CN108827508A - 多功能自动偏光应力仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及应力检测装置，尤其涉及一种多功能自动偏光应力仪，包括沿光路方向依次设置的光源、起偏器、样品工位、波片模组、检偏器、摄像元件，所述摄像元件连接图像处理元件，还包括电机，所述电机连接所述检偏器，所述检偏器在所述电机的驱动下进行旋转，使检偏器与起偏器的偏光轴成不同角度设置，因而图像处理元件可以采集到不同亮度信息的图像，最后图像处理元件根据获得的多个图像亮度信息进行玻璃内应力的计算，提高了测量精度，整个操作过程全由自动化测量完成，避免了人工操作带来的测量误差，提高测量精度的同时也提高了测量效率，而且使用者可以根据具体需求不同选用特定的波片进行定性或者定量测试，多功能测量，灵活性高，使用方便。

Description

多功能自动偏光应力仪

技术领域

本发明涉及应力检测装置，尤其涉及一种多功能自动偏光应力仪。

背景技术

透明制品如普通玻璃、有机玻璃、PET塑料等在光学领域的使用频率逐渐增多，由于生产工艺的特殊性，这类制品在做成形时，均需要进行对应的退火工艺，退火工艺的好坏，直接决定了产品的强度及寿命，退火不均匀或者不完全均匀会导致产品内有残余内应力产生，这种残余内应力通常是极不均匀的，会降低玻璃制品的机械强度和热稳定性，影响玻璃制品的安全使用，当残余内应力值超过极限时，制品甚至会发生自爆现象。尤其是随着触控产业的蓬勃发展，触控产品本身的规格要求也日渐严格，由于触控面板是由外部施加压力去进行感应组件的运作方式从而达到使用效果，因此产品的机械抗压性是各大厂商的重要规范与指标。对于光学玻璃，由于残余内应力的存在，导致加工好的光学零件表面会随时间慢慢变形，严重影响了成像质量，残余内应力的大小也成为光学玻璃光学性能的重要指标之一。因而，为保证玻璃制品的使用性能，玻璃的残余内应力要控制在合理范围内，这就要求对玻璃的残余内应力进行检测。

目前市场上常见的玻璃内应力测量仪主要采用senarmont补偿法原理进行测量，如中国实用新型专利201320649049.0公开了一种自动玻璃应力检测仪，包括偏光镜、分析器和检测目镜，所述偏光镜安装在底座的上表面，底座正上方还设有一支撑台，所述分析器可手动旋转安装在支撑台上，检测目镜可调安装于支撑台的分析器正上方，检测目镜的末端安装一取像装置，取像装置连接图像处理器。利用该应力检测仪测量玻璃内应力时，首先将待测玻璃放置在偏光镜上，取像装置将撷取的图像信息传送给图像处理器，然后手动旋转分析器，由图像处理器对取像装置撷取的图像亮度进行捕捉，图像处理器上将接收到不同灰度值的图像信息，当灰度值显示最小时，记录此时分析器的旋转角度，最后根据图像灰度值最小时分析器的旋转角度进行玻璃内应力的计算。虽然在该专利中设置了取像装置和图像处理器，由高精度设备取代了传统的肉眼直接读取，一定程度上提高了测量精度，但是使用该应力测量仪测量玻璃内应力需要获取图像最小灰度值，因而测量过程中要多次手动旋转分析器，导致测量效率非常低。同时由于操作者在整个测量过程中需要长时间观察图像处理器上的灰度值变化，长时间用眼容易造成视觉疲劳，在读取图像灰度值时难免存在误差，从而影响了玻璃应力仪的测量精度。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种测量误差小、测量精度高的玻璃多功能偏光应力仪。

本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：

一种多功能偏光应力仪，包括沿光路方向依次设置的光源、起偏器、样品工位、波片模组、检偏器、摄像元件，所述摄像元件连接图像处理元件，其特征在于，还包括电机，所述电机连接所述检偏器，所述检偏器在所述电机的驱动下进行旋转。

优选的，本发明中所述波片模组包括定性波片、定量波片以及波片切换机构，所述波片切换机构可在所述定性波片与所述定量波片之间进行切换，使用者可以根据具体需求不同选用不同的波片进行定性或者定量测试，灵活性高，使用方便。

