TW201339554A - 量化材料未知應力與殘餘應力之裝置及其方法 - Google Patents
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Abstract
一種量化材料未知應力與殘餘應力之裝置，係用以量化一待測物之未知應力與殘餘應力，該裝置包括：一光源、一偏光鏡、一第一四分之一波片、一標準試片、一第二四分之一波片、一檢光鏡、一施載單元、一光譜儀及一檢測模組；該光源係用以產生多波長或單波長之光；該偏光鏡係設置於該光源前方，且其一面係面對該光源以使光產生偏振；該第一四分之一波片係設置於該偏光鏡前方，且其一面係面對該光源以使光產生圓偏振；本發明亦揭露二量化材料未知應力與殘餘應力之方法。
Description
本發明係關於一種量化材料未知應力與殘餘應力之裝置及其方法，特別是一種藉由光譜儀記錄材料穿透率變化，建立應力對應穿透率於該光源之波長下之變化關係，以求得應力量化公式，進而量化材料之未知應力與殘餘應力之裝置及其方法。
薄膜電晶體液晶顯示器(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display,TFT-LCD)被列為台灣兩兆雙星產業之一，顯示器的製造技術不斷地提升，然而在追求薄膜電晶體液晶顯示器的輕及薄過程中，一個特殊的問題，Mura，意指為顯示器亮度不均勻造成各種痕跡之現象，也同時浮現出來，造成Mura現象的成因很多，大致上可分為顯示單元(Cell Unit)和背光模組(Backlight Unit)之元件缺陷所造成，然而薄膜電晶體液晶顯示器中玻璃基板在製程上無可避免之殘留應力也為成因之一，因此，如何量測殘留應力般低階的應力便成為重要之議題。
光彈法係為一具有即時性、全域性、高靈敏度及非破壞性之應力檢測方法，主要為應用待測物本身之光學雙折射特性或暫態光學雙折射特性，前者為待測物光軸(Optical Axis)方向之折射率與正交光軸方向之折射率不同，而後者為待測物因受力狀態下而產生上述之光學雙折射特性現象。
然而，在傳統式光彈法中，材料應力之量化方式遵從應力-光學定律(Stress-Optic Law)，為藉由分析光強值從中擷取光彈條紋級次，並由已預知之應力光學係數，以及已預知之光源波長值，進而推算材料之應力值，故此量化方式必須由不同量測系統來預先得到上述之已預知參數，其會導致不同系統之誤差互相疊積，不利於精確地量化材料應力，再者，已預知參數彼此間未必獨立，已預知參數與應力值間也未必獨立，此現象尤其可能發生在材料受應力值較低之情形下，如未知應力與殘餘應力，此量化方式將造成應力值推算錯誤，故已不適用於精確地量化材料低應力值。且傳統式光彈法中常使用之全域性取像設備，無法有效呈現不同色光間之光強值。
再者，先前技術中亦有利用已知應力對應之光譜與待測應力對應之光譜做相似性比對，一旦比對成功，則可知待測應力為比對之已知應力，然而比對需要大量的處理時間，且若未知應力對應的光譜與前處理中任一組光譜皆不完全吻合，則量測上就會產生誤差，換句話說，由於這種比對法並未能建立系統性的應力與光譜關係，因此只能量測與前處理中製作多組已知應力相同之應力，一旦不同即會產生無法準確量測的誤差，因為沒有和未知應力相同之已知應力可以被求得，因此必須要有應力間距非常密之已知應力光譜才能確保量測準確。
此外，上述技術皆為量測條紋級次或延遲量，必須透過應力光學定律來轉換成應力值，故待測物之應力光學係數(Stress-Optic Coefficient)必須為已知，在快速檢測上較不實際，且應力光學係數之量測誤差可能會疊積至應力的計算中，也進而導致應力量測之不準確。
因此，如何設計出一利用不同色光之細微資訊來更精確地量化材料應力值，且建立系統性的應力與光譜關係，而不需先量測應力光學係數即可直接量測應力之量化材料未知應力與殘餘應力之裝置及其方式，便成為相關廠商以及相關研發人員所共同努力的目標。
本發明人有鑑於使用傳統式光彈法難以精確量化材料內未知應力與殘餘應力的缺點，乃積極著手進行開發，以期可以改進上述既有之缺點，經過不斷地試驗及努力，終於開發出本發明。
