TW202022362A - 殘留應力檢測裝置及其檢測方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種殘留應力檢測裝置及其檢驗方法，應用於針對曲面且有鍍膜的檢測件進行表面殘留應力之檢測計算，其結構包括：檢測件載具，用以固定檢測件，使檢測件上的待檢測點維持在最高點；X射線產生源，固定或沿一路徑向待檢測點照射X射線；檢測元件，包括移動機構，移動機構使所述檢測元件沿著在與X射線的入射方向正交的方向上延伸的路徑移動，使檢測元件在衍射X射線的位置接收檢測衍射X射線的強度；以及應力計算模組，其基於檢測元件檢測出的衍射X射線的強度峰值得到應變數值，並以演算式計算檢測件的殘留應力值。
Description
本發明係關於殘留應力檢測裝置及其檢測方法；更詳而言之，係一種曲面鍍膜的殘留應力檢測裝置及其檢測方法。
隨著加工產業、鍍膜技術、模具產業快速發展且朝高值化、高精度與功能性方向發展，因此於鍍膜壽命分析逐漸受到重視。殘留應力即為壽命分析重要指標之一，但因載具為多曲面幾何形狀，受形狀影響容易造成量測誤差與數值失真等問題。
而在殘留應力檢測方面分為接觸式與非破壞檢測，常用的接觸式殘留應力量測以盲孔法為主，但以鍍膜厚度為微米等級，盲孔法已不適用。因此鍍膜殘留應力量測逐漸以非破壞量測為主，而非破壞殘留應力量測則以X光繞射法為主流，且非破壞量測更能於任何製程與各使用階段進行量測，方便進行全面性掌控。但因為採用非接觸式量測，故工件載具、材料性質、幾何形狀、殘留應力計算參數皆會對量測數據造成影響。
殘留應力為判斷製程品質與材料使用壽命之重要依據，因工件使用形態，而逐漸以非破壞檢測為主，其中以X-
Ray繞射法為主流。目前X-Ray繞射法殘留應力量測原理皆以材料晶格受應力影響產生變形，搭配不同量測參數並以擬合法進行殘留應力運算。因此分為兩種量測方式：sin2 Ψ與cos α，sin2 Ψ量測參數包含旋轉角(ψ)、傾斜角(Ψ)等多種變數，適合小型試片與實驗室貴型設備；cos α以繞射環為變數且光源與偵測器皆為同一側，故適用大形工件與現場量測，但上述方法皆有以下缺點：1.殘留應力量測皆以平面形態為主，不適用於曲面；2.運算模式採用線性擬合法，曲面所造成的影響皆會造成量測數據失真。
本發明所欲解決的問題係在提出一殘留應力檢測裝置及一演算式，可適用於曲面形狀之鍍膜的殘留應力檢測，以解決現有檢測技術無法精準量化曲面鍍膜殘留應力值的問題。
為解決上述問題，本發明係揭露一種殘留應力檢測裝置，應用於針對一曲面且有鍍膜的檢測件進行表面殘留應力之檢測計算，其結構包括：一檢測件載具，用以固定該檢測件，使該檢測件上的一待檢測點維持在最高點；一X射線產生源，固定或沿一路徑向該待檢測點照射X射線；一檢測元件，包括一移動機構，該移動機構使所述檢測元件沿著在與該X射線的入射方向正交的方向上延伸的路徑移動，使該檢測元件在衍射X射線的位置接收檢測該衍射X射線的強度；以及一應力計算模組，其基於該檢測元件檢測出的衍射X射線的強度峰值得到一應變數值，並以一演算式計算該檢測件的殘留應力
值。
一種應用如上所述之殘留應力檢測裝置進行的殘留應力檢測方法，其步驟包括：將該檢測件固定於該檢測件載具，並將待檢測點調整至最高點；將該X射線產生源照射向該待檢測點；移動該檢測元件於與該X射線的入射方向正交的方向上延伸的路徑，並接收檢測該衍射X射線的強度得到一應變數值；以及透過該應力計算模組以該應變數值計算出該待檢測點的殘留應力值。
在上述之實施例中，該演算式為：
在上述的演算式中，σ f為鍍膜殘留應力，Ef為鍍膜楊氏係數，εXRD為本發明所述殘留應力檢測裝置得到之該應變數值，Es為基材楊氏係數，hs為基材厚度，hf為鍍膜厚度，k為待檢測點的曲率且x為待檢測點的深度位置。
