TWI718627B - 以表面波頻率偵測材料表面瑕疵之方法 - Google Patents
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Abstract
一種以表面波頻率偵測材料表面瑕疵之方法，包含以下步驟：使一表面波分別通過光滑無瑕疵之一材料的一材料表面及一待測材料的一待測材料表面，該材料及該待測材料自該表面波之一發射端以一輸送速率朝該表面波之一接收端移動，一處理模組由都卜勒效應關係式得到該表面波通過該材料表面之一預設頻率及該表面波通過該待測材料表面之一檢測頻率；該處理模組比對該預設頻率及該檢測頻率，當該預設頻率與該檢測頻率不相符時，該處理模組判斷該待測材料的該待測材料表面有瑕疵。藉以提供一種低成本、方便且可以連續檢測的材料表面瑕疵檢測方法。
Description
本發明係關於一種材料瑕疵檢測方法，尤指利用表面波頻率進行材料表面瑕疵檢測之方法。
在製程中，材料表面若有裂縫，除了會降低材料本身強度之外，裂縫可能會隨著製程施加的應力增加而破壞材料，因此工業上有各種檢測方法，進行快速產品瑕疵檢測，以提升製程效率。
在不同檢測方法中，非破壞性檢測方法是一種常見的檢測方式，具體如中華民國專利證書號第I480539號提供一種光透過性材料之瑕疵檢出裝置及方法，係在行進之薄膜的上下，以正交尼可爾式配置第1及第2偏光板。光由投光器通過第1偏光板而照射於薄膜，而以受光器檢出從第2偏光板射出之光，檢出薄膜的瑕疵。在第1偏光板與投光器之間，設置有帶通濾波器。而帶通濾波器係把來自投光器的光之中，波長區域為420nm以下及700nm以上之光除去。由於不要之波長區域的光並不射入受光器，故可提高檢出瑕疵的精度。
也有技術係以超音波經過瑕疵與未經過瑕疵之時間差，檢測瑕疵的深度，而前述時間差往往是奈秒級的，要檢測到如此精確的時間差需要極為精密而昂貴的儀器，且其他目前非破壞性檢測所需之設備，如分檢機、分度盤篩選機、光學影像篩選機……等等，也都價格高昂，無法普及於傳統
製造廠；另有手持式材料檢測儀，雖然價格較為低廉，但無法連續檢測，使用上仍有諸多不便。
爰此，本發明人為有效提升製程效率，而提出一種以表面波頻率偵測材料表面瑕疵之方法，包含以下步驟：A.使一表面波通過光滑無瑕疵之一材料的一材料表面，該材料自該表面波之一發射端以一輸送速率朝該表面波之一接收端移動，一處理模組依據都卜勒效應關係式
計算得到該表面波通過該材料表面之一預設頻率；B.再使該表面波通過一待測材料的一待測材料表面，該待測材料以相同的該輸送速率自該發射端朝該接收端移動，該處理模組依據都卜勒效應關係式計算得到該表面波通過該待測材料表面之一檢測頻率；C.該處理模組比對該預設頻率及該檢測頻率，當該預設頻率與該檢測頻率不相符時，該處理模組判斷該待測材料的該待測材料表面有瑕疵；D.一儲存模組儲存複數之該檢測頻率，該處理模組由該預設頻率及複數之該檢測頻率分析得到一良率。
其中，該表面波之頻率及該輸送速率由該處理模組控制。
其中，該材料係隨一輸送帶以該輸送速率自該發射端輸送至該接收端。
其中，該表面波係為超音波。
根據上述技術特徵可達成以下功效：
1.以高解析度且價格低廉的表面波頻率檢測待測材料表面瑕疵，省下其他非破壞性檢測之精密儀器所需的高額成本。
2.待測材料隨輸送帶移動，通過發射端及接收端後即可完成瑕疵檢測，方便且可以連續量測。
3.處理模組由儲存模組儲存之複數檢測頻率分析得到良率，方便工廠依據良率進行製造設備的檢修或升級，確保待測材料品質。
4.處理模組控制表面波的發射頻率及輸送速率，可依據不同材料選擇適當的表面波頻率及輸送速率，且無需人工操作。
1:處理模組
2:發射端
3:接收端
4:輸送帶
5:通知模組
6:儲存模組
A:材料
B:待測材料
S1:前置步驟
S2:檢測步驟
S3:比對步驟
S4:分析步驟
[第一圖]係本發明實施例之系統方塊圖。
[第二圖]係本發明實施例之流程示意圖。
[第三圖]係本發明實施例之實施示意圖一，示意使用光滑無瑕疵之材料。
