疊紋技術量測模具

 

在射出及壓印光學塑膠產品之製造過程中,吾人利用疊紋技術量測模具及光學塑膠產品之輪廓,並支援製造過程中需要監控之系統。一.疊紋之原理 疊紋( MOIRE )為一個法國字,原意是在形容一個屏風疊加的效果,現在則常用來表示絲綢的圖案,在有些時候,許多人也許都注意

到屏風和絲綢衣服所形成的疊紋圖案,這些圖案是因為兩組以上間隔相接近的細線互相疊加而形成的,而光源則可以是穿透式的,也可以

是反射式的,這時我們可以看出疊紋的圖案出現了大的明帶和暗帶,

明帶出現的原因便在於細線的間隔區同時的出現在一起的結果,而暗

帶出現的原因則是因為細線的條紋區同時出現在一起。

 

疊紋的原理和量度學中游標尺的原理很類似,它也經常用在應力

的分析上,以決定力場下的 X、Y 方向的微小位移 (u,v) 和應

變 (Ex,Ey) ,疊紋的技術一般應用在量測位移,而可避開量測的體

積、試片、溫度、時間、速度上的一些問題困擾。

當是由每英吋數百條或數千條細線或點所組成時,通常是肉

眼無法看的清楚的,但它們的疊紋,就好像光彈的干涉圖案一般是很

容易觀察得到的,我們可予以拍照、記錄和分析,的確,疊紋技術是

最基本的應力實驗技術,它的方法很簡單,只要壓縮一個的使其

變形,再讓它與未變形的作干涉,便可以得到位移和變形的資料

了。這個方法不仰賴電阻值變化(例如電子應變規)和折射率變化 (

如光彈) ,因此也就不用去考慮陶瓷電阻之潛變問題和光彈系統的不

穩定性了。

這個技術同時也可以作整場的分析,最近令人感興趣的是製

造技術的發展與分析技術之改進。

二.精確度與靈敏度

精度可以利用精確的和母片來獲得,其主要因素為:1. 均勻的條紋間距 P

2. 絕對精確的間隔

3. 線條邊之對比

而靈敏度則與下列幾項因素有關:

1. 條紋間距 P

2. 疊紋圖案之對比,這又和當初設計時有關。

3. 所使用工具之解析度

在一般使用中,之間距之建議值為 1%,例如我們使用 P

=0.001IN 之。而假設其所形成之疊紋間隔為 D=1 IN ,則其光

柵間隔與疊紋間隔之比例為 Ex = P/D = 1000, 此即為其靈敏度

如果我們決定條紋間隔為疊紋間隔之 1% 時,則靈敏度在上例中成為每英吋 10 微英吋。至於在一些梯度比較大的地方,我們可能希望疊紋能產生較小之疊紋間距,這時可以使用所謂的失配 ( MISMATCH ) 母片,無論如何,在決定之間距 P 時,1% 之建議值仍然是適用的。

 

三.疊紋基本方法

在疊紋基本方法中,我們稱黏在試片上的為訊號 ( IN-

FOATION GRATING ) ,而固定在觀察者一方以作比對的則被

稱為參考 ( REFERENCE GRATING ) 。以下為疊紋基本方法之概述:1. 光傳送法 在遙測傳送方法中,一組被投射在另一組上,光束在投射前先經過待測的模具表面為訊息。光傳送法需使用大的相機和穩定的三腳架。參考 (REFERENCE GRATING ) 置於玻璃板上,其影像連同訊號之訊號一起攝入相機中以產疊紋。

2. 陰影法

在疊紋陰影方法中待測的模具表面印上一層白色或銀色物質,光柵是附著在模具上之一塊玻璃板上,當此板受力時,陰影疊紋可提供待測的模具輪廓變化之訊息。

以一片為訊息( signal grating )另一片光柵為參考( reference grating )。兩者互相疊合時,將出現另一種條紋,這個條紋稱為疊紋( moire )。如果我們將投影至物體表面,再與原來的相疊時,此時亦出現疊紋

的效果,稱之為陰影疊紋法,這些一圈一圈的疊紋,我們可以視之為等高線

,每一條等高線上每個點其高度是相同的。陰影疊紋測繪等高線的裝置,測繪時應盡可能靠近物體。如欲增加靈敏度架設之彈性,則可採用斜向入射,斜向觀測的方式。 側向觀測之陰影疊紋法在實際裝置上,夾角可以高達 70 。

陰影疊紋法之間隔若是太小(200 /毫米 )則將引起光場繞射,當光柵越密,雖然從公式看來,其靈敏度大增,但是實際上卻使得陰影疊一級之條紋對比減弱。陰影疊紋之最大限制為量測景深不大,亦即必須緊貼物體,因此如果待測物在高溫的環境下,便無法使用陰影疊紋,而必須使用線段投影法。

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