結論

本文利用非接觸式的方法，藉由單筒直立式顯微鏡配合智慧型影像擷 取與分析系統，目的在觀察試片在加工時的變化，再對其進行影像分析處 理，量測出熱應變量，並進而推測出熱應力。此外，本研究採用 CAE 有限 元素分析軟體 ANSYS，模擬熱源熱加工過程的熱應變分析與驗證。本實驗 以壓克力當作實驗的材料，在加工前先利用雷射加工機在加工路徑旁刻劃 出兩條細線作為量測定位線的功能，將其置於影像擷取器 DVT 的觀察下，

推算出像素與實際長度的關係，再利用雷射切割試片，使材料產生的微小 應變量，觀察加工路徑與定位線的變化情形。

由結果顯示，在利用本系統的量測下可以量測到約10μm左右的微小應 變量，若是使用更高倍率的物鏡，則可以量測更微小的應變。由實驗的數 據與模擬分析的結果可知，當材料在切割加工時，在施加熱源處材料因受 熱膨脹而產生壓應力；然而在移開熱源時，應力值會因為冷卻效應使溫度 下降而逐漸有往張應力方向增長的趨勢。

本實驗室所建立的非接觸光電影像式微應力量測系統與傳統所使用應 變規量測應變的方法有很大的差異性，傳統的的方法是將應變規貼於待測 物體上，由於應變規是與待測物體接觸的，所以應變規有受待測物影響的

缺點，如果應變規貼於導熱性不良的待測物體時，如木材、塑膠或玻璃等，

則會發生誤差而且安裝較費時。而格子法量測應變雖然使用普遍，但是在 量測之前須事先在試片上畫出小方格，而本研究的量測系統不需要此步 驟。穿透式光彈法在進行量測之前試片必須先經過處理，由於試片本身是 不透明的，因此必須在試片和光彈材料間塗上一層反射面，使通過光彈材 料的光線反射出來。相較之下，本研究所探討的量測系統，不僅儀器架設 較簡便且效率高，在量測前試片的處理也較省時。

雷射切割機( ILS-II-30W)有功率與速率兩種切割參數可以變化，利用不 同的功率與速率切割壓克力試片，在 DVT 的觀測下會有不同的切割情形，

亦即切割線邊緣的筆直度。而由加工品質實驗的可知，當雷射功率為 70%

與切割速率為 100%時，切割厚度為 2mm 的壓克力在 DVT 的觀測下切割線 會有較佳的筆直度。

藉由本研究的微應力量測系統與壓克力試片的規劃，可測得在加工過 程中各量測點位置的應變變化曲線。參考試片規劃圖 4.8 所試，量測位置 11、21、31 與 13、23、33 對於加工路徑為左右對稱，而由實驗結果也發現 其應變分布曲線大致都相同。量測點 11 在雷射熱源一開始移動時即產生壓 縮應變量，隨著熱源的遠離其應變量會往張應變的方向成長；而在雷射熱 源逐漸靠近量測點 21 時，會有極微小的張應變產生，當熱源經過量測點時 會有明顯的壓縮應變產生，相同情形如量測點 31。由圖 3.13 與圖 4.24 可知，

藉由本研究的量測系統所測得的應變曲線圖與模擬的結果定性趨勢相同。

圖 3.15 與圖 4.25 分別為量測點 12、22、32 實驗與模擬結果的應變曲 線變化圖，比較實驗與模擬其數據變化的曲線十分相似。對於模擬的結果 來說，在熱源靠近量測點之前會呈現張應變，當雷射熱源到達量測點時應 變值會急速地減少降低；而對於實驗的結果來說，由於壓克力受熱源的作 用使左右兩側的定位線膨脹而產生張應變，其影響由熱源移動靠近量測點 到遠離，隨著雷射逐漸地遠離量測點，應變值會因為溫度的下降而往壓縮 應變的方向成長。

若單只有施加ㄧ熱源負載，在負載內承受壓應力而在負載外則承受拉 應力；相反的若只有施加ㄧ冷源，在冷源負載內會承受拉應力而在負載外 將承受壓應力。因此本文也探討若在雷射熱源後方施加一冷源時，對於加 工過程所產生的效果。由模擬的結果可發現對於固定負載間距且變化冷熱 源功率的情形來說，固定熱源功率時，最大壓應力值，隨著冷源功率的遞 減而呈現絕對值的遞減；然而其最大拉應力值，隨著冷源功率的遞減而降 低。當冷源功率固定時，最大壓應力值，隨著熱源功率的遞減而呈現絕對 值的降低；而其最大拉應力值，會隨著熱源功率的遞減而遞減。而對於固 定冷熱源功率時，應力會隨著負載間距而有所變化。由模擬的結果可發現，

最大壓應力：σ_c相接 >σ_c分離 > σ_c重合 、最大拉應力：σ_t相接 >σ_t分離 >σ_t重合。