简便应力消除方法及其装置与流程

本发明涉及一种应力消除方法，特别是涉及一种以振动消除残留应力的简便应力消除方法及其装置。

背景技术：

经由铸造、辊压、冷加工、热处理、焊接等不同加工编程的工件，均普遍存在有残留应力，惟，此一残留应力易造成工件缺陷及破坏，是提升质量必须相当重视的课题。现有消除工件残留应力的方法众多，概略可分成热处理与机械处理两种。

而利用机械方式消除残留应力的方法，以锤击(peening)为代表，主要是对焊件的焊道进行锤击，使焊道表面产生压应力，以消除残留在焊道上的拉伸应力。惟，此方法的实际操作经验多于科学的数据，有控制不易、精确度无法掌控的缺点。

另有一种以振动消除工件残留应力的方法，如中国台湾专利第i281502号案、第i287042号案、第i314489号案、第i418636号案、申请号第201235486号案，都是在工件发生振动时，驱动差排(dislocation)移动，达到消除残留应力的目的。

其中，在振动时，部分的能量会消耗于工件的跳动，另外一部分的能量则用于工件内部的波动，而波动对应力消除也最有贡献。惟，由于波动的能量直接影响消除残留应力的效果，而前述先前技术主要是以人工通过示波器找出需求的振波的振幅与频率，因此，在人工判读有误差的情形下，如何配合不同的工件，精准地获得适当的振幅与频率，而更进一步提升应力消除的效果，便成为本案发明人极思克服的目的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够以简易的方式，提升残留应力消除效果的简便应力消除方法及其装置。

于是，本明发的简便应力消除方法，以一个应力消除装置为工具，该应力消除装置包含以介于1hz～100hz的振动频率相对一个工件传递振波的一个激振器，与该工件连接且感测振幅与振动频率的一个感测器，及与该感测器电连接的一个频谱分析仪，该简便应力消除方法包含下列步骤：

步骤a：该频谱分析仪接收来自该感测器的一个电压讯号，该电压讯号包括感测的振幅与振动频率；

步骤b：该频谱分析仪根据前述电压讯号中的振幅与振动频率，以傅立叶转换运算，获得谐振波的频谱；

步骤c：该频谱分析仪分离出频率域介于250hz～1750hz的谐振波；

步骤d：该频谱分析仪获得对应该谐振波出现最大振幅时的振动频率；及

步骤e：该频谱分析仪以步骤d的振动频率为该激振器的一个额定振动频率，使该激振器持续以该额定振动频率产生振动，并传递振波至该工件。

本明发的简便应力消除方法，该频谱分析仪还与该激振器电连接，其中，步骤e的频谱分析仪还输出一个电控讯号，控制该激振器以该额定振动频率产生振动。

本明发的简便应力消除方法，步骤b的频谱分析仪是以傅立叶转换运算，计算出频率响应函数后，进一步在步骤c中，使该频谱分析仪针对前述频率响应函数分离出频率域介于0～100hz的主振波，及频率域介于250hz-1750hz的谐振波，而检知主振波、谐振波的振幅的波峰值。

本明发的简便应力消除方法，还包含在步骤a后步骤b前的步骤f：该频谱分析仪去除该感测器的自体共振。

本明发的简便应力消除方法，前述分离的谐振波，较佳的频率域为介于450-1050hz的谐振波。

一种简便应力消除装置，包含一个激振器、一个感测器，及一个频谱分析仪。

该激振器以介于1hz～100hz的振动频率相对一个工件传递振波。

该感测器与该工件连接，且用于感测振幅与振动频率，而输出包括振幅与振动频率的一个电压讯号。

该频谱分析仪与该感测器电连接，并根据接收的电压讯号，以傅立叶转换运算，获得谐振波的频谱，及分离出频率域介于250hz～1750hz的谐振波，而获得对应该谐振波出现最大振幅时的振动频率，并作为该激振器的一个额定振动频率，使该激振器持续以该额定振动频率产生振动，并传递振波至该工件。

本明发的简便应力消除装置，该频谱分析仪还与该激振器电连接，且该频谱分析仪还输出一个电控讯号，控制该激振器以该额定振动频率产生振动。

本明发的简便应力消除装置，该激振器、该感测器设置在该工件上。

本明发的简便应力消除装置，前述分离的谐振波，较佳的频率域为介于450-1050hz的谐振波。

本发明的功效在于：以前述特殊波段的谐振波，提升残留应力的消除比率，及利用该频谱分析仪特殊的分析及运算方式，自动计算出最佳的额定振动频率，进一步提升决定该额定振动频率的速度及精准度。

