學位論文
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Item 沖床之智慧異常偵測與即時監控系統(2019) 方姿晴; Fang, Zi-Qing隨著工業4.0時代的來臨，已經有許多智慧製造相關技術被運用在各行各業中。其中對台灣經濟影響甚鉅的，是逐漸從傳統產業走向現代化製程的的製造業。而各式機台設備，正是製造業最重要的生產核心。製造業的機台若因零件磨損，將造成機具故障生產中斷，甚至工安意外，對業主及操作者將造成巨大的損失。為避免這些狀況，通常業主會定期對機台作保養維護，採用定期維護之策略，其缺點不僅耗時耗力，而且一些預料之外的異常情形也經常發生，從而造成產線的生產力下降甚或引發工安意外。因此，本研究提出一個智慧異常偵測與即時監控系統來解決前述之問題。 本系統包含兩個子系統，一是即時監控系統，另一個是智慧異常偵測系統。即時監控系統主要是處理一些特徵明顯且取樣率較低的製程參數，例如：電壓、電流、溫度以及壓力等，當系統參數超出某些預設閥值時，會自動透過Line機器人通知相關負責人。至於智慧異常偵測系統主要是處理一些特徵不明顯且訊號變化快速以及需要高取樣率的訊號，例如：機台的振動訊號等，本研究利用加速規及資料擷取卡擷取不同轉速下，不同皮帶鬆緊度的機台振動訊號，然後再以卷積神經網路進行分類器的建模，實驗結果顯示，利用機台的振動訊號，可以有效偵測皮帶過鬆或過緊之異常狀況，其準確率高達98%以上。 期望本研究智慧異常偵測與即時監控系統能夠提升台灣沖床機台的附加價值。Item 以深度學習為基礎之路面破損與閥栓檢測系統(2019) 楊松儒; Yang, Sung-Ju近年來台灣道路平整度議題經常被提出來討論，其中一項就是孔蓋的正常與否。每年都需要花費大量的人力在孔蓋巡檢上。為保證巡檢品質與第二年作業需求，需要檢查作業人員拍攝回來之照片，其中包含著門牌以及閥栓近遠照等照片。路面平整度的另一個議題是路面破損，而目前路面破損之檢測如同閥栓巡檢一般依靠了大量的人力。為了減少大量人力需求，本研究將設計一快速且準確之閥栓分辨系統以及一道路破損辨識系統。 本研究中以YOLOv3-tiny及作為基礎，建置一快速分辨閥栓以及門牌之系統。在實驗結果中，本研究在近照之閥栓分辨結果中，達到了Precision 99.33%、Recall 98.89%之高精度。在門牌與街牌辨識的部分，也達到了Precision 95.96%、Recall 93.45%之精度。 道路破損辨識的部分，本研究使用YOLOv3類神經網路進行訓練，並使用一簡單之分割操作，提升了辨識準確率。並希望在未來使用其餘類神經網路以及各種技術，改善此一辨識率。Item 垂直轉移矽奈米線陣列及其熱傳導係數量測技術開發研究(2013) 簡仕奕; Shih-Yi Chien本研究利用金屬輔助無電蝕刻的方式製作大面積、低成本且長度為200 m以上之矽奈米線陣列，其蝕刻時間為1小時50分鐘，其蝕刻溶液為氫氟酸HF [6M]和硝酸銀AgNO3 [0.026M]。為了能將此矽奈米線陣列應用於熱電元件，本研究以鉻薄膜當蝕刻終止層，利用前述條件在薄化的矽晶圓上蝕刻出矽奈米線，再填入聚合物做支撐，來發展出矽奈米線陣列垂直轉移與圖案化技術。 熱傳導性質為熱電元件重要性質之一，本研究以前述方法製作出矽奈米線陣列結構，再設計一方法量測其熱傳導係數，並配合模擬分析驗證量測數據之準確性。本研究首先建立單一矽奈米線模型，藉助ANSYS Icepak 14.0電腦軟體與傅立葉熱傳定律，模擬計算出單一矽奈米線模型的xy方向和z方向熱傳導係數。