產(chǎn)更彈性且有智慧，成為廠內(nèi)升級(jí)機(jī)器人自動(dòng)化系統(tǒng)的前哨站。

圖1 : 臺(tái)灣三豐在研討會(huì)上一次展示多款量測(cè)技術(shù)與產(chǎn)品，涉及3D、非接觸、自動(dòng)化等全面數(shù)位整合應(yīng)用。

臺(tái)灣三豐強(qiáng)調(diào)量測(cè)可追溯性 展現(xiàn)數(shù)位化整合實(shí)力

這次臺(tái)灣三豐也在研討會(huì)上一次展示多款量測(cè)技術(shù)與產(chǎn)品，涉及3D、非接觸、自動(dòng)化等全面數(shù)位整合應(yīng)用。於「量測(cè)應(yīng)用主題展」共分為3大主題專區(qū)，包括：

一、數(shù)位化：幫助企業(yè)提供準(zhǔn)確量測(cè)數(shù)據(jù)，降低人為抄寫錯(cuò)誤與即時(shí)對(duì)應(yīng)品質(zhì)決策，增強(qiáng)全球化競(jìng)爭(zhēng)力；

二、自動(dòng)化：即透過QR-CODE & RFID與工業(yè)機(jī)器人等系統(tǒng)完整結(jié)合，以提升穩(wěn)定和可靠的生產(chǎn)力，且符合市面上例如 MT-Connect、OPC UA、Ethernet、TCP/IP、CC-Link、PROFINET等各種通信標(biāo)準(zhǔn)；

三、智慧化：係由三豐SMS（Smart Measuring System）提供量測(cè)機(jī)臺(tái)，以執(zhí)行即時(shí)監(jiān)控、量測(cè)數(shù)據(jù)，並即時(shí)傳輸與分析、量測(cè)機(jī)臺(tái)校正週期即時(shí)提醒等各種智慧量測(cè)模組。

臺(tái)灣三豐表示，量測(cè)在現(xiàn)今製造過程中占有不可或缺的重要性，「若無法量測(cè)的東西也無法加工」！同時(shí)須從量測(cè)儀器的量測(cè)可追溯性（Traceability）考量，強(qiáng)調(diào)其校正量測(cè)結(jié)果能不間斷、通過更上一層的標(biāo)準(zhǔn)件及校正儀器，進(jìn)行不確定度評(píng)估，並符合JIS和ISO等工業(yè)規(guī)範(fàn)、通過第三方認(rèn)證和登錄，此對(duì)於確保零組件量測(cè)結(jié)果的可靠性至關(guān)重要！

Mitutoyo則是目前唯一建立內(nèi)部校正系統(tǒng)，與日本國家標(biāo)準(zhǔn)同等技術(shù)裝置的公司，可提供3種主要類型的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)，包含：長(zhǎng)度量測(cè)用雷射光源、端點(diǎn)和線刻標(biāo)準(zhǔn)等校正服務(wù)，擅長(zhǎng)為客戶從設(shè)計(jì)、製造、組裝階段量測(cè)各式工業(yè)產(chǎn)品的尺寸和形狀，以確保可充份發(fā)揮其效能。

進(jìn)而將量測(cè)工具數(shù)位化整合應(yīng)用的好處，則在於可藉此同步提升檢查效率與良率，而不必?fù)?dān)心當(dāng)產(chǎn)品從抽檢變?yōu)槿珯z時(shí)的品檢人力不足；且因?yàn)楹?jiǎn)化步驟，減少傳統(tǒng)手抄記錄過程中發(fā)生錯(cuò)漏，或不必要浪費(fèi)的時(shí)間和空間。進(jìn)而透過有/無線方式、雙向通訊傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)完成量測(cè)和製表，建立更完善品質(zhì)管理體制，以防止產(chǎn)出不良品；並將數(shù)據(jù)集中管理更容易，有效提升品質(zhì)的可視化和量測(cè)可靠度。

