CN107328519B - 基于光学反射定律对真空玻璃真空度的在线检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于光学反射定律对真空玻璃真空度的在线检测方法，其目的是实时在线检测真空玻璃在抽气封口时其内部的真空度的变化，并以此作为品控手段来满足生产要求提高成品率。其技术方案为：通过利用真空玻璃的上下两块平板玻璃的四个表面对检测光束的反射，搭建起一条多次反射的光路，在真空玻璃的生产过程的排气封口步骤中，由于真空玻璃内部狭缝与外部大气压强作用而产生的压强差的作用下，则上下层平板玻璃表面会发生一定量的内凹形变，由此将会导致反射光路的光斑的移动，我们由反射光路光斑的移动即可断定真空玻璃内部压强的变化，由反射光斑移动的位移来判断真空玻璃内部压强变化大小。以此达到品控的目的来提高真空玻璃出厂成品率。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料生产检测技术领域，具体涉及一种用于真空玻璃生产过程中对真空度在线检测的方法。
背景技术
玻璃一般而言是透明、不透气、脆性易碎并具有一定硬度的材料，其中钠钙玻璃最为常见，玻璃在日常环境下化学性质较为稳定，不易与物质发生化学反应，因此用途十分广泛。而由两块普通玻璃经密封抽气形成的真空玻璃在隔音隔热保温方面具有一定优势，且重量相对较轻，厚度较薄。随着当今人们对建筑节能减排节约能源的高度重视，真空玻璃近几年来在建筑物幕墙及门窗上得到了快速发展与广泛应用。
真空玻璃是由两块平板玻璃将其四周密封，两块玻璃中间留有0.1mm-0.2mm宽的狭缝间隔，将狭缝间隙抽成真空并密封排气孔。由于大气压强的存在，必须在两层玻璃之间设置“支撑物”方阵来承受每平方米约10吨的大气压，使玻璃之间保持间隔，形成真空层。“支撑物”方阵间距根据玻璃板的厚度及力学参数设计，在20mm-40mm之间。为了减小支撑物“热桥”形成的传热并使人眼难以分辨，支撑物直径很小，产品中的支撑物直径在0.3mm-0.5之mm间，高度在0.1mm-0.2mm之间。
由于真空玻璃狭缝内部压强既不能用直接方法(真空计)来测量，而且国内外至今也无相应的测量方法与标准，目前采用的都是间接的方法对真空玻璃内部压强进行测量，例如热辐射法以及声传递法，但因其操作复杂、参量不可控等原因，在实际生产过程中，并不能得到应用，目前我国关于真空玻璃真空度检测已存在如下专利：
专利公开号：CN 101358890A，公开了一种真空玻璃真空度在线无损检测方法，其技术方案为：通过偏振光弹仪观测真空玻璃支撑点处应力光斑大小与分布形状的关系来间接描述真空玻璃的真空度保有量，虽然此法可以获得检测工程真空玻璃的真空度保有量与衰减情况来评判服役中真空玻璃的性能使用状态，但是由于真空玻璃内部支撑物尺寸很小且每一个支撑物摆放位置不同，其与玻璃接触而产生的应力大小不一，在选择应力光斑时具有主观性，故其通过测量应力光斑来判定真空度有失准确性。
发明内容
本发明的目的是解决上述存在的问题，提出一种基于光学反射定律对真空玻璃真空度的在线检测方法，可以实时检测每一块真空玻璃在抽气封口时其内部真空度的变化，此发明可作为品控手段来满足生产要求并提高成品率。
本发明采用的技术方案为：
一种基于光学反射定律对真空玻璃真空度的在线检测方法，该方法涉及的器件包括激光光源(激光笔)、第一金反射镜、第二金反射镜、CCD相机；所述在线检测方法的步骤如下：
激光光源产生的检测光束照射于真空玻璃表面，即发生光学反射，光束传播方向发生偏转，此时发生光束的第一次反射；在光束传播的路径上用所述第一金反射镜接收光束，将在第一金反射镜表面发生检测光束的第二次反射；该反射光束继续照射于真空玻璃表面，此时将会发生光束的第三次反射；此时用所述第二金反射镜接收光束，检测光束将在第二金反射镜的表面发生第四次反射；在第四次反射之后的光束传播路径上，放置所述的CCD相机用于实时监测反射光斑的移动。
