CN102226771B - 一种红外玻璃内部缺陷和残余应力的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外玻璃内部缺陷和残余应力检测装置及检测方法，检测装置包括按顺序排列的红外光源、扩束镜、直径可调的光栏、样品架和红外摄像装置，特点是还包括起偏器和检偏器，起偏器设置在光栏和样品架之间，检偏器可在起偏器和样品架之间或样品架和红外相机之间任意切换，样品架连接有位置控制器，红外光源、位置控制器和红外摄像装置分别与控制计算机连接，优点在于通过移动检偏器位置，在同一检测装置上分别实现了对红外玻璃内部缺陷和残余应力的检测，成本低、精度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种玻璃性能的检测技术，尤其是涉及一种红外玻璃内部缺陷和残余应力的检测方法。
背景技术
红外玻璃能透过宽光谱不可见光，不能透过可见光，具有较小的热差系数和较高的折射率，其折射率与锗单晶相差较大，可以与锗单晶组合构成同时具备消热差和消色差功能的镜头；另外，红外玻璃适合精密模压，其生产成本较低；目前红外玻璃已广泛应用于枪瞄、导航、星际生命探测、车载夜视等需要红外热成像的领域。但是随着科技的快速发展，各应用领域对红外玻璃的质量要求也日益提高，为了保证产品的质量和精度，获得清晰的热像，人们对造成红外玻璃成像精度低的内部缺陷（包括条纹、气泡、析晶、分相和裂纹）和造成红外玻璃易碎的残余应力的检测提出了要求。
目前虽然市场上公开的一些玻璃内部缺陷和残余应力测量方法，但是实行这些检测方法的前提是玻璃能够透过可见光，由于红外玻璃不透可见光，使用上述检测方法检测红外玻璃内部缺陷和残余应力需要克服很多问题，给检测带来很大困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可方便地在同一装置上完成对红外玻璃内部条纹、气泡、析晶、分相、裂纹和残余应力的检测的红外玻璃内部缺陷和残余应力的检测方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种红外玻璃内部缺陷和残余应力的检测方法，检测装置包括按顺序排列的红外光源、扩束镜、直径可调的光栏、样品架和红外摄像装置，其特征在于还包括起偏器和检偏器，所述的起偏器设置在所述的光栏和所述的样品架之间，所述的检偏器可在所述的起偏器和所述的样品架之间或所述的样品架和所述的红外相机之间任意切换，所述的样品架连接有位置控制器，所述的红外光源、所述的位置控制器和所述的红外摄像装置分别与控制计算机连接，它包括以下步骤：
首先调节各光学元件，使其中心同高且处于系统光轴上，然后将待测红外玻璃样品置于样品架上，调节光栏的直径，使其与待测红外玻璃样品的直径相同；
a、将检偏器设置在起偏器与样品架之间，检测待测红外玻璃样品的内部缺陷，具体步骤为：
（1）、使检偏器或起偏器绕光轴旋转，调节检偏器和起偏器的偏振方向之间的夹角，使通过待测红外玻璃样品后的光线的光强落在红外摄像装置的线性工作区域内；
（2）、调节红外摄像装置使待测红外玻璃样品的后表面成像在红外摄像装置的焦平面上，在控制计算机的显示屏上得到待测红外玻璃样品内部缺陷的投影图，进而检测出待测红外玻璃样品内部的条纹、气泡、析晶、分相和微裂纹，通过控制计算机驱动位置控制器，控制待测红外玻璃样品上下左右移动，同步得到待测红外玻璃样品在不同方位的投影图；
b、将检偏器设置在样品架与红外摄像装置之间，检测待测红外玻璃样品的残余应力，具体步骤为：
（1）、移去待测红外玻璃样品，绕光轴转动检偏器，使检偏器的偏振方向与起偏器的偏振方向正交出现全暗视场；
（2）、将待测红外玻璃样品放回原处，通过观察待测红外玻璃样品后表面是否出现明暗条纹，判断待测红外玻璃样品内部是否存在残余应力；
（3）、当待测红外玻璃样品后表面出现明暗条纹，则判断待测红外玻璃样品内部存在残余应力，转动检偏器使暗条纹变亮，记下此时检偏器转动的角度θ，根据公式3.14θ/nm计算得出残余应力的大小。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过设置检偏器和起偏器，起偏器固定设置在待测红外玻璃样品之前，而检偏器位置可以移动，当检偏器位于待测红外玻璃样品之前时，两个起偏器和检偏器组合成光衰减器，采用透射成像的方法，直观的得到红外玻璃内部缺陷图像；当检偏器移动至待测红外玻璃样品之后和红外相机之前时，利用应力双折射产生的光程差即可获得残余应力，在同一检测装置上分别实现了对红外玻璃内部缺陷和残余应力的检测，成本低、精度高。
附图说明
图1为本发明检测装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，一种红外玻璃内部缺陷检测装置，包括按顺序排列的红外光源1、红外扩束望远镜2、直径可调的光栏3、起偏器4、检偏器5和红外相机7，红外光源1和红外相机7分别与控制计算机8连接，控制计算机8与位置控制器9的输入端连接，位置控制器9的输出端与样品架（图未显示）连接，用于控制待测红外玻璃样品6的位置。
