TWI682151B - 高精度非接觸量測金屬熱壓模具溫度方法 - Google Patents
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Abstract
本發明之主要目的在於提供一種高精度非接觸量測金屬熱壓模具溫度方法，可在多區域即時性地監控金屬溫度，同時具備閥值告警功能，可發揮即時通報，進而節省因需長期監控下之人力成本。
Description
本發明係關於一種非接觸量測金屬溫度方法，特別是一種關於量測金屬熱壓模具溫度方法。
習知熱壓成型技術，溫度控制影響最終成形的尺寸大小，然而金屬材質熱壓模具比熱小特性，特別是在熱壓前後模具分離瞬間，可能因為接觸到空氣造成熱能逸失導致溫度下降；這樣的情況在更為寒冷的冬季時更加明顯。
為補償逸失現象需要定期監控模具體溫度，傳統作法是透過熱電偶探針，雖量測誤差已可達到±1℃，甚至到±0.5℃，但所獲之溫度訊息為僅為接觸面上單一點之溫度，如果操作者須了解整體模具面上的溫度均勻度，僅透過接觸方式是無法達到。
習知熱輻射量測係透過影像式量測，每一顆像素元件(pixel)就是一個溫度感測器，目前商購的測溫用熱顯像儀多為單機手持式(stand alone)構型，雖然同樣具有遠距遙測，以及虛擬色彩功能，可提供操作者更直覺式的溫度量測判定，但因為數值的分析與校正需要透過足夠硬體搭配
電腦平台計算，而且同樣僅提供單一點溫度，對於終端用戶來說，與使用熱電偶探針同樣面臨類似的問題；並且，熱輻射量測會因不同金屬塊材之輻射率、環境溫度、量測機體溫度之不同造成溫度量測的差異。
因此目前業界極需發展出一種高精度非接觸量測金屬熱壓模具溫度方法，可在多區域即時性地監控金屬溫度，同時具備閥值告警功能，可發揮即時通報，進而節省因需長期監控下之人力成本。
鑒於上述習知技術之缺點，本發明之主要目的在於提供一種高精度非接觸量測金屬熱壓模具溫度方法，藉由熱輻射校正回歸係數校正溫度感測裝置，並噴塗耐高溫塗料於金屬熱壓模具上，藉此該量測溫度方法不受環境溫度及不同金屬物體表面放射率及粗糙度影響，可大幅提高欲量測區域溫度的正確值與精度，並可在多區域即時性地監控金屬溫度，同時具備閥值告警功能發揮即時通報，進而節省因需長期監控下之人力成本。
為了達到上述目的，根據本發明所提出一種高精度非接觸量測金屬熱壓模具溫度方法，該方法之步驟係包含：(A)：將待測金屬進行噴塗一耐高溫塗料，其中，該耐高
溫塗料於紅外線波段為可視波段，於該耐高溫塗料上決定一監控區域；(B)：提供一溫度感測裝置，量測該溫度感測裝置之焦平面陣列(Focal Plane Array，以下簡稱FPA)，取得一FPA操作溫度，並依該FPA操作溫度決定一熱輻射校正回歸係數，依該熱輻射校正回歸係數針對溫度感測裝置之量測溫度進行校正；(C)：提供一接觸式溫度感測裝置，以該接觸式溫度感測裝置量測該耐高溫塗料取得一接觸式溫度值，以該溫度感測裝置量測該耐高溫塗料取得一非接觸式溫度值，以該接觸式溫度值做為基準值，將該非接觸式溫度值透過計算與該接觸式溫度值之誤差進行補償獲得一計算溫度值；(D)：依該FPA操作溫度設定一組FPA操作溫度變化上下限值，量測於該FPA取得一即時FPA操作溫度，並與步驟(B)之該FPA操作溫度比較，當該即時FPA操作溫度大於該FPA操作溫度變化上限值或小於該FPA操作溫度變化下限值，則於重新進行步驟(B)至步驟(D)；(E)設立一組溫度上下限閥值，解析該監控區域內之耐高溫塗料計算溫度值，當所有可解析之該耐高溫塗料計算溫度值的平均值大於該溫度上限閥值或小於該溫度下限閥值，則於一監控顯示器顯示警告符號。
本發明之高精度非接觸量測金屬熱壓模具溫度方法，其中，步驟(B)更包含：量測一溫度感測裝置及環境，取得一機殼之溫度及一環境背景溫度，根據該環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平面陣列操作溫度，決定出複數個熱輻射校正迴歸係數。
本發明之高精度非接觸量測金屬熱壓模具溫度方法，其中，根據該環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平面陣列操作溫度決定複數個熱輻射校正迴歸係數之步驟包含有：查詢一校正迴歸係數表，以讀取對應於該環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平面陣列之操作溫度之該複數個熱輻射校正迴歸係數；其中，該校正迴歸係數表係有關於該溫度感測裝置量測不同溫度之物體時所產生之電子訊號與該複數個熱輻射校正迴歸係數中之至少一熱輻射校正迴歸係數為固定值的情況下所計算出之結果。
本發明之高精度非接觸量測金屬熱壓模具溫度方法，其中，該耐高溫塗料之材料係包含顏料、樹脂及有機溶劑。
