CN115077755A - 玻璃生产线冷端应力检测系统及玻璃应力检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种玻璃生产线冷端应力检测系统及玻璃应力检测方法，该系统用于在线采集玻璃带的应力数据，包括控制器以及与控制器通信连接的传动机构和应力检测单元，应力检测单元设有检测光路和参考光路，检测光路用于测量透过玻璃带的检测光信号，检测光路的光源与光电管分设在玻璃带的两侧，参考光路用于测量参考验证光信号，参考光路位于光电管所在玻璃带一侧。本发明采用透射法在线测量生产线玻璃带的应力，通过设置与检测光源一致的参考光源，通过获取检测光路和参考光路的信号相位差进行玻璃应力检测，无需测量偏振片旋转角度或补偿器插入的距离，提高了测量精度，降低了对光学元件的要求和机械结构的精度要求，从而降低了成本。

Description

玻璃生产线冷端应力检测系统及玻璃应力检测方法

技术领域

本发明属于玻璃生产技术领域，具体涉及一种玻璃生产线冷端应力检测系统及玻璃应力检测方法。

背景技术

玻璃生产线从窑炉点火开始，一般要运行6-8年甚至更长时间，其通过对原料的熔化、澄清、冷却、成形、退火、裁切等过程实现玻璃的全过程生产控制，玻璃从退火窑进入冷端过程中，退火工艺的好坏直接决定了产品的强度和寿命，退火不均匀或者不完全均匀会导致产品内有残余内应力(例如由于外部机械力的作用或冷却时热不均匀所产生的热应力)，这种应力通常是极不均匀的，如果成形玻璃的残余内应力控制不当，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，例如，会导致原片生产时玻璃内部的炸裂和切割后的边部破损；当残余内应力值超过极限时，尤其是在玻璃的钢化、中空、夹层、镀膜等深加工时，可能会导致玻璃的自爆，对生产企业和加工企业造成不小的损失。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，对玻璃生产线冷端进行应力检测，进而对玻璃生产线工艺参数进行调整控制，成为非常必要的一步。

目前，现有技术中通常采用双折射的方式测量玻璃的表面应力以表征玻璃内部的应力水平，常见的有适应性较强的补偿法检测，即在线偏振或圆偏振布置的应力光学检测系统中，当光路中未插入被测应力物体时，系统处于平衡(如消光)状态；一旦插入被测应力物体，就破坏了原来的平衡，可旋转偏振片或插入一个应力光学补偿器到检测系统中，直至系统恢复到平衡状态(消光状态)。其偏振片旋转的角度或补偿器插入的距离就是对被测对象主应力差的直接描述。补偿法的共同特点是必须具有一个旋转偏振片或移动补偿器的精密机械装置，它的机械精密程度直接影响测量精度。

另外，对于在线测量生产线玻璃带(玻璃带宽度通常在3米以上)的应力，通常采用透射法测量玻璃带应力时，将偏振布置的光学系统分为发射和接收两部分，分别安装在被测玻璃带上、下两侧，由电动机带动它们横向移过玻璃带，得到玻璃带一次横扫描过程的应力测量。对于这种在线应力检测系统，需要一套在移动过程中保证玻璃带两侧的设备对中并同步横向移动的机械装置，例如，由精密传动机构带动的运输带。这种机械同步方式，误差大、运行可靠性差，维护困难，测量精度难以保证。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种玻璃生产线冷端应力检测系统。

本发明提供的一种玻璃生产线冷端应力检测系统，用于在线采集玻璃带的应力数据，包括控制器以及与控制器通信连接的传动机构和应力检测单元，应力检测单元设有检测光路和参考光路，检测光路用于测量透过玻璃带的检测光的信号，检测光路的检测光源与输出检测信号的元件分设在玻璃带的上、下两侧，参考光路用于获取参考验证光的参考信号，设在玻璃带与检测光路的输出检测信号元件相同的一侧，参考光源与检测光源一致；传动机构至少能驱动应力检测单元的检测光路元件和参考光路元件相对于玻璃带同步平移，控制器能向传动机构发送控制指令以及接收、处理应力检测单元输出的检测信号u1(t)和参考信号u2(t)。

上述玻璃生产线冷端应力检测系统中，应力检测单元包括位于玻璃带一侧的发射头(101)以及位于玻璃带另一侧的检测测量头(102)和参考测量头(103)，发射头(101)中包含检测光源(01)，检测测量头(102)中包含输出检测信号的元件光电管(08)，发射头(101)和检测测量头(102)中元件构成检测光路，检测光路穿过玻璃带；参考光源(010)封装于参考测量头(103)中，与其它元件(与检测光路中元件对应或对位)构成参考光路，参考光路不经过玻璃带，参考光路的光程与检测光路在检测测量头(102)中的光程相同。

进一步，所述检测光路包括依次排列(例如由下向上)设置在检测光路路径上的检测光源(01)、第一凸透镜(02)、偏振镜(03)、1/4玻片(04)、滤光片(05)、可旋转的检偏镜(06)、第二凸透镜(07)和光电管(08)，所述检测光源(01)、第一凸透镜和偏振镜封装在发射头(101)中，所述1/4玻片、滤光片、可旋转的检偏镜、第二凸透镜和光电管封装在检测测量头(102)中；优选的，所述光电管(08)的外周设有电磁屏蔽层。

所述参考光路包括依次排列(例如由下向上)设置在参考光路路径上的参考光源(010)、第一凸透镜(02)、偏振镜(03)、可旋转的检偏镜(06)、第二凸透镜(07)和光电管(08)，参考光路的光学元件与检测光源的光学元件一致并封装在参考测量头(103)内。

