教专研104P-001成果报告(胡雅慧) - 南亚技术学院.PDF

桃園創新技術學院教師專題研究計畫 成果報告 ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ 雙頻雷射 干涉儀之空間量測技術研究 ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ 計畫編號 ：教專研 104P-001 計畫類別：個別型計畫 執行年度 ：104 年度 執行期間：104 年1月 1日至 104 年12月 31日 計畫主持 人：胡雅慧 執行單位：機械工程系 中 華 民 國 104年 1 2 月 31日 教專研 104P-001 雙頻雷射干涉儀之空間量測技術研究 雙頻雷射干涉儀之空間量測技術研究 胡雅慧 機械工程系 摘要 隨著科技的進步與時代的改變，在現代的工業應用上，製造業對工作母機精度的要 求也愈來越高，且在微型化原件的需求下，製造複雜及微小 3D 元件的微型工具機的發展 已成為 必然的趨勢，過去已有很多學者在工具機上量測及誤差補償系統做過許多的研 究，但其研究均以傳統尺寸的機台與工件為考量，較 不適用於微型工具機及其成品之檢 驗。 本研究係根據微型尺寸加工的特性，以微型加工機台與加工件的精度驗證為導向， 設計一套應用於微型工具機 上之六自由度的量測模組 ，此模組 主要是運用 AGILENT 公 司的 HP5529A雙頻雷射干涉儀及自製 小型誤差量測模組，以達到量測微型工具機之移動 誤差。自製 小型誤差量測模組尺寸為 35 mm × 35 mm × 30 mm ，係由多組光學元件及接收 感測器所組成的 ，其中，量測核心為 5mm × 5mm × 5mm的立方體，量測時 放置於微型工 具機的移動平台上，即可同步量測 到三方向六自由度之位移。光路設計主要係將雷射光 束以非偏極之分鏡分為三道互為垂直的光束，並經過一個雙孔遮罩分成六道光束，再經 由立方體之三個互為垂直的反射鏡反射，即可藉由干涉訊號透過感測器來接收， 並使用 分析軟體計算直線與角度位移量，便能同時量測 機台六自由度之位移訊息。 壹、緒論 一、研究動機 近年來隨著微型機械技術和 精密加工技術的快速發展及應用，工業界對於工具機加 工精度的要求日益提升，然而改善加工 精度的方法有兩大 類 ，第一類是改善工具機本身 硬體的製造過程 來提升工具機的加工精度 ，但是有一定的限度 ，因為工具機的加工精度 無法超過其本身零件的精度與製造過程中的裝配精度 ；第二類是是使用檢測技術檢測位 移誤差，其使用方法是利用量測技術 來進行工具機的位移誤差檢驗，再配合誤差補償的 技術，就可以達到所需的加工精度 ，所以有關物體的微小位移的精確量測漸漸被人們廣 泛的重視。一般量測應用之感測元件有光 學尺、應變規、線性變化差動變壓器、電容式 位移感測器及雷射干涉儀等，但其中可達到長行程以及高精度的要求的應只有光學尺與 雷射干涉儀了，但光學尺受限於位移速度與量測長度上的略為不足，或許就是為什麼現 今半導體設備有許多是使用雷射干涉儀當位置回授裝置的原因。 在微型化原件的需求下，製造複雜及微小3D 元件的微型工具機的發展是必然的趨 勢，雖然現在市面上已經有微型工具機，但是仍有一些問題需要去克服解決，其中最主 要的就是如何驗證工具機與工件加工的 精度 ，雖然過去已有很多學者對於工具機機上量 測及誤差補償系統做過許多的研究，但其研究均以傳統尺寸的機台與工件為考量 ，並不 104-001 機械系胡雅慧- 教專研 104P-001 雙頻雷射干涉儀之空間量測技術研究 適用於微型工具機及其成型品的檢驗，最先開發出來從事微型工具機的量測及誤差補償 的系統，每次只能量測一軸的誤差量 ，而且量測時間非常的耗時間。所以才逐漸發展到 能同時量測多軸的誤差量測系統，可以同時量測線性與旋轉位移量的多軸量測系統。本 研究即 以微型