專利名稱：量化材料未知應(yīng)力與殘余應(yīng)力的裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置及其方法，特別涉及ー種通過光譜儀記錄材料穿透率變化，建立應(yīng)カ對應(yīng)穿透率于該光源的波長下的變化關(guān)系，以求得應(yīng)力量化公式，進(jìn)而量化材料的未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置及其方法。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管液晶顯不器(ThinFilm Transistor-Liquid Crystal Display,TFT-IXD)被列為臺灣兩兆雙星產(chǎn)業(yè)之一，顯示器的制造技術(shù)不斷地提升，然而在追求薄膜晶體管液晶顯示器的輕及薄過程中，ー個特殊的問題，Mura，意指為顯示器亮度不均勻造成各種痕跡的現(xiàn)象，也同時浮現(xiàn)出來，造成Mura現(xiàn)象的成因很多，大致上可分為顯示単元(Cell Unit)和背光模塊(Backlight Unit)的組件缺陷所造成,然而薄膜晶體管液晶顯示 器中玻璃基板在制程上無可避免的殘留應(yīng)カ也為成因之一。因此，如何量測殘留應(yīng)カ般低階的應(yīng)力便成為重要的議題。光彈法為一具有實(shí)時性、全局性、高靈敏度及非破壞性的應(yīng)カ檢測方法，主要為應(yīng)用待測物本身的光學(xué)雙折射特性或瞬時光學(xué)雙折射特性，前者為待測物光軸(OpticalAxis)方向的折射率與正交光軸方向的折射率不同，而后者為待測物因受カ狀態(tài)下而產(chǎn)生前述的光學(xué)雙折射特性現(xiàn)象。然而，在傳統(tǒng)式光彈法中，材料應(yīng)カ的量化方式遵從應(yīng)力-光學(xué)定律(Stress-Optic Law),為通過分析光強(qiáng)值從中擷取光彈條紋級次,并由已預(yù)知的應(yīng)カ光學(xué)系數(shù)，以及已預(yù)知的光源波長值，進(jìn)而推算材料的應(yīng)カ值，故此量化方式必須由不同量測系統(tǒng)來預(yù)先得到前述的已預(yù)知參數(shù)，其會導(dǎo)致不同系統(tǒng)的誤差互相迭積，不利于精確地量化材料應(yīng)力。再者，已預(yù)知參數(shù)彼此間未必獨(dú)立，已預(yù)知參數(shù)與應(yīng)カ值間也未必獨(dú)立，此現(xiàn)象尤其可能發(fā)生在材料受應(yīng)カ值較低之情形下，如未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ，此量化方式將造成應(yīng)カ值推算錯誤，故已不適用于精確地量化材料低應(yīng)カ值。且傳統(tǒng)式光彈法中常使用之全局性取像設(shè)備，無法有效呈現(xiàn)不同色光間的光強(qiáng)值。再者，先前技術(shù)中也有利用已知應(yīng)力對應(yīng)的光譜與待測應(yīng)カ對應(yīng)的光譜做相似性比對,一旦比對成功，則可知待測應(yīng)カ為比對的已知應(yīng)力，然而比對需要大量的處理時間，且若未知應(yīng)カ對應(yīng)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(chǎn)生誤差，換句話說，由于這種比對法并未能建立系統(tǒng)性的應(yīng)カ與光譜關(guān)系，因此只能量測與前處理中制作多組已知應(yīng)カ相同之應(yīng)力，一旦不同即會產(chǎn)生無法準(zhǔn)確量測的誤差，因為沒有和未知應(yīng)カ相同的已知應(yīng)力可以被求得，因此必須要有應(yīng)カ間距非常密的已知應(yīng)カ光譜才能確保量測準(zhǔn)確。此外，前述技術(shù)皆為量測條紋級次或延遲量，必須通過應(yīng)カ光學(xué)定律來轉(zhuǎn)換成應(yīng)カ值，故待測物之應(yīng)カ光學(xué)系數(shù)(Stress-Optic Coefficient)必須為已知,在快速檢測上較不實(shí)際，且應(yīng)力光學(xué)系數(shù)的量測誤差可能會迭積至應(yīng)カ的計算中，也進(jìn)而導(dǎo)致應(yīng)力量測的不準(zhǔn)確。
因此，如何設(shè)計出一利用不同色光的細(xì)微信息來更精確地量化材料應(yīng)カ值，且建立系統(tǒng)性的應(yīng)カ與光譜關(guān)系，而不需先量測應(yīng)カ光學(xué)系數(shù)即可直接量測應(yīng)カ的量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置及其方式，便成為相關(guān)廠商以及相關(guān)研發(fā)人員所共同努力的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人有鑒于使用傳統(tǒng)式光彈法難以精確量化材料內(nèi)未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的缺點(diǎn)，積極著手進(jìn)行開發(fā)，以期可以改進(jìn)前述現(xiàn)有的缺點(diǎn)，經(jīng)過不斷地試驗及努力，終于開發(fā)出本發(fā)明。