CN105424242A - 玻璃内应力自动测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及应力检测装置，尤其涉及一种玻璃内应力自动测量仪，包括水平工作台，水平工作台上设有竖直支撑架，水平工作台上设有光源、起偏器，起偏器位于光源上方供放置待测玻璃，竖直支撑架上设有固定座，固定座上设有检偏器和驱动检偏器旋转的检偏器驱动电机，检偏器驱动电机经传动装置连接检偏器，固定座上位于检偏器的上方设有取像元件，取像元件连接图像处理元件，图像处理元件与检偏器驱动电机连接以控制检偏器的旋转。本发明仅通过检偏器驱动电机带动检偏器进行特定角度的旋转即可，解决了多次旋转检偏器导致的测量效率低、测量误差大的技术问题，提高了本发明应力自动测量仪的测量效率和测量精度。

Description

玻璃内应力自动测量仪

技术领域

本发明涉及应力检测装置，尤其涉及一种玻璃内应力自动测量仪。

背景技术

由于生产工艺的特殊性，在制作完成后的玻璃制品中还或多或少的存在内应力，这种内应力通常是极不均匀的，会降低玻璃制品的机械强度和热稳定性，影响玻璃制品的安全使用，严重时甚至会发生自爆现象。尤其是随着触控产业的蓬勃发展，触控产品本身的规格要求也日渐严格，由于触控面板是由外部施加压力去进行感应组件的运作方式从而达到使用效果，因此产品的机械抗压性是各大厂商的重要规范与指标。对于光学玻璃，由于内应力的存在，导致加工好的光学零件表面会随时间慢慢变形，严重影响了成像质量，内应力的大小也成为光学玻璃光学性能的重要指标之一。因而，为保证玻璃制品的使用性能，玻璃的内应力要控制在合理范围内，这就要求对玻璃的内应力进行检测。

目前市场上常见的玻璃内应力测量仪主要采用senarmont补偿法原理进行测量，如中国实用新型专利201320649049.0公开了一种自动玻璃应力检测仪，包括偏光镜、分析器和检测目镜，所述偏光镜安装在底座的上表面，底座正上方还设有一支撑台，所述分析器可手动旋转安装在支撑台上，检测目镜可调安装于支撑台的分析器正上方，检测目镜的末端安装一取像装置，取像装置连接图像处理器。利用该应力检测仪测量玻璃内应力时，首先将待测玻璃放置在偏光镜上，取像装置将撷取的图像信息传送给图像处理器，然后手动旋转分析器，由图像处理器对取像装置撷取的图像亮度进行捕捉，图像处理器上将接收到不同灰度值的图像信息，当灰度值显示最小时，记录此时分析器的旋转角度，最后根据图像灰度值最小时分析器的旋转角度进行玻璃内应力的计算。虽然在该专利中设置了取像装置和图像处理器，由高精度设备取代了传统的肉眼直接读取，一定程度上提高了测量精度，但是使用该应力测量仪测量玻璃内应力需要获取图像最小灰度值，因而测量过程中要多次手动旋转分析器，导致测量效率非常低。同时由于操作者在整个测量过程中需要长时间观察图像处理器上的灰度值变化，长时间用眼容易造成视觉疲劳，在读取图像灰度值时难免存在误差，从而影响了玻璃应力仪的测量精度。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种测量误差小、测量精度高的玻璃内应力自动测量仪。

本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：

一种玻璃内应力自动测量仪，包括水平工作台，水平工作台上设有竖直支撑架，其特征在于，水平工作台上设有光源、起偏器，起偏器位于光源上方供放置待测玻璃，竖直支撑架上设有固定座，固定座上设有检偏器和驱动检偏器旋转的检偏器驱动电机，检偏器驱动电机经传动装置连接检偏器，固定座上位于检偏器的上方设有取像元件，取像元件连接图像处理元件，图像处理元件与检偏器驱动电机连接以控制检偏器的旋转。

本发明所述的检偏器旋转的角度分别为0°、45°、90°、135°，且旋转角度为0°时，所述的检偏器和起偏器的偏光轴互相垂直。

本发明所述的起偏器为圆偏振片，所述的检偏器为线偏振片。

本发明所述的光源是波长为500-560nm范围的单色光源。

本发明所述的取像元件为基于CCD的工业相机。

本发明所述的工业相机前端设有滤光片。

本发明所述的竖直支撑架上设有升降移动机构，所述的固定座设于所述升降移动机构上。

本发明所述的升降移动机构是在固定座两侧的竖直支撑架上设有滑轨，滑轨上设有升降滑座，固定座设置在升降滑座上，竖直支撑架上设有滚珠丝杠和升降电机，滚珠丝杆的螺母与固定座相连，滚珠丝杠的螺杆连接升降电机。