在一實施例中，該檢測載具更包括一轉動機構，該轉動機構可使該檢測載具進行轉動以變化該檢測件接收X射線的入射方向。
在一實施例中，該檢測載具設置有一檢測件固定結構。
在上述之實施例中，該檢測固定結構為一固定槽以及一鎖固結構，將該檢測件鎖固於該固定槽中。
在上述實施例中，該檢測件固定結構更包括一水平高度調整結構。
在一實施例中，該水平高度調整結構為頂出形態，設置於該固定槽底部，透過頂出該檢測件端處的位置將待檢測點調整到最高點。
本發明之主要特點在於：1.本發明可適用於曲面鍍膜件的殘留應力值檢測；2.利用本發明所提出的應力計算模組與檢測件載具，亦可整合於現今使用的X射線產生儀器，不需增加大量成本；3.將待檢測點調整至最高點可降低檢測誤差、減少曲面影響因子，有效掌握幾何特性，突破待檢測點於曲面形狀偏移造成的檢測誤差。
接下來便結合圖式和具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更輕易理解本發明並加以實施運用。
1‧‧‧殘留應力檢測裝置
10‧‧‧檢測件
100‧‧‧基材層
101‧‧‧鍍膜層
11‧‧‧X射線產生源
110‧‧‧X射線
12‧‧‧檢測元件
120‧‧‧衍射X射線
13‧‧‧檢測件載具
130‧‧‧檢測件固定結構
1301‧‧‧固定槽
1302‧‧‧鎖固結構
1303‧‧‧水平高度調整結構
14‧‧‧應力計算模組
P‧‧‧路徑
hs‧‧‧基材厚度
hf‧‧‧鍍膜厚度
T‧‧‧待檢測點
ε‧‧‧應變數值
S1‧‧‧殘留應力檢測方法
S11~S14‧‧‧步驟
圖1A為本發明所述殘留應力檢測裝置之結構示意圖；圖1B為本發明所述殘留應力檢測裝置之檢測方式示意圖；圖1C為本發明所述之曲面鍍膜檢測件結構示意圖；圖2A為本發明一實施例之檢測件載具示意圖；圖2B為本發明另一實施例之檢測件載具示意圖；圖3為本發明所述殘留應力檢測方法之流程圖。
本發明揭露一種殘留應力檢測裝置1，如圖1A至圖1C所示，係應用於針對一曲面且有鍍膜的檢測件10進行表面殘留應力之檢測計算，其結構包括：一檢測件載具13，用以
固定該檢測件10，使該檢測件10上的一待檢測點T維持在最高點；一X射線產生源11，固定或沿一路徑P向該待檢測點T照射X射線110；一檢測元件12，包括一移動機構，該移動機構使所述檢測元件12能朝向與該X射線110的入射方向正交的方向沿該路徑P移動，換言之，路徑P同時與該X射線110的入射方向及衍射X射線120的射出方向正交，使該檢測元件12在衍射X射線120的位置接收檢測該衍射X射線120的強度；以及一應力計算模組14，其基於該檢測元件12檢測出的衍射X射線120的強度峰值得到一應變數值ε，並以一演算式計算該檢測件10的殘留應力值。
如圖1B所示，本發明所述之殘留應力檢測裝置進行的殘留應力檢測方法，其步驟包括：將該檢測件10固定於該檢測件載具13，並將待檢測點T調整至最高點；將該X射線110產生源11照射向該待檢測點T；如圖1A所示，沿路徑P移動該檢測元件12使該檢測元件12能朝向與該X射線110的入射方向正交的方向，並接收檢測該衍射X射線120的強度得到一應變數值ε；以及透過如圖1A所示之應力計算模組14以該應變數值ε計算出該待檢測點T的殘留應力值。
在上述的實施例中，該演算式為：
其中σf為鍍膜殘留應力，Ef為鍍膜楊氏係數，εXRD為本發明所述殘留應力檢測裝置得到之該應變數值，Es為基材楊氏係數，hs為基材厚度，hf為鍍膜厚度，k為待檢測點
T的曲率，且x為待檢測點T的深度位置。
在圖1B之實施例中，該檢測載具13設置有一檢測件固定結構130，並且，該檢測固定結構130為一固定槽1301以及一鎖固結構1302，將該檢測件10鎖固於該固定槽1301中。
