CN113063534A - 一种透明材料残余应力的无损检测系统及方法 - Google Patents
一种透明材料残余应力的无损检测系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113063534A CN113063534A CN202110290757.9A CN202110290757A CN113063534A CN 113063534 A CN113063534 A CN 113063534A CN 202110290757 A CN202110290757 A CN 202110290757A CN 113063534 A CN113063534 A CN 113063534A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- transparent material
- polarizer
- detected
- light
- stress
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 title claims abstract description 174
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 116
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 111
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 106
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 102
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 90
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 45
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 18
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims 7
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 21
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 20
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 145
- 230000008569 process Effects 0.000 description 18
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 10
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 4
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012113 quantitative test Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/0047—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes measuring forces due to residual stresses
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明涉及一种透明材料残余应力的无损检测系统，属于材料检测技术领域，解决了现有检测系统测量精度低、系统复杂且成本高的问题。该系统包括光源发生装置，产生可见光束；系数标定机构，对待检测透明材料标准件应力光学系数进行标定；检测装置，测试获得起偏器的偏振方向和检偏器的偏振方向分别处于多组不同的角度时对应的预设波段范围的多个光谱；处理器，根据多个光谱确定待检测透明材料测试件残余应力的方向，以及，基于光谱幅值最大的光谱，通过数值拟合法拟合获得对应的光程差，基于该光程差和应力光学系数计算得到待检测透明材料测试件残余应力的大小，该系统能够工作于自然光环境中，基于无损检测能够精确、定量确定透明材料的应力大小。
Description
技术领域
本发明涉及材料检测技术领域，尤其涉及一种透明材料残余应力的无损检测系统及方法。
背景技术
在影响材料质量和结构寿命的因素中，应力这一因素起着至关重要的作用。材料内应力是指在外界作用消除后，仍存于材料中并保持自相平衡的应力，又称作残余应力。材料中的内应力按来源一般分为热应力、结构应力和机械应力，这些应力会引起材料发生翘曲或扭曲变形，产生开裂，甚至导致材料失效，而材料应力的检测可以反映材料本身的状态及潜在的问题，因此具有十分重要的研究和应用意义。
材料内应力的检测方法按照检测工艺对材料破坏性可分为有损检测与无损检测。其中内应力有损检测方法的实质是通过对样品局部的微小破坏去除约束，使得内应力得到全部或部分释放，从而产生局部位移或应变以实现对内应力的测量。相比有损检测方法，无损检测方法更有其自身显著的优势，主要体现在无损检测方法不会造成待检测透明材料自身结构的破坏，在完成应力检测后也不会影响材料的正常使用，因此更受青睐。在航空航天舷窗玻璃、潜水器舷窗玻璃、有机玻璃大型结构、电真空玻璃器件、电子产品屏幕等透明材料相关应用领域，对于残余应力的无损检测都有着强烈的需求，而对于残余应力的定量检测，更是如此。而目前国内残余应力无损定量检测的仪器装置主要依赖于进口，其价格十分昂贵，这极大的阻碍了透明材料残余应力检测手段的推广和实施，同时也限制了相关制造行业技术的发展。
现有技术中，基于光弹性原理，用于透明材料内应力测量的定性或半定量的测量方法主要包括色偏振法、Senarmont法、Tardy法以及Babinet补偿器法等。其中，色偏振法通过查找和参考光程差与干涉色的对应表来估计待检测透明材料的应力水平；Senarmont法在测试光路中引入了四分之一波片，可以定量的测出待检测透明材料的应力；Tardy法的测试光路中比Senarmont法多增加一个四分之一波片，两个四分之一波片的光轴方向保持垂直，这样可以使得它们的误差相互补偿，从而提高测量的精度；Babinet补偿器的主要结构是由相同材料制成的两个楔状双折射晶体组成，通过调节Babinet补偿器在光路中的光楔厚度，使得经过检偏器的干涉图样出现消光，此时被测点的光程差与Babinet补偿器产生的光程差相抵消，此时被测点的光程差等于Babinet补偿器的光程差。
现有技术中至少存在以下缺陷，一是色偏振法存在一定的主观性，是一种定性或半定量的测试手段，检测精度低；二是Senarmont法对四分之一波片的精度要求较高，且适用于已知应力方向的样品，使用场景存在局限，此外，需要人工根据光线亮度判断检偏器的偏振角度，视觉误差大；三是Tardy法同样适用于已知应力方向的样品，使用场景存在局限，且在测量过程中需要移除和放回四分之一波片，一定程度上增加了测量的复杂度并限制了测量的效率，此外，也需要人工根据光强判断检偏器的偏振方向，存在不可克服的视觉误差；四是Babinet补偿器价格昂贵，检测成本高。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种透明材料残余应力的无损检测系统及方法，用以解决现有检测系统测量精度低、系统复杂、使用场景受限且成本高的问题。
