CN102645295A - 量化材料未知应力与残余应力的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种量化材料未知应力与残余应力的装置，用于量化一待测物的未知应力与残余应力，该装置包括：一光源、一偏光镜、一第一四分之一波片、一标准试片、一第二四分之一波片、一检光镜、一施载单元、一光谱仪及一检测模块；该光源用于产生多波长或单波长之光；该偏光镜设置于该光源前方，且其一面面对该光源以使光产生偏振；该第一四分之一波片设置于该偏光镜前方，且其一面面对该光源以使光产生圆偏振；本发明还揭露量化材料未知应力与残余应力的方法。

Description

量化材料未知应力与残余应力的装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种量化材料未知应力与残余应力的装置及其方法，特别涉及一种通过光谱仪记录材料穿透率变化，建立应力对应穿透率于该光源的波长下的变化关系，以求得应力量化公式，进而量化材料的未知应力与残余应力的装置及其方法。

背景技术

薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，TFT-LCD)被列为台湾两兆双星产业之一，显示器的制造技术不断地提升，然而在追求薄膜晶体管液晶显示器的轻及薄过程中，一个特殊的问题，Mura，意指为显示器亮度不均匀造成各种痕迹的现象，也同时浮现出来，造成Mura现象的成因很多，大致上可分为显示单元(Cell Unit)和背光模块(Backlight Unit)的组件缺陷所造成，然而薄膜晶体管液晶显示器中玻璃基板在制程上无可避免的残留应力也为成因之一。因此，如何量测残留应力般低阶的应力便成为重要的议题。

光弹法为一具有实时性、全局性、高灵敏度及非破坏性的应力检测方法，主要为应用待测物本身的光学双折射特性或瞬时光学双折射特性，前者为待测物光轴(Optical Axis)方向的折射率与正交光轴方向的折射率不同，而后者为待测物因受力状态下而产生前述的光学双折射特性现象。

然而，在传统式光弹法中，材料应力的量化方式遵从应力-光学定律(Stress-Optic Law)，为通过分析光强值从中撷取光弹条纹级次，并由已预知的应力光学系数，以及已预知的光源波长值，进而推算材料的应力值，故此量化方式必须由不同量测系统来预先得到前述的已预知参数，其会导致不同系统的误差互相迭积，不利于精确地量化材料应力。再者，已预知参数彼此间未必独立，已预知参数与应力值间也未必独立，此现象尤其可能发生在材料受应力值较低之情形下，如未知应力与残余应力，此量化方式将造成应力值推算错误，故已不适用于精确地量化材料低应力值。且传统式光弹法中常使用之全局性取像设备，无法有效呈现不同色光间的光强值。

再者，先前技术中也有利用已知应力对应的光谱与待测应力对应的光谱做相似性比对，一旦比对成功，则可知待测应力为比对的已知应力，然而比对需要大量的处理时间，且若未知应力对应的光谱与前处理中任一组光谱皆不完全吻合，则量测上就会产生误差，换句话说，由于这种比对法并未能建立系统性的应力与光谱关系，因此只能量测与前处理中制作多组已知应力相同之应力，一旦不同即会产生无法准确量测的误差，因为没有和未知应力相同的已知应力可以被求得，因此必须要有应力间距非常密的已知应力光谱才能确保量测准确。

此外，前述技术皆为量测条纹级次或延迟量，必须通过应力光学定律来转换成应力值，故待测物之应力光学系数(Stress-Optic Coefficient)必须为已知，在快速检测上较不实际，且应力光学系数的量测误差可能会迭积至应力的计算中，也进而导致应力量测的不准确。

因此，如何设计出一利用不同色光的细微信息来更精确地量化材料应力值，且建立系统性的应力与光谱关系，而不需先量测应力光学系数即可直接量测应力的量化材料未知应力与残余应力的装置及其方式，便成为相关厂商以及相关研发人员所共同努力的目标。

