CN105758566A - 玻璃表面应力仪 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种玻璃表面应力仪，照明单元，其包括光源；检测棱镜，其具有用于与被检测玻璃的表面贴合以进行检测的检测表面，从照明单元入射检测棱镜的光在检测表面和被检测玻璃的表面之间的贴合处被全反射；和成像单元，其包括透镜系统，该透镜系统布置成接收来自检测棱镜的出射光并形成检测图像，其中透镜系统的焦距小于60mm。玻璃表面应力仪通过设置小焦距的透镜系统以获得较宽的成像视角，有助于提高检测精度。

Description

玻璃表面应力仪

技术领域

本公开涉及一种光学检测装置，具体地，涉及一种玻璃表面应力仪。

背景技术

玻璃板是日常生活和工业生产中都常见的材料。为了衡量玻璃板质量、确保玻璃板使用的安全，经常需要对玻璃板中的应力进行测量。为了检测玻璃板应力，在国标等标准中规定，采用双折射的方式测量玻璃的表面应力，以表征玻璃内部的应力水平。目前，实际使用中，测定玻璃表面应力的方式主要有两种：微分表面折射法DSR(DifferentialSurfaceRefractometry)和表面掠角偏关法GASP(GrazingAngleSurfacePlarimetry)。其中DSR方式由于使用的光学元件少，检测仪器的价格相对较低，而被各种检测机构广为采用。

然而，现有的DSR方式的玻璃表面应力仪并非没有缺陷。现有的DSR方式的玻璃表面应力仪所包括的成像单元部分的透镜系统的焦距都比较大，焦距愈大导致通过透镜系统成像的视角愈窄，从而对检测棱镜与玻璃表面之间的界面反射的光的检测范围较窄，因此检测的误差较大。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，做出了本发明。

根据本发明，提供了一种玻璃表面应力仪，包括：

照明单元，其包括光源；

检测棱镜，其具有用于与被检测玻璃的表面贴合以进行检测的检测表面，从所述照明单元入射检测棱镜的光在所述检测表面和被检测玻璃的表面之间的贴合处被全反射；和

成像单元，其包括透镜系统，该透镜系统布置成接收来自所述检测棱镜的出射光并形成检测图像，其中

所述透镜系统的焦距小于60mm。

优选，所述成像单元还包括：沿着光路方向且在所述透镜系统后面紧邻挨次布置的分析镜和感光元件。

优选，所述成像单元还包括：沿着光路方向且在所述透镜系统后面依次设置的第一反射镜、分析镜和感光元件。更优选地，所述成像单元还包括：第二反射镜和目视观察单元，该第二反射镜设置在所述第一反射镜和分析镜之间，其能够在第一位置和第二位置之间旋转，在所述第一位置，该第二反射镜将来自第一反射镜的光引导至所述分析镜，并且在所述第二位置，该第二反射镜将来自第二反射镜的光引导至所述目视观察单元，所述目视观察单元从所述遮光外罩露出。

优选，所述透镜系统为单个透镜或双片复合聚焦镜。

优选，所述光源为白色LED或单色LED光源。

优选，所述照明单元还包括：在所述光源后的光路上依次设置的光阑、滤光片、聚光镜。

优选，所述检测棱镜还包括对进入所述检测棱镜的光进行反射并将其引导到所述检测表面的反射面。

优选，所述检测棱镜还包括对被所述检测表面和被检测玻璃的表面之间的贴合处全反射的光进行反射并将其引导出所述检测棱镜以进入所述透镜系统的反射面。

优选，所述玻璃表面应力仪还包括遮光外罩，所述照明单元、检测棱镜和成像单元容纳在所述遮光外罩中，并且所述遮光外罩形成有检测孔，所述检测棱镜的检测表面从所述检测孔伸出。

优选，所述玻璃表面应力仪还包括设置在所述遮光外罩内的数据处理单元，所述成像单元中的感光元件与数据处理单元电连接；和

形成在所述遮光外罩的表面上或支撑在所述遮光外罩上的显示单元，该显示单元电连接至所述数据处理单元，用于显示所述检测图像。

根据本发明的玻璃表面应力仪通过设置小焦距的透镜系统以获得较宽的成像视角，这样有助于提高检测精度。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是根据本发明第一实施例的玻璃表面应力仪的结构示意图；

图2是根据第一实施例的变型的玻璃表面应力仪的结构示意图；

图3是根据第一实施例的另一变型的玻璃表面应力仪的结构示意图；

图4是根据第一实施例的再一变型的玻璃表面应力仪的结构示意图；

图5是根据本发明第二实施例的玻璃表面应力仪的结构示意图；

图6是根据第二实施例的变型的玻璃表面应力仪的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本申请提供的玻璃表面应力仪适合于检测平面玻璃或曲面玻璃的表面应力。