本發明之高精度非接觸量測金屬熱壓模具溫度方法，其中，該耐高溫塗料計算溫度值與該耐高溫塗料之實際溫度值相差係小於攝氏1度。
本發明之高精度非接觸量測金屬熱壓模具溫度方法，其中，該溫度感測裝置係為基於微測熱輻射感測器之
感測裝置。
本發明之高精度非接觸量測金屬熱壓模具溫度方法，其中，該紅外線波段為8~14nm波長。
以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明達到預定目的所採取的方式、手段及功效，而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。
110‧‧‧步驟(A)
120‧‧‧步驟(B)
130‧‧‧步驟(C)
140‧‧‧步驟(D)
150‧‧‧步驟(E)
第一圖係為高精度非接觸量測金屬熱壓模具溫度方法之步驟流程示意圖；
以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之優點及功效。
請參閱第一圖，如圖所示，本發明所提出一種高精度非接觸量測金屬熱壓模具溫度方法，該方法包含：步驟(A)110：將待測金屬進行噴塗一耐高溫塗料，其中，該耐高溫塗料於紅外線波段為可視波段，於該耐高溫塗料上決定一監控區域；步驟(B)120：提供一溫度感測裝置，量測該溫度感測裝置之
焦平面陣列(Focal Plane Array，以下簡稱FPA)，取得一FPA操作溫度，並依該FPA操作溫度決定一熱輻射校正回歸係數，更可透過查詢一內建於系統內的熱輻射校正迴歸係數模型表快速決定該熱輻射校正回歸係數，依該熱輻射校正回歸係數針對溫度感測裝置之量測溫度進行校正；步驟(C)130：提供一接觸式溫度感測裝置，以該接觸式溫度感測裝置量測該耐高溫塗料取得一接觸式溫度值，以該溫度感測裝置量測該耐高溫塗料取得一非接觸式溫度值，以該接觸式溫度值做為基準值，將該非接觸式溫度值透過計算與該接觸式溫度值之誤差進行補償獲得一計算溫度值；步驟(D)140：依該FPA操作溫度設定一組FPA操作溫度變化上下限值，量測於該FPA取得一即時FPA操作溫度，並與步驟(B)之該FPA操作溫度比較，當該即時FPA操作溫度大於該FPA操作溫度變化上限值或小於該FPA操作溫度變化下限值，則於重新進行步驟(B)至步驟(D)，以避免該溫度感測裝置之熱輻射校正因溫度感測裝置溫度變化太大而降低量測精準度；步驟(E)150：設立一組溫度上下限閥值，解析該監控區域內之耐高溫塗料計算溫度值，當所有可解析之該耐高溫塗料計算溫度值的平均值大於該溫度上限閥值或小於該溫度下限閥值，則於一監控顯示器顯示警告符號。
本發明之高精度非接觸量測金屬熱壓模具溫度
方法，其中，步驟(B)更包含：量測一溫度感測裝置及環境，取得一機殼之溫度及一環境背景溫度，根據該環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平面陣列操作溫度，決定出複數個熱輻射校正迴歸係數；根據該環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平面陣列操作溫度決定複數個熱輻射校正迴歸係數之步驟包含有：查詢一校正迴歸係數表，以讀取對應於該環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平面陣列之操作溫度之該複數個熱輻射校正迴歸係數；其中，可先於一資訊處理系統中預先建立一校正迴歸係數表，藉此可即時運算待測物體或耐高溫塗料之實際溫度值，該校正迴歸係數表係有關於該溫度感測裝置量測不同溫度之物體時所產生之電子訊號與該複數個熱輻射校正迴歸係數中之至少一熱輻射校正迴歸係數為固定值的情況下所計算出之結果。
本發明所使用之熱輻射校正迴歸係數，可用於基於微測熱輻射感測器之溫度感測裝置，亦可為熱像機，該溫度感測裝置具有機殼及焦平面陣列(Focal Plane Array，FPA)，藉由量測該環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平面陣列操作溫度，帶入右式
，其中VD為溫度感測裝置所量測到之量測電壓值，R、B、F、O為熱輻射校正迴歸係數，例如熱輻射校正迴歸係數R表示溫度感測裝置的接收外界能量之系統響應、熱輻射校正迴歸係數B為溫度
感測裝置的吸收光譜參數、熱輻射校正迴歸係數F為溫度感測裝置的非線性校準參數、熱輻射校正迴歸係數O是偏移量參數，TO為待測物體之實際溫度值；透過將溫度感測裝置所量測到之量測電壓值VD以及熱輻射校正迴歸係數帶入式子進行運算即可求解得到待測物體之實際溫度值TO。
本發明為運用紅外線熱影像對金屬熱壓模具進行大區域溫度監控，提出藉由噴塗耐高溫塗料於金屬熱壓模具上，克服因為金屬表面熱輻射率(thermal emissivity)低，因此輻射溫度與實際溫度之間存在有先天的溫度落差問題，其中，該耐高溫塗料之材料可選自包含顏料、樹脂、有機溶劑、組成之群組，該紅外線波長範圍可為8~14nm波長。