一方面，本发明提供了一种透明材料残余应力的无损检测系统，包括：
光源发生装置，用于产生可见光束；
系数标定机构，用于对待检测透明材料标准件的应力光学系数进行标定；
检测装置，包括沿入射光方向依次设置的起偏器、样品支撑结构和检偏器，其光路与放置于所述样品支撑结构中的所述待检测透明材料测试件的主平面垂直，用于接收所述可见光束，以及，用于测试获得所述起偏器的偏振方向和检偏器的偏振方向分别处于多组不同的角度时对应的预设波段范围的多个光谱；所述起偏器的偏振方向和检偏器的偏振方向正交；
处理器，用于根据获得的所述多个光谱确定待检测透明材料测试件残余应力的方向，以及，基于所述多个光谱中光谱幅值最大的光谱，通过数值拟合法拟合获得对应的光程差，进而基于该光程差以及标定获得的应力光学系数计算得到待检测透明材料测试件的残余应力的大小。
进一步的，所述系数标定机构还用于测试获得测试环境本底光强、可见光束入射该系数标定机构时对应的预设波段范围内不同波长的出射光的光强；
所述处理器还用于，根据可见光束入射该标定机构时对应的预设波段范围内不同波长的出射光的光强，建立不同波长的出射光与对应的光强间的函数关系。
进一步的，所述处理器进一步用于：
确定所述多个光谱中光谱幅值最大的光谱对应的起偏器偏振方向所处的角度，并确定与该角度顺时针相差45°的角所对应的第一方向和与该角度逆时针相差45°的角所对应的第二方向；
所述检测装置还用于，当所述检测装置的光路绕所述第一方向旋转第一预设角度时，测量获得预设波段范围的第一光谱，以及当所述检测装置的光路绕所述第一方向旋转第二预设角度时，测量获得预设波段范围的第二光谱；
所述处理器还用于，比较所述第一光谱和第二光谱，当所述第一光谱和第二光谱一致时，则判定所述第一方向为待检测透明材料测试件的残余应力的方向，否则，所述第二方向为待检测透明材料测试件的残余应力的方向。
进一步的，所述处理器进一步用于：
基于所述多个光谱中光谱幅值最大的光谱，采用下述公式拟合获得光程差：
基于该光程差以及标定获得的应力光学系数，采用下述公式计算得到待检测透明材料测试件的残余应力的大小：
其中，λ表示光谱幅值最大的光谱中的波长，I(λ)表示与该波长对应的光强，IBG(λ)表示测试环境本底光强，a(λ)2表示不同波长的出射光与对应的光强间的函数关系，δ表示对应的光程差，C表示标定获得的应力光学系数，d表示待检测透明材料测试件的厚度。
进一步的，所述检测装置还包括第一角度刻度盘和第二角度刻度盘，分别用于调整起偏器和检偏器的偏振方向。
进一步的，所述检测装置还包括第一连接杆组、第一转接板、光纤固定结构、聚焦透镜、透镜镜架、第一偏振片镜架、第二连接杆组、第二转接板、衰减片镜架、衰减片以及第二偏振片镜架；
所述第一转接板、透镜镜架、第一偏振片镜架、第二转接板以及第二偏振片镜架的四个角位置处均设置有连接孔，所述第一连接杆组通过所述连接孔沿入射光方向依次串接固定第一转接板、透镜镜架和第一偏振片镜架，所述第二连接杆组通过所述连接孔沿出射光方向依次串接固定第二偏振片镜架、第二转接板；
所述光纤固定结构设置于所述第一转接板上，用于固定连接所述光源发生装置的光纤；
所述聚焦透镜设置于所述透镜镜架中，用于对从光纤出射的可见光束进行聚焦；
所述第一角度刻度盘固定于所述第一偏振片镜架上，所述起偏器内嵌于第一偏振片镜架内，所述第二角度刻度盘固定于所述第二偏振片镜架上，所述检偏器内嵌于第二偏振片镜架内；
所述衰减片内置于所述衰减片镜架中，用于削减经检偏器出射的出射光光强；所述衰减片镜架设置于所述第二转接板上。
进一步的，所述检测装置还包括支撑体，包括可伸缩的第一支撑部和连接杆固定架，用于支撑固定所述第一连接杆组和第二连接杆组。
进一步的，所述样品支撑结构包括可伸缩的第二支撑部和与其固定连接的样品槽，所述样品槽的侧面设置有螺栓孔，通过该螺栓孔旋入螺栓，以固定待检测透明材料测试件。
进一步的，所述光源发生装置为LED光源，所述预设波段范围为[500nm,600nm]。
另一方面，本发明提供了一种透明材料残余应力的无损检测方法，包括以下步骤：
光源发生装置，产生可见光束；
对待检测透明材料标准件的应力光学系数进行标定；
接收可见光束，并依次入射起偏器、待检测透明材料测试件和检偏器，调整所述起偏器和检偏器的偏振方向分别处于多组不同的角度，对应获得预设波段范围的多个光谱；所述起偏器的偏振方向和检偏器的偏振方向正交；
根据获得的所述多个光谱确定待检测透明材料测试件残余应力的方向，以及，基于所述多个光谱中光谱幅值最大的光谱，通过数值拟合法拟合获得对应的光程差，进而基于该光程差以及标定获得的应力光学系数计算得到待检测透明材料测试件的残余应力的大小。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
1、本发明提出的透明材料残余应力的无损检测系统及方法，首先对待检测透明材料标准件的应力光学系数进行标定，并利用检测装置测量获得起偏器和检偏器的偏振方向分别处于多组不同角度时对应的光谱，根据光谱确定待检测透明材料测试件的应力方向，进而基于标定的应力光学系数以及光谱计算获得待检测透明材料测试件的残余应力大小，该检测系统不仅能够测量确定待检测透明材料测试件应力大小还能够确定其应力方向，规避了采用色偏振法由于人工主观性导致的测量误差，克服了采用Senarmont法和Tardy法需要人工根据光强判断检偏器偏振方向存在视觉误差的缺陷，以及需提前得知应力方向的应用局限，且测试光路中无需采用四分之一波片，简化了检测装置的同时提高了检测效率，且采用的光学器件均为市面上量化生产的器件，很大程度上降低了成本。
2、本发明提出的透明材料残余应力的无损检测系统及方法，采用高稳定性且输出光强可调节的LED光源，使检测装置能够工作于自然光环境下，扩展了其应用场景。
3、本发明在残余应力检测的过程中，无需对待检测透明材料测试件进行切割，实现无损检测，一方面，避免切割时在待检测透明材料测试件内部产生相应的应力，另一方面，完成检测后，待检测透明材料测试件还能够正常使用。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例透明材料残余应力的无损检测系统的示意图；
图2为本发明实施例检测装置的示意图；
图3为本发明实施例第一转接板和第二转接板的示意图；
图4为本发明实施例第一偏振片镜架和第二偏振片镜架的示意图；
图5为本发明实施例透镜镜架的示意图；
图6为本发明实施例衰减片镜架的示意图；
图7为本发明实施例光纤固定结构的示意图；
图8为本发明实施例转接头的示意图；
图9为本发明实施例转接头口径大的端口的一侧的示意图；
图10为本发明实施例样品支撑结构的示意图；
图11为本发明实施例系数标定机构的示意图；
图12为本发明实施例测试光路机构和拉力机构的示意图；
图13为本发明实施例转接立方体的示意图；
图14为本发明实施例拉力机构的示意图；
图15为本发明实施例样品夹持件夹持待检测透明材料标准件的示意图；
