翹曲測量方法和效率化訣竅
有針盤量規、形狀測量儀、三次元測量儀等，可以作為測量平面翹曲來使用。然而，由於翹曲是3D變形，因此使用點和線的傳統測量方法很難準確測量翹曲。
依照對象物的形狀和大小，很多情況下無法使用傳統方法準確測量翹曲，或者測量本身在物理上是不可能的。
在這裡，將對翹曲的基本知識、測量方法、傳統測量問題和最新解決方案進行說明。
何謂翹曲？
翹曲是一個術語，字面意思是指對象物像弓一樣彎曲的狀態。一般來說，工業產品中的翹曲是指板狀對象物的曲率，「平面度」是否超過規定的公差值。
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」。在圖面上是這樣表示的：
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。
下圖是上圖中所示的平面度公差規格的圖像。
翹曲的原因和影響
依照材料和製造/加工方法的不同，產品和零件的翹曲有多種原因和影響。下列為相關例子：
樹脂成型品的翹曲
在樹脂（塑膠）成型中，由於樹脂材料固化時的收縮率差異、模具冷卻溫度的差異、材料定位等因素，成型品會發生翹曲。
在射出成型的情況下，可能因射出、保壓時間和壓力等原因導致翹曲。
晶圓翹曲
晶圓在每個過程中都會受到應力（機械應力）。在許多情況下，這種應力不成比例地施加到晶圓的正面和背面，導致翹曲。特別是在拋光過程中，如果加工表面的應力較大，殘餘應力可能會導致凸狀翹曲（正向翹曲）或凹狀翹曲（反向翹曲）。
翹曲的晶圓不僅會造成晶片缺陷，還會在處理過程中因真空洩漏導致吸附不充分，而導致晶圓掉落等問題，進而影響成品率。
印刷電路板翹曲
隨著電子零件的小型化和高密度實裝的進展，回焊法的實裝變得普遍。但是，在回焊實裝過程中，電路板可能會因加熱而翹曲。
如果在回焊加熱過程中電路板翹曲，實裝的IC引線可能會浮動，進而導致實裝不良或連接不良。
此外，電路板可能會因使用過程中，或實裝後通電時產生的熱量而翹曲。
金屬板翹曲
在衝壓等各種金屬加工過程中，施加的熱和殘餘應力是翹曲的典型原因。
但是，如果不能保持透過線切割放電加工等方法抽出金屬板，並保持衝壓加工的板材本身的平面度，則會影響加工後的產品形狀。金屬零件也會因熱膨脹而發生翹曲，因此不僅要考慮零件的保管溫度，還要考慮夾具和加工機械的溫度。
翹曲測量的重要性和課題
除了上面提到的翹曲例子外，還有很多情況是因為熱度、殘餘應力等引起的翹曲。為了防止缺陷和故障並保持高品質，重要的是準確測量加工前零件、和加工後產品的翹曲。
有多種測量翹曲的方法，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，使用傳統的接觸式測量儀器的翹曲測量具有以下問題。
使用輪廓測定機測量翹曲的問題
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。
使用輪廓測定機的翹曲測量存在以下問題。
- A
- 向右上升
- B
- 向右下降
- 由於對象是透過描繪條線來測量的，因此無法檢測到翹曲。
- 無法掌握對象物整個表面的狀態。
- 表面實裝後的電路板等要測量的表面以外的表面存在凹凸（缺口）時，難以測量是否存在翹曲。
- 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）。
使用三次元測量儀測量翹曲的課題
一般情況下，使用三次元測量儀測量翹曲時，需要將探針的接觸端接觸被測面的4個以上的角。
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。
翹曲測量存在以下問題。
- A
- 對象物
- B
- 探針
- 基本上很難得到整體形狀，因為需要做點接觸測量。
- 多點測量以取得更多的測量值需要花費大量的時間，並且無法詳細掌握整體形狀。
翹曲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翹曲在內的形狀，並且需要很多工時。此外，在許多情況下，翹曲測量需要經驗、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。不需要嚴格的定位，只需1秒即可對載物台上的目標進行3D掃描，進而實現3D形狀的高準確度測量。結果，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：以面掃描形狀。瞬間掌握整體形狀
例如，「引伸加工」是最難設定條件的衝壓加工。機械應力可能導致材料意外變形，必須注意翹曲等形狀缺陷的發生。
使用「VR系列」，只需將目標放在載物台上並進行掃描即可。將整個對象物的3D形狀捕捉為一個平面，無需定位。
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。所以能夠順利地調整、特定出模具和成型條件等缺陷原因。
當然，由於可以取得定量測量的形狀資料，因此也能透過數值公差（公差）來管理翹曲，並將其用於趨勢分析。
優點2：非接觸式，最快1秒高速掃描，輕鬆掌握全體
電路板可能會因回焊過程中的加熱而翹曲，這可能會導致引線翹起。然而，使用傳統的接觸式測量儀器，很難測量表面實裝後整個電路板的翹曲。
使用「VR系列」，即使是實裝後的電路板也可以放在載物台上，可以在1秒內以非接觸方式掃描整個形狀，了解電路板全體的翹曲情形，並瞬間掌握實裝零件的翹起狀態。此外，由於可以取得任何位置的外形輪廓資料，例如：缺陷部位，因此可以快速取得有關形狀變化的詳細資料。
不需要嚴格定位對象物。只需將對象物放置在載物台上，圖像就會自動校正，因此可以快速輕鬆地進行定量測量和檢查。
優點3：可對多項測量資料，進行定量比較分析
「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。可以將以這種方式高效收集的多項測量資料顯示在列表中，並且可以將相同的分析集中應用於所有資料。
這使得可以一目了然地確認，多個對象的形狀資料差異。例如，透過一併分析多項資料的平面度，可以快速、輕鬆地定量評估NG產品與OK產品的翹曲情形。
- 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：顯著改善和提升難以測量的翹曲測量效率
使用「VR系列」，高速3D掃描可以在不接觸的情況下，立即測量對象物的準確3D形狀，例如：翹曲等。
- 由於捕捉表面，因此可以鎖定整個對象物的翹曲部分並測量任何部分的外形輪廓。
- 只需將對象物放在平台上，並按下按鈕即可完成測量，無需定位。
- 由於可以輕鬆、高速、高準確度地測量3D形狀，因此可以在短時間內測量許多對象物。
- 可輕鬆實現多種測量資料的定量比較分析。
此外，透過設定平面度公差，可以輕鬆確定 OK/NG產品，並使用資料分析NG產品。這使得以前無法測量的印刷電路板等對象物的翹曲化為可能，實現了快速準確的翹曲測量，顯著提升了測量工作的效率，並實現了無縫的資料分析。
