臺北科技大學機電整合研究所學位論文
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本篇論文設計及製作運用CMOS製程與銲線及覆晶技術的雙磁芯微磁通閘感測器，並分析各種電性條件對元件的影響。本論文的設計擁有比傳統磁通閘更小的體積以及比平面式的微磁通閘更高的靈敏度與更低的雜訊，我們透過螺線管形狀激發線圈的設計來得到更強的激發磁場來使磁芯更容易飽和。微磁通閘晶片整體面積為2.5 mm 2.5 mm，感測元件部分為2.5 mm 1.8 mm，包含磁芯、平面感應線圈、下層激發線圈(CMOS製程的金屬鋁)、上層激發圈(鋁線)。實驗方面，我們使用激發振幅3 V(激發電流174.9 mA)、激發頻率25kHz量測2倍頻諧波的訊號，得到磁場-電壓轉移率為4.32 V/T`。而在同樣激發電流下調整激發頻率至210 kHz，磁場-電壓轉移率則增加為9.43 V/T。由此可知，我們可以透過調整電性參數來得到更靈敏的訊號。值得一提的是，我們在1 Hz下量得的雜訊已經達到1.7 nT/√Hz的等級，比起其他近期類似型式的磁通閘研究來說，已為非常突出的成果。另外為製造出更高性能及更容易量產之微磁通閘感測器，我們設計了一結合覆晶封裝技術的磁通閘晶片並探討其可行性。
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機器人在海底運作需要克服水下壓力以及海底的洋流，本論文設計出履帶型水下機器人，手臂以六軸設計為主，使用本身具有自鎖功能的減速機設計於各個關節，另一方面，平台由載具承載，以鋼架為骨幹，在門閘上端設置CCD影像以利觀察平台進出狀況，平台以履帶輪為主要傳動方式，動力源為交流馬達搭配減速機，平台前、後端都設置CCD影像，可以隨時觀察前後的障礙物狀況；使用人機介面(HMI)遙控水下機器人，水下機器人前端及後端都設置CCD影像，隨時把海底狀況回傳給使用者，並由感測器陀螺儀及電子羅盤可以得知水下機器人水平狀態和正確方位，將數據傳送到人機介面(HMI)給予使用者隨時掌握水下機器人動態；水下機器人手臂以同步控制來達到滑順移動及增加效率，因此，推導水下機器人手臂運動學、反運動學和Jacobian等公式，驗證手臂能確切達到位置控制，以及各種手臂姿態的可行性。本研究實驗結果可驗證履帶型水下機器人的可行性，並且藉由物體的抓取實驗，判斷水下機器人在水下作業的可行性。
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台北捷運自2006年起配合旅運量逐年增加及後續新莊、蘆洲線通車需要，陸續分批購入53.5列新電聯車，於交車並通過各項驗收測試後，即行駛於淡水、新店與中和線營運載客，運轉十分順利。惟此批電聯車行駛於小南門線營運後，該供電區域即偶有發生不明原因異常跳電現象。異常跳電的現象，由事故記錄皆顯示係因供電迴路瞬間電流突增，超過直流供電系統保護協調設定值所引起。本論文研究的目地係經由電聯車實車靜動態測試，找出引起供電系統跳電之原因，是因電聯車推進系統電力切換暫態所引起，並評估改善成效。 本研究成果明確找出電聯車行駛於小南門引起供電系統跳電之原因，並提供相關數據促使原廠執行相關改善後，經由量測評估改善成效。此成果亦可為日後捷運系統的供電系統與電聯車推進系統之設計參考。
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本研究理論利用BOND轉換矩陣(Bond Transformation Matrix)分別求出應力、應變轉換矩陣，再將此轉換矩陣進而推導出石英彈性對稱性、壓電性，將以上矩陣使用MATLAB數值分析軟體開發一套人機介面(Double_Rotational_Angle)程式，針對LC雙旋轉角切割角度，求得石英彈性、壓電、介電性係數矩陣，再將運算完之矩陣，在COMSOL Multiphysics有限元素分析軟體建立材料係數資料庫，分別模擬單一旋轉角3.8°、4.1°及雙旋轉角(YXwl) 11.17°/9.39°振動模態，由於單一旋轉角因切割角度差0.3°，在振動模態差異不大，振動都屬於對稱性，而雙旋轉角之振動呈現扭曲不對稱，故應用於精密感測元件易造成不良影響，故在發展雙旋角之切型，需針對不同需求去設計，才不會使得元件的壽命減短。 本研究藉由合作廠商的多片式切割機，製作LC雙旋轉角石英晶片，再利用X光測角儀，量測切割角度是否符合訂定角度，實驗結果發現因多片式切割機易造成石英晶片之表面平行度不佳，故未來若能以線切割機來精確的切割石英晶片，在角度控制的良率將有效的提升。