图16为本发明实施例透明材料光弹性产生干涉光的光路示意图；
图17为本发明实施例沿入射光传播光路的方向，光矢量在各个方向上的分量图的示意图；
图18为本发明实施例待检测透明材料标准件的应力σ与光程差δ进行直线拟合后的示意图；
图19为本发明实施例基于系数标定机构设置起偏器偏振方向和轴向拉力方向间的夹角不同时对应获得的光谱的示意图；
图20为本发明实施例透明材料残余应力的无损检测方法的流程图。
附图标记：
101-第一转接板；102-透镜镜架；103-第一偏振片镜架；104-第二偏振片镜架；105-第二转换板；106-衰减片镜架；107-第一连接杆组；108-第二连接杆组；109-第一支撑部；110-连接杆固定架；111-第二支撑部；112-第一样品槽；113-螺栓孔；114-螺栓；115-底脚螺栓孔；116-待检测透明材料测试件；21-测试光路机构；22-拉力机构；23-光谱仪；24-光源发生装置；25-光纤；26-固定部；27-待检测透明材料标准件；261-转接立方体；262-第三连接杆组；263-转接板件；264-支腿；265-支腿固定件；221-丝杠；222-力学传感器；223-数显表；224-第二样品槽；225-壳体。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本发明的一个具体实施例，公开了一种透明材料残余应力的无损检测系统。
如图1所示，该系统包括光源发生装置，用于产生可见光束。优选的，选用高稳定性且输出光强可调节的LED光源作为光源发生装置。
系数标定机构，用于对待检测透明材料标准件的应力光学系数进行标定。具体的，待检测透明材料标准件指的是内部无内应力，在光学性能上是各向同性材料，光在其中的传播方向可由折射定律唯一确定，偏振光入射其中并出射后不产生任何变化。
检测装置，包括沿入射光方向依次设置的起偏器、样品支撑结构和检偏器，其光路与放置于样品支撑结构中的待检测透明材料测试件的主平面垂直，用于接收可见光束，以及，用于测试获得起偏器的偏振方向和检偏器的偏振方向分别处于多组不同的角度时对应的预设波段范围的多个光谱；具体的，进行测量时，设置起偏器的偏振方向和检偏器的偏振方向正交。其中，待检测透明材料测试件是与待检测透明材料标准件属于同种材料的实际待检测其内应力的材料。
处理器，用于根据获得的多个光谱确定待检测透明材料测试件残余应力的方向，以及，基于多个光谱中光谱幅值最大的光谱，通过数值拟合法拟合获得对应的光程差，进而基于该光程差以及标定获得的应力光学系数计算得到待检测透明材料测试件的残余应力的大小。具体的，处理器可以是计算机等能够进行数据处理、计算的终端。
优选的，还包括光谱仪，用于采集检测装置的出射光，获得相应的光谱。
实施例1
现对检测装置的构成以及实际检测过程进行说明，具体如下：
如图2所示，除了起偏器、样品支撑结构和检偏器之外(起偏器和检偏器图中未示出)，检测装置还包括第一连接杆组107、第一转接板101、透镜镜架102、第一偏振片镜架103、第二偏振片镜架104、第二转接板105、衰减片镜架106、第二连接杆组108以及光纤固定结构、聚焦透镜、衰减片、第一角度刻度盘和第二角度刻度盘(图中未示出)。
其中，第一转接板101和第二转接板105结构相同，如图3所示；第一偏振片镜架103和第二偏振片镜架104结构相同，如图4所示；图5至图7分别为透镜镜架102、衰减片镜架106及光纤固定结果的示意图。
具体的，第一转接板101、透镜镜架102、第一偏振片镜架103、第二转接板105、以及第二偏振片镜架104的四个角位置处均设置有连接孔，第一连接杆组107包括四根连接杆，连接杆通过连接孔沿入射光方向依次串接固定第一转接板101、透镜镜架102和第一偏振片镜架103，第二连接杆组108也包括四根连接杆，通过连接孔沿出射光方向依次串接固定第二偏振片镜架104和第二转接板105。
优选的，光纤固定结构设置于第一转接板101上，用于固定连接光源发生装置的光纤。
聚焦透镜设置于透镜镜架102中，用于对从光纤出射的可见光束进行聚焦，从而提高光斑质量。
如图4所示，第一角度刻度盘固定于第一偏振片镜架103上，起偏器内嵌于第一偏振片镜架103内，第二角度刻度盘固定于第二偏振片镜架104上，检偏器内嵌于第二偏振片镜104架内。具体的，第一角度刻度盘和第二角度刻度盘分别用于辅助调整起偏器和检偏器的偏振方向，第一角度刻度盘和第二角度刻度盘的精度优于±1°，从而提高了对起偏器和检偏器偏振角度的调整精度。
衰减片镜架106设置于第二转接板105上，衰减片内置于衰减片镜架106中，用于削减经检偏器出射的出射光光强，从而可以防止光谱仪饱和而获得无效光谱，此外还可以通过对LED光源的出射光光强进行调整，以避免光谱仪饱和，从而获得有效、高质量的光谱。
优选的，还包括转接头，如图8所示，该转接头的一侧端口(口径大的端口)套接在衰减片镜架106上，转接头口径大的端口的一侧如图9所示，另一侧端口(口径小的端口)与光纤连接，并通过光纤将出射光导入光谱仪，从而采集出射光获得光谱。
优选的，检测装置还包括支撑体，包括可伸缩的第一支撑部109和连接杆固定架110，用于支撑固定第一连接杆组107和第二连接杆组108。
优选的，如图10所示，样品支撑结构包括可伸缩的第二支撑部111和与其固定连接的样品槽，设定该样品槽为第一样品槽112，所述第一样品槽112的侧面设置有螺栓孔113，通过该螺栓孔113旋入螺栓114，以固定待检测透明材料测试件116；具体的，第二支撑部的底部还设置有底脚螺栓孔115，便于旋入螺栓以固定支撑体。
具体的，通过螺栓孔113和螺栓114可以将待检测透明材料测试件116固定于第一样品槽112上，无需对样品进行切割，一方面，可以避免切割在待检测透明材料测试件内部产生应力，另一方面可以保证待检测透明材料测试件的完整性，在完成检测后仍可投入使用。
优选的，第一连接杆组107串接固定第一转接板101、透镜镜架102和第一偏振片镜架103，并对应安装好光纤固定结构、聚焦透镜和起偏器后组成检测装置的入射部，第二连接杆组108串接固定第二偏振片镜架104和第二转接板105，并对应安装好检偏器和衰减片后组成检测装置的出射部。在实际检测的过程中，分别调节支撑入射部和出射部的第一支撑部109，以使入射部的光路和出射部的光路在同一直线上，并将待检测透明材料测试件116固定于样品支撑结构上，通过调节第二支撑部111，使待检测透明材料测试件位于入射部和出射部的光路中，并使待检测透明材料测试件的主平面垂直于入射部和出射部的光路。
优选的，基于上述检测装置对待检测透明材料测试件的残余应力进行检测，主要包括以下步骤：
步骤1、基于第一角度刻度盘和第二角度刻度盘分别调整起偏器和检偏器的偏振方向处于多组不同的角度，优选的，在调整过程中，始终保持起偏器和检偏器的偏正方向相互正交，示例性，起偏器和检偏器偏振方向所处的角度组合分别为(0°,270°)、(15°,285°)、(30°,300°)、(45°,315°)、(60°,330°)、(75°,345°)及(90°,360°)，分别测量获得对应的光谱。优选的，也可以设置起偏器偏振方向的角度在[0°,90°]的范围内以5°的间隔变化，并在此过程中，相应调整检偏器的偏振方向，使起偏器和检偏器的偏振方向始终保持正交，从而进一步提高检测精度。
