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本文摘要

在本系列的前兩篇推文里我們介紹了馬爾文帕納科落地式X射線衍射儀進(jìn)行同類樣品自動(dòng)例行分析的“利器”——APP（Automatic Processing Program）軟件（詳見《系列（一）：APP介紹及實(shí)例》）并演示了APP與HighScore Plus組隊(duì)實(shí)現(xiàn)石墨化度自動(dòng)分析（詳見《系列（二）：APP與HighScore Plus配合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析》），本期我們?cè)賮砜纯碭RD殘余應(yīng)力分析軟件Stress與APP是如何打配合的。

01丨簡(jiǎn)介

Stress軟件是馬爾文帕納科專業(yè)的XRD殘余應(yīng)力分析軟件，支持常規(guī)塊體樣品、鍍層、薄膜樣品的各類XRD殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)的處理與分析。

APP與HighScore Plus組隊(duì)時(shí)調(diào)用的是HighScore Plus預(yù)設(shè)好的批處理程序，與之類似，要實(shí)現(xiàn)APP + Stress軟件進(jìn)行某類樣品殘余應(yīng)力的自動(dòng)分析，首先需要在Stress軟件中建立一個(gè)合適的用戶參數(shù)組作為分析模板，該參數(shù)組包括數(shù)據(jù)處理參數(shù)、尋峰算法、樣品材料信息、分析參數(shù)等。建立參數(shù)組后便可在APP軟件中添加數(shù)據(jù)處理規(guī)則，并設(shè)置好觸發(fā)條件、所調(diào)用的軟件及參數(shù)、時(shí)長(zhǎng)限制等參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定測(cè)試程序測(cè)得的數(shù)據(jù)應(yīng)用前述分析模板進(jìn)行自動(dòng)應(yīng)力分析。

02丨Stress軟件的命令行格式

Stress軟件的命令行一般格式為：

Stress.exe <file>[<options>]  （[ ]表示可省略）

其中每個(gè)的格式為：<option name>[=<option value>]

Stress軟件支持的命令行選項(xiàng)（option）見下表，均可以在Stress軟件幫助文件中查詢到：

將處理數(shù)據(jù)必要的選項(xiàng)代碼和參數(shù)（如數(shù)據(jù)路徑）與上述支持的命令行選項(xiàng)組合，就可以得到自動(dòng)分析數(shù)據(jù)的命令行，例如：

Stress.exe %XRDMLFILE% /default="User Default/1"/export=s

這段命令行的內(nèi)容表示：打開最近測(cè)量得到的掃描數(shù)據(jù)文件，用“User Default/1”默認(rèn)參數(shù)組進(jìn)行分析，保存結(jié)果為.rsa分析文件，并僅導(dǎo)出峰列表到一個(gè).csv文件中。

03丨應(yīng)用實(shí)例：WC硬質(zhì)合金樣品的殘余應(yīng)力例行分析

本文，我們以WC硬質(zhì)合金樣品殘余應(yīng)力例行分析為例來說明設(shè)置的過程。

1)      在Stress軟件中建立用戶默認(rèn)值參數(shù)組構(gòu)建數(shù)據(jù)處理模板

①    打開Stress軟件，在主菜單中選中 Tools > User Defaults。或者點(diǎn)擊工具欄里的按鈕，打開 User Defaults 對(duì)話框，在 Name下拉列表中選中Factory Defaults（出廠默認(rèn)值），開始設(shè)置例行分析參數(shù)；

②    點(diǎn)擊Analysis標(biāo)簽里左側(cè)步驟列表的 Absorption/Transparency項(xiàng)，并在右側(cè)勾選上 Information depth (Tau) 可選框、Position correction可選框；在 Absorption factor for下拉列表中選中 Bulk samples，在Linear absorp. coeff. (1/cm) 框中輸入Cu靶下WC的線性吸收系數(shù)（=質(zhì)量吸收系數(shù)×密度）2508；

③    點(diǎn)擊步驟列表里的Peak Position項(xiàng)設(shè)置確定峰位的參數(shù)，在右側(cè)區(qū)域Fitting method下拉列表中選擇合適的確定單個(gè)掃描峰位置的方法，本例中我們使用Centered center of gravity；

④    點(diǎn)擊步驟列表里的 Analysis項(xiàng)，在右側(cè) Method下拉列表中選中 Unidirectional stress analysis項(xiàng) ，進(jìn)行單方向應(yīng)力分析；點(diǎn)擊 Database 按鈕，在這里我們可以從數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇樣品對(duì)應(yīng)材料（本例中是WC）的彈性常數(shù)信息，楊氏模量、泊松比等力學(xué)參數(shù)將會(huì)被應(yīng)用到殘余應(yīng)力值的計(jì)算中；

打開 XEC-Database對(duì)話框，轉(zhuǎn)到 Isotropic elastic constants標(biāo)簽頁，點(diǎn)擊展開 W-C分支，選擇與實(shí)際樣品最匹配的項(xiàng)，OK確認(rèn)。

⑤  到上面一步我們就建立好了參數(shù)組中的分析方法，下面我們?cè)赨ser Defaults對(duì)話框上方的選項(xiàng)卡中找到 Brief report標(biāo)簽頁，設(shè)置自動(dòng)導(dǎo)出的報(bào)告/結(jié)果要包含哪些內(nèi)容，如下圖；

⑥ 然后轉(zhuǎn)到 Miscellaneous標(biāo)簽頁，在 Stress unit system框中選中 SI設(shè)置應(yīng)力計(jì)算的單位為國(guó)際單位制，在Gridlines框中，勾選上Sin2Psi-plot可選框。