优选的，本发明中所述波片切换机构为一滑动杠杆，可以方便快速的在定性波片与定量波片之间进行切换。

优选的，本发明中所述定性波片为全波片，所述定量波片为四分之一波片。

优选的，本发明中所述起偏器和所述检偏器均为线偏振片。

优选的，本发明中所述摄像元件为CCD相机，所述CCD相机能够快速高精度的采集待测样品的图像信息，提高测量精度和测量效率。

优选的，本发明中所述CCD相机前端设有滤光片，避免杂散光影响，提高测量精度。

优选的，本发明中所述的检偏器旋转的角度分别为0°、45°、90°、135°，且旋转角度为0°时，所述的检偏器和起偏器的偏光轴互相垂直。

优选的，本发明中所述的光源是单色LED面光源，测量精度高。

优选的，本发明中所述检偏器以及摄像元件可相对于所述样品工位进行远近距离调节。

本发明的有益效果是，由于本发明多功能偏光应力仪包括沿光路方向依次设置的光源、起偏器、样品工位、波片模组、检偏器、摄像元件，所述摄像元件连接图像处理元件，还包括电机，所述电机连接所述检偏器，所述检偏器在所述电机的驱动下进行旋转，使用时将待测样品放置在样品工位，由光源发出的光经起偏器后变成线偏振光，由于样品内部存在残余内应力，该线偏振光经过待测样品之后被分解为具有光程差且偏振方向互相垂直的两束偏振光，摄像元件采集此时的图像信息，然后将采集的图像信息传送给图像处理元件，由图像处理元件对摄像元件采集的图像进行分析处理，以执行样品内应力的计算。由于电机可以带动检偏器旋转，使检偏器与起偏器的偏光轴成不同角度的设置，因而图像处理元件可以采集到不同亮度信息的图像，最后图像处理元件根据获得的多个图像亮度信息进行玻璃内应力的计算，提高了测量精度。而且整个操作过程全由自动化测量完成，避免了人工操作带来的测量误差，提高测量精度的同时也提高了测量效率。由于本发明所述的检偏器旋转的角度分别为0°、45°、90°、135°，且旋转角度为0°时，所述的检偏器和起偏器的偏光轴互相垂直，因而利用本发明应力仪测量玻璃内应力时，不需要多次旋转检偏器去获取图像灰度值最小时的检偏器旋转角度，仅通过电机带动检偏器进行该四个特定角度的旋转即可，相应的图像处理元件仅需要获取该四个特定角度时的图像亮度信息，然后即可根据公式计算出待测玻璃的应力值，解决了多次旋转检偏器导致的测量效率低、测量误差大的技术问题，提高了本发明应力自动测量仪的测量效率和测量精度。同时，由于本发明中所述波片模组包括定性波片、定量波片以及波片切换机构，所述波片切换机构可在所述定性波片与所述定量波片之间进行切换，使用者可以根据具体需求不同选用特定的波片进行定性或者定量测试，多功能测量，灵活性高，使用方便。

附图说明

图1为本发明多功能自动偏光应力仪的光学原理示意图。

图2为本发明多功能自动偏光应力仪的一种结构示意图，也是一种优选实施例示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上方”、“下方”、“中”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

图1示出了本发明多功能自动偏光应力仪的光学原理示意图，如图1所示，沿光路方向依次设置有光源10、起偏器20、待测样品30、波片模组40、检偏器50、摄像元件60、所述摄像元件60连接图像处理元件70，由光源10发出的光经起偏器20后变成线偏振光，由于待测样品30内部存在残余内应力，该线偏振光经过待测样品之后被分解为具有光程差且偏振方向互相垂直的两束偏振光，摄像元件60采集此时的图像信息，然后将采集的图像信息传送给图像处理元件70，由图像处理元件对摄像元件采集的图像进行分析处理，以执行样品内应力的计算。

