非接觸式微應力量測系統的研發與應用

Abstract

隨著製造技術的進步，能量加工已被廣泛的被運用於各種製造技術中。當材料再進行能量加工時，材料由於受熱的關係，本身會產生熱應力與熱應變，若該熱應力的大小超過材料本身的應力強度時，將會發生破壞或降低該材料的加工品質、使用壽命。 為了避免此一狀況的發生，本研究利用光學繞射原理發展一套分接觸式應力量測系統，對正在加工的材料進行應力量測，並對量測精度與解析結果進行分析與評估。 在本研究中加裝反射鏡來減少單程繞射距離，大幅精簡應力量測儀的儀具體積，使得難以與一般加工機結合的繞射應力量測系統得以有效地與加工機作整合，以便進行線上加工效能的量測；此外在熱應力的實驗中，本研究中特別研製標準量測試片，透過該試片的特殊幾何設計得以避開雷射的切割路徑，卻能就近量測熱加工附近點的應力，使應力量測更為實用, 進而藉由程式的運算比對來求取量測點的應力變化。此種量測模型與試片的幾何設計方法，對於破壞性的熱能加工之熱應力量測，是一個創新的方法。 在本研究的範例中採用壓克力為實驗材料，其楊氏係數為28000kg/cm*cm，實驗結果顯示應力量測結果的精度解析度達到+-20kg/cm*cm，可量測範圍達+-2184kg/cm*cm，動態量測頻率達1次/sec，可應用於目前精密加工機具的微應力量測，在研發與改進評估方面具有具體實用的功效。