CN108051443B - 一种玻璃应力及缺陷的测量装置和测量方法 - Google Patents

一种玻璃应力及缺陷的测量装置和测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种玻璃应力及缺陷的测量装置和测量方法。该装置包括固定在第一位移模块上的光源、偏振片、1/4波片、第一透镜、针孔和第二透镜；固定在第二位移模块上第三透镜、分束器、第四透镜、偏振相机、圆形挡板第五透镜和CCD相机，以及计算机。本发明不仅可以实现玻璃应力的快速动态测量，还可以实现玻璃缺陷的测量，从而解决了现有测量装置工作效率低、功能单一的问题，在玻璃的生产、加工和质检等领域具有广泛的应用前景。

Description

一种玻璃应力及缺陷的测量装置和测量方法
技术领域
本发明涉及玻璃检测领域，特别是一种玻璃应力及缺陷的测量装置和测量方法。
背景技术
玻璃应力主要有热应力和结构应力两种。热应力可以通过退火等方式消除，但还是会不同程度地存在一些残余应力，影响玻璃的使用性。结构应力是由于玻璃质量不良或玻璃成分不均匀所引起的，例如玻璃中存在结石、气泡等缺陷时，由于各组分的热膨胀系数不同，冷却至室温便产生应力突变，称突变点为应力奇异点，严重时会造成玻璃的炸裂。因此需要对玻璃应力进行测量，同时对造成应力奇异点的缺陷进行测量，为玻璃生产工艺的改良提供参考，同时保证玻璃的出厂质量和安全性能。
目前市场上的应力仪主要基于以下检测方法：(1)颜色比对法，将样品放置在一对正交偏振片之间，通过观察颜色分析玻璃中的应力状况，是一种定性的检测方法；(2)塞纳蒙特补偿法，在正交偏振片之间置入1/4波片，通过检偏器的旋转角度可以计算出玻璃的应力值，是一种定量测量方法，单点测量，工作效率低；(3)移相法，通过多次旋转元件，利用CCD相机测量元件不同方位角下的光强值，计算得到玻璃的应力值。现有装置功能单一，应力测量效率慢，不能同时测量造成应力奇异点的缺陷。
发明内容
为了解决现有玻璃测量装置和测量方法中存在的问题，本发明提供一种玻璃应力及缺陷的测量装置和测量方法，通过该装置和方法可以实现玻璃应力的快速测量，同时实现玻璃中缺陷的测量。
本发明的技术解决方案如下：
一种玻璃应力及缺陷的测量装置，其特点在于，包括固定在第一位移模块上的光源、偏振片、1/4波片、第一透镜、针孔和第二透镜；固定在第二位移模块上第三透镜、分束器、第四透镜、偏振相机、圆形挡板第五透镜和CCD相机，以及计算机；
沿所述光源的输出光束方向依次是所述的偏振片、1/4波片、第一透镜、针孔和第二透镜，经该第二透镜透射的透射光经玻璃样品透射或反射后，垂直入射到所述的第三透镜，经该第三透镜透射的透射光经所述的分束器分为反射光路和透射光路，沿所述的透射光路依次放置所述的圆形挡板、第五透镜和CCD相机，沿所述的反射光路依次放置所述的第四透镜和偏振相机，所述的偏振相机的输出端、CCD相机的输出端、第一位移模块的控制端和第二位移模块的控制端与所述的计算机相连。
优选的，还包括供玻璃样品放置的第三位移模块，该第三位移模块的控制端与所述的计算机相连。
所述的第一位移模块和第二位移模块能够实现二维移动。
所述的第三位移模块不仅能够实现二维移动，而且能够实现玻璃样品的俯仰、偏摆调节。
利用所述的玻璃应力及缺陷的测量装置进行玻璃应力及缺陷的测量方法，方案一包括以下步骤：
①将玻璃样品固定在第三位移模块上，第一位移模块放置在玻璃样品一侧，第二位移模块放置在玻璃样品的另一侧，通过计算机控制所述的第一位移模块、第二位移模块和第三位移模块，使经第二透镜透射的透射光垂直透过玻璃样品的通光面，并垂直入射到所述的第三透镜；
②经过分束器的反射光入射到偏振相机上，偏振相机拍摄应力图像并将其传输到计算机上，计算机对获取的应力图像进行处理计算得到玻璃样品的应力分布；
