硬 體 裝 置

        本系統是利用輸出電流來使變壓器激磁，經測試所得電壓控制訊號與流經線圈之電流約略呈現線性關係，在此利用程式的設計來控制流經變壓器的電流，使其達到懸浮的目的。當電路需要具有非常大之電流增益時，單一個電晶體很難滿足需求，此時可將兩個電晶體組成達靈頓電路[3]，以滿足電路之要求，輸入電流經放大後總電流增益約為兩個電晶體電流增益之乘積，即（、分別為兩個電晶體之電流增益）。ADDA卡(在此使用PCL-812介面卡)可以將類比的信號（例如電壓的高低）可轉換成數位的信號，或接獲一數值轉換輸出一個類比的信號。通常ADDA卡以幾個BIT來表示其解析能力，例如12個BIT，即表示可將信號分成212=4096個階層。在操作時，我們先利用ADDA卡使用手冊找出各支腳的位址，利用三用電錶與電源供應器，先判定那支腳為GND（接地），那支腳為12V、5V等．．．，再找出類比的輸入通道(Channel 0-15)最後並找到類比的輸出腳座。在PCL-812介面卡輸出位址 [4]中，在數位類比(A/D)控制訊號輸出方面，這張介面卡有兩個輸出通道可供人選擇，在取樣頻率的初值設定上，我們利用PCL-812介面卡的兩個計數器來對PCL-812介面卡本身提供的頻率進行除頻的工作。在整個除頻的過程之後，我們將可得到要加以利用的工作頻率25kHz。PCL-812介面卡這張卡的另一個特性是──它的輸入訊號是在-5V~+5V之間，輸出訊號則介於0~+10V之間。所以我們在採用感測器的時候，在應用上得考慮到感測器輸入訊號值的電壓範圍及其在輸出控制訊號時所能提供的驅動訊號大小。在數位數值的轉換上，我們需利用電壓臨界值來進行數值轉換，如此才能將我們的輸出、入信號穩定地控制在有效的範圍內。

雷射位移計簡介

        利用雷射位移計做為量測具有很大的優越性，由於雷射光為一平行單色光束，當照射在工件表面之上，沿著其反射角方向的反射光強度，有二種表面反射模式: 即鏡射式反射( Specular )和散射式反射( Scattering )二種。鏡射式反射顧名思義主要發生在如鏡面的表面上，其入射光的方向等於反射光的方向，另外一種散射式反射則發生在較粗糙的工作表面上[5]。通常雷射位移計就是利用散射式反射原理而設計，並採用雷射三角法原理(Triangulation) 做量測應用。雷射光束投射在任一表面產生光點，部分的雷射光自表面上散射(Scattering)，然後經過透鏡的聚焦後投影於光檢測器上。光學三角法已使用在機器手臂之距離感測器(Distance Sensors)及三度空間的輪廓量測系統上，若此待測表面作一上下△y的位移量，則光點沿著雷射光束的路徑方向移動，因此也造成檢測器上的光點沿檢測測器作一Δx的位移。其中Δy與Δx成正比。這種在檢測器上影像的位移就可以決定出表面的位移量。俾將來應用在高低起伏的自由曲面外形量測時，可以量測出表面上各點的位置，這正是簡單的光學三角量測法原理（圖四）[6]。

圖四 雷射位移計是利用光學上的三角幾何關係來達到精密量測的目的

        雷射位移計的用途大都在一些微小物體表面高低、厚度的自動檢測。除此之外也可用來量測振動物體。近來的三次元量床的走向，不考慮使用雷射位移計裝於Z軸與Z軸光學尺搭配起來量測（圖五）。

圖五 三次元量床利用雷射位移計裝於Z軸與Z軸光學尺搭配起來量測

        由於一般的雷射位移器是採取散射式反射加上透鏡成像的方式來測量，因此如果待測物表面非常光滑，（如塊規），而產生鏡反射效果，則雷射位移計就無法抓取到物像的訊息，由此可知散射式反射型的雷射位移計不適於直接量測塊規的厚度。

圖六 Keyence 雷射位移計

目前商業化之雷射位移計以 Keyence 雷射位移計（圖六）最常見，在此即以Keyence 雷射位移計為例來說明：

　　（１）．雷射測頭：內有二極體雷射發出紅外線。此外有二極體陣列，當接收到光訊號時，測實外部顯示黃綠燈而未收到光訊號時，顯示紅燈。例如設備編號：LB11以及設備編號　LB70　提供之輸出電壓為 4V，其解析度為10 μm，其輸出比例為0.1 v/mm，在本系統中我們只單獨使用雷射測頭，而未應用雷射位移計控制器、雷射位移計顯示器及其他周邊。雷射測頭須注意其校正事項：

Ａ．零點(ＺＥＲＯ)之校正：雷射位移計設定某一距離為零點。

Ｂ．測距(ＳＰＡＮ)之校正：待測物距離設定零點之位移量。

圖七 雷射位移計之雷射測頭校正

        如圖七，我們可使用塊規，其尺寸大小為雷射位移計之工作距離，設定此一距離為輸出電壓零點。再利用不同尺寸的塊規進行測距校正，使輸出電壓與待測物距離設定零點之位移量呈現建議值之變化。

（２）．雷射位移計控制器：將光信號轉換成類比信號輸出（例如設備編號：LB70）

（３）．雷射位移計顯示器(例如設備編號：RV52)，其面板一般會顯示下列訊息：

１．字幕顯示板：開機後一秒左右即顯示出量測值。

２．上限顯示器(HI)：當測量值超出設定上限時，LED即亮。

３．下限顯示器(LO)：當測量值低於設定之下限時，LED燈會亮。

４．容忍偏差量顯示：顯示出所設定的上下限。

５．忍偏差狀態顯示

６．同步輸入指示燈：如採取同步式量測時指示燈會亮。

其輸入有三個模態

模態１．　

模態２．

模態３．

在模態２時，只提供到小數點第２位的顯示能力，因此如果我們希望增

加解析能力至小數點第３位時就必須犧牲掉量測的範圍。

        本系統之雷射位移計是使用波長為780nm之紅外線半導體雷射作為光源，藉由照射到物體後接收其反射光以量測雷射頭與物體之間的距離，其量測範圍在正負40mm之內，在量測範圍內時其警示燈為黃色，超出量測範圍時其警示燈為紅色，若在量測範圍的中心點則其警示燈為綠色。在不同週期500ms、20ms及0.7ms時，其解析度分別為10μm、40μm及180μm。其輸出為電壓值，範圍在-4V到+4V之間（0.1V/mm），與量測所得距離成線性關係[7]。

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