在一實施例中，該檢測載具13更包括一轉動機構，該轉動機構可使該檢測載具13進行轉動以變化該檢測件10接收X射線110的入射方向。
在上述的一實施例中，所述轉動機構可為二維的360度轉動。
在上述的一實施例中，所述轉動機構可為三維的360度轉動。
藉由上述的殘留應力檢測裝置，當X射線110照射在檢測件10的待檢測點T上時，該檢測元件12可接收到衍射X射線120之強度，並取得一強度峰值進而得到該待檢測點T的一應變數值ε。
如圖1C所示，該經鍍膜的具有曲面之檢測件10依其結構可分為基材層100以及鍍膜層101，並且各自具有一基材厚度hs以及一鍍膜厚度hf，當透過本發明所述之檢測裝置及檢測方法取得該待檢測點T之應變數值ε後，即可代入演算式：
中計算出殘留應力值σf。
該演算式中的σf為鍍膜殘留應力，Ef為鍍膜楊氏係數，εXRD為本發明所述殘留應力檢測裝置得到之該應變數
值，Es為基材楊氏係數，hs為基材厚度，hf為鍍膜厚度，k為曲率，x為待檢測點T的深度位置。
續請參閱圖2A及圖2B，圖2A及圖2B係為本發明所述檢測件載具13之不同實施例示意圖。
如圖2A所示，本發明所述之檢測件載具13設置有一檢測件固定結構130，其中，該檢測固定結構130為一固定槽1301以及一鎖固結構1302，將該檢測件10鎖固於該固定槽1301中，以保持待檢測點T可如圖1B所示維持在最高點的位置，將待檢測點T維持於最高點可降低檢測誤差、減少曲面影響因子，有效掌握幾何特性，突破待檢測點於曲面形狀偏移造成的檢測誤差。
如圖2B所示，本發明所述之檢測件載具13設置有一檢測件固定結構130，其中，該檢測固定結構130為一固定槽1301、一鎖固結構1302以及一水平高度調整結構1303，該水平高度調整結構1303為頂出形態，設置於該固定槽1301底部，該水平高度調整結構1303透過頂出該檢測件10端處的位置將待檢測點T調整到最高點，進而降低檢測誤差、減少曲面影響因子，有效掌握幾何特性，突破待檢測點於曲面形狀偏移造成的檢測誤差。
續請參閱圖3，圖3為應用如上所述之殘留應力檢測裝置1進行的殘留應力檢測方法S1，其步驟包括：步驟S11：將該檢測件固定於該檢測件載具，並將待檢測點調整至最高點；步驟S12：將該X射線產生源照射向該待檢測點；
步驟S13：移動該檢測元件，使該檢測元件能朝向與該X射線的入射方向正交的方向，接收並檢測該衍射X射線的強度得到一應變數值；以及步驟S14：透過該應力計算模組以該應變數值計算出該待檢測點的殘留應力值。
在一實施例中，該檢測載具可轉動變化該檢測件接收X射線的入射方向，以檢測到該待檢測點於不同角度所衍射之X射線強度，進而取得該待檢測點準確之應變數值。
經上述方法取得之應變數值帶入以下演算式：
中計算出殘留應力值σf。
該演算式中的σf為鍍膜殘留應力，Ef為鍍膜楊氏係數，εXRD為本發明所述殘留應力檢測裝置得到之該應變數值，Es為基材楊氏係數，hs為基材厚度，hf為鍍膜厚度，k為待檢測點的曲率且x為待檢測點的深度位置。
經本發明所述之殘留應力檢測裝置及其檢測方法具有以下特點：1.本發明突破習知殘留應力檢測僅適用於平面檢測件的問題，可適用於曲面鍍膜件的殘留應力值檢測；2.利用本發明所提出的應力計算模組與檢測件載具，亦可整合於現今使用的X射線產生儀器，不需增加大量成本；3.將待檢測點調整至最高點可降低檢測誤差、減少曲面影響因子，有效掌握幾何特性，突破待檢測點於曲面形狀偏移造成的檢測誤差。
綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採