本发明的有益效果是，由于本发明水平工作台上设有光源、起偏器，起偏器位于光源上方供放置待测玻璃，竖直支撑架上设有固定座，固定座上设有检偏器和驱动检偏器旋转的检偏器驱动电机，检偏器驱动电机经传动装置连接检偏器，固定座上位于检偏器的上方设有取像元件，取像元件连接图像处理元件，图像处理元件与检偏器驱动电机连接以控制检偏器的旋转，使用时将待测玻璃放置在起偏器上，由光源发出的光经起偏器后变成圆偏振光，由于玻璃内部存在应力，该圆偏振光通过玻璃后被分解为具有光程差且偏振方向互相垂直的两束偏振光，检偏器上方的取像元件撷取此时的图像信息，然后将图像信息传送给图像处理元件，由图像处理元件对取像元件撷取的图像亮度信息进行采集。由于检偏器驱动电机可以带动检偏器旋转，使检偏器与起偏器的偏光轴成不同角度的设置，因而图像处理元件可以采集到不同亮度信息的图像，最后图像处理元件根据获得的多个图像亮度信息进行玻璃内应力的计算，提高了测量精度。而且整个操作过程全由自动化测量完成，避免了人工操作带来的测量误差，提高测量精度的同时也提高了测量效率。由于本发明所述的检偏器旋转的角度分别为0°、45°、90°、135°，且旋转角度为0°时，所述的检偏器和起偏器的偏光轴互相垂直，因而利用本发明应力仪测量玻璃内应力时，不需要多次旋转检偏器去获取图像灰度值最小时的检偏器旋转角度，仅通过检偏器驱动电机带动检偏器进行该四个特定角度的旋转即可，相应的图像处理元件仅需要获取该四个特定角度时的图像亮度信息，然后即可根据公式计算出待测玻璃的应力值，解决了多次旋转检偏器导致的测量效率低、测量误差大的技术问题，提高了本发明应力自动测量仪的测量效率和测量精度。同时，由于本发明应力自动测量仪还设有升降移动机构，检偏器及检偏器上方的取像元件设置在升降移动机构上，操作者可以根据待测玻璃的具体情况对检偏器及取像元件的位置进行适当调整，以使取像元件能够撷取比较清晰的图像，提高了本发明应力自动测量仪的测量精度，扩大了本发明测量仪的适用范围。

附图说明

图1为本发明应力自动测量仪的一种结构示意图，也是一种优选实施例示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

图1示出了本发明应力自动测量仪的一种实施例结构示意图，也是一种优选实施例示意图。如图1所示，本实施例所述的玻璃内应力自动测量仪，包括水平工作台1，水平工作台上1设有竖直支撑架2、光源3、起偏器4，起偏器4位于光源3上方供放置待测玻璃，光源3发出的光经起偏器4后，变成偏振光。竖直支撑架2上设有固定座5，固定座5上设有检偏器6和驱动检偏器6旋转的检偏器驱动电机7，检偏器驱动电机7经传动装置连接检偏器6。传动装置可以是现有技术中任何能够实现传动的装置，本实施例中为一减速器。固定座5上位于检偏器6的上方设有取像元件8，取像元件8连接图像处理元件9，图像处理元件9与检偏器驱动电机7连接以控制检偏器6的旋转。取像元件8对光源发出的光经起偏器、待测玻璃、检偏器之后的图像进行撷取，然后将撷取的图像传送给图像处理元件9，由图像处理元件9对图像亮度信息进行采集，并通过采集的图像亮度信息进行玻璃内应力的计算。在测量过程中，图像处理元件根据图像亮度的采集情况控制检偏器驱动电机的运行状态，当图像亮度信息采集完成后，图像处理元件控制检偏器驱动电机启动，以带动检偏器进行下一个预设角度的旋转。

