CN2715144Y - 平板玻璃光学变形自动测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型采用虚拟莫尔技术，提供了一种平板玻璃光学变形自动测量装置。该装置包括表面为条纹图案的灯箱、电动转台、光学测量系统和计算机系统。该装置允许将被测平板玻璃放置在电动转台上，由计算机控制电动转台旋转，在旋转过程中，光学测量系统透过被测平板玻璃测量灯箱条纹的变形，计算机自动计算条纹的变形量，并给出评定平板玻璃光学变形的量化指标－斑马角。采用虚拟莫尔技术的平板玻璃光学变形测量装置实现了平板玻璃质量检验中光学变形这一重要指标的准确判定，消除了人工判定的随意性，有效地提高了测量精度和重复性精度。此装置对于斑马角的测量范围为0～75度，测试精度为0.2度，测量重复性优于1度，被测平板玻璃的厚度为1～20毫米，最大宽度为1200毫米，最大高度为900毫米。

Description

平板玻璃光学变形自动测量装置

技术领域

本实用新型概括而言涉及用于透明平板光学变形检测的自动测量装置，具体涉及平板玻璃光学变形斑马角自动测量的检测装置。

背景技术

随着建筑和汽车行业的飞速发展，促进了各种玻璃的需求不断增长，而光学变形是评定各种玻璃质量的一个重要技术指标。

所谓光学变形是指人透过玻璃观察景物时，因玻璃表面的不平整和内部折射率的不均匀而产生的景物变形程度。世界各国对于玻璃光学变形的检测都制定了相应的检测规范，如ISO/TC160N63E-83《玻璃产品-A1类-建筑用磨光和浮法玻璃》，JISR3202-1996《浮法平板玻璃及抛光平板玻璃》，EN572-2《欧州浮法玻璃质量标准》和GB11614-1999《浮法玻璃》，在这些规范中都统一采用斑马法来测试评价玻璃的光学变形。

在目前国内外的斑马法检测中，还都是采用人工方式进行观测。观察者透过被测玻璃观察均匀照明的斑马幕上条纹的变形情况。在检测开始前，将被测玻璃按拉引方向垂直放置在斑马幕和观测者之间的中间位置，斑马幕和观测者必须相距9米远的距离，观测者透过被测玻璃观察斑马幕上的条纹。检测时，首先转动被测玻璃，让观测到的斑马幕条纹明显变形，然后慢慢转动被测玻璃直到观测到的条纹变形消失，这个从有变形到无变形的入射角就是业内所称的斑马角，或称光学变形角，一般用这个角度来评价玻璃的光学变形质量，角度越大，玻璃质量越好。

在目前的各种玻璃中，浮法玻璃是质量比较高的一类玻璃，其标准要求建筑级玻璃斑马角达到50度，汽车级和制镜级的玻璃要求60度以上，优质高档浮法玻璃的斑马角可以达到70度以上。汽车安全玻璃生产所用的浮法玻璃原片对玻璃的斑马角要求非常严格，因为玻璃的变形将影响汽车的安全性。

斑马法评价玻璃光学变形质量是非常科学和直观的，因此国际标准化组织(ISO)和世界各国都采用这种方法，但这种方法存在一个致命的弱点，就是在9米远，人眼视神经所能分辨率不足以精确判定斑马线变形的临界角，国际公认由人眼判定斑马角时，测量的不确定度为±3度。而采用数字摄像仪器取代人眼，仍然不足以分辨由玻璃引起斑马幕上条纹的微小变形。

因此，为了解决斑马法评价浮法玻璃光学变形质量的自动化测试难题，国内外开展了大量的研究工作并研制了相应的商品化测试设备，但都没有完全有效地解决光学变形的准确测量问题。这些测试设备的测试方法主要以下分为两类：

第一类是采用其他光学方法进行间接的光学变形测量，然后将所测的参数换算为斑马角。用这种方法生产测试设备的公司主要有德国的INNOMESS公司，美国Lasor公司、英国的Image Automation公司和Inspection Systems公司。这种方法主要是用来检测玻璃的各种点状缺陷，对于测量斑马角，这类方法却不是强项，它是将光学变形也作为一种缺陷来处理，虽然这类设备也能给出斑马角的测试数据，但它只能在某一角度范围内定性地表征斑马角，而不能精确地测量出玻璃光学变形质量的斑马角，以满足玻璃质量分级的要求。这类设备给出的斑马角测量不确定度通常也是±3度，但设备体积庞大、造价昂贵，安装调试非常复杂，并不适合于质量检验部门的评价测试使用。