用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利申請範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明之專利範圍所涵蓋。
1‧‧‧殘留應力檢測裝置
10‧‧‧檢測件
11‧‧‧X射線產生源
110‧‧‧X射線
12‧‧‧檢測元件
120‧‧‧衍射X射線
13‧‧‧檢測件載具
14‧‧‧應力計算模組
P‧‧‧路徑
Claims (9)
- 一種殘留應力檢測裝置，應用於針對一曲面且有鍍膜的檢測件進行表面殘留應力之檢測計算，其結構包括：一檢測件載具，用以固定該檢測件，使該檢測件上的一待檢測點維持在最高點；一X射線產生源，固定或沿一路徑向該待檢測點照射X射線；一檢測元件，包括一移動機構，該移動機構使所述檢測元件沿該路徑移動，使該檢測元件能朝向與該X射線的入射方向正交的方向接收檢測一衍射X射線的強度；以及一應力計算模組，其基於該檢測元件檢測出的該衍射X射線的強度峰值得到一應變數值，並以一演算式計算該檢測件的殘留應力值。
- 如申請專利範圍第1項所述之殘留應力檢測裝置，其中，該演算式為：
- 如申請專利範圍第1項所述之殘留應力檢測裝置，其中， 該檢測載具更包括一轉動機構，該轉動機構可使該檢測載具進行轉動以變化該檢測件接收X射線的入射方向。
- 如申請專利範圍第1項所述之殘留應力檢測裝置，其中，該檢測載具設置有一檢測件固定結構。
- 如申請專利範圍第4項所述之殘留應力檢測裝置，其中，該檢測固定結構為一固定槽以及一鎖固結構，將該檢測件鎖固於該固定槽中。
- 如申請專利範圍第4或第5項所述之殘留應力檢測裝置，其中，該檢測件固定結構更包括一水平高度調整結構。
- 如申請專利範圍第6項所述之殘留應力檢測裝置，其中，該水平高度調整結構為頂出形態，設置於該固定槽底部，透過頂出該檢測件端處的位置將待檢測點調整到最高點。
- 一種曲面鍍膜的殘留應力檢測方法，其步驟包括：提供一具曲面鍍膜的待檢測件，並將位於該鍍膜上的一待檢測點調整至最高點；以一X射線產生源向該待檢測點照射一X射線；使一檢測元件能朝向與該X射線的入射方向正交的方向，並接收檢測一衍射X射線的強度得到一應變數值；以及以該應變數值及一演算式計算出該待檢測點的殘留應力值。
- 如申請專利範圍第8項所述之殘留應力檢測方法，其中，該演算式為：
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|---|---|---|---|
| TW107143473A TWI669501B (zh) | 2018-12-04 | 2018-12-04 | Residual stress detecting device and detecting method thereof |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI772213B (zh) * | 2021-10-27 | 2022-07-21 | 逢甲大學 | 用於檢測12吋晶圓之表面輪廓和薄膜殘留應力之系統 |
Families Citing this family (2)
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2018
- 2018-12-04 TW TW107143473A patent/TWI669501B/zh active
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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