以上所述玻璃生产线冷端应力检测系统中，应力检测单元还进一步具有以下一种或多种特征：

所述检测光路与参考光路中偏振镜(03)的偏振方向与玻璃带的运行方向呈45°角。

所述检测光路中1/4玻片(04)的慢轴或快轴与所述偏振镜的偏振方向平行。

所述检测光路上的检偏镜和参考光路上的检偏镜共用一个旋转机构(09)，以使两个检偏镜同步旋转。或所述检测光路上的检偏镜和参考光路上的检偏镜分别配置一个旋转机构，两个旋转机构同步旋转。

以上所述的玻璃生产线冷端应力检测系统中，所述传动机构包括能在位于玻璃带上、下两侧的上导轨(402)和下导轨(403)上滑动的上滑车(404)和下滑车(405)，下滑车(405)或上滑车载有发射头(101)，对侧的上滑车(404)或下滑车载有检测测量头(102)和参考测量头(103)，第一电机(406)能驱动上滑车(404)和下滑车(405)沿导轨同步移动；可选的，上导轨(402)和下导轨(403)相对玻璃带的纵向位置可调。

更进一步，在一导轨上设第一限位开关(502)和第二限位开关(502)，第一限位开关(502)、第二限位开关(502)分别设置在玻璃带的两端，在另一导轨上设第三限位开关(503)，且第三限位开关(503)与玻璃带端部的距离大于与其同一端的第一限位开关(501)或第二限位开关(502)与玻璃带端部的距离(优选第三限位开关(503)与第一限位开关(501)或第二限位开关(502)之间的水平距离为预先设定距离(不小于预设的检测光路的光轴偏移范围，例如光轴偏移半径R)。

传动机构进一步设有用于光路校正的第二电机(70)，第二电机70能驱动载有检测测量头(102)的滑车(例如上滑车(404))沿导轨移动。

以上所述的玻璃生产线冷端应力检测系统中，所述控制器至少包括：控制单元(30)，至少能向传动机构发送控制指令使其移动；可选的，控制单元还能控制检测光路和参考光路中元件的工作；信号处理单元(20)，至少能接收、处理应力检测单元中检测光路输出的检测信号和参考光路输出的参考信号；优选的，其包括测量通道电路模块(201)、参考通路电路模块(202)和鉴相电路模块(203)，测量通道电路模块(201)和参考通道电路模块(202)均为微分电路，检测光路和参考光路的输出信号(例如由光电管输出的直流脉动信号)经过信号处理单元(20)的处理得到两个信号的相位差；

可选的，控制器还可包含处理模块(100)，其能接收信号处理单元(20)处理后的信号按其设定的工作模式进行应力计算，工作模式至少包括单程检测模式、双程检测模式、光路校正模式。

本发明还提供一种玻璃应力检测方法，该方法利用前述的应力检测系统，采用单程检测模式、双程检测模式和光路校正检测模式中的一种：

A.单程检测模式：控制器控制传动机构驱动应力检测单元从玻璃带一端平移至另一端(去程)并启动应力检测单元的元件工作；

控制器接收、处理去程中应力检测单元输出的检测信号和参考信号并计算应力，获取去程计算数据，作为单程检测模式的玻璃应力检测结果；

B.双程检测模式：比照A模式获取去程计算数据；

控制器控制传动机构驱动应力检测单元反方向从玻璃带一端平移至另一端(回程)并启动应力检测单元的元件工作；

控制器接收、处理回程中应力检测单元输出的检测信号和参考信号并计算应力，获取回程计算数据；

控制器将去程计算数据和回程计算数据(例如应力曲线)进行比较，两者偏差在预设范围(如20％)内时，将两者单独数据或平均数据作为双程检测模式的玻璃应力检测结果；

C.光路校正检测模式：控制器控制传动机构驱动应力检测单元从玻璃带一端平移至另一端(去程)后，停止移动；

控制检测光路中的检测光源固定并启动(点亮光源)，驱动检测光路中的输出检测信号的元件继续前行设定距离后按次序反向移动，每移动一次测量一次检测光路输出的检测信号强度，控制输出检测信号的元件固定在强度最大的信号次序对应的位置(即与检测光源同光轴位置)；

再控制传动机构驱动应力检测单元反方向从玻璃带一端固定位置平移至另一端(回程)并启动应力检测单元的元件工作；

控制器接收、处理回程中应力检测单元输出的检测信号和参考信号并计算应力，获取回程计算数据，作为光路校正检测模式的玻璃应力检测结果。

进一步，C模式中的光路校正为冷态校正或热态校正，冷态校正：控制器控制传动机构驱动应力检测单元从玻璃带一端平移至另一端并将检测光源固定在其发出的光线不穿过玻璃带；热态校正：控制器控制传动机构驱动应力检测单元从玻璃带一端平移至另一端并将检测光源固定在其发出的光线仍穿过玻璃带。

对应具体的检测系统，C模式具体操作为：

C1)去程：应力检测单元(10)从玻璃带一端的第一限位开关(501)向另一端运行，当载有发射头(101)的滑车(例如下滑车)触及第二限位开关(502)时，控制单元(30)接收到该开关信号，控制第一电机(406)停止牵引使两滑车停止移动；

C2)控制单元(30)向第二电机(70)发送控制指令，驱动载有检测测量头(102)的滑车(例如上滑车)继续向前移动，直到触碰到第三限位开关(503)；

C3)控制单元(30)接收到第三限位开关(503)信号，控制第二电机(70)驱动该载有检测测量头(102)的滑车(上滑车)按次序向相反方向移动，保持发射头(101)检测光源(01)持续发光，每移动一次测量一次检测测量头(102)接收的光信号强度并传送至控制器；

C4)控制器获取所有光信号中强度最大的信号所在的次序，并向控制单元(30)发送指令，控制第二电机(70)驱动该载有检测测量头(102)的滑车(上滑车)移动至最大光强度信号所在的位置；