作为优选实施方式，本实施例所述的取像元件8为基于CCD(Charge-coupledDevice)图像传感器的工业相机，灵敏度好，测量精度高。优选的，本实施例所述的图像处理元件9为具有数据处理软件的通用计算机。将待测玻璃放置在起偏器4上，光源发出的光经起偏器之后变成偏振光，检偏器6上方的取像元件8撷取此时的图像传送给图像处理元件9，图像处理元件9对图像亮度进行信息采集后，发出相应指令控制检偏器驱动电机7工作，检偏器驱动电机7经传动装置带动检偏器6旋转，检偏器旋转到预定角度之后，检偏器驱动电机停机工作，检偏器停止旋转，取像元件将此时撷取的图像传送给图像处理元件，由图像处理元件对撷取的图像亮度进行采集。如此重复，当检偏器旋转了所有预设角度之后，图像处理元件根据所有采集到的图像亮度信息进行玻璃内应力的计算。整个操作过程全由自动化完成，避免了人工操作带来的测量误差，提高测量精度的同时也提高了测量效率。优选的，本实施例所述的起偏器4为圆偏振片，所述的检偏器6为线偏振片。在本实施例中，所述的圆偏振片是由一线偏振片与一四分之一波片组合而成，线偏振片的起偏方向与四分之一波片的光轴成45°夹角，光源发出的光经圆偏振片后成为圆偏振光。

作为优选实施方式，本实施例所述的检偏器预设的旋转角度分别为0°、45°、90°、135°，且检偏器旋转角度为0°时，所述的检偏器和起偏器的偏光轴互相垂直。检偏器驱动电机带动检偏器分别旋转0°、45°、90°、135°，检偏器上方的取像元件分别对检偏器旋转0°、45°、90°、135°时的图像进行撷取，然后将撷取的图像分别传送给图像处理元件，图像处理元件分别对该四个特定角度时的图像亮度信息进行采集，最后利用数据处理软件进行玻璃内应力的计算。本发明所述的快轴方向和相位延迟的计算公式为：

其中，在m-n构成的坐标系中，A(m，n)为某点光源强度，I₀(m，n)、I₄₅(m，n)、I₉₀(m，n)、I₁₃₅(m，n)分别为检偏器旋转0°、45°、90°、135°时某点的灰度值，θ为快轴方向，0≤θ≤180，为相位延迟，

根据公式(1)、(2)、(3)、(4)可求出某点快轴方向：

当I₄₅(m，n)＜I₁₃₅(m，n)时， $\mathrm{\θ}(m,n)=\frac{1}{2}a\tan \[\frac{I_0(m,n)-I_{90}(m,n)}{I_{135}(m,n)-I_{45}(m,n)}\];$

当I₄₅(m，n)＞I₁₃₅(m，n)时， $\mathrm{\θ}(m,n)=\frac{1}{2}a\tan \[\frac{I_0(m,n)-I_{90}(m,n)}{I_{135}(m,n)-I_{45}(m,n)}\]+90.$

相位延迟

本发明所述的内应力的计算公式为：

根据公式(5)、(6)即可进行玻璃内应力的计算。

同时，由上述计算公式可知，本发明应力自动测量仪只需要检偏器旋转四个角度，图像处理元件仅需获取该四个角度时的图像亮度信息，即可测量出待测玻璃任意位置的应力值，扩大了本发明的测量范围，使本发明具有更广阔的应用前景。

本发明所述的光源3是能发射出具有中心波长的单色光的光源，可以排除其他波长光的影响，以便取像元件8能够撷取比较清晰的图像，在本实施例中光源3优选中心波长为500-560nm范围的单色光源。为了降低本发明应力测量仪的制造成本，本实施例所述的光源也可以不是单色光源，对此，可以在所述的取像元件8前端设置滤光片对光源3发出的光进行滤光使之成为单色光。滤光片的半峰宽越窄，本发明测量仪的测量精度越高。当然，即使光源是单色光源，也可以在取像元件8前端设置滤光片，对光源发射的单色光进一步提纯，使之成为半峰宽更窄的单色光。为了避免其他不必要的杂光对本发明测量精度造成影响，本发明优选在比较黑暗的操作环境中进行使用。当然，为了操作使用上的便利，本发明也可以不必选择在黑暗环境中使用，此时只需要在本发明测量仪上增加一个罩体即可，使光源与取像元件处于一个暗室中，避免了其他杂光对本发明测量精度造成影响的同时，又提高了本发明测量仪的操作便利性。

优选的，本实施例所述的竖直支撑架2上设有升降移动机构，检偏器及检偏器上方的取像元件设置在升降移动机构上。由图1可以看出，所述的升降移动机构是在固定座5两侧的竖直支撑架2上设有滑轨，滑轨上设有升降滑座，固定座5设置在升降滑座上，竖直支撑架2上设有滚珠丝杠和升降电机，滚珠丝杠的螺母与固定座5相连，滚珠丝杠的螺杆连接升降电机。因而在利用本发明自动测量仪时，操作者可以根据待测玻璃的具体情况对检偏器及取像元件的位置进行适当调整，以使取像元件能够撷取比较清晰的图像，提高了本发明应力自动测量仪的测量精度，扩大了本发明测量仪的适用范围。

