CN214427155U - 一种透明材料残余应力的无损检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种透明材料残余应力的无损检测装置，属于材料检测装置技术领域，解决了现有技术中检测装置检测过程复杂、成本高且测量精度低的问题。该装置包括：光源发生装置通过光纤与系数标定机构连接，以及，通过光纤与检测机构连接；系数标定机构包括：拉力机构，包括用于放置待检测透明材料标准件的第一样品槽，与该第一样品槽连接的丝杠，以及力学传感器；测试光路机构，包括依次设置的第一起偏器、第一检偏器；第一样品槽设置于第一起偏器和第一检偏器之间；检测机构，包括依次设置的第二起偏器、样品支撑结构和第二检偏器。利用该装置进行检测时，操作简单、成本低、精确度高且能够实现无损检测。

Description

一种透明材料残余应力的无损检测装置

技术领域

本实用新型涉及材料检测装置技术领域，尤其涉及一种透明材料残余应力的无损检测装置。

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(对应的装置包括光源、起偏器和检偏器)、Senarmont法(对应的装置包括光源、起偏器、波片和检偏器)、Tardy法(对应的装置包括光源、起偏器、两个波片和检偏器)，以及Babinet补偿器法(对应的装置包括光源和两个楔形双折射晶体)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，且只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法同样只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

实用新型内容

鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种透明材料残余应力的无损检测装置，用以解决现有检测装置检测过程复杂、成本高且测量精度低的问题。

本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本实用新型提供了一种透明材料残余应力的无损检测装置，包括：光源发生装置、系数标定机构和检测机构；

所述光源发生装置通过光纤与所述系数标定机构连接，以及，通过光纤与所述检测机构连接；

所述系数标定机构包括：

拉力机构，包括用于放置待检测透明材料标准件的第一样品槽，与该第一样品槽连接的丝杠，以及力学传感器；

测试光路机构，包括依次设置的第一起偏器、第一检偏器；所述第一样品槽设置于所述第一起偏器和第一检偏器之间；

所述检测机构，包括依次设置的第二起偏器、样品支撑结构和第二检偏器。

进一步的，所述测试光路机构还包括第一连接杆组、第一转接板、第一光纤固定结构、第一透镜镜架、第一聚焦透镜、第一偏振片镜架、第二偏振片镜架、第二转接板、第一衰减片镜架及第一衰减片；

所述第一转接板、第二转接板、第一透镜镜架、第一偏振片镜架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连接孔依次串接固定所述第一转接板、第一透镜镜架、第一偏振片镜架、第二偏振片镜架及第二转接板；

所述第一光纤固定结构卡合连接于所述第一转接板上；所述第一聚焦透镜内嵌于所述第一透镜镜架中；所述第一起偏器内嵌于第一偏振片镜架内，所述第一检偏器内嵌于第二偏振片镜架内，所述第一衰减片内嵌于所述第一衰减片镜架中，所述第一衰减片镜架卡合连接于所述第二转接板上。

进一步的，所述系数标定机构还包括固定部，该固定部包括第二连接杆组、转接立方体及两个转接板件；

所述转接立方体上设置有与第二连接杆组相对应的连接孔，所述第二连接杆组穿过该连接孔，且该第二连接杆组的两端分别与两个转接板件连接，每一转接板件的底部安装有支腿和支腿固定件；

所述转接立方体上还设置有与测试光路机构中第一连接杆组相对应的连接孔，所述第一连接杆组的一端穿入该连接孔。

进一步的，所述系数标定机构还包括样品夹持件；所述拉力机构还包括凹面形机构壳体和数显表；

所述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；

所述第一样品槽包括第一固定部和第二固定部，该第一样品槽与所述样品夹持件相匹配；

所述第一固定部活动连接于所述两个连接杆上，所述第二固定部固定连接于所述两个连接杆上，所述第一固定部与所述丝杠固定连接，所述第二固定部与所述力学传感器固定连接；

所述力学传感器与所述数显表通信连接。

进一步的，所述检测装置还包括第三连接杆组、第三转接板、第二光纤固定结构、第二聚焦透镜、第二透镜镜架、第三偏振片镜架、第四连接杆组、第四转接板、第二衰减片镜架、第二衰减片以及第四偏振片镜架；

所述第三转接板、第二透镜镜架、第三偏振片镜架、第四转接板以及第四偏振片镜架的四个角位置处均设置有连接孔，所述第三连接杆组通过所述连接孔依次串接固定第三转接板、第二透镜镜架和第三偏振片镜架，所述第四连接杆组通过所述连接孔依次串接固定第四偏振片镜架和第四转接板；