本發明之主要目的，係提供一種量化材料未知應力與殘餘應力之裝置，該裝置係用以量化一待測物的未知應力與殘餘應力。
為了達成上述之目的，本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之裝置係用以量化一待測物之未知應力與殘餘應力，該量化材料未知應力與殘餘應力之裝置係包括：一光源，係用以產生多波長或單波長之光；一偏光鏡，係設置於該光源前方，且其一面係面對該光源以使光產生偏振；一第一四分之一波片，係設置於該偏光鏡前方，且其一面係面對該光源以使光產生圓偏振；一標準試片，其材質係與該待測物相同且無未知應力與殘餘應力，其係設置於該第一四分之一波片前方，且其一面係面對該第一四分之一波片之另一面；一第二四分之一波片，係設置於該標準試片前方，且其一面係面對該標準試片之另一面；一檢光鏡，係設置於該第二四分之一波片前方，且其一面係面對該第二四分之一波片之另一面；一施載單元，係用以施載該標準試片；一光譜儀，係設置於該檢光鏡前方，係用以記錄從該檢光鏡穿透之光的光強，並得到該標準試片對應該光源之波長下之穿透率光譜；以及一檢測模組，係與該光譜儀連結，其藉由該光譜儀得到之該標準試片對應該光源之波長下之穿透率光譜，得到該標準試片之應力量化公式，並以該標準試片之應力量化公式搭配該待測物之正規化穿透率，求得該待測物之應力分佈。
本發明之次要目的，係提供二種量化材料未知應力與殘餘應力之方法。
為了達成上述之目的，本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之方法之第一實施例，係使用如上述之量化材料未知應力與殘餘應力之裝置，其用以量化一待測物之未知應力與殘餘應力，該量化材料未知應力與殘餘應力之方法係包括下列步驟：施載該標準試片；記錄從該檢光鏡穿透之光的光強，以得到該標準試片對應該光源之波長下之穿透率光譜；重覆該施載步驟以及該記錄步驟，以記錄應力對應穿透率於該光源之波長下之變化關係；正規化該應力對應穿透率於該光源之波長下之變化關係；利用該應力對應正規化穿透率於該光源之波長下之變化關係，以正弦函數擬合方式得到正規化穿透率值於該光源波長下對應應力之關係；以線性函數擬合方式得到該正規化穿透率值對應應力與該光源之波長之關係；利用該正規化穿透率值對應應力與該光源之波長之關係，以比例方式推得第一應力量化公式；以及利用該第一應力量化公式、該光源之波長以及對應該波長下該待測物之正規化穿透率，得到該待測物之應力分佈。
本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之方法之第二實施例，係使用如上述之量化材料未知應力與殘餘應力之裝置，其用以量化一待測物之未知應力與殘餘應力，該量化材料未知應力與殘餘應力之方法係包括下列步驟：施載該標準試片；記錄從該檢光鏡穿透之光的光強，以得到該標準試片對應該光源之波長下之穿透率光譜；重覆該施載步驟以及該記錄步驟以記錄應力對應穿透率於該光源之波長下之變化關係；正規化該應力對應穿透率於該光源之波長下之變化關係；求得正規化穿透率光譜之現光波長變化量與應力變化量間之關係；利用該正規化穿透率光譜之現光波長變化量與應力變化量間之關係，並選擇一已知應力，以及該已知應力對應正規化穿透率光譜之現光波長，得到該標準試片之第二應力量化公式；以及利用該標準試片之第二應力量化公式以及該待測物正規化穿透率光譜對應之現光波長，得到該待測物之應力分佈。
透過上述之裝置以及方法，可建立系統性的應力與光譜關係，而達到精確量化材料之未知應力與殘餘應力的目標。
為使熟悉該項技藝人士瞭解本發明之目的，兹配合圖式將本發明之較佳實施例詳細說明如下。