⑦ 至此我們就完成了新的自動(dòng)分析參數(shù)組的設(shè)置，點(diǎn)擊右上角的 Save as按鈕，打開 New User Defaults對(duì)話框， 輸入“ WC”，將上述用于WC硬質(zhì)合金樣品殘余應(yīng)力自動(dòng)分析的例行分析方法保存為名為WC的用戶參數(shù)組后確認(rèn)。

2)      在Data Collector中建立測(cè)試程序

在Data Collector軟件中建立一個(gè)適用于待測(cè)樣品測(cè)試的應(yīng)力測(cè)試程序（進(jìn)行某一類新樣品的應(yīng)力測(cè)試之前，一般需要事先使用與應(yīng)力測(cè)試相同的光路附件進(jìn)行一個(gè)范圍至高角度的全譜常規(guī)掃描，從而選定應(yīng)力測(cè)試需要的衍射峰，以及確定該光路下可獲得較好強(qiáng)度的每步計(jì)數(shù)時(shí)間）。

本示例中我們采用的儀器配置為：

• Cu靶，45kV 40mA

• 入射光路Parallel beam mirror Cu（1/2° 發(fā)散狹縫）

• 衍射光路 Parallel plate collimator + 正比探測(cè)器

選擇WC 2θ=117.2° 衍射峰，同傾法測(cè)試Omega應(yīng)力。單個(gè)掃描時(shí)長(zhǎng)5min，sin2psi間隔0.1，共6個(gè)掃描，總時(shí)長(zhǎng)約30min。

建好應(yīng)力測(cè)試（Stress measurement）程序后，記錄下程序名稱及存儲(chǔ)位置，以便后續(xù)在APP軟件中設(shè)置該程序?yàn)閷?duì)應(yīng)數(shù)據(jù)處理規(guī)則的觸發(fā)條件。

3)      在APP軟件中創(chuàng)建新的自動(dòng)數(shù)據(jù)處理規(guī)則

通過右鍵點(diǎn)擊系統(tǒng)欄里的APP圖標(biāo)，然后在彈出菜單里點(diǎn)擊Rules項(xiàng)，在所打開的對(duì)話框里設(shè)置數(shù)據(jù)自動(dòng)處理規(guī)則。

①   在Measurement program區(qū)域設(shè)置該數(shù)據(jù)處理規(guī)則的觸發(fā)條件，觸發(fā)條件可以是某個(gè)種類的程序或是指定某個(gè)特定的測(cè)試程序。本例中我們選中Measurement program name，點(diǎn)擊 Select Program 按鈕找到上一步建立的應(yīng)力分析程序作為該數(shù)據(jù)處理規(guī)則的觸發(fā)條件，設(shè)定好觸發(fā)條件后，當(dāng)該數(shù)據(jù)處理規(guī)則處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，使用該程序測(cè)試的數(shù)據(jù)都會(huì)自動(dòng)調(diào)用該規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

②   在Command處選擇所調(diào)用的軟件/腳本路徑。本報(bào)告中我們使用Stress軟件進(jìn)行應(yīng)力分析，因此點(diǎn)擊右側(cè)的“瀏覽”圖標(biāo)選擇Stress軟件的對(duì)應(yīng)路徑即可。

③   在Arguments 處輸入命令行參數(shù)，本例中我們希望Stress軟件自動(dòng)使用上面建立的用戶參數(shù)組WC 對(duì)測(cè)試程序符合觸發(fā)條件的硬質(zhì)合金樣品進(jìn)行自動(dòng)例行分析，并打印輸出參數(shù)組中預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告。

因此我們輸入命令行參數(shù)：

%XRDMLFILE%/default=”WC /report=yes

④  勾選上Active項(xiàng)讓這個(gè)規(guī)則起作用，并點(diǎn)擊Add to Rules List按鈕把這個(gè)規(guī)則加到規(guī)則列表中。

到這里，一個(gè)自動(dòng)數(shù)據(jù)處理的規(guī)則就完成了。以后只要我們?cè)贒ata Collector軟件中用該規(guī)則中指定的程序進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)測(cè)量結(jié)束生成.XRDML格式的數(shù)據(jù)文件后，會(huì)自動(dòng)調(diào)用Stress軟件中的WC參數(shù)組進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并打印報(bào)告（如果要把報(bào)告輸出成文件，可以設(shè)置電腦的默認(rèn)打印機(jī)為Microsoft Print to PDF，但每次執(zhí)行會(huì)彈出一個(gè)另存為PDF文件設(shè)置保存路徑的對(duì)話框，那可以找一個(gè)不彈出路徑對(duì)話框的其它PDF虛擬打印機(jī)安裝代替）。

4)      進(jìn)行測(cè)試及例行分析

將電腦的默認(rèn)打印機(jī)設(shè)置為PDF虛擬打印機(jī)，在Data Collector軟件中執(zhí)行上述編制的測(cè)量程序?qū)σ粋€(gè)WC硬質(zhì)合金零件進(jìn)行單方向應(yīng)力測(cè)試，測(cè)試完畢后進(jìn)行自動(dòng)分析，并把結(jié)果報(bào)告打印到PDF文件。

本文案例報(bào)告中的應(yīng)力分析結(jié)果如下：

可知該硬質(zhì)合金樣品在測(cè)試方向上存在約2325Mpa的壓應(yīng)力。

當(dāng)然，這個(gè)案例僅代表對(duì)于這一類的硬質(zhì)合金樣品合適采用以上的測(cè)試和分析參數(shù)，擴(kuò)展到其它各類的材料應(yīng)用時(shí)，還是需要具體問題具體分析，選擇合適的掃描參數(shù)和分析參數(shù)來構(gòu)建自動(dòng)殘余應(yīng)力分析的流程。