所述第二光纤固定结构卡合连接于所述第三转接板上；所述第二聚焦透镜内嵌于所述第二透镜镜架中；所述第二起偏器内嵌于第三偏振片镜架内，所述第二检偏器内嵌于第四偏振片镜架内；所述第二衰减片内嵌于所述第二衰减片镜架中，所述第二衰减片镜架卡合连接于所述第四转接板上。

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三连接杆组和第四连接杆组。

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第二样品槽，该第二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，所述第一偏振片镜架、第二偏振片镜架、第三偏振片镜架和第四偏振片镜架上均安装有角度刻度盘。

进一步的，所述光源发生装置为LED光源。

进一步的，还包括光谱仪、第一转接头、第二转接头；所述第一转接头的一侧端口套接于第一衰减片镜架上，另一侧端口与光纤连接，将出射光导入至所述光谱仪中；所述第二转接头的一侧端口套接于第二衰减片镜架上，另一侧端口与光纤连接，将出射光导入至所述光谱仪中。

与现有技术相比，本实用新型至少可实现如下有益效果之一：

1、本实用新型提出的透明材料残余应力的无损检测装置，利用角度刻度盘辅助调整起偏器和检偏器的偏振方向，提高了调整精度，并通过采集光谱，既能够对待检测透明材料标准件的应力光学系数进行标定，也能对待检测透明材料测试件的残余应力大小和方向进行检测，规避了采用色偏振法需人工主观性确定干涉颜色导致的测量误差，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，且本实用新型的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、本实用新型提出的透明材料残余应力的无损检测装置，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、本实用新型提出的透明材料残余应力的无损检测装置，无需对待检测透明材料测试件进行切割，能够实现无损检测，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。

本实用新型中，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。本实用新型的其他特征和优点将在随后的内容中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过文字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，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本实用新型实施例透明材料残余应力的无损检测装置的示意图；

图2为本实用新型实施例测试光路机构和固定部的示意图；

图3为本实用新型实施例第一偏振片镜架和第二偏振片镜架的示意图；

图4为本实用新型实施例第一转接板和第二转接板的示意图；

图5为本实用新型实施例第一光纤固定结构的示意图；

图6为本实用新型实施例第一透镜镜架的示意图；

图7为本实用新型实施例第一衰减片镜架的示意图；

图8为本实用新型实施例转接头的示意图；

图9为本实用新型实施例转接头口径大的端口的一侧示意图；

图10为本实用新型实施例转接立方体的示意图；

图11为本实用新型样品夹持件夹持待检测透明材料标准件的示意图；

图12为本实用新型实施例拉力机构的示意图；

图13为本实用新型实施例系数标定机构的示意图；

图14为本实用新型实施例检测机构的示意图；

图15为本实用新型实施例样品支撑结构的示意图。

附图标记：

1-系数标定机构；2-检测机构；3-光源发生装置；4-光谱仪；101-第一转接板；102-第一光纤固定结构；103-第一透镜镜架；104-第一偏振片镜架；105-第二偏振片镜架；106-第二转接板；107-第一衰减片镜架；108第一连接杆组；109-转接立方体；110-第二连接杆组；111-转接板件；112-支腿；113-支腿固定架；114-凹面形机构壳体；115-丝杠；116-力学传感器；117-数显表；118-第一样品槽；

201-第三转接板；202-第二透镜镜架；203-第三偏振片镜架；204-第四偏振片镜架；205-第四转接板；206-第二衰减片镜架；207-第三连接杆组；208-第四连接杆组；209-第一支撑部；210-连接杆固定架；211-第二支撑部；212-第二样品槽；213-螺栓孔；214-螺栓；215-底脚螺栓孔；216-待检测透明材料测试件。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。

本实用新型的一个具体实施例，公开了一种透明材料残余应力的无损检测装置。如图1所示，该装置包括光源发生装置、系数标定机构和检测机构。

具体的，光源发生装置通过光纤与系数标定机构连接，以及，通过光纤与检测机构连接。

系数标定机构包括：

拉力机构，包括用于放置待检测透明材料标准件的第一样品槽，与该第一样品槽连接的丝杠，以及力学传感器。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。

测试光路机构，包括依次设置的第一起偏器和第一检偏器；第一样品槽设置于第一起偏器和第一检偏器之间。测试光路机构的光路与第一样品槽中放置的待检测透明材料标准件的主平面垂直。