請參考第一圖所示，本發明之一種量化材料未知應力與殘餘應力之裝置(1)，係用以量化一待測物(圖未示)之未知應力與殘餘應力，該待測物係為光學雙折射性材料或暫態光學雙折射性材料，該量化材料未知應力與殘餘應力之裝置(1)係包括：一光源(10)，係用以產生多波長或單波長之光；一偏光鏡(11)，係設置於該光源(10)前方，且其一面係面對該光源(10)以使光產生偏振；一第一四分之一波片(12)，係設置於該偏光鏡(11)前方，且其一面係面對該光源(10)以使光產生圓偏振；一標準試片(13)，其材質係與該待測物相同且無未知應力與殘餘應力，其係設置於該第一四分之一波片(12)前方，且其一面係面對該第一四分之一波片(12)之另一面；一第二四分之一波片(14)，係設置於該標準試片(13)前方，且其一面係面對該標準試片(13)之另一面；一檢光鏡(15)，係設置於該第二四分之一波片(14)前方，且其一面係面對該第二四分之一波片(14)之另一面；一施載單元(16)，係用以施載該標準試片(13)；一光譜儀(17)，係設置於該檢光鏡(15)前方，係用以記錄從該檢光鏡(15)穿透之光的光強，並得到該標準試片(13)對應該光源(10)之波長下之穿透率光譜；以及一檢測模組(18)，係與該光譜儀(17)連結，其藉由該光譜儀(17)得到之該標準試片(13)對應該光源(10)之波長下之穿透率光譜，得到該標準試片(13)之應力量化公式，並利用該標準試片(13)之應力量化公式搭配該待測物之正規化穿透率，得到該待測物之應力分佈。
上述之該光源(10)、該偏光鏡(11)、該第一四分之一波片(12)、該標準試片(13)、該第二四分之一波片(14)以及該檢光鏡(15)係形成一圓偏振暗場。
其中，該光源(10)產生之光為一多波長光或一單色光。
其中，該標準試片(13)係為一雙折射材料基板，在本發明之一較佳實施例中，該雙折射材料基板係為玻璃基板；該施載單元(16)為一步進馬達施載架、一手動施載架、一加熱施載單元、一溼度施載單元或一空氣壓力施載單元；該檢測模組(18)為一電腦。
在本發明之一較佳實施例中，該檢測模組(18)係利用持續施載該標準試片(13)、記錄從該檢光鏡(15)穿透之光的光強，以得到該標準試片(13)對應該光源(10)之波長下之穿透率光譜、記錄應力對應穿透率於該光源(10)之波長下之變化關係、正規化該應力對應穿透率於該光源(10)之波長下之變化關係、利用該應力對應正規化穿透率於該光源(10)之波長下之變化關係，以正弦函數擬合方式得到正規化穿透率值於該光源(10)之波長下對應應力之關係、以線性函數擬合方式得到該正規化穿透率值對應應力與該光源(10)之波長之關係以及利用該正規化穿透率值對應應力與該光源(10)之波長之關係得到該標準試片(13)之第一應力量化公式，最後利用該第一應力量化公式、該光源(10)之波長以及對應該波長下該待測物之正規化穿透率，得到該待測物之應力分佈。
但本發明並不以此為限，在本發明之另一實施例中，該檢測模組(18)係利用持續施載該標準試片(13)、記錄從該檢光鏡(15)穿透之光的光強，以得到該標準試片(13)對應該光源(10)之波長下之穿透率光譜、重覆該施載步驟以及該記錄步驟以記錄應力對應穿透率於該光源(10)之波長下之變化關係、正規化該應力對應穿透率於該光源(10)之波長下之變化關係、並求得正規化穿透率光譜之現光波長變化量與應力變化量間之關係、利用該正規化穿透率光譜之現光波長變化量與應力變化量間之關係，並選擇一已知應力，以及該已知應力對應正規化穿透率光譜之現光波長，以得到該標準試片(13)之第二應力量化公式，最後利用該標準試片(13)之第二應力量化公式以及該待測物正規化穿透率光譜對應之現光波長，得到該待測物之應力分佈。其中該現光波長係為正規化穿透率光譜中存在最靠近光源最短波長之波峰峰值處所對應之波長值，若正規化穿透率光譜中未存在明顯波峰則以正規化穿透率為百分之五十處對應之波長值作為現光波長。
此外，若該待測物之正規化穿透率為未知，則以該待測物取代該標準試片(13)，再利用該光譜儀(17)記錄從該檢光鏡(15)穿透之光的光強，並得到該待測物對應該光源(10)之波長下之穿透率光譜，進而藉由該檢測模組(18)求得該待測物之正規化穿透率。
