CN111208028A - 光学玻璃的环境适应性检测用试验仪及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于玻璃测试技术领域，具体公开了一种能够较为真实地模拟出光学玻璃处于搽洗使用场景的试验仪及方法。光学玻璃的环境适应性检测用试验仪，包括箱体、设置在箱体上的伸缩装置、可滑动地设置在箱体上并与伸缩装置的伸缩端相连的样品盘、以及设置在箱体上的搽洗机构。该试验仪通过伸缩装置能够驱使样品盘往复运动，进而安装于样品盘中的光学玻璃样品可随样品盘在箱体上做往复运动，从而可被浸润了磨料悬浮液的搽洗件来回搽洗，以较为真实地模拟出光学玻璃在使用过程中所遇的搽洗使用场景，暴露光学玻璃内部及表面等各方面的缺陷，利于更加客观地评价光学玻璃的抗磨损性能，实现对光学玻璃的环境适应性的可靠鉴定。

Description

光学玻璃的环境适应性检测用试验仪及方法

技术领域

本发明属于玻璃测试技术领域，具体涉及一种光学玻璃的环境适应性检测用试验仪及方法。

背景技术

光学玻璃的环境适应性检测用试验仪是用于模拟光学玻璃的真实使用场景的仪器，以便对光学玻璃的环境适应性进行检测。现有的实验仪仅能模拟环境气候、浸泡场景和磨耗场景以测试光学玻璃的耐候稳定性、化学稳定性及磨耗度等环境适应性能。耐候稳定性是在相对湿度和不同温度交替变换的条件下模拟大气环境中玻璃的侵蚀程度；化学稳定性是光学玻璃浸泡在酸液或者碱液条件下光学玻璃表面的腐蚀程度；磨耗度是光学玻璃表面在外力作用或者相互研磨的损耗程度，主要是指导玻璃冷加工工艺。

然而，随着光学玻璃的应用越来越广泛，对其环境适应性有了更高的要求。例如：应用在自动驾驶汽车上的光学成像系统，在雨天会有泥水夹杂砂石溅在光学玻璃表面，在洗车时会有冲洗水喷射到光学玻璃表面并伴随有搽洗，这就对光学玻璃有了耐搽洗的检测需求。因此，如何模拟出更多、更真实的光学玻璃使用场景，来检测出光学玻璃在恶劣环境下表面的耐磨耗、抗划伤性、耐物理化学腐蚀等情况，以研究各种牌号的光学玻璃在水夹砂石冲击、搽洗、酸浸等情况下的承受能力也就非常必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够较为真实地模拟出光学玻璃处于搽洗的使用场景的试验仪。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：光学玻璃的环境适应性检测用试验仪，包括箱体、设置在箱体上的伸缩装置、可滑动地设置在箱体上并与伸缩装置的伸缩端相连的样品盘、以及设置在箱体上的搽洗机构；所述搽洗机构包括设置在箱体上的固定杆、铰接在固定杆上的横向调节杆、设置在横向调节杆一端上并处于样品盘上侧的试验臂、以及设置在试验臂下端的搽洗件，所述搽洗件的搽洗部能够与安装在样品盘上的光学玻璃样品直接接触。

进一步的是，所述箱体上设置有轨道，所述样品盘通过滑块可滑动地设置在轨道上。

进一步的是，所述伸缩装置包括伸缩杆、设置在箱体内的驱动装置以及可转动地设置在箱体内并与驱动装置传动连接的转轮；所述转轮上设有偏心件，所述伸缩杆的一端与转轮上的偏心件铰接，所述伸缩杆的另一端与样品盘铰接，所述伸缩杆的另一端即为伸缩装置的伸缩端。

进一步的是，所述偏心件沿转轮的径向可滑动地设置在转轮上，所述转轮上还设有用于固定偏心件的锁紧件。

进一步的是，所述样品盘上设有样品固定结构。

进一步的是，所述固定杆上套设有带锁紧螺钉的连接套，所述横向调节杆与连接套铰接。

进一步的是，所述搽洗机构还包括平衡砝码和荷载砝码；所述平衡砝码设置在横向调节杆的另一端上，所述荷载砝码设置在试验臂上。

进一步的是，还包括控制系统，所述控制系统包括控制器、设置在箱体上用于记录伸缩装置的伸缩次数的计数器以及设置在箱体上的显示器，所述伸缩装置、显示器和计数器分别与控制器电性连接。