本發(fā)明的主要目的在于提供一種量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置，該裝置用以量化ー待測物的未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ。為了達(dá)成前述的目的本發(fā)明量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置用以量化一待測物之未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ，該量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置包括一光源，用以產(chǎn)生多波長或單波長的光；—偏光鏡，設(shè)置于該光源前方，且其一面面對該光源以使光產(chǎn)生偏振；—第一四分之一波片，設(shè)置于該偏光鏡前方，且其一面面對該光源以使光產(chǎn)生圓偏振；ー標(biāo)準(zhǔn)試片，其材質(zhì)與該待測物相同且無未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)力，其設(shè)置于該第一四分之一波片前方，且其一面面對該第一四分之一波片的另一面；—第二四分之一波片，設(shè)置于該標(biāo)準(zhǔn)試片前方，且其一面面對該標(biāo)準(zhǔn)試片的另ー面；一檢光鏡，設(shè)置于該第二四分之一波片前方，且其一面面對該第二四分之一波片的另一面；一施載單元，用以施載該標(biāo)準(zhǔn)試片；一光譜儀，設(shè)置于該檢光鏡前方，用以記錄從該檢光鏡穿透的光的光強(qiáng)，并得到該標(biāo)準(zhǔn)試片對應(yīng)該光源的波長下的穿透率光譜；以及ー檢測模塊，與該光譜儀連結(jié)，其通過該光譜儀得到的該標(biāo)準(zhǔn)試片對應(yīng)該光源的波長下的穿透率光譜，得到該標(biāo)準(zhǔn)試片的應(yīng)力量化公式，并以該標(biāo)準(zhǔn)試片的應(yīng)力量化公式搭配該待測物的正規(guī)化穿透率，求得該待測物的應(yīng)カ分布。本發(fā)明次要目的在于提供ニ種量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法。為了達(dá)成前述目的本發(fā)明的量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法的第一實(shí)施例，使用如前述量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置，其用以量化ー待測物的未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)力，該量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法包括下列步驟施載該標(biāo)準(zhǔn)試片；記錄從該檢光鏡穿透之光的光強(qiáng)，以得到該標(biāo)準(zhǔn)試片對應(yīng)該光源的波長下的穿透率光譜；重復(fù)該施載步驟以及該記錄步驟，以記錄應(yīng)カ對應(yīng)穿透率于該光源的波長下的變化關(guān)系；正規(guī)化該應(yīng)カ對應(yīng)穿透率于該光源的波長下的變化關(guān)系；、
利用該應(yīng)カ對應(yīng)正規(guī)化穿透率于該光源的波長下的變化關(guān)系，以正弦函數(shù)擬合方式得到正規(guī)化穿透率值于該光源波長下對應(yīng)應(yīng)カ的關(guān)系；以線性函數(shù)擬合方式得到該正規(guī)化穿透率值對應(yīng)應(yīng)カ與該光源的波長的關(guān)系；利用該正規(guī)化穿透率值對應(yīng)應(yīng)カ與該光源的波長的關(guān)系，以比例方式推得第一應(yīng)力量化公式；以及利用該第一應(yīng)力量化公式、該光源的波長以及對應(yīng)該波長下該待測物的正規(guī)化穿透率，得到該待測物的應(yīng)カ分布。本發(fā)明的量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法的第二實(shí)施例，使用如前述之量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置，其用以量化ー待測物的未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)力，該量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法包括下列步驟 施載該標(biāo)準(zhǔn)試片；記錄從該檢光鏡穿透之光的光強(qiáng)，以得到該標(biāo)準(zhǔn)試片對應(yīng)該光源的波長下的穿透率光譜；重復(fù)該施載步驟以及該記錄步驟以記錄應(yīng)カ對應(yīng)穿透率于該光源的波長下的變化關(guān)系；正規(guī)化該應(yīng)カ對應(yīng)穿透率于該光源的波長下的變化關(guān)系；求得正規(guī)化穿透率光譜的現(xiàn)光波長變化量與應(yīng)カ變化量間的關(guān)系；利用該正規(guī)化穿透率光譜的現(xiàn)光波長變化量與應(yīng)カ變化量間的關(guān)系，并選擇一已知應(yīng)力，以及該已知應(yīng)力對應(yīng)正規(guī)化穿透率光譜的現(xiàn)光波長，得到該標(biāo)準(zhǔn)試片的第二應(yīng)カ量化公式；以及利用該標(biāo)準(zhǔn)試片的第二應(yīng)力量化公式以及該待測物正規(guī)化穿透率光譜對應(yīng)的現(xiàn)光波長，得到該待測物的應(yīng)カ分布。通過前述的裝置以及方法，可建立系統(tǒng)性的應(yīng)カ與光譜關(guān)系，而達(dá)到精確量化材料的未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的目標(biāo)。


