1、瑞士TESA Micro-Hite 3D基本概念,高精度三次元量床,何謂CMM(Coordinate Measuring Machine)三次元量床及基本概念:,我們用座標系統的變化，來描述三次元量測機台的位移量。座標系統是由一位法國的哲學家兼數學家，笛卡爾Ren Descartes在西元1600年代早期所發明。讓我們知道一個工件上，三D幾何的元素跟元素之間的位置相關性。簡單地說，三次元座標系統就像是一個立體的地圖，地圖的上緣由左到又標示著A、B、C、D.等區分，地圖的左緣由上到下標示著1、2、3、4.等區分再加上海拔高度的標示，這字母/數字/高度的結合就稱作為三座標，相對於此立體地圖來說，此
2、三座標的結合就能清楚地在圖上顯示出所代表的位置點。,機台座標系統:,在量床的量測領域裡有兩種座標系統，第一種稱作為機台原始座標系統，如下圖所示：X、Y及Z軸機台三軸移動的方向。當我們從量床的正面來看，X軸就是從機台的左邊到右邊這個軸向、Y軸就是從機台的前後這個軸向、Z軸就是上下這個軸向，每一個軸向都和另外兩個軸向呈垂直的方向。,工件座標系統:,第二個座標系統稱為工件座標系統，三軸軸向是根據工件的基準面或是幾何元素而定的。如果我們不用軟體來定義工件座標系統，並且給予補正軸向，那麼我們就要用手將工件的基準軸調整的完全的平行跟垂直，才有辦法量測，而且量測出來的數值也不一定準確。如果工件的形狀是奇形怪
3、狀的，要將工件微調至跟機台完全平行可能會浪費很長的時間，甚至是沒有辦法調整的。,軸補正Alignments,現今的三次元量床的量測軟體，可依據工件的基準面來建立工件座標系統，利用軟體的運算從機台原始座標系統來作相關位置修正，此相關位置軸向修正的處理過程就稱之為軸補正。如同立體街道圖一樣，當我們在看圖找地方時，會將地圖的方向轉成實際路所指的方向，這個旋轉地圖方向的動作，就跟我們量測工件時的軸補正意思是一樣的。,基準面Datums,基準面簡單說就是一個位置。我們使用基準面原理就好像要告訴別人說我們在哪裡、在哪個方向還有怎麼到達這個位置。以下圖為例，Ritz Hotel就是一個位置(Datums)，
4、所以說街道、火車站、博物館及餐廳都是位置點(Datums)。如此一來我們就可以利用起點、位置、方向及距離等訊息，就可從一個位置到達另外一個位置去。舉例說明:假設某人要從起點火車站到餐廳去，那你會告訴他說請你沿著Elm街向北走，走到第二個街口右轉向東走，再走到第二個街口就是Maple餐廳的位置了。,座標移轉Translations,假設你要知道一個工件的元素跟另外一個元素之間實際的距離是多少?以下圖八為例：你想知道此工件的中間大圓孔的中心點跟周圍另外四個圓孔的中心點距離多少的話，那你在三次元量床量測的步驟是先將中間的大圓孔量測出來，在將座標原點移轉到此大圓孔的中心點位置，然後再逐一量測周圍的四個
5、小圓孔。將工件的起始原點位置移至工件上的另外一個元素的位置，此動作就稱之為座標移轉。在三次元量床的軟體中，每當你執行軸補正程序的同時，此座標移轉同時執行。 就上圖六來說，當你抵達飯店Hotel休息過後要去特定餐廳吃飯去，那你需要先找到地圖，此時你的位置(新的起點)就是飯店了。看完地圖之後那你便可知道，只要沿著Maple路往西走，第二個路口轉角就是你要去吃飯的餐廳了。,座標旋轉Rotations,並不是所有的基準面(位置)都跟另外的一個基準面呈直角的。舉例說明:例如下圖九，博物館位置的街道跟飯店Hotel、餐廳、及火車站的街道，既不垂直也不平行。如你要知道飯店到博物館多遠的話，首先你要將你的起點
6、(Origin)移轉到飯店，以飯店為中心點然後在座標旋轉，將比例尺旋轉角度一直到與博物館所在的街道平行為止。那你就可以很容易地透過比例尺來量測出博物館到飯店的距離了。,量測和建立元素:,量測跟建立元素兩者間有什麼不同呢? 大部分的工件都是加工後，由幾個簡單的幾何元素所組成的。主要的元素(點、線、圓孔、平面、圓柱、圓錐、球等等)都被稱為幾何元素。 當三次元量床可以用測頭直接碰觸到這些幾何元素的表面的，這些元素就稱作為可量測的幾何元素。相反的，像是距離、對稱線(點)、交點、角度、投影面等這些幾何元素就稱之為需建立的幾何元素。在下圖11中，就是以四個小圓孔的中心點來虛擬建立一個的圓孔。,空間的補正,
