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作者簡介
目次
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◎本書為教育部顧問室「半導體與光電產業先進設備人才培育計畫」之成果。
◎針對自動化光學檢測技術領域進行教材編撰，以半導體與光電產業之AOI設備中所需之光、機、電、軟等四項關鍵技術分章介紹。
◎可作為大專院校專業課程教材，適用於光電、電機、機械、機電、自動化等理工科系之教科書，亦適合一般想瞭解機電工程(自動光學檢測)知識的大眾閱讀。
機電工程學，又稱機電整合學、機械電子學，是一門利用微電子理論來控制機械裝置的學科，也是一門跨領域學科，它的技術基礎是來自機械設計和微電子控制，並配合電腦軟體，因此是整合了機械、電子電路、電機和電腦等相關領域的一種整合技術，現今已從機械工程的附屬學科，獨立成為了前沿科學，也代表了一個國家科學技術的發展水平。
本書《機電工程概論》為教育部顧問室「半導體與光電產業先進設備人才培育計畫」之成果，針對自動化光學檢測技術領域進行教材編撰，以半導體與光電產業之AOI設備中所需之光、機、電、軟等四項關鍵技術分章介紹，內容包含了自動化機構設計、機台運動與控制、光學影像處理與資料分析、圖控式軟體設計整合等。本書可作為大專院校專業課程教材，適用於光電、電機、機械、機電、自動化等理工科系之教科書，亦適合一般想瞭解機電工程(自動光學檢測)知識的大眾閱讀。同時可提供企業中現職重視策略管理或是新事業開發、業務、行銷、研究、企劃等人員作為參考，對於有意瞭解與投入自動化設備研發之人員來說，本書除了清楚簡要地說明基礎觀念外，同時提供實務範例作為練習。
◎針對自動化光學檢測技術領域進行教材編撰，以半導體與光電產業之AOI設備中所需之光、機、電、軟等四項關鍵技術分章介紹。
◎可作為大專院校專業課程教材，適用於光電、電機、機械、機電、自動化等理工科系之教科書，亦適合一般想瞭解機電工程(自動光學檢測)知識的大眾閱讀。
機電工程學，又稱機電整合學、機械電子學，是一門利用微電子理論來控制機械裝置的學科，也是一門跨領域學科，它的技術基礎是來自機械設計和微電子控制，並配合電腦軟體，因此是整合了機械、電子電路、電機和電腦等相關領域的一種整合技術，現今已從機械工程的附屬學科，獨立成為了前沿科學，也代表了一個國家科學技術的發展水平。
本書《機電工程概論》為教育部顧問室「半導體與光電產業先進設備人才培育計畫」之成果，針對自動化光學檢測技術領域進行教材編撰，以半導體與光電產業之AOI設備中所需之光、機、電、軟等四項關鍵技術分章介紹，內容包含了自動化機構設計、機台運動與控制、光學影像處理與資料分析、圖控式軟體設計整合等。本書可作為大專院校專業課程教材，適用於光電、電機、機械、機電、自動化等理工科系之教科書，亦適合一般想瞭解機電工程(自動光學檢測)知識的大眾閱讀。同時可提供企業中現職重視策略管理或是新事業開發、業務、行銷、研究、企劃等人員作為參考，對於有意瞭解與投入自動化設備研發之人員來說，本書除了清楚簡要地說明基礎觀念外，同時提供實務範例作為練習。
作者簡介
莊水發
現職：國立臺灣科技大學 機械工程系 兼任講師
高雄市力行文教機構 升大學部執行主任、專任教師
學歷：國立臺灣科技大學 機械工程系 博士
國立臺灣科技大學 機械工程系 碩士
國立臺灣大學 機械工程學系 學士
經歷：國立臺灣科技大學 機械工程系 兼任講師
國立臺灣科技大學 光機電技術研發中心 博士後研究員
修芳仲
現職：國立臺灣科技大學 機械系 系主任
國立臺灣科技大學 光機電技術研發中心 主任
學歷：德國阿亨工業大學 博士
國立臺灣大學 機械工程所 碩士
國立臺灣科技大學 機械工程系 學士
經歷：國立臺灣科技大學 教授
丁一能
現職：臺北市南港高工 電機科 主任
學歷：輔仁大學 電子工程所 碩士
臺灣科技大學 電機工程系 學士
經歷：士林高商 註冊組 組長
中正高中 總務主任
臺北市教育局資訊小組(借調)
南港高工 建教合作組長
廖志偉
現職：臺塑河靜鋼鐵 冶金技術部 擴建工程師
學歷：國立臺灣科技大學 機械工程研究所 博士
國立臺灣科技大學 機械工程研究所 碩士
