瞬時定量測量凹凸板材3D形狀的方法

何謂凹凸板材？

表面有凹凸的板材，依照凹凸情形具有各種功能。用途和功能、材質和尺寸、凹凸的形狀和紋路、加工製造方法等各式各樣。從航空航天相關產品到汽車和電器等工業產品的零件、日用品、醫療和衛生產品，具有凹凸形狀的板材被廣泛用於各種應用。

凹凸板材的類型

凹凸的板材可以透過使表面立體化，來增加表面積。像這樣活用這些優點，種類、功能和用途也各種各樣。以下列出了一些有代表性的範例。

• 隔熱片：凹凸形狀透過吸入熱、冷空氣，藉以緩和溫差。透過將其安裝在有室內外溫差的屋頂或窗戶玻璃等地方上，可以抑制室溫和結露的影響。
• 散熱片：板材的凹凸狀態，具備著類似散熱片的作用。例如，用於小型電子裝置內部的CPU、主機板、功率電晶體、電源部分等處的散熱。
• 緩衝材料/防震材料：透過橡膠或氨基鉀酸酯等柔軟或彈性材料製成的具有凹凸形狀的板材，可吸收衝擊和振動。廣泛用於提升汽車的安靜性和舒適性。
• 吸水片：透過凹凸增加表面積，藉以提升吸水性的板材。

凹凸板材還會被運用於工業產品、日用品、醫療和衛生產品等各種其他產品。例如，有時為了容易擦去污垢、防滑性、防止附著、設計等各種目的而設定成凹凸形狀。

凹凸板材的加工製造

凹凸板材的製造工程，和加工技術也是各式各樣。在紡織品的情況下，可以透過調整經紗和緯紗的間距、和粗細來賦予所需的功能。另一方面，對於透過紡黏法或水刺法製造的不織布、具有光滑表面的樹脂或紙片等，可以透過壓花或壓紋、紋路塗層或蝕刻等作業程序，創造出各種凹凸的形狀和功能。
接下來，我們將說明具有代表性的加工方法之一的「壓花/壓紋」的機制。

何謂壓花/壓紋加工？

壓花/壓紋加工也稱為「浮雕加工」，是一種透過將作為材料的板材，夾在金屬或樹脂製凸版和凹版之間，或透過從上方壓凸版來製作凹凸形狀的方法。
透過上下夾擠版型（模具），製作出高於材料表面的凸形時稱為壓花，而製作出低凹痕時則稱為壓紋加工。另外，使用單張凸版單側向材料表面施加壓力，就稱為「空壓加工」。示意性地說明了每個機制。

凹凸板材的品質管理與競爭力

除特殊產品外，大多數情況下，通常凹凸板材都會需要有均勻的凹凸紋路。如果凹凸的高度和深度在板材的整個表面上不均勻，則無法取得預期的功能和外觀，並且產品可能有缺陷。
如果是細緻的凹凸情形，就幾乎可以說是無法透過肉眼來評估凹凸的均勻性。串聯式的檢測可以判斷板材的粗略形狀、傷痕、折疊、皺紋、異物等，但不適用於細部測量細微凹凸的高度和深度。

此外，高性能板材的產品週期快，從研發到試做、評估、產品化的速度，對於取得高競爭力極為重要。每個階段的高效和高度準確的評估，導致速度差異很大。

傳統測量裝置在凹凸板材形狀測量中存在的問題

無論製造或加工方法如何，板材凹凸形狀的準確測量對於評估產品性能、品質和工程都極為重要。然而，傳統的接觸式測量儀，像是輪廓測定機在測量板材凹凸度時存在以下問題。

輪廓測定機的凹凸板材形狀之測量問題

輪廓測定機是使用稱為測針的測針在對象物表面描摹對象物表面，測量並記錄輪廓形狀的裝置。
近年來，也有使用雷射代替觸針，透過非接觸式追踪輪廓來測量複雜形狀。此外， 某些型號能夠測量上下兩面。

在使用輪廓測定機測量和評估凹凸板材時，存在以下問題。

• 由於是透過描繪條線來測量對象物，所以通常難以測量和評估大範圍的變形。
• 無法完全掌握對象物整個表面的凹凸形狀。
• 為了測量盡可能寬的範圍，需要花費時間來測量許多測量線中的最大和最小凹凸性。此外，由於測量線未對準，測量值不穩定。