圖I是本發(fā)明的量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置的示意圖。圖2是本發(fā)明量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法的第一實(shí)施例的方法流程圖。圖3是本發(fā)明量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ方法的第一實(shí)施例之細(xì)部方法流程圖。圖4是本發(fā)明量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法的第二實(shí)施例的方法流程圖。圖5是本發(fā)明量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法的第二實(shí)施例的細(xì)部方法流程圖。圖6A是本發(fā)明的量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法的第一實(shí)施例的正規(guī)化穿透率對應(yīng)應(yīng)力與波長三維立體圖。圖6B是本發(fā)明量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法的第一實(shí)施例的正規(guī)化穿透率對應(yīng)應(yīng)力與波長三維俯視圖。圖7是本發(fā)明量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法的第一實(shí)施例的正規(guī)化穿透率為I、0. 9及0. 8的直線及擬合直線圖。
圖8是本發(fā)明量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法的第一實(shí)施例的擬合正規(guī)化穿透率為I的直線與三維穿透率圖的位置關(guān)系。圖9是本發(fā)明量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法的第一實(shí)施例的波長400納米下正規(guī)化穿透率對應(yīng)應(yīng)力示意圖。圖10是本發(fā)明量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法的第二實(shí)施例的第二應(yīng)力量化公式量化應(yīng)カ的示意圖。附圖標(biāo)記說明I 量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置10 光源11 偏光鏡12 第一四分之一波片13 標(biāo)準(zhǔn)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 檢測模塊2 量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法的第一實(shí)施例步驟201步驟202步驟203步驟204步驟205步驟206步驟207步驟208步驟2093 量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法的第二實(shí)施例步驟301步驟302步驟303步驟304步驟305步驟306步驟307
步驟308Fl，F(xiàn)2應(yīng)力量化公式S 該待測物的應(yīng)カ入該光源的波長
Tn, A正規(guī)化穿透率N條紋級次Sa波長入時正規(guī)化穿透率為I時的應(yīng)カ值S400波長400內(nèi)米時正規(guī)化穿透率為I時的應(yīng)カ值Om該待測物的應(yīng)カAm該待測物正規(guī)化穿透率光譜對應(yīng)的現(xiàn)光波長Ki正規(guī)化穿透率光譜的現(xiàn)光波長變化量與應(yīng)カ變化量間的關(guān)系中關(guān)系式的系數(shù)I波峰數(shù)目Ob所選擇的已知應(yīng)力Ab該已知應(yīng)カ對應(yīng)正規(guī)化穿透率光譜的現(xiàn)光波長A A兩個正規(guī)化穿透率光譜的現(xiàn)光波長的差異量A O兩個正規(guī)化穿透率光譜對應(yīng)應(yīng)カ的差異量N為在波峰數(shù)目i下的總數(shù)據(jù)數(shù)P第P組相鄰的兩數(shù)據(jù)