國立虎尾技術學院 自動化工程系 二技
經歷：國立臺灣科技大學 光機電技術研發中心 博士後研究員
國立臺灣科技大學 機械系 兼任助理教授
國立臺灣科技大學 機械系 兼任講師級專家
明志科技大學 機械系 兼任助理教授
國立臺灣科技大學 機械系 博士後研究員
目次
第一章 自動化機構與零件設計
1-1 自動化機械設計（以自動化精密平台為例）
1-1-1 自動化機械設計流程
1-1-2 功能需求
1-1-3 線性滑軌選用（額定荷重、壽命計算）
1-1-4 平台與滑軌設計（3D實體繪圖）
1-1-5 滾珠螺桿選用（精密等級選定、導程計算、軸徑計算、危險速度計算、壽命計算）
1-1-6 螺桿支撐座選用
1-1-7 螺桿與螺桿支撐座設計（3D實體繪圖）
1-1-8 伺服馬達選用（額定轉速計算、額定扭矩計算、瓦數選定）
1-1-9 其他配合零組件設計與選用（馬達固定座、連軸器、底板、滑軌墊高塊）
1-2 零件工程圖
第二章 感測器應用
2-1 近接感測器
2-1-1 電磁近接感測器
2-1-2 光學近接感測器
2-1-3 超音波近接感測器
2-1-4 霍爾效應近接感測器
2-2 光學旋轉編碼器
2-3 光學尺
2-4 極限開關
2-5 溫度感測器
2-5-1 電阻溫度感測器
2-5-2 熱敏電阻
2-5-3 熱電偶
2-5-4 雙金屬溫度感測器
2-5-5 積體電路感測器
第三章 馬達應用
3-1 運動控制簡介
3-1-1 運動控制的5種軌跡
3-1-2 實際運動的驅動模式
3-2 步進控制系統
3-2-1 步進控制方塊圖
3-2-2 步進馬達種類
3-2-3 步進控制系統元件
3-2-4 步進馬達驅動原理
3-2-5 步進激磁方式
3-2-6 步進馬達運轉特性
3-2-7 訊號脈波選用
3-2-8 步進角計算
第四章 工業配線
4-1 按鈕開關（Push Button Switch）
4-1-1 工業型按鈕
4-1-2 按鈕開關用途區分
4-2 栓型保險絲（D-Fuse）
4-3 指示燈（Pilot Lamp，PL）
4-3-1 指示燈的構造與意義
4-4 電源供應器
4-5 配線要領
4-5-1 導線的選用
4-5-2 導線處理原則
4-5-3 接線端子台選用（Terminal Block，TB）
4-5-4 壓接端子的選用
4-5-5 步進馬達配電範例
4-5-6 實習平台接線圖
4-6 繼電器（Relay）
4-6-1 電磁繼電器的工作原理和特性
4-6-2 熱敏乾簧繼電器的工作原理和特性
4-6-3 固態繼電器（SSR）的工作原理和特性
4-6-4 磁簧繼電器的工作原理和特性
4-6-5 光繼電器的工作原理和特性
4-6-6 繼電器實際運用
第五章 機器視覺應用
5-1 何謂機器視覺
5-2 械視覺系統
5-3 光源與照明技術
5-3-1 光源系統之分類
5-3-2 光源照明技術之分類
5-3-3 光源特性
5-3-4 結論
5-4 攝影機
5-4-1 線掃描與面掃描攝影機
5-4-2 傳輸介面
5-5 鏡頭
5-5-1 鏡頭的特性
5-5-2 鏡頭種類
5-5-3 機器視覺系統參數
5-5-4 機器視覺系統選配
5-6 機器視覺系統選用範例
第六章 數位影像處理與辨識應用
6-1 何謂數位影像
6-2 數位影像之性質
6-3 數位影像處理
6-3-1 待測範圍（Regions of Interest, ROI）
6-3-2 直方圖（Histogram）
6-3-3 二值化處理（Thresholding Processing）
6-3-4 影像亮度、對比與曝光調整
6-3-5 型態學（Morphology）
6-3-6 濾波（Filter）
6-3-7 低通濾波器（Low-pass Filter）
6-3-8 高通濾波器（High-pass Filter）
6-4 分析辨識
6-4-1 邊緣偵測
6-4-2 邊緣偵測
6-4-3 直線偵測
6-4-4 圖像比對
6-4-5 幾何比對
6-4-6 尺寸校正
第七章 資料擷取與分析
7-1 量測系統概念
7-1-1 訊號種類
7-1-2 量測系統架構
7-2 建立量測系統
7-2-1 物理訊號轉換為電氣訊號
7-2-2 訊號條件處理（Signal Conditioning, SCXI）