7、雖然目前有先進的三次元製作科技技術，但是空間精度仍然會有可允許公差值，即便機台的所有組成工件都製造地很精密，仍有一些不完美之處。事實上那些公差值都很小，但是還是有誤差值。三次元量床即使你製造時非常地嚴謹且精密但結構上仍有一些精度誤差值產生像是左右搖擺度、前後搖晃度、偏離度、真直度、三軸垂直度及光學尺誤差值等六項(roll, pitch, yaw, straightness, squareness and scale errors)，對三次元量床而言，結構越嚴謹精度就會越高。一般而言對於誤差值，三次元的控制器都有辦法補正回來的。針對校正三次元所量測出來的數值統計表(誤差統計圖)，透過超強軟體演算
8、補正後可以讓誤差達到最小甚至有擺脫掉誤差產生的可能性，此軟體科技就叫做三D空間精度補償。 以數理計算方式來補正精度，除了可以減少製造成本外，也可以幫客戶省下不少的量床購買成本。關於Reflex軟體系統空間精度補償檔案，請參考手冊第11章節部分說明。,空間精度補正原理,空間精度補正(Volcomp)的原理可以用地圖跟指南針兩者之間的關係來說明。假如你要航行到一個特定位置時，當你在起點要出發之前，你必須要利用地圖及指南針先了解確切的航行方向及方位。然而就我們所知道，地圖的正北方跟指南針的磁北方是有誤差的，所以真正目的地的方向若根據指南針所指的方向可能要加或減來修正方位才行。 如下圖13所示，正北方
9、跟磁北方可能有誤差，如果你要航行到確定的目的地，那得適時修正方向才能到達。三次元量床補正原理也是如此，當你量測工件時，控制器內建的補正參數會自動幫你補正誤差值，讓操作者所量測出來的數值都是正確的。,投影面(Projections),投影面是將工件原本2D或3D的幾何元素，以投影機的投射方式投影成2D的另一個幾何元素，像是將一個圓或一條線投影在2D平面上，或是將一個點投影到一條線上等等。 將工件的幾何元素投影成另外的一個元素來比對，著名的有麥卡托式投影圖法(Mercator projection)他將3D球型的地球投影成2D平面的地球全圖。,三次元投影原理,以三次元量床而言，投影面的使用可以讓操
10、作者在檢測工件時，能更精確地判斷工件實際搭配組合時是否恰當。我們拿汽車工業來說明，當三次元檢測者在量測引擎活塞汽缸時，通常要做圓柱的量測，圓柱投影到平面時就成為一個圓孔同時可以判斷此孔跟活塞搭配組合起來是否恰當。量測圓孔通常最少要三點以上，如果你量測圓孔的點高底不同時，就會變成橢圓形孔(如下圖所示)，如果沒有辦法有效將此橢圓形孔垂直徑向投影到一平面上，可能就會造成量測值扭曲失真最後得到不正確的量測值出來。,測針補正,三次元量床經由測頭(硬質測頭或電子式觸發測頭)來碰觸工件以取得並蒐集量測資料，因為測針是利用測針球的圓周來碰觸工件，所以量測工件時測針球的球心點及測針的半徑必須事先量測計算出來，此
11、測針校正動作就是先用測針去量測校正標準球。當測針校正過後(電腦已得知測針的球心位置跟半徑尺寸)，當你用測針去量測工件時，電腦就會將測針的半徑自動加減補償，計算出正確的數值出來。,測針有效碰點的方法,正確有效地使用測針來碰觸量測工件，可以避免掉許多量測上不必要的誤差產生。例如：以測針去碰觸工件時應盡可能與工件的被量測面保持垂直的方向。(圖18)以三次元量床來說，觸發測頭最理想的使用方式就是測針要垂直地去碰觸量測工件，當然完全保持垂直是不可能的，但是在碰觸取點時至少須保持與工件垂直面角度在30以內，以防止測針打滑而造成量測的重複精度不佳的情況產生。,機械幾何公差,基準面參考系統,材料留存狀況,最大實體狀況 (Maximum Material Condition)，簡稱MMC最小實體狀況 (Least Material Condition)，簡稱LMC不考慮材料尺寸 (Regardless of Size)，簡稱RFS,公差附加修飾符號,