图1为根据本发明第一实施例的表面应力仪的结构示意图。图1所示的玻璃表应力仪包括照明单元、检测棱镜200和成像单元。

为获得较宽成像视角以观察检测棱镜200的检测表面与待检测玻璃的贴合处较宽范围内的作用光线，其中成像单元所包含的透镜系统优选为小焦距的透镜系统，以此获得更精确的检测图像。

如图1所示，根据本发明的玻璃表面应力仪还可以包括外罩400，并且该外罩优选为遮光外罩。遮光外罩400容纳上述照明单元、检测棱镜和成像单元，其遮蔽来自外部的杂散光，界定应力仪的外形。

如图1所示，照明单元包括依次设置的光源101、光阑102、滤光片103、聚光镜104和反射镜105。

为节能和供电电压的便利考虑，照明单元使用的光源101优选为LED光源。本实施例提供了光阑102，其用于调整光强；如果光源101的光强合适，可以不使用光阑。滤光片103可以为例如干涉滤光片，其用于对光源发射的光进行提纯，以提高检测精度；如果光源101的单色性满足检测精度的要求，可以不使用滤光片103。在本实施例中，光源101例如采用LED白光光源，并通过光阑102和滤光片103调整和改善用于检测的光线的特性，从而确保检测精度。

聚光镜104被形成和布置为将来自所述光源的光聚焦到检测棱镜200的检测表面200a上或其附近。聚光镜104可以例如由凸透镜构成，所述聚光镜的焦距以及物距和像距通过光程计算，使得光进入棱镜后会聚在检测棱镜的检测表面上或其附近，使得光学检测面较小。为了缩小整个设备的体积，聚光镜的焦距优选不大于25mm。

在光线进入检测棱镜200之前的光路中，可以选择性地设置反射镜105，用于折叠光路，从而减小应力仪的整体体积。本发明并不限于使用或者不使用该反射镜105。

检测棱镜200可以为三角棱镜、入射面为圆弧型的矩形棱镜等。图3中示出的检测棱镜200为方形棱镜。检测棱镜200具有用于与被检测玻璃的表面贴合的检测表面200a。通过对光源出射的光进行了滤光，可以使入射检测棱镜的光成为单色性好的光，减少了检测光从玻璃-棱镜界面出射后光源光谱宽度对测量的不利影响。光源的入射角通过科学计算确定，配合相应参数的检测棱镜的使用，避免了操作人员在多个台阶中选择而影响测量精度。

类似的，在光线从检测棱镜200出来进入透镜系统的光路上，根据光路方向，在检测棱镜200后可以选择性地设置反射镜300a，调整光入射到成像系统的角度，修正组装误差。反射镜300a置于检测棱镜200和透镜系统之间，且临近检测棱镜200，以将从检测棱镜出射的光反射进入透镜系统，优选地，临近检测棱镜200的反射镜300a的位置可以由使用者经由调节件300d进行调节，从而调节进入透镜系统的光的角度，使得临界角度的光经过透镜组后照射到感光元件上，呈现高质量的台阶差图像。调节件300d优选为螺丝，以提高易用性和调节的精度。在光线从检测棱镜200出来进入透镜系统的光路上，本发明并不限于使用或者不使用该反射镜300a。

遮光外罩400上可以开设有检测孔401，检测棱镜的检测表面200a从检测孔401伸出。优选，检测棱镜的检测表面200a从检测孔401伸出的距离是可调的。例如，遮光外罩400外部可以具有连接至检测棱镜200的调节装置，用以调节检测棱镜伸出遮光外罩的距离。此外，优选，检测孔401位于遮光外罩底部，并且在遮光外罩400与检测棱镜200之间围绕检测孔401设置有遮光密封件(未示出)，以避免杂散光经由该检测孔401进入检测棱镜。

作为一种有利的实施方式，成像单元包括挨次设置的透镜系统、分析镜和302感光元件303。也即，透镜系统、分析镜和302感光元件303之间不设置有其他任何光学元件。透镜系统可以设置为单个透，也可以设置为双片复合聚焦镜，当然也可以设置为其他的。透镜系统的焦距小于60mm。这样的焦距设置相比于现有的应力仪的透镜系统的焦距至少缩小1倍，从而通过感光元件观察到在贴合处作用的光线的范围进行相应的扩大，能够观察到更精确的检测图像。