接著利用軸流法量測出聚合物之熱傳導係數以及矽與聚合物的界面熱阻。再利用Icepak模擬矽奈米線陣列模型，並搭配平行線法所衍生出的三線式金屬線結構，經過模擬與量測結果互相比對，最後得出本研究製備之矽奈米線陣列結構之熱傳導係數為90 ~ 120 之間，證實矽奈米線陣列的熱傳導係數低於矽塊材。Item 應用時頻分析於建立運動員肺音訊號比較系統(2012) 黃建州; Chien-Chou Huang胸部聽診一直以來都是醫生用來診斷病人肺部病症的主要方法，醫生藉由聽診器聽取肺部的聲音，來判別病人的健康狀況以及所得病症。但自從科技的進步，數位聽診漸漸取代了傳統聽診，成為新一代主流的技術。數位聽診具有多工處理，可記錄，以及可數據化演算之優點，使得聽診技術進入一個新的紀元。透過將肺音訊號影像化，以及使用科學上訊號分析的訊號法來分析肺音訊號，我們可以從肺音訊號得到比已往更多的訊息。本研究的目的為透過肺音擷取系統以及時頻分析方法來建立一套可以觀察不同運動種類運動員之肺音訊號之系統，並透過此系統來分析不同運動種類以及其肺音訊號之間的特色與關係。 首先使用一般聽診器與數位單指向性麥克風（鐵三角AT9904）做結合，製作成16個數位聽診器，並在人體背後肺部的位置布置麥克風陣列。透過USB音效卡以及Audio Stream Input Output(ASIO)驅動程式將肺音訊號錄製至電腦硬碟中並儲存。儲存在電腦中的肺音訊號，透過MATLAB以及Visual Signal軟體做訊號前處理以及時頻分析。本研究採取了三種時頻分析方法，分別為短時傅立葉轉換法（Short Time Fourier Transform，STFT）、Morlet小波轉換法（Morlet Wavelet Transform，Morlet WT）以及希爾伯．黃轉換法（Hilbert Huang Transform，HHT）。三種分析法各有其特色以及優點，但三種分析法中，本研究認為HHT最適合做為不同運動種類運動員之肺音差異之比較。熵(Entropy)之原理也用來作為呼吸氣流流速模型的參數之一。本研究透過以上方法來建立一個可以觀察不同運動員肺音特色之系統Item 基於強化型Morlet轉換、解調變頻譜、多尺度熵、多頻帶頻譜熵與決策樹之齒輪箱異常診斷系統(2012) 李易宗產業應用上，齒輪箱扮演著重要的角色；典型的齒輪異常，包含了：磨損、輪尺斷裂、動不平衡、缺乏潤滑等，嚴重的甚至會發生齒輪本身崩壞的情形。當齒輪出現故障，振動訊號可能被激發出異常的振動特性；因此，可藉由對振動訊號的分析，利用不同的訊號處理方法，達成齒輪箱的異常診斷。本論文提出一齒輪箱異常診斷系統，用以辨識齒輪箱的異常狀態情形。首先，使用解調變頻譜、影像熵、多尺度熵和多頻帶頻譜熵抽取出異常狀態之特徵；接著，利用抽取出之特徵建立一決策樹模型。本論文所使用的齒輪箱實驗資料來源，是工業技術研究院機械與系統研究所智慧系統技術組監控系統技術部所建置之齒輪箱實驗平台，並由作者親自進行所有的實驗以收集本論文所需之實驗資料。實驗結果顯示，訓練出的決策樹模型，對於測試使用的資料之異常診斷，具有高度的準確性。Item 先進矽鍺元件之應力估算與效能分析(2012) 洪敏惠隨電子產品輕薄短小及功能多樣化之潮流，傳統之矽基半導體元件已無法符合下一世代元件於速度或功能之要求，因此除藉由縮減元件特徵尺寸外，應變工程之導入對於奈微電子元件之效能提升益顯重要。然而，電路圖案化之影響諸如具突起之多晶矽閘極對窄通道元件之引致應力大小，相關文獻卻鮮少有完整地討論。 有鑑於此，本研究系統性地探討應變工程對於突出之多晶矽閘極寬度於具窄通道之P型半導體元件之性能表現。