本發明之一實施例：先開啟紅外線熱影像測溫系統開機待30分鐘系統穩定；利用裝置於熱像機內部焦平面陣列(FPA)背面的溫度感測裝置得知其操作溫度，來決定熱輻射校正迴歸係數(R、B、F、O)，可依設定FPA溫度變化值上下限而自動查詢一內建熱輻射校正迴歸係數模型表，以取得相應於目前熱像機內部焦平面陣列操作溫度之熱輻射校正迴歸係數；將待測金屬表面噴上紅外線熱影像可視的耐高溫塗料，並以接觸式溫度計量測值做為監控溫度補償基準，監控溫度透過計算與基準值之誤差進行補償；並設定監控區域上下限閥值，在閥值內以綠色符號呈現，監控區溫度超過設定上限或下限以紅色符號告警；利用熱輻射校正迴歸
係數逆運算出溫度值，對任意設定之監控區域內所有可解析的溫度點數值以平均值方式呈現；結束，離開系統可檢視所有選定監控區域溫度數據並分析。
利用上述方法，本發明之一實施例：在環境背景溫度(18.8℃)、熱像機機殼內部溫度(23.76℃)及內部焦平面陣列(FPA)操作溫度(22.4℃)時，執行雙溫度點(30℃及90℃)校正，代入右式
，同時將係數B、F設為定值分別為B=1428、F=1，求解此二元一次方程式，可得R=338281、O=729.066，量測結果如下表：
由表可知，該計算溫度值與實際溫度值相差係小於攝氏1度。
利用上述方法，本發明之另一實施例：使用兩個平面式標準黑體輻射源來當校正時的高(180℃)，低(50℃)溫度基準，並監控高溫的金屬表面，同時在金屬表面我們分
別噴上二種耐高溫塗料1、2及黏上石墨片與接觸式熱電偶溫度計，使用經過雙溫度點(50℃及180℃)校正，決定此溫度條件下熱輻射校正迴歸係數(R：332339.8、B：1428、F：1、O：745.7)經逆運算後可得物體溫度訊息，同時選取監控區域，經監控2分鐘後，量測結果如下表所示：
監控高溫黑體的差異值僅0.17℃，直接讀取金屬表面區域R4平均溫度為45.9度，而熱電偶溫度計讀值其差異值達115℃，將此差異值作為溫度補償值，對於任一未知溫度下之金屬量測溫度值，可透過線性增加或減少方式補償，且雖然熱電偶溫度計只能量測單點溫度，但計算得到溫度補償值可校正於熱影像量測的多點溫度，此外，另使用塗料1與熱電偶溫度計讀值的差異為0.33℃，可有效解決因金屬表面輻射率的問題所造成的溫度演算差異。
本發明為監控金屬熱壓模具之溫度，提出非接觸式、多點監控、高精度之量測金屬溫度方法，可有效解決前述習知問題，提升熱壓技術精確度，並減少監控所需人力。
上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及功效，非用以限制本發明之實質技術內容的範圍，任何熟悉此技藝之人士均可在不違背發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化，因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
110‧‧‧步驟(A)
120‧‧‧步驟(B)
130‧‧‧步驟(C)
140‧‧‧步驟(D)
150‧‧‧步驟(E)
Claims (7)
- 一種高精度非接觸量測金屬熱壓模具溫度方法，該方法之步驟係包含：(A)：將待測金屬進行噴塗一耐高溫塗料，其中，該耐高溫塗料於紅外線波段為可視波段，於該耐高溫塗料上決定一監控區域；(B)：提供一溫度感測裝置，量測該溫度感測裝置之焦平面陣列(Focal Plane Array，FPA)，取得一FPA操作溫度，並依該FPA操作溫度決定一熱輻射校正回歸係數，依該熱輻射校正回歸係數針對該溫度感測裝置之量測溫度進行校正；(C)：提供一接觸式溫度感測裝置，以該接觸式溫度感測裝置量測該耐高溫塗料取得一接觸式溫度值，以該溫度感測裝置量測該耐高溫塗料取得一非接觸式溫度值，以該接觸式溫度值做為基準值，將該非接觸式溫度值透過計算與該接觸式溫度值之誤差進行補償獲得一計算溫度值；(D)：依該FPA操作溫度設定一組FPA操作溫度變化上下限值，量測於該FPA取得一即時FPA操作溫度，並與步驟(B)之該FPA操作溫度比較，當該即時FPA操作溫度大於該FPA操作溫度變化上限值或小於該FPA操作溫度變化下限值，則於重新進行步驟(B)至步驟(D)；(E)設立一組溫度上下限閥值，解析該監控區域內之耐高溫塗料計算溫度值，當所有可解析之該耐高溫塗料計算溫 度值的平均值大於該溫度上限閥值或小於該溫度下限閥值，則於一監控顯示器顯示警告符號。
- 如請求項1所述之高精度非接觸量測金屬熱壓模具溫度方法，其中，步驟(B)更包含：量測該溫度感測裝置及環境，取得一機殼之溫度及一環境背景溫度，根據該環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平面陣列操作溫度，決定出複數個熱輻射校正迴歸係數。
