CN108195850A - 一种检测和识别玻璃缺陷的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于玻璃中缺陷的检测技术领域，具体涉及一种检测和识别玻璃缺陷，尤其是玻璃中Pt闪点的装置及方法。该装置包括样品承载单元，缺陷检测单元和缺陷判别单元，该检测装置光学系统结构合理，能够专用于玻璃Pt闪点检测，有效解决了大尺寸玻璃的宏观光学质量检测难题，彻底避免了待检样品以小代大的检测弊端，该装置除用于检测玻璃中Pt闪点外，还可用于检测结石和气泡，具有一机多用功能，并且装置制造成本低；使用时，首先通过缺陷检测单元确定玻璃中缺陷的位置，然后启动缺陷判别单元，识别玻璃中缺陷的类型，通过逐层对玻璃进行扫描检测，能够准确得到大尺寸玻璃中缺陷的位置和类型，操作方法简单。
Description
技术领域
本发明属于玻璃中缺陷的检测技术领域，具体涉及一种检测和识别玻璃缺陷，尤其是玻璃中Pt闪点的检测装置及方法。
背景技术
目前，高光学均匀性、无气泡、无结石等高品质光学玻璃的制备必须在Pt容器内进行。由于玻璃熔制温度高(≥1300℃)、均化时间长以及含有腐蚀性强组分(如PbO、Ta2O5、Sb2O3)等，制备过程中玻璃熔体会对Pt容器产生一定的破坏作用，从而不可避免的在玻璃中形成Pt闪点缺陷，进而降低玻璃内在质量。例如激光玻璃中的Pt闪点，会成为引起激光作用时的破坏中心；高级镜头玻璃中的Pt闪点会导致成像弥散；用于制造光学纤维的芯料玻璃中的Pt闪点，会显著降低光纤透光率。为此，如何检测玻璃中的Pt闪点成为玻璃制造领域的焦点。
由于Pt闪点为微观缺陷，目前常规的用于玻璃中气泡或结石等缺陷的检测设备不能直接用于玻璃中Pt闪点的检测，现有技术中玻璃Pt闪点的检测方法主要是对待检玻璃进行取样，加工成约10×10×0.5mm薄片，借助光学显微镜、扫描电镜和电子探针等仪器进行微观形貌和微区元素分析。也就是说，目前常规检测方法是通过对玻璃微区表征来判断大块玻璃是否存在Pt闪点，而无法直接检测大块玻璃的光学质量，存在以小代全的问题；此外，微观检测设备昂贵、过程复杂，这严重影响玻璃质量评测。因此，开发大尺寸玻璃或器件中Pt闪点的快速检测装置及方法具有重要意义。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的无法直接检测大尺寸玻璃中Pt闪点缺陷，从而提供一种检测和识别大尺寸玻璃中缺陷，尤其是玻璃中Pt闪点的快速检测装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种检测和识别玻璃缺陷的装置，包括，
样品承载单元，用以担载和移动待检测玻璃；
缺陷检测单元，用以确定玻璃缺陷的位置；
缺陷判别单元，用以识别所述玻璃缺陷的种类，包括，
检测光源，设置于待检测玻璃的一侧，
相应设置的目镜和物镜，目镜和物镜构成像系统，用以调节缺陷图像的清晰度，所述目镜和物镜与所述检测光源相对，设置于待检测玻璃的另一侧，偏振光形成件，包括相应设置的一对偏光镜，对缺陷种类进行判别时，其中一偏光镜移动至所述目镜和物镜之间，另一偏光镜移动至所述待检测玻璃靠近检测光源的一侧，用于缺陷判别单元中形成偏振光。
进一步地，所述样品承载单元，包括底座，设置于所述底座上的载物台，所述载物台上设置有通光孔，和设置于所述载物台上的移动组件，所述移动组件用以移动待检测玻璃将玻璃缺陷对准所述通光孔。
进一步地，述缺陷检测单元包括发射激光的激光器和扩大所述激光的扩束器，所述激光经扩束器扩大后，扫描所述待检测玻璃，以确定玻璃缺陷的位置。