图2示出了本发明多功能自动偏光应力仪的一种实施例结构示意图，也是一种优选实施例示意图。如图2所示的多功能自动偏光应力仪，包括竖直支撑架100，所述竖直支撑架下方设有光源10，所述光源10上方设有起偏器20，所述起偏器20上方设有供放置待测样品30的样品工位，所述光源10发出的光经起偏器20之后变为线偏振光，所述竖直支撑架上方设有检偏器50和电机80，所述电机连接所述检偏器50，所述检偏器50在所述电机的驱动下进行旋转。所述检偏器与所述起偏器之间设有波片模组40，所述检偏器上方设有摄像元件60，所述摄像元件连接图像处理元件（图中未示），图像处理元件与电机连接以控制检偏器的旋转，检偏器在旋转过程中，所述电机可以通过编码器记录旋转角度，所述摄像元件拍摄检偏器旋转过程中的图像，对光源发出的光经起偏器、待测样品、波片模组、检偏器之后的图像进行撷取，然后将撷取的图像传送给图像处理元件，由图像处理元件对图像亮度信息进行采集，并通过采集的图像亮度信息进行待测样品内应力的计算。在测量过程中，图像处理元件根据图像亮度的采集情况控制电机的运行状态，当图像亮度信息采集完成后，图像处理元件控制电机启动，以带动检偏器进行下一个预设角度的旋转。

由于检测场合不同，使用者对定性检测或者定量检测的需求也存在诸多差异。因而，作为优选实施方式，本实施例中所述波片模组40包括定性波片41、定量波片42以及波片切换机构43，所述波片切换机构可在所述定性波片与所述定量波片之间进行切换，使用者可以根据具体需求不同选用不同的波片进行定性或者定量测试，灵活性高，使用方便。

优选的，于本实施例中，所述波片切换机构43可以为一滑动杠杆，所述滑动杠杆可以方便快速的在定性波片与定量波片之间进行切换。

优选的，于本实施例中，所述定性波片41为全波片，所述定量波片42为四分之一波片。

优选的，于本实施例中，所述的摄像元件60为基于CCD（Charge-coupled Device）图像传感器的工业相机，灵敏度好，能够快速且高精度的采集待测样品的图像信息，提高测量精度和测量效率。优选的，本实施例所述的图像处理元件为具有数据处理软件的通用计算机。

将待测样品放置在起偏器20上，光源发出的光经起偏器之后变成偏振光，检偏器50上方的摄像元件60撷取此时的图像传送给图像处理元件，图像处理元件对图像亮度进行信息采集后，发出相应指令控制电机80工作，电机经传动装置带动检偏器旋转，检偏器旋转到预定角度之后，电机停机工作，检偏器停止旋转，摄像元件将此时撷取的图像传送给图像处理元件，由图像处理元件对撷取的图像亮度进行采集。如此重复，当检偏器旋转了所有预设角度之后，图像处理元件根据所有采集到的图像亮度信息进行玻璃内应力的计算。整个操作过程全由自动化完成，避免了人工操作带来的测量误差，提高测量精度的同时也提高了测量效率。优选的，于本实施例中，所述起偏器和所述检偏器均为线偏振片。

优选的，于本实施例中，所述的检偏器预设的旋转角度分别为0°、45°、90°、135°，且检偏器旋转角度为0°时，所述的检偏器和起偏器的偏光轴互相垂直。电机带动检偏器分别旋转0°、45°、90°、135°，检偏器上方的摄像元件分别对检偏器旋转0°、45°、90°、135°时的图像进行撷取，然后将撷取的图像分别传送给图像处理元件，图像处理元件分别对该四个特定角度时的图像亮度信息进行采集，最后利用数据处理软件进行待测样品内应力的计算。使用本发明偏光应力仪不需要多次旋转检偏器去获取图像灰度值最小时的检偏器旋转角度，仅通过电机带动检偏器进行四个角度的旋转，即可测量出待测玻璃任意位置的应力值，扩大了本发明的测量范围，解决了多次旋转检偏器导致的测量效率低、测量误差大的技术问题，提高了本发明偏光应力仪的测量效率和测量精度。