该实施例中透镜系统优选为单个透镜301。也即，单个透镜301、分析镜和302感光元件303之间不设置有其他任何光学元件。由单个透镜301聚焦的光射入分析镜302，再经由分析镜后射入诸如CCD/CMOS/PMT等的感光元件303成像，在感光元件上呈现出反应玻璃表面应力的台阶差图像，这样的设置进一步缩短整体光路所占据的空间，并且能够观察到更宽视角的成像。

分析镜302例如可以采用两片互相垂直的偏振片拼接或者采用一个或者多个偏振分光棱镜实现。

与感光元件303电连接的数据处理单元(未图示)对台阶差图像进行处理，从而得到玻璃的表面应力。数据处理单元可以通过具有数据处理软件的通用计算机实现，或者使用专用的小型数据处理器实现，例如，单片机，FPGA，CPLD等。小型的数据处理器可以集成在感光元件303中。

为了能够直观让使用者了解检测结果，玻璃表面应力仪可以包括形成在遮光外罩表面上或突出于该表面的显示单元。显示单元可以包括显示检测结果的图形图像界面，以及控制内置于检测装置内的小型数据处理器进行诸如初始化、清零、校准、故障检测等实体或虚拟按键。显示单元可以为触摸显示屏。

图2示出了根据第一实施例的一个变型的玻璃表面应力仪，区别于图1示出的玻璃表面应力仪，该变型例所示的玻璃表面应力仪在光线进入检测棱镜200之前的光路中，未使用反射镜105，在检测棱镜200上设置一反射面200b，来自照明单元的光线进入检测棱镜之后在反射面200b处被反射，从而被引导到检测棱镜200的检测表面200a。反射面200b优选为检测棱镜200的一端的下底侧面。另外，也未使用反射镜300a，检测棱镜200还包括一反射面200c，经贴合面(例如检测表面200a与曲面玻璃30的接触点30a)反射后的光线经过反射面200c进入成像单元，反射面200c位于另一端的下底侧面。该实施例中，通过将检测棱镜200和位于其光路前的反射镜集成在一起，并且将检测棱镜200和位于其光路后的反射镜集成在一起，以进一步缩短整体光路所占据的空间，实现小型化；同时，简化了安装，并避免了由于反射镜相对于检测棱镜的位置误差而带来的检测精度降低。当然，在反射镜105和反射镜300a替换为其他光学元件或其他光学结构替代的时候，本发明并不局限检测棱镜200同时具有反射面200b和反射面200c，也可以通过反射镜105、反射面200c，或者反射面200b、反射镜300a的结构设置实现整个光路的优化。

图3示出了根据第一实施例的另一个变型的玻璃表面应力仪，检测棱镜200未设置反射面200b，其中来自照明单元的光线垂直于检测棱镜200的入射面200d进入检测棱镜200，然后经过检测表面与被检测玻璃的贴合处反射，其中照明单元的光线在进入检测棱镜200之前的方向和进入检测棱镜200到检测表面200a之间的方向位于同一方向上，即光线进入检测棱镜。光源的入射角通过科学计算确定，配合相应参数的检测棱镜的使用。光线通过垂直进入入射面200d以直接引导进检测棱镜的检测表面，代替反射面200b，简化安装，提高检测精度；进一步缩短整体光路所占据的空间。

图4示出了根据第一实施例的再一变型的玻璃表面应力仪，其与图3所示的玻璃表面应力仪基本相同，不同之处在于，图3所示的中可选地包括的、形成在遮光外罩表面上或突出于该表面的显示单元被支撑在遮光外罩上的分立的显示单元600所替代。具体地，如图4所示，显示单元600通过支架601支撑于遮光外罩400上，并与前述数据处理单元电连接。显示单元600可以包括显示检测结果的图形图像界面，以及控制内置于检测装置内的小型数据处理器进行诸如初始化、清零、校准、故障检测等实体或虚拟按键。显示单元可以为触摸显示屏。优选地，显示单元600还进一步集成有计算模块，用于完成至少部分数据处理任务。

图5示出了本发明第二实施例的玻璃表面应力仪的结构示意图，根据图3所示的玻璃表面应力仪基本相同，不同之处在于，成像单元还可以至少包括一个反射镜。例如，如图5所示，成像单元包括第一反射镜300b，第二反射镜300c。第一反射镜300b位于小焦距单个透镜301(或双片复合聚焦镜)与分析镜302之间，用以将单个透镜301(或双片复合聚焦镜)聚焦的光导向分析镜302，再经由分析镜后射入感光元件303成像。第一反射镜300b将经过单个透镜301(或双片复合聚焦镜)聚焦的光换向，延长感光元件采集光线的距离以呈现高质量的台阶差图像。

