如何波紋測量方法和提昇效率的技巧
針盤量規、形狀測量儀和三次元測量儀，可用來作為測量平面「波紋」的測量儀。然而，由於波紋是立體變形的形狀，因此很難透過使用點和線的傳統測量方法來準確測量。
依照對象物的形狀和大小，在許多情況下無法使用傳統方法準確測量波紋，或者測量本身在物理上是不可能的。
在這裡，對波紋的基本知識、測量方法、傳統測量問題和最新解決方案進行了說明。
何謂波紋？
「波紋」一詞的意思是和緩的彎曲扭轉。一般來說，工業產品的波紋是指表面形狀的和緩不規則凹凸變化。
下圖是一個極端的例子，但對象物的整個表面的扭曲或翹曲（正向/反向）、邊緣翹曲或扭曲等情形，可能都會複合性的發生。特別是，當將像是幾μm的高準確度設定為波紋的容許範圍(公差規範)時，可以說目視判斷是不可能的。
- A
- 扭曲
- B
- 翹曲（正向/反向）
- C
- 邊緣翹曲
判定波紋度的唯一方法，是從測量值來確定對象物表面各部分的凹凸形狀，是否未超過「平面度」和「平行度」的公差值，這將在後面的內容加以說明。然而，這仍存在著難以測量整個表面的微小凹凸等許多問題。波紋的測量方法、各種問題和解決方法，將在後面內容加以說明。
何謂平行度和平面度？
可以使用幾何公差來定義，由複雜且漸進的不規則性組成的波紋度。一般來說，是透過形狀公差的「平面度」或是定向公差的「平行度」，來加以定義。兩者看起來很相似，但後者的不同之處在於使用了基準面（基準平面、直線）。
何謂平面度？
平面度被定義為「平面形狀偏離幾何正確平面的程度」。圖面上的平面度規格、和對象物表面的圖像如下所示。
如果一個對象物夾在上下兩個完全平坦的平面之間，平面度就是顯示其寬度的數值。這意味著規定了對象物表面的平面度公差，最突出和最凹陷的部分必須在上下兩個平面之間有一定的距離。對於此圖，0.3mm以內的距離被定義為公差。
何謂平行度？
平行性是一種指定了「兩條直線或平面為平行的」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（基準平面或直線）」的使用。
- a
- 平行
圖中指示線箭頭所指的平面，必須平行於平面A（即使實際對象物有波紋也暫時被定義為平面），並且必須位於指示線箭頭方向相隔0.mm的兩個平面之間。
對於金屬板零件、樹脂製薄片/薄膜、印刷電路板和智慧型手機保護玻璃等薄片對象物，厚度的變化會導致波紋並影響平行度。
波紋測量的重要性和問題
在許多情況下，波紋是由於加工過程中的熱和殘餘應力等應力造成的。以下過程和應力就是代表性案例的原因。
- 衝壓加工（衝壓、拉伸殘留應力）
- 樹脂成型中的成型條件（熔融樹脂和模具的溫度和壓力）
- 印刷電路板上的零件實裝（回焊過程中的加熱）
另外，薄板狀的對象物會隨著保管溫度不同，而產生不同的熱膨脹係數，進而導致發生波紋。
這種波紋會變成形狀缺陷，而影響後續作業和成品率。此外，如果印刷電路板產生波紋，則可能導致接觸不良，例如：實裝電子零件的引線浮動。為了保持穩定的品質，準確測量加工前的零件，並正確測量加工後的產品波紋度是非常重要的。
有多種測量波紋的方法，包括：
- 一種將針盤量規固定在機器手臂上，一邊描繪對象物、一邊讀取數值變化的方法。
- 一種測量條紋（光波干涉條紋：牛頓環）數量的方法，同時接觸具有平坦測量面和光學平面的透明玻璃參考標準。
- 使用輪廓測定機或三次元測量儀的測量方法。
然而，使用傳統接觸式測量儀，來測量波紋存在以下問題。
輪廓測定機的波紋測量問題
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，也有的類型是使用雷射代替觸針，透過非接觸式描摹輪廓來測量複雜形狀。此外， 某些型號能夠測量上下兩面。
使用輪廓測定機，來測量波紋存在以下問題。
- A
- 向右上升
- B
- 向右下降
- 由於對象物是以線描繪並測量的，因此無法掌握波紋情形。
- 無法掌握對象物整個表面的狀態。
- 表面實裝後的電路板等需測量的表面以外的表面出現凹凸（缺口）時，就會導致難以測量有無波紋。
- 由於很難透過直線設定基準面，因此可能會出現測量誤差（圖）。