本发明还提供了一种光学玻璃的环境适应性检测方法，包括采用任意一种上述的光学玻璃的环境适应性检测用试验仪对光学玻璃样品进行搽洗的搽洗步骤，以及将经过搽洗的光学玻璃样品浸泡于酸溶液中的酸浸步骤，以及对经过酸浸的光学玻璃样品进行检测的检测步骤。

进一步的是，搽洗步骤中，先配制磨料悬浮液，再利用浸润了磨料悬浮液的搽洗件对光学玻璃样品进行搽洗，搽洗过程中对被搽洗的光学玻璃样品表面持续喷洒磨料悬浮液；

酸浸步骤中，先配制酸溶液，再将搽洗后的光学玻璃样品浸泡在酸溶液中，并在25℃密闭环境下恒温静置240h以上；

检测步骤中，先将酸浸后的光学玻璃样品清洗至少三遍，再置于烘箱中进行干燥处理，最后测算出光学玻璃样品的重量损失百分比和雾度变化量。

本发明的有益效果是：该试验仪通过伸缩装置能够驱使样品盘往复运动，进而安装于样品盘中的光学玻璃样品可随样品盘在箱体上做往复运动，从而可被浸润了磨料悬浮液的搽洗件来回搽洗，以较为真实地模拟出光学玻璃在使用过程中所遇的搽洗使用场景，暴露光学玻璃内部及表面等各方面的缺陷，如透光率、质量损失等，利于更加客观地评价光学玻璃抗磨损性能，实现对光学玻璃的环境适应性的可靠鉴定。

附图说明

图1是本发明中光学玻璃的环境适应性检测用试验仪的实施结构示意图；

图中标记为：箱体100、轨道110、伸缩杆210、转轮220、样品盘300、样品固定结构310、固定杆410、横向调节杆420、试验臂430、搽洗件440、平衡砝码450、荷载砝码460、显示器510、电源开关520。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，光学玻璃的环境适应性检测用试验仪，包括箱体100、设置在箱体100上的伸缩装置、可滑动地设置在箱体100上并与伸缩装置的伸缩端相连的样品盘300、以及设置在箱体100上的搽洗机构；所述搽洗机构包括设置在箱体100上的固定杆410、铰接在固定杆410上的横向调节杆420、设置在横向调节杆420一端上并处于样品盘300上侧的试验臂430、以及设置在试验臂430下端的搽洗件440，所述搽洗件440的搽洗部能够与安装在样品盘300上的光学玻璃样品直接接触。

利用该试验仪对光学玻璃样品进行试验时，先将待测的光学玻璃样品安装在样品盘300中，再使浸润了磨料悬浮液的搽洗件440的搽洗部与光学玻璃样品直接接触，然后启动伸缩装置，由其驱使样品盘300往复运动并带动光学玻璃样品相对于搽洗件440做往复运动，以较为真实地模拟出光学玻璃在使用过程中所遇的搽洗使用场景。搽洗过程中，一般还对被搽洗的光学玻璃样品表面持续喷洒磨料悬浮液。磨料悬浮液可以为多种，优选溶质为关东垆坶泥的关东垆坶泥悬浮液。

其中，箱体100为该试验仪的主要载体部件，主要用于其他零部件的安装设置及试验仪的放置；箱体100可以为多种结构，例如：圆台形、立方体形、长方体形等。

伸缩装置为该试验仪的驱动机构，其主要用于驱使样品盘300往复运动；伸缩装置可以为多种，例如：气缸、油缸、活塞缸、曲柄摇杆机构等。

优选的，再如图1所述，伸缩装置包括伸缩杆210、设置在箱体100内的驱动装置以及可转动地设置在箱体100内并与驱动装置传动连接的转轮220；所述转轮220上设有偏心件，所述伸缩杆210的一端与转轮220上的偏心件铰接，所述伸缩杆210的另一端与样品盘300铰接，所述伸缩杆210的另一端即为伸缩装置的伸缩端。该伸缩装置的结构简单，操控方便；其驱动装置可以为多种，例如：电机、旋转气缸等等。

