DE1021597B - Spannungsoptisches Messgeraet - Google Patents

Spannungsoptisches Messgeraet

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Publication number
DE1021597B
DE1021597B DES46506A DES0046506A DE1021597B DE 1021597 B DE1021597 B DE 1021597B DE S46506 A DES46506 A DE S46506A DE S0046506 A DES0046506 A DE S0046506A DE 1021597 B DE1021597 B DE 1021597B
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DE
Germany
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measuring device
plate
light beam
examined
light
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Pending
Application number
DES46506A
Other languages
English (en)
Inventor
Paul Henri Acloque
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Compagnie de Saint Gobain SA
Original Assignee
Compagnie de Saint Gobain SA
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Publication date
Application filed by Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Compagnie de Saint Gobain SA
Publication of DE1021597B publication Critical patent/DE1021597B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/18Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge using photoelastic elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

  • Spannungsoptisches Meßgerät Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Meßgerät zum Messen der Spannung in einer Platte oder Scheibe aus einem durchsichtigen Werkstoff, der unter der Wirkung der Spannungen, deren System eben, parallel zu den Flächen der Platte oder Scheibe liegt, anisotrop wird.
  • Bei der Vorrichtung nach der Erfindung verwendet man ein in bekannter Weise polarisiertes Licht ausstrahlendes Organ, das erfindungsgemäß so angeordnet ist, daß das Lichtbündel schräg auf die erste Fläche der Platte auftrifft, wobei der Einfallswinkel einen willkürlichen, jedoch bekannten Wert annehmen kann, während die Polarisationsebene des einfallenden Lichtes gegenüber der Einfallsebene geneigt ist, sowie ein Empfangsorgan, das so angeordnet ist, daß es das Lichtbündel aufnehmen kann, nachdem dieses entweder einmal oder - im Falle seiner Reflexion auf der zweiten Fläche - zweimal durch die Platte hindurchgetreten ist. Das Empfangsorgan weist eine Vorrichtung für die Messung der Doppelbrechung und einen Analysator auf.
  • Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann ferner mit einem Zwischenkörper ausgerüstet sein, durch welchen dem Lichtstrahlenbündel im Inneren der Platte eine im vorhinein bestimmte Neigung erteilt wird.
  • Ferner kann ein Verbindungsorgan zwischen dem das Lichtstrahlenbündel erzeugenden und dem Empfangsorgan vorgesehen sein, welches es ermöglicht, diese in mit der Richtung des Lichtstrahlenbündels, das sie aussenden bzw. empfangen, fluchtende Stellung zu bringen.
  • Nachstehend wird lediglich beispielsweise eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung, welche mit Reflexion auf der zweiten Fläche der Platte oder Scheibe arbeitet, an Hand der Zeichnung beschrieben.
  • Das das Strahlenbündel aussendende Organ dieser Vorrichtung besteht aus einer punktförmigen Lichtquelle 1, zweckmäßigerweise dem Glühfaden einerNiederspannungslampe, deren Licht auf eine I(ollimatorlinse 2 gerichtet wird, aus der das Lichtstrahlenbündel durch ein Prisma 3 mit totaler Reflexion austritt, welches es mit parallel gerichteten Strahlen in einem Winkel zurückstrahlt, der dem gewählten Einfallen entspricht. Das so gerichtete Strahlenbündel kann gegebenenfalls durch einen Schirm 4, durch den das Licht monochromatisch gemacht wird, und durch einen Polarisator 5 hindurchgeleitet werden, worauf es auf einen strahlenbrechenden Körper 6, z. B. ein Prisma, vorzugsweise von dem gleichen Brechungsindex wie der zu untersuchende Werkstoff, auffällt, das mit seiner ebenen Fläche 7 auf der Platte 8, deren Spannungszustand gemessen werden soll, aufliegt.
  • Das von der Lichtquelle ausgesandte Licht wird in der Sammelvorrichtung gesammelt, die aus einem Organ 9 für die Messung der Doppelbrechung, z. B. einem Babinetkompensator, einem mit empfindlichen Substanzen eingefärbten Blättchen od. dgl., sowie einem Analysator 10 und einem Diopter 11 besteht.
  • Das Kollimatorsystem wird von einem Rohr getragen, das mit einem Zahntrieb 13 versehen ist und durch Betätigung eines Ritzels 14 in Richtung der Achse X-Y verschoben werden kann, so daß das aus dem Prisma 3 austretende Lichtstrahlenbündel in den Brechungskörper 6 in veränderlicher Höhe eintreten kann. Infolge dieser Regelung tritt das ausgesandte Lichtstrahlenbündel unabhängig von der Dicke des untersuchten Probekörpers in die Empfangsvorrichtung immer in deren optischer Achse ein.