利用本发明应力自动测量仪测量玻璃内应力时，操作者只需要将待测玻璃放置在起偏器上，光源发出的光经起偏器后变成偏振光，由于玻璃内部存在应力，经过有应力的待测玻璃后偏振光被分解为具有光程差且偏振方向互相垂直的两束偏振光，检偏器驱动电机带动检偏器进行旋转，检偏器上方的取像元件将撷取的图像传送给图像处理元件，由图像处理元件根据撷取的图像亮度信息进行玻璃内应力的计算。当检偏器旋转角度为0°时，检偏器和起偏器的偏光轴互相垂直，检偏器上方的取像元件撷取此时的图像，然后将撷取的图像传送给图像处理元件，由图像处理元件对撷取的图像亮度信息进行采集，采集完之后发出相应指令控制检偏器驱动电机启动，检偏器驱动电机带动检偏器按照预设的45°进行旋转，当检偏器旋转到预定位置后，检偏器驱动电机停止工作，检偏器停止旋转，取像元件撷取此时的图像，并将撷取的图像传送给图像处理元件，图像处理元件对接收到的图像亮度信息进行采集，采集完成之后控制检偏器驱动电机启动，如此重复，检偏器驱动电机带动检偏器依次进行0°、45°、90°、135°的旋转，图像处理元件将该四个角度时的图像亮度信息采集完成之后，根据内嵌的数据处理软件完成待测玻璃内应力的计算。整个操作过程全由自动化测量完成，避免了人工操作带来的测量误差，提高测量精度的同时也提高了测量效率。同时，使用本发明应力自动测量仪不需要多次旋转检偏器去获取图像灰度值最小时的检偏器旋转角度，仅通过检偏器驱动电机带动检偏器进行四个角度的旋转，即可测量出待测玻璃任意位置的应力值，扩大了本发明的测量范围，解决了多次旋转检偏器导致的测量效率低、测量误差大的技术问题，提高了本发明应力自动测量仪的测量效率和测量精度。

同时，由于本发明应力自动测量仪还设有升降移动机构，检偏器及检偏器上方的取像元件设置在升降移动机构上，操作者可以根据待测玻璃的具体情况对检偏器及取像元件的位置进行适当调整，以使取像元件能够撷取比较清晰的图像，提高了本发明应力自动测量仪的测量精度，扩大了本发明测量仪的适用范围。为了更进一步提高本发明应力自动测量仪的测量精度，在对待测玻璃进行测量之前，可以先由检偏器驱动电机带动检偏器分别旋转0°、45°、90°、135°，以对本发明测量仪进行校准，同时排除背景光对本发明测量精度的影响。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (8)

1.一种玻璃内应力自动测量仪，包括水平工作台，水平工作台上设有竖直支撑架，其特征在于，水平工作台上设有光源、起偏器，起偏器位于光源上方供放置待测玻璃，竖直支撑架上设有固定座，固定座上设有检偏器和驱动检偏器旋转的检偏器驱动电机，检偏器驱动电机经传动装置连接检偏器，固定座上位于检偏器的上方设有取像元件，取像元件连接图像处理元件，图像处理元件与检偏器驱动电机连接以控制检偏器的旋转。

2.根据权利要求1所述的玻璃内应力自动测量仪，其特征在于，所述的检偏器旋转的角度分别为0°、45°、90°、135°，且旋转角度为0°时，所述的检偏器和起偏器的偏光轴互相垂直。

3.根据权利要求1或2所述的玻璃内应力自动测量仪，其特征在于，所述的起偏器为圆偏振片，所述的检偏器为线偏振片。

4.根据权利要求1或2所述的玻璃内应力自动测量仪，其特征在于，所述的光源是波长为500-560nm范围的单色光源。

5.根据权利要求1或2所述的玻璃内应力自动测量仪，其特征在于，所述的取像元件为基于CCD的工业相机。

6.根据权利要求5所述的玻璃内应力自动测量仪，其特征在于，所述的工业相机前端设有滤光片。

7.根据权利要求1或2所述的玻璃内应力自动测量仪，其特征在于，所述的竖直支撑架上设有升降移动机构，所述的固定座设于所述升降移动机构上。

8.根据权利要求7所述的玻璃内应力自动测量仪，其特征在于，所述的升降移动机构是在固定座两侧的竖直支撑架上设有滑轨，滑轨上设有升降滑座，固定座设置在升降滑座上，竖直支撑架上设有滚珠丝杠和升降电机，滚珠丝杆的螺母与固定座相连，滚珠丝杠的螺杆连接升降电机。