精密鋼珠自動化檢測系統開發經驗_天工精密 陳義吉經理

1. 公司：天工精密股份有限公司
計畫主持人：徐亞琛
報告人：陳義吉
中華民國 103 年 10 月 15 日
精密鋼珠自動化檢測系統開發
經驗分享
精密鋼珠自動化檢測系統開發
經驗分享

2. 一、公司簡介
二、緣起與計畫目標
三、計畫架構與實施方法
四、執行過程與問題解決
五、執行結果分享
簡報內容

3. 一、公司簡介
天工精密股份有限公司至民國67年成立以來，一直以專業製造各級數之精密鋼珠，
銷售和服務網遍佈全球。工廠總面積超過四萬平方公尺，每月平均總產量約500公噸。
為落實全面品保理念和提供客戶完美無缺的產品，先後取得ISO9001及TS16949等國
際認證。
精密的檢測設備
專業人才
精良的設備及製程
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4. 二、緣起與計畫目標
2-1.市場因素
年度 2008 2009 2010 2011 2012(f) 2013(f) 2014(f) 2015(f)
工具機產值
(億元新台幣) 1426 661 1174 1586 1633 1846 2067 2315
出口值
(億元新台幣) 1116 523 888 1162 1236 1397 1565 1752
年成長率 ─ -53.6% 77.5% 35.1% 15.0% 13.0% 12.0% 12.0%
單位：億元新台幣
資料來源:海關進出口資料庫、PMC 、 TMBA
 2010年我國工具機產值達新台幣1,174億元，2011年的成長高達35%以上，往後幾年仍將
保持平均10%以上的成長。
 機械傳動元件估計將是我國主要機械產品中成長最高的族群，包括滾珠導螺桿、軸承等傳
動元件，2011年產值將可達到212億元，導致上銀、銀泰等公司積極投入生產。
 精密鋼珠是滾珠導螺桿、軸承的主要零件，需求順勢大幅成長。
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5. 精密鋼珠訂
單需求激增
自動化精密
鋼珠檢測儀
器需求迫切
國外儀器昂貴、
維修不易
2-2.內部需求
開發精密鋼珠自動
化檢測系統有其必
要性及迫切性
二、緣起與計畫目標(續)
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6. 二、緣起與計畫目標(續)
2-3.系統構想
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7. 二、緣起與計畫目標(續)
2-4.計畫目標
精密鋼珠自
動化檢測系
統開發
電腦視覺
檢測系統
開發
渦電流檢測
系統開發
鋼珠輸送與
旋轉機構設
計開發
整機試做與
功能驗證
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8. B1.感測器選用與分析
B2.檢測設備架構設計
B3.人機介面軟體開發
C3.排珠分類機構設計
C2.旋轉機構設計
C1.供珠系統機構設計
D1.人機電系統整合
精密鋼珠自動化檢
測系統開發計畫
B.渦電流檢測系統開發
C.鋼珠輸送與旋轉機構
設計開發
D2.整機實體試作
D3.功能驗證與測試
D.整機試作與功能驗證
A1.取像設備分析與選用
A2.光源系統設計與分析
A3.電腦視覺檢測軟體開發
A.電腦視覺檢測系統
開發
B4.資料擷取分析與處理
A4.影像擷取分析與處理
三、計畫架構與實施方法
3-1.計畫架構
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9. 三、計畫架構與實施方法(續)
3-2.實施流程 鋼珠檢測可行性分析
自動化檢測系統開發
鋼珠旋轉機構設計與
製作
機台設計與組立
機電整合及人機介面
開發
性能驗證及線上測試
量產
渦
電
流
檢
測
系
統
設
計
與
程
式
開
發
電
腦
視
覺
檢
測
系
統
設
計
與
程
式
開
發
檢
測
系
統
調
校
與
設
計
變
更
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10. 渦電流檢測處理過程
材質分類
碳鋼球
鉻鋼球
不銹鋼球硬度判別
直徑量測
瑕疵檢測
四、執行過程與問題解決
P8

11. 影像擷取 影像強化 影像分割
瑕疵分析
瑕疵特徵
擷取
瑕疵篩選
製成瑕疵
要因分析
機械視覺處理過程
(a)生鏽 (b)刮傷 (c)孔
四、執行過程與問題解決(續)
P9

12. 人機介面
四、執行過程與問題解決(續)
P10

13. 鋼珠影像擷取的打光問題(1)
四、執行過程與問題解決(續)
鋼珠具有高度的光滑表面與光的反射性，故其檢測難度在於鋼珠的金屬高反射性以及表面為
球面，且需自動化連續取像，取像機構設計相對較難，尤其鋼珠體積不大，因此觀測表面瑕
疵更顯困難。
打光方式簡圖
壓克力、環型日光
燈搭配60W燈泡
塑膠彎曲軟管搭
配60W燈泡
壓克力板撘配
半球型光源
側光、低角度側光
均勻擴散之光罩
搭配紅色環型光 P11

14. 四、執行過程與問題解決(續)
鋼珠影像擷取的打光問題(2)
實驗取得最佳取像架構
實驗所擷取鋼珠影像
光源系統完成及鋼珠成像圖
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15. 四、執行過程與問題解決(續)
鋼珠瑕疵檢測的表面展開問題(1)
鋼珠覆蓋率示意圖
計算公式
球體體積：V=(43𝜋𝜋)𝑅𝑅3
球體表面積：4π𝑅𝑅2
圓面積：π𝑟𝑟2
A
B
當投影面積在鋼球45∘處為臨界點(大於45∘部分表面積無法掃到)
球體表面積：4π𝑅𝑅2=314𝑚𝑚𝑚𝑚2
繞x軸一圈實際檢測表面積：球體表面積-2(ф7.07圓的面積)
=314−(2×3.14×3.535×3.535)
=235.5𝑚𝑚𝑚𝑚2
即繞x軸一圈的有效檢測覆蓋率：235.5/314=0.75=75%
方框內A之長度為5-3.535=1.465，B之角度為B=
=22.5°，即當側轉角度為22.5°時，可讓鋼珠檢測覆蓋率達
100%。
P13

16. 四、執行過程與問題解決(續)
鋼珠瑕疵檢測的表面展開問題(2)
側轉機構模組
Adams運動模擬結果
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17. 目前遇到的檢測問題
四、執行過程與問題解決(續)
內牙深度檢測
攻牙有無與牙型正確檢測
螺牙大小M4~M10
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18. 檢測過程
動畫展示
五、執行結果分享
P16

19. 簡報完畢、敬請指導簡報完畢、敬請指導