CN211425732U - 一种玻璃应力检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种玻璃应力检测装置，包括水平工作台、光源、起偏器、检偏器和摄像元件，水平工作台上竖直的设置有支撑架，光源设置在水平工作台上，起偏器位于光源上方，其特征在于，所述起偏器上方设置有1/4波片，所述1/4波片上方为样品工位，样品工位用于承载待测的样品，所述检偏器通过固定座架设在所述支撑架上，固定座上还固定的设置有驱动电机，所述驱动电机用于驱动检偏器旋转，所述摄像元件固定的架设在检偏器上方，与图像处理元件连接，图像处理元件与检偏器驱动电机连接，用来控制检偏器的旋转。本申请装置可直接获取玻璃样品整面区域的应力值，解决了现有技术中单点测量存在的测量效率低的技术问题。

Description

一种玻璃应力检测装置

技术领域

本发明涉及应力检测装置，尤其涉及一种玻璃应力检测装置。

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。

目前内应力检测多采用手动旋转拨码盘、人眼观察方式检测，人为因素较多，容易影响检测结果判定，尽管现有技术中具有自动应力检测仪，较人工操作效率有一定提高，但其只能对玻璃样品进行单点测量，无法一次测量整个样品的应力，效率较低。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种高效率、高精度，一次性全面测量玻璃样品的应力大小，同时可以输出3D分布图像，通过选择不同区域进行测量，测量结果以数据及图片形式保存，便于后续数据分析及再现。

本发明具体的技术方案如下：

一种玻璃应力检测装置，包括水平工作台、光源、起偏器、检偏器和摄像元件，水平工作台上竖直的设置有支撑架，光源设置在水平工作台上，起偏器位于光源上方，其特征在于，所述起偏器上方设置有1/4波片，所述1/4波片上方为样品工位，样品工位用于承载待测的玻璃样品，检偏器通过固定座架设在所述支撑架上，固定座上还固定的设置有驱动电机，所述驱动电机用于驱动检偏器旋转，所述摄像元件固定的架设在检偏器上方，与图像处理元件连接，图像处理元件与检偏器驱动电机连接以控制检偏器的旋转。

进一步，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。

进一步，所述摄像元件为CCD相机，所述CCD相机前端设有滤光片。

进一步，所述的光源是单色LED面光源。

进一步，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。

本发明玻璃应力检测装置光路路径上依次排列有光源、起偏器、1/4波片、样品工位、检偏器、摄像元件，使用时玻璃样品放置在样品工位上，光源发出的光经起偏器后变成线偏振光，线偏振光经过1/4波片变成圆偏振光，玻璃样品内部由于存在残余内应力，圆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，驱动电机带动检偏器进行旋转，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°时的图像进行拍摄，然后将拍摄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，并根据撷取的图像亮度信息进行玻璃内应力的计算。本发明装置通过起偏器先获得线偏振光，再将经过1/4波片分出的圆偏振光入射到待检测的玻璃样品中，检偏器旋转四个角度分别记录该四个特定角度时的玻璃样品图像亮度信息，从而可以测量出待测玻璃整个拍摄区域的应力值大小及其应力3D分布，解决了现有技术中单点测量存在的测量效率低、测量误差大的技术问题。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中进一步给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明玻璃应力检测装置一种实施例的光学原理示意图；

图2为本发明玻璃应力检测装置的一种结构示意图，也是一种优选实施例示意图；

图3为本发明玻璃应力检测装置另一种实施例的光学原理示意图；

图4为本发明玻璃应力检测装置的实验效果图；

其中，1为光源，2为起偏器，3为1/4玻片，4为样品，5为检偏器，6为摄像元件，7为驱动电机，8为水平工作台，9为支撑架，10为样品工位，11为固定座，12为罩壳，13为图像处理元件，14为偏振相机。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上方”、“下方”、“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示出了本发明玻璃应力检测装置的光学原理示意图，在本装置中，本发明玻璃应力检测装置光路路径上依次排列有光源1、起偏器2、1/4波片3、样品4、检偏器5、摄像元件6，使用时样品4放置在样品工位10上，光源1发出的光经起偏器2后变成线偏振光，线偏振光经过1/4波片3变成圆偏振光，其中波片慢轴与起偏器成±45°，样品4内部由于存在残余内应力，圆偏振光经过待测的样品4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，驱动电机7带动检偏器5进行旋转，分别旋转0°、45°、90°、135°，检偏器5上方的摄像元件6分别对检偏器5旋转0°、45°、90°、135°时的图像进行拍摄，然后将拍摄的图像分别传送给图像处理元件13，图像处理元件13分别对该四个特定角度时的图像亮度信息进行采集，并根据撷取的图像亮度信息进行玻璃样品内应力的计算。

图2示出了本发明玻璃应力检测装置的一种实施例结构示意图，也是一种优选实施例示意图。本实施例中玻璃应力检测装置，包括水平工作台8、光源1、起偏器2、检偏器5和摄像元件6，水平工作台8上竖直的设置有支撑架9，光源1设置在水平工作台8上，起偏器2位于光源1上方，起偏器2上方设置有1/4波片3，1/4波片3上方为样品工位10，样品工位10用于承载待测的样品4，检偏器5通过固定座11架设在支撑架9上，固定座11上还固定的设置有驱动电机7，驱动电机7用于驱动检偏器5旋转，摄像元件6固定的架设在检偏器5上方，与图像处理元件13连接，图像处理元件13与驱动电机7连接以控制检偏器5的旋转，检偏器5在旋转过程中，驱动电机7可以通过编码器记录其旋转角度。其中本实施例中摄像元件6优选为CCD相机，CCD相机前端设有滤光片，优选的，本实施例的图像处理元件13为具有数据处理软件的通用计算机。