影像量測(cè)技術(shù)及軟硬體 支援電動(dòng)車、半導(dǎo)體需求

這次臺(tái)灣三豐也同步展出多款影像量測(cè)系統(tǒng)，包含Mitutoyo自1980年代中期就已經(jīng)製造並銷售的CNC畫像測(cè)定儀Quick Vision系列，憑藉優(yōu)異的邊緣檢測(cè)和照明功能，包含先進(jìn)光學(xué)鏡頭相機(jī)，拍攝放大影像，可用來量測(cè)輕薄短小的電子與半導(dǎo)體零件、精微加工品與醫(yī)療儀器等零件的細(xì)微形狀；並經(jīng)由非接觸的影像量測(cè)技術(shù)，檢出工件邊緣，以避免受到破損、污染或變形，適用於量測(cè)要求高潔淨(jìng)度的電子與半導(dǎo)體零件、樹脂成型軟質(zhì)品、與壓模成型的薄形品。

同時(shí)利用長(zhǎng)期累積的影像處理技術(shù)與高速工作臺(tái)控制能力，可針對(duì)量測(cè)項(xiàng)目較多或量產(chǎn)工件的製程管理，高速進(jìn)行工件的多點(diǎn)量測(cè)；透過高性能的影像自動(dòng)對(duì)焦及非接觸位移感測(cè)器，以實(shí)現(xiàn)高精度的高度量測(cè)；並搭配操作介面人性化的軟體，滿足在非接觸式量測(cè)工件尺寸領(lǐng)域裡，對(duì)於小型、高精度和高吞吐量等各種要求。

例如，因應(yīng)現(xiàn)今電動(dòng)車發(fā)展已成為主流，傳統(tǒng)汽車零組件的核心引擎也換成了馬達(dá)、電池等，Quick Vision即可應(yīng)用於所需多製程量測(cè)，針對(duì)形狀較薄，而難以接觸量測(cè)的馬達(dá)鐵心層壓前單品，以及須以超低速量測(cè)微小凹凸形狀的燃料電池隔板、高速量測(cè)細(xì)微形狀的變頻器半導(dǎo)體零件等，協(xié)助汽車製造業(yè)未來的品質(zhì)管理作業(yè)。除了透過原有3D CAD模型影像，以建立程式功能外，Quick Vision亦可離線建立影像及接觸式測(cè)頭的程式，並藉由提升QV本體的運(yùn)轉(zhuǎn)率，以縮短前置作業(yè)時(shí)間。

包括半導(dǎo)體市場(chǎng)，也都將隨著車用或人工智慧（AI）需求而水漲船高。Quick Vision系列的QV STREAM PLUS，則可經(jīng)由本體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與量測(cè)相機(jī)閃光燈同步、瞬間自動(dòng)追蹤對(duì)焦（TAF）功能，以實(shí)現(xiàn)在不停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行高速量測(cè)，防止半導(dǎo)體製造時(shí)不可或缺的氣體噴頭（Shower Head），其眾多孔洞尺寸與異物混入，將大幅縮短工時(shí)；並經(jīng)由增加量測(cè)取樣數(shù)，預(yù)防量產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)不良品；透過導(dǎo)入缺陷檢查軟體DDPAK，即除了尺寸量測(cè)外，還能輕易追加髒污、毛邊、破損等缺陷檢查功能，可檢測(cè)出過去在尺寸量測(cè)中無法掌握的產(chǎn)品缺陷。

圖2 : 包括半導(dǎo)體市場(chǎng)，Quick Vision系列也都將隨著車用或人工智慧（AI）需求而水漲船高。（source：Mitutoyo）

睿生光電聚焦AXI　深化TFT-PD系列產(chǎn)品

此外，目前工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的影像檢測(cè)技術(shù)，可概略分為：自動(dòng)光學(xué)辨識(shí)系統(tǒng)（Auto Optical Inspection；AOI），係應(yīng)用影像技術(shù)來比對(duì)產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)影像間的差異，並判斷是否符合標(biāo)準(zhǔn)，可用於檢測(cè)SMT組裝線電路板焊接品質(zhì)及IC封裝缺陷。

惟其缺點(diǎn)在於僅能檢測(cè)元件表面無遮蔽處。自動(dòng)X射線檢測(cè)機(jī)（Auto X-Ray Inspection；AXI），則是利用X光的透視特性優(yōu)勢(shì)，使之能用於非破壞性、侵入性的檢測(cè)場(chǎng)域，如可穿透表面檢查元件下的焊點(diǎn)品質(zhì)、產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)或包裝後的內(nèi)部狀況。