[第四圖]係本發明實施例之實施示意圖二，示意使用待測材料。
綜合上述技術特徵，本發明以表面波頻率偵測材料表面瑕疵之方法的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。
請先參閱第一圖，係揭示實施該以表面波頻率偵測材料表面瑕疵之方法的一系統，該系統包含一處理模組(1)、一發射端(2)、一接收端(3)、一輸送帶(4)、一通知模組(5)及一儲存模組(6)。
該處理模組(1)訊號連接該發射端(2)、該接收端(3)、該輸送帶(4)、該通知模組(5)及該儲存模組(6)，該處理模組(1)控制該發射端(2)發出之一表面波的一發射頻率及該輸送帶(4)之一輸送速率，在製程或生產速度之調整
上有需要時，可依據不同材料選擇適當的該表面波之該發射頻率及該輸送速率，無須一使用者自行操作設定。
該發射端(2)及該接收端(3)分別發射及接收該表面波，該表面波係為超音波。該通知模組(5)可以是顯示器、警報器或語音播放器等等，例如當該處理模組(1)判斷一待測材料(B)有瑕疵時，該通知模組(5)可以藉由畫面、鈴響或語音等方式通知該使用者該待測材料(B)有瑕疵。該儲存模組(6)可以是雲端伺服器等虛擬儲存裝置，也可以是硬碟、隨身碟等實體儲存裝置。
請參閱第一圖至第四圖，以下將詳細說明該表面波頻率偵測材料表面瑕疵之方法的步驟：
一前置步驟(S1)：如第三圖所示，該發射端(2)發射該表面波，使該表面波通過光滑無瑕疵之一材料(A)的一材料表面，該材料(A)自該表面波之該發射端(2)隨該輸送帶(4)以該輸送速率朝該表面波之該接收端(3)移動，該處理模組(1)依據都卜勒效應關係式
計算得到該表面波通過該材料(A)之該材料表面的一預設頻率。
都卜勒效應關係式中，fo即為該預設頻率，fs為該發射端(2)發出該表面波之頻率，即為該發射頻率。v為該表面波於該材料(A)中行進之波速，會依據不同材料而有不同波速，以等向性材料舉例來說，縱波在中碳鋼中之行走速率為每秒5923公尺，橫波在中碳鋼中之行走速率則為每秒3240公尺。vo為該接收端(3)之相對速率，該發射端(2)與該接收端(3)係同步開啟，當該發射端(2)向該材料(A)發出該表面波後，該表面波沿著該材料(A)之該材料表面傳遞，同時該材料(A)受該輸送帶(4)以該輸送速率輸送，使該表面波朝著該接收端(3)前進，而該接收端(3)不動，vo為0。vs則為該材料(A)之速率，也就是該輸
送帶(4)之該輸送速率，例如該輸送帶(4)以每秒1公分之該輸送速率輸送，則vs也會是每秒1公分。又在都卜勒效應關係式中，該表面波接近該接收端(3)是取上運算符，綜合以上所述，都卜勒效應關係式可以被改寫成
，該處理模組(1)再據此計算該預設頻率。
一檢測步驟(S2)：如第四圖所示，該發射端(2)再發射該表面波，使該表面波通過該待測材料(B)的一待測材料表面，該待測材料(B)以與該材料(A)相同的該輸送速率自該發射端(2)朝該接收端(3)移動，該處理模組(1)再依據都卜勒效應關係式，以與該前置步驟(S1)相同之計算方式得到該表面波通過該待測材料表面之一檢測頻率。
一比對步驟(S3)：該處理模組(1)比對該預設頻率及該檢測頻率，當該預設頻率與該檢測頻率不相符時，該處理模組(1)判斷該待測材料(B)的該待測材料表面有瑕疵，該處理模組(1)並控制該通知模組(5)發出一警示。舉例來說，若該通知模組(5)是警報器，該警示即為警報器的警報聲響；若該通知模組(5)是顯示器，該警示則為顯示器畫面的閃爍或是顯示器畫面上顯示驚嘆號等可以引起該使用者注意的方式，方便該使用者將有瑕疵之該待測材料(B)挑出，避免該待測材料(B)加工完畢才發現有瑕疵，如此可以提升生產效率。
當該待測材料表面有瑕疵時，指的是該待測材料表面有裂縫或傷痕，使得該表面波無法直接沿原路徑直線由該待測材料表面通過，需要經過裂縫或傷痕。該表面波經過裂縫或傷痕而到達該接收端(3)之時間相較於經過該材料(A)表面到達該接收端(3)之時間會更長，對該表面波而言，相當於在該待測材料(B)上的速度vp相較於在該材料(A)上的速度vs慢，則該待測材料(B)