③计算机判断玻璃样品中是否存在应力奇异点，如果存在应力奇异点，则进入步骤④，否则，步骤⑤；
④计算机向CCD相机发出拍摄指令并将拍摄的缺陷图像传输到计算机上，计算机对获取的缺陷图像进行分析，判断缺陷的位置、尺寸和类型；
⑤通过同步调节第一位移模块和第二位移模块，或者通过单独调节第三位移模块，改变光束在玻璃样品上的位置，重复上述步骤②、步骤③和步骤④，获得玻璃样品整体应力分布和缺陷分布情况。
利用所述的玻璃应力及缺陷的测量装置进行玻璃应力及缺陷的测量方法，方案二包括以下步骤：
①将玻璃样品固定在第三位移模块上，第一位移模块和第二位移模块放置在玻璃样品同侧，通过计算机控制所述的第一位移模块、第二位移模块和第三位移模块，使经第二透镜透射的透射光经玻璃样品的通光面反射后，垂直入射到所述的第三透镜；
②经过分束器的反射光入射到偏振相机上，偏振相机拍摄应力图像并传输到计算机上，计算机对获取的应力图像进行分析，得到玻璃样品的应力分布；
③计算机判断玻璃样品中是否存在应力奇异点，如果存在应力奇异点，则进入步骤④，否则，步骤⑤；
④计算机向CCD相机发出拍摄指令并将拍摄的缺陷图像传输到计算机上，计算机对获取的缺陷图像进行分析，判断缺陷的位置、尺寸和类型；
⑤通过同步调节第一位移模块和第二位移模块或者通过单独调节第三位移模块，改变光束在玻璃样品上的位置，重复上述步骤②、步骤③和步骤④，获得玻璃样品整体应力分布和缺陷分布情况。
所述的步骤③应力奇异点的判断方法，具体如下：以待判断点为中心，在矩形范围内取N个点的应力分布数据并计算平均值，若待判断点的数值超过平均值M％以上，则判定该点为应力奇异点。
25<N<81，M>0。
本发明实现了玻璃应力和缺陷的同时测量，利用偏振相机和移相技术实现玻璃应力的快速实时测量，并找出玻璃中应力奇异点，通过CCD相机对造成玻璃应力奇异点的缺陷进行测量，确定缺陷的位置、尺寸和类型。
附图说明
图1是本发明玻璃应力及缺陷的测量装置第一实施例的结构示意图
图2是本发明玻璃应力及缺陷的测量装置第二实施例的结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1：
图1是本发明玻璃应力及缺陷的测量装置第一实施例的结构示意图，如图所示，包括第一位移模块16、第二位移模块17、第三位移模块18和计算机15。
将玻璃样品7固定在第三位移模块18上，第一位移模块16放置在玻璃样品7一侧，第二位移模块17放置在玻璃样品7的另一侧，通过计算机15控制所述的第一位移模块16、第二位移模块17和第三位移模块18，使经第二透镜透射的透射光垂直通过玻璃样品7的通光面，且垂直入射到所述的第三透镜，通过同步调节第一位移模块16和第二位移模块17，或者单独调节第三位移模块18，改变光束在玻璃样品7上的位置，对玻璃样品7进行分块扫描，获得玻璃样品7整体应力分布和缺陷分布情况。
所述的第一位移模块16，包括光源1，沿光源1的光束输出方向依次是偏振片2、1/4波片3、第一透镜4、针孔5和第二透镜6；
所述的第二位移模块17，包括第三透镜8，沿透镜方向是分束器9，沿分束器9透射光方向依次是圆形挡板12、第五透镜13和CCD14相机，沿分束器反射光束方向依次是第四透镜10和偏振相机11；
所述的第三位移模块18包含玻璃样品7；
所述的偏振相机11的输出端、CCD相机14的输出端、第一位移模块16的控制端、第二位移模块17的控制端和第三位移模块18的控制端分别与所述的计算机15相连；
所述的第一位移模块16和第二位移模块17能够实现二维移动的功能；
所述的第三位移模块18不仅能够实现二维移动，而且能够实现玻璃样品7的俯仰、偏摆调节。