請參考第一以及二圖所示，本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之方法之第一實施例(2)係使用如上述之量化材料未知應力與殘餘應力之裝置(1)來量化一待測物之未知應力與殘餘應力，該量化材料未知應力與殘餘應力之方法之第一實施例(2)係包括下列步驟：步驟201：施載該標準試片(13)；步驟202：記錄從該檢光鏡(15)穿透之光的光強，以得到該標準試片(13)對應該光源(10)之波長下之穿透率光譜；步驟203：重覆該步驟201以及該步驟202以記錄應力對應穿透率於該光源(10)之波長下之變化關係；步驟204：正規化該應力對應穿透率於該光源(10)之波長下之變化關係；步驟205：利用該應力對應正規化穿透率於該光源(10)之波長下之變化關係，以正弦函數擬合方式得到正規化穿透率值於該光源波長下對應應力之關係；步驟206：以線性函數擬合方式得到該正規化穿透率值對應應力與該光源(10)之波長之關係；步驟207：利用該正規化穿透率值對應應力與該光源(10)之波長之關係，以比例方式推得第一應力量化公式；步驟208：利用該第一應力量化公式、該光源(10)之波長以及對應該波長下該待測物之正規化穿透率，得到該待測物之應力分佈。
其中，該步驟202係利用該光譜儀(17)記錄從該檢光鏡(15)穿透之光的光強。
該步驟206中，該正規化穿透率值係為百分之百、百分之九十九或百分之五十，但本發明並不以此為限，在本發明之其它實施例中，該正規化穿透率值係為任何比例值。
該步驟208中，若該光源(10)為單色光，則直接得到該待測物之應力分佈；若該光源(10)為多波長光源，該檢測模組(18)則會計算複數應力，再對該等應力取平均值求得該待測物之應力分佈。
請參考第一以及三圖所示，若該待測物之正規化穿透率為未知，則本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之方法之第一實施例(2)更包括一步驟209：以該待測物取代該標準試片(13)，再記錄從該檢光鏡(15)穿透之光的光強，並得到該待測物對應該光源(10)之波長下之穿透率光譜，進而求得該待測物之正規化穿透率，在本發明之一較佳實施例中，該步驟209係執行於該步驟207之後。
請參考第一以及四圖所示，本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之方法之第二實施例(3)係使用如上述之量化材料未知應力與殘餘應力之裝置(1)來量化一待測物之未知應力與殘餘應力，該量化材料未知應力與殘餘應力之方法之第二實施例(3)係包括下列步驟：步驟301：施載該標準試片(13)；步驟302：記錄從該檢光鏡(15)穿透之光的光強，以得到該標準試片(13)對應該光源(10)之波長下之穿透率光譜；步驟303：重覆該步驟301以及該步驟302以記錄應力對應穿透率於該光源之波長下之變化關係；步驟304：正規化該應力對應穿透率於該光源(10)之波長下之變化關係；步驟305：求得正規化穿透率光譜之現光波長變化量與應力變化量間之關係；步驟306：利用該正規化穿透率光譜之現光波長變化量與應力變化量間之關係，並選擇一已知應力，該已知應力對應正規化穿透率光譜之現光波長，得到該標準試片(13)之第二應力量化公式；以及步驟307：利用該標準試片(13)之第二應力量化公式以及該待測物正規化穿透率光譜對應之現光波長，得到該待測物之應力分佈。
其中，該步驟302係利用該光譜儀(17)記錄從該檢光鏡(15)穿透之光的光強。
請參考第一以及五圖所示，若該待測物之正規化穿透率為未知，則本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之方法之第二實施例(3)更包括一步驟308：以該待測物取代該標準試片(13)，再記錄從該檢光鏡(15)穿透之光的光強，並得到該待測物對應該光源(10)之波長下之穿透率光譜，進而求得該待測物之正規化穿透率，在本發明之一較佳實施例中，該步驟308係執行於該步驟306之後。
請參考第一、三以及第六A至第九圖所示，為了讓貴審查委員更容易瞭解本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之方法之第一實施例(2)，特舉一實施例說明如下：本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之裝置於量測一待測物之未知應力與殘餘應力時，係先將一材質與該待測物相同之標準試片(13)放入該第一四分之一波片(12)以及該第二四分之一波片(14)之間，再藉由該施載單元(16)施載該標準試片(12)，透過該光源(10)所產生之光的照射後，使該標準試片(13)因應力而產生光彈效應之折射，並經由該光譜儀(17)將光強記錄下來，以得到該標準試片(13)對應該光源(10)之波長下之正規化穿透率光譜。