检测机构，包括依次设置的第二起偏器、样品支撑结构和第二检偏器，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。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。

优选的，该无损检测装置还包括光谱仪和计算机终端。光谱仪既能够接收测试光路机构的出射光，获得相应的光谱，也能够接收检测机构的出射光，获得对应的光谱；计算机终端能够根据光谱仪采集的光谱进行处理确定待检测透明材料标准件的应力光学系数，并处理确定待检测透明材料测试件的残余应力大小和方向。

优选的，如图2所示，测试光路机构还包括第一连接杆组108、第一转接板101、第一光纤固定结构102、第一透镜镜架103、第一聚焦透镜、第一偏振片镜架104、第二偏振片镜架105、第二转接板106、第一衰减片镜架107及第一衰减片。具体的，第一偏振片镜架104和第二偏振片镜架105的结构相同，如图3所示；第一转接板101和第二转接板106的结构相同，如图4所示；图5至图7分别给出了第一光纤固定结构102、第一透镜镜架103和第一衰减片镜架107的示意图。

具体的，第一转接板101、第二转接板106、第一透镜镜架103、第一偏振片镜架104及第二偏振片镜架105的四个角位置处均设置有连接孔，第一连接杆组108通过连接孔依次串接固定第一转接板101、第一透镜镜架103、第一偏振片镜架104、第二偏振片镜架105及第二转接板106，从而对测试光路进行固定准直。

优选的，第一光纤固定结构102卡合连接于第一转接板101上，固定连接光源发生装置光纤的一端；第一聚焦透镜内嵌于第一透镜镜架103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；第一起偏器内嵌于第一偏振片镜架104内，第一检偏器内嵌于第二偏振片镜架105内，第一衰减片内嵌于第一衰减片镜架107中，用于削减经检偏器出射的出射光光强，避免接收出射光的光谱仪发生饱和，导致获得无效光谱，第一衰减片镜架107卡合连接于第二转接板106上。

优选的，测试光路机构还包括转接头，如图8所示，转接头的一侧端口(口径大的端口)套接在第一衰减片镜架107上，转接头口径大的端口一侧如图9所示，另一侧端口(口径小的端口)与光纤连接，通过光纤将出射光束导入光谱仪中，从而进行光束采集。

优选的，具体实施时，第一连接杆组108竖向布置。

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，如图2所示，该固定部包括第二连接杆组110、转接立方体109和两个转接板件111。第二连接杆组110与第一连接杆组108垂直。其中，图10示出了转接立方体109的示意图，转接板件111的结构与第一转接板101、第二转接板106相同。具体的，转接立方体109上设置有与第二连接杆组110相对应的连接孔，第二连接杆组110也包括四根连接杆，分别穿过各连接孔，且第二连接杆组110的两端分别与两个转接板件111连接，每一转接板件111的底部安装有支腿112和支腿固定件113，用于将固定部固定于光学平台上。优选的，转接板件111可在第二连接杆组110上滑动，通过调整转接板件111在第二连接杆组110上的位置，可以使该测试光路机构工作于不同大小的光学平台上。

该转接立方体109上还设置有与测试光路机构中第一连接杆组108相对应的连接孔，第一连接杆组108的一端穿入该连接孔，从而使第一连接杆组108与第二连接杆组110相互垂直，以固定测试光路机构。优选的，转接立方体109的侧面和顶部还设置有圆孔，便于光纤通过圆孔将光源发生装置发出的光束导入测试光路机构。

优选的，系数标定机构还包括样品夹持件，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，夹持待检测透明材料标准件后如图11所示。

优选的，如图12所示，拉力机构包括凹面形机构壳体114、丝杠115、力学传感器116和数显表117。

具体的，该凹面形机构壳体114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。

第一样品槽118包括第一固定部和第二固定部，该第一样品槽118与样品夹持件相匹配，即螺栓夹持件夹持样品后，其两端分别卡合在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115时，能够对待检测透明材料标准件产生轴向拉力。为了使该第一样品槽118能够夹持不同大小的待检测透明材料标准件，以及便于对标准件施加拉力，设置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，其中，第一固定部与丝杠固定连接，第二固定部与力学传感器固定连接。力学传感器与数显表通信连接。在实际应用时，利用螺栓夹持件夹持待检测透明材料标准件，并放置于第一样品槽118中，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115上的螺母，使数显表上显示的数值恰好为零，作为初始状态，并进一步通过扭转丝杠115对待检测透明材料标准件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，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，用于显示力学传感器测量的轴向拉力的数值。