以下结合图1，对使用本发明的检测装置来检测内部缺陷和残余应力的方法具体介绍如下：
待测红外玻璃样品6为Φ30×10mm的圆柱形硫系玻璃，其两个端面加工成平行的光学平面，待测红外玻璃样品6在1.0μm处的透过率50～60%，考虑到光源与面阵CCD的市场价格，红外光源1选择波长为1.064μm的TEM00模工作的Nd3+：YAG连续激光器，红外相机7为采用Si面阵CCD的相机，将红外光源1安装在俯仰方位可调的二维微调架上，红外扩束望远镜2安装在上下左右俯仰方位可调的四维微调架上，光栏3安装在上下可调的二维微调架上，起偏器4和检偏器5分别安装在上下左右可调并可绕中心轴转动和带有转角刻度的三维微调架上，待测红外玻璃样品6和红外相机7分别安装在上下左右俯仰方位可调的四维微调架上。
首先将检偏器5设置在起偏器4和样品架之间，由起偏器4和检偏器5组合成光衰减器，将待测红外玻璃样品6放置在样品架上，检测待测红外玻璃样品6的内部缺陷。红外光源1输出的光束经过红外扩束望远镜2后,光束扩成Φ35～50mm的平行光束，调节光栏3通光口径到Φ30mm，调节起偏器4和检偏器5的两个偏振方向的相对角度，使通过待测红外样品6的光强落在红外相机7的线性工作区域，微调放置待测红外玻璃样品6的四维微调架，使Φ30mm的平行光束垂直入射到待测红外玻璃样品6中，并让光束中心与待测红外玻璃样品6中心重合。红外相机7镜头前置有透红外的滤光片（1-2.5μm），可以消除小于1μm的杂散光，微调红外相机7镜头，使待测红外玻璃样品6后表面成像到红外相机7焦平面上，将红外相机7与控制计算机8连接，则在电脑屏上可显示待测红外玻璃样品6内部缺陷的投影图。控制计算机8通过驱动位置驱动器9调节待测红外玻璃样品6的位置，利用红外相机7同步拍摄多幅图像，比对分析可以消除由于光源的不均匀带来的背景干扰。分析沿着待测红外玻璃样品6圆柱轴线出现的不同位置的投影图，在相机分辨率为亚毫米条件下，检测到影响待测红外玻璃样品6质量的条纹、气泡、析晶、分相和微裂纹等内部缺陷。
在检测得到待测红外玻璃样品6的内部缺陷数据后，将检偏器5移到待测红外玻璃样品6之后，如图1中虚线所示的位置，红外相机7之前，起偏器4保持位于待测红外玻璃样品6之前不变；将待测红外玻璃样品6轻轻取下，旋转调整检偏器5的偏振方向，使其与起偏器4的偏振方向正交出现全暗视场，以此时检偏器5角度为基准，再将待测红外玻璃样品6轻轻放回原位，此时出现明暗应力条纹，证明存在残余应力，再调整检偏器5的偏振方向，使暗条纹变亮，记下相应的转角θ，那么待测红外玻璃样品6内部产生应力双折射光程差的相对值可以用θ来表示，根据公式3.14θ/nm得到待测红外玻璃样品6应力双折射光程差的参考数据，即残余应力的参考数据，除以样品长度可得到单位长度玻璃产生的应力双折射光程差。
上述实施例中的样品架和各种调整架均可以使用本技术领域的成熟产品。
Claims (1)
1.一种红外玻璃内部缺陷和残余应力的检测方法，检测装置包括按顺序排列的红外光源、扩束镜、直径可调的光栏、样品架和红外摄像装置，其特征在于还包括起偏器和检偏器，所述的起偏器设置在所述的光栏和所述的样品架之间，所述的检偏器可在所述的起偏器和所述的样品架之间或所述的样品架和所述的红外相机之间任意切换，所述的样品架连接有位置控制器，所述的红外光源、所述的位置控制器和所述的红外摄像装置分别与控制计算机连接，其特征在于它包括以下步骤：
首先调节各光学元件，使其中心同高且处于系统光轴上，然后将待测红外玻璃样品置于样品架上，调节光栏的直径，使其与待测红外玻璃样品的直径相同；
a、将检偏器设置在起偏器与样品架之间，检测待测红外玻璃样品的内部缺陷，具体步骤为：
（1）、使检偏器或起偏器绕光轴旋转，调节检偏器和起偏器的偏振方向之间的夹角，使通过待测红外玻璃样品后的光线的光强落在红外摄像装置的线性工作区域内；
（2）、调节红外摄像装置使待测红外玻璃样品的后表面成像在红外摄像装置的焦平面上，在控制计算机的显示屏上得到待测红外玻璃样品内部缺陷的投影图，进而检测出待测红外玻璃样品内部的条纹、气泡、析晶、分相和微裂纹，通过控制计算机驱动位置控制器，控制待测红外玻璃样品上下左右移动，同步得到待测红外玻璃样品在不同方位的投影图；
b、将检偏器设置在样品架与红外摄像装置之间，检测待测红外玻璃样品的残余应力，具体步骤为：
（1）、移去待测红外玻璃样品，绕光轴转动检偏器，使检偏器的偏振方向与起偏器的偏振方向正交出现全暗视场；
（2）、将待测红外玻璃样品放回原处，通过观察待测红外玻璃样品后表面是否出现明暗条纹，判断待测红外玻璃样品内部是否存在残余应力；
（3）、当待测红外玻璃样品后表面出现明暗条纹，则判断待测红外玻璃样品内部存在残余应力，转动检偏器使暗条纹变亮，记下此时检偏器转动的角度θ，根据公式3.14θ/nm计算得出残余应力的大小。
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