在第六B圖中，波長400奈米，以應力值約為8.5百萬巴斯卡為起點，可看到正規化穿透率(Tn,λ)為1之等色線(紅色)，由正規化穿透率公式：Tn,λ=sin2(Nπ)，可知此處條紋級次(N)等於0.5，同理，在波長400奈米，應力值約為17百萬巴斯卡時，正規化穿透率(Tn,λ)為0之等色線(深藍色)代表條紋級次(N)等於1；也就是說明，以第六B圖中某一應力值為起點，相同正規化穿透率(Tn,λ)之連線代表等條紋級次線。此外，由第六B圖更可發現相同正規化穿透率(Tn,λ)之連線(等條紋級次線)近似直線，然後進行正弦函數擬合得到正規化穿透率值於該光源波長下對應應力之關係，即可將於該光源波長下正規化穿透率(Tn,λ)為1，正規化穿透率(Tn,λ)為0.9和正規化穿透率(Tn,λ)為0.8的值分別取出，並繪圖如第七圖所示。T(1)、T(0.9)和T(0.8)分別代表正規化穿透率(Tn,λ)為1，正規化穿透率(Tn,λ)為0.9和正規化穿透率(Tn,λ)為0.8的資料點，三筆資料點經一維線性函數擬合後，相關程度皆高於99%，因此可以假設相同正規化穿透率(Tn,λ)的點落在應力對應波長圖的直線上。將正規化穿透率(Tn,λ)為1，正規化穿透率(Tn,λ)為0.9和正規化穿透率(Tn,λ)為0.8之擬合直線標示在第六B圖，如灰色直線所示。
值得注意的是，正規化穿透率(Tn,λ)為1的位置是正弦平方函數半週期的位置，第七圖中擬合的T(1)直線如灰色直線正規化穿透率(Tn,λ)為1所標示，利用正規化穿透率(Tn,λ)為1之直線可將第八圖之三維圖之方程式計算出來。
本發明之一實施例中，係利用線性函數擬合正規化穿透率(Tn,λ)為1之直線以計算第八圖之三維圖之方程式，係使用正規化穿透率(Tn,λ)為1之直線，如第七圖所示正規化穿透率(Tn,λ)為1之擬合直線方程式為：Sλ=0.0236λ-2.0156，其中Sλ為波長λ時正規化穿透率(Tn,λ)為1時的應力值。
以波長為400奈米為例，S400為波長400奈米時正規化穿透率(Tn,λ)為1時的應力值，其等於8.504百萬巴斯卡為正弦平方函數半週期，如第九圖所示，利用S400所表示之正弦平方函數為：
其中，S為該待測物之應力。
同理，將其它波長都利用上述方式分析，可得利用Sλ所表示之正弦平方函數為：
將正規化穿透率(Tn,λ)為1之擬合直線方程式代入利用Sλ所表示之正弦平方函數可得：
將正規化穿透率(Tn,λ)開根號取反正弦函數，移項化簡後可將該待測物之應力(S)以正規化穿透率(Tn,λ)為及該光源(10)之波長(λ)表示，而得到該標準試片之第一應力量化公式(F1)：
若已知對應該光源(10)之波長下該待測物之正規化穿透率(Tn,λ)以及該光源(10)之波長，則直接代入對應該波長下該待測物之正規化穿透率(Tn,λ)以及該光源(10)之波長(λ)，即可得到該待測物之應力分佈。
請參考第一、五以及十圖所示，為了讓 貴審查委員更容易瞭解本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之方法之第二實施例(3)，特舉一實施例說明如下：本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之裝置於量測一待測物之未知應力與殘餘應力時，係先將一材質與該待測物相同之標準試片(13)放入該第一四分之一波片(12)以及該第二四分之一波片(14)之間，再藉由該施載單元(16)施載該標準試片(12)，透過該光源(10)所產生不同波長之光的照射後，使該標準試片(13)因應力而產生光彈效應之折射，並經由該光譜儀(17)將光強記錄下來，以得到該標準試片(13)之對應該光源(10)之波長下之穿透率光譜，然後重覆進行前述施載與記錄光強之步驟，以記錄應力對應穿透率於該光源(10)之波長下之變化關係，正規化該應力對應穿透率於該光源(10)之波長下之變化關係，並求得正規化穿透率光譜之現光波長變化量與應力變化量間之關係，最後，利用該正規化穿透率光譜之現光波長變化量與應力變化量間之關係，並選擇一已知應力，並再利用該已知應力對應正規化穿透率光譜之現光波長，得到該標準試片(13)之第二應力量化公式(F2)；在本發明之一較佳實施例中，所得到正規化穿透率光譜之現光波長變化量與應力變化量間之關係係為：
