垂直度、平行度、直線度測量簡介

為了測定機器幾何精度，利用激光光束制作成超精密設備取代直規。光學直角規可精確地將激光光束彎曲90°\u65292X而象限儀可用來測定出激光光束的中心偏離量。直線度測量是測量沿著與圖一所示移動路徑相互垂直的運動。理想的移動路徑為直線，任何在直線水平方向的偏移量稱為水平直線度，垂直方向則稱為垂直直線度。

將具有十字線的標靶固定在機構上，調整十字線對準雷射光束中心。假設激光光束從A點沿著理想路徑移動到到B 點。十字線的中心應該會沿著實際移動路徑運動。藉由測量激光光束移動路徑時十字線偏離中心的偏移量，可測定出直線度。對于更準確的測量，激光光束的中心偏離量可用將光偵測器切割成四等分的象限儀來測量，如圖二所示：

當激光光束投射在象限儀中心時，四個偵測器1、2、3及4 的輸出應該會一致。然而當象限儀偏向右方時，偵測器具1 及3 比偵測器2 及4 具有較高的輸出。相同地，象限儀偏向上方時，偵測器具1 及2 比偵測器3 及4 具有較高的輸出。舉例來說，激光光束直徑為5mm時，最小可偵測的偏離量. 為0.00001 in 或0.25 μm。而較長周期時間的取樣平均、縮小光束直徑或增加（S/N）訊噪比則可獲得較高的分辨率。 當激光光束經過精密光學直角規彎曲成90°\u65292X可用來測量垂直度與平行度。光學直角規為一個五角錐，可將進入的激光光束彎曲成90°\u65292X如圖四所示，因兩反射面間為固定角度，輸出光束總是與入射光束保持90° ±\u23481X許量的角度，與入射角度無關。典型的光學直角規的準確度為2-5 arcsec，較高的準確度可小于1 arcsec。固定與已知的誤差已在軟中考量與消除。使用入射光束方向當作旋轉軸，旋轉光學直角規將會產生一個平面垂直入射的激光光束，當使用光學直角規進行平行度測量時需考量減少任何偏斜情形。 HeNe 激光可產生強烈紅色光束，其在真空中為具有極高準確度的直線。在大氣中，激光光束的直線度會受到溫度梯度或氣流影響而改變。激光光束直線度可藉由控制激光光束間的溫度梯度或氣流來測定其準確度。室內條件下，激光光束穩定度為每12 inches 為0.0001in 或每300mm 為.5μm。

垂直度測量示意

平行度測量示例

直線度或垂直度測量范例 開啟LDDM 軟件，進入設定窗口，輸入測量型式，直線度（Straightness）、垂直度（Squareness）使用一個光學直角規，輸入待測機器相關訊息（machineinformation）， 決定那一部分要固定，是象限儀（quad detector ） 或激光頭（laser head）. 旋轉象限儀圖像使其箭頭指向正確的機器軸向。旋轉時請在象限儀直角（quad detector square）圖像上按下鼠標左鍵， 修改測量設定（measurement setup），輸入機器起點和終點坐標及測量點數，按下觀看/修改（View/Edit）來檢查設定的增量，即可開始測量。

在直線度或垂直度測量中取得數據 調整激光光束使其平行欲測量的移動方向，象限儀位于激光光束中心如圖六與圖七所示。按下開始（Start），移動到沿著第一軸的每一點再按取樣（Take）鍵，計數將會在完成所有數據點測量后平均再顯示，此時會出現儲存檔案訊息，按下Yes及輸入文件名稱即可儲存數據（副文件名稱自動設為.SQR）

數據分析（ Data Analysis ） ： 按下分析（Analysis）鍵來檢查測量結果及針對垂直度開啟檔案。可選擇為數據或圖形畫面。 垂直度圖形（Squareness Plot）：可顯示您機器正向X、Y 及Z 間的夾角角度。 直線度圖形（Straightness plot）：顯示垂直與水平直線度圖形。

(end)

關鍵詞： 幾何精度直線度測量垂直直線