发明内容

本发明人有鉴于使用传统式光弹法难以精确量化材料内未知应力与残余应力的缺点，积极着手进行开发，以期可以改进前述现有的缺点，经过不断地试验及努力，终于开发出本发明。

本发明的主要目的在于提供一种量化材料未知应力与残余应力的装置，该装置用以量化一待测物的未知应力与残余应力。

为了达成前述的目的本发明量化材料未知应力与残余应力的装置用以量化一待测物之未知应力与残余应力，该量化材料未知应力与残余应力的装置包括：

一光源，用以产生多波长或单波长的光；

一偏光镜，设置于该光源前方，且其一面面对该光源以使光产生偏振；

一第一四分之一波片，设置于该偏光镜前方，且其一面面对该光源以使光产生圆偏振；

一标准试片，其材质与该待测物相同且无未知应力与残余应力，其设置于该第一四分之一波片前方，且其一面面对该第一四分之一波片的另一面；

一第二四分之一波片，设置于该标准试片前方，且其一面面对该标准试片的另一面；

一检光镜，设置于该第二四分之一波片前方，且其一面面对该第二四分之一波片的另一面；

一施载单元，用以施载该标准试片；

一光谱仪，设置于该检光镜前方，用以记录从该检光镜穿透的光的光强，并得到该标准试片对应该光源的波长下的穿透率光谱；以及

一检测模块，与该光谱仪连结，其通过该光谱仪得到的该标准试片对应该光源的波长下的穿透率光谱，得到该标准试片的应力量化公式，并以该标准试片的应力量化公式搭配该待测物的正规化穿透率，求得该待测物的应力分布。

本发明次要目的在于提供二种量化材料未知应力与残余应力的方法。

为了达成前述目的本发明的量化材料未知应力与残余应力的方法的第一实施例，使用如前述量化材料未知应力与残余应力的装置，其用以量化一待测物的未知应力与残余应力，该量化材料未知应力与残余应力的方法包括下列步骤：

施载该标准试片；

记录从该检光镜穿透之光的光强，以得到该标准试片对应该光源的波长下的穿透率光谱；

重复该施载步骤以及该记录步骤，以记录应力对应穿透率于该光源的波长下的变化关系；

正规化该应力对应穿透率于该光源的波长下的变化关系；

利用该应力对应正规化穿透率于该光源的波长下的变化关系，以正弦函数拟合方式得到正规化穿透率值于该光源波长下对应应力的关系；

以线性函数拟合方式得到该正规化穿透率值对应应力与该光源的波长的关系；

利用该正规化穿透率值对应应力与该光源的波长的关系，以比例方式推得第一应力量化公式；以及

利用该第一应力量化公式、该光源的波长以及对应该波长下该待测物的正规化穿透率，得到该待测物的应力分布。

本发明的量化材料未知应力与残余应力的方法的第二实施例，使用如前述之量化材料未知应力与残余应力的装置，其用以量化一待测物的未知应力与残余应力，该量化材料未知应力与残余应力的方法包括下列步骤：

施载该标准试片；

记录从该检光镜穿透之光的光强，以得到该标准试片对应该光源的波长下的穿透率光谱；

重复该施载步骤以及该记录步骤以记录应力对应穿透率于该光源的波长下的变化关系；

正规化该应力对应穿透率于该光源的波长下的变化关系；

求得正规化穿透率光谱的现光波长变化量与应力变化量间的关系；

利用该正规化穿透率光谱的现光波长变化量与应力变化量间的关系，并选择一已知应力，以及该已知应力对应正规化穿透率光谱的现光波长，得到该标准试片的第二应力量化公式；以及