在实际检测的过程中，优选的，选用LED光源作为光源发生装置，该光源产生的可见光束波段范围为300～800nm，光谱仪对应采集的光谱波段范围也为300～800nm。经过大量的实验验证，选取光谱波段范围为[500nm,600nm](即预设波段范围为[500nm,600nm])的光谱进行后续处理计算时，对应获得的光程差最显著，基于该波段的光谱对待检测透明材料测试件的残余应力的检测结果精确度高。
步骤2、基于步骤1测量获得的多个光谱，进行比较，确定其中光谱幅值最大的光谱，并确定该光谱对应的起偏器偏振方向的角度，并确定与该角度顺时针相差45°的角所对应的第一方向和与该角度逆时针相差45°的角所对应的第二方向。
调整检测装置的光路绕第一方向旋转第一预设角度，测量获得预设波段范围的第一光谱，并调整检测装置的光路绕第一方向旋转第二预设角度时，测量获得预设波段范围的第二光谱；具体的，旋转后检测装置的光路和第二方向所在的平面与第一方向和第二方向所在的平面垂直。优选的，第一预设角度和第二预设角度的旋转方向不同、大小不同，且均小于90°，或者第一预设角度和第二预设角度旋转方向相同但角度大小不同，且小于90°。
比较测量获得的第一光谱和第二光谱，当第一光谱和第二光谱一致时，则判定第一方向为待检测透明材料测试件的残余应力的方向，否则，第二方向为待检测透明材料测试件的残余应力的方向。
步骤3、基于上述确定的光谱幅值最大的光谱，采用下述公式拟合获得光程差：
基于该光程差以及标定获得的应力光学系数，采用下述公式计算得到待检测透明材料测试件的残余应力的大小：
其中，λ表示光谱幅值最大的光谱中的波长，光谱波长范围为[500nm,600nm]，I(λ)表示与该波长对应的光强，IBG(λ)表示测试环境本底光强，a(λ)2表示不同波长的出射光与对应的光强间的函数关系，即光源光强，δ表示对应的光程差，C表示标定获得的应力光学系数，d表示待检测透明材料测试件的厚度。具体的，系数标定机构和检测装置共用一个光源发生装置，其中，光源光强a(λ)2和测试环境本底光强IBG(λ)是通过系数标定机构测量获得的。
实施例2
现对系数标定机构的构成以及实际标定过程进行说明，具体如下：
如图11所示，系数标定机构包括测试光路机构21、拉力机构22、和固定部26。测试光路机构21和固定部26如图12所示，其中，测试光路机构与检测装置包含的光学器件相同，且排列顺序也相同，不同的是检测装置中，入射部和出射部各通过一连接杆组串接固定，而测试光路机构是通过一组连接杆组将入射部和出射部串接固定，示例性的，通过第一连接杆组107串接固定入射部和出射部。
优选的，为了保证测试光路的稳定性，还包括用于固定测试光路机构的固定部26，具体的，固定部26包括第三连接杆组262、转接立方体261和两个转接板件263；第三连接杆组262与测试光路机构21中连接杆组垂直。其中，图13给出了转接立方体261的示意图，转接板件263与第一转接板和第二转接板的结构相同。具体的，转接立方体261上设置有与第三连接杆组262相对应的连接孔，第三连接杆组262也包括四根连接杆，分别穿过各连接孔，且第三连接杆组262的两端分别与两个转接板件263连接，每一转接板件263的底部安装有支腿264和支腿固定件265，用于将固定部固定于光学平台上。优选的，转接板件263可在第三连接杆组262上滑动，通过调整转接板件263在第三连接杆组262上的位置，可以使该测试光路机构21工作于不同大小的光学平台上。
该转接立方体261上还设置有与测试光路机构中的第一连接杆组107相对应的连接孔，第一连接杆组107的一端穿入该连接孔，从而使第一连接杆组107与第三连接杆组262相互垂直，以固定测试光路机构。优选的，转接立方体261的侧面和顶部还设置有圆孔，便于光纤25通过圆孔将光源发生装置发出的光束导入测试光路机构21中。
优选的，如图14所示，拉力机构22包括丝杠221、力学传感器222、数显表223、第二样品槽224及壳体225。具体的，壳体225为稳定性强的凹面形壳体，该凹面形机构壳体的两侧面上方固定有两个连接杆，且两个连接杆处于同一水平平面；第二样品槽包括第一固定部和第二固定部；第一固定部活动连接于两个连接杆上，第二固定部固定连接于两个连接杆上，第一固定部与丝杠221固定连接，第二固定部与力学传感器222固定连接，丝杆221转动可带动第二样品槽224的第一固定部移动，即通过扭转丝杠可以对待检测透明材料标准件27施加不同大小的轴向拉力，具体的，可以通过扳手扭转丝杠上的螺母进而产生轴向拉力；力学传感器222，用于实时测量施加于待检测透明材料标准件上的轴向拉力；数显表223，用于显示力学传感器测量的轴向拉力的数值。
考虑到转动丝杆221带动第二样品槽224的第一固定部移动能够对待检测透明材料标准件产生轴向拉力，优选的，系数标定机构还包括样品夹持件，用于夹持固定待检测透明材料标准件，该样品夹持件与第二样品槽224相匹配，示例性的，该样品夹持件为螺栓夹持件，在实际测量过程中，将待检测透明材料标准件的两侧打孔，并通过螺栓夹持固定，螺栓夹持件夹持样品后如图15所示。如图14所示，螺栓夹持件夹持样品后，其两端分别卡合在第二样品槽的第一固定部和第二固定部上，第一固定部和第二固定部上的阻挡部使转动丝杠221时，能够对待检测透明材料标准件产生轴向拉力。
优选的，如图11所示，在实际标定的过程中，布置固定部两端的转接板件跨过拉力机构的壳体固定于光学平台上，使固定部的转接立方体位于拉力机构内部，进而使待检测透明材料标准件位于测试光路机构的光路上的同时，能够使标定装置结构更加紧凑。
现对本发明提出的无损检测系统对透明材料应力光学系数进行标定以及对透明材料的残余应力进行检测所基于的原理进行说明：
透明材料内部存在残余应力时，该透明材料会由各向同性材料变为各向异性材料，因此光经过存在残余应力的透明材料时会产生双折射，非寻常光在各个方向的折射率不同，根据维尔泰姆应力光学定律，透明材料两个相互垂直的主应力方向，即x方向、y方向的应力σx、σy的差与透明材料折射率的关系为：
nx-ny＝C(σx-σy) (1)
上式中，nx、ny分别表示x、y方向的折射率；σx、σy表示x、y两个主应力方向的应力；C表示透明材料的应力光学系数，该系数属于物性常数，仅与透明材料的类型有关。
光经过厚度为d的透明材料(各向异性材料)时，光程差δ与折射率的关系为：
δ＝d(nx-ny) (2)
根据式(1)、(2)可得透明材料的残余应力与光程差的关系为：
由上式可知，确定透明材料在两个主应力方向上的光程差后，便可以得到透明材料在两个主应力方向上的应力差。若是一个主应力方向上的应力为零或者可以忽略，则可以求得一个应力方向上的应力值，这种情况下残余应力与光程差的关系为：
采用上述方法计算双折射材料残余应力的方法称为光弹性法，透明材料光弹性产生干涉光的光路如图16所示，图中起偏器和检偏器中的直线分别表示起偏器和检偏器的偏振方向，起偏器的偏振方向与检偏器的偏振方向垂直，中间的长方体表示透明材料。透明材料的主平面垂直于经过起偏器的线偏振光的传播方向，透明材料内的主应力方向平行于透明材料的主平面。沿入射光传播光路的方向，光矢量在各个方向上的分量图如图17所示，图中起偏器和偏振片的偏振方向相互垂直，透明材料中两个主应力方向也相互垂直。设起偏器的偏振方向与透明材料中一个主应力方向的夹角为θ。光经过起偏器后形成振幅为a的线偏振光，起偏器产生的线偏振光经过透明材料时产生双折射，双折射产生的寻常光与非寻常光的振动方向分别与两个主应力方向平行，该线偏振光在两个主应力方向上的分量的光矢量的振幅分别为：