进一步地，所述缺陷检测单元还包括遮档屏，所述遮档屏可移动设置以遮挡或不遮挡经所述扩束器扩大的激光。
进一步地，对缺陷种类进行判别时，所述目镜和物镜、所述一对偏光镜、所述检测光源、所述通光孔与所述玻璃缺陷位于同一轴线上。
进一步地，所述检测光源发出的光与所述激光器发出的光相互垂直。
进一步地，所述检测光源发出的光贯穿所述玻璃的厚度。
进一步地，所述检测光源为白光光源。
进一步地，缺陷判别单元还包括调节器，用以调节所述物镜与待检测玻璃的距离，同时还起到支撑目镜、偏光镜和物镜的作用。
一种检测和识别玻璃缺陷的方法，包括以下步骤：
(1)将待检测玻璃进行抛光处理，包括上下表面和侧面；
(2)启动激光器和扩束器，调节载物台，对待检测玻璃进行全方位激光扫描，若扫描区出现非玻璃体缺陷，将缺陷区域调整到载物台中心位置，暂停激光扫描；所述全方位扫描包括逐层扫描和旋转扫描；
(3)启动检测光源，调节物镜与待检测玻璃之间的距离，在视场中找到非玻璃体缺陷，调节目镜和物镜放大倍数，获取缺陷图像，调整偏光镜，判断缺陷类型；
(4)关闭检测光源，继续激光扫描对待检测玻璃进行检测。检测完后，依次关闭缺陷判别单元和激光扫描单元，并调节遮挡屏、上下偏光镜和载物台归位。
进一步地，所述步骤(2)为启动激光器和扩束器，打开遮挡屏，调节载物台，对待检测玻璃进行激光扫描，若扫描区出现非玻璃体缺陷，将缺陷区域调整到载物台中心位置，利用遮挡屏暂停激光扫描；
所述步骤(4)为关闭检测光源，打开遮挡屏，继续对待检测玻璃进行检测。
进一步地，若激光光线出现异常，即可判定玻璃中出现非玻璃体缺陷。非玻璃体缺陷是指除均质玻璃以外的所有缺陷，包括气泡、条纹、结石和闪点等。在单色激光成像下，玻璃是均质的，若出现异常，即可判断为非玻璃体缺陷。
作为优选的，所述激光器为单纵模绿光固体激光器或单纵模蓝光固体激光器。所述扩束器的光束扩展倍数为2-10倍，扩束器的光束扩展倍数可根据检测样品厚度进行调整。所述载物台可进行上下运动，用于调整待检测玻璃的高度。
本发明中所说的消光特征是指：消光是样品薄片在正交偏光镜下呈现黑暗的现象。样品切片在消光位时，其光率体椭圆半径与上、下偏光镜振动方向平行。若放置非均质体其他方向(除垂直光轴外)的切片，旋转载物台360°，视域有四次明亮四次黑暗，即四明四暗现象。若呈现消光现象，说明物质具有规则的结构，为晶体材料。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的检测和识别玻璃缺陷的装置，包括样品承载单元，缺陷检测单元和缺陷判别单元，该检测装置光学系统结构合理，能够专用于玻璃Pt闪点检测，有效解决了大尺寸玻璃的宏观光学质量检测难题，彻底避免了试验样以小代大的检测弊端，除用于检测玻璃中Pt闪点外，还可用于检测结石和气泡，具有一机多用功能，且该装置制造成本低，操作方法简单。
2.本发明提供的检测和识别玻璃缺陷的方法，首先通过缺陷检测单元确定玻璃中缺陷的位置，然后启动缺陷判别单元，识别玻璃中缺陷的类型，通过逐层对玻璃进行扫描检测，能够准确得到大尺寸玻璃中缺陷的位置和类型，操作方法简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的检测和识别玻璃缺陷的装置的示意图。