所述的光源1出射光束经过偏振片2变成线偏振光，线偏振光经过1/4波片3变成圆偏振光，圆偏振光经过由第一透镜4、针孔5和第二透镜6组成的空间滤波器进行扩束准直，扩束准直后的光束经过玻璃样品7，经过玻璃样品7的透射光垂直入射到第三透镜上8，经第三透镜8聚焦后的光束被分束器9分成透射光路和反射光路，反射光经过第四透镜10准直之后入射到偏振相机上11，偏振相机11拍摄应力图像并传输到计算机15上，计算机15对获取的应力图像进行分析，得到玻璃样品7的应力分布，计算机15判断玻璃样品7中是否存在应力奇异点，如果存在应力奇异点，计算机15向CCD相机14发出拍摄指令并将拍摄的缺陷图像传输到计算机15上，计算机15对获取的缺陷图像进行分析，判断缺陷的位置、尺寸和类型。
实施例2：
图2是本发明玻璃应力及缺陷的测量装置第二实施例的结构示意图，包括包括第一位移模块16、第二位移模块17、第三位移模块18和计算机15。
将玻璃样品7固定在第三位移模块18上，第一位移模块16和第二位移模块17放置在玻璃样品7一侧，通过计算机15控制所述的第一位移模块16、第二位移模块17和第三位移模块18，使经第二透镜透射的透射光经玻璃样品7的通光面反射后，垂直入射到所述的第三透镜，通过同步调节第一位移模块16和第二位移模块17，或者单独调节第三位移模块18，改变光束在玻璃样品7上的位置，对玻璃样品7进行分块扫描，获得玻璃样品7整体应力分布和缺陷分布情况。
所述的第一位移模块16，包括光源1，沿光源的光束输出方向依次是偏振片3、1/4波片3、第一透镜4、针孔5和第二透镜6；
所述的第二位移模块17，包括第三透镜8，沿透镜方向是分束器9，沿分束器9透射光方向依次是圆形挡板12、第五透镜13和CCD相机14，沿分束器9反射光束方向依次是第四透镜10和偏振相机11；
所述的第三位移模块18包含玻璃样品7；
所述的偏振相机11的输出端、CCD相机14的输出端、第一位移模块16的控制端、第二位移模块17的控制端和第三位移模块18的控制端分别与所述的计算机15相连；
所述的第一位移模块16和第二位移模块17能够实现二维移动的功能；
所述的第三位移模块18不仅能够实现二维移动的功能，而且能够实现玻璃样品7的俯仰、偏摆调节。
所述的光源1出射光束经过偏振片2变成线偏振光，线偏振光经过1/4波片3变成圆偏振光，圆偏振光经过由第一透镜4、针孔5和第二透镜6组成的空间滤波器进行扩束准直，扩束准直后的光束经过玻璃样品7，经过玻璃样品7的反射光垂直入射到第三透镜上8，经第三透镜8聚焦后的光束被分束器9分成透射光路和反射光路，反射光经过第四透镜10准直之后入射到偏振相机11上，偏振相机11拍摄应力图像并传输到计算机15上，计算机15对获取的应力图像进行分析，得到玻璃样品7的应力分布，计算机15判断玻璃样品7中是否存在应力奇异点，如果存在应力奇异点，计算机15向CCD相机14发出拍摄指令并将拍摄的缺陷图像传输到计算机15上，计算机15对获取的缺陷图像进行分析，判断缺陷的位置、尺寸和类型。

Claims (8)

1.一种玻璃应力及缺陷的测量装置，其特征在于，包括固定在第一位移模块上的光源(1)、偏振片(2)、1/4波片(3)、第一透镜(4)、针孔(5)和第二透镜(6)；固定在第二位移模块上第三透镜(8)、分束器(9)、第四透镜(10)、偏振相机(11)、圆形挡板(12)、第五透镜(13)和CCD相机(14)；以及计算机(15)；
沿所述光源(1)的输出光束方向依次是所述的偏振片(2)、1/4波片(3)、第一透镜(4)、针孔(5)和第二透镜(6)，经该第二透镜(6)透射的透射光经玻璃样品(7)透射或反射后，垂直入射到所述的第三透镜(8)，经该第三透镜(8)透射的透射光经所述的分束器(9)分为反射光路和透射光路，沿所述的透射光路依次放置所述的圆形挡板(12)、第五透镜(13)和CCD相机(14)，沿所述的反射光路依次放置所述的第四透镜(10)和偏振相机(11)，所述的偏振相机(11)的输出端、CCD相机(14)的输出端、第一位移模块的控制端和第二位移模块的控制端与所述的计算机(15)相连。