利用该标准试片的第二应力量化公式以及该待测物正规化穿透率光谱对应的现光波长，得到该待测物的应力分布。

通过前述的装置以及方法，可建立系统性的应力与光谱关系，而达到精确量化材料的未知应力与残余应力的目标。

附图说明

图1是本发明的量化材料未知应力与残余应力的装置的示意图。

图2是本发明量化材料未知应力与残余应力的方法的第一实施例的方法流程图。

图3是本发明量化材料未知应力与残余应力方法的第一实施例之细部方法流程图。

图4是本发明量化材料未知应力与残余应力的方法的第二实施例的方法流程图。

图5是本发明量化材料未知应力与残余应力的方法的第二实施例的细部方法流程图。

图6A是本发明的量化材料未知应力与残余应力的方法的第一实施例的正规化穿透率对应应力与波长三维立体图。

图6B是本发明量化材料未知应力与残余应力的方法的第一实施例的正规化穿透率对应应力与波长三维俯视图。

图7是本发明量化材料未知应力与残余应力的方法的第一实施例的正规化穿透率为1、0.9及0.8的直线及拟合直线图。

图8是本发明量化材料未知应力与残余应力的方法的第一实施例的拟合正规化穿透率为1的直线与三维穿透率图的位置关系。

图9是本发明量化材料未知应力与残余应力的方法的第一实施例的波长400纳米下正规化穿透率对应应力示意图。

图10是本发明量化材料未知应力与残余应力的方法的第二实施例的第二应力量化公式量化应力的示意图。

附图标记说明

1     量化材料未知应力与残余应力的装置

10    光源

11    偏光镜

12    第一四分之一波片

13    标准试片

14    第二四分之一波片

15    检光镜

16    施载单元

17    光谱仪

18    检测模块

2     量化材料未知应力与残余应力的方法的第一实施例

步骤201

步骤202

步骤203

步骤204

步骤205

步骤206

步骤207

步骤208

步骤209

3     量化材料未知应力与残余应力的方法的第二实施例

步骤301

步骤302

步骤303

步骤304

步骤305

步骤306

步骤307

步骤308

F1，F2应力量化公式

S      该待测物的应力

λ     该光源的波长

T_n，λ 正规化穿透率

N      条纹级次

S_λ    波长λ时正规化穿透率为1时的应力值

S₄₀₀   波长400内米时正规化穿透率为1时的应力值

σ_m    该待测物的应力

λ_m      该待测物正规化穿透率光谱对应的现光波长

Ki     正规化穿透率光谱的现光波长变化量与应力变化量间的关系中关系式的系数

I      波峰数目

σ_b    所选择的已知应力

λ_b    该已知应力对应正规化穿透率光谱的现光波长

Δλ   两个正规化穿透率光谱的现光波长的差异量

Δσ   两个正规化穿透率光谱对应应力的差异量

N      为在波峰数目i下的总数据数

P      第p组相邻的两数据

具体实施方式

为了更加了解本发明，以下结合附图对本发明较佳实施例，进行详细说明。

如图1所示，本发明一种量化材料未知应力与残余应力的装置1，用以量化一待测物(图中未表示)的未知应力与残余应力，该待测物为光学双折射性材料或瞬时光学双折射性材料，该量化材料未知应力与残余应力的装置1包括：

一光源10，用以产生多波长或单波长的光；

一偏光镜11，设置于该光源10前方，且其一面面对该光源10以使光产生偏振；

一第一四分之一波片12，设置于该偏光镜11前方，且其一面面对该光源10以使光产生圆偏振；

一标准试片13，其材质与该待测物相同且无未知应力与残余应力，其设置于该第一四分之一波片12前方，且其一面面对该第一四分之一波片12的另一面；

一第二四分之一波片14，设置于该标准试片13前方，且其一面面对该标准试片13的另一面；

一检光镜15，设置于该第二四分之一波片14前方，且其一面面对该第二四分之一波片14的另一面；

一施载单元16，用以施载该标准试片13；

一光谱仪17，设置于该检光镜15前方，用以记录从该检光镜15穿透的光的光强，并得到该标准试片13对应该光源10的波长下的穿透率光谱；以及

一检测模块18，与该光谱仪17连结，其通过该光谱仪17得到的该标准试片13对应该光源10的波长下的穿透率光谱，得到该标准试片13的应力量化公式，并利用该标准试片13的应力量化公式搭配该待测物的正规化穿透率，得到该待测物的应力分布。