本发明通过利用构成真空玻璃的上下两块平板玻璃的四个表面对光束的反射，搭建起一条如图1所示多次反射的光路，在真空玻璃的生产过程的排气封口步骤中，由于真空玻璃内部狭缝低气压与外部大气压强作用下而产生的压强差的作用下，真空玻璃的上下层玻璃表面会发生一定量内凹形变，由此将会导致反射光路的光斑的移动，我们由反射光路光斑的移动即可断定真空玻璃内部压强的变化，由反射光斑移动位移的大小来判断真空玻璃内部压强变化大小。
具体实验方案(此为实验室方案，仅用来验证本发明)如下：我们使用一台大小为50*50*50cm的密封腔体作为基本实验仪器，将腔体的塑料排气孔经排气管与一台抽气泵连接，另外密封腔体与一台薄膜真空计相连，用来随时测量密封腔体内的气压变化，我们在此腔体内部搭建反射光路：一支演示激光笔作为光源固定于光学底座支架，光束经玻璃表面反射至金反射镜上，金反射镜将光束再次反射至玻璃表面，光束在玻璃表面发生第三次反射，然后再经金反射镜反射，通过密封腔体的通光窗口，经过多次反射的光斑照射于CCD上达到实时观测反射光斑移动的目的。
所述的密封腔体为实验室人工焊制，大小为：50*50*50cm，安装于滑轮支架便于移动。
所述的真空计为：薄膜真空计，用于实时监控密封腔体内气压变化。
所述的抽气泵为：涡旋干式真空泵，用以抽离密封腔体内的气体来改变其内部气压。
所述的激光光源为：钢笔造型便携式激光笔，激光波长为650nm,激光颜色为红色，用以产生检测光束。
所述的金反射镜：直径分别为25.4mm(第一金反射镜)和50.8mm(第二金反射镜)的保护金反射镜，用以对光束的多次反射。
所述的用来检测真空度的真空玻璃：大小为：30*30cm的真空玻璃。
所述的CCD相机用来实时监测反射光斑的移动。
本发明的优点和有益效果：
本发明将实验装置原理从实验室中扩展至真空玻璃生产车间，在生产过程的排气封口步骤中，在排气平台上搭建该实验的反射光路，经真空玻璃与反射镜的多次反射后，反射光斑照射于CCD相机上，在排气过程中，真空玻璃内部的气压逐渐减小，外界大气压强对真空玻璃的上下单层玻璃的大气压强压迫逐渐增大，则此上下层玻璃将发生一定量形变，值得提出的是，此时的形变是由于外界大气压强的压迫而产生的内凹形变。因此我们可以通过反射光斑移动位移大小来判断真空度是否达到出厂标准，另外将本技术运用于真空玻璃生产流水线上排气封口步骤中实施对真空玻璃内部真空度的一种在线检测方法，以此达到品控的目的来提高真空玻璃出厂成品率。
附图说明
图1为本发明装置图。
图2为实验室装置示意图。
图3为反射定律示意图。
附图标记：1为激光光源，2为第一金反射镜，3为第二金反射镜，4为待检测真空玻璃，5为CCD相机，6为检测平台，7为抽气软管，8为检测光束，9为密封腔体，10为真空计，11为抽气泵。
具体实施方式
为了能更加清楚地理解本发明的技术特征、目的和效果，现参照附图说明本发明的具体实施方式。
如图2所示实验装置图：我们使用一台大小为50*50*50cm的密封腔体9作为基本实验仪器对本发明方法进行验证，将腔体的排气孔经塑料排气管与抽气泵11相连，另外密封腔体的另一通气孔与一台真空计10相连，用于实施探测密封腔体内的气压值，在此试验基础上，我们在密封腔体内搭建实验光路。
在密封腔体内，内置有小型光学检测平台，尺寸30*30cm,用于光学支架与底座以及各光学器件的机械性固定，待测真空玻璃放置于经机械固定的光学支架上，以此确保各机械件不会因气压变化产生形变，排除对实验结果的干扰。
利用便携式激光笔1产生红色的650nm的激光作为光源产生检测光束，光束斜射于真空玻璃4表面，激光笔经光学底座支架固定。
光束经真空玻璃的上下两层玻璃的四个表面反射，理论产生四个反射光斑，但因光程较小四个光斑基本会聚在一起，该反射光斑再次照射于第一金反射镜2上。
反射光经第一金反射镜2后，将继续第二次反射，调整光路使光束仍然照射在真空玻璃上，由于真空玻璃的表面反射，光束将继续第三次反射，反射光束用第二金反射镜3接收。