这两个光矢量的振幅即为透明材料中的寻常光与非寻常光的振幅。光通过透明材料后寻常光与非寻常光会产生一定的光程差，设光程差为δ。这两个方向上的光矢分量在经过检偏器时，只有与检偏器平行的光矢分量才能通过检偏器，因而将两个主应力方向的光矢分量再分解一次，将其分解在检偏器偏振方向和与检偏器垂直的方向上。由几何关系可知，经过检偏器的光在检偏器两个正交方向上的分量分别为：
在检偏器偏振方向的两个光矢分量是振动方向相同、相位差为
的两个相干光，因而这两个光矢分量的合矢量振幅满足：
根据式(6)、(7)可得经过检偏器的光的振幅的平方，因为光强I＝A2，所以经过检偏器后出射光的光强值为：
根据以上推导，用光弹性法检测透明材料应力双折射时，光路中射出检偏器的不同波长光的光强值满足公式(8)。为了便于分析将起偏器偏振方向与主应力夹角θ设置为45°，因而式(8)可简化为：
在实际测量过程中，光源各波长的光强值并不相等，即a不是一个常数，而是由光源决定的与波长有关的量，利用公式(9)对光谱数据直接进行拟合会产生较大误差，因此对公式(9)进行转换得到：
上式中，a(λ)2表示起偏器与检偏器的偏振方向平行时，光源通过检偏器后对应各个波长光的光强(光源光强)，即第一函数。为了规避环境本底光强对光谱测量的影响，对测试环境的自然光本底光强也进行测量，将测试环境本底光强考虑在内，公式(10)可进一步表示为：
在透明材料应力光学系数标定过程中，在光路设计上，是将起偏器偏振方向与透明材料主应力(这里指拉力机构施加拉力的方向)夹角θ设置为45°，但在实际调节中该角度可能会存在一定的偏差，即公式(8)中的sin2(2θ)的值可能不等于1，为了提高系数标定的精度，对公式(11)进一步改进获得：
其中，I(λ)表示待检测透明材料标准件处于不同大小的轴向拉力时对应获得的预设波段范围内出射光的光强，IBG(λ)表示测试环境本底光强，a(λ)2表示可见光束入射时对应的预设波段范围内不同波长的出射光的光强，δ表示光程差，λ表示预设波段范围内出射光的波长，θ表示起偏器的偏振方向与拉力机构施加拉力的方向间的夹角。
根据该公式基于可见光束入射时对应的预设波段范围内不同波长的出射光的光强、测试环境本底光强以及待检测透明材料标准件处于不同大小的轴向拉力时对应的预设波段范围内出射光的光强，即可拟合获得透明材料处于不同大小轴向拉力时对应的光程差，然后基于透明材料处于不同轴向拉力(即不同大小的应力)与对应光程差间的映射关系以及透明材料的厚度，即可计算获得透明材料的应力光学系数。优选的，通过数值拟合法进行拟合时，还包括拟合获得sin2(2θ)，并将sin2(2θ)的值与1进行比较，一方面能够判断标定过程中调整的θ是否准确或在误差允许范围内，另一方面也能够判断光程差拟合的准确度，从而有利于提高待检测透明材料标准件应力光学系数标定结果的精度。
具体的，在残余应力检测时，根据光谱幅值最大的光谱拟合获得光程差时，由于光谱幅值最大的光谱对应的起偏器偏振方向与残余应力方向的夹角为45°，因此直接将sin2(2θ)的值设置为1，拟合获得对应的光程差。
基于上述标定原理以及图11所示的系数标定机构，在具体标定过程中，具体包括以下步骤：
步骤1、将该标定装置放置于光学平台上，保证其稳定可靠；将夹持有待检测透明材料标准件的螺栓夹持件放置于拉力机构的第二样品槽中，并使其位于起偏器和检偏器之间，且平行于起偏器和检偏器；调整螺栓夹持件的一端与第二固定部的阻挡部贴合，并调整第一固定部的位置，使其阻挡部与螺栓夹持件的另一端贴合，并旋紧丝杠上的螺母，使数显表上显示的数值恰好为零，作为初始状态。
步骤2、基于角度刻度盘调整起偏器和检偏器的偏振方向平行，示例性的，调整起偏器的偏振角度为45°、检偏器的偏振角度也为45°，利用光谱仪测量获得可见光束入射时对应的预设波段范围内不同波长的出射光的光强，进而建立不同波长的出射光与对应的光强间的第一函数a(λ)2，即光源光强；优选的，此时对于起偏器与检偏器偏振方向相对于拉力方向的夹角，原则上并没有特殊要求，即任意角度均可，为了减少测量变量产生的误差，以及方便后续测量，将此夹角调整为45°。
然后基于角度刻度盘调整起偏器和检偏器的偏振方向正交，示例性的，保持起偏器的偏振角度为45°并将检偏器的偏振角度调整为315°，测量获得测试环境本底光强IBG(λ)；
以及，在调整起偏器和检偏器的偏振方向正交的基础上，保持起偏器偏振方向与拉力机构施加拉力的方向间的夹角为45°，并分别通过拉力机构施加不同大小的轴向拉力(F1，F2，F3...Fn)，测量获得待检测透明材料标准件处于不同大小的轴向拉力时对应的预设波段范围内出射光的光强I(λ)。
步骤3、采用数值拟合法拟合获得多个光程差(δ1，δ2，δ3...δn)。
具体的，在对待检测透明材料标准件施加每一拉力F时，获得对应的预设波段范围内的光谱，根据该光谱能够确定预设波段范围内每一波长对应的光强，根据每一波长对应的光强利用公式(12)进行数值拟合能够获得与该拉力F对应的光程差δ，从而获得每一拉力对应的每一光程差，并根据下述公式将拉力转换为待检测透明材料标准件的应力：
上式中，S表示待检测透明材料标准件的截面积，σ表示待检测透明标准件的应力；
根据转换后的待检测透明材料标准件的应力σ与光程差δ进行线性拟合，拟合获得的直线如图18所示，进而获得两者间的映射关系：
δ＝kσ+b，
其中，k表示拟合获得的直线的斜率，其包含了应力光学系数的信息，b表示拟合获得的直线的截距；
进而结合公式(4)计算获得待检测透明材料标准件的应力光学系数：
其中，d表示待检测透明材料标准件的厚度，C表示待检测透明材料标准件的应力光学系数，对应的单位为Pa-1。
优选的，为了证明本发明提出的基于幅值最大的光谱能够确定待检测透明材料测试件的残余应力方向和大小，基于上述检测装置进行验证。具体的：
采用拉力机替代检测装置的样品支撑结构，将待检测透明材料标准件放置于拉力机的拉伸夹具中，该拉力机能够对待检测透明材料标准件施加轴向拉力，也可以采用其他与拉力机类似的能够对待检测透明标准件施加轴向拉力的设备或机构。具体的，将检测装置和拉力机放置于水平光学平台上，调整用于支撑检测装置入射部和出射部的第一支撑部使检测装置的光路与待检测透明材料标准件的主平面垂直，并固定。通过拉力机对待检测透明材料标准件施加预设大小的轴向拉力，该轴向拉力的方向为竖直方向，从而能够确定待检测透明材料标准件残余应力的大小，并分别调整起偏器偏振方向，使起偏器偏振方向与拉力机施加的轴向拉力方向间的夹角为10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°，在此过程中，调整检偏器的偏振方向，使检偏器与起偏器偏振方向始终保持正交，并分别采集对应的光谱，获得的光谱图如图19所示，图中deg表示起偏器偏振方向与轴向拉力方向间的夹角。从图中可以看出，光谱幅值最大的光谱对应的起偏器偏振方向与轴向拉力方向间(即待检测透明材料标准件残余应力的方向)的夹角为45°，且根据光谱幅值最大对应的光谱计算获得待检测透明材料标准件的应力大小与实际拉力机对待检测透明材料标准件产生的应力大小最接近。因此在实际检测透明材料的残余应力方向时，先确定获得的光谱幅值最大的光谱对应的起偏器偏振方向，进而确定与该偏振方向顺时针相差45°的角对应的第一方向和逆时针相差45°的角对应的第二方向，则第一方向和第二方向必定有一个是透明材料的应力方向，并根据光谱幅值最大对应的光谱计算获得透明材料的应力大小。