前述该光源10、该偏光镜11、该第一四分之一波片12、该标准试片13、该第二四分之一波片14以及该检光镜15形成一圆偏振暗场。

其中，该光源10产生的光为一多波长光或一单色光。

其中，该标准试片13为一双折射材料基板，在本发明的一较佳实施例中，该双折射材料基板为玻璃基板；该施载单元16为一步进马达施载架、一手动施载架、一加热施载单元、一湿度施载单元或一空气压力施载单元；该检测模块18为一计算机。

在本发明一较佳实施例中，该检测模块18利用持续施载该标准试片13、记录从该检光镜15穿透的光的光强，以得到该标准试片13对应该光源10的波长下的穿透率光谱、记录应力对应穿透率于该光源10的波长下的变化关系、正规化该应力对应穿透率于该光源10的波长下的变化关系、利用该应力对应正规化穿透率于该光源10的波长下的变化关系，以正弦函数拟合方式得到正规化穿透率值于该光源10的波长下对应应力的关系、以线性函数拟合方式得到该正规化穿透率值对应应力与该光源10的波长的关系以及利用该正规化穿透率值对应应力与该光源10的波长的关系得到该标准试片13的第一应力量化公式，最后利用该第一应力量化公式、该光源10的波长以及对应该波长下该待测物的正规化穿透率，得到该待测物的应力分布。

但本发明并不以此为限，在本发明的另一实施例中，该检测模块18利用持续施载该标准试片13、记录从该检光镜15穿透的光的光强，以得到该标准试片13对应该光源10的波长下的穿透率光谱、重复该施载步骤以及该记录步骤以记录应力对应穿透率于该光源10的波长下的变化关系、正规化该应力对应穿透率于该光源10的波长下的变化关系、并求得正规化穿透率光谱的现光波长变化量与应力变化量间的关系、利用该正规化穿透率光谱的现光波长变化量与应力变化量间的关系，并选择一已知应力，以及该已知应力对应正规化穿透率光谱的现光波长，以得到该标准试片13的第二应力量化公式，最后利用该标准试片13的第二应力量化公式以及该待测物正规化穿透率光谱对应的现光波长，得到该待测物的应力分布。其中该现光波长为正规化穿透率光谱中存在最靠近光源最短波长的波峰峰值处所对应的波长值，若正规化穿透率光谱中未存在明显波峰则以正规化穿透率为百分之五十处对应的波长值作为现光波长。

此外，若该待测物的正规化穿透率为未知，则以该待测物取代该标准试片13，再利用该光谱仪17记录从该检光镜15穿透的光的光强，并得到该待测物对应该光源10的波长下的穿透率光谱，进而通过该检测模块18求得该待测物的正规化穿透率。

如图1及图2所示，本发明量化材料未知应力与残余应力的方法的第一实施例2使用如前述量化材料未知应力与残余应力的装置1来量化一待测物的未知应力与残余应力，该量化材料未知应力与残余应力的方法的第一实施例2包括下列步骤：

步骤201：施载该标准试片13；

步骤202：记录从该检光镜15穿透的光的光强，以得到该标准试片13对应该光源10的波长下的穿透率光谱；

步骤203：重复该步骤201以及该步骤202以记录应力对应穿透率于该光源10的波长下的变化关系；

步骤204：正规化该应力对应穿透率于该光源10的波长下的变化关系；

步骤205：利用该应力对应正规化穿透率于该光源10的波长下的变化关系，以正弦函数拟合方式得到正规化穿透率值于该光源波长下对应应力的关系；

步骤206：以线性函数拟合方式得到该正规化穿透率值对应应力与该光源10的波长的关系；

步骤207：利用该正规化穿透率值对应应力与该光源10的波长的关系，以比例方式推得第一应力量化公式；

步骤208：利用该第一应力量化公式、该光源10的波长以及对应该波长下该待测物的正规化穿透率，得到该待测物的应力分布。

其中，该步骤202利用该光谱仪17记录从该检光镜15穿透的光的光强。

该步骤206中，该正规化穿透率值为百分之百、百分之九十九或百分之五十，但本发明并不以此为限，在本发明其它实施例中，该正规化穿透率值为任何比例值。

该步骤208中，若该光源10为单色光，则直接得到该待测物的应力分布；若该光源10为多波长光源，该检测模块18则会计算复数应力，再对该等应力取平均值求得该待测物的应力分布。