C5)回程：控制单元(30)控制第一电机(406)驱动上、下滑车按照校正后的位置同步反向移动，回程中检测测量头(102)和参考测量头(103)输出的检测信号u1(t)和参考信号u2(t)通过信号处理单元(20)处理后传送至控制器计算应力，获取的回程计算数据作为光路校正模式下的检测结果。

采用上述技术方案，本发明解决了玻璃生产线冷端应力检测现有技术中常用的补偿法需要测量偏振旋转角度或补偿器移动距离，导致可靠性差、测量精度低等问题；光路校正有效解决了现有技术针对采用透射法在线测量生产线玻璃带的应力时，玻璃带上、下两侧的光学系统横向移动扫描应力测量过程中机械同步方式误差大、维护困难、精度低等问题。本发明至少具有以下技术效果：

1)本发明采用透射法在线测量生产线玻璃带的应力，通过设置与检测光源一致的参考光源，通过获取检测光路和参考光路的输出信号获取相位差，无需测量偏振片旋转角度或补偿器插入的距离，提高了玻璃带应力的检测精度，同时降低了对光学元件的要求和机械结构的精度要求，从而降低了检测成本。

2)针对采用透射法在线测量生产线玻璃带的应力，本发明采用基于相对光学强度作为指标来进行光路校正，通过预先设定较大的光轴偏移范围，根据应力检测单元输出的光强度值来确定检测光路的光轴位置，以克服玻璃带上、下两侧的光学系统横向移动扫描应力测量过程中，机械同步方式存在误差大、维护困难、精度低等问题。

附图说明

图1是本发明玻璃生产线冷端应力检测系统的一个实施例的结构示意图；

图2是图1的局部结构示意图；

图3是图2中区域A的放大结构示意图；

图4是本发明应力检测单元的工作原理示意图；

图5是本发明玻璃生产线冷端应力检测系统的电连接框图；

图6是测量波形框图；

图7是光路校正模式中热态校正示意图；

图8是光路校正模式中冷态校正示意图。

图中附图标记表示为：

100-处理模块，200-显示屏；300-机柜；

10-应力检测单元，101-发射头，102-检测测量头，103-参考测量头；

20-信号处理单元，201-测量通道电路模块，202-参考通道电路模块，203-鉴相电路模块；

30-控制单元；

40-传动机构，401-基座，402-上导轨，403-下导轨，404-上滑车，405-下滑车，406-第一电机；

50-限位机构，501-第一限位开关，502-第二限位开关，503-第三限位开关；

60-壳体，601-检测光入射口，603-检测信号接口，604-参考信号接口；

70-第二电机；

01-检测光源，02-第一凸透镜，03-偏振镜，04-1/4玻片，05-滤光片，06-检偏镜，07-第二凸透镜，08-光电管，09-旋转机构；010-参考光源；011-玻璃带。

具体实施方式

以下以浮法玻璃生产线为例对本发明玻璃生产线冷端应力检测系统及玻璃应力检测方法进行详细说明。以下实施例对发明玻璃生产线冷端应力检测系统的结构和检测方法进行示例性说明，并不限定玻璃生产线的类型。

本发明的描述中，表示位置关系或方位的术语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“纵向”、“横向”、“竖直”、“垂直”、“平行”、“内”、“外”等，均是基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于描述各部件、元件、装置或系统之间的关系，并不限定具体的方位或位置关系。术语“第一”、“第二”等仅用于区分各部件、元件、装置或系统的目的，并不暗示或指明重要性或具体数量。

本发明的描述中，除非另有明确的定义或限定，术语“安装”、“连接”、“相连”等应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以可拆卸连接，或一体连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，也可以两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员来说，可以根据具体应用场景理解上述术语的具体含义。

另外，本发明说明书及附图中的术语“第一”、“第二”等适用于区分类似的对象，而不是描述特定的顺序或先后次序，也不限定对象的个数。除非另有明确具体的限定，“多个”的含义是两个或两个以上。

针对在线测量生产线玻璃带的应力时，现有技术中常用的补偿法需要测量偏振旋转角度或补偿器移动距离，导致可靠性差、测量精度低等问题，本发明提供一种玻璃生产线应力检测系统，该系统采用透射法在线测量生产线玻璃带的应力，通过设置与检测光源一致的参考光源，通过检测检测光源和参考光源经光学系统后的信号获取相位差，无需测量偏振片旋转角度或补偿器插入的距离，提高了测量精度，进而提高玻璃带应力的检测精度，同时降低了对光学元件的要求和机械结构的精度要求，从而降低了成本。

本发明提供一种玻璃生产线冷端应力检测系统，用于在线采集玻璃带的应力数据，包括控制器以及与控制器通信连接的传动机构和应力检测单元，应力检测单元设有检测光路和参考光路，检测光路用于测量透过玻璃带的检测光信号，检测光路的检测光源与输出检测信号的元件(如光电管)分设在玻璃带的上、下两侧，参考光路用于测量参考验证光信号，设在玻璃带与检测光路的检测信号元件相同的一侧，参考光源与检测光源一致；传动机构至少能驱动应力检测单元的检测光路元件和参考光路元件相对于玻璃带同步平移，控制器能向传动机构发送控制指令以及接收、处理应力检测单元输出的信号。

本发明还提供一种玻璃应力检测方法，设定单程检测、双程检测和光路校正检测三种检测模式实现玻璃应力的检测。具体为：

A.单程检测模式。

以去程检测为例：控制器控制传动机构驱动应力检测单元从玻璃带一端平移至另一端(去程)并启动应力检测单元的元件工作；

控制器接收、处理去程中应力检测单元输出的检测信号和参考信号并计算应力，获取去程计算数据(计算数据例如可为应力曲线，下同)。该计算数据可作为单程检测模式的玻璃应力检测结果。

