CN106441656A - 玻璃表面应力检测装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种玻璃表面应力检测装置，用于检测从折射率n1到折射率n2范围内(n1<n2)的玻璃的表面应力，其包括照明单元、检测棱镜、成像单元和反射镜，所述反射镜布置在检测棱镜和成像单元之间，用于将来自检测棱镜的光反射至成像单元，其中，反射镜布置在当全反射的临界角为arcsin(n1/n0)时从检测棱镜导出的光束的照射区域与当所述临界角为arcsin(n2/n0)时从检测棱镜导出的光束的照射区域的重叠区域中，其中n0是检测棱镜的折射率。反射镜的布置使得其在检测不同玻璃材料的时候都能够接收到从检测棱镜导出的光，从而使得无需调节反射镜的水平位置。这一方面使得能够进一步简化检测装置结构，另一方面也方便了检测装置的操作。
Description
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检测装置。
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：微分表面折射法DSR(Differential SurfaceRefractometry)、表面掠角偏光法GASP(Grazing Angle Surface Plarimetry)，以及近期爱沙尼亚推出了透射激光的方法。其中DSR测量方法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。而GASP测量方法对表面应力比较低的钢化玻璃具有较高的测量精度，适用于建筑上使用的半钢化玻璃的表面应力检测。
然而，现有的适用于GASP测量方法的玻璃表面应力检测装置在测量过程中需要调节反射镜的水平位置以及俯仰角度范围，手动调整的部件较多，操作繁琐，效率低。
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述缺陷或不足，本发明提供了一种结构简单、操作容易的便携式玻璃表面应力检测装置。
根据本发明的一方面，提供了一种玻璃表面应力检测装置，用于检测从折射率n1到折射率n2范围内(n1<n2)的玻璃的表面应力，其包括：照明单元，用于提供偏振照明光，该照明单元包括光源；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到检测棱镜的至少部分光在所述检测表面和被检测玻璃的表面之间的贴合处发生全反射，部分光线进入玻璃表面传导，然后从检测棱镜被导出；成像单元，其包括透镜组，该成像单元布置成接收来自所述检测棱镜的光并形成检测图像；和反射镜，布置在所述检测棱镜和成像单元之间，用于将来自所述检测棱镜的光反射至所述成像单元，其中，所述反射镜布置在当所述全反射的临界角为arcsin(n1/n0)时从所述检测棱镜导出的光束的照射区域与当所述临界角为arcsin(n2/n0)时从所述检测棱镜导出的光束的照射区域的重叠区域中，其中n0是检测棱镜的折射率。
优选地，所述反射镜布置为仅在俯仰方向上是可调的。
优选地，所述玻璃表面应力检测装置还包括用于调节所述反射镜的俯仰角度的调节装置。
优选地，所述检测棱镜构造为使得用于将光导出检测棱镜的表面与所述检测表面所成的夹角在arcsin(n1/n0)到arcsin(n2/n0)的范围内。
优选地，所述照明单元的光源包括激光器和准直扩束镜，所述准直扩束镜扩大来自所述激光器的光束的直径。
优选地，所述成像单元还包括石英楔和检偏器，来自所述反射镜的光依次经由所述石英楔和检偏器进入所述透镜组。
优选地，所述检测棱镜还包括对进入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。
根据本发明，反射镜的布置使得其在检测不同玻璃材料的时候都能够接收到从检测棱镜导出的光，从而使得无需调节反射镜的水平位置。这一方面使得能够进一步简化检测装置的结构，另一方面也方便了检测装置的操作。
附图说明
通过参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显，附图中相同的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
图1为根据本发明实施例1的玻璃表面应力检测装置的结构示意图；
图2为图1所示的玻璃表面应力检测装置的反射镜的布局示意图；