如图1以及图3所示，若该待测物的正规化穿透率为未知，则本发明量化材料未知应力与残余应力的方法之第一实施例2还包括以下步骤209：以该待测物取代该标准试片13，再记录从该检光镜15穿透的光的光强，并得到该待测物对应该光源10的波长下的穿透率光谱，进而求得该待测物的正规化穿透率，在本发明一较佳实施例中，该步骤209执行于该步骤207之后。

如图1以及图4所示，本发明量化材料未知应力与残余应力的方法的第二实施例3使用如前述量化材料未知应力与残余应力的装置1来量化一待测物的未知应力与残余应力，该量化材料未知应力与残余应力的方法的第二实施例3包括下列步骤：

步骤301：施载该标准试片13；

步骤302：记录从该检光镜15穿透之光的光强，以得到该标准试片13对应该光源10的波长下的穿透率光谱；

步骤303：重复该步骤301以及该步骤302以记录应力对应穿透率于该光源的波长下的变化关系；

步骤304：正规化该应力对应穿透率于该光源10的波长下的变化关系；

步骤305：求得正规化穿透率光谱的现光波长变化量与应力变化量间的关系；

步骤306：利用该正规化穿透率光谱的现光波长变化量与应力变化量间的关系，并选择一已知应力，该已知应力对应正规化穿透率光谱的现光波长，得到该标准试片13的第二应力量化公式；以及

步骤307：利用该标准试片13的第二应力量化公式以及该待测物正规化穿透率光谱对应的现光波长，得到该待测物的应力分布。

其中，该步骤302利用该光谱仪17记录从该检光镜15穿透的光的光强。

如图1以及图5所示，若该待测物的正规化穿透率为未知，则本发明的量化材料未知应力与残余应力的方法的第二实施例3还包括以下步骤308：以该待测物取代该标准试片13，再记录从该检光镜15穿透的光的光强，并得到该待测物对应该光源10的波长下的穿透率光谱，进而求得该待测物的正规化穿透率，在本发明一较佳实施例中，该步骤308执行于该步骤306之后。

如图1、图3以及图6A至图9所示，为了更容易了解本发明量化材料未知应力与残余应力的方法的第一实施例2，特举一实施例说明如下：

本发明量化材料未知应力与残余应力的装置于量测一待测物的未知应力与残余应力时，先将一材质与该待测物相同的标准试片13放入该第一四分之一波片12以及该第二四分之一波片14之间，再通过该施载单元16施载该标准试片12，通过该光源10所产生的光的照射后，使该标准试片13因应力而产生光弹效应的折射，并经由该光谱仪17将光强记录下来，以得到该标准试片13对应该光源10的波长下的正规化穿透率光谱。

在图6B中，波长400纳米，以应力值约为8.5百万帕斯卡为起点，可看到正规化穿透率T_n，λ为1的等色线(红色)，由正规化穿透率公式：T_n，λ＝sin2(Nπ)，可知此处条纹级次N等于0.5，同理，在波长400纳米，应力值约为17百万帕斯卡时，正规化穿透率T_n，λ为0的等色线(深蓝色)代表条纹级次N等于1；也就是说明，以图6B中某一应力值为起点，相同正规化穿透率T_n，λ的联机代表等条纹级次线。此外，由图6B更可发现相同正规化穿透率T_n，λ的联机(等条纹级次线)近似直线，然后进行正弦函数拟合得到正规化穿透率值于该光源波长下对应应力的关系，即可将于该光源波长下正规化穿透率T_n，λ为1，正规化穿透率T_n，λ为0.9和正规化穿透率T_n，λ为0.8的值分别取出，并绘图如图7所示。T(1)、T(0.9)和T(0.8)分别代表正规化穿透率T_n，λ为1，正规化穿透率T_n，λ为0.9和正规化穿透率T_n，λ为0.8的数据点，三笔数据点经一维线性函数拟合后，相关程度皆高于99％，因此可以假设相同正规化穿透率T_n，λ的点落在应力对应波长图的直线上。将正规化穿透率T_n，λ为1，正规化穿透率T_n，λ为0.9和正规化穿透率T_n，λ为0.8之拟合直线标示在图6B，如灰色直线所示。