优选的，于本实施例中，所述的光源10是能发射出具有中心波长的单色光的光源，可以排除其他波长光的影响，以便摄像元件能够撷取比较清晰的图像，在本实施例中光源10优选中心波长为500-560nm范围的单色LED面光源。为了降低本发明应力仪的制造成本，本实施例所述的光源也可以不是单色光源，对此，可以在所述的摄像元件前端设置滤光片对光源10发出的光进行滤光使之成为单色光。滤光片的半峰宽越窄，本发明应力仪的测量精度越高。当然，即使光源是单色光源，也可以在摄像元件前端设置滤光片，对光源发射的单色光进一步提纯，使之成为半峰宽更窄的单色光。为了避免其他不必要的杂光对本发明测量精度造成影响，本发明优选在比较黑暗的操作环境中进行使用。当然，为了操作使用上的便利，本发明也可以不必选择在黑暗环境中使用，此时只需要在本发明应力仪上增加一个罩体即可，使光源与摄像元件处于一个暗室中，避免了其他杂光对本发明测量精度造成影响的同时，又提高了本发明应力仪的操作便利性。

优选的，于本实施例中，所述检偏器以及摄像元件可相对于所述样品工位进行远近距离调节。因而在利用本发明偏光应力仪时，操作者可以根据待测样品的具体情况对检偏器及摄像元件的位置进行适当调整，以使摄像元件能够撷取比较清晰的图像，提高了本发明偏光应力仪的测量精度。

利用本发明偏光应力仪测量玻璃内应力时，操作者只需要将待测样品放置在样品工位上，然后根据具体需求利用波片切换机构选择定性波片进行定性测试或者选择定量波片进行定量测试。光源发出的光经起偏器后变成偏振光，由于玻璃内部存在应力，经过有应力的待测玻璃后偏振光被分解为具有光程差且偏振方向互相垂直的两束偏振光，检偏器驱动电机带动检偏器进行旋转，检偏器上方的取像元件将撷取的图像传送给图像处理元件，由图像处理元件根据撷取的图像亮度信息进行玻璃内应力的计算。当检偏器旋转角度为0°时，检偏器和起偏器的偏光轴互相垂直，检偏器上方的取像元件撷取此时的图像，然后将撷取的图像传送给图像处理元件，由图像处理元件对撷取的图像亮度信息进行采集，采集完之后发出相应指令控制检偏器驱动电机启动，检偏器驱动电机带动检偏器按照预设的45°进行旋转，当检偏器旋转到预定位置后，检偏器驱动电机停止工作，检偏器停止旋转，取像元件撷取此时的图像，并将撷取的图像传送给图像处理元件，图像处理元件对接收到的图像亮度信息进行采集，采集完成之后控制检偏器驱动电机启动，如此重复，检偏器驱动电机带动检偏器依次进行0°、45°、90°、135°的旋转，图像处理元件将该四个角度时的图像亮度信息采集完成之后，根据内嵌的数据处理软件完成待测玻璃内应力的计算。整个操作过程全由自动化测量完成，避免了人工操作带来的测量误差，提高测量精度的同时也提高了测量效率。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (10)

1.一种多功能偏光应力仪，包括沿光路方向依次设置的光源、起偏器、样品工位、波片模组、检偏器、摄像元件，所述摄像元件连接图像处理元件，其特征在于，还包括电机，所述电机连接所述检偏器，所述检偏器在所述电机的驱动下进行旋转。

2.根据权利要求1所述的多功能偏光应力仪，其特征在于，所述波片模组包括定性波片、定量波片以及波片切换机构，所述波片切换机构可在所述定性波片与所述定量波片之间进行切换。

3.根据权利要求2所述的多功能偏光应力仪，其特征在于，所述波片切换机构为一滑动杠杆。

4.根据权利要求2所述的多功能偏光应力仪，其特征在于，所述定性波片为全波片，所述定量波片为四分之一波片。

5.根据权利要求1所述的多功能偏光应力仪，其特征在于，所述起偏器和所述检偏器均为线偏振片。

6.根据权利要求1所述的多功能偏光应力仪，其特征在于，所述摄像元件为CCD相机。

7.根据权利要求6所述的多功能偏光应力仪，其特征在于，所述CCD相机前端设有滤光片。

8.根据权利要求1所述的多功能偏光应力仪，其特征在于，所述的检偏器旋转的角度分别为0°、45°、90°、135°，且旋转角度为0°时，所述检偏器与所述起偏器的偏光轴互相垂直。

9.根据权利要求1所述的多功能偏光应力仪，其特征在于，所述的光源是单色LED面光源。

10.根据权利要求1所述的多功能偏光应力仪，其特征在于，所述检偏器以及所述摄像元件可相对于所述样品工位进行远近距离调节。