优选的，如图13所示，在实际测量的过程中，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。

优选的，如图14所示，检测装置还包括第三连接杆组207、第三转接板201、第二光纤固定结构、第二聚焦透镜、第二透镜镜架202、第三偏振片镜架203、第四连接杆组208、第四转接板205、第二衰减片镜架206、第二衰减片以及第四偏振片镜架204。其中，第三转接板201和第四转接板205的结构与第一转接板101相同，第三偏振片镜架203、第四偏振片镜架204的结构与第一偏振片镜架104相同。

具体的，第三转接板201、第二透镜镜架202、第三偏振片镜架203、第四转接板205以及第四偏振片镜架204的四个角位置处均设置有连接孔，第三连接杆组207包括四根连接杆，通过连接孔依次串接固定第三转接板201、第二透镜镜架202和第三偏振片镜架203，第四连接杆组208也包括四根连接杆，通过连接孔依次串接固定第四偏振片镜架204和第四转接板205。

优选的，第二光纤固定结构卡合连接于第三转接板201上；第二聚焦透镜内嵌于第二透镜镜架202中。第二起偏器内嵌于第三偏振片镜架203中，第二检偏器内嵌于第四偏振片镜架204内。第二衰减片内嵌于第二衰减片镜架206中，第二衰减片镜架206卡合连接于第四转接板205上。

优选的，检测机构中也包括转接头，其连接方式以及所起的作用与测试光路机构中的转接头相同，在此不再赘述。

优选的，检测装置还包括支撑体，包括可伸缩的第一支撑部209和连接杆固定架210，用于支撑固定第三连接杆组207和第四连接杆组208。

优选的，如图15所示，样品支撑结构包括可伸缩的第二支撑部211和与其固定连接的第二样品槽212，该第二样品槽212的侧面设置有螺栓孔213，通过该螺栓孔213旋入螺栓214，以固定待检测透明材料测试件216。具体的，第二支撑部211的底部还设置有底脚螺栓孔215，便于旋入螺栓以固定支撑体。

具体的，通过螺栓孔213和螺栓214可以将待检测透明材料测试件216固定于第二样品槽212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，第三连接杆组207串接固定第三转接板201、第二透镜镜架202和第三偏振片镜架203，并对应安装好第二光纤固定结构、第二聚焦透镜和起偏器后组成检测机构的入射部，第四连接杆组208串接固定第四偏振片镜架204和第四转接板205，并对应安装好检偏器和第二衰减片后组成检测机构的出射部。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209，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216固定于样品支撑结构上，通过调节第二支撑部211，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，第一偏振片镜架104、第二偏振片镜架105、第三偏振片镜架203和第四偏振片镜架204上均安装有角度刻度盘，分别用于辅助调整起偏器和检偏器的偏振方向，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。

优选的，本实用新型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，使无损检测装置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；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装置的结构，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。

具体的，系数标定机构还包括弹性软夹，在实际测量过程中，当待检测透明材料测试件的形状相对规整，则可以直接将待检测透明材料测试件放置于拉力机构的第一样品槽中，并利用弹性软件进行固定，直接进行残余应力的检测，该弹性软件不会对待检测透明材料测试件的残余应力产生影响。否则，优选采用本实用新型提供的检测机构，以实现对待检测透明材测试件的无损检测。

基于本实用新型提出的透明材料无损检测装置，具体通过下述方式进行检测：

步骤1、利用系数标定机构测试获得测试环境本底光强、光源光强和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；基于上述系数标定获得待检测透明材料标准件的应力光学系数。

步骤2、利用检测机构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；起偏器的偏振方向和检偏器的偏振方向正交。

步骤3、确定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。

调整检测机构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，并调整检测机构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，旋转后检测机构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。

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，本实用新型实施例提供的透明材料残余应力的无损检测装置，首先，利用角度刻度盘辅助调整起偏器和检偏器的偏振方向，提高了调整精度，并通过采集光谱，既能够对待检测透明材料标准件的应力光学系数进行标定，也能对待检测透明材料测试件的残余应力的大小和方向进行检测，规避了采用色偏振法需人工主观性确定干涉颜色导致的测量误差，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，且本发明的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，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，本实用新型实施例提供的透明材料残余应力的无损检测装置，无需对待检测透明材料测试件进行切割，能够实现无损检测，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。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透明材料残余应力的无损检测装置，其特征在于，包括：光源发生装置、系数标定机构和检测机构；