凹凸板材形狀測量中的問題解決方法

由於傳統的接觸式測量儀器，是透過線和點進行測量，因此無法掌握板材的凹凸形狀。此外，很難取得整個對象物所有凹凸性的最大值和最小值，並立即進行定量比較。

為了解決這些測量問題，KEYENCE開發了一次性3D形狀測量儀「VR系列」。
能以非接觸和「表面」方式，準確捕捉對象物的3D形狀。此外，可以在短短1秒內對台上的對象物進行3D掃描，以高準確度測量3D形狀。因此，可以在測量結果沒有偏差的情況下，瞬時進行定量測量。這裡有一些具體的優點。

優點1：最快1秒。透過「面」，一併取得整個對象物的3D形狀

「VR系列」即使是柔軟、纖薄、細膩的凹凸板材，也能以非接觸、一次性的方式，在短短1秒內取得80萬點「表面」資料。由於取得的3D形狀的最大和最小凹凸性（高度和深度）能以彩色圖表示，因此能夠「可視化」整個對象的變形部分。

此外，可以透過直覺操作，在掃描資料的任意點繪製多條外形輪廓線。可以進行準確的輪廓測量，因此可以快速取得有關凹凸形狀異常處的詳細資料。
即使在測量之後，也可以從過去廣泛的3D掃描資料中測量其他部位的外形輪廓，而無需再次設置對象物並重新掃描。

此外，例如，您可以使用不同加工條件的多項凹凸板材測量資料，來比較形狀，並將目標條件一併套用於多項資料。
這不僅可以實現準確的測量和評估，還可以顯著減少工時並提升工作效率。

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優點2：操作簡單，無論由任何人進行測量，測量值都不會出現差異。

只需將對象物放在載物台上，並按下按鈕即可測量3D形狀。
透過切換低倍率和高倍率鏡頭，即使是微小凹凸的板材，也能以一台裝置準確地測量其整體、凹凸形狀的細部、表面粗糙度。

另外，由於可以依照對象物的特徵資料自動校正位置，不需要進行嚴格的調整出水平狀態和定位。此外，業界首創的「Smart Measurement功能」能夠判斷對象物的尺寸，自動設定測量範圍，並移動載物台，完全解決了設定測量長度和Z範圍的麻煩。

此外，透過使用豐富的輔助工具，您可以直覺地設定所需的測量內容。
除了簡單的設定外，即使是初學者也易於操作，因此即使是不熟悉測量的人也可以在短短1秒內進行準確的測量。因此，除了研發、測試和評估過程，在量產過程中的測量和檢驗，也很容易增加N並輕鬆實現趨勢分析。

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總結：大幅改善和提升難以精確測量的凹凸板材的形狀測量效率

使用「VR系列」，高速3D掃描可以在不接觸的情況下，即時測量對象物的準確3D形狀。除了測量板材上凹凸度的3D尺寸外，現在還可以執行以前難以完成的任務，像是精確測量高度和凹凸度，以及在短時間內比較多項資料。
透過引入「VR系列」，您可以解決迄今為止測量中的所有問題。

• 瞬時非接觸式3D掃描，能夠快速無差錯地測量柔軟的對象物。
• 能透過彩色圖，「可視化」整個對象物的高度差距。
• 您可以輕鬆地比較多項測量資料，並一次套用所有條件，進而顯著提升工作效率。
• 只要掃描過一次後，就能從過去的資料隨時測量任何位置的外形輪廓，並比較過去資料中的多項資料。
• 操作簡單，無需定位，只需將對象物放在載物台上，按下按鈕即可。解決對個人測量工作的依賴。
• 由於可以簡單、高速、高準確度地測量3D形狀，因此可以在短時間內處理大量的N數。能有助於提升品質。
• 操作簡便、可自動控制，解決了因人為誤差引起的測量值偏差，實現定量測量。

此外，可以很容易地比較和CAD的資料，或分析公差範圍內的分佈，所以不僅能夠用於研發、設計和測試階段，還可以用於量產、抽樣檢驗、缺陷原因調查等，能夠被運用於板材凹凸形狀製造等各種場景。

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