在上述基础上，为了便于调控试验过程中光学玻璃样品的往复运动的行程，优选将偏心件沿转轮220的径向可滑动地设置在转轮220上，且在转轮220上还设有用于固定偏心件的锁紧件。偏心件可通过滑轨副、滑杆机构、滑槽机构、直线轴承等可滑动地设置在转轮220上；锁紧件可以为多种，例如：卡扣、螺栓、螺钉、夹子、垫块等。通过松开锁紧件可以调节偏心件与转轮220圆心之间的间距，进而实现对光学玻璃样品的往复运动行程的调节；调节好后，通过锁紧件将偏心件固定在转轮220上即可。

为了精确调节偏心件的位置，以准确调节光学玻璃样品的往复运动行程，通常在转轮220上沿偏心件的运动方向设有刻度线。优选使刻度线以转轮220的圆心作为零点。

样品盘300为该试验仪上安装光学玻璃样品的部件，样品盘300可以为多种结构，优选为长宽尺寸为300mm×250mm的长方形盘，在其四周一般设有框形侧边；通常在样品盘300上设有样品固定结构310，样品固定结构310可以为多种，例如：顶紧螺钉、固定夹等；优选的，样品固定结构310为可调机构，其包括左侧样品架、右侧样品架和可调螺杆，左侧样品架固定安装，可调螺杆穿过右侧样品架与左侧样品架螺纹连接在一起，右侧样品架与左侧样品架之间形成有光学玻璃样品固定空间；样品盘300可通过滑轨副、滑杆机构、滑槽机构等可滑动地设置在箱体100上；优选在箱体100上设置轨道110，样品盘300通过滑块可滑动地设置在轨道110上。

为了保证对样品盘300清洗时，清洗水体能够顺利流出，通常在样品盘300上开设有出水口。出水口优选为直径6mm的圆孔。

为了保证该试验仪的使用寿命，通常使样品盘300、搽洗机构和轨道110均由耐酸碱腐蚀的材料制成。耐酸碱腐蚀的材料可以为多种，优选为304不锈钢。

搽洗机构为该试验仪的试验工位；固定杆410为支撑部件，横向调节杆420为调节部件，试验臂430为搽洗件440的安装部件，搽洗件440为刮擦部件；一般在固定杆410上上套设有带锁紧螺钉的连接套，横向调节杆420与连接套铰接；通过松开锁紧螺钉可调节连接套及与之相连的横向调节杆420和连接在横向调节杆420上的试验臂430的高度位置，以适应对不同厚度的光学玻璃样品进行试验，调节好位置后拧紧锁紧螺钉将连接套与固定杆410固定在一起；搽洗件440可以为多种，优选为结构简单、成本较低的毛刷，毛刷优选采用猪鬃毛材质的毛制作。再如图1所示，该试验仪一般具有两个试验工位，即具有两根固定杆410、两根横向调节杆420、两个试验臂430和两个搽洗件440。

为了有效控制施加的荷载，以精准量化模拟光学玻璃的搽洗使用场景，搽洗机构还包括平衡砝码450和荷载砝码460；所述平衡砝码450设置在横向调节杆420的另一端上，所述荷载砝码460设置在试验臂430上。平衡砝码450主要用于平衡试验臂430和搽洗件440的重量，其一般与横向调节杆420螺纹连接；试验前，需先调节平衡砝码450的位置使横向调节杆420保持水平，即试验臂430和搽洗件440悬停在光学玻璃样品上方；荷载砝码460主要用于试验过程中有效控制施加在光学玻璃样品上的额定荷载，其一般可拆卸地安装在试验臂430上。

作为本发明的一种优选方案，该试验仪还包括控制系统，所述控制系统包括控制器、设置在箱体100上用于记录伸缩装置的伸缩次数的计数器以及设置在箱体100上的显示器510，所述伸缩装置、显示器510和计数器分别与控制器电性连接。通过控制系统能够准确控制并记录试验过程中光学玻璃样品的往复运动次数、运动速度，再由显示器510显示。显示器510可以为多种，优选为触摸屏，触摸屏能够用于设置需要试验的往复行程次数及对光学玻璃样品的搽洗速度。

具体的，再如图1所示，控制系统通常还包括与控制器电性连接的电源开关520。

利用本发明所提供的光学玻璃的环境适应性检测用试验仪，能够模拟在恶劣环境下光学玻璃表面因搽洗而被磨损、刮擦、划伤、物理化学腐蚀等受损情况，以暴露光学玻璃内部及表面的各方面的缺陷，进而利于确定光学玻璃的环境适应性，实现对产品的可靠鉴定。