图3示出了可以应用于图1所示玻璃表面应力检测装置的检测棱镜的一个示例。
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。
图1为根据本发明实施例1的玻璃表面应力检测装置的结构示意图。
玻璃表面应力检测装置100用于检测从折射率n1到折射率n2范围内(n1<n2)的玻璃的表面应力，其包括：照明单元10、检测棱镜20和成像单元30。
照明单元10用于提供偏振照明光，该照明单元包括光源11。
在图1所示示例中，照明单元10中的光源11包括激光器12和准直扩束镜13。激光器12发出的激光单色性好、相干性好、方向性好、亮度高。准直扩束镜13用于扩大来自激光器12的光束的直径。然而，在此方面，本发明并不限于此；在根据本发明的玻璃表面应力检测装置中，光源也可以采取其它合适的形式。例如，光源可以包括单色LED，并且不限于使用准直扩束镜。
检测棱镜20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20a，从照明单元10入射到检测棱镜20的至少部分光在检测表面20a和被检测玻璃的表面之间的贴合处发生全反射，然后从检测棱镜20被导出。检测棱镜20还可以包括对进入检测棱镜20的光进行反射并将其引导到检测表面的反射面20b。如图1所示，成像单元30可以包括沿光路依次设置的石英楔32、检偏器33和透镜34。该成像单元30布置成接收来自检测棱镜20的光并形成检测图像。
玻璃表面应力检测装置100在工作时，来自照明单元10的会聚光束进入检测棱镜20，并照射到检测表面20a上，其中具有全反射临界角的至少部分光进入被检测玻璃表面，沿玻璃表面传播一段距离后被检测表面20a耦合导出。由于玻璃表面应力作用，光束产生双折射现象，因此，从检测表面20a导出的光中包含了一个方向上的光程差。所述导出的光在经过石英楔32，再经检偏器33后发射至透镜组34。利用石英楔32可以使光产生在另一个不同方向上的光程差，其与由于双折射引起的光程差叠加，使光线干涉产生倾斜的干涉条纹。玻璃表面应力值与干涉条纹的倾斜角正切函数成正比。测定干涉条纹的倾斜角，就可以计算出玻璃表面应力值。
以上参照图1所示的玻璃表面应力检测装置100的结构仅仅是示例性的，检测装置100还可以包括其他在此没有描述的部件或用于替代上述介绍的部件的、具有类似功能的部件。
根据本发明实施例的玻璃表面应力检测装置100还包括反射镜31。反射镜31布置在检测棱镜20和成像单元30之间，用于将来自检测棱镜20的光反射至成像单元30。根据本发明，反射镜31布置在当所述全反射的临界角为arcsin(n1/n0)时从检测棱镜20导出的光束的照射区域与当所述临界角为arcsin(n2/n0)时从检测棱镜20导出的光束的照射区域的重叠区域中，其中n0是检测棱镜的折射率。
由于不同折射率的玻璃对应的全反射的临界角不同，所以在实际检测过程中，从检测棱镜20导出的光束的照射区域也是变化的。因此，现有gasp技术的玻璃表面应力检测装置中，需要调节反射镜的水平位置和俯仰角度，以将所述导出的光束引导到成像单元中。
在根据本发明实施例的玻璃表面应力装置100中，通过将反射镜31布置在当所述全反射的临界角为arcsin(n1/n0)时从检测棱镜20导出的光束的照射区域与当所述临界角为arcsin(n2/n0)时从检测棱镜20导出的光束的照射区域的重叠区域中，使得反射镜能够在检测不同的玻璃材料的时候都能够接收到从检测棱镜20导出的光，而无需调节反射镜的水平位置。这一方面使得能够进一步简化检测装置的结构，另一方面也方便了检测装置的操作。
在一些示例中，反射镜31优选布置为仅在俯仰方向上是可调的。例如，玻璃表面应力检测装置100可以仅包括用于调节反射镜31的俯仰角度的调节装置(未示出),用于调节进入成像单元30的光的角度。
另外，玻璃表面应力检测装置100还可以包括外罩40。该外罩优选为遮光外罩。遮光外罩40容纳上述照明单元10、检测棱镜20和成像单元30等，用于遮蔽来自外部的杂散光。遮光外罩40上可以形成有检测孔(未示出)，检测棱镜20的检测表面20a从检测孔露出。
图2为图1所示的玻璃表面应力检测装置100中的反射镜的布局的示意图。
假设n0是检测棱镜20的折射率，被检测玻璃的折射率范围为n1～n2(n1<n2)。例如，普通的浮法玻璃的折射率为1.52，而肖特的浮法玻璃的折射率为1.47，则n1为1.47，n2为1.52。