值得注意的是，正规化穿透率T_n，λ为1的位置是正弦平方函数半周期的位置，图7中拟合的T(1)直线如灰色直线正规化穿透率T_n，λ为1所标示，利用正规化穿透率T_n，λ为1的直线可将图8的三维图的方程式计算出来。

本发明之一实施例中，利用线性函数拟合正规化穿透率T_n，λ为1的直线以计算图8的三维图的方程式，使用正规化穿透率T_n，λ为1的直线，如图7所示正规化穿透率T_n，λ为1的拟合直线方程式为：S_λ＝0.0236λ-2.0156，其中S_λ为波长λ时正规化穿透率T_n，λ为1时的应力值。

以波长为400纳米为例，S₄₀₀为波长400纳米时正规化穿透率T_n，λ为1时的应力值，其等于8.504百万帕斯卡为正弦平方函数半周期，如图9所示，利用S₄₀₀所表示之正弦平方函数为：

$T_{n,400}={\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\π}}{{2S}_{400}}S\right)$

其中，S为该待测物的应力。

同理，将其它波长都利用前述方式分析，可得利用S_λ所表示的正弦平方函数为：

$T_{n,\mathrm{\λ}}={\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\π}}{{2S}_{\mathrm{\λ}}}S\right)$

将正规化穿透率T_n，λ为1的拟合直线方程式代入利用S_λ所表示的正弦平方函数可得：

$T_{n,\mathrm{\λ}}={\sin }^2\left[\frac{\mathrm{\π}}{2(0.0263\mathrm{\λ}-2.0156)}S\right]$

将正规化穿透率T_n，λ开根号取反正弦函数，移项化简后可将该待测物的应力S以正规化穿透率T_n，λ为及该光源10的波长λ表示，而得到该标准试片之第一应力量化公式F1：

$S=\frac{2}{\mathrm{\π}}(0.263\mathrm{\λ}-2.0156){\sin }^{-1}\left(\sqrt{T_{n,\mathrm{\λ}}}\right);$

若已知对应该光源10的波长下该待测物的正规化穿透率T_n，λ以及该光源10的波长，则直接代入对应该波长下该待测物的正规化穿透率T_n，λ以及该光源10的波长λ，即可得到该待测物的应力分布。

如图1、图5以及图10所示，为了更容易了解本发明量化材料未知应力与残余应力的方法的第二实施例3，特举一实施例说明如下：

本发明量化材料未知应力与残余应力之装置于量测一待测物的未知应力与残余应力时，先将一材质与该待测物相同的标准试片13放入该第一四分之一波片12以及该第二四分之一波片14之间，再通过该施载单元16施载该标准试片12，通过该光源10所产生不同波长之光的照射后，使该标准试片13因应力而产生光弹效应的折射，并经由该光谱仪17将光强记录下来，以得到该标准试片13的对应该光源10的波长下的穿透率光谱，然后重复进行前述施载与记录光强的步骤，以记录应力对应穿透率于该光源10的波长下的变化关系，正规化该应力对应穿透率于该光源10的波长下的变化关系，并求得正规化穿透率光谱的现光波长变化量与应力变化量间的关系，最后，利用该正规化穿透率光谱的现光波长变化量与应力变化量间之关系，并选择一已知应力，并再利用该已知应力对应正规化穿透率光谱的现光波长，得到该标准试片13的第二应力量化公式F2；

在本发明一较佳实施例中，所得到正规化穿透率光谱的现光波长变化量与应力变化量间的关系为：

Δλ＝K_i·Δσ

其中，Δλ代表两正规化穿透率光谱的现光波长的差异量，Δσ代表该等正规化穿透率光谱对应应力之差异量，Ki代表现光波长变化量与应力变化量间的关系中关式的系数，单位为米(meter)/帕斯卡(Pascal)，i代表对应该光源10的波长下正规化穿透率光谱中存在的波峰数目，Ki可以下式计算