光学玻璃的环境适应性检测方法，包括采用任意一种上述的光学玻璃的环境适应性检测用试验仪对光学玻璃样品进行搽洗的搽洗步骤，以及将经过搽洗的光学玻璃样品浸泡于酸溶液中的酸浸步骤，以及对经过酸浸的光学玻璃样品进行检测的检测步骤。

优选的，搽洗步骤中，先配制磨料悬浮液，再利用浸润了磨料悬浮液的搽洗件440对光学玻璃样品进行搽洗，搽洗过程中对被搽洗的光学玻璃样品表面持续喷洒磨料悬浮液；

酸浸步骤中，先配制酸溶液，再将搽洗后的光学玻璃样品浸泡在酸溶液中，并在25℃密闭环境下恒温静置240h以上；

检测步骤中，先将酸浸后的光学玻璃样品清洗至少三遍，再置于烘箱中进行干燥处理，最后测算出光学玻璃样品的重量损失百分比和雾度变化量。

被测光学玻璃样品搽洗酸浸前后重量损失百分比计算公式为：

Δm(‰)＝[(m_前-M_后)÷m_前]×1000‰；

式中：Δm为被测光学玻璃样品搽洗酸浸前后重量损失百分比；m_前为被测光学玻璃样品搽洗酸浸前重量(单位：g)；M_后为被测光学玻璃样品搽洗酸浸后重量(单位：g)。

被测光学玻璃样品搽洗酸浸前后雾度变化计算公式为：

ΔH＝H-h；

式中：ΔH为被测光学玻璃样品搽洗酸浸前后的雾度变化值；H为被测光学玻璃样品搽洗酸浸后的雾度；h为被测光学玻璃样品搽洗酸浸前的雾度。

实施例

利用本发明提供的光学玻璃的环境适应性检测方法对四块光学玻璃样品进行试验检测，具体过程如下：

搽洗步骤，采用本发明提供的光学玻璃的环境适应性检测用试验仪对光学玻璃样品进行搽洗，包括：

S1、试验仪的调节；

1)行程设置：调节偏心件与转轮220圆心之间的间距，使偏心件对应于刻度线上标号为50mm的刻度，即可将光学玻璃样品的测试行程(单程)控制为50mm；

2)调节搽洗机构：先启动伸缩装置，了解样品盘300上光学玻璃样品的起始位置和终止位置，从而确定搽洗件440的位置，保证搽洗件440能够覆盖光学玻璃样品的全部行程；再根据光学玻璃样品的高度位置调节横向调节杆420、试验臂430和搽洗件440的高度，调好后锁紧固定；接着，调节平衡砝码450的位置或增加其数量，使试验臂430和搽洗件440的重量被平衡掉；最后，在试验臂430上安装2.45N的荷载砝码460，使搽洗件440的搽洗部与光学玻璃样品直接接触；

S2、配制磨料悬浮液：称取100g关东垆坶泥(种类：JIS Z8901 8，又名日本关东土)，并将其均匀分散在1000mL纯水中，制成关东垆坶泥悬浮液；

S3、搽洗试验；

1)先将四块规格为30mm×30mm×10mm的光学玻璃样品用酒精超声清洗三遍，再置于120℃的烘箱中干燥30min；最后，分别称重并记录四块光学玻璃样品的质量m₁、m₂、m₃、m₄，分别测试四块光学玻璃样品的雾度值h₁、h₂、h₃、h₄；

2)将四块光学玻璃样品浸在关东垆坶泥悬浮液中，并使搽洗件440的搽洗部从下往上3/4高度浸入关东垆坶泥悬浮液中；

3)将光学玻璃样品从关东垆坶泥悬浮液中取出并安装在样品盘300中，确保光学玻璃样品的上表面比样品盘300高3～5mm；

4)在控制器中设置试验参数如下：测试行程50mm，搽洗往复次数250次、样品盘300的往复移动速度60(次/分钟)；

5)启动试验仪，在整个试验过程中，向光学玻璃样品表面持续喷关东垆坶泥悬浮液，使整个试验过程中，光学玻璃样品的表面均附着有关东垆坶泥悬浮液；

6)重复试验过程，完成四块光学玻璃样品的搽洗试验；

酸浸步骤：配制600mL，pH＝2的稀硫酸溶液，再将搽洗后的四块光学玻璃样品浸泡在装有稀硫酸溶液的密闭器皿中，并在25℃恒温环境下静置240h，整个试验过程中需要保证稀硫酸溶液不挥发；