优选的，检偏器5旋转的角度分别为0°、45°、90°、135°，且旋转角度为0°时，检偏器5与起偏器2的偏光轴互相垂直，在测量过程中，图像处理元件13根据图像亮度的采集情况控制驱动电机7的运行状态，当图像亮度信息采集完成后，图像处理元件13控制驱动电机7启动，以带动检偏器5进行下一个角度的旋转。光源1是能发射出具有中心波长的单色光的光源，优选的光源是单色LED面光源，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。

于本实施例中，为了避免其他不必要的杂光对本发明测量精度造成影响，本实施例中在玻璃应力检测装置外套一个罩壳12，确保装置在黑暗的操作环境中无影响使用，提高了本发明应力仪的操作便利性。

进一步，检偏器5以及摄像元件6可相对于样品工位10进行远近距离调节，因而在利用本发明装置时，操作者可以根据待测样品的具体情况对检偏器5及摄像元件6的位置进行适当调整，以使摄像元件6能够撷取比较清晰的图像，提高了本发明装置的测量精度。

本发明更为具体的实现方式以下作具体展开：

作为本发明的一种实施例，光源1选用中心波长为590nmLED面光源，在测量玻璃内应力时前，操作者首先进行校准，驱动电机7控制检偏器5分别旋转0°、45°、90°、135°时，拍摄相应旋转角度的背景图像，然后将待测的样品4放置在样品工位10上，进行应力检测，应力检测过程中需要将遮光罩壳12拉下来，避免环境光对测试结果的影响，光源1发出的光经起偏器2、1/4波片3后变成圆偏光，由于玻璃样品内部存在应力，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，驱动电机7带动检偏器5进行旋转，使检偏器5与起偏器2的偏光轴成不同角度设置，因而检偏器5上方的摄像元件6可以撷取到不同亮度信息的图像，再将撷取的图像传送给图像处理元件13，由图像处理元件13根据撷取的图像亮度信息进行玻璃内应力的计算，本实施例中通过控制射入样品4内为圆偏振光，配合检偏器5的旋转，令摄像元件6可以撷取到不同面的亮度信息的图像，从而实现测量待测玻璃样品整个拍摄区域的应力值大小及其应力3D分布的效果，解决现有技术中单点测量存在的测量效率低、测量误差大的技术问题。

进一步，在本实施例中当检偏器5旋转角度为0°时，检偏器5和起偏器2的偏光轴互相垂直，检偏器5上方的摄像元件6撷取此时的图像，然后将撷取的图像传送给图像处理元件13，由图像处理元件13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驱动电机7启动，带动检偏器5按照预设的45°进行旋转，当检偏器5旋转到预定位置后，驱动电机7停止工作，检偏器5停止旋转，摄像元件6撷取此时的图像，并将撷取的图像传送给图像处理元件13，图像处理元件13对接收到的图像亮度信息进行采集，如此重复，驱动电机7带动检偏器5依次进行0°、45°、90°、135°的旋转。

如图3所示作为本发明的另一实施例，该实施例中光路路径上依次排列有光源1、起偏器2、1/4波片3、样品4、偏振相机14，光源1发出的自然光经起偏器2后变成线偏振光，再经过1/4波片3变成圆偏振光，其中波片慢轴与起偏器成±45°，由于样品4内部存在残余内应力，该圆偏振光经过样品4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，经由偏振相机14采集此时的图像信息，该偏振相机14可一次同时得到0°、45°、90°、135°四个偏振方向的图像。该实施方式通过节省检偏器及驱动电机，进一步减小了检偏器及驱动电机旋转角度对测量带来的误差，精度更高，结构上更简单，更节省空间，可以将应力检测装置更小型化。

进一步对本发明玻璃应力检测装置进行试验，效果如图4所示，选波长为266nm的1/4波片作为检测样品，将该检测用玻片放置在本发明装置样品工位后，启动装置测得该玻片的最大应力2.78MPa，最大光程差67.2nm，而该样品的实际光程差为66.5nm，因此可知本发明检测装置测量精度在1nm内，是现有技术手段所不能轻易达到的。

本发明中任何提及“本实施例”、“一种实施例”、“另一实施例”等意指结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处的该示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点均落在本领域技术人员的范围之内。

尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内。具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神。除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种玻璃应力检测装置，包括水平工作台、光源、起偏器、检偏器和摄像元件，水平工作台上竖直的设置有支撑架，光源设置在水平工作台上，起偏器位于光源上方，其特征在于，所述起偏器上方设置有1/4波片，所述1/4波片上方为样品工位，样品工位用于承载待测的样品，所述检偏器通过固定座架设在所述支撑架上，固定座上还固定的设置有驱动电机，所述驱动电机用于驱动检偏器旋转，所述摄像元件固定的架设在检偏器上方，与图像处理元件连接，图像处理元件与检偏器驱动电机连接，用来控制检偏器的旋转。

2.根据权利要求1所述的玻璃应力检测装置，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。

3.根据权利要求1所述的玻璃应力检测装置，其特征在于，所述摄像元件为CCD相机，所述CCD相机前端设有滤光片。

4.根据权利要求1所述的玻璃应力检测装置，其特征在于，所述的光源是单色LED面光源。

5.根据权利要求1所述的玻璃应力检测装置，其特征在于，所述检偏器和所述摄像元件可相对于所述样品工位进行远近距离调节。

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