圖3 : 自動(dòng)X射線檢測(cè)機(jī)AXI利用X光的透視特性優(yōu)勢(shì)，使之能用於檢測(cè)元件下的焊點(diǎn)品質(zhì)、產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)或包裝後的內(nèi)部狀況。（攝影：陳念舜）

根據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)SPER Market Research公司資料顯示，現(xiàn)今全球X光感測(cè)器的市場(chǎng)規(guī)模可望從2021年29.5億美元成長(zhǎng)到2030年的53億美元，年複合成長(zhǎng)率達(dá)6.79%；Yole Research還預(yù)估2024年工業(yè)應(yīng)用的數(shù)位X光感測(cè)器規(guī)模約3億美元、2018-24年複合成長(zhǎng)率高達(dá)9.1%。亞太地區(qū)則是全球最重要的製造業(yè)生產(chǎn)基地，在安捷倫、奧寶等國際檢測(cè)設(shè)備大廠近10年已逐步退出AOI、AXI市場(chǎng)後，臺(tái)灣廠商正逐漸搶進(jìn)這塊空白地盤。

圖4 : 根據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)SPER Market Research資料顯示，現(xiàn)今全球X光感測(cè)器的市場(chǎng)規(guī)模可望從2021年29.5億美元成長(zhǎng)到2030年的53億美元，年複合成長(zhǎng)率達(dá)6.79%。（source：睿生光電）

且有別於現(xiàn)今主流的互補(bǔ)金氧半導(dǎo)體（CMOS）技術(shù)，業(yè)者若能採用非晶矽製程（a-Si）薄膜液晶-光電二極體（TFT-PD）架構(gòu)的檢測(cè)設(shè)備，不僅解析度佳、可輕薄化，還可在大尺寸檢測(cè)上更具有成本優(yōu)勢(shì)，可用在ICT產(chǎn)業(yè)及食品安全檢測(cè)。

面板大廠群創(chuàng)集團(tuán)旗下子公司睿生光電，則已涉獵數(shù)位式X光平板感測(cè)器（X-Ray flat panel detector；X-ray FPD）領(lǐng)域長(zhǎng)達(dá)20年，相較於傳統(tǒng)底片式X-Ray檢測(cè)具備的優(yōu)勢(shì)，包含：光學(xué)反應(yīng)靈敏，拍攝時(shí)間較短；且不必沖洗底片，成像快速又可呈現(xiàn)多層次影像，以進(jìn)行數(shù)位處理。

而在高階及動(dòng)態(tài)的產(chǎn)品開始採用氧化物半導(dǎo)體（Indium Gallium Zinc Oxide；IGZO）技術(shù)，以善用本公司在新技術(shù)上領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)，拓展高階、高毛利產(chǎn)品的銷售量。雖然本公司客戶及產(chǎn)品布局目前領(lǐng)先市場(chǎng)，仍有可能因?yàn)槭袌?chǎng)對(duì)新技術(shù)產(chǎn)品的需求轉(zhuǎn)換速度快於預(yù)期，導(dǎo)致現(xiàn)有產(chǎn)品的銷售量下滑、影響公司的收益。

自2019年從群創(chuàng)X光感測(cè)器事業(yè)部門分割至今，睿生已成為少數(shù)能一站式提供TFT-PD畫素電路設(shè)計(jì)、X-ray FPD元件設(shè)計(jì)製造及模組的垂直整合供應(yīng)商，提供客戶在產(chǎn)品製造策略上有較多的選擇彈性，2022年分占其營收78%、19%；並與供應(yīng)鏈夥伴共同開發(fā)適用於製造場(chǎng)域的X光檢測(cè)設(shè)備，實(shí)際導(dǎo)入應(yīng)用於群創(chuàng)電視生產(chǎn)線上的包裝缺件檢測(cè)。