第二类斑马角测试设备就是完全按照经典的斑马角测试方法要求，采用莫尔技术将玻璃的光学变形角度进行放大，并采用计算机图像处理技术，对放大后的变形图像进行处理，从而提高测试精度和实现自动化测量，以此希望能有效的提高质量评估的可靠性。

在光学测试技术领域，莫尔技术的基本原理是采用光学干涉方法使得变形得到放大，此项技术在很多领域中得到了成功的应用，如各种物体变形测量、曲面形状测量和温度测量等等，但这些测量基本上都是定性的。对于大量的定量精确测量，由于涉及到的技术难度很大，对光路和两个莫尔图像干涉后的成像质量有着严格的要求，以及其它的一些光学器件技术问题，莫尔条纹技术现在一般很少采用。在光学变形质量评估中，美国的Strainoptic Technologies公司研发出采用这种原理的测试设备，但由于光学系统存在的固有问题，使得这种测试方法并没有在玻璃光学变形质量评估中得到实际应用。

综上所述，由于目前技术存在着的众多问题，使得玻璃光学变形的质量评估基本上还处于人工目测的水平上。因此，需要一种测量精度高，重复性好的测试方法和自动化测试仪器，以实现对玻璃光学变形进行准确和标准化地评估。

实用新型内容

本实用新型采用虚拟莫尔技术，提供了一种平板玻璃光学变形的自动测量装置，以满足平板玻璃生产中光学变形质量评估的要求。此装置对于平板玻璃斑马角的测量范围为0～75度，测试精度为0.2度，测量重复性优于1度，被测平板玻璃的厚度为1～20毫米，最大宽度为1200毫米，最大高度为900毫米。

在本实用新型一个实施例中，公开了一种采用虚拟莫尔技术，用于平板玻璃光学变形质量评估的自动化测试装置。本着测试规范的国际化和标准化原则，本装置严格依据ISO/TC160N63E-83、JISR3202-1996、EN572-2和GB11614-1999标准所规定的玻璃光学变形斑马角测试规范。此装置包括莫尔屏、带卡具的电动转台、CCD光学探测器和计算机系统。

在测试过程中，莫尔屏作为投影条纹透过被测平板玻璃投影在CCD光学探测器上，此时平板玻璃完全平行于莫尔屏，计算机将此时CCD光学探测器所采集的条纹图形存储做为一个虚拟的莫尔屏。计算机控制电动转台按照微小的角度进行步进转动，卡具内的平板玻璃也随之转动。当平板玻璃每转动一个步进角度后，计算机就相应地控制CCD光学探测器采集透过位于此角度下平板玻璃的莫尔屏投影条纹，然后通过数学计算的方法，计算出此投影条纹与虚拟莫尔条纹干涉后形成的条纹形状，即所谓的虚拟莫尔技术。如果被检玻璃存在光学变形，那么计算获得的干涉条纹图形将会发生变形，并且干涉条纹的变形量将远大于实际的光学变形量，由此计算机计算出光学变形量的大小。这样，在计算机控制转台的整个转动过程中，对应于每个步进转动角度，都可以测量并计算出一个光学变形量的数值，并最终获得一条平板玻璃随角度增大其光学变形量逐渐增大的关系曲线。通过计算这条曲线的拐点，就可以确定在此拐点平板玻璃发生了光学变形，此拐点所对应的转动角度就是需要测量的斑马角。

从而，正如可以理解的，本实用新型采用虚拟莫尔技术，提供了一种平板玻璃光学变形的自动化测试装置。在测试过程中，只要将被测平板玻璃放在转台上，装置将自动测试出光学变形斑马角。另外，装置对转动角度的步进控制功能，也使得此装置具有手动控制转动角度人工目测的手动测量方式。

附图说明

通过结合附图阅读本说明，本领域技术人员显然可以获悉本实用新型的更多优点，在附图中相同附图标记表示相同部件，其中：

图1表示根据本实用新型一个实施例的测试系统结构图。

图2表示根据本实用新型一个实施例，图1中所示莫尔屏条纹尺寸图。

图3表示根据本实用新型一个实施例中，光学变形量与转动角度的关系曲线

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步详细说明，但本实用新型不限于这些实施例。

在图1中，本实施例的平板玻璃光学变形自动测量装置由被测平板玻璃1、被测玻璃卡具2、步进电机转台3、斑马条纹图案灯箱4、CCD摄像头5和计算机系统6构成。其中被测玻璃卡具2固定安装在步进电机转台3上，被测平板玻璃1由卡具2进行固定，由此当步进电机转台3按照固定角度步长转动时，被测平板玻璃1也随之转动。