Δλ=K i ‧Δσ
其中，Δλ代表兩正規化穿透率光譜之現光波長之差異量，Δσ代表該等正規化穿透率光譜對應應力之差異量，Ki代表現光波長變化量與應力變化量間之關係中關係式之係數，單位為公尺(meter)/巴斯卡(Pascal)，i代表對應該光源(10)之波長下正規化穿透率光譜中存在之波峰數目，Ki可以下式計算
其中，n為在波峰數目i下之總數據數，p則代表第p組相鄰之兩數據。
因此，利用已求得之正規化穿透率光譜之現光波長變化量與應力變化量間之關係，所得到該標準試片之第二應力量化公式(F2)係為：
σ m =(λ m -λ b )/K i +σ b ；
其中，σb代表所選擇之已知應力，λb代表該已知應力(σb)對應正規化穿透率光譜之現光波長。
請參考第十圖所示，由於該待測物正規化穿透率光譜對應之現光波長(λm)、該正規化穿透率光譜之現光波長變化量與應力變化量間之關係中關係式之係數(Ki)、該已知應力(σb)以及該已知應力(σb)對應正規化穿透率光譜之現光波長(λb)為已知，因此可得到該待測物之應力分佈。
透過上述之裝置以及方法，可建立系統性的應力與光譜關係，而非如先前技術比對應力間對應之光譜之相似性，進而精確量化一光學雙折射性或暫態光學雙折射性材料之未知應力與殘餘應力，並有效解決使用傳統式光彈法難以精確量化光學雙折射性或暫態光學雙折射性材料內未知應力與殘餘應力的問題。再者，其結構型態並非所屬技術領域中之人士所能輕易思及而達成者，實具有新穎性以及進步性無疑。
透過上述之詳細說明，即可充分顯示本發明之目的及功效上均具有實施之進步性，極具產業之利用性價值，且為目前市面上前所未見之新發明，完全符合發明專利要件，爰依法提出申請。唯以上所述著僅為本發明之較佳實施例而已，當不能用以限定本發明所實施之範圍。即凡依本發明專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請 貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。
(1)．．．量化材料未知應力與殘餘應力之裝置
(10)．．．光源
(11)．．．偏光鏡
(12)．．．第一四分之一波片
(13)．．．標準試片
(14)．．．第二四分之一波片
(15)．．．檢光鏡
(16)．．．施載單元
(17)．．．光譜儀
(18)．．．檢測模組
(2)．．．量化材料未知應力與殘餘應力之方法之第一實施例
201．．．步驟
202．．．步驟
203．．．步驟
204．．．步驟
205．．．步驟
206．．．步驟
207．．．步驟
208．．．步驟
209．．．步驟
(3)．．．量化材料未知應力與殘餘應力之方法之第二實施例
301．．．步驟
302．．．步驟
303．．．步驟
304．．．步驟
305．．．步驟
306．．．步驟
307．．．步驟
308．．．步驟
(F1,F2)．．．應力量化公式
(S)．．．該待測物之應力
(λ)．．．該光源之波長
(Tn,λ)．．．正規化穿透率
(N)．．．條紋級次
(Sλ)．．．波長λ時正規化穿透率為1時的應力值
(S400)．．．波長400奈米時正規化穿透率為1時的應力值
(σm)．．．該待測物之應力
(λm)．．．該待測物正規化穿透率光譜對應之現光波長
(Ki)．．．正規化穿透率光譜之現光波長變化量與應力變化量間之關係中關係式之係數
(i)．．．波峰數目
(σb)．．．所選擇之已知應力
(λb)．．．該已知應力對應正規化穿透率光譜之現光波長
(Δλ)．．．兩正規化穿透率光譜之現光波長之差異量
(Δσ)．．．兩正規化穿透率光譜對應應力之差異量
(n)．．．為在波峰數目i下之總數據數
(p)．．．第p組相鄰之兩數據