由于真空玻璃表面反射率并不高，只有4％左右，所以经真空玻璃上下四个表面的两次反射之后，光斑能量大幅度降低，并出现一定情况下的弥散斑，所以我们搭建的光路只采用真空玻璃表面的两次反射(本实例并不限制本发明仅在真空玻璃表面发生两次反射)。
经真空玻璃表面第三次反射的光束再经过第二金反射镜的反射，将反射光束经密封腔体的通光窗口引出，照射于CCD相机5上达到实时观测反射光斑移动的目的。
至此，完整的实验装置与反射光路已搭建完毕。
关闭密封腔体活动前门，依次打开抽气泵的防逆流开关和抽气开关。
抽气泵逐渐将密封腔体内的气体抽离，真空计实时记录腔体内气压变化。
腔体内气压逐渐降低，大气压强对真空玻璃的压力逐渐减小，于是组成真空玻璃的上下两层单层玻璃则向外膨胀产生凸起形变。
组成真空玻璃的上下两层单层玻璃产生形变，由于光线反射定律，则反射光束会发生偏折。
经过真空玻璃的上下单层玻璃四个表面的两次反射后，玻璃表面产生的形变则被逐级放大。
反射光束经密封腔体的通光窗口引出，照射于CCD相机的镜头上。
经一个小时左右的抽气泵排气，腔体内气压逐渐降低，该气压对真空玻璃上下层单层玻璃的逐渐减小，真空玻璃产生的膨胀形变则逐渐变大。
真空玻璃上下层单层玻璃的膨胀形变经反射光路放大后，具体表现在CCD相机探测到的反射光斑的移动。
根据反射光斑移动位移的大小，我们来判断该真空玻璃内部真空度的变化，以达到在线检测其内部真空度的目的。
我们分别测量两块真空度不同的真空玻璃，经两次抽气泵工作减压，两块真空玻璃的反射光斑都发生了一定量位移，比较实验结果：真空度较好的一块真空玻璃(约为0.5pa)反射光斑移动位移大于真空度较差的一块真空玻璃(约为5pa)的反射光斑移动位移，与理论分析结果一致。通过对比两次反射光斑的移动达到区分辨别两块不同真空度的真空玻璃的目的，并以此实例验证了本发明的可行性。
以上实例仅用于说明本发明，但并不能用于限制本发明的范围。
本实施例的有益成果在于：我们可以将实验装置原理从实验室中扩展至真空玻璃生产车间，如图所示：在生产过程的排气封口步骤中，在排气平台上搭建该实验的反射光路，经真空玻璃与反射镜的多次反射后，反射光斑照射于CCD相机上，在排气过程中，真空玻璃内部的气压逐渐减小，外界大气压强对真空玻璃的上下单层玻璃的大气压强压迫逐渐增大，则此上下层玻璃将发生一定量形变，值得提出的是，此时的形变是由于外界大气压强的压迫而产生的内凹形变。因此我们可以通过反射光斑移动位移大小来判断真空度是否达到出厂标准，至此达到品控的目的来提高真空玻璃出厂成品率。
Claims (2)
1.一种基于光学反射定律对真空玻璃真空度的在线检测方法，其特征在于，激光光源产生的检测光束，照射于真空玻璃表面，即发生光学反射，光束方向发生偏转，此时发生光束的第一次反射，用第一金反射镜接收光束，将在第一金反射镜表面发生检测光束的第二次反射，该反射光束继续照射于真空玻璃表面，此时将会发生光束的第三次反射，用第二金反射镜接收光束，检测光束将在第二金反射镜的表面发生第四次反射，在第四次反射之后的光束传播路径上，放置CCD相机用于实时监测反射光斑的移动，由反射光斑移动位移的大小来判断真空玻璃内部压强变化大小；
所述的激光光源为钢笔造型便携式激光笔，激光波长为650nm,激光颜色为红色，用以产生检测光束；所述的第一金反射镜为直径为25.4mm的保护金反射镜，用以对检测光束的第二次反射；所述的第二金反射镜为直径为50.8mm的保护金反射镜，用以对检测光束的第四次反射。
2.根据权利要求1所述的基于光学反射定律对真空玻璃真空度的在线检测方法，其特征在于，所述真空玻璃由上下两块平板玻璃构成，利用上下两块平板玻璃的四个表面对光束的反射，搭建起一条多次反射的光路；所述在线检测方法应用在真空玻璃的生产过程的排气封口步骤中。
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