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近年來台灣地區河川水中含砂量增加，加劇河川下游水力電廠水輪機過流配件受水砂沖蝕嚴重，因此運用水力電廠抗沖蝕處理技術來建構水力電廠抗沖蝕創新策略，以提升水力電廠運轉安全及營運績效，已屬刻不容緩之課題。 本研究以水力電廠水輪機過流配件表面實施抗沖蝕硬面處理，以改善配件受水砂沖蝕情形作為研究對象。採用次級資料的蒐集、個案研究分析及與相關專家深度訪談，將現有理論與文獻資料、個案之實證及深度訪談資料相互分析比較，從中分析出台灣水力電廠實施抗沖蝕硬面處理技術創新及策略之可行性及效益。 研究發現，個案水力電廠（台電東部發電廠立霧機組）實施鎳基自熔合金火焰熔射硬面處理後，水輪機過流配件抗水砂沖蝕能力明顯提升；機組動輪背壓值、振動情形、運轉效率確能維持、改善；機組大修週期由每年1次延長至3年以上1次（延長3倍以上），如此降低了電廠營運、維修成本，提高了機組運轉效益。 由專家深度訪談中可分析出，水力電廠實施水輪機過流配件抗沖蝕硬面處理已屬世界潮流，並且該技術在日本、大陸等國家已臻成熟並已實行，然目前台灣水力電廠對於硬面處理技術仍屬研究階段，尚未有明確的推動方向及目標。在本次研究中整合文獻資料、專家深度訪談所獲得的資訊，進行分析並建構出台灣水力電廠實施抗沖蝕硬面處理技術創新之方針及推動方向為本研究最重要的成果。
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本文主旨在研究撓性機器人夾爪，以達到夾多種不固定形狀之物品，不固定形狀之物品可達數十種之多，最常出現在技能競賽比賽中，若能成功研發功能穩定的通用型機械人夾爪，將來亦可更進一步應用於工業上。 首先文獻探討真空式、磁力式與機械式的機器人夾爪，發現撓性機器人夾爪至今尚未有人深入研究之後，再對夾爪進行理論分析，並利用懸臂樑的力學理論與夾爪夾持力的分析，可對撓性機器人夾爪之構造與夾持力之關係確定，接下來進行撓性機器人夾爪之夾持力做一系列之測試，利用懸吊式系統測試比較後，發現於機器人夾爪的手掌上裝置手指24支，長165 mm，直徑 0.4mm之構造最容易夾取物品，研究結果顯示，撓性機器人夾爪張開200 mm可夾持外徑20∼100 mm的物品，使用6V電壓可夾持3 kg的物品。
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隨著無線射頻辨識技術(Radio Frequency Identification,簡稱為RFID)技術的應用層面越來越廣泛，而電子標籤品質是整個應用的關鍵。尤其在長距離的應用，讀取距離更是重點，所以製造商在生產電子標籤時，透過線上品檢確保電子標籤品質，避免不良品流入市面造成的客訴問題。一般RFID UHF 被動式電子標籤製造的生產機台，在線上品檢所採用的技術是以近場讀取讀取電子標籤序號的有無，用以作為電子標籤的好壞依據，並依據量測結果作為生產品質之良莠，但此方式無法得知電子標籤實際運作時的狀況。 為了克服線上品檢空間與檢測速度上的限制，本研究提出一套創新式UHF 電子標籤測試方法。這套方法是以衰減器縮短量測距離，運用EPC global 靜態測試法，找出發射端到接收端間的能量差異，透過本研究提出之轉換方式，即可得知穩定讀取距離。為了驗證本研究所提之方法，與傳統電子標籤性能測試方式進行結果比較，確認本研究方法的準確度及精確度；此外，本研究說明了如何將此套測試方法的概念，實際應用於電子標籤分級，以突顯本研究所提出之方法的實用價值而本研究的方式除了可以協助業者進行線上之即時檢測，並在電子標籤製造時進行產品分級，以降低不良品的客訴及提升產品應用良率。
