星期一, 5月 16

    温度照妖镜与塑料热成型

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    景兴电腦/ 梁辉城经理

    前言

    由于塑料复杂且非线性之流变特质,让模具开发与加工 成型有许多难以捉摸的挑战,但如果回归到塑料材料本 质来看,其中最重要的控制变因就是温度。然而,塑料 成型过程就像是黑盒子般,往往让人雾里看花,只能凭 藉过去经验揣测内部运作,无法实时观察温度变化与相 关问题之所在,但看不到的问题,不代表就不存在。因 此,在本文中将介绍温度照妖镜,也就是高精密温度热 像测温技术,此技术使用非接触及非破坏性方式来量测 产品与模具温度分布,善用此技术经由实际测到的热影 像,了解温度高低分布,找出因温度所引起的关键问题, 以澈底解决问题与提高质量,并进一步协助业者降低产 品开发成本。

    红外线技术发展简介

    红外线的发现是由天文学家赫歇尔(Herschel)在1800 年利用棱镜分光的特性,将太阳光分光后的放射光射入 于水银温度计的水银囊,测量水银温度计所吸收能量的 温度变化,发现以未被投射的温度计为标准,分光的紫色光温升2°C,分光的红色光温升7°C,而红色外眼 睛看不到的光比红色光又高2°C,这是实验最早发现 的现象,有人说他将此命名为红外线。红外线是一种 电磁波,波长约在0.7μm 到 1 毫米,频率为 300GHz 或更长。

    物体表面温度若超过绝对零度(0K)即会辐射出电磁 波,随着温度不同,其所辐射电磁波之强度与波长分 布特性亦随之改变。图1为电磁波波长分布图,波长 约略介于 0.75μm 到 1000μm间之电磁波概称为「红 外线」,而人类视觉可察觉之「可见光」则约略介于 0.4μm到0.75μm之间。

    红外线在地球表面传送时,会受大气组成物质(特别 是 H2O、CO2、CH4、N2O、O3 等)的吸收,使强 度明显下降,仅在3~5μm(短波)及8~14μm(长波) 间的两个波段有较好之穿透率(Transmission),此即 俗称之大气窗(Atmospheric window)。

    图 1:红外线在地球表面传送时,会受大气组成物质吸收,仅在 3~5μm(短波)及 8~14μm(长波)间的两个波段有较
    好之穿透率

    热像测温仪简介与塑料热成型应用

    所有的物体表面温度大于绝对零度(-273℃)都会辐 射出红外线能量。物体越热,其分子就愈加活跃,它 所发出的红外线能量也就越多。热像测温仪便是利用 此原理计算出物体表面温度分布。图2为热像测温仪 的量测原理,热像测温仪包括有光学装置,可以收集 来自物体的辐射红外线能量,并把该能量聚焦在感测 器上。能量经传感器转化为电子讯号,透过温度转换 画像处理,将结果显示出来。

    图 2:热像测温仪可以快速检测各项产品设备的操作状态,及早发现产品设备过热,并解决温度问题

    热像测温仪具非接触式、测温快速、反应灵敏,与视 觉直接观测等特性,使其在非破坏性检测及热点追踪 的领域中扮演重要角色。对各项产品设备进行操作状态检测,及早发现产品设备过热,并解决温度问题。

    目前热像测温仪有低阶、中阶与高阶机型,因应不同 需求而选用不同的机型。但是在模具及塑料热成型的 测温应用,考虑到测温精确度及热影像分辨率,其热 像测温仪最好采用中阶以上的机型(测温点320×240 Pixels以上),而温度测量的方法可分为手持式及固 定式两种:
    手持式:方便移动并且可多角度观测温度,可将所储 存的data经由热像分析软件进行分析并制作成报告。 固定式:适合用于需要长时间监控模温及塑料热成型 的热像分布与温度数据,可与计算机连接,并搭配热影像监控分析软件将所获得的温度数据进行分析,并制 成报告(如图3)。也可采两台热像测温仪同时监测 公母模的温度,进而达到自动化生产模式(如图4)。

    图 3:可连接电脑,并搭配热影像监控分析软件,分析所获得的温度数据,并制作成报告

    图 4:可用两台热像测温仪同时监测公母模的温度,进而达到自动化生产模式

    结语

    热像测温技术是使用非接触及非破坏性方式量测线温 度分布,而非传统量测方式需要破坏模具本身。另 外,传感器所量测的温度为单点数据,而非整体温度 分布。如热像图片所示利用此技术在模具产业上,藉 由温度热像分布情况,了解并且掌握开模时的产品温 度变化与分布。此技术亦可运用在可变模温射出成型 上,掌握模具温度变化,并且可搭配CAE模拟分析, 双管齐下,作为控制质量与降低成本的重要依据,澈 底解决问题与提高质量,将进一步降低产品的开发成 本。■

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