7-3 訊號格式轉換介面
7-3-1 類比轉數位（ADC）
7-3-2 數位／類比轉換（DAC）
7-3-3 數位輸出／輸入（Digital Output / Input）
第八章 圖控程式概論
8-1 圖控程式介紹（LabVIEW）
8-1-1 圖形化語言
8-1-2 LabVIEW 操作環境介紹
8-1-3 Getting Stated 環境介紹
8-1-4 善用Find Examples
8-1-5 人機介面（Front Panel）與程式方塊區（Block Diagram）操作
8-1-6 快速鍵的使用
8-1-7 Help的使用
8-2 VI 程式的撰寫
8-2-1 控制單元（Control）與顯示單元（Indicator）
8-2-2 邏輯運算核心元件
8-2-3 接線
8-2-4 執行VI程式
8-3 迴圈與結構
8-3-1 For 迴圈
8-3-2 While 迴圈
8-3-3 移位暫存器（Shift Registers）的功能
8-4 陣列與資料叢集
8-4-1 陣列處理函數
8-4-2 陣列運算的形態Polymorphism
8-4-3 叢集
8-4-4 陣列與叢集的轉換
第九章 機電系統專案應用範例
9-1 電纜連接器滑軌自動化光學檢測系統
9-1-1 簡介
9-1-2 系統架構
9-1-3 研究方法
9-1-4 實驗分析
9-1-5 結果與討論
9-2 破壞式微型鑽針視覺心厚量測系統
9-2-1 簡介
9-2-2 系統架構
9-2-3 研究方法
9-2-4 實驗分析
9-2-5 結論與未來展望
第十章 綜合實習
10-1 馬達應用實習
10-1-1 實習目的
10-1-2 技術指標
10-1-3 實習內容
10-2 影像擷取實習
10-2-1 實習目的
10-2-2 技術指標
10-2-3 實習內容
10-3 影像處理實習
10-3-1 實習目的
10-3-2 技術指標
10-3-3 實習內容
10-4 資料擷取實習
10-4-1 實習目的
10-4-2 技術指標
10-4-3 實習內容
10-5 機電系統應用- 雙軸定位系統實習
10-5-1 實習目的
10-5-2 技術指標
10-5-3 實習內容
參考資料
1-1 自動化機械設計（以自動化精密平台為例）
1-1-1 自動化機械設計流程
1-1-2 功能需求
1-1-3 線性滑軌選用（額定荷重、壽命計算）
1-1-4 平台與滑軌設計（3D實體繪圖）
1-1-5 滾珠螺桿選用（精密等級選定、導程計算、軸徑計算、危險速度計算、壽命計算）
1-1-6 螺桿支撐座選用
1-1-7 螺桿與螺桿支撐座設計（3D實體繪圖）
1-1-8 伺服馬達選用（額定轉速計算、額定扭矩計算、瓦數選定）
1-1-9 其他配合零組件設計與選用（馬達固定座、連軸器、底板、滑軌墊高塊）
1-2 零件工程圖
第二章 感測器應用
2-1 近接感測器
2-1-1 電磁近接感測器
2-1-2 光學近接感測器
2-1-3 超音波近接感測器
2-1-4 霍爾效應近接感測器
2-2 光學旋轉編碼器
2-3 光學尺
2-4 極限開關
2-5 溫度感測器
2-5-1 電阻溫度感測器
2-5-2 熱敏電阻
2-5-3 熱電偶
2-5-4 雙金屬溫度感測器
2-5-5 積體電路感測器
第三章 馬達應用
3-1 運動控制簡介
3-1-1 運動控制的5種軌跡
3-1-2 實際運動的驅動模式
3-2 步進控制系統
3-2-1 步進控制方塊圖
3-2-2 步進馬達種類
3-2-3 步進控制系統元件
3-2-4 步進馬達驅動原理
3-2-5 步進激磁方式
3-2-6 步進馬達運轉特性
3-2-7 訊號脈波選用
3-2-8 步進角計算
第四章 工業配線
4-1 按鈕開關（Push Button Switch）
4-1-1 工業型按鈕
4-1-2 按鈕開關用途區分
4-2 栓型保險絲（D-Fuse）
4-3 指示燈（Pilot Lamp，PL）
4-3-1 指示燈的構造與意義
4-4 電源供應器
4-5 配線要領
4-5-1 導線的選用
4-5-2 導線處理原則
4-5-3 接線端子台選用（Terminal Block，TB）
4-5-4 壓接端子的選用
4-5-5 步進馬達配電範例