第一圖係本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之裝置的示意圖。
第二圖係本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之方法的第一實施例之方法流程圖。
第三圖係本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之方法的第一實施例之細部方法流程圖。
第四圖係本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之方法的第二實施例之方法流程圖。
第五圖係本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之方法的第二實施例之細部方法流程圖。
第六A圖係本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之方法的第一實施例之正規化穿透率對應應力與波長三維立體圖。
第六B圖係本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之方法的第一實施例之正規化穿透率對應應力與波長三維俯視圖。
第七圖係本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之方法的第一實施例之正規化穿透率為1、0.9及0.8之直線及擬合直線圖。
第八圖係本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之方法的第一實施例之擬合正規化穿透率為1的直線與三維穿透率圖的位置關係。
第九圖係本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之方法的第一實施例之波長400奈米下正規化穿透率對應應力示意圖。
第十圖係本發明之量化材料未知應力與殘餘應力之方法的第二實施例之第二應力量化公式量化應力之示意圖。
(1)．．．量化材料未知應力與殘餘應力之裝置
(10)．．．光源
(11)．．．偏光鏡
(12)．．．第一四分之一波片
(13)．．．標準試片
(14)．．．第二四分之一波片
(15)．．．檢光鏡
(16)．．．施載單元
(17)．．．光譜儀
(18)．．．檢測模組
Claims (10)
- 一種量化材料未知應力與殘餘應力之裝置，係用以量化一待測物之未知應力與殘餘應力，該待測物係為光學雙折射性材料或暫態光學雙折射性材料，該量化材料未知應力與殘餘應力之裝置係包括：一光源，係用以產生多波長或單波長之光；一偏光鏡，係設置於該光源前方，且其一面係面對該光源以使光產生偏振；一第一四分之一波片，係設置於該偏光鏡前方，且其一面係面對該光源以使光產生圓偏振；一標準試片，其材質係與該待測物相同且無未知應力與殘餘應力，其係設置於該第一四分之一波片前方，且其一面係面對該第一四分之一波片之另一面；一第二四分之一波片，係設置於該標準試片前方，且其一面係面對該標準試片之另一面；一檢光鏡，係設置於該第二四分之一波片前方，且其一面係面對該第二四分之一波片之另一面；一施載單元，係用以施載該標準試片；一光譜儀，係設置於該檢光鏡前方，係用以記錄從該檢光鏡穿透之光的光強，並得到該標準試片對應該光源之波長下之穿透率光譜；以及一檢測模組，係與該光譜儀連結，其藉由該光譜儀得到之該標準試片對應該光源之波長下之穿透率光譜，得到該標準試片之應力量化公式，並以該標準試片之應力量化公式搭配該待測物之正規化穿透率，求得該待測物之應力分佈。
- 如申請專利範圍第1項所述之量化材料未知應力與殘餘應力之裝置，其中，該檢測模組係利用持續施載該標準試片、記錄從該檢光鏡穿透之光的光強，以得到該標準試片對應該光源之波長下之穿透率光譜、記錄應力對應穿透率於該光源之波長下之變化關係、正規化該應力對應穿透率於該光源之波長下之變化關係、利用該應力對應正規化穿透率於該光源之波長下之變化關係，以正弦函數擬合方式得到正規化穿透率值於該光源波長下對應應力之關係、以線性函數擬合方式得到該正規化穿透率值對應應力與該光源之波長之關係以及利用該穿透率值對應應力與該光源之波長之關係以比例方式推得第一應力量化公式。