如图2所示，光束a和b在检测棱镜20的检测表面20a与被检测玻璃的表面的贴合处的全反射临界角α1和β1分别为：
α1＝arcsin(n1/n0)
β1＝arcsin(n2/n0)。
光束a和b从检测棱镜20被导出时发生折射。在图2所示的示例中，检测棱镜20的用于导出光束的表面垂直于检测表面20a，这种情况下，折射之后的光束a和b对应的出射角分别为α2和β2，α2和β2满足：
sin(α2)＝sin(90-α1)*n0
sin(β2)＝sin(90-β1)*n0。
光束a和b的照射区域相互交叉形成A、B、C、D 4个区域。区域A中可以观察到光束a，观察不到光束b；区域B可以观察到光束a和光束b；区域C可以观察到光线b,观察不到光束a；而区域D则观察不到光束a和光束b。B区域即为当所述全反射的临界角为arcsin(n1/n0)时从检测棱镜20导出的光束的照射区域与当所述临界角为arcsin(n2/n0)时从检测棱镜20导出的光束的照射区域的重叠区域。
现有技术中的检测装置一般将反射镜放在A区域或者C区域内来回移动调节反射镜的水平位置。根据本发明实施例的玻璃表面应力检测装置100中,将反射镜31放在B区域。这样不需要移动反射镜31就可以观察到光线a和光线b。在使用根据本发明实施例的玻璃表面应力检测装置100检测不同折射率的玻璃的表面应力时，不需要调节反射镜31的水平位置。这样，检测装置100可以构造为使得反射镜31仅在俯仰方向上可调，省去了水平位置调节机构，使得检测装置结构更简单紧凑，同时也方便了操作。
从图2的图示中可以看到，光束a和b在从检测棱镜20被导出时在表面20b上发生折射，该折射使得两束光彼此偏离更远。为了使得光束a和b在从检测棱镜20出射之后能够有更大的重叠区域B，本发明还提出了如图3所示的可以应用于图1所示玻璃表面应力检测装置的检测棱镜。
如图3所示，检测棱镜20的用于将光导出检测棱镜的表面20b与检测表面20a形成夹角θ，该夹角θ在arcsin(n1/n0)到arcsin(n2/n0)的范围内。通过将夹角θ设置在上述范围内，可以使得表面20b基本上垂直于光束a和b，这样光束a和b在表面20b处发生折射而导致的方向偏转较小，从而光束a和b在出射之后的重叠区域B较大。这样有利于将反射镜31布置在重叠区域B中。
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 (7)
1.一种玻璃表面应力检测装置，用于检测从折射率n1到折射率n2范围内(n1<n2)的玻璃的表面应力，其包括：
照明单元，用于提供偏振照明光，该照明单元包括光源；
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到检测棱镜的至少部分光在所述检测表面和被检测玻璃的表面之间的贴合处发生全反射，部分光线进入玻璃表面传导，然后从检测棱镜被导出；
成像单元，其包括透镜组，该成像单元布置成接收来自所述检测棱镜的光并形成检测图像；和
反射镜，布置在所述检测棱镜和成像单元之间，用于将来自所述检测棱镜的光反射至所述成像单元，
其特征在于，所述反射镜布置在当所述全反射的临界角为arcsin(n1/n0)时从所述检测棱镜导出的光束的照射区域与当所述临界角为arcsin(n2/n0)时从所述检测棱镜导出的光束的照射区域的重叠区域中，其中n0是检测棱镜的折射率。
2.如权利要求1所述的玻璃表面应力检测装置，其中，所述反射镜布置为仅在俯仰方向上是可调的。
3.如权利要求1所述的玻璃表面应力检测装置，其中，还包括用于调节所述反射镜的俯仰角度的调节装置。
4.如权利要求1或2所述的玻璃表面应力检测装置，其中，所述检测棱镜构造为使得用于将光导出检测棱镜的表面与所述检测表面所成的夹角在arcsin(n1/n0)到arcsin(n2/n0)的范围内。
5.如权利要求1或2所述的玻璃表面应力检测装置，其中，所述照明单元的光源包括激光器和准直扩束镜，所述准直扩束镜扩大来自所述激光器的光束的直径。
6.如权利要求1或2所述的玻璃表面应力检测装置，其中，所述成像单元还包括石英楔和检偏器，来自所述反射镜的光依次经由所述石英楔和检偏器进入所述透镜组。
7.如权利要求1或2所述的玻璃表面应力检测装置，其中，所述检测棱镜还包括对进入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。
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