本論文研究改良六維運動量測裝置，此量測裝置具史都華平台並聯式六連桿機構，以六根雙球量測桿及12個分別固定於上下平台的球軸承座，搭配一台量測電腦，構成六自由度之運動量測系統。此量測系統最大的特性為可以在一次量測過程中，得出三軸或五軸CNC工具機的全部誤差項。
此六維運動量測裝置要能夠準確的量測CNC工具機運動誤差前提是：一、上下平板球軸承中心之座標要準確起始化；二、雙球量測桿量測的實際桿長要準確量測；三、正逆轉換運算的機構參數也必須要考慮環境溫度變化反應。以上關鍵三要點只要其中一點有偏差，將導致整個量測系統的量測精度的降低。深入研究影響上述關鍵三要點之因素，發現誤差主要來自於雙球量測桿設計與加工裝配不良，導致雙球量測桿讀值不能有良好的重複精度及有足夠的測量準確度，此外，整個量測裝置於量測期間受室溫變化影響，所有零組件產生熱變形，致使量測系統之量測精度受到影響。
本研究針對此六維量測裝置的雙球量測桿進行改良設計，並對其裝置之熱誤差進行理論上的分析，推導其熱誤差理論數學模式，並進行熱誤差影響模擬，提出實驗方法實際量測雙球量測桿熱誤差值，與預測之熱誤差值進行驗證比對，並於量測系統建立熱誤差補償功能，做出一套高精度的六維運動量測裝置與系統。

目錄
致謝 I
摘要 I
圖目錄 IV
表目錄 VIII
1. 簡介 1
2. 文獻回顧 2
2.1工具機之幾何誤差及熱誤差 2
2.2史都華平台 2
2.3機構模型 4
2.3.1理想模型 4
2.3.2誤差模型 7
2.4 6D-MMD 9
2.4.1系統原理 9
2.4.1.1三邊量測法 10
2.4.1.2機構正轉換方法 13
2.4.2系統設計 15
2.5研究目的 17
3. 雙球量測桿設計 18
3.1設計流程 18
3.2設計問題與設計關鍵 19
3.3針對問題解決的流程設計 21
3.4最終設計 30
4. 六維運動量測裝置之熱誤差分析 34
4.1誤差模型 34
4.2熱變形對量測精度的影響 35
4.2.1溫度變化對球軸承中心位置的影響 35
4.2.2溫度變化對雙球量測桿讀值的影響 39
4.2.3熱變形對量測精度的影響 42
5. 熱變形誤差模擬 44
5.1球軸承中心偏移對上下平板座標轉換關係的影響模擬 47
5.2雙球量測桿讀值誤差對上下平板座標轉換關係的影響模擬 56
5.3球軸承中心與雙球量測桿熱誤差總成影響模擬 63
5.4製造材料對熱誤差總成影響模擬 71
5.5熱變形誤差模擬討論 80
6.具熱誤差補償之6D-MMD量測系統模擬 82
6.1補償方法 82
6.2模擬結果 85
7.結論 88
參考文獻 89

參考文獻
[1]Alexander H. Slocum,” Precision Machine Design “, Prentice-Hall International Inc.,1992.
[2]K. Lau, R. Hocken and L. Haynes,"Robot Performance Measurements Using Automatic Laser Tracking Techniques", Robotics & Computer-Integrated Manufacturing, Vol. 2, No. 3/4, pp.227-236, 1985.
[3]J. B. Bryan, "A Simple Method for Testing Measuring Machines and Machine Tools", Precision Engineering , Vol. 4 , No2 , 1982.
[4]W. Knapp,"Testing NC Machine Tools with the Circular Test",Machine Tools Design and Research Conference,pp. 141-147, 1989.
[5]Y. Kakino, Y. Ihara, S. Lin, S. Hayama, K. Kawakami, M. Hamamura,"Measurement of motion accuracy and improvement of machining accuracy on ultra-high precision NC machine tools by using cross grid encoder test",Precision Eng. 62 (11)，pp.1612–1616,1996.
[6] H. L. Huang, C. H. Liu, W. Y. Jywe and M. S. Wang, “High-resolution Three-degrees-of-freedom Motion Errors Measuring System for A Single-axis Linear Moving Platform”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, pp. 107-114, 2009.
[7]Kuang-Chao Fana,Mu-Jung Chen,”A 6-degree-of-freedom measurement system for the accuracy of X-Y stages”,Precision Engineering,vol.24, pp.15 -23,1998.
[8] J.Bryan,”International Status of Thermal Error Reserch”,Annals of the CIRP,vol.39/2/1990 p645
[9] K.Okushima and Y.Kakino,”Compensation of Thermal Displacement by Coordinate System Correction”,Annals of the CIRP,Vol.24/1/1975, pp.327-331
[10] G.Zhang,”Error Compemsation of Coordinate Measuring Machines”,Annals of the CIRP,Vol.34/1/1985
[11] Moshe Barash “Thermal Effects on the Accuracy of Numerically Controlled Machine Tools”,Annals of the CIRP,Vol.35/1/1986,pp255 - 258
[12] Allcock, A., “A Machine for the 21st century,” Machinery and Production Engineering, Vol. 153/3884/1995, pp. 20-23.
[13] Stewart. D., “A Platform with Six Degree of Freedom,” Proc.Institute of Mechanical Engineers, Vol.108/15/1965, pp. 371-386.

[14] Fichter, E. F., “A Stewart platform-based manipulator: General theory and practical construction,” Int. J. Robotics Research, Vol. 5/1986 ,pp. 157-186.
[15]宋孟沛，”平行六連桿工具機之定位誤差補償研究”，清華大學動力機械工程學系碩士論文，1999。
[16]A.J.Patel,K.F.Ehmann,”Volumetric Error Analysis of a Stewart Platform-Based Machine Tool”,Annals of the CIRP,46 (1997) 287-290.
[17] Jelenkovic, Leonardo, Budin, Leo,”Error Analysis of a Stewart Platform Based Manipulators”, 6th International Conference on Intelligent Engineering Systems 2002, INES2002, Opatija, 2002
[18]羅偉彰, “平台球桿量測裝置設計分析”, 國立清華大學動力機械工程學系碩士論文, 2002.
[19]余志文, “六維運動量測系統”, 國立清華大學動力機械工程學系碩士論文，2008。
[20]彭怡敏, “五軸工具機動態誤差量測及補償”, 國立清華大學動力機械工程學系碩士論文, 2007.