B.双程检测模式。

参照A先进行去程检测；

然后进行回程检测：控制器控制传动机构驱动应力检测单元与去程反方向从玻璃带一端平移至另一端(回程)并启动应力检测单元的元件工作；

控制器接收、处理回程中应力检测单元输出的检测信号和参考信号并计算应力，获取回程计算数据；

控制器将去程计算数据和回程计算数据进行比较，在两者偏差在预设范围(如20％)内时，两者单独的计算数据或平均的计算数据均可作为双程检测模式的玻璃应力检测结果。

若偏差超过预设范围，数据不可用，可参照下述C模式对检测光路进行校正，光路校正后再用双程检测模式。

C.光路校正检测模式。

控制器控制传动机构驱动应力检测单元从玻璃带一端平移至另一端(去程)后，停止移动；

光路校正：控制检测光路中的检测光源固定并启动光源(启动形式可以是点亮光源并保持光源持续工作)，驱动检测光路中的输出检测信号的元件继续前行设定距离后按次序反向移动，每移动一次测量一次检测光路输出的检测信号强度，控制输出检测信号的元件(如光电管)固定在强度最大的信号次序对应的位置，如此能确定光电管与检测光源同光轴，实现了光路校正；

再控制传动机构反方向驱动应力检测单元(已完成光路校正)从玻璃带一端固定位置平移至另一端(回程)并启动应力检测单元的元件工作，获取回程计算数据，并将回程计算数据作为校正检测模式的玻璃应力检测结果。

C模式中，光路校正可为冷态校正或热态校正，冷态校正是指：控制器控制传动机构驱动应力检测单元从玻璃带一端平移至另一端并将检测光源固定在其发出的光线不穿过玻璃带；热态校正是指：控制器控制传动机构驱动应力检测单元从玻璃带一端平移至另一端并将检测光源固定在其发出的光线仍穿过玻璃带。

光路校正亦可作为控制器中单独的模块装载于本发明玻璃应力检测系统中，在玻璃应力检测中，根据需求单独实施对检测光路的校准。

以下结合附图和具体实施例做进一步说明：

图1至图3示出了本发明玻璃生产线冷端应力检测系统的结构示意图，该实施例中，结合图5，该玻璃生产线冷端应力检测系统至少包括通过电路连接的应力检测单元10、信号处理单元20、控制单元30、处理模块100和传动机构40，应力检测单元10用于对待测玻璃带011的应力实施测量，传动机构40用于驱动应力检测单元10相对待测玻璃带011移动，控制单元30用于控制传动机构40的工作，信号处理单元20用于将应力检测单元10传送的检测信号和参考信号进行处理并将处理结果传送至处理模块100，处理模块100除了用于计算以给出检测结果，还作为系统的中央控制，能与控制单元30通信并进行信息交互。应力检测单元10、传动机构40和控制单元30可分布设于待测玻璃带区域，处理模块100和信号处理单元20可设置在另外的机柜300内；信号处理单元20、控制单元30、处理模块100均为功能逻辑单元，可集中布置在同一控制器或计算机上，由同一控制器或计算机来实现其功能，当然也可以分别独立布置在不同的计算机上。其中：

应力检测单元10：

应力检测单元10分布设有位于玻璃带011下方的发射头101以及位于玻璃带011上方的检测测量头102和参考测量头103(参见图2)，发射头101、检测测量头102和参考测量头103能随传动机构40同步移动；发射头101安装有检测光源01(参见图4)，检测光源01正对检测测量头102，其发射的光能透过玻璃带011进入检测测量头102，参考光源010(参见图4)封装在参考测量头103的端部，参考光源010与检测光源01完全相同，其发出的光被局限在参考测量头103内而不经过玻璃带011；检测测量头102和参考测量头103与信号处理单元20电连接(参见图1和图5，其光路构成及工作原理参见图4及后面的详述)，其输出的电信号经信号处理单元20的处理得到二者的相位差结果，信号处理单元20将该相位差结果传输至处理模块100，处理模块100据此计算出玻璃带011该检测点的应力值，同时能将此数值进行显示和传输；控制单元30控制传动机构40驱动检测测量头102与发射头101同步沿玻璃带011横向(玻璃带宽度方向)移动，边移动边测量，实现玻璃带011全宽度扫描测量，进而得到玻璃带011整体的应力分布情况。

具体的，应力检测单元10通过测定透射一定厚度玻璃带的单色光束偏振面的旋转角来实现玻璃应力的测量，其设置双光路(即检测光路和参考光路)分别提取来自检测测量头102的检测信号u1(t)和来自参考测量头103的参考信号u2(t)，两个光路的光源即检测光源01与参考光源010为一致性好的同频光源，两个信号之间的相位差ΔΦ即为玻璃带011的应力角。参见图3，该应力检测单元10中，位于玻璃带011上方的检测测量头102和参考测量头103的各元件均封装在同一壳体60内，以防止外界光线的干扰，壳体60设有检测光入射口601、检测信号口603和参考信号口604，发射头101发出的光可经玻璃带011后通过检测光入射口601进入与其对位的检测测量头102，检测信号口603和参考信号口604分别用于将检测信号u1(t)和参考信号u2(t)引出并接入信号处理单元20。

检测测量头102内设置的光学元件与发射头101内设置的光学元件组合构成检测光路，参见图4，检测光路包括依次排列设置在检测光路路径上的检测光源01、第一凸透镜02和偏振镜03、1/4玻片04、滤光片05、可旋转的检偏镜06、第二凸透镜07和光电管08，其中检测光源01、第一凸透镜02和偏振镜03封装构成发射头101，1/4玻片04、滤光片05、可旋转的检偏镜06、第二凸透镜07和光电管08依序封装构成检测测量头102，1/4玻片04装配在壳体60的检测光入射口601处；发射头101和检测测量头102对位，朝向玻璃带011的偏振镜03和1/4玻片04与玻璃带011的距离相等。工作时，检测光源01发出的光束，经第一凸透镜02形成平行光，再经偏振镜03成为平面偏振光射出发射头101，平面偏振光经玻璃带011的折射，进入测量头102，依次通过1/4玻片04变成圆偏振光，其中，1/4玻片04的慢轴(或快轴)与偏振镜03的偏振方向平行，偏振镜03的偏振方向与玻璃带011的运行方向呈45°角(偏振镜03的偏振方向可调)，圆偏振光经滤色片05变成单色平行光，再经旋转的检偏镜06形成被检测光，最后经第二透镜07汇聚摄入光电管08，光电管08能输出一直流脉动信号u1(t)，如图6中所示。