可选择的，第二反射镜300c可以省略，或者第三反射镜300c为可旋转的反射镜。

图6示出了根据第二实施例的变型的玻璃表面应力仪的结构示意图，其中第二反射镜设置300c可为可旋转的反射镜，透镜系统优选为双片复合聚焦镜301b。如图6所示，成像单元还进一步包括目视观察单元500。在该变型中，第一反射镜300b和第二反射镜300c的反射面相对设置，且均置于双片复合聚焦镜301b(或单个透镜)和分析镜302之间。目视观察单元500与感光单元303相对于第二反射镜300c共轭。第二反射镜300c能够在第一位置和第二位置之间旋转。在第一位置，该第二反射镜300c将来自第一反射镜300b的光引导至分析镜302，使感光元件303进行图像记录实现电子测量，类似于DSLR相机的工作方式。在第二位置，该第二反射镜300c将来自第一反射镜300b的光引导至目视观察单元500，从而可以以目视观察单元500观测并人工计算结果。目视观察单元500从遮光外罩400露出。

应该理解的是，本发明的玻璃表面应力仪并不限于以上描述的成像单元的特定功能或构造。具体而言，尽管以上第一实施例及其变型中，成像单元包括分析镜和感光元件，但是根据本发明的玻璃表面应力仪可以具有任意其它适合形式的成像单元。例如成像单元可以简单地实现为用于通过肉眼直接观察被全反射的光产生的干涉条纹的目视观察系统，可以不包括反射镜或者包括更多或更少的反射镜，等等。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (11)

1.一种玻璃表面应力仪，包括：

照明单元，其包括光源；

检测棱镜，其具有用于与被检测玻璃的表面贴合以进行检测的检测表面，从所述照明单元入射检测棱镜的光在所述检测表面和被检测玻璃的表面之间的贴合处被全反射；和

成像单元，其包括透镜系统，该透镜系统布置成接收来自所述检测棱镜的出射光并形成检测图像，

其特征在于，

所述透镜系统的焦距小于60mm。

2.根据权利要求1所述的玻璃表面应力仪，其特征在于，所述成像单元还包括：沿着光路方向且在所述透镜系统后面紧邻挨次布置的分析镜和感光元件。

3.根据权利要求1所述的玻璃表面应力仪，其特征在于，所述成像单元还包括：沿着光路方向且在所述透镜系统后面依次设置的第一反射镜、分析镜和感光元件。

4.根据权利要求3所述的玻璃表面应力仪，其特征在于，所述成像单元还包括：第二反射镜和目视观察单元，该第二反射镜设置在所述第一反射镜和分析镜之间，其能够在第一位置和第二位置之间旋转，在所述第一位置，该第二反射镜将来自第一反射镜的光引导至所述分析镜，并且在所述第二位置，该第二反射镜将来自第二反射镜的光引导至所述目视观察单元，所述目视观察单元从所述遮光外罩露出。

5.根据权利要求1所述的玻璃表面应力仪，其特征在于，所述透镜系统为单个透镜或双片复合聚焦镜。

6.根据权利要求1所述的玻璃表面应力仪，其特征在于，所述光源为白色LED光源或单色LED。

7.根据权利要求4所述的玻璃表面应力仪，其特征在于，所述照明单元还包括：在所述光源后的光路上依次设置的光阑、滤光片、聚光镜。

8.根据权利要求1所述的玻璃表面应力仪，其特征在于，

所述检测棱镜还包括对进入所述检测棱镜的光进行反射并将其引导到所述检测表面的反射面。

9.根据权利要求1所述的玻璃表面应力仪，其特征在于，

所述检测棱镜还包括对被所述检测表面和被检测玻璃的表面之间的贴合处全反射的光进行反射并将其引导出所述检测棱镜以进入所述透镜系统的反射面。

10.根据权利要求1-9所述的玻璃表面应力仪，其特征在于，还包括遮光外罩，所述照明单元、检测棱镜和成像单元容纳在所述遮光外罩中，并且所述遮光外罩形成有检测孔，所述检测棱镜的检测表面从所述检测孔伸出。

11.根据权利要求10所述的玻璃表面应力仪，其特征在于，还包括：

设置在所述遮光外罩内的数据处理单元，所述成像单元中的感光元件与数据处理单元电连接；和

形成在所述遮光外罩的表面上或支撑在所述遮光外罩上的显示单元，该显示单元电连接至所述数据处理单元，用于显示所述检测图像。