本論文分為兩部份，首先使用因子實驗設計概念結合有限元素之模擬法，對PMOS半導體元件進行應力模擬。分析時選擇四個重要設計因子，分別為延伸閘極寬度、源∕汲極長度、元件通道寬度，以及CESL內含應力值進行變異數分析，並討論其對於載子遷移率之影響性。由變異數分析可得知其因子重要影響程度前三項依序為CESL之應力值、CESL應力值與延伸閘極寬度兩因子間之交互作用，延伸閘極寬度。由上述分析獲知，延伸閘極寬度這一設計因子對於半導體元件其載子遷移率增益之影響為十分重要。其次，為了瞭解CESL應力與延伸閘極寬度兩因子間之交互作用關係，故於本研究使用中央合成設計法得到該因子間之反應曲面圖。藉由該曲面圖吾人可以進而獲得其優化之組合關係。 第二部份，由於在文獻中可得知矽鍺合金源/汲極長度愈長則P型半導體元件其阻值會隨之減少。因此對不同大小之延伸閘極寬度與矽鍺合金之源/汲極長度進行敏感度分析，討論元件不同方向其應力值與載子遷移率之增益。分析結果指出當延伸閘極寬度於0.2 m時，其所貢獻之載子遷移率為最大。Item 鐵芯式永磁同步伺服線性馬達應用於高精密度定位平台之運動控制與設計(2012) 盧建勳; Jian-Shiun Lu本研究之主要目的為建置一部高精密度定位控制平台，且為了達到次微米等級之精密控制，我們設計了四種控制器作為提升定位平台系統精密度的方法，分別為兩個系統主要控制器與兩個輔助控制器，其中主要控制器包含了PID控制器與適應性步階迴歸滑模控制器（ABSMC），而輔助控制器則有變速度控制器（VSC）與遞迴式類神經網路補償控制器（RNNC）。 在高精密度定位平台之控制性能中，有兩項控制性能是必備的，即高精密定位控制與高精密動態軌跡追蹤控制的能力。因此我們將比較兩個主控制器PID與ABSMC在上述兩項控制性能上的優劣，最後選定性能優者為本系統之主控制器。 當高精密度定位平台在執行定位控制的過程中，往往因為較嚴重的暫態超越量，影響定位控制的精密度，所以我們將系統主控制器結合VSC輔助控制器為系統暫態效能做改善。而在執行動態軌跡追蹤控制的過程中，其動態軌跡移動之反曲點通常會有較大的追蹤誤差出現，此也是造成定位平台精密度不足的主因，在此我們將系統主控制器結合RNNC輔助控制器，改善系統動態反曲點之最大誤差量。 本研究之高精密定位平台控制，主要由鐵芯式永磁同步伺服線性馬達作為驅動系統，其最大行程為200mm，而光學尺之精密度為0.1μm，在系統控制器設計方面，主要是採用LabVIEW 2010 Professional Development System，作為控制器程式設計之軟體與操作介面。Item 雙軸機械手臂之適應性神經網路滑動模式控制(2013) 鄭百恩; Pei-En Cheng本研究之目的是針對機械手臂之循軌控制提出適應性神經網路滑動模式控制方法。於系統模型部份已知的情況下，運用極點配置法來設計標稱控制器指定機械手臂之理想動態，並透過滑動模式干擾估測器及適應性神經網路補償器將系統的不確定性及外部干擾予以補償，以實現指定的理想動態。 系統控制架構中之滑動模式干擾估測器用於提昇整體控制架構之初始性能，並對於未知的干擾給予快速有效的補償，以提升系統的強健性能。相對於適應性神經網路控制器透過自訂的適應性法則，將未知干擾建模於神經網路規則庫；當建模完成便可依據系統之狀態，查得目前的系統干擾，以達到即時的干擾補償，可進一步改善滑動模式干擾估測器補償的相位落後問題。 本文實驗平台方面，採用美國德州儀器公司(Texas Instruments Incorporated, TI)所生產之TMS320C6713 DSP搭配具FPGA之自製擴充子板為控制器核心。