进一步的，由于检测装置的光路与待检测透明材料标准件残余应力的方向(示例性的，待检测透明材料标准件残余应力的方向为第一方向)垂直时，待检测透明材料标准件的残余应力方向不会对光路中的光束产生显著影响，因此，调整检测装置的光路绕第一方向逆时针或顺时针旋转多个角度(始终保持光路方向与第一方向垂直)，对应获得的多个光谱为一致的，即光谱幅值有所差异，但光谱形态(或形状)为一致的(即各个光谱间为等间距的)；若调整检测装置的光路绕第二方向逆时针或顺时针旋转多个角度(检测装置的光路与待检测透明材料标准件残余应力的方向，即第一方向，不垂直)，对应获得的多个光谱不一致，因此，在实际检测透明材料的残余应力方向时，可以通过该方法在第一方向和第二方向中最终确定透明材料残余应力的方向。
因此本发明提出的检测系统及方法能够准确获得透明材料的残余应力方向和大小。
优选的，本发明采用高稳定性且输出光强可调节的LED光源作为光源发生装置，使检测系统能够工作于自然光环境下，使适用场景不受限制；并结合采用聚焦透镜对入射光束进行聚焦，以提高光斑质量，使测得的预设波段范围内不同波长对应的光程差显著；且能够直接实时查看测试光路中各光学器件待检测透明材料标准件的状态，一定程度上简化了检测系统的结构，减小了测量误差，提高了检测精度。
优选的，考虑到标定和检测过程时间较长，为使LED光源能够长时间稳定工作，为LED光源配置具有散热功能的风机，使LED光源能够及时散热，保证光源能够连续工作几个小时后仍能维持温度稳定，从而避免了温度变化对光源的影响，提高了光源的稳定性，进而进一步提高透明材料应力光学系数的标定结果的精度。
优选的，起偏器和检偏器均为偏振片，采用的偏振片的透射比为千分之一，即偏振片对偏振方向上的偏振光的透射率接近100％，对非偏振方向上的偏振光的透射率为0.1％。由于检偏器偏振方向上的偏振光能够反映透明材料应力的大小，因此采用上述偏振片作为检偏器能够很好的采集其偏振方向上的偏振光，并过滤非偏振方向的偏振光，从而降低非偏振方向的偏振光对采集的光谱的影响。
为了避免人工目测调整起偏器或检偏器的偏振角度产生的视觉误差，或现有技术中借助独立的偏振片调整起偏器或检偏器的偏振角度导致的操作繁琐、视觉误差大等缺陷，优选的，为起偏器和检偏器配置对应的角度刻度盘，该角度刻度盘的精度优于±1°，从而提高了对起偏器和检偏器偏振角度的调整精度。
为了防止光谱仪达到饱和而不能很好的采集出射光束，优选的，采用衰减片对出射光的强度进行削弱，此外，还可以通过调节LED光源的光强对出射光束的光强进行调整，以避免光谱仪达到饱和，从而获得有效、高质量的光谱。
本发明的另一个实施例提供了一种透明材料残余应力的无损检测方法。由于该实施例提供的无损检测方法与上述无损检测系统的工作原理相同，因此想详细之处可以参考系统实施例，在此不再赘述。
如图20所示，具体包括以下步骤：
光源发生装置，产生可见光束。
对待检测透明材料标准件的应力光学系数进行标定。
接收可见光束，并依次入射起偏器、待检测透明材料测试件和检偏器，调整起偏器和检偏器的偏振方向分别处于多组不同的角度，对应获得预设波段范围的多个光谱；起偏器的偏振方向和检偏器的偏振方向正交。
根据获得的多个光谱确定待检测透明材料测试件残余应力的方向，以及，基于多个光谱中光谱幅值最大的光谱，通过数值拟合法拟合获得对应的光程差，进而基于该光程差以及标定获得的应力光学系数计算得到待检测透明材料测试件的残余应力的大小。
相比于现有技术，本发明实施例提供的透明材料残余应力的无损检测系统及方法，首先，对待检测透明材料标准件的应力光学系数进行标定，并利用检测装置测量获得起偏器和检偏器的偏振方向分别处于多组不同角度时对应的光谱，根据光谱确定待检测透明材料测试件的应力方向，进而基于标定的应力光学系数以及光谱计算获得待检测透明材料测试件的残余应力大小，该检测系统不仅能够测量确定待检测透明材料测试件应力大小还能够确定其应力方向，规避了采用色偏振法由于人工主观性导致的测量误差，克服了采用Senarmont法和Tardy法需要人工根据光强判断检偏器偏振方向存在视觉误差的缺陷，以及需提前得知应力方向的应用局限，且测试光路中无需采用四分之一波片，简化了检测装置的同时提高了检测效率，且采用的光学器件均为市面上量化生产的器件，很大程度上降低了成本。其次，本发明提出的透明材料残余应力的无损检测系统及方法，采用高稳定性且输出光强可调节的LED光源，使检测装置能够工作于自然光环境下，扩展了其应用场景。最后，本发明在残余应力检测的过程中，无需对待检测透明材料测试件进行切割，实现无损检测，一方面，避免切割时在待检测透明材料测试件内部产生相应的应力，另一方面，完成检测后，待检测透明材料测试件还能够正常使用。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种透明材料残余应力的无损检测系统，其特征在于，包括：
光源发生装置，用于产生可见光束；
系数标定机构，用于对待检测透明材料标准件的应力光学系数进行标定；
检测装置，包括沿入射光方向依次设置的起偏器、样品支撑结构和检偏器，其光路与放置于所述样品支撑结构中的所述待检测透明材料测试件的主平面垂直，用于接收所述可见光束，以及，用于测试获得所述起偏器的偏振方向和检偏器的偏振方向分别处于多组不同的角度时对应的预设波段范围的多个光谱；所述起偏器的偏振方向和检偏器的偏振方向正交；
处理器，用于根据获得的所述多个光谱确定待检测透明材料测试件残余应力的方向，以及，基于所述多个光谱中光谱幅值最大的光谱，通过数值拟合法拟合获得对应的光程差，进而基于该光程差以及标定获得的应力光学系数计算得到待检测透明材料测试件的残余应力的大小。
2.根据权利要求1所述的无损检测系统，其特征在于，所述系数标定机构还用于测试获得测试环境本底光强、可见光束入射该系数标定机构时对应的预设波段范围内不同波长的出射光的光强；
所述处理器还用于，根据可见光束入射该系数标定机构时对应的预设波段范围内不同波长的出射光的光强，建立不同波长的出射光与对应的光强间的函数关系。
3.根据权利要求1或2所述的无损检测系统，其特征在于，所述处理器进一步用于：
确定所述多个光谱中光谱幅值最大的光谱对应的起偏器偏振方向所处的角度，并确定与该角度顺时针相差45°的角所对应的第一方向和与该角度逆时针相差45°的角所对应的第二方向；
所述检测装置还用于，当所述检测装置的光路绕所述第一方向旋转第一预设角度时，测量获得预设波段范围的第一光谱，以及当所述检测装置的光路绕所述第一方向旋转第二预设角度时，测量获得预设波段范围的第二光谱；
所述处理器还用于，比较所述第一光谱和第二光谱，当所述第一光谱和第二光谱一致时，则判定所述第一方向为待检测透明材料测试件的残余应力的方向，否则，所述第二方向为待检测透明材料测试件的残余应力的方向。
4.根据权利要求2所述的无损检测系统，其特征在于，所述处理器进一步用于：
基于所述多个光谱中光谱幅值最大的光谱，采用下述公式拟合获得光程差：
基于该光程差以及标定获得的应力光学系数，采用下述公式计算得到待检测透明材料测试件的残余应力的大小：
