瞬時高精度量測平面度的方法

對象物表面的平坦程度對於製造工業產品和保證品質非常重要。凹凸的容許範圍由平面度定義，必須加以管理，使其在公差範圍內，如果沒有準確且定量量測，則會疏忽形狀不良，不僅難於維持品質，而且還可能會影響後續製程或導致良率下降。
本頁不僅提供有關平面度/平坦度（平坦度）的基本知識、以往平面度的問題和問題解決方法，還提供可以顯著提高作業效率和精度的最新量測方法。

定義表面平坦程度的“平面度”是什麼？
“平行度”對於起伏和扭曲等也很重要
以往平面度量測的問題
- 使用三維量測儀進行平面度量測的問題
平面度量測中的問題解決方法
總結：顯著改進難以準確量測的平面度的量測，提高量測效率

定義表面平坦程度的“平面度”是什麼？

平面度（flatness）如前所述，是“平面形狀偏離幾何學上所說的正確平面的程度”。圖中示出了對象物表面的圖像。

如果一個對象物夾在上下兩個完全平坦的平面之間，平面度就是用寬度表示的值。也就是說，指定對象物表面的平坦度公差，最突出和最凹陷的部分必須是兩個上下分離的平面之間的固定距離。
此圖中，0.1mm 以內的距離被定義為公差。在圖紙上，如下圖所示用符號和數字指定平面度。

“平行度”對於起伏和扭曲等也很重要

平面度超出公差的原因有很多。例如，回流焊製程中的印刷電路板貼裝可能會導致印刷電路板因受熱而翹曲，而金屬板沖壓加工（沖孔、拉伸等）可能會因殘餘應力而導致意外翹曲、變形和凹凸形狀。

由於熱膨脹、收縮、殘餘應力、材質和厚度的不均勻等因素，會以復雜的方式發生翹曲、起伏、變形、扭曲等。換句話說，物體並不總是完全翹曲。在大多數情況下，物體的形狀在三維空間中坍塌，應該平行的邊不再平行。“平行度”對於規範很重要。

平行度是規定“兩條直線或平面平行”的幾何公差。前面介紹的平行度和平面度的一個主要區別是“基準面（參考平面或直線）”的使用。

圖中指示線箭頭所指的平面平行於基準平面A（即使實際對象物有起伏和扭曲也臨時定義的平面），並表明必須在指示線箭頭方向僅隔開0.05mm的兩個平面之間。
對於金屬板構件、樹脂片和薄膜、印刷電路板和智能手機蓋板玻璃等薄工件，厚度的偏差可能會導致翹曲、起伏、扭曲和變形，並影響到平面度和平行度。

以往平面度量測的問題

在加工材料時，應力（熱、殘餘應力等）常常會導致翹曲、起伏和變形等發生。此外，對於厚度稀疏的板狀物體，由於儲存過程中的溫度和熱膨脹係數的差異，平面度可能會超出公差範圍，作為形狀不良會影響到後續製程和良率。

例如，如果印刷電路板翹曲或膨脹，則可能導致接觸不良，例如貼裝的電子元件的導線翹起。此外，如果晶圓表面發生翹曲或起伏，則會影響在那裡構建的晶片的品質。為了保持穩定的產品品質，重要的是準確量測加工前構件的形狀和加工後的產品表面形狀，並確定是否保持所需的平面度。

使用三維量測儀進行平面度量測的問題

一般情況下，為了用三維量測儀量測平面度，需要將測頭尖端的接觸器接觸到待測對象物表面的多個部位。
如果量測範圍較寬，增加量測點數可以讓您從更多部位獲得量測值並提高量測精度。

但是，該方法存在以下問題。

很難掌握整個對象物的形狀，因為需要通過接觸一點來量測。
需要多點量測以獲得更多的量測值，這需要大量的工時。即便如此，也不可能掌握整個表面的詳細形狀。

平面度量測中的問題解決方法

以往使用的三維量測儀需要與立體的對象物或量測部位進行多點接觸來進行量測，因而量測需要耗費時間。此外，還存在量測值因人而異的偏差等可信度低的問題，以及數值數據轉換、計算、趨勢分析等後處理不易的問題。

為了解決這些量測問題，KEYENCE 開發了表面 3D輪廓量測儀“VR 系列”。
可以以非接觸方式準確捕捉對象物的 3D 形狀。此外，可以在最快 1 秒內對量測台上的對象物進行 3D 掃描，以高精度量測三維形狀。因此，可以在量測結果沒有偏差的情況下瞬時進行定量量測。這裡就其具體的優點進行介紹。

優點一：最快1秒。批量獲取帶“面”的整個對象物的3D形狀

“VR系列”可以以最快1秒的單次速度量測平面上對象物的3D形狀（80萬個數據），大大縮短了迄今為止多點量測所需的時間。即時準確地量測對象物整個表面的最大和最小凹凸，並可根據設定的公差快速評估平面度。
此外，任何部位的輪廓量測都是可能的。即使在量測之後，也可以從 3D 掃描數據中獲取另一個部位的輪廓數據，而無需再次設置對象物。

優點二：簡單的設置和操作，實現定量的平面度量測

只需將對象物放在量測台上並按下按鈕的簡單操作即可量測 3D 形狀。由於可以根據對象物的特徵數據自動校正位置，不需要進行嚴格的調平和定位。此外，業界首創的“Smart Measurement（智能量測）功能”可以確定對象物的尺寸，自動設置量測範圍，並移動量測台，完全消除了設置量測長度和 Z 範圍的麻煩。