  • Der Weg des Lichtes durch die verschiedenen Organe, aus denen die Vorrichtung besteht, ist aus der Abbildung ersichtlich. Das von der punktförmigen Lichtquelle 1 ausgestrahlte Licht fällt auf die Kollimatorlinse 2, aus der es in Gestalt eines Bündels von parallelen Strahlen austritt. Es wird auf der Fläche 3a des Prismas 3 total reflektiert und tritt dann in den Brechungskörper 6 ein, von dem es sich in einem Winkel a zu der Normalen zu der Fläche 7 fortpflanzt. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß dieser Winkel seinen Wert unabhängig von der Einstellung des Regelzahntriebs beibehält. Das Strahlenbündel durchdringt den Brechungskörper 6 und tritt, erforderlichenfalls unter Zwischenschaltung einer den optischen Kontakt sichernden Flüssigkeit, in die Platte 8 in einer Richtung ein, die die gleiche oder auch eine andere sein kann als seine Richtung innerhalb des Körpers 6, je nachdem, ob der Brechungsindex der gleiche oder ein anderer als der dieses Körpers ist. Sein Einfallswinkel auf die zweite Fläche 12 der Scheibe oder Platte, der mit 0 bezeichnet werden soll, hängt von dem Winkel a ab. Dieses Licht wird dann auf der zweiten Fläche 12 des zu untersuchenden Probekörpers entsprechend dem Wert von 0 total oder teilweise reflektiert, tritt auf einer symmetrisch zu der vorbeschriebenen verlaufenden Bahn wieder in den Brechungskörper 6 ein und dann in das Empfangsorgan aus, wo es durch die Meßvorrichtung, den Analysator und die Beobachtungsvorrichtung hindurchgeht.
  • Wie gefunden wurde, ist es mittels des beschriebenen Apparates möglich, an einer beliebigen Stelle der zu untersuchenden Platte oder Scheibe, die unter einer Spannung steht, und zwar sogar dann, wenn der Spannungsverlauf umlaufend in bezug auf eine Senkrechte zu dieser Fläche ist, durch eine oder zwei Untersuchungen den besonderen Wert jeder der rechtwinkligen Spannungskomponenten p und q festzustellen, die die Hauptspannungen an dieser Stelle darstellen.
  • Es ist bekannt, daß die übliche Untersuchung mittels des Polariskops, welche bei der spannungsoptischen Messung in der Ebene rechtwinklig zu den Flächen der Probe erfolgt, unmittelbar nur die Differenz (p - q) der Hauptspannungen ergibt.
  • Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht es, durch Beobachtung des in einer um einen Winkel 0 gegenüber der Senkrechten zu den Flächen geneigten Richtung austretenden Lichtes die Feststellung und Messung einer Doppelbrechung und damit den ermittelten Wert mit den Werten der beiden Haupt spannungen zu kombinieren. In dem Regelfalle, in dem die Werte dieser Hauptspannungen nicht einander gleich sind, ergeben zwei aufeinanderfolgende Beobachtungen in zwei Einfallsebenen, deren jede mit einer der Hauptebenen zusammenfällt, Werte dl und d2 für die Doppelbrechung, von denen man die Werte p und q im Sinne der einfachen nachstehend gegebenen Formeln a = n (dl + d cos20), q = a (d2 t dl Com20) abziehen kann, in denen a eine gleichzeitig von der Apparatur sowie der Beschaffenheit und Dicke des Werkstoffs, dessen Spannungen gemessen werden soll, abhängige Konstante ist. Diese Konstante wird ein für allemal entweder durch Rechnung oder durch Eichung unter Zugrundelegung einer Probe, die aus dem gleichen Stoff von derselben Dicke besteht und deren Spannungszustand bekannt ist, ermittelt.
  • Die Empfindlichkeit der Messung ist um so besser, je größer der Winkel 0 ist, da die Länge des Weges, den das Licht innerhalb des Probekörpers zu durchlaufen hat, sich in dem gleichen Sinne wie dieser Winkel ändert.
  • Trotzdem ist die Wahl des Wertes dieses Winkels dadurch begrenzt, daß das Volumen der zu untersuchenden Platte eine bestimmte Größe nicht überschreiten soll, nämlich die, bei der man unter Berücksichtigung der erfahrungsgemäßen Fehler den Spannungszustand von einem Punkt zu dem anderen als homogen annehmen kann. Je nachdem, ob der Spannungsgradient kleiner oder größer ist, wird man deshalb einen kleineren oder größeren Winkel wählen. Im allgemeinen ist es möglich, mit einem Winkel von 45" zu arbeiten, was außerdem bequem wegen des sehr einfachen Wertes ist, der dann in der oben angegebenen Formel den Wert cos20 annimmt, der dann zu den folgenden vereinfachten Formeln führt: »45 = a (dl + 0,5 d2), q41 = a (d2 + 0,5 dl).