- 如申請專利範圍第1項所述之量化材料未知應力與殘餘應力之裝置，其中，該檢測模組係利用持續施載該標準試片、記錄從該檢光鏡穿透之光的光強，以得到該標準試片對應該光源之波長下之穿透率光譜、重覆該施載步驟以及該記錄步驟以記錄應力對應穿透率於該光源之波長下之變化關係、正規化該應力對應穿透率於該光源之波長下之變化關係、並求得正規化穿透率光譜之現光波長變化量與應力變化量間之關係、利用該正規化穿透率光譜之現光波長變化量與應力變化量間之關係，並選擇一已知應力，以及該已知應力對應正規化穿透率光譜之現光波長，以得到該標準試片之第二應力量化公式。
- 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之量化材料未知應力與殘餘應力之裝置，其中，若該待測物之正規化穿透率為未知，則該檢測模組係藉由以該待測物取代該標準試片，再利用光譜儀記錄從該檢光鏡穿透之光的光強，並得到之該待測物對應該光源之波長下之穿透率光譜，進而藉由該檢測模組求得該待測物之正規化穿透率。
- 如申請專利範圍第2項所述之量化材料未知應力與殘餘應力之裝置，其中，該光源產生之光為一多波長光或一單色光，且若該光源為單色光，則直接得到該待測物之應力分佈；若該光源為多波長光源，該檢測模組則會計算複數應力，再對該等應力取平均值求得該待測物之應力分佈。
- 如申請專利範圍第3項所述之量化材料未知應力與殘餘應力之裝置，其中，該光源產生之光為一多波長光，該檢測模組則直接得到該待測物之應力分佈。
- 一種使用如申請專利範圍第1項所述之量化材料未知應力與殘餘應力之裝置的量化材料未知應力與殘餘應力之方法，係用以量化一待測物之未知應力與殘餘應力，該待測物係為光學雙折射性材料或暫態光學雙折射性材料，該量化材料未知應力與殘餘應力之方法係包括下列步驟：施載該標準試片；記錄從該檢光鏡穿透之光的光強，以得到該標準試片對應該光源之波長下之穿透率光譜；重覆該施載步驟以及該記錄步驟，以記錄應力對應穿透率於該光源之波長下之變化關係；正規化該應力對應穿透率於該光源之波長下之變化關係；利用該應力對應正規化穿透率於該光源之波長下之變化關係，以正弦函數擬合方式得到正規化穿透率值於該光源波長下對應應力之關係；以線性函數擬合方式得到該正規化穿透率值對應應力與該光源之波長之關係；利用該正規化穿透率值對應應力與該光源之波長之關係，以比例方式推得第一應力量化公式；以及利用該第一應力量化公式、該光源之波長以及對應該波長下該待測物之正規化穿透率，得到該待測物之應力分佈。
- 如申請專利範圍第7項所述之量化材料未知應力與殘餘應力之方法，更包括一步驟：以該待測物取代該標準試片，再記錄從該檢光鏡穿透之光的光強，並得到該待測物對應該光源之波長下之穿透率光譜，進而求得該待測物之正規化穿透率。
- 一種使用如申請專利範圍第1項所述之量化材料未知應力與殘餘應力之裝置的量化材料未知應力與殘餘應力之方法，係用以量化一待測物之未知應力與殘餘應力，該待測物係為光學雙折射性材料或暫態光學雙折射性材料，該量化材料未知應力與殘餘應力之方法係包括下列步驟：施載該標準試片；記錄從該檢光鏡穿透之光的光強，以得到該標準試片對應該光源之波長下之穿透率光譜；重覆該施載步驟以及該記錄步驟以記錄應力對應穿透率於該光源之波長下之變化關係；正規化該應力對應穿透率於該光源之波長下之變化關係；求得正規化穿透率光譜之現光波長變化量與應力變化量間之關係；利用該正規化穿透率光譜之現光波長變化量與應力變化量間之關係，並選擇一已知應力，該已知應力對應正規化穿透率光譜之之現光波長，得到該標準試片之第二應力量化公式；以及利用該標準試片之第二應力量化公式以及該待測物正規化穿透率光譜對應之現光波長，得到該待測物之應力分佈。
- 如申請專利範圍第9項所述之量化材料未知應力與殘餘應力之方法，更包括一步驟：以該待測物取代該標準試片，再記錄從該檢光鏡穿透之光的光強，並得到該待測物對應該光源之波長下之穿透率光譜，進而求得該待測物之正規化穿透率。
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