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本研究主要為發展一種整合於CMOS製程的奈米碳管(carbon nanotube, CNT)濕度感測器之製造方法，其製作方式是將奈米碳管作酸洗處理，再以3－aminopropyltriethoxysilane (APTS)修飾矽晶圓上之SiO2層，使其表面形成具有氨根aminoterminated (–NH2)的自我組裝單分子層(self-assembled monolayer, SAM)，而經處理過的表面存在正電荷與氨基群能與CNTs產生化學的吸附作用，使CNTs固定於元件表面形成感測薄膜，接著利用微影製程與濺鍍的方式將梳狀電極沉積於其上，以完成CNTs濕度感測元件的製作。 本研究之結果除了將此CNTs濕度感測元件之製程成功的應用於一般晶圓上以達量產之目的外，亦將此結果成功的整合於CMOS製程電路上達成晶片系統化(System on Chip, SoC)之目標，且由實驗發現，經酸洗處理之奈米碳管靈敏度高於未處理之奈米碳管，是因為經酸洗處理之奈米碳管測壁與末端有親水性羧基(-COOH)官能基群會提高對水的吸附。
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本文針對感應加熱技術用於模具加熱作開發研究，提出一種通以高頻電流之嵌入式感應線圈進行感應加熱快速提高模穴表面溫度之裝置方法。透過嵌入式感應線圈快速加熱模溫並可於塑料合模注入階段持續加溫，解決微結構射出成型製程因流道淺窄流動阻力大而造成塑料流動性不佳之成型困難。利用本技術可達到快速加熱、控制加熱溫度等優點，進而大幅縮短生產週期、降低生產成本。 本研究主要利用ANSYS軟體模擬嵌入式感應線圈對於模具之公母模仁加熱的情形，並利用現有射出成型標準模具規格實際設計開發一組模具，同時設計出特殊線圈接頭與以電木材質之機構固定線圈於模具上配合射出成型製程開合模步驟進行升溫實驗來驗證。由設計模擬結果得知電流大小、線圈匝數及放置位置及模仁厚度等多項控制模溫參數，皆會影響模穴表面溫度高低及溫度分佈。本研究之模擬結果顯示具有良好升溫趨勢，可滿足微結構射出成型之溫度要求，証實嵌入式感應線圈能確實加熱射出成型模具，利用此方法可得到一般射出成型機台與設備製造微結構成品的可行性。
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使用鑽頭鑽孔加工是金屬切削最常見的加工之一。本文透過實驗探討應用端銑刀鑽孔和鑽頭鑽孔之鑽削力及鑽孔品質比較，以歸納鑽孔使用端銑刀或一般鑽頭的適用時機。鑽孔實驗之孔徑包括Φ6、Φ8、Φ10及Φ12，刀具方面採用一般常用的高速鋼(HSS)鑽頭及端銑刀，端銑刀包含二刃及四刃者，實驗鑽削材料為AL6061-T6鋁合金。切削條件中使用固定的切削速度，每一刀具直徑選擇三種進刀條件，以及搭配有或無預鑽導孔（Φ3）等共進行72次鑽削實驗。應用Kistler 9272型動力計量測鑽削力，包括鑽削扭力、壓力及側向力表現，並對鑽孔之孔徑精度及孔壁表面粗糙度進行量測以比較兩種刀具鑽孔品質。 實驗結果發現鑽頭鑽孔之扭力無論有無導孔皆比二刃端銑刀大；而鑽削壓力方面，鑽頭在無導孔的情況下明顯比端銑刀大，並且直徑越小則大的比例更多，應是鑽頭靜點的效應。側向力方面，鑽頭端適當的鑽頂角，鑽孔時能有效穩定刀具避免或減小振動產生，使得鑽頭鑽孔之側向力相對端銑刀相當微小。由於端銑刀鑽孔時不能抑制偏晃振動而使得鑽孔孔徑精度誤差皆比鑽頭來得大，並且進給越大有加大誤差的趨勢。在孔壁表面粗度Ra方面，鑽頭不管有無導引孔，鑽孔孔壁表面粗度差異不大，粗度值大約為2μm左右；二刃端銑刀則變動較大，只有在進給較小(0.1mm/rev)時，可在Ra 2μm以下，隨著進給變大，粗度變差。在孔徑偏差方面，孔徑較大時，孔徑擴孔量有加大之趨勢，鑽頭直徑6mm和8mm之擴孔量大概在0.1mm以內；二刃端銑刀由於鑽孔過程有明顯的偏晃，鑽孔之擴孔量隨著進給增加而增加，無導引孔又比有導引孔大，以直徑12mm、進給0.36mm/rev為例，其無導引孔時擴孔量約為0.41mm，有導引孔大約為0.2mm。綜合實驗結果，一般鑽孔宜選擇鑽頭，當使用二刃端銑刀鑽孔，其扭力及壓力可比鑽頭小且剛性佳，採用小進給也保有良好之孔壁品質，但偏晃大，易造成較大的擴孔量，使用二刃端銑刀能切削產生平的孔底，如不考量其擴孔量問題，則適合鑽削淺的孔如沉頭孔加工或凹槽銑削起始深度進給之用。