  • Falls die Spannungen in allen Richtungen den gleichen Wert haben, kann es zweckmäßig sein, einen von dem obenerwähnten etwas abweichenden Winkel, nämlich einen solchen von etwa 38 40', zu wählen, für welchen, wie die Berechnung ergibt, die Ablesungen für die Doppelbrechungswerte mittels des Apparats sich unmittelbar auf die Dicke der Probe und nicht auf die wirkliche Länge des schrägen Weges, auf dem das Licht durch die Probe hindurchgeht, beziehen.
  • Eine einfache Möglichkeit, von einem Wert von 0 zu einem anderen Wert von 0 überzugehen, besteht in der Zwischenschaltung eines Brechungskörpers, dessen Brechungsindex in einem zweckmäßigen Verhältnis zu dem des zu untersuchenden Körpers steht. Im Falle der Verwendung der in der Abbildung dargestellten Vorrichtung, bei der der Winkel a 45" beträgt, ist, wenn die zu untersuchende Probe wie der Brechungskörper einen Index von 1,525 hat (wie im Falle von Spiegelglas), der endgültige Winkel selbst 45C Vorstehend wurde von der Verwendung eines Apparates ausgegangen, bei welchem die Messung durch Reflexion auf der zweiten Fläche der zu untersuchenden Probe erfolgt.
  • Wie eingangs bereits erwähnt wurde, kann mit dem Apparat auch so gemessen werden, daß die Messung nur an dem Strahlenbündel erfolgt, das aus der zweiten Fläche der untersuchten Platte austritt. Im Falle dieses Apparates wird der Zwischen-Brechungskörper verdoppelt, so daß das Strahlenbündel von dem auf der anderen Seite der zu untersuchenden Platte angeordneten Analysator empfangen wird.
  • Beispiel für das Eichen der Vorrichtung Das Eichen einer Meßvorrichtung gemäß der Erfindung, die so ausgebildet ist, daß der Einfallswinkel a 45" beträgt unter Verwendung eines Brechungskörpers aus Glas mit dem Brechungsindex 1,525 erfolgt unter Verwendung eines rechteckigen Probeplättchens aus Glas mit dem Brechungsindex von 1,525 von 6,2 mm Dicke, 40 mm Breite und 70 min Länge, das mittels einer Spezialschraubenpresse einem gleichmäßigen Druck in Richtung parallel zu seiner größten Abmessung unterworfen wurde, dessen Größe in einer an sich bekannten Weise, z. B. wie nachstehend beschrieben, bestimmt wird.
  • Die rechtwinklig zu den Flächen des Probeplättchens erfolgende gewöhnliche polariskopische Untersuchung ergab eine negative Doppelbrechung von 0,87 Wellenlänge im mittleren Gelb (A = 565 Millimikron), d. h. von 793 Millimikron je cm. Da die Spannung in diesem Falle gleichgerichtet ist, ist die Komponente q = Null und die Doppelbrechung vollkommen durch p gegeben. Da die spannungsoptische Konstante des Spiegelglases annähernd 2,5 Brewster entspricht, liegt also eine Druckspannung von 317 kgjcm2 vor.
  • Die Messung mittels der Vorrichtung nach der Erfindung, die so angeordnet wurde, daß die Einfallsebene rechtwinklig zu der Hauptebene liegt, in der die Spannung p herrscht, ergab eine negative Doppelbrechung b von 2,50 Wellenlänge, d. h. 2280 Millimikrontcm. Nachdem dann die Einfallsebene parallel zu der Hauptebene der Spannung p verstellt worden war, wurde eine positive Doppelbrechung bo von 1,231 Wellenlänge, d. h.
  • 1105 Millimikronlcm, gemessen.
  • Die Anwendung der oben angegebenen Formel ergab dann p = a (2280 - 553), q = a (1105 0). 1140).
  • Wie ersichtlich, kann q vernachläßigt bzw. als Null angenommen werden, da der Abstand von nur 35 Millimikron je cm in der Größenordnung der Fehler liegt, die sich beim Kühlen bzw. Abschrecken des Probeglases ergeben.
  • Aus der ersten Gleichung wird nunmehr a errechnet, indem p durch den oben gefundenen Wert von 317 kg/cm2 ersetzt wird. Es ergibt sich: p p ~ 317 ~~ a= 1727 = 1727 = 0,185.
  • Bei Verwendung dieser Vorrichtung ergeben sich bei der Untersuchung von Spiegelglas von 6,2 mm Dicke bei einem Koeffizienten a von 0,185 die Spannungen unmittelbar in kgicm2.
  • In der vorstehenden Beschreibung ist davon ausgegangen, daß das lichtausstrahlende Organ ein geradlinig polarisiertes Licht erzeugt. Es kann aber auch mit kreisförmig polarisiertem Licht gearbeitet werden.
  • PATENTANSPRSCEIE 1. Spannungsoptisches Meßgerät zum Ermitteln der Spannung in einer Platte oder Scheibe aus durchsichtigem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß das polarisierte Strahlenbündel schräg zu der ersten Fläche der zu untersuchenden Platte (8) einfällt, wobei der Einfallswinkel einen beliebigen, jedoch bekannten Wert annehmen kann, während die Polarisationsebene des einfallenden Lichtes gegenüber der Einfallsebene geneigt ist, und daß ein aus einer Meßvorrichtung für die Doppelbrechung und einem Analysator bestehendes Empfangsorgan so angeordnet ist, daß es das ausgesandte Lichtstrahlenbündel entweder nach einfachem oder bei Reflexion auf der zweiten Fläche (12) der Platte (8) nach doppeltem Durchgang durch diese empfängt.

