一、熱顯像技術發展簡介

　　模紅外線的發現是由英國天文學家赫歇爾(Herschel)在1800年用稜鏡把太陽光分光而得的放射投射於水銀溫度計黑化的水銀囊部份，測定其吸收能量所致的溫升，以未被投射的溫度計為標準，發現紫色光升2°C，紅色光升7°C，紅色外肉眼看不到的光比紅色光高2°C，這是實驗發現紅外線的頭一遭，有人說他將此命名為紅外線。紅外線是一種電磁波，波長約在0.7μm到1毫米，頻率為300GHz或更長。

　　物體表面溫度若超過絕對零度(0K)即會輻射出電磁波，隨著溫度的不同，其所輻射電磁波之強度與波長分布特性亦隨之改變。為電磁波波長分佈圖，波長約略介於0.75μm到1000μm間之電磁波概稱為「紅外線」，而人類視覺可查覺之「可見光」則約略介於0.4μm到0.75μm之間。 紅外線在地球表面傳送時，會受到大氣組成物質( 特別是H2O、CO2、CH4 、N2O、O3等)的吸收，使強度明顯下降，僅在3μ~5μm(短波)及8~14μm(長波)間的兩個波段有較好之穿透率(Transmission)，此即俗稱之大氣窗(Atmospheric window)。

二、熱像分析儀簡介與應用
　　所有的物體表面溫度大於絕對零度都會輻射出紅外線能量。物體越熱，其分子就愈加活躍，它所發出的紅外線能量也就越多。熱像分析儀利用此原理計算出物體表面溫度分佈。 為熱像分析儀的量測原理，熱像分析儀包括有光學裝置，可以收集來自物體的輻射紅外線能量，並把該能量聚焦在感測器上。能量經感測器轉化為電子訊號，透過溫度轉換畫像處理，將結果顯示出來。 熱像分析儀具有非接觸式、測溫快速、反應靈敏及視覺直接觀測等特性，使其在非破壞性檢測及熱點追蹤的領域中扮演重要的角色。對各項產品設備進行操作狀態檢，即早發現產品設備過熱及解決溫度問題。

　　目前熱像分析儀有多種機型， 為各種不同機型，從基礎機型到高階機型，因應不同需求而選用不同的機型。熱像分析儀應用範圍很廣，其檢測的項目亦包羅萬象，有工業安全、設備維修預知保養、非破壞性檢測、研究開發、醫療診斷、監視保全…等。其中以非破壞性檢測之模具溫度分佈測量為例，如 針對所需要的量測的物件，使用熱像分析儀進行量測，接著使用USB或IEEE1394介面與電腦連接，搭配熱像分析軟體獲得所需要的溫度資料。

 

 

三、熱顯像技術於模具產業應用實驗
　　為了展示如何將熱顯像技術實際應用於模具產業上，進行一組簡單平板的實驗進行比對，並且配合CAE模擬進行驗證。 實驗的模型使用一個簡單的平板，如 所示，幾何外觀分別為94mm(長度) x 69mm(寬度) x 3.5 mm(厚度)，如 為所使用的模具，此模具原本為一模兩穴，為簡化實驗只使用一穴進行實驗。 實驗所使用的射出機為Nissei ES400，如 所示。其螺桿直徑為22mm，最大射出體積為35cm3，最大射出壓力為255MPa，最大射出率為80cm3/s，最大鎖模力為40ton。

　　實驗使用的材料為PC POLYREX PG-33。原始料溫與模溫分別為210oC和45oC，充填時間為0.68秒，保壓時間為2.37秒，冷卻時間為12秒，開模到閉模時間為10秒。 實驗的步驟為使用NEC Avio熱像分析儀，在模具開模階段截取開模期間的產品表面溫度分佈動態影像。並且改變模具溫度、融膠溫度、冷卻時間…等，比較在不同的射出條件下，使用熱像分析儀截取產品溫度之間的差異。其次使用CAE軟體，進行數值分析模擬， 為模擬分析上所使用的模型，比較兩者之間的差異。

 

四、實驗與模擬結果
　　為原始加工條件下，由熱像分析儀所截取的溫度分佈結果。平板上方的流道厚度較厚，因此在開模後，仍保持較高的溫度；平板本身厚度較薄，開模後溫度較流道低。 為使用CAE軟體數值分析後，在開模瞬間的產品溫度分佈情況。兩者的溫度分佈類似，皆在流道部份出現高溫區，而在平板本身溫度較低。熱像分析儀所量測的產品溫度範圍為67.8oC~115.3oC，而模擬分析的溫度範圍為45.5oC~109oC。

 

　　第二組實驗將模具溫度由45 oC提升到60 oC， 一為熱像分析儀所截取的溫度分佈圖，產品表面溫度範圍為96 oC ~132.2 oC，此張圖片剛好截取到產品頂出瞬間的溫度分佈，平板上方小範圍的高溫區為模具表面溫度。 二為模擬分析在開模時間的溫度分佈，其產品溫度範圍為58.4 oC ~116 oC。與第一組比較下，在模溫升高的條件下，脫模時的平板表面溫度亦會升高，量測值與分析值皆有相同的趨勢。

　　第三組實驗是將塑料溫度由210 oC提升到225 oC， 三為熱像分析儀所量測的溫度分佈圖，產品溫度範圍為70.5 oC ~117.5 oC； 四為模擬分析在開模時間的溫度分佈，其產品溫度範圍為45.6 oC~114 oC。料溫升高只會造成溫度小幅度的上升，與第一組比較下，兩者都有相同的趨勢。

　　第四組實驗是將冷卻時間由原本12秒縮短到6秒， 五為熱像分析儀所量測的溫度分佈圖，產品溫度範圍為79.8 oC ~122.9 oC； 六為模擬分析在開模時間的溫度分佈，其產品溫度範圍為45.6oC~133 oC。將冷卻時間縮短，大量的熱殘留在產品上造成溫度大幅提高，與第一組比較下，兩者溫度皆可看出明顯上升。 第

　　五組實驗是將冷卻時間由原本12秒加長到20秒， 七為熱像分析儀所量測的溫度分佈圖，產品溫度範圍為57.5 oC ~102.4 oC； 八為模擬分析在開模時間的溫度分佈，其產品溫度範圍為45.4oC~88 oC。冷卻時間越長，帶走的熱量越多，溫度會越低，與第一組比較下，兩者的結果都比第一組溫度下降許多。

　　在相同條件下，每組的溫度分佈情況皆有相似的分佈；表一為五組實驗與分析結果溫度範圍比較，由於熱像分析儀的透光率會因環境不同需要做校正，因此造成實驗與分析兩者的溫度範圍相差較大，但是各組之間的比較仍可以看出相同的趨勢，此外溫度分佈的情況，量測值與分析值亦有相同的趨勢。

 

五、結論
　　熱顯像技術是使用非接觸及非破壞性方式量測線溫度分佈，而非傳統量測方式需要破壞模具本身，另外感測器所量測的溫度為單點資料，而非整體溫度分佈。透過實際案例展示如何利用此技術在模具產業上，藉由溫度熱顯像分佈情況，了解並且掌握開模時的產品溫度變化與分佈，並且可搭配模擬分析輔助驗證。

　　此技術亦可運用在可變模溫射出成型上，掌握模具溫度變化，並且搭配CAE模擬分析，雙管齊下，作為控制品質與降低成本的重要依據，徹底解決問題與提高品質，進一步協助業者降低產品開發成本。