其中，λ表示光谱幅值最大的光谱中的波长，I(λ)表示与该波长对应的光强，IBG(λ)表示测试环境本底光强，a(λ)2表示不同波长的出射光与对应的光强间的函数关系，δ表示对应的光程差，C表示标定获得的应力光学系数，d表示待检测透明材料测试件的厚度。
5.根据权利要求1所述的无损检测系统，其特征在于，所述检测装置还包括第一角度刻度盘和第二角度刻度盘，分别用于调整起偏器和检偏器的偏振方向。
6.根据权利要求5所述的无损检测系统，其特征在于，所述检测装置还包括第一连接杆组、第一转接板、光纤固定结构、聚焦透镜、透镜镜架、第一偏振片镜架、第二连接杆组、第二转接板、衰减片镜架、衰减片以及第二偏振片镜架；
所述第一转接板、透镜镜架、第一偏振片镜架、第二转接板以及第二偏振片镜架的四个角位置处均设置有连接孔，所述第一连接杆组通过所述连接孔沿入射光方向依次串接固定第一转接板、透镜镜架和第一偏振片镜架，所述第二连接杆组通过所述连接孔沿出射光方向依次串接固定第二偏振片镜架、第二转接板；
所述光纤固定结构设置于所述第一转接板上，用于固定连接所述光源发生装置的光纤；
所述聚焦透镜设置于所述透镜镜架中，用于对从光纤出射的可见光束进行聚焦；
所述第一角度刻度盘固定于所述第一偏振片镜架上，所述起偏器内嵌于第一偏振片镜架内，所述第二角度刻度盘固定于所述第二偏振片镜架上，所述检偏器内嵌于第二偏振片镜架内；
所述衰减片内置于所述衰减片镜架中，用于削减经检偏器出射的出射光光强，所述衰减片镜架设置于所述第二转接板上。
7.根据权利要求6所述的无损检测系统，其特征在于，所述检测装置还包括支撑体，包括可伸缩的第一支撑部和连接杆固定架，用于支撑固定所述第一连接杆组和第二连接杆组。
8.根据权利要求1所述的无损检测系统，其特征在于，所述样品支撑结构包括可伸缩的第二支撑部和与其固定连接的样品槽，所述样品槽的侧面设置有螺栓孔，通过该螺栓孔旋入螺栓，以固定待检测透明材料测试件。
9.根据权利要求1所述的无损检测系统，其特征在于，所述光源发生装置为LED光源，所述预设波段范围为[500nm,600nm]。
10.一种透明材料残余应力的无损检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
光源发生装置，产生可见光束；
对待检测透明材料标准件的应力光学系数进行标定；
接收可见光束，并依次入射起偏器、待检测透明材料测试件和检偏器，调整所述起偏器和检偏器的偏振方向分别处于多组不同的角度，对应获得预设波段范围的多个光谱；所述起偏器的偏振方向和检偏器的偏振方向正交；
根据获得的所述多个光谱确定待检测透明材料测试件残余应力的方向，以及，基于所述多个光谱中光谱幅值最大的光谱，通过数值拟合法拟合获得对应的光程差，进而基于该光程差以及标定获得的应力光学系数计算得到待检测透明材料测试件的残余应力的大小。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110290757.9A CN113063534B (zh) | 2021-03-18 | 2021-03-18 | 一种透明材料残余应力的无损检测系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110290757.9A CN113063534B (zh) | 2021-03-18 | 2021-03-18 | 一种透明材料残余应力的无损检测系统及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113063534A true CN113063534A (zh) | 2021-07-02 |
| CN113063534B CN113063534B (zh) | 2022-03-08 |
Family
ID=76561935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110290757.9A Active CN113063534B (zh) | 2021-03-18 | 2021-03-18 | 一种透明材料残余应力的无损检测系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113063534B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114034419A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-02-11 | 京东方科技集团股份有限公司 | 透光板内应力分布检测装置和检测方法 |
| CN114777971A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-07-22 | 中国人民解放军63919部队 | 航天服头盔面窗内应力无损跟踪检测方法 |
| CN116380308A (zh) * | 2023-04-27 | 2023-07-04 | 浙江大学 | 一种透光材料内应力分布的x射线衍射检测方法 |
| TWI809782B (zh) * | 2022-03-25 | 2023-07-21 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | 光罩護膜檢測方法及其系統 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102226771A (zh) * | 2011-03-25 | 2011-10-26 | 宁波大学 | 一种红外玻璃内部缺陷和残余应力检测装置及检测方法 |
| CN103499405A (zh) * | 2013-10-15 | 2014-01-08 | 上海理工大学 | 透明塑料制品残余应力检测装置和方法 |
| CN104089728A (zh) * | 2014-06-26 | 2014-10-08 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种透光结构的应力检测装置和检测方法 |
| CN108827511A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-11-16 | 中国科学院高能物理研究所 | 非晶体透明材料内应力的测量方法及测量装置 |
| CN110987181A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-04-10 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 窗扫型干涉高光谱成像系统的光程差在线定标方法 |
| US20200166419A1 (en) * | 2018-11-28 | 2020-05-28 | Chuen-Lin Tien | System for measuring residual stress in optical thin films in both transmission and reflection |
-
2021
