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【3D檢測專欄】解密Z-Resolution(Z軸精度)和 Z-Repeatability(Z軸重複精度)

3D輪廓感測器是指以非接觸式或接觸式的方式獲取物體表面的高度資訊,並廣泛應用於工業製造、質量檢測、機器人視覺等領域,但使用者卻常常混淆 Z-Resolution(Z軸精度)與 Z-Repeatability(Z軸重複精度)兩個參數的意思。

Z-Resolution(Z軸精度)

Z-Resolution是指該設備在Z軸方向(即垂直於物體表面)上能夠測量到的最小高度差,以雷射線掃描感測器為例,其成像品質的好壞通常取決於雷射光束的精度、探測器的靈敏度、掃描速度等等。

Z-Resolution的推導方式如下圖 :  

(資料取得自網路)

其中,y為Z-Resolution,x為感測器分辨率極限,簡化推導後可得出公式如下 :

需要注意的是,這個公式是一個近似公式,實際的Z-Resolution還受到許多其他因素的影響,例如光源的穩定性、感測器的噪聲等等,因此還是以實際測量結果為主。以LMI Gocator 5512感測器為例,在標準的測量條件下,測得Z-Resolution約為0.3μm~0.5μm,如下圖 :

連續測試30次後感測器可辨識的差異

Z-Repeatability(Z軸重複性)

Z-Repeatability是評估3D輪廓感測器精度的重要參數之一,意思是在相同測量條件下,測量結果在Z軸方向的重複性或穩定性,也就是重複測量同一物體時,Z軸方向測量值的偏差範圍,它可以反映出3D輪廓感測器在Z軸方向的測量穩定性和準確性。通常情況下,Z-Repeatability的數值越小,代表3D感測器在Z軸方向的重複測量誤差越小,其測量結果越準確。

Z-Resolution(Z軸精度)和 Z-Repeatability(Z軸重複精度)的關係

之前有提到Z-Resolution相當容易受到外界因素干擾,例如機台的震動、待測物的材料特性、光源穩定度等等,而使得量測過程中結果變得不穩定,但如果以重複性的角度來思考,一個重複性佳的感測器,即便量測結果有所偏差,我們只要給個補償值即可得到正確的結果(如下圖)。綜上所述,以重複精度為0.2μm(2標準差)的LMI Gocator 5512感測器,來檢測20μm公差完全沒有問題。