在本实施例中，步进电机转台3位于CCD摄像头5和斑马条纹图案灯箱4的中间位置，斑马条纹图案灯箱4上的斑马条纹面向步进电机转台3，斑马条纹图案灯箱4与步进电机转台3轴心的间距为4.5m，而步进电机转台3的轴心与CCD摄像头5的间距也为4.5m，斑马条纹图案灯箱4的表面尺寸为2.5m×2.5m。步进电机转台3的转动面保持水平，其转动轴要与斑马条纹图案灯箱4的垂直面平行，并且斑马条纹图案灯箱4的垂直面要与CCD摄像头5的光轴保持垂直。

在图2中，为本实施例图1中斑马条纹图案灯箱4的斑马条纹图案。其中的斑马条纹有黑白两种等宽条纹呈45度角排列组成。黑白两种条纹的宽度都为25mm，相邻黑白条纹的间距也为25mm。

本实用新型的工作过程如下：

过程1：由计算机系统6控制步进电机转台3转动到0度角位置，此时卡在被测玻璃卡具2内的被测平板玻璃1与斑马条纹图案灯箱4呈完全平行状态；

过程2：计算机系统6将完成过程1后CCD摄像头5所采集的条纹图形存储并进行数字化处理后做为一个虚拟的莫尔屏。

过程3：计算机系统6发出一个脉冲信号控制步进电机转台3步进转动一个微小的固定角度，被测平板玻璃1同时也步进转动一个相同的固定角度。

过程4：当步进电机转台3完成一个固定角度转动后，计算机系统6就采集CCD摄像头5所拍摄下的投影条纹，此投影条纹是斑马条纹图案灯箱4透过位于此角度下被测平板玻璃1后所形成的条纹。

过程5：通过软件处理，计算机系统6模拟计算出此投影条纹与虚拟莫尔屏干涉后形成的条纹形状。

过程6：如果被测平板玻璃1存在光学变形，那么过程5模拟计算出的干涉条纹将会发生变形，计算机系统6再通过图像处理软件计算出在此转动角度θ下的光学变形量大小E_θ。

过程7：通过对过程3至过程6的不断重复，计算机系统6控制步进电机转台3从初始0角度一直转动到85度，同时，计算机系统6通过软件处理获得一系列各种转动角θ_i下被测平板玻璃1的光学变形量大小E_θi。

过程8：计算机系统6对过程7所获得的一系列光学变形量测量数据E_θi进行曲线拟合，得到如图3所示的拟合曲线。图3中的横坐标表示被测平板玻璃1的转动角度，纵坐标表示被测平板玻璃1光学变形量。从图3中可以看出，在被测平板玻璃1转动的初始阶段，没有光学变形发生，此阶段的光学变形量为一常数，即为图3中的直线部分1。随着转动角度的增大，光学变形量逐渐增大，即为图3中的曲线部分2。

过程9：计算机系统6通过软件处理，计算出图3中曲线部分的切线3，此切线3与图3中直线延长线4的交点5所对应的横坐标角度值θ₀，即为被测平板玻璃1的光学变形角—斑马角。

本实用新型的平板玻璃光学变形自动测量装置，具有如下的积极效果：

1.被测平板玻璃的厚度为1～20mm，最大宽度为1200mm，最大高度为900mm。

2.斑马角的测量范围为0～75度，测试精度为0.2度，测量重复性优于1度。

3.由于采用计算机控制的步进电机，此测试系统也可以适用于人工观测，以满足人工对比测试和校准的需要。

Claims (6)

1.一种平板玻璃光学变形自动测量装置，由被测平板玻璃(1)、被测玻璃卡具(2)、步进电机转台(3)、斑马条纹图案灯箱(4)、CCD摄像头(5)和计算机系统(6)组成。其特征在于：被测玻璃卡具(2)固定安装在步进电机转台(3)上，矩形被测平板玻璃(1)由卡具(2)进行固定。步进电机转台(3)位于CCD摄像头(5)和斑马条纹图案灯箱(4)的中间位置，斑马条纹图案灯箱(4)上的斑马条纹面向步进电机转台(3)。步进电机转台(3)的转动面为水平面，其转动轴与斑马条纹图案灯箱(4)的垂直面平行，斑马条纹图案灯箱(4)的垂直面与CCD摄像头(5)的光轴垂直。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于采用计算机系统(6)控制载有被测平板玻璃(1)的电动转台(3)按照固定的微小角度进行步进转动，以此来确定被测平板玻璃(1)的转动角度。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于采用CCD光学测量系统(5)来进行图像采集。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于采用计算机系统(6)来进行图像采集和数据处理分析。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于采用虚拟莫尔技术对光学变形量进行放大测量。

6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于采用拟合测量数据得到光学变形量随被测平板玻璃(1)转动角度变化的曲线，通过对拟合曲线的数据处理得到斑马角。

Images