Claims (1)

  1. 2. Meßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung eines Zwischenkörpers, die dem Lichtstrahlenbündel im Inneren der Platte (8) eine im vorhinein gewählte Neigung erteilt.
    3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkörper aus einem lichtbrechenden Körper (6), wie einem Prisma, besteht, das in Kontakt mit der ersten Fläche der Platte (8) im Wege einerseits des einfallenden, von der Lichtquelle (1) kommenden Lichtstrahlenbündels und andererseits des nach dem Empfangsorgan reflektierten Lichtstrahlenbündels liegt.
    4. Meßgerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Anordnung von zwei lichtbrechenden Zwischenkörpern je auf einer Seite der zu untersuchenden Platte, deren erster dem Lichtstrahlenbündel im Inneren der Platte die gewählte Neigung gibt, während der zweite das Lichtstrahlenbündel nach dem Empfangsorgan richtet.
    5. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichzeichnet, daß der lichtbrechende Zwischenkörper (6), z. B. ein Prisma, den gleichen Brechungsindex wie der zu untersuchende Werkstoff hat.
    6. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel auf die zweite Fläche (12) der zu untersuchenden Platte od. dgl. etwa 45" beträgt.
    7. Meßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zwischen der Lichtquelle und dem Empfangsorgan angeordnetes Verbindungsorgan (13, 14), um die Lichtquelle und das Empfangsorgan miteinander fluchtend in die Richtung der Lichtstrahlenbündel, die sie aussenden bzw. empfangen, einzustellen.
    8. Meßgerät nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch zwei Tragkonstruktionen, und zwar eine für die Elemente, aus denen das das Licht aussendende Organ besteht, und eine für die Elemente des Empfangsorgans zur Analyse und den in Kontakt mit der zu untersuchenden Platte stehenden Zwischenkörper, wobei die eine der Tragkonstruktionen verstellbar ist, um durch ihre Verstellung das die Platte (8) verlassende Licht strahlenbündel entsprechend unterschiedlichen Dicken der Platte (8) so zu richten, daß es durch die Empfangs- und die Analysiervorrichtung hindurchgeht.
    9. Meßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der Tragkonstruktionen längs ihrer Achse verschieblich verstellbar ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 891150.
DES46506A 1954-11-27 1955-11-26 Spannungsoptisches Messgeraet Pending DE1021597B (de)

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FR1021597X 1954-11-27

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ID=9577068

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1223587B (de) * 1959-03-21 1966-08-25 Budd Co Spannungsoptisches Geraet
EP0023577A1 (de) * 1979-07-06 1981-02-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Messen der Oberflächenspannung

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE891150C (de) * 1944-07-15 1953-09-24 Zeiss Ikon Ag Spannungsoptisches Pruefgeraet

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE891150C (de) * 1944-07-15 1953-09-24 Zeiss Ikon Ag Spannungsoptisches Pruefgeraet

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1223587B (de) * 1959-03-21 1966-08-25 Budd Co Spannungsoptisches Geraet
EP0023577A1 (de) * 1979-07-06 1981-02-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Messen der Oberflächenspannung

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