参考测量头103内设置的光学元件构成参考光路，参见图4，参考光路包括依次排列设置在参考光路路径上的参考光源010、与检测光路中第一凸透镜02、偏振镜03、高速旋转的检偏镜06、第二凸透镜07和光电管08完全相同的光学元件，这些光学元件依序封装构成参考测量头103，封装应使参考光源010保持密闭不向玻璃带011透光。参考光源010发出的光束，经第一凸透镜02和偏振镜03变成平面偏振光，然后再通过旋转的检偏镜06形成参考验证光，经第二凸透镜07汇聚摄入光电管08，光电管08输出一直流脉动信号u2(t)，如图6中所示。

需要说明的是，检测光路和参考光路上的具有相同标号的光学元件，是指虽然实体上并不是同一个光学元件，但二者光学参数一致，例如，同一型号、同一批次、相同光学参数的光学元件。另外，参考测量头103内光路与检测测量头102内光路的光程相同，参考光路中的偏振镜与检测光路中的滤光片对位，均设有的检偏镜06、第二凸透镜07和光电管08在两光路中的位置相同。

进一步的，参看图3和图4，检测光路和参考光路中的检偏镜06可共用一个旋转机构09(例如驱动电机)，使得置于两个光路相对位置的检偏镜能安装在一个旋转机构09上随其同步旋转；两个光路也可以分别配置一个旋转机构09，但须两个旋转机构09同步旋转以实现两个检偏镜06的同步旋转；旋转机构09封装在壳体60内，操控旋转的按钮等置于壳体外。

传动机构40和控制单元30：

传动机构40用于使应力检测单元10(至少包括设于玻璃带下方的发射头101和设于玻璃带上方的检测测量头102)相对于玻璃带011横向移动。该实施例中，如图2所示，传动机构40包括横跨玻璃带及其输送辊道的上、下导轨、可滑动安装在导轨上的上、下滑车和用于支撑导轨的基座401，还设有用于牵引上、下滑车沿导轨直线运动的第一电机406，基座401设置在导轨的两端以支撑导轨；导轨分为上导轨402和下导轨403，玻璃带011从上导轨402和下导轨403之间通过，滑车包括滑动安装在上导轨402上的上滑车404和滑动安装在下导轨403上的下滑车405，下滑车405载有发射头101，上滑车404载有壳体60，检测测量头102和参考测量头103封装在壳体60中，第一电机406能牵引上滑车404、下滑车405沿导轨同步移动，第一电机406可以选择微型三相齿轮减速异步电动机，结构紧凑，体积小，传动比分级精细，可实现一个电机带动两个负载的功能，适用于该应用场合。参见图2，第一电机406可安装在基座401内，例如，第一电机406的输出端经传动杆或滚珠丝杠等传动元件连接上、下滑车，第一电机406与控制单元30电连接，在控制单元30的控制下工作驱动上滑车404、下滑车405沿导轨同步移动从而使应力检测单元10相对玻璃带011的横向移动。

牵引滑车移动的电机可以不限于一个，也可以设有上、下两个电机，分别牵引上滑车404和下滑车405，但两个电机的动作应同步以保证各自驱动的上滑车404和下滑车405及其加载的发射头101和检测测量头102同步移动。

作为优选的实施方式，上导轨402和下导轨403在基座401上纵向安装位置可调，即可调整发射头101和检测测量头102与玻璃带011之间的距离。

另外，控制单元30可以安装在基座401内(如图3和图4所示)，也可以另外安装。

信号处理单元20：

信号处理单元20用于将应力检测单元10传送的检测信号和参考信号进行处理并将处理结果传送至处理模块100。如图6所示，信号处理单元20包括测量通道电路模块201、参考通道电路模块202和鉴相电路模块203(例如鉴相器或相位计)；测量通道电路模块201和参考通道电路模块202均为微分电路，来自检测测量头102的检测信号u1(t)和来自参考测量头103的参考信号u2(t)经微分电路形成交流波形(参见图6中的u1′(t)和u2′(t))，在输入鉴相电路模块203即可得到两个信号之间的相位差ΔΦ。相位差的产生是因为：检测信号u1(t)和参考信号u2(t)频率相同，由于玻璃带011存在应力，从位于玻璃带011下方检测光源01发出的光穿过玻璃带011后产生折射效应，检测信号u1(t)较参考信号u2(t)衰减使得两个信号之间存在相位差。经处理单元20处理后的相位差ΔΦ传送至处理模块100进行应力计算。

处理模块100、检测模式及光路校正：

处理模块100中加载有应力计算软件(已商业应用的)，能利用软件依据相位差ΔΦ计算给出应力计算结果，还能作为系统的中央控制与控制单元30通信进行信息交互，采集并记录控制单元30传送的应力检测单元10相对玻璃带的位置，从而能给出整个玻璃带横向扫描应力测量结果。

处理模块100还能对玻璃带011的检测提供多种不同的工作模式。该玻璃生产线冷端应力检测系统的工作模式至少包括单程检测模式、双程检测模式、光路校正检测模式。结合前面所述，单程检测模式具体指应力检测单元10从玻璃带011一端运行到另一端(去程)以及从另一端再回到这一端(回程)的一个来回中，只在去程或回程进行检测的模式；双程检测模式具体指去程和回程均连续检测的模式；光路校正检测模式具体指在单程检测模式或双程检测模式中，在去程和回程之间加入光路校正操作。光路校正频次可以根据具体情况进行设定，例如，可以设定间隔固定时间执行一次光路校正检测模式，也可以连续执行光路校正检测模式。