检测步骤：

S1、测量：对酸浸后的四块光学玻璃样品用去离子水反复超声清洗三遍，再置于120℃的烘箱中干燥30min；最后，分别称重并记录四块光学玻璃样品的质量M₁、M₂、M₃、M₄，分别测试四块光学玻璃样品的雾度值H₁、H₂、H₃、H₄；

S2、计算：

根据以下公式计算出被测光学玻璃样品搽洗酸浸前后重量损失百分比的平均值

根据以下公式计算出被测光学玻璃样品搽洗酸浸前后雾度变化的平均值

Claims (10)

1.光学玻璃的环境适应性检测用试验仪，其特征在于：包括箱体(100)、设置在箱体(100)上的伸缩装置、可滑动地设置在箱体(100)上并与伸缩装置的伸缩端相连的样品盘(300)、以及设置在箱体(100)上的搽洗机构；所述搽洗机构包括设置在箱体(100)上的固定杆(410)、铰接在固定杆(410)上的横向调节杆(420)、设置在横向调节杆(420)一端上并处于样品盘(300)上侧的试验臂(430)、以及设置在试验臂(430)下端的搽洗件(440)，所述搽洗件(440)的搽洗部能够与安装在样品盘(300)上的光学玻璃样品直接接触。

2.如权利要求1所述的光学玻璃的环境适应性检测用试验仪，其特征在于：所述箱体(100)上设置有轨道(110)，所述样品盘(300)通过滑块可滑动地设置在轨道(110)上。

3.如权利要求1所述的光学玻璃的环境适应性检测用试验仪，其特征在于：所述伸缩装置包括伸缩杆(210)、设置在箱体(100)内的驱动装置以及可转动地设置在箱体(100)内并与驱动装置传动连接的转轮(220)；所述转轮(220)上设有偏心件，所述伸缩杆(210)的一端与转轮(220)上的偏心件铰接，所述伸缩杆(210)的另一端与样品盘(300)铰接，所述伸缩杆(210)的另一端即为伸缩装置的伸缩端。

4.如权利要求3所述的光学玻璃的环境适应性检测用试验仪，其特征在于：所述偏心件沿转轮(220)的径向可滑动地设置在转轮(220)上，所述转轮(220)上还设有用于固定偏心件的锁紧件。

5.如权利要求1所述的光学玻璃的环境适应性检测用试验仪，其特征在于：所述样品盘(300)上设有样品固定结构(310)。

6.如权利要求1所述的光学玻璃的环境适应性检测用试验仪，其特征在于：所述固定杆(410)上套设有带锁紧螺钉的连接套，所述横向调节杆(420)与连接套铰接。

7.如权利要求1所述的光学玻璃的环境适应性检测用试验仪，其特征在于：所述搽洗机构还包括平衡砝码(450)和荷载砝码(460)；所述平衡砝码(450)设置在横向调节杆(420)的另一端上，所述荷载砝码(460)设置在试验臂(430)上。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的光学玻璃的环境适应性检测用试验仪，其特征在于：还包括控制系统，所述控制系统包括控制器、设置在箱体(100)上用于记录伸缩装置的伸缩次数的计数器以及设置在箱体(100)上的显示器(510)，所述伸缩装置、显示器(510)和计数器分别与控制器电性连接。

9.光学玻璃的环境适应性检测方法，其特征在于：包括采用权利要求1至8中任意一项所述的光学玻璃的环境适应性检测用试验仪对光学玻璃样品进行搽洗的搽洗步骤，以及将经过搽洗的光学玻璃样品浸泡于酸溶液中的酸浸步骤，以及对经过酸浸的光学玻璃样品进行检测的检测步骤。

10.如权利要求9所述的光学玻璃的环境适应性检测方法，其特征在于：

搽洗步骤中，先配制磨料悬浮液，再利用浸润了磨料悬浮液的搽洗件(440)对光学玻璃样品进行搽洗，搽洗过程中对被搽洗的光学玻璃样品表面持续喷洒磨料悬浮液；

酸浸步骤中，先配制酸溶液，再将搽洗后的光学玻璃样品浸泡在酸溶液中，并在25℃密闭环境下恒温静置240h以上；

检测步骤中，先将酸浸后的光学玻璃样品清洗至少三遍，再置于烘箱中进行干燥处理，最后测算出光学玻璃样品的重量损失百分比和雾度变化量。

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