4-5-6 實習平台接線圖
4-6 繼電器（Relay）
4-6-1 電磁繼電器的工作原理和特性
4-6-2 熱敏乾簧繼電器的工作原理和特性
4-6-3 固態繼電器（SSR）的工作原理和特性
4-6-4 磁簧繼電器的工作原理和特性
4-6-5 光繼電器的工作原理和特性
4-6-6 繼電器實際運用
第五章 機器視覺應用
5-1 何謂機器視覺
5-2 械視覺系統
5-3 光源與照明技術
5-3-1 光源系統之分類
5-3-2 光源照明技術之分類
5-3-3 光源特性
5-3-4 結論
5-4 攝影機
5-4-1 線掃描與面掃描攝影機
5-4-2 傳輸介面
5-5 鏡頭
5-5-1 鏡頭的特性
5-5-2 鏡頭種類
5-5-3 機器視覺系統參數
5-5-4 機器視覺系統選配
5-6 機器視覺系統選用範例
第六章 數位影像處理與辨識應用
6-1 何謂數位影像
6-2 數位影像之性質
6-3 數位影像處理
6-3-1 待測範圍（Regions of Interest, ROI）
6-3-2 直方圖（Histogram）
6-3-3 二值化處理（Thresholding Processing）
6-3-4 影像亮度、對比與曝光調整
6-3-5 型態學（Morphology）
6-3-6 濾波（Filter）
6-3-7 低通濾波器（Low-pass Filter）
6-3-8 高通濾波器（High-pass Filter）
6-4 分析辨識
6-4-1 邊緣偵測
6-4-2 邊緣偵測
6-4-3 直線偵測
6-4-4 圖像比對
6-4-5 幾何比對
6-4-6 尺寸校正
第七章 資料擷取與分析
7-1 量測系統概念
7-1-1 訊號種類
7-1-2 量測系統架構
7-2 建立量測系統
7-2-1 物理訊號轉換為電氣訊號
7-2-2 訊號條件處理（Signal Conditioning, SCXI）
7-3 訊號格式轉換介面
7-3-1 類比轉數位（ADC）
7-3-2 數位／類比轉換（DAC）
7-3-3 數位輸出／輸入（Digital Output / Input）
第八章 圖控程式概論
8-1 圖控程式介紹（LabVIEW）
8-1-1 圖形化語言
8-1-2 LabVIEW 操作環境介紹
8-1-3 Getting Stated 環境介紹
8-1-4 善用Find Examples
8-1-5 人機介面（Front Panel）與程式方塊區（Block Diagram）操作
8-1-6 快速鍵的使用
8-1-7 Help的使用
8-2 VI 程式的撰寫
8-2-1 控制單元（Control）與顯示單元（Indicator）
8-2-2 邏輯運算核心元件
8-2-3 接線
8-2-4 執行VI程式
8-3 迴圈與結構
8-3-1 For 迴圈
8-3-2 While 迴圈
8-3-3 移位暫存器（Shift Registers）的功能
8-4 陣列與資料叢集
8-4-1 陣列處理函數
8-4-2 陣列運算的形態Polymorphism
8-4-3 叢集
8-4-4 陣列與叢集的轉換
第九章 機電系統專案應用範例
9-1 電纜連接器滑軌自動化光學檢測系統
9-1-1 簡介
9-1-2 系統架構
9-1-3 研究方法
9-1-4 實驗分析
9-1-5 結果與討論
9-2 破壞式微型鑽針視覺心厚量測系統
9-2-1 簡介
9-2-2 系統架構
9-2-3 研究方法
9-2-4 實驗分析
9-2-5 結論與未來展望
第十章 綜合實習
10-1 馬達應用實習
10-1-1 實習目的
10-1-2 技術指標
10-1-3 實習內容
10-2 影像擷取實習
10-2-1 實習目的
10-2-2 技術指標
10-2-3 實習內容
10-3 影像處理實習
10-3-1 實習目的
10-3-2 技術指標
10-3-3 實習內容
10-4 資料擷取實習
10-4-1 實習目的
10-4-2 技術指標
10-4-3 實習內容
10-5 機電系統應用- 雙軸定位系統實習
10-5-1 實習目的
10-5-2 技術指標
10-5-3 實習內容
參考資料
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