具體實(shí)施例方式為了更加了解本發(fā)明，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明較佳實(shí)施例，進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖I所示，本發(fā)明ー種量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置1，用以量化ー待測物(圖中未表不)的未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)力，該待測物為光學(xué)雙折射性材料或瞬時光學(xué)雙折射性材料，該量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置I包括一光源10，用以產(chǎn)生多波長或單波長的光；—偏光鏡11，設(shè)置于該光源10前方,且其一面面對該光源10以使光產(chǎn)生偏振；—第一四分之一波片12,設(shè)置于該偏光鏡11前方,且其一面面對該光源10以使光產(chǎn)生圓偏振；ー標(biāo)準(zhǔn)試片13，其材質(zhì)與該待測物相同且無未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)力，其設(shè)置于該第一四分之一波片12前方，且其一面面對該第一四分之一波片12的另一面；一第二四分之一波片14，設(shè)置于該標(biāo)準(zhǔn)試片13前方，且其一面面對該標(biāo)準(zhǔn)試片13的另一面；一檢光鏡15，設(shè)置于該第二四分之一波片14前方，且其一面面對該第二四分之一波片14的另一面；—施載單兀16,用以施載該標(biāo)準(zhǔn)試片13 ；一光譜儀17，設(shè)置于該檢光鏡15前方，用以記錄從該檢光鏡15穿透的光的光強(qiáng)，并得到該標(biāo)準(zhǔn)試片13對應(yīng)該光源10的波長下的穿透率光譜；以及ー檢測模塊18，與該光譜儀17連結(jié)，其通過該光譜儀17得到的該標(biāo)準(zhǔn)試片13對應(yīng)該光源10的波長下的穿透率光譜，得到該標(biāo)準(zhǔn)試片13的應(yīng)力量化公式，并利用該標(biāo)準(zhǔn)試片13的應(yīng)力量化公式搭配該待測物的正規(guī)化穿透率，得到該待測物的應(yīng)カ分布。前述該光源10、該偏光鏡11、該第一四分之一波片12、該標(biāo)準(zhǔn)試片13、該第二四分之一波片14以及該檢光鏡15形成一圓偏振暗場。
其中，該光源10產(chǎn)生的光為ー多波長光或一単色光。其中，該標(biāo)準(zhǔn)試片13為一雙折射材料基板,在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，該雙折射材料基板為玻璃基板；該施載單兀16為ー步進(jìn)馬達(dá)施載架、一手動施載架、一加熱施載單元、一濕度施載單元或一空氣壓カ施載單元；該檢測模塊18為ー計算機(jī)。在本發(fā)明ー較佳實(shí)施例中，該檢測模塊18利用持續(xù)施載該標(biāo)準(zhǔn)試片13、記錄從該檢光鏡15穿透的光的光強(qiáng)，以得到該標(biāo)準(zhǔn)試片13對應(yīng)該光源10的波長下的穿透率光譜、記錄應(yīng)力對應(yīng)穿透率于該光源10的波長下的變化關(guān)系、正規(guī)化該應(yīng)カ對應(yīng)穿透率于該光源10的波長下的變化關(guān)系、利用該應(yīng)カ對應(yīng)正規(guī)化穿透率于該光源10的波長下的變化關(guān)系，以正弦函數(shù)擬合方式得到正規(guī)化穿透率值于該光源10的波長下對應(yīng)應(yīng)カ的關(guān)系、以線性函數(shù)擬合方式得到該正規(guī)化穿透率值對應(yīng)應(yīng)カ與該光源10的波長的關(guān)系以及利用該正規(guī)化穿透率值對應(yīng)應(yīng)カ與該光源10的波長的關(guān)系得到該標(biāo)準(zhǔn)試片13的第一應(yīng)力量化公式，最后利用該第一應(yīng)力量化公式、該光源10的波長以及對應(yīng)該波長下該待測物的正規(guī)化穿透率，得到該待測物的應(yīng)カ分布。 但本發(fā)明并不以此為限，在本發(fā)明的另ー實(shí)施例中，該檢測模塊18利用持續(xù)施載該標(biāo)準(zhǔn)試片13、記錄從該檢光鏡15穿透的光的光強(qiáng)，以得到該標(biāo)準(zhǔn)試片13對應(yīng)該光源10的波長下的穿透率光譜、重復(fù)該施載步驟以及該記錄步驟以記錄應(yīng)カ對應(yīng)穿透率于該光源10的波長下的變化關(guān)系、正規(guī)化該應(yīng)カ對應(yīng)穿透率于該光源10的波長下的變化關(guān)系、并求得正規(guī)化穿透率光譜的現(xiàn)光波長變化量與應(yīng)カ變化量間的關(guān)系、利用該正規(guī)化穿透率光譜的現(xiàn)光波長變化量與應(yīng)カ變化量間的關(guān)系，并選擇一已知應(yīng)力，以及該已知應(yīng)カ對應(yīng)正規(guī)化穿透率光譜的現(xiàn)光波長，以得到該標(biāo)準(zhǔn)試片13的第二應(yīng)力量化公式，最后利用該標(biāo)準(zhǔn)試片13的第二應(yīng)力量化公式以及該待測物正規(guī)化穿透率光譜對應(yīng)的現(xiàn)光波長，得到該待測物的應(yīng)カ分布。其中該現(xiàn)光波長為正規(guī)化穿透率光譜中存在最靠近光源最短波長的波峰峰值處所對應(yīng)的波長值，若正規(guī)化穿透率光譜中未存在明顯波峰則以正規(guī)化穿透率為百分之五十處對應(yīng)的波長值作為現(xiàn)光波長。