- 2021-03-18 CN CN202110290757.9A patent/CN113063534B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102226771A (zh) * | 2011-03-25 | 2011-10-26 | 宁波大学 | 一种红外玻璃内部缺陷和残余应力检测装置及检测方法 |
| CN103499405A (zh) * | 2013-10-15 | 2014-01-08 | 上海理工大学 | 透明塑料制品残余应力检测装置和方法 |
| CN104089728A (zh) * | 2014-06-26 | 2014-10-08 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种透光结构的应力检测装置和检测方法 |
| CN108827511A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-11-16 | 中国科学院高能物理研究所 | 非晶体透明材料内应力的测量方法及测量装置 |
| US20200166419A1 (en) * | 2018-11-28 | 2020-05-28 | Chuen-Lin Tien | System for measuring residual stress in optical thin films in both transmission and reflection |
| CN110987181A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-04-10 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 窗扫型干涉高光谱成像系统的光程差在线定标方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李春艳: "玻璃内应力高精度检测技术的研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114034419A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-02-11 | 京东方科技集团股份有限公司 | 透光板内应力分布检测装置和检测方法 |
| CN114777971A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-07-22 | 中国人民解放军63919部队 | 航天服头盔面窗内应力无损跟踪检测方法 |
| CN114777971B (zh) * | 2022-03-11 | 2023-08-01 | 中国人民解放军63919部队 | 航天服头盔面窗内应力无损跟踪检测方法 |
| TWI809782B (zh) * | 2022-03-25 | 2023-07-21 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | 光罩護膜檢測方法及其系統 |
| CN116380308A (zh) * | 2023-04-27 | 2023-07-04 | 浙江大学 | 一种透光材料内应力分布的x射线衍射检测方法 |
| CN116380308B (zh) * | 2023-04-27 | 2023-12-12 | 浙江大学 | 一种透光材料内应力分布的x射线衍射检测方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113063534B (zh) | 2022-03-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113063534B (zh) | 一种透明材料残余应力的无损检测系统及方法 | |
| US6353477B1 (en) | Regression calibrated spectroscopic rotating compensator ellipsometer system with pseudo-achromatic retarder system | |
| CN108871579B (zh) | 一种偏振成像系统的标定方法 | |
| JPS6257936B2 (zh) | ||
| CN112986127B (zh) | 一种透明材料应力光学系数的标定装置 | |
| TWI615604B (zh) | 寬波段消色差複合波片的定標方法 | |
| KR20080091002A (ko) | 분광기를 이용한 위상차 측정 장치 | |
| US5966195A (en) | Method of determining cell thickness and twist angle parameters of liquid crystal cell | |
| CN113203686B (zh) | 一种非平面透明元件的偏振特性检测装置及检测方法 | |
| CN109781317B (zh) | 光学玻璃应力检测系统及检测方法 | |
| KR20010107968A (ko) | 수직 배향 액정 패널의 셀 갭 측정 방법 및 장치 | |
| CN214427155U (zh) | 一种透明材料残余应力的无损检测装置 | |
| US2992589A (en) | Optical stress meter | |
| CN1710405A (zh) | 偏振分光薄膜消光比的精确测量装置 | |
| CN219328542U (zh) | 一种透明样件内应力方向检测装置 | |
| Robertson | An intensity method for photoelastic birefringence measurements | |
| KR100732118B1 (ko) | 회전 보상기형 외축 타원 해석기 | |
| Jiang et al. | Error analysis for repeatability enhancement of a dual-rotation Mueller matrix ellipsometer | |
| CN116124335A (zh) | 一种有机玻璃内应力方向的检测装置与方法 | |
| RU2801066C1 (ru) | Устройство для калибровки дихрографов кругового дихроизма | |
| CN112285028B (zh) | 偏振检测标定方法、偏振检测方法及偏振检测装置 | |
| CN2738242Y (zh) | 多波长旋光测试仪 | |
| CN115143862A (zh) | 一种光学补偿器相位基准定位装置及方法 | |
| RU2629660C1 (ru) | Устройство для калибровки дихрографов кругового дихроизма | |
| TWI387745B (zh) | 液晶單元之光學特性量測系統及其方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |