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地特三等申論題 107年 [機械工程] 機械製造學(包括機械材料)

第 一 題

📖 題組:
三、試述下列精密量測機具及其使用時機:(每小題 4 分,共 20 分)
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

雷射干涉儀(Laser Interferometry)

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看到「雷射干涉儀」,應立即聯想到利用雷射光波長作為量測基準的「干涉條紋」原理。作答時需明確點出其極高的精密度(奈米級),並針對「使用時機」強調其在工具機校正與超精密加工設備中的應用。

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「雷射干涉儀(Laser Interferometry)」係指利用雷射光束之高度同調性(Coherence),透過分光鏡將光束分為參考光與量測光,藉由兩光束反射重合後所產生的干涉條紋明暗變化,來換算極微小位移的超精密量測儀器。 特徵包含: (1) 具有極高精密度(解析度可達奈米等級)與高靈敏度。

小題 (二)

塊規(Gage block)

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看到「塊規」,應立即聯想到它是長度量測的「最高標準件」。答題時需精要點出其高精度、可結合性等特徵,並緊扣題目要求,具體列出其「使用時機」(如儀器校正、比較量測標準、配合正弦桿測角度等)。

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「塊規(Gage block)」為長度量測的最高標準件,具有極高尺寸精度、極低表面粗糙度與高度穩定性。通常以耐磨且低熱膨脹係數之材質(如高碳合金鋼、碳化鎢或陶瓷)製成,可利用兩塊規端面間的分子吸附力「結合(Wringing)」以疊加出所需的精確長度。 其主要「使用時機」包含: (1) 儀器校正:作為工廠內的長度基準,用於檢驗及校正游標卡尺、分厘卡、量錶等一般量具的精度與歸零。

小題 (三)

三次元量床(Coordinate Measurement Machine)

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看到「三次元量床(CMM)」,應立刻聯想到透過 X、Y、Z 三個空間座標軸進行精確定位的量測設備。答題重點需涵蓋「以探頭擷取空間點座標並由電腦運算」的工作原理,以及「複雜曲面、幾何公差檢驗與逆向工程」等使用時機。

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「三次元量床(CMM)」是一種具備 X、Y、Z 三個互相垂直的線性移動軸的精密量測機具。其原理是利用接觸式(如紅寶石測頭)或非接觸式(如雷射、光學)探頭,擷取待測工件表面的空間座標點(Point Cloud)數據,再透過電腦軟體運算,精確求得工件的幾何形狀、尺寸及空間位置。 【使用時機】 適用於形狀複雜、需進行高精度空間幾何特徵檢驗之場合。具體包含:

小題 (四)

分厘卡(Micrometer)

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看到分厘卡(Micrometer),首先要聯想到其核心原理「螺旋放大原理(精密螺紋)」,並點出其高於游標卡尺的精度(0.01 mm 或 0.001 mm)。作答時應清晰劃分為「機具簡介(原理與特性)」及「使用時機」兩個層次,以符合題意並精準拿取此4分。

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【破題】 分厘卡(Micrometer)為利用螺旋放大原理製成之高精度長度量測儀器。 【論述】

小題 (五)

正弦規(Sine bar)

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看到「正弦規」,應直覺聯想到「利用三角函數(正弦定理)測量角度」。答題時需點出其構造(鋼條與兩等徑圓柱)、搭配工具(塊規、平台、千分錶)以及主要用途(精密角度測量與加工設定)。

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正弦規(Sine bar) 一、構造與原理: 由一精密平直的鋼條及兩端直徑相同、中心距精確已知(常為 100mm 或 200mm)的圓柱所組成。其利用直角三角形的正弦函數原理($\sin\theta = H/L$,$H$ 為塊規高度,$L$ 為圓柱中心距),配合塊規墊高其中一端圓柱,以計算或產生精確的角度。

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