附图说明

本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：

图1是一个示意图，说明本发明简便应力消除方法及其装置的一实施例；

图2是一个示意图，说明该实施例中以傅利叶运算分离出主振波与谐振波；

图3是该实施例的一个流程图；

图4是该实施例的一个时域波型图；及

图5是该实施例的一个频谱图；及

图6是该实施例与4个对照组的一个比较表。

具体实施方式

参阅图1，本发明简便应力消除方法及其装置1的一个实施例，该简便应力消除装置1包含：一个激振器11、一个感测器12，及一个频谱分析仪13。

该激振器11以介于1hz～100hz的振动频率相对一个工件2传递振波。

该感测器12与该工件2连接，且用于感测振幅与振动频率，而输出包括振幅与振动频率的一个电压讯号v。该感测器12在本实施例为一个加速度计。

该频谱分析仪13在本实施例与该激振器11、该感测器12电连接。

值得说明的是，在本实施例中，该激振器11、该感测器12是直接设置在该工件2上，而与该工件2接触。且本实施例所采用的工件2为s45c中碳钢板材，该工件2的尺寸为1000mm×300mm×20mm，且表面以弱酸酸洗，去除表面锈皮后，进行残留应力的量测。

参阅图1、图2与图3，以下即针对该简便应力消除方法结合实施例步骤，说明如下：

步骤31：该频谱分析仪13接收来自该感测器12的电压讯号v，获取该工件2内部波动时的振幅与振动频率。

步骤32：该频谱分析仪13去除该感测器12的自体共振。

步骤33：该频谱分析仪13根据接收的电压讯号v中的振幅与振动频率，以傅立叶转换(fastfouriertransform,fft)运算，转换电压讯号v为频率域讯号，并计算出频率响应函数，而获得谐振波的频谱。

步骤34：该频谱分析仪13针对前述频率响应函数所获得的频谱分离出频率域低于100hz的主振波，及频率域介于250-1750hz的谐振波，而检知主振波、谐振波的振幅的波峰值。值得说明的是，前述分离的谐振波，较佳的为频率域介于450-1050hz的谐振波。

值得说明的是，该频谱分析仪13进行频谱分析时，是分析振动频率与振幅，参阅图4，可以观察到，该频谱分析仪13接收电压讯号v后所测量的时域波形图，经步骤34的转换后，获得如图5的频谱图，由图5可以发现，左侧振动频率100hz内的峰值为该激振器11输入的主振波的振动频率，而右侧振动频率800hz左右的峰值为该工件2内部的谐振波的振动频率。

步骤35：该频谱分析仪13根据前述谐振波的振幅的波峰值，获得对应该谐振波出现最大振幅时的振动频率。

步骤36：该频谱分析仪13以步骤35中对应最大振幅的振动频率为该激振器11的额定振动频率。

如图5所示，由频率域介于450-1050hz间的谐振波的波形，可以清楚的看出振幅的变化，其最大振幅所对应的激振器11(主振波)的振动频率(0～100hz)，即为消除残留应力时所施作的额定振动频率。

由图4、图5可以找出，频率域介于450-1050hz间的谐振波所产生的最大振幅，其所对应的额定振动频率为47hz，而主振波所产生的最大振幅即为共振点，其所对应的振动频率为50hz。

步骤37：该频谱分析仪13还输出一个电控讯号s，控制该激振器11持续以该额定振动频率产生振动，使振波持续传递至该工件2，而有效地消除该工件2大部分的残留应力。

借此，以相同条件的工件2为试片，且该激振器11分别使用47hz的额定振动频率为实验组，使用50hz的振动频率为第1对照组、使用39hz的振动频率为第2对照组、使用43hz的振动频率为第3对照组，及以中国台湾专利第201235486号的振动模式b为第4对照组。

当分别以47hz、50hz、39hz、43hz的振动频率对各自的工件2传递振波20分钟后，即可分离出频率域介于450hz-1050hz间的谐振波，并进行残留应力的测量。本实施例残留应力的量测采用cosα法-残留应力量测技术(cr靶xrd)量测。

参阅图6，可以清楚的看出，第1对照组的谐振波的振幅为0.112v，残留应力消除比率为36.2％；第2对照组的谐振波的振幅为0.128v，残留应力消除比率为38.5％；第3对照组的谐振波的振幅为0.36v，残留应力消除比率为42.3％；第4对照组的谐振波的振幅为0.62v(第201235468号案没有公开)，残留应力消除比率为39.3％。

而本发明的实验组，在额定振动频率47hz时谐振波的振福达到1.01mv，且残留应力消除比率达到46.1％为最佳。显然，在频率域介于450hz-1050hz间的谐振波的振幅越大其应力消除效果越佳。

另外，值得说明的是，本发明的频谱分析仪13也可以不与该激振器11电连接，而省略步骤37，并在获得额定振动频率后，手动调整该激振器11以该额定振动频率产生振动。借此，同样可以使振波持续传递至该工件2，而有效地消除该工件2大部分的残留应力。由于本领域技术人员根据以上说明可以推知扩充细节，因此不多加说明。

经由以上的说明，可将前述实施例的优点归纳如下：

1、相较于热处理，本发明能够大幅减少能源的浪费，且不受到施工场地的限制，而能简化程序、降低成本。

2、由于该激振器1使用的振动频率介于1hz～100hz，属于低频，而分离的谐振波所对应的额定振动频率会低于共振点的振动频率，所以，相较于共振点的振动频率所产生的振动较小，能大幅降低对工件2损坏和疲劳。

3、且本发明可通过讯号处理及快速傅立叶分析，精确而及时找出谐振波的最大振幅，在不需要人工判读的情形下，进一步提升决定该额定振动频率的速度及精准度，且使用相当简易，而能够提升使用上的方便性与实用性。

以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。