$K_i=\frac{\underset{p=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{\mathrm{\Δ\λ}}{\mathrm{\Δ\σ}}\right)}_p}{(n-1)}$

其中，n为在波峰数目i下的总数据数，p则代表第p组相邻的两数据。

因此，利用已求得的正规化穿透率光谱的现光波长变化量与应力变化量间的关系，所得到该标准试片的第二应力量化公式F2为：

σ_m＝(λ_m-λ_b)/K_i+σ_b；

其中，σ_b代表所选择之已知应力，λ_b代表该已知应力σ_b对应正规化穿透率光谱的现光波长。

如图10所示，由于该待测物正规化穿透率光谱对应的现光波长λ_m、该正规化穿透率光谱的现光波长变化量与应力变化量间之关系中关系式之系数Ki、该已知应力σ_b以及该已知应力σ_b对应正规化穿透率光谱之现光波长λ_b为已知，因此可得到该待测物的应力分布。

通过前述装置以及方法，可建立系统性的应力与光谱关系，而非如先前技术比对应力间对应的光谱之相似性，进而精确量化一光学双折射性或瞬时光学双折射性材料的未知应力与残余应力，并有效解决使用传统式光弹法难以精确量化光学双折射性或瞬时光学双折射性材料内未知应力与残余应力的问题。再者，其结构型态并非所属技术领域中的人士所能轻易想到而达成，具有新颖性以及创造性。

以上所述实施例只用于说明本发明的技术思想及特点，其目的是使本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但不应该以此限定本发明专利的范围。所属领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围之内，相对上述实施例进行等同变化和改进，都应该属于本发明所保护的技术范围。

Claims (10)

1.一种量化材料未知应力与残余应力的装置，用以量化一个待测物的未知应力与残余应力，该待测物为光学双折射性材料或瞬时光学双折射性材料，其特征在于，该量化材料未知应力与残余应力的装置包括：

一个光源，用以产生多波长或单波长之光；

一个偏光镜，设置于该光源前方，且其中一个面面对该光源以使光产生偏振；

一个第一四分之一波片，设置于该偏光镜前方，且其中一面面对该光源以使光产生圆偏振；

一个标准试片，其材质与该待测物相同且无未知应力与残余应力，其中设置于该第一四分之一波片前方，且其中一个面面对该第一四分之一波片的另一面；

一个第二四分之一波片，设置于该标准试片前方，且其中一个面面对该标准试片的另一面；

一个检光镜，设置于该第二四分之一波片前方，且其中一个面面对该第二四分之一波片的另一面；

一个施载单元，用以施载该标准试片；

一个光谱仪，设置于该检光镜前方，用以记录从该检光镜穿透光的光强，并得到该标准试片对应该光源的波长下的穿透率光谱；以及

一个检测模块，与该光谱仪连结，其通过该光谱仪得到之该标准试片对应该光源的波长下的穿透率光谱，得到该标准试片的应力量化公式，并以该标准试片的应力量化公式搭配该待测物的正规化穿透率，求得该待测物之应力分布。

2.根据权利要求1所述的量化材料未知应力与残余应力的装置，其特征在于，该检测模块利用持续施载该标准试片、记录从该检光镜穿透的光的光强，以得到该标准试片对应该光源的波长下的穿透率光谱、记录应力对应穿透率于该光源的波长下的变化关系、正规化该应力对应穿透率于该光源的波长下的变化关系、利用该应力对应正规化穿透率于该光源的波长下的变化关系，以正弦函数拟合方式得到正规化穿透率值于该光源波长下对应应力的关系、以线性函数拟合方式得到该正规化穿透率值对应应力与该光源的波长的关系以及利用该穿透率值对应应力与该光源的波长的关系以比例方式推得第一应力量化公式。