此外，若該待測物的正規(guī)化穿透率為未知，則以該待測物取代該標(biāo)準(zhǔn)試片13，再利用該光譜儀17記錄從該檢光鏡15穿透的光的光強(qiáng)，并得到該待測物對應(yīng)該光源10的波長下的穿透率光譜，進(jìn)而通過該檢測模塊18求得該待測物的正規(guī)化穿透率。如圖I及圖2所示，本發(fā)明量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法的第一實(shí)施例2使用如前述量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置I來量化ー待測物的未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)力，該量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法的第一實(shí)施例2包括下列步驟步驟201 :施載該標(biāo)準(zhǔn)試片13 ;步驟202 :記錄從該檢光鏡15穿透的光的光強(qiáng)，以得到該標(biāo)準(zhǔn)試片13對應(yīng)該光源10的波長下的穿透率光譜；步驟203 :重復(fù)該步驟201以及該步驟202以記錄應(yīng)カ對應(yīng)穿透率于該光源10的波長下的變化關(guān)系；步驟204 :正規(guī)化該應(yīng)カ對應(yīng)穿透率于該光源10的波長下的變化關(guān)系；步驟205 :利用該應(yīng)カ對應(yīng)正規(guī)化穿透率于該光源10的波長下的變化關(guān)系，以正弦函數(shù)擬合方式得到正規(guī)化穿透率值于該光源波長下對應(yīng)應(yīng)カ的關(guān)系；步驟206 :以線性函數(shù)擬合方式得到該正規(guī)化穿透率值對應(yīng)應(yīng)カ與該光源10的波長的關(guān)系；步驟207 :利用該正規(guī)化穿透率值對應(yīng)應(yīng)カ與該光源10的波長的關(guān)系，以比例方式推得第一應(yīng)力量化公式；步驟208 :利用該第一應(yīng)力量化公式、該光源10的波長以及對應(yīng)該波長下該待測物的正規(guī)化穿透率，得到該待測物的應(yīng)カ分布。其中，該步驟202利用該光譜儀17記錄從該檢光鏡15穿透的光的光強(qiáng)。該步驟206中，該正規(guī)化穿透率值為百分之百、百分之九十九或百分之五十，但本發(fā)明并不以此為限，在本發(fā)明其它實(shí)施例中，該正規(guī)化穿透率值為任何比例值。該步驟208中，若該光源10為単色光，則直接得到該待測物的應(yīng)カ分布；若該光源10為多波長光源，該檢測模塊18則會計算復(fù)數(shù)應(yīng)力，再對該等應(yīng)カ取平均值求得該待測物 的應(yīng)カ分布。如圖I以及圖3所示，若該待測物的正規(guī)化穿透率為未知，則本發(fā)明量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法之第一實(shí)施例2還包括以下步驟209 :以該待測物取代該標(biāo)準(zhǔn)試片13，再記錄從該檢光鏡15穿透的光的光強(qiáng)，并得到該待測物對應(yīng)該光源10的波長下的穿透率光譜，進(jìn)而求得該待測物的正規(guī)化穿透率，在本發(fā)明ー較佳實(shí)施例中，該步驟209執(zhí)行于該步驟207之后。如圖I以及圖4所示，本發(fā)明量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法的第二實(shí)施例3使用如前述量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置I來量化ー待測物的未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)力，該量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法的第二實(shí)施例3包括下列步驟步驟301 :施載該標(biāo)準(zhǔn)試片13 ；步驟302 :記錄從該檢光鏡15穿透之光的光強(qiáng)，以得到該標(biāo)準(zhǔn)試片13對應(yīng)該光源10的波長下的穿透率光譜；步驟303 :重復(fù)該步驟301以及該步驟302以記錄應(yīng)カ對應(yīng)穿透率于該光源的波長下的變化關(guān)系；步驟304 :正規(guī)化該應(yīng)カ對應(yīng)穿透率于該光源10的波長下的變化關(guān)系；步驟305 :求得正規(guī)化穿透率光譜的現(xiàn)光波長變化量與應(yīng)カ變化量間的關(guān)系；步驟306 :利用該正規(guī)化穿透率光譜的現(xiàn)光波長變化量與應(yīng)カ變化量間的關(guān)系，并選擇一已知應(yīng)力，該已知應(yīng)カ對應(yīng)正規(guī)化穿透率光譜的現(xiàn)光波長，得到該標(biāo)準(zhǔn)試片13的第二應(yīng)力量化公式；以及步驟307 :利用該標(biāo)準(zhǔn)試片13的第二應(yīng)力量化公式以及該待測物正規(guī)化穿透率光譜對應(yīng)的現(xiàn)光波長，得到該待測物的應(yīng)カ分布。