光路校正是出于如下考虑：发射头101和检测测量头102在同步运动的过程中，由于传动机构40的机械同步方式本身存在误差大、精度低的问题，产生的累计误差可能导致检测测量头102接收光的光轴与发射头101发射光的光轴不同轴或偏移过大，从而导致检测误差大、精度低，因此需要对该系统的光路进行校正。校正方式是将发射头101固定，调整检测测量头102的位置使得检测测量头102的光电管08能够接收到足够强度的光，以确定光路是否对准，光路校正的具体内容见下文详述。

结合图1、图2所示，该玻璃生产线冷端应力检测系统还设置有限位机构50和用于光路校正的第二电机70，其中：第二电机70能单独驱动上滑车404平行移动，并与控制单元30通信，用于在光路校正时按照预定的路线调整检测测量头102的位置；第二电机70可选用两相伺服电机，该电机主要靠脉冲定位，其能够通过精确控制电机的转动，实现精确定位；限位机构50包括设置在下导轨403上的第一限位开关501、第二限位开关502以及设置在上导轨402上的第三限位开关503，三个限位开关均电连接至控制单元30(参见图5)，在图2所示方式中，第一限位开关501位于玻璃带011的左侧(即玻璃带宽度的一侧)，第二限位开关502位于玻璃带011的右侧(即玻璃带宽度的另一侧)，当下滑车405触碰到第一限位开关501或第二限位开关502时，控制单元30接收到第一限位开关501或第二限位开关502的开关信号，控制第一电机406牵引上、下滑车反向移动；第三限位开关503设置在上导轨402上，可设置在玻璃带011的任一侧(图2以设在右侧为例)，且第三限位开关503与玻璃带端部(图2表示为右端)的水平距离大于该侧限位开关(第一限位开关501或第二限位开关502，图2表示为第二限位开关502)与玻璃带端部的水平距离，第三限位开关503与第二电机70配合专用于光路校正(图1和图2所示的实施例中，第三限位开关503设置在右侧，对应的第二电机70设置在右侧的基座401内)。

显然，限位机构50的三个限位开关的位置设置灵活，并不限定上述设定位置。第一限位开关(502)、第二限位开关(502)分别设置在玻璃带宽度方向的两侧，第三限位开关(503)设置在第一限位开关(502)或第二限位开关(502)的对侧，且第三限位开关(503)与玻璃带端部的水平距离大于第一限位开关(501)或第二限位开关(502)与玻璃带端部的水平距离；第三限位开关(503)与第一限位开关(501)或第二限位开关(502)之间的距离为预先设定距离R，预先设定距离R可为光轴偏移范围。

本发明基于相对光学强度作为指标来进行光路校正，通过预先设定较大的光轴偏移范围(不小于预设的检测光路的光轴偏移范围)，再根据检测测量头102中接收到的光强度值来确定检测光路的光轴位置。以上述图2所示限位开关的设定方式为例，结合图7、图8示意，光路校正模式(如前C模式)的检测包括如下步骤(电连接框图参见图5)：

1)控制单元30接收处理模块100的指令，启动光路校正模式进行检测；

2)应力检测单元10从玻璃带011左端第一限位开关501向右端运行，当载有发射头101的下滑车405触及第二限位开关502时，控制单元30接收到该开关信号，控制第一电机406停止牵引使上滑车404和下滑车405停止移动(去程)；

3)控制单元30向第二电机70发送控制指令，驱动上滑车404继续向右移动，直到触碰到第三限位开关503，此时第三限位开关503与第二限位开关502之间的距离为预先设定距离(例如，设定距离不小于预设的检测光路光轴偏移范围R，R为以发射光源光轴为圆心，光电管所在处能接收范围的光斑半径。该偏移数值可根据经验或实验预先设定。)，控制单元30接收到该开关信号，控制第二电机70驱动上滑车404按次序向相反方向(向左)移动，保持发射头101检测光源01持续发光，每移动一次测量一次检测测量头102接收的光信号强度并传送至处理模块100；

4)处理模块100获取步骤3)测得的所有光信号中强度最大的信号所在的次序，并向控制单元30发送指令，控制第二电机70驱动上滑车404移动至该最大光强度信号所在的位置；

5)控制单元30控制第一电机406驱动上、下滑车按照校正后的位置反向同步移动(回程，由右向左)至第一限位开关(501)，回程检测信号u1(t)和参考信号u2(t)通过信号处理单元20处理后传送至处理模块100，作为光路校正模式下的检测结果。

上述步骤3)中，检测测量头102接收的光信号强度可以通过封装在检测测量头102内的光电管08输出的电信号来表征，即通过该光电管08的信号强弱来判定检测光路接收的光信号强弱，这种方案结构相对简单、紧凑，成本低，但由于光电管08的检测信号易受外界干扰，因此该测量方式中，光电管08的外部最好设置电磁屏蔽层使其不受外界大功率电源及设备的干扰。

光路校正中，检测测量头102接收的光信号强度还可通过光照强度测量仪测定，光照强度测量仪安装在检测测量头102内的检测光路中紧邻光电管08的位置，光照强度测量仪与处理模块100电连接，该方案不受外界信号干扰，但增加了成本和结构复杂性。

光路校正模式分为冷态校正(检测光源01发出的光线不经过玻璃带的校正，参见图8)和热态校正(检测光源01发出的光线经过玻璃带的校正，参见图7)。

若上述步骤3)中采用热态校正，则可以直接进行校正，无需其它额外的步骤，热态校正需满足步骤4)中获取的光强度最大的信号与测试信号(理想情况下与检测光源01发出的同样强度的光线通过该光电管08产生的信号)的偏差值不大于预设的第一阈值(一般设定在10％以下，对于玻璃应力检测精度要求高的特种玻璃制品，例如超薄、超白、镀膜等产品，一般要求偏差值在5％以下)的要求。