之該檢測頻率
會小於該材料(A)之該預設頻率
，該處理模組(1)因此判斷該待測材料(B)為有瑕疵。
一分析步驟(S4)：該儲存模組(6)儲存複數之該檢測頻率，該處理模組(1)由該預設頻率及複數之該檢測頻率分析得到一良率，該處理模組(1)並控制該通知模組(5)發出一通知訊息。舉例來說。若該通知模組(5)為顯示器，該通知訊息即可以是在顯示器畫面上顯示該良率；若該通知模組(5)為語音播放器，該通知訊息則可以是播放該良率之語音，方便該使用者依據該良率進行相關製造設備的檢修或升級，確保該待測材料(B)之品質。
該待測材料(B)隨該輸送帶(4)移動通過該發射端(2)及該接收端(3)後，並經過該處理模組(1)之比對，即可完成即時之瑕疵檢測，該以表面波頻率偵測材料瑕疵之方法方便、快速且可以連續量測，且由於表面波頻率之檢測儀器解析度較檢測時間之檢測儀器為高，也省下其他非破壞性檢測之精密儀器所需的高額成本。
要特別說明的是，並非對每一該待測材料(B)的檢測都需要從該前置步驟(S1)開始、該分析步驟(S4)結束。當進行一次該前置步驟(S1)後，即可取得該材料(A)在該輸送速率下以該發射頻率之該表面波檢測之該預設頻率，之後若維持該輸送速率及該發射頻率，只要是同樣材質之該待測材料(B)即可直接由該檢測步驟(S2)開始進行檢測，加速檢測的效率，並由該比對步驟(S3)找出有無瑕疵，當同一批生產之該待測材料(B)都確認完有無瑕疵後，可以再由該分析步驟(S4)確認此批該待測材料(B)之該良率。
綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能
以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
S1:前置步驟
S2:檢測步驟
S3:比對步驟
S4:分析步驟
Claims (4)
- 一種以表面波頻率偵測材料表面瑕疵之方法，包含以下步驟：A.使一表面波通過光滑無瑕疵之一材料的一材料表面，該材料自該表面波之一發射端以一輸送速率朝該表面波之一接收端移動，一處理模組依據都卜勒效應關係式計算得到該表面波通過該材料表面之一預設頻率；B.再使該表面波通過一待測材料的一待測材料表面，該待測材料以相同的該輸送速率自該發射端朝該接收端移動，該處理模組依據都卜勒效應關係式計算得到該表面波通過該待測材料表面之一檢測頻率；C.該處理模組比對該預設頻率及該檢測頻率，當該預設頻率與該檢測頻率不相符時，該處理模組判斷該待測材料的該待測材料表面有瑕疵；D.一儲存模組儲存複數之該檢測頻率，該處理模組由該預設頻率及複數之該檢測頻率分析得到一良率。
- 如請求項1所述之以表面波頻率偵測材料表面瑕疵之方法，其中，該表面波之頻率及該輸送速率由該處理模組控制。
- 如請求項1所述之以表面波頻率偵測材料表面瑕疵之方法，其中，該材料係隨一輸送帶以該輸送速率自該發射端輸送至該接收端。
- 如請求項1所述之以表面波頻率偵測材料表面瑕疵之方法，其中，該表面波係為超音波。
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|---|---|---|---|---|
| TW201303264A (zh) * | 2011-02-01 | 2013-01-16 | Zygo Corp | 干涉式外差光學編碼系統 |
| TWI487587B (zh) * | 2009-01-29 | 2015-06-11 | Ultratech Inc | 使用直接及再利用輻射處理基體之技術 |
| TW201802461A (zh) * | 2016-03-31 | 2018-01-16 | 統一半導體公司 | 藉由雷射都卜勒效應以檢測用於微電子或光學的晶圓之方法與系統 |
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