其中，該步驟302利用該光譜儀17記錄從該檢光鏡15穿透的光的光強(qiáng)。如圖I以及圖5所示，若該待測物的正規(guī)化穿透率為未知，則本發(fā)明的量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法的第二實(shí)施例3還包括以下步驟308 :以該待測物取代該標(biāo)準(zhǔn)試片13，再記錄從該檢光鏡15穿透的光的光強(qiáng)，并得到該待測物對應(yīng)該光源10的波長下的穿透率光譜，進(jìn)而求得該待測物的正規(guī)化穿透率，在本發(fā)明ー較佳實(shí)施例中，該步驟308執(zhí)行于該步驟306之后。如圖I、圖3以及圖6A至圖9所示，為了更容易了解本發(fā)明量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法的第一實(shí)施例2，特舉ー實(shí)施例說明如下
本發(fā)明量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置于量測ー待測物的未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ時，先將ー材質(zhì)與該待測物相同的標(biāo)準(zhǔn)試片13放入該第一四分之一波片12以及該第ニ四分之一波片14之間，再通過該施載單元16施載該標(biāo)準(zhǔn)試片12，通過該光源10所產(chǎn)生的光的照射后，使該標(biāo)準(zhǔn)試片13因應(yīng)カ而產(chǎn)生光彈效應(yīng)的折射，并經(jīng)由該光譜儀17將光強(qiáng)記錄下來，以得到該標(biāo)準(zhǔn)試片13對應(yīng)該光源10的波長下的正規(guī)化穿透率光譜。在圖6B中，波長400納米，以應(yīng)カ值約為8. 5百萬帕斯卡為起點(diǎn)，可看到正規(guī)化穿透率Tn, A為I的等色線(紅色)，由正規(guī)化穿透率公式Tn, A = sin2 (Nji)，可知此處條紋級次N等于0. 5，同理，在波長400納米，應(yīng)カ值約為17百萬帕斯卡時，正規(guī)化穿透率Tn, A為0的等色線(深藍(lán)色)代表條紋級次N等于I ;也就是說明，以圖6B中某ー應(yīng)カ值為起點(diǎn)，相同正規(guī)化穿透率Tn, A的聯(lián)機(jī)代表等條紋級次線。此外，由圖6B更可發(fā)現(xiàn)相同正規(guī)化穿透率Tn, A的聯(lián)機(jī)(等條紋級次線)近似直線，然后進(jìn)行正弦函數(shù)擬合得到正規(guī)化穿透率值于該光源波長下對應(yīng)應(yīng)カ的關(guān)系，即可將于該光源波長下正規(guī)化穿透率Tn, A為1，正規(guī)化穿透率Tn, A為0.9和正規(guī)化穿透率Tn, A為0.8的值分別取出，并繪圖如圖7所示。T(l)、 T(0. 9)和T(0. 8)分別代表正規(guī)化穿透率Tn, A為1，正規(guī)化穿透率Tn, A為0. 9和正規(guī)化穿透率Tn,A為0. 8的數(shù)據(jù)點(diǎn)，三筆數(shù)據(jù)點(diǎn)經(jīng)ー維線性函數(shù)擬合后，相關(guān)程度皆高于99%，因此可以假設(shè)相同正規(guī)化穿透率Tn, A的點(diǎn)落在應(yīng)カ對應(yīng)波長圖的直線上。將正規(guī)化穿透率Tn,a為1，正規(guī)化穿透率Tn, A為0. 9和正規(guī)化穿透率Tn, A為0. 8之?dāng)M合直線標(biāo)示在圖6B，如灰色直線所示。值得注意的是，正規(guī)化穿透率Tn, A為I的位置是正弦平方函數(shù)半周期的位置，圖7中擬合的T(I)直線如灰色直線正規(guī)化穿透率Tn, A為I所標(biāo)示，利用正規(guī)化穿透率Tn, A為I的直線可將圖8的三維圖的方程式計算出來。本發(fā)明之一實(shí)施例中，利用線性函數(shù)擬合正規(guī)化穿透率Tn, A為I的直線以計算圖8的三維圖的方程式，使用正規(guī)化穿透率Tn, A為I的直線，如圖7所示正規(guī)化穿透率Tn, A為I的擬合直線方程式為SA = 0. 0236入-2. 0156，其中Sa為波長入時正規(guī)化穿透率Tn, A為I時的應(yīng)カ值。以波長為400納米為例，S4tltl為波長400納米時正規(guī)化穿透率Tn, A為I時的應(yīng)力值，其等于8. 504百萬帕斯卡為正弦平方函數(shù)半周期，如圖9所示，利用S4tltl所表示之正弦平方函數(shù)為r ,4oo = sin2(-^—S)
ん400其中，S為該待測物的應(yīng)力。同理，將其它波長都利用前述方式分析，可得利用Sa所表示的正弦平方函數(shù)為On2(を)將正規(guī)化穿透率Tn,A為I的擬合直線方程式代入利用Sa所表示的正弦平方函數(shù)可得Tnz= sin2 -S
’2(0.0263/1-2.0156)將正規(guī)化穿透率Tn, A開根號取反正弦函數(shù)，移項化簡后可將該待測物的應(yīng)カS以正規(guī)化穿透率Tn, A為及該光源10的波長\表示，而得到該標(biāo)準(zhǔn)試片之第一應(yīng)力量化公式Fl
權(quán)利要求