所述光源发生装置通过光纤与所述系数标定机构连接，以及，通过光纤与所述检测机构连接；

所述系数标定机构包括：

拉力机构，包括用于放置待检测透明材料标准件的第一样品槽，与该第一样品槽连接的丝杠，以及力学传感器；

测试光路机构，包括依次设置的第一起偏器、第一检偏器；所述第一样品槽设置于所述第一起偏器和第一检偏器之间；

所述检测机构，包括依次设置的第二起偏器、样品支撑结构和第二检偏器。

2.根据权利要求1所述的无损检测装置，其特征在于，所述测试光路机构还包括第一连接杆组、第一转接板、第一光纤固定结构、第一透镜镜架、第一聚焦透镜、第一偏振片镜架、第二偏振片镜架、第二转接板、第一衰减片镜架及第一衰减片；

所述第一转接板、第二转接板、第一透镜镜架、第一偏振片镜架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连接孔依次串接固定所述第一转接板、第一透镜镜架、第一偏振片镜架、第二偏振片镜架及第二转接板；

所述第一光纤固定结构卡合连接于所述第一转接板上；所述第一聚焦透镜内嵌于所述第一透镜镜架中；所述第一起偏器内嵌于第一偏振片镜架内，所述第一检偏器内嵌于第二偏振片镜架内，所述第一衰减片内嵌于所述第一衰减片镜架中，所述第一衰减片镜架卡合连接于所述第二转接板上。

3.根据权利要求2所述的无损检测装置，其特征在于，所述系数标定机构还包括固定部，该固定部包括第二连接杆组、转接立方体及两个转接板件；

所述转接立方体上设置有与第二连接杆组相对应的连接孔，所述第二连接杆组穿过该连接孔，且该第二连接杆组的两端分别与两个转接板件连接，每一转接板件的底部安装有支腿和支腿固定件；

所述转接立方体上还设置有与测试光路机构中第一连接杆组相对应的连接孔，所述第一连接杆组的一端穿入该连接孔。

4.根据权利要求1-3任一项所述的无损检测装置，其特征在于，所述系数标定机构还包括样品夹持件；所述拉力机构还包括凹面形机构壳体和数显表；

所述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；

所述第一样品槽包括第一固定部和第二固定部，该第一样品槽与所述样品夹持件相匹配；

所述第一固定部活动连接于所述两个连接杆上，所述第二固定部固定连接于所述两个连接杆上，所述第一固定部与所述丝杠固定连接，所述第二固定部与所述力学传感器固定连接；

所述力学传感器与所述数显表通信连接。

5.根据权利要求2所述的无损检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括第三连接杆组、第三转接板、第二光纤固定结构、第二聚焦透镜、第二透镜镜架、第三偏振片镜架、第四连接杆组、第四转接板、第二衰减片镜架、第二衰减片以及第四偏振片镜架；

所述第三转接板、第二透镜镜架、第三偏振片镜架、第四转接板以及第四偏振片镜架的四个角位置处均设置有连接孔，所述第三连接杆组通过所述连接孔依次串接固定第三转接板、第二透镜镜架和第三偏振片镜架，所述第四连接杆组通过所述连接孔依次串接固定第四偏振片镜架和第四转接板；

所述第二光纤固定结构卡合连接于所述第三转接板上；所述第二聚焦透镜内嵌于所述第二透镜镜架中；所述第二起偏器内嵌于第三偏振片镜架内，所述第二检偏器内嵌于第四偏振片镜架内；所述第二衰减片内嵌于所述第二衰减片镜架中，所述第二衰减片镜架卡合连接于所述第四转接板上。

6.根据权利要求5所述的无损检测装置，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三连接杆组和第四连接杆组。

7.根据权利要求1所述的无损检测装置，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第二样品槽，该第二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。

8.根据权利要求5所述的无损检测装置，其特征在于，所述第一偏振片镜架、第二偏振片镜架、第三偏振片镜架和第四偏振片镜架上均安装有角度刻度盘。

9.根据权利要求1所述的无损检测装置，其特征在于，所述光源发生装置为LED光源。

10.根据权利要求1所述的无损检测装置，其特征在于，还包括光谱仪、第一转接头、第二转接头；所述第一转接头的一侧端口套接于第一衰减片镜架上，另一侧端口与光纤连接，将出射光导入至所述光谱仪中；所述第二转接头的一侧端口套接于第二衰减片镜架上，另一侧端口与光纤连接，将出射光导入至所述光谱仪中。

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