若上述步骤3)中采用冷态校正，则在光路校正之前还包括比较判断步骤，即：

分别进行冷态校正和热态校正，并将二者结果进行比较，若二者的偏差值不大于预设的第二阈值(一般为10％)，则步骤3)可采用冷态校正；否则，步骤3)只能采用热态校正。例如，对于玻璃应力检测精度要求高的特种玻璃制品，例如超薄、超白、镀膜等玻璃产品，优先采用热态校正。

采用冷态校正，同样需满足步骤4)中获取的光强度最大的信号与测试信号的偏差值不大于预设的第一阈值(一般设定在10％以下，对于玻璃应力检测精度要求高的特种玻璃制品，例如超薄、超白、镀膜等产品，一般要求偏差值在5％以下)的要求。

不难理解，在不考虑光路校正的情形下，比照上述步骤2)将获得的去程检测信号u1(t)和参考信号u2(t)经由信号处理单元20处理，再传送至处理模块100，可用以获得单程模式(如前A模式)下对玻璃带的应力检测结果。比照上述步骤2)和步骤5)(省略步骤3)-步骤4))将获得的去程和回程检测信号u1(t)和参考信号u2(t)分别经由信号处理单元20处理，再传送至处理模块100，可用以获得双程模式(如前B模式)下对玻璃带的应力检测结果。对此不再赘述。

处理模块100得到的检测结果可通过显示屏200进行显示。

上述玻璃生产线冷端应力检测系统应用于浮法玻璃生产线中冷端玻璃带的应力检测，可利用得到的应力检测数据得到应力曲线，进而调节退火参数以调整玻璃应力，可使玻璃产品炸裂现象减少或消除，切裁率提高，提高生产效率和产品质量。除了用于浮法玻璃生产线，本发明应用于中铝玻璃、高铝玻璃、超薄玻璃、超白玻璃、硼硅玻璃、汽车玻璃、锂铝硅玻璃、超厚玻璃等特种玻璃生产线，效果更为突出。

显然，上述实施例中，信号处理单元20、控制单元30、处理模块100可集中设置在同一计算机中，也可独立设置，本发明并不限定具体的硬件实现方式，且信号处理单元20、控制单元30、处理模块100所实现的功能亦可由统一的控制器来完成，不限于上述实施例的实施方式。

本领域技术人员应当理解，这些实施例仅用于说明本发明而不限制本发明的范围，对本发明所做的各种等价变型和修改均属于本发明公开的内容用以支持权利要求所限定的范围。

Claims (12)

1.一种玻璃生产线冷端应力检测系统，用于在线采集玻璃带的应力数据，包括控制器以及与控制器通信连接的传动机构和应力检测单元，应力检测单元设有检测光路和参考光路，检测光路用于测量透过玻璃带的检测光的信号，检测光路的检测光源与输出检测信号的元件分设在玻璃带的上、下两侧，参考光路用于获取参考验证光的参考信号，设在玻璃带与检测光路的输出检测信号元件相同的一侧，参考光源与检测光源一致；传动机构至少能驱动应力检测单元的检测光路元件和参考光路元件相对于玻璃带同步平移，控制器能向传动机构发送控制指令以及接收、处理应力检测单元输出的检测信号u1(t)和参考信号u2(t)。

2.根据权利要求1所述的玻璃生产线冷端应力检测系统，其特征在于，应力检测单元包括位于玻璃带一侧的发射头(101)以及位于玻璃带另一侧的检测测量头(102)和参考测量头(103)，发射头(101)中包含检测光源(01)，检测测量头(102)中包含输出检测信号的元件光电管(08)，发射头(101)和检测测量头(102)中元件构成检测光路，检测光路穿过玻璃带；参考光源(010)封装于参考测量头(103)中，与其它元件(与检测光路中元件对应或对位)构成参考光路，参考光路不经过玻璃带，参考光路的光程与检测光路在检测测量头(102)中的光程相同。

3.根据权利要求2所述的玻璃生产线冷端应力检测系统，其特征在于，所述检测光路包括依次排列设置在检测光路路径上的检测光源(01)、第一凸透镜(02)、偏振镜(03)、1/4玻片(04)、滤光片(05)、可旋转的检偏镜(06)、第二凸透镜(07)和光电管(08)，所述检测光源(01)、第一凸透镜和偏振镜封装在发射头(101)中，所述1/4玻片、滤光片、可旋转的检偏镜、第二凸透镜和光电管封装在检测测量头(102)中；优选的，所述光电管(08)的外周设有电磁屏蔽层。

4.根据权利要求2或3所述的玻璃生产线冷端应力检测系统，其特征在于，所述参考光路包括依次排列设置在参考光路路径上的参考光源(010)、第一凸透镜(02)、偏振镜(03)、可旋转的检偏镜(06)、第二凸透镜(07)和光电管(08)，参考光路的光学元件与检测光源的光学元件一致并封装在参考测量头(103)内。

5.根据权利要求3或4所述的玻璃生产线冷端应力检测系统，其特征在于，还具有以下一种或多种特征：

所述检测光路与参考光路中偏振镜(03)的偏振方向与玻璃带的运行方向呈45°角；

所述检测光路中1/4玻片(04)的慢轴或快轴与所述偏振镜的偏振方向平行；和

所述检测光路上的检偏镜和参考光路上的检偏镜共用一个旋转机构(09)，以使两个检偏镜同步旋转；或所述检测光路上的检偏镜和参考光路上的检偏镜分别配置一个旋转机构，两个旋转机构同步旋转。