1.一種量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置，用以量化一個待測物的未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ，該待測物為光學(xué)雙折射性材料或瞬時光學(xué)雙折射性材料，其特征在干，該量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置包括 ー個光源，用以產(chǎn)生多波長或單波長之光； ー個偏光鏡，設(shè)置于該光源前方，且其中ー個面面對該光源以使光產(chǎn)生偏振； ー個第一四分之一波片，設(shè)置于該偏光鏡前方，且其中一面面對該光源以使光產(chǎn)生圓偏振； ー個標(biāo)準(zhǔn)試片，其材質(zhì)與該待測物相同且無未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)力，其中設(shè)置于該第一四分之一波片前方，且其中ー個面面對該第一四分之一波片的另一面； ー個第二四分之一波片，設(shè)置于該標(biāo)準(zhǔn)試片前方，且其中ー個面面對該標(biāo)準(zhǔn)試片的另一面； ー個檢光鏡，設(shè)置于該第二四分之一波片前方，且其中ー個面面對該第二四分之一波片的另一面； 一個施載単元，用以施載該標(biāo)準(zhǔn)試片； ー個光譜儀，設(shè)置于該檢光鏡前方，用以記錄從該檢光鏡穿透光的光強(qiáng)，并得到該標(biāo)準(zhǔn)試片對應(yīng)該光源的波長下的穿透率光譜；以及 ー個檢測模塊，與該光譜儀連結(jié)，其通過該光譜儀得到之該標(biāo)準(zhǔn)試片對應(yīng)該光源的波長下的穿透率光譜，得到該標(biāo)準(zhǔn)試片的應(yīng)力量化公式，并以該標(biāo)準(zhǔn)試片的應(yīng)力量化公式搭配該待測物的正規(guī)化穿透率，求得該待測物之應(yīng)カ分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置，其特征在干，該檢測模塊利用持續(xù)施載該標(biāo)準(zhǔn)試片、記錄從該檢光鏡穿透的光的光強(qiáng)，以得到該標(biāo)準(zhǔn)試片對應(yīng)該光源的波長下的穿透率光譜、記錄應(yīng)カ對應(yīng)穿透率于該光源的波長下的變化關(guān)系、正規(guī)化該應(yīng)カ對應(yīng)穿透率于該光源的波長下的變化關(guān)系、利用該應(yīng)カ對應(yīng)正規(guī)化穿透率于該光源的波長下的變化關(guān)系，以正弦函數(shù)擬合方式得到正規(guī)化穿透率值于該光源波長下對應(yīng)應(yīng)カ的關(guān)系、以線性函數(shù)擬合方式得到該正規(guī)化穿透率值對應(yīng)應(yīng)カ與該光源的波長的關(guān)系以及利用該穿透率值對應(yīng)應(yīng)カ與該光源的波長的關(guān)系以比例方式推得第一應(yīng)力量化公式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ之裝置，其特征在干，該檢測模塊利用持續(xù)施載該標(biāo)準(zhǔn)試片、記錄從該檢光鏡穿透的光的光強(qiáng)，以得到該標(biāo)準(zhǔn)試片對應(yīng)該光源的波長下的穿透率光譜、重復(fù)該施載步驟以及該記錄步驟以記錄應(yīng)カ對應(yīng)穿透率于該光源的波長下的變化關(guān)系、正規(guī)化該應(yīng)カ對應(yīng)穿透率于該光源的波長下的變化關(guān)系、并求得正規(guī)化穿透率光譜之現(xiàn)光波長變化量與應(yīng)カ變化量間的關(guān)系、利用該正規(guī)化穿透率光譜的現(xiàn)光波長變化量與應(yīng)カ變化量間的關(guān)系，并選擇ー個已知應(yīng)力，以及該已知應(yīng)カ對應(yīng)正規(guī)化穿透率光譜的現(xiàn)光波長，以得到該標(biāo)準(zhǔn)試片的第二應(yīng)力量化公式。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任意一項所述的量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置，其特征在于，若該待測物的正規(guī)化穿透率為未知，則該檢測模塊通過以該待測物取代該標(biāo)準(zhǔn)試片，再利用光譜儀記錄從該檢光鏡穿透的光的光強(qiáng)，并得到之該待測物對應(yīng)該光源的波長下的穿透率光譜，進(jìn)而通過該檢測模塊求得該待測物的正規(guī)化穿透率。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ之裝置，其特征在干，該光源產(chǎn)生的光為ー個多波長光或ー個単色光，且若該光源為単色光，則直接得到該待測物的應(yīng)力分布；若該光源為多波長光源，該檢測模塊則會計算復(fù)數(shù)應(yīng)力，再對該等應(yīng)カ取平均值求得該待測物的應(yīng)カ分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置，其特征在于，該光源產(chǎn)生的光為ー個多波長光，該檢測模塊則直接得到該待測物的應(yīng)カ分布。
