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垂直度、平行度、直线度测量简介


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为了测定机器几何精度，利用激光光束制作成超精密设备取代直规。光学直角规可精确地将激光光束弯曲90°\u65292X而象限仪可用来测定出激光光束的中心偏离量。直线度测量是测量沿着与图一所示移动路径相互垂直的运动。理想的移动路径为直线，任何在直线水平方向的偏移量称为水平直线度，垂直方向则称为垂直直线度。


将具有十字线的标靶固定在机构上，调整十字线对准雷射光束中心。假设激光光束从A点沿着理想路径移动到到B 点。十字线的中心应该会沿着实际移动路径运动。藉由测量激光光束移动路径时十字线偏离中心的偏移量，可测定出直线度。对于更准确的测量，激光光束的中心偏离量可用将光侦测器切割成四等分的象限仪来测量，如图二所示：


当激光光束投射在象限仪中心时，四个侦测器1、2、3及4 的输出应该会一致。然而当象限仪偏向右方时，侦测器具1 及3 比侦测器2 及4 具有较高的输出。相同地，象限仪偏向上方时，侦测器具1 及2 比侦测器3 及4 具有较高的输出。举例来说，激光光束直径为5mm时，最小可侦测的偏离量. 为0.00001 in 或0.25 µm。而较长周期时间的取样平均、缩小光束直径或增加（S/N）讯噪比则可获得较高的分辨率。

当激光光束经过精密光学直角规弯曲成90°\u65292X可用来测量垂直度与平行度。光学直角规为一个五角锥，可将进入的激光光束弯曲成90°\u65292X如图四所示，因两反射面间为固定角度，输出光束总是与入射光束保持90° ±\u23481X许量的角度，与入射角度无关。典型的光学直角规的准确度为2-5 arcsec，较高的准确度可小于1 arcsec。固定与已知的误差已在软中考量与消除。使用入射光束方向当作旋转轴，旋转光学直角规将会产生一个平面垂直入射的激光光束，当使用光学直角规进行平行度测量时需考量减少任何偏斜情形。

HeNe 激光可产生强烈红色光束，其在真空中为具有极高准确度的直线。在大气中，激光光束的直线度会受到温度梯度或气流影响而改变。激光光束直线度可藉由控制激光光束间的温度梯度或气流来测定其准确度。室内条件下，激光光束稳定度为每12 inches 为0.0001in 或每300mm 为.5µm。

垂直度测量示意


平行度测量示例

直线度或垂直度测量范例

开启LDDM 软件，进入设定窗口，输入测量型式，直线度（Straightness）、垂直度（Squareness）使用一个光学直角规，输入待测机器相关讯息（machineinformation），
决定那一部分要固定，是象限仪（quad detector ） 或激光头（laser head）. 旋转象限仪图像使其箭头指向正确的机器轴向。旋转时请在象限仪直角（quad detector square）图像上按下鼠标左键， 修改测量设定（measurement setup），输入机器起点和终点坐标及测量点数，按下观看/修改（View/Edit）来检查设定的增量，即可开始测量。


在直线度或垂直度测量中取得数据

调整激光光束使其平行欲测量的移动方向，象限仪位于激光光束中心如图六与图七所示。按下开始（Start），移动到沿着第一轴的每一点再按取样（Take）键，计数将会在完成所有数据点测量后平均再显示，此时会出现储存档案讯息，按下Yes及输入文件名称即可储存数据（副文件名称自动设为.SQR）


数据分析（ Data Analysis ） ：

按下分析（Analysis）键来检查测量结果及针对垂直度开启档案。可选择为数据或图形画面。
垂直度图形（Squareness Plot）：可显示您机器正向X、Y 及Z 间的夹角角度。
直线度图形（Straightness plot）：显示垂直与水平直线度图形。


(end)