3.根据权利要求1所述的量化材料未知应力与残余应力之装置，其特征在于，该检测模块利用持续施载该标准试片、记录从该检光镜穿透的光的光强，以得到该标准试片对应该光源的波长下的穿透率光谱、重复该施载步骤以及该记录步骤以记录应力对应穿透率于该光源的波长下的变化关系、正规化该应力对应穿透率于该光源的波长下的变化关系、并求得正规化穿透率光谱之现光波长变化量与应力变化量间的关系、利用该正规化穿透率光谱的现光波长变化量与应力变化量间的关系，并选择一个已知应力，以及该已知应力对应正规化穿透率光谱的现光波长，以得到该标准试片的第二应力量化公式。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的量化材料未知应力与残余应力的装置，其特征在于，若该待测物的正规化穿透率为未知，则该检测模块通过以该待测物取代该标准试片，再利用光谱仪记录从该检光镜穿透的光的光强，并得到之该待测物对应该光源的波长下的穿透率光谱，进而通过该检测模块求得该待测物的正规化穿透率。

5.根据权利要求2所述的量化材料未知应力与残余应力之装置，其特征在于，该光源产生的光为一个多波长光或一个单色光，且若该光源为单色光，则直接得到该待测物的应力分布；若该光源为多波长光源，该检测模块则会计算复数应力，再对该等应力取平均值求得该待测物的应力分布。

6.根据权利要求3所述的量化材料未知应力与残余应力的装置，其特征在于，该光源产生的光为一个多波长光，该检测模块则直接得到该待测物的应力分布。

7.一种使用根据权利要求1所述的量化材料未知应力与残余应力的装置的量化材料未知应力与残余应力的方法，用以量化一个待测物的未知应力与残余应力，该待测物为光学双折射性材料或瞬时光学双折射性材料，该量化材料未知应力与残余应力的方法包括下列步骤：

施载该标准试片；

记录从该检光镜穿透的光的光强，以得到该标准试片对应该光源的波长下的穿透率光谱；

重复该施载步骤以及该记录步骤，以记录应力对应穿透率于该光源的波长下的变化关系；

正规化该应力对应穿透率于该光源的波长下的变化关系；

利用该应力对应正规化穿透率于该光源的波长下的变化关系，以正弦函数拟合方式得到正规化穿透率值于该光源波长下对应应力的关系；

以线性函数拟合方式得到该正规化穿透率值对应应力与该光源的波长的关系；

利用该正规化穿透率值对应应力与该光源的波长的关系，以比例方式推得第一应力量化公式；以及

利用该第一应力量化公式、该光源的波长以及对应该波长下该待测物的正规化穿透率，得到该待测物的应力分布。

8.根据权利要求7所述的量化材料未知应力与残余应力的方法，还包括以下步骤：以该待测物取代该标准试片，再记录从该检光镜穿透的光的光强，并得到该待测物对应该光源的波长下的穿透率光谱，进而求得该待测物的正规化穿透率。

9.一种使用根据权利要求1所述的量化材料未知应力与残余应力的装置的量化材料未知应力与残余应力的方法，用以量化一个待测物的未知应力与残余应力，该待测物为光学双折射性材料或瞬时光学双折射性材料，该量化材料未知应力与残余应力的方法包括下列步骤：

施载该标准试片；

记录从该检光镜穿透的光的光强，以得到该标准试片对应该光源的波长下的穿透率光谱；

重复该施载步骤以及该记录步骤以记录应力对应穿透率于该光源的波长下的变化关系；

正规化该应力对应穿透率于该光源的波长下的变化关系；

求得正规化穿透率光谱的现光波长变化量与应力变化量间的关系；

利用该正规化穿透率光谱的现光波长变化量与应力变化量间的关系，并选择一个已知应力，该已知应力对应正规化穿透率光谱的现光波长，得到该标准试片的第二应力量化公式；以及

利用该标准试片的第二应力量化公式以及该待测物正规化穿透率光谱对应的现光波长，得到该待测物的应力分布。

10.根据权利要求9所述的量化材料未知应力与残余应力的方法，还包括以下步骤：以该待测物取代该标准试片，再记录从该检光镜穿透的光的光强，并得到该待测物对应该光源的波长下的穿透率光谱，进而求得该待测物的正规化穿透率。

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