7.ー種使用根據(jù)權(quán)利要求I所述的量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置的量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法，用以量化一個待測物的未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)力，該待測物為光學(xué)雙折射性材料或瞬時光學(xué)雙折射性材料，該量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法包括下列步驟 施載該標(biāo)準(zhǔn)試片； 記錄從該檢光鏡穿透的光的光強(qiáng)，以得到該標(biāo)準(zhǔn)試片對應(yīng)該光源的波長下的穿透率光譜； 重復(fù)該施載步驟以及該記錄步驟，以記錄應(yīng)カ對應(yīng)穿透率于該光源的波長下的變化關(guān)系; 正規(guī)化該應(yīng)カ對應(yīng)穿透率于該光源的波長下的變化關(guān)系； 利用該應(yīng)カ對應(yīng)正規(guī)化穿透率于該光源的波長下的變化關(guān)系，以正弦函數(shù)擬合方式得到正規(guī)化穿透率值于該光源波長下對應(yīng)應(yīng)カ的關(guān)系； 以線性函數(shù)擬合方式得到該正規(guī)化穿透率值對應(yīng)應(yīng)カ與該光源的波長的關(guān)系； 利用該正規(guī)化穿透率值對應(yīng)應(yīng)カ與該光源的波長的關(guān)系，以比例方式推得第一應(yīng)力量化公式；以及 利用該第一應(yīng)力量化公式、該光源的波長以及對應(yīng)該波長下該待測物的正規(guī)化穿透率，得到該待測物的應(yīng)カ分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法，還包括以下步驟以該待測物取代該標(biāo)準(zhǔn)試片，再記錄從該檢光鏡穿透的光的光強(qiáng)，并得到該待測物對應(yīng)該光源的波長下的穿透率光譜，進(jìn)而求得該待測物的正規(guī)化穿透率。
9.ー種使用根據(jù)權(quán)利要求I所述的量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的裝置的量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法，用以量化一個待測物的未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)力，該待測物為光學(xué)雙折射性材料或瞬時光學(xué)雙折射性材料，該量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法包括下列步驟 施載該標(biāo)準(zhǔn)試片； 記錄從該檢光鏡穿透的光的光強(qiáng)，以得到該標(biāo)準(zhǔn)試片對應(yīng)該光源的波長下的穿透率光譜； 重復(fù)該施載步驟以及該記錄步驟以記錄應(yīng)カ對應(yīng)穿透率于該光源的波長下的變化關(guān)系; 正規(guī)化該應(yīng)カ對應(yīng)穿透率于該光源的波長下的變化關(guān)系； 求得正規(guī)化穿透率光譜的現(xiàn)光波長變化量與應(yīng)カ變化量間的關(guān)系； 利用該正規(guī)化穿透率光譜的現(xiàn)光波長變化量與應(yīng)カ變化量間的關(guān)系，并選擇一個已知應(yīng)力，該已知應(yīng)カ對應(yīng)正規(guī)化穿透率光譜的現(xiàn)光波長，得到該標(biāo)準(zhǔn)試片的第二應(yīng)力量化公式；以及 利用該標(biāo)準(zhǔn)試片的第二應(yīng)力量化公式以及該待測物正規(guī)化穿透率光譜對應(yīng)的現(xiàn)光波長，得到該待測物的應(yīng)カ分布。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的量化材料未知應(yīng)カ與殘余應(yīng)カ的方法，還包括以下步驟以該待測物取代該標(biāo)準(zhǔn)試片，再記錄從該檢光鏡穿透的光的光強(qiáng)，并得到該待測物對應(yīng)該光源的波長下的穿透率光譜，進(jìn)而求得該待測物的正規(guī)化穿透率。
全文摘要
一種量化材料未知應(yīng)力與殘余應(yīng)力的裝置，用于量化一待測物的未知應(yīng)力與殘余應(yīng)力，該裝置包括一光源、一偏光鏡、一第一四分之一波片、一標(biāo)準(zhǔn)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塊；該光源用于產(chǎn)生多波長或單波長之光；該偏光鏡設(shè)置于該光源前方，且其一面面對該光源以使光產(chǎn)生偏振；該第一四分之一波片設(shè)置于該偏光鏡前方，且其一面面對該光源以使光產(chǎn)生圓偏振；本發(fā)明還揭露量化材料未知應(yīng)力與殘余應(yīng)力的方法。
文檔編號G01L1/24GK102645295SQ20121009985
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
發(fā)明者宋泊锜, 王偉中, 賴冠廷, 陳維仁, 黃吉宏 申請人:王偉中