三次元測量儀的波紋測量問題
通常，要透過三次元測量儀測量波紋度，需要將探頭尖端的觸尖接觸到待測表面的四處或更多處。
例如，對於板材，通常測量6-8個點。如果測量範圍較寬，增加測量點可以讓您從更多位置，取得測量值並提升測量準確度。
在波紋測量中，存在以下問題。
- A
- 對象物
- B
- 探針
- 因為需要透過點來進行接觸測量，所以很難掌握整個對象物的形狀。
- 多點測量以取得更多的測量值，則需要花費大量的時間，所以也無法掌握整體的內容形狀。
波紋測量中的問題解決方法
由於傳統的接觸式測量儀器，是使用點和線來測量形狀，因此無法測量待測對象物的整個表面。此外，即使採用多點測量來提升測量準確度，也很難準確掌握包括波紋在內的形狀，且相當費時。在許多情況下，波紋測量需要經驗、知識和技能。確保可以進行測量的人員，以及測量時的個人差異也是主要所面對到的問題。
KEYENCE開發了一次性3D形狀測量儀「VR系列」，以解決測量現場的這些問題。
「VR系列」以非接觸方式，準確捕捉對象物的3D形狀。最快1秒3D掃描工作台上的對象物，高準確度測量3D形狀。可以瞬間實現定量測量和檢查，而測量結果不會發生偏差。以下將介紹其具體上的優點。
優點1：面狀掃描3D形狀。瞬間掌握整個對象物的形狀
對於O形環等軟質樹脂，測量壓力會改變對象物的形狀，因此很難以接觸式測量儀測量來測量檢查波紋度。
使用「VR系列」，只需將目標放在載物台上並進行掃描即可。是以非接觸和免定位的方式，捕捉整個對象物的3D形狀。還能透過不同顏色顯示整個對象物的高度並測量任何位置的輪廓，因此能夠可視化並掌握形狀缺陷的位置及其詳細數值。結果，可以順利地確定模具、和成型條件等缺陷的原因並採取措施。當然，由於可以取得定量測量的形狀資料，因此也能透過公差值（tolerances）來管理波紋度，並將其用於趨勢分析。
優點2：用彩色圖譜可視化波紋。透過可視化資料共享問題
例如，在衝壓加工等中，機械應力可能導致材料意外變形，需要注意波紋等形狀缺陷。然而，使用傳統的接觸式測量儀器，很難測量整體波紋度，尤其是對於小型金屬零件。
使用「VR系列」，即使是小而薄的金屬零件也可以放在載物台上，並且可以在短短1秒內以非接觸方式掃描整個形狀。可以立即捕捉整個對象物的波紋，並輸出為依照高度進行彩色圖譜圖像資料。透過共享直覺易懂的資料，能夠掌握缺陷位置和原因，實現快速措施和預防再犯。
使用「VR系列」，無需對對象物進行嚴格的定位。只需將對象物放置在載物台上，圖像就會被自動校正，讓定量測量和檢查變得容易。
- A
- 高
- B
- 低
優點3：多項測量資料列表顯示。可以直接一次大量分析
「VR系列」可以在短短1秒內掃描並測量整個對象物的3D形狀，進而可以在比以往更短的時間內對大量對象物進行定量測量。可以將高效收集的多項測量資料顯示為列表，並且可以一次對所有資料套用相同的分析。
因此實現能夠測量多項對象物的平面度，並一目了然地檢查資料差異。例如，與OK產品相比，很容易定量分析和評估NG產品的波紋度。
- 左
- 傳統測量儀器：由於測量點的偏差和測量值的偏差，難以準確比較。
- 右
- VR系列…無需定位的瞬時測量。透過排列多項測量結果，並同時應用相同的分析內容，可以輕鬆實現定量比較和分析。
總結：大幅改善和提升難以測量的波紋測量效率
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，例如波紋。
- 由於是以面去捕捉，因此可以掌握整個對象物的波紋部分並測量任何局部的外形輪廓。
- 即使對於橡膠和軟樹脂等柔軟的對象物，也可以進行非接觸式高準確度的形狀測量。
- 無需定位。只需將對象物放在載物台上，並按下按鈕即可完成測量。
- 3D形狀能透過彩色圖譜來呈現。由於可以共享視覺上易於理解的資料，因此採取因應措施也會變得更順利。
- 可輕鬆實現多種測量資料的定量比較分析。
允許對多項測量資料中平面度公差等，一併進行設定。此外，還能判定OK/NG產品、共享資料、快速分析NG產品。從測量作業到缺陷分析和缺陷措施，將最大限度提升工作效率。