图中，1—激光器；2—扩束器；3—遮挡屏；4—目镜；5—偏光镜；6—物镜；7—调节器；8—待检测玻璃；9—载物台；10—底座；11—移动组件；12—检测光源。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的检测和识别玻璃缺陷的装置，如图1所示，包括样品承载单元，缺陷检测单元和缺陷判别单元，其中，所述样品承载单元，包括底座10，设置于所述底座10上的载物台9，所述载物台9可进行上下运动，用于调整待检测玻璃8的高度，所述载物台9上设置有通光孔，和设置于所述载物台9上的移动组件11，所述移动组件11用以移动待检测玻璃将玻璃缺陷对准所述通光孔；述缺陷检测单元包括发射激光的激光器1和扩大所述激光的扩束器2，所述激光经扩束器2扩大后，扫描所述待检测玻璃8，以确定玻璃缺陷的位置，所述缺陷检测单元还包括遮档屏3，所述遮档屏3可移动设置以遮挡或不遮挡经所述扩束器2扩大的激光；所述缺陷判别单元包括检测光源12，设置于待检测玻璃8的一侧，相应设置的目镜4和物镜6，目镜4和物镜6构成像系统，用以调节缺陷图像的清晰度，所述目镜4和物镜6与所述检测光源12相对，设置于待检测玻璃8的另一侧，和偏振光形成件，包括相应设置的一对偏光镜5，对缺陷种类进行判别时，其中一偏光镜移动至所述目镜4和物镜6之间，另一偏光镜移动至所述待检测玻璃8靠近检测光源12的一侧，用于缺陷判别单元中形成偏振光。
作为优选的，本发明实施例中所述激光器1为市售的300mW单纵模绿光激光器，波长532nm，光束直径1.5mm；或为市售的200mW单纵模蓝光激光器，波长457nm或473nm，光束直径1mm；扩束器2的光束扩展倍数可调，为×2、×5和×10，功率≤200mW，用于对激光器1输出光束进行扩展。激光器1和扩束器2的光束中心重合。
实施例2
本实施例提供一种检测和识别玻璃缺陷的方法，其包括如下步骤：
(1)对尺寸300×300×40mm的特短火石玻璃毛坯进行抛光处理。
(2)启动激光器1和扩束器2(×10)，所述激光器1为市售的300mW单纵模绿光激光器，波长532nm，光束直径1.5mm；调节载物台9，从待检测玻璃8样品底部开始进行逐层激光扫描，若扫描区出现非玻璃体缺陷，将缺陷区域调整到载物台9中心位置，暂停激光扫描。
(3)启动白光光源12，调节物镜4与待检测玻璃8之间的距离，在目镜4视场中找到非玻璃体缺陷。调节目镜和物镜放大倍数(×100)，确保缺陷图像清晰。调整偏光镜5，若缺陷图像出现消光现象，并呈现出三角形或六边形结构，即可判定为Pt闪点；若出现消光现象，但未呈现出三角形或六边形结构，即可判定为结石；若未出现消光现象，则判定位气泡。
(4)关闭白光光源12，打开激光器，继续对待检测玻璃8进行检测。
(5)检测完后，依次关闭缺陷判别单元和缺陷检测单元，并调节目镜4、物镜6、偏光镜5和载物台9等归位。
检测后，发现该玻璃中Pt闪点数为3个，气泡数为2个，无结石。
实施例3
本实施例提供一种检测和识别玻璃缺陷的方法，其包括如下步骤：
(1)对尺寸Φ400×30mm的DM305玻璃毛坯进行抛光处理。
(2)启动激光器1和扩束器2(×5)，所述激光器1为市售的200mW单纵模蓝光激光器，波长457nm，光束直径1mm，打开遮挡屏3，调节载物台9，从玻璃样品底部开始进行逐层激光扫描，若扫描区出现非玻璃体缺陷，将缺陷区域调整到载物台9中心位置，利用遮挡屏3暂停激光扫描。
(3)启动白光光源12，调节物镜6与玻璃之间的距离，在目镜4视场中找到非玻璃体缺陷。调节目镜和物镜放大倍数(×200)，确保缺陷图像清晰。调整偏光镜5，若缺陷图像出现消光现象，并呈现出三角形或六边形结构，即可判定为Pt闪点；若出现消光现象，但未呈现出三角形或六边形结构，即可判定为结石；若未出现消光现象，则判定位气泡。
(4)关闭白光光源12，打开遮挡屏3，继续对玻璃样品进行检测。
(5)检测完后，依次关闭缺陷判别单元和缺陷检测单元，并调节目镜4、物镜6、遮挡屏3、偏光镜5和载物台9等归位。