2.根据权利要求1所述的玻璃应力及缺陷的测量装置，其特征在于，
还包括供玻璃样品(7)放置的第三位移模块，该第三位移模块的控制端与所述的计算机(15)相连。
3.根据权利要求1或2所述的玻璃应力及缺陷的测量装置，其特征在于，所述的第一位移模块和第二位移模块能够实现二维移动。
4.根据权利要求2所述的玻璃应力及缺陷的测量装置，其特征在于，所述的第三位移模块不仅能够实现二维移动，而且能够实现玻璃样品的俯仰、偏摆调节。
5.利用权利要求1所述的玻璃应力及缺陷的测量装置进行玻璃应力及缺陷的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
①将玻璃样品(7)固定在第三位移模块上，第一位移模块放置在玻璃样品(7)一侧，第二位移模块放置在玻璃样品(7)的另一侧，通过计算机(15)控制所述的第一位移模块、第二位移模块和第三位移模块，使经第二透镜(6)透射的透射光垂直透过玻璃样品(7)的通光面，并垂直入射到所述的第三透镜(8)；
②经过分束器(9)的反射光入射到偏振相机(11)上，偏振相机(11)拍摄应力图像并将其传输到计算机上(15)，计算机(15)对获取的应力图像进行处理计算得到玻璃样品(7)的应力分布；
③计算机(15)判断玻璃样品(7)中是否存在应力奇异点，如果存在奇异点，则进入步骤④，否则，步骤⑤；
④计算机(15)向CCD相机(14)发出拍摄指令并将拍摄的缺陷图像传输到计算机(15)上，计算机(15)对获取的缺陷图像进行分析，判断缺陷的位置、尺寸和类型；
⑤通过同步调节第一位移模块和第二位移模块，或者通过单独调节第三位移模块，改变光束在玻璃样品(7)上的位置，重复上述步骤②和步骤③，获得玻璃样品(7)整体应力分布和缺陷分布情况。
6.利用权利要求1所述的玻璃应力及缺陷的测量装置进行玻璃应力及缺陷的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
①将玻璃样品(7)固定在第三位移模块上，第一位移模块和第二位移模块放置在玻璃样品(7)同侧，通过计算机(15)控制所述的第一位移模块、第二位移模块和第三位移模块，使经第二透镜(6)透射的透射光经玻璃样品(7)的通光面反射后，垂直入射到所述的第三透镜(8)；
②经过分束器(9)的反射光入射到偏振相机(11)上，偏振相机(11)拍摄应力图像并传输到计算机(15)上，计算机(15)对获取的应力图像进行分析，得到玻璃样品(7)的应力分布；
③计算机(15)判断玻璃样品(7)中是否存在应力奇异点，如果存在奇异点，则进入步骤④，否则，步骤⑤；
④计算机(15)向CCD相机(14)发出拍摄指令并将拍摄的缺陷图像传输到计算机(15)上，计算机(15)对获取的缺陷图像进行分析，判断缺陷的位置、尺寸和类型；
⑤通过同步调节第一位移模块和第二位移模块或者通过单独调节第三位移模块，改变光束在玻璃样品(7)上的位置，重复上述步骤②、步骤③，获得玻璃样品(7)整体应力分布和缺陷分布情况。
7.根据权利要求5或6所述的玻璃应力及缺陷的测量方法，其特征在于，所述的步骤③应力奇异点的判断方法，具体如下：以待判断点为中心，在矩形范围内取N个点的应力分布数据并计算平均值，若待判断点的数值超过平均值10％以上，则判定该点为奇异点。
8.根据权利要求7所述的玻璃应力及缺陷的测量方法，其特征在于，25<N<81。
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