- 如請求項2所述之高精度非接觸量測金屬熱壓模具溫度方法，其中，根據該環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平面陣列操作溫度決定複數個熱輻射校正迴歸係數之步驟包含有：查詢一校正迴歸係數表，以讀取對應於該環境背景溫度、該機殼之溫度以及該焦平面陣列之操作溫度之該複數個熱輻射校正迴歸係數；其中，該校正迴歸係數表係有關於該溫度感測裝置量測不同溫度之物體時所產生之電子訊號與該複數個熱輻射校正迴歸係數中之至少一熱輻射校正迴歸係數為固定值的情況下所計算出之結果。
- 如請求項1所述之高精度非接觸量測金屬熱壓模具溫度方法，其中，該耐高溫塗料之材料係包含顏料、樹脂及有機溶劑。
- 如請求項4所述之高精度非接觸量測金屬熱壓模具溫度方 法，其中，該耐高溫塗料計算溫度值與該耐高溫塗料之實際溫度值相差係小於攝氏1度。
- 如請求項1所述之高精度非接觸量測金屬熱壓模具溫度方法，其中，該紅外線波段為8~14nm波長。
- 如請求項1所述之高精度非接觸量測金屬熱壓模具溫度方法，其中，該溫度感測裝置係為基於微測熱輻射感測器之感測裝置。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2565249A (en) * | 1945-08-20 | 1951-08-21 | Leeds & Northrup Co | High-temperature-measuring system |
| EP0836084A1 (de) * | 1996-10-12 | 1998-04-15 | IMPAC Electronic GmbH | Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung |
| US6772085B2 (en) * | 1999-12-20 | 2004-08-03 | Bechtel Bwxt Idaho, Llc | Device for self-verifying temperature measurement and control |
| CN103148944A (zh) * | 2011-12-06 | 2013-06-12 | 西安金诺光电科技有限公司 | 石英坩埚生产过程监控的非接触测温装置 |
| TWI628149B (zh) * | 2017-10-17 | 2018-07-01 | 海納微加工股份有限公司 | Glass plate 3D curved surface non-contact processing system and method |
-
2018
- 2018-12-14 TW TW107145220A patent/TWI682151B/zh active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2565249A (en) * | 1945-08-20 | 1951-08-21 | Leeds & Northrup Co | High-temperature-measuring system |
| EP0836084A1 (de) * | 1996-10-12 | 1998-04-15 | IMPAC Electronic GmbH | Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung |
| US6772085B2 (en) * | 1999-12-20 | 2004-08-03 | Bechtel Bwxt Idaho, Llc | Device for self-verifying temperature measurement and control |
| CN103148944A (zh) * | 2011-12-06 | 2013-06-12 | 西安金诺光电科技有限公司 | 石英坩埚生产过程监控的非接触测温装置 |
| TWI628149B (zh) * | 2017-10-17 | 2018-07-01 | 海納微加工股份有限公司 | Glass plate 3D curved surface non-contact processing system and method |
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| TW202022334A (zh) | 2020-06-16 |
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