X光平板感測(cè)器的市場(chǎng)規(guī)模約維持每年平均6.79%成長(zhǎng)。以及為因應(yīng)更多元的檢測(cè)場(chǎng)域及應(yīng)用層面，產(chǎn)品由靜態(tài)演進(jìn)為半動(dòng)態(tài)及動(dòng)態(tài)也是是市場(chǎng)趨勢(shì)，也因此需求元件能支應(yīng)更高的畫面更新率。睿生近年來還積極推出多款毛利率較高的TFT-PD升級(jí)型產(chǎn)品，佈局工業(yè)等多元應(yīng)用場(chǎng)域。

睿生光電董事長(zhǎng)楊柱祥表示，由於該公司擁有完整的產(chǎn)品及技術(shù)開發(fā)團(tuán)隊(duì)，在感測(cè)器技術(shù)TFT-PD產(chǎn)品銷量更是領(lǐng)先全球，目標(biāo)要做全球數(shù)位X光系統(tǒng)的眼睛，提供數(shù)位X光感測(cè)元件、模組及檢測(cè)設(shè)備研發(fā)、設(shè)計(jì)與銷售等一站式服務(wù)，提供客戶不同營運(yùn)模式的選擇；一條龍生產(chǎn)，則可提升品質(zhì)穩(wěn)定性與成本競(jìng)爭(zhēng)力。

為使X光感測(cè)器的解析度提升、耗電量降低、移動(dòng)檢測(cè)裝置更輕薄，並可應(yīng)用在動(dòng)態(tài)檢測(cè)的領(lǐng)域。睿生在技術(shù)時(shí)領(lǐng)先同業(yè)，使用氧化物半導(dǎo)體「氧化銦鎵鋅（Indium Gallium Zinc Oxide；IGZO」結(jié)構(gòu)，加快讀取速度。還可用於動(dòng)態(tài)X光掃瞄；軟性PI基板產(chǎn)品取代玻璃，提供產(chǎn)品良好的摔落保護(hù)及輕量化能力，而成為可移動(dòng)式產(chǎn)品，二者占營收比重可望由2022年的25~30%增至2023年的35~40%。雖然全球景氣可能影響一般X-ray FPD短期需求，惟此為公司長(zhǎng)期營運(yùn)成長(zhǎng)動(dòng)能，有望受惠IGZO在大尺寸動(dòng)態(tài)平板感測(cè)器滲透率提升。

圖5 : 自2019年從群創(chuàng)X光感測(cè)器事業(yè)部門分割至今，睿生已成為少數(shù)能一站式提供TFT-PD畫素電路設(shè)計(jì)、X-ray FPD元件設(shè)計(jì)製造及模組的垂直整合供應(yīng)商。（source：睿生光電）

隨著用於動(dòng)態(tài)X光檢測(cè)的產(chǎn)品線逐步拓展，未來工業(yè)用、生產(chǎn)線用X光檢測(cè)設(shè)備的市場(chǎng)將出現(xiàn)快速成長(zhǎng)，並逐步進(jìn)入半導(dǎo)體、鋰電池的精密檢查，可望在X光影像服務(wù)開創(chuàng)新局，而睿生後續(xù)產(chǎn)品則可望藉由完整的技術(shù)布局與多樣性的產(chǎn)品組合，帶來相當(dāng)可觀的營運(yùn)動(dòng)能。

即使IGZO產(chǎn)品尚未成為主流，睿生已啟動(dòng)下一世代的低溫多晶矽-主動(dòng)畫素感測(cè)器（Low Temperature Poly-Silicon - Active Pixel Sensor；LTPS-APS）及鈣鈦礦技術(shù)的研發(fā)案，以使產(chǎn)品未來能適用於更高影格率的動(dòng)態(tài)應(yīng)用，提前布局3~5年後的新技術(shù)及產(chǎn)品，以確保持續(xù)為新技術(shù)及規(guī)格的領(lǐng)跑者。隨著工業(yè) 4.0、智慧製造、AI輔助 分析等技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)於非破壞性檢測(cè)的需求也逐步提升；數(shù)位 X光攝影可作為產(chǎn)品檢測(cè)、管路檢測(cè)等用途，在製造業(yè)領(lǐng)域?qū)⒂泻艽蟮某砷L(zhǎng)性，目前智慧製造和電動(dòng)車X光的市場(chǎng)需求慢慢展開，未來將搶攻更大的市場(chǎng)。

**刊頭圖來源（攝影：陳念舜）