在FPGA方面，以硬體描述語言(VHDL)撰寫Encoder, ADC與DAC等週邊界面程式；在控制法則實現上，利用TI所提供的Code Composer Studio (CCS)發展環境，以C/C++撰寫控制器程式並下載到DSP上執行。藉由本實驗室自製的雙軸機器手臂實驗平台進行追圓軌跡控制，結果顯示能有效提升循軌的表現及降低循軌誤差。Item 鋯掺入極薄氧化釔高介電係數閘極介電層之效應(2012) 王文奕本研究是將鋯加入氧化釔 (Y2O3+Zr)作為氧化層的高介電係數薄膜材料，並成功的製作出MOS電容器。由於氧化釔和其它高介電係數薄膜材料相比，釔很容易跟矽基板產生相互擴散的現象，而鋯本身不僅是高介電係數薄膜材料且鋯和矽之間，有良好的介面品質。並針對本實驗製作出來的MOS電容器的電性和物性做分析與探討。 本研究沉積薄膜的方式是使用射頻共濺鍍技術，在常溫且充滿氬氣的真空腔體，將高純度的氧化釔和鋯之靶材，依照不同的條件濺射沉積在矽基板上，形成一層厚度7奈米的氧化釔/鋯薄膜，之後在充滿氮氣的真空腔體中，分別執行550 ℃、700 ℃和850 ℃的快速熱退火 (RTA)，接著鍍上氮化鋯/鈦/鋁，製成閘極電極。最後再利用電流-電壓 (I-V)、電容-電壓 (C-V)、原子力顯微鏡 (AFM)和X光繞射儀 (XRD)等，分析探討氧化釔/鋯薄膜的電性和物性。 研究結果顯示，氧化釔/鋯薄膜擁有良好的結晶溫度 (約850 ℃)、介電係數和低的閘極漏電流，在經過700 ℃的快速熱退火後，得到的相對介電係數為14.7，閘極漏電流方面，閘極注入電壓為-1 V時，漏電流大小約為10-5 ~ 10-6 A/cm2，基板注入電壓為1 V時，漏電流大小約在10-5 ~ 10-6 A/cm2，漏電流機制符合蕭基發射，其閘極和介電層間、介電層和矽基板之間的蕭基能障分別為1.15 eV及1.01 eV。Item 先進應變工程於奈米電子元件之模擬與實驗驗證(2012) 鄧筱璇本研究分析n型電晶體元件佈局圖對於元件之應力分佈與性能表現。該先進奈米元件之應力源主要由碳化矽材料填充於源∕汲極與具有拉伸應力之接觸蝕刻終止層組成；其中碳莫耳比例為1.65 %，接觸蝕刻終止層之拉伸應力為1.1 GPa。此研究提出一利用三維有限元素分析，模擬接觸蝕刻終止層之應力對於淺溝槽隔離上方的延伸閘極與元件通道之影響。模擬若以非製程方式考慮分析時，當延伸閘極之寬度為0.2 um時，元件載子遷移率增益之最大值約達72.5 %；分析結果指出若延伸閘極之寬度超過此尺寸，則接觸蝕刻終止層之機械應力將為元件性能表現之主要影響。若採以製程方式分析之，則當延伸閘極之寬度為0.2 um時，元件載子遷移率增益之最大值約達77.5 %，該模擬結果與相關文獻之分析趨勢符合。 另一方面，本研究亦分別以二維與三維有限元素模型採用製程順序步驟之模擬法，分析具有矽鍺通道結合接觸蝕刻終止層結構之n型電晶體元件；其中接觸蝕刻終止層分別為拉伸應力為1.1 GPa與壓縮應力－2.0 GPa。分析時固定元件通道寬度為10 um並改變元件通道長度，以觀察元件通道內之應力分佈與電性性能表現。由於二維與三維模擬趨勢相互匹配，因此可以二維模擬簡化三維模擬。與元件通道寬度與長度之比例分別為10/0.11, 10/1, 10/10 (um/um)的情形下之電性測量結果相比較，發現元件通道之應力趨勢與電性測量結果相符。此外，藉由應力模擬與電性結果可得知，在較短元件通道長度時，拉伸應力之接觸蝕刻終止層可提升元件特性；而在較長通道長度時，則為壓縮應力之接觸蝕刻終止層對於元件表現有所提升。