6.根据权利要求2至5任一项所述的玻璃生产线冷端应力检测系统，其特征在于，所述传动机构包括能在位于玻璃带上、下两侧的上导轨(402)和下导轨(403)上滑动的上滑车(404)和下滑车(405)，下滑车或上滑车载有发射头(101)，对侧的上滑车或下滑车载有检测测量头(102)和参考测量头(103)，第一电机(406)能驱动上滑车(404)和下滑车(405)沿导轨同步移动；可选的，上导轨(402)和下导轨(403)相对玻璃带的纵向位置可调。

7.根据权利要求6所述的玻璃生产线冷端应力检测系统，其特征在于，在一导轨上设第一限位开关(502)和第二限位开关(502)，第一限位开关(502)、第二限位开关(502)分别设置在玻璃带的两端，在另一导轨上设第三限位开关(503)，且第三限位开关(503)与玻璃带端部的距离大于与其同一端的第一限位开关(501)或第二限位开关(502)与玻璃带端部的距离(优选第三限位开关(503)与第一限位开关(501)或第二限位开关(502)之间的水平距离为预先设定距离，该距离不小于预设的检测光路的光轴偏移范围)。

8.根据权利要求7所述的玻璃生产线冷端应力检测系统，其特征在于，还设有用于光路校正的第二电机(70)，第二电机70能驱动载有检测测量头(102)的滑车沿导轨移动。

9.根据权利要求1至8任一项所述的玻璃生产线冷端应力检测系统，其特征在于，所述控制器至少包括：

控制单元(30)，至少能向传动机构发送控制指令使其移动；可选的，控制单元还能控制检测光路和参考光路中元件的工作；

信号处理单元(20)，至少能接收、处理应力检测单元中检测光路输出的检测信号和参考光路输出的参考信号；优选的，其包括测量通道电路模块(201)、参考通路电路模块(202)和鉴相电路模块(203)，测量通道电路模块(201)和参考通道电路模块(202)均为微分电路，检测光路和参考光路的输出信号(例如由光电管输出的直流脉动信号)经过信号处理单元(20)的处理得到两个信号的相位差；

可选的，控制器还可包含处理模块(100)，其能接收信号处理单元(20)处理后的信号按其设定的工作模式进行应力计算，工作模式包括单程检测模式、双程检测模式、光路校正模式。

10.玻璃生产线冷端玻璃应力检测方法，利用权利要求1至9任一所述的应力检测系统，采用单程检测模式、双程检测模式和光路校正检测模式中的一种：

A.单程检测模式：控制器控制传动机构驱动应力检测单元从玻璃带一端平移至另一端(去程)并启动应力检测单元的元件工作；

控制器接收、处理去程中应力检测单元输出的检测信号和参考信号并计算应力，获取去程计算数据，作为单程检测模式的玻璃应力检测结果；

B.双程检测模式：比照A模式获取去程计算数据；

控制器控制传动机构驱动应力检测单元反方向从玻璃带一端平移至另一端(回程)并启动应力检测单元的元件工作；

控制器接收、处理回程中应力检测单元输出的检测信号和参考信号并计算应力，获取回程计算数据；

控制器将去程计算数据和回程计算数据(例如应力曲线)进行比较，两者偏差在预设范围(如20％)内时，将两者单独数据或平均数据作为双程检测模式的玻璃应力检测结果；

C.光路校正检测模式：控制器控制传动机构驱动应力检测单元从玻璃带一端平移至另一端(去程)后，停止移动；

控制检测光路中的检测光源固定并启动(点亮光源)，驱动检测光路中的输出检测信号的元件继续前行设定距离后按次序反向移动，每移动一次测量一次检测光路输出的检测信号强度，控制输出检测信号的元件固定在强度最大的信号次序对应的位置(即与检测光源同光轴位置)；

再控制传动机构驱动应力检测单元反方向从玻璃带一端固定位置平移至另一端(回程)并启动应力检测单元的元件工作；

控制器接收、处理回程中应力检测单元输出的检测信号和参考信号并计算应力，获取回程计算数据，作为光路校正检测模式的玻璃应力检测结果。

11.根据权利要求10所述玻璃应力检测方法，其特征在于，

C模式中光路校正为冷态校正，控制器控制传动机构驱动应力检测单元从玻璃带一端平移至另一端并将检测光源固定在其发出的光线不穿过玻璃带；或

C模式中光路校正为热态校正，控制器控制传动机构驱动应力检测单元从玻璃带一端平移至另一端并将检测光源固定在其发出的光线仍穿过玻璃带。

12.根据权利要求10或11所述玻璃应力检测方法，其特征在于，利用权利要求9的检测系统，C模式具体操作为：

C1)去程：应力检测单元(10)从玻璃带一端的第一限位开关(501)向另一端运行，当载有发射头(101)的滑车触及第二限位开关(502)时，控制单元(30)接收到该开关信号，控制第一电机(406)停止牵引使两滑车停止移动；

C2)控制单元(30)向第二电机(70)发送控制指令，驱动载有检测测量头(102)的滑车继续向前移动，直到触碰到第三限位开关(503)；

C3)控制单元(30)接收到第三限位开关(503)信号，控制第二电机(70)驱动该载有检测测量头(102)的滑车按次序向相反方向移动，保持发射头(101)检测光源(01)持续发光，每移动一次测量一次检测测量头(102)接收的光信号强度并传送至控制器；

C4)控制器获取所有光信号中强度最大的信号所在的次序，并向控制单元(30)发送指令，控制第二电机(70)驱动该载有检测测量头(102)的滑车移动至最大光强度信号所在的位置；

C5)回程：控制单元(30)控制第一电机(406)驱动上、下滑车按照校正后的位置同步反向移动，回程中检测测量头(102)和参考测量头(103)输出的检测信号u1(t)和参考信号u2(t)通过信号处理单元(20)处理后传送至控制器计算应力，获取的回程计算数据作为光路校正检测模式下的检测结果。

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