检测后，发现该玻璃中Pt闪点数为1个，气泡数为6个，无结石。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种检测和识别玻璃缺陷的装置，其特征在于，包括，
样品承载单元，用以担载和移动待检测玻璃；
缺陷检测单元，用以确定玻璃缺陷的位置；
缺陷判别单元，用以识别所述玻璃缺陷的种类，包括，
检测光源，设置于待检测玻璃的一侧，
相应设置的目镜和物镜，用以调节缺陷图像的清晰度，所述目镜和物镜与所述检测光源相对，设置于待检测玻璃的另一侧，
偏振光形成件，包括相应设置的一对偏光镜，对缺陷种类进行判别时，其中一偏光镜移动至所述目镜和物镜之间，另一偏光镜移动至所述待检测玻璃靠近检测光源的一侧。
2.根据权利要求1所述的检测和识别玻璃缺陷的装置，其特征在于，
所述样品承载单元，包括底座，设置于所述底座上的载物台，所述载物台上设置有通光孔，和设置于所述载物台上的移动组件，所述移动组件用以移动待检测玻璃将玻璃缺陷对准所述通光孔。
所述缺陷检测单元包括发射激光的激光器和扩大所述激光的扩束器，所述激光经扩束器扩大后，扫描所述待检测玻璃，以确定玻璃缺陷的位置。
所述缺陷检测单元还包括遮档屏，所述遮档屏可移动设置以遮挡或不遮挡经所述扩束器扩大的激光。
3.根据权利要求1或2所述的检测和识别玻璃缺陷的装置，其特征在于，
对缺陷种类进行判别时，所述目镜和物镜、所述一对偏光镜、所述检测光源、所述通光孔与所述玻璃缺陷位于同一轴线上。
4.根据权利要求3所述的检测和识别玻璃缺陷的装置，其特征在于，所述检测光源发出的光与所述激光器发出的光相互垂直。
5.根据权利要求4所述的检测和识别玻璃缺陷的装置，其特征在于，所述检测光源发出的光贯穿所述玻璃的厚度，所述检测光源为白光光源。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的检测和识别玻璃缺陷的装置，其特征在于，缺陷判别单元还包括调节器，用以调节所述物镜与待检测玻璃之间的距离。
7.一种检测和识别玻璃缺陷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待检测玻璃进行抛光处理；
(2)启动激光器和扩束器，调节载物台，对待检测玻璃进行激光扫描，若扫描区出现非玻璃体缺陷，将缺陷区域调整到载物台中心位置，暂停激光扫描；
(3)启动检测光源，调节物镜与待检测玻璃之间的距离，在视场中找到非玻璃体缺陷，调节目镜和物镜放大倍数，获取缺陷图像，调整偏光镜，判断缺陷类型；
(4)关闭检测光源，继续进行激光扫描对待检测玻璃进行检测。
8.根据权利要求7所述的检测和识别玻璃缺陷的方法，其特征在于，
所述步骤(2)为启动激光器和扩束器，打开遮挡屏，调节载物台，对待检测玻璃进行激光扫描，若扫描区出现非玻璃体缺陷，将缺陷区域调整到载物台中心位置，利用遮挡屏暂停激光扫描；
所述步骤(4)为关闭检测光源，打开遮挡屏，继续对待检测玻璃进行检测。
9.根据权利要求7或8所述的检测和识别玻璃缺陷的方法，其特征在于，若激光光线出现异常，即可判定玻璃中出现非玻璃体缺陷。
10.根据权利要求9所述的检测和识别玻璃缺陷的方法，其特征在于，
步骤(3)中缺陷图像出现消光特征，并呈现出三角形或六边形结构，则判定为Pt闪点；
步骤(3)中缺陷图像出现消光特征，未呈现出三角形或六边形结构，则判定为结石；
步骤(3)中缺陷图像未出现消光特征，呈现球状形貌，则判定为气泡。
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