鋼化玻璃表面應力測量儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及應力檢測裝置，尤其涉及一種鋼化玻璃表面應力測量儀。
【背景技術】
[0002] 我們知道，鋼化玻璃又稱強化玻璃，它是一種預應力玻璃，通常使用化學或物理的 方法，在玻璃表面形成壓應力，玻璃承受外力時首先抵消表層壓力，從而提高了承載能力， 因而鋼化玻璃廣泛應用于建筑門窗、玻璃幕墻、電子儀表等領域。雖然經過鋼化處理的玻璃 由于產生應力從而提高了其承載力，但是這種應力通常是極不均勻的，會降低鋼化玻璃制 品的機械強度和熱穩定性，影響玻璃制品的安全使用，嚴重時甚至會發生自爆現象。尤其是 隨著觸控產業的蓬勃發展，觸控產品本身的規格要求也日漸嚴格，由于觸控面板是由外部 施加壓力去進行感應組件的運作方式從而達到使用效果，因此產品的機械抗壓力是各大廠 商的重要規范與指標。對于光學玻璃，較大應力的存在也嚴重影響了光學透光性及成像質 量。因而，為保證鋼化玻璃制品的使用性能，鋼化玻璃的應力要控制在規定范圍內，這就要 求對鋼化玻璃的表面應力進行檢測。
[0003] 目前市場上常見的鋼化玻璃表面應力儀包括光源、折射棱鏡、目鏡、工業相機，折 射棱鏡位于光源的光線發射方向，目鏡的一端位于折射棱鏡的光折射方向，另一端連接工 業相機，利用這種應力儀檢測鋼化玻璃表面應力時，將待測玻璃放置在棱鏡表面使棱鏡與 其相貼合，光源發出的光入射到折射棱鏡上，在折射棱鏡與待測玻璃的接觸面發生全反射。 由于鋼化玻璃表面存在應力，入射到玻璃表面的全反射光在應力層的作用下會產生雙折 射，形成兩束偏振方向互相垂直的光束，該兩束光束通過目鏡、工業相機后被轉換成便于識 別的兩組亮、暗條紋相間的條紋列，通過對比兩組條紋列中相應亮條紋或暗條紋之間的位 置對應關系計算玻璃表面的應力。然而，利用現有應力儀測量鋼化玻璃表面應力時，雖然光 源發出的光經折射棱鏡與待測玻璃的接觸面發生全反射之后可以得到干涉條紋圖像，但是 由于全反射之后有部分滿足波導模式的光被待測玻璃表層束縛后從玻璃端面出射，出射的 這部分光能損耗導致工業相機接收到的圖像亮度衰減，圖像亮度衰減造成亮條紋和暗條紋 之間的對比度變低，條紋邊界不清晰。而且，現有應力儀測量時得到的干涉條紋圖像中暗條 紋比較細，圖像處理時會自動選擇對比兩組條紋列中相應暗條紋之間的對應關系，從而計 算出鋼化玻璃表面的應力。由于暗條紋與亮條紋之間的對比度低，且暗條紋邊界不清晰，圖 像處理時就無法精確獲取兩組條紋列中相應暗條紋之間的對應關系，導致現有應力儀測量 誤差大，測量精度低。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是解決上述現有技術的不足，提供一種測量誤差小、測量精度高的 鋼化玻璃表面應力測量儀。
[0005] 本發明解決上述現有技術的不足所采用的技術方案是：
[0006] -種鋼化玻璃表面應力測量儀，包括光源、光折射元件、成像單元，光折射元件位 于光源的光發射方向，供放置待測玻璃，光源發出的光經光折射元件折射后進入成像單元 成像，其特征在于，所述的光折射元件是沿光路方向設置有第一折射棱鏡和第二折射棱鏡， 所述的成像單元包括透鏡組、偏振裝置和圖像傳感器，透鏡組的前端位于第二折射棱鏡的 光折射方向，透鏡組的后端設有偏振裝置，偏振裝置的后端設有圖像傳感器。
[0007] 本發明所述的第一折射棱鏡和第二折射棱鏡均為等腰三角棱鏡，且光源發出的主 光線垂直于第一折射棱鏡的腰。
[0008] 本發明所述的第一折射棱鏡與第二折射棱鏡底邊的尺寸相同，且第一折射棱鏡底 邊的尺寸與第二折射棱鏡底邊的尺寸之和小于或等于待測玻璃的尺寸。
[0009] 本發明所述的第一折射棱鏡和第二折射棱鏡相接設置。
[0010] 本發明所述的光源是波長為500-900nm范圍的單色光源。
[0011] 本發明所述的光源與第一折射棱鏡之間設置有會聚透鏡，光源發出的光經會聚透 鏡會聚后入射到第一折射棱鏡，光源、會聚透鏡與第一折射棱鏡之間的距離滿足高斯光學 公式。
[0012] 本發明所述的光源與圖像傳感器之間的光路上設置有帶通濾波片，帶通濾波片的 半峰寬< 3nm。
[0013] 本發明所述的光源與圖像傳感器之間的光路上還設有衰減片，可以根據需要對光 線強弱進行調節。
[0014] 本發明所述的偏振裝置由兩片偏振方向互相垂直的偏振片拼接而成。
[0015] 本發明所述的圖像傳感器可以為CCD或CMOS中的一種，也可以是基于CCD或CMOS的 工業相機。
[0016] 本發明的有益效果是，由于本發明應力測量儀的光折射元件是沿光路方向設置有 第一折射棱鏡和第二折射棱鏡，待測玻璃放置在第一折射棱鏡和第二折射棱鏡之上，光源 發射的光入射到第一折射棱鏡之后，在第一折射棱鏡與待測玻璃的接觸面發生全反射，其 中有部分滿足波導模式的全反射光被待測玻璃表層束縛后，沿玻璃內部傳播。由于沿光路 方向還設置有第二折射棱鏡，沿玻璃內部傳播的這部分全反射光被耦合進入第二折射棱 鏡，從第二折射棱鏡出射后，進入到第二折射棱鏡后端的成像單元進行成像。由于經過第一 折射棱鏡后在玻璃內部傳播的這部分全反射光沒有在玻璃端面傳出至玻璃外面，而是被耦 合進入第二折射棱鏡后由成像單元接收，因而成像單元接收到的圖像亮度沒有衰減，亮條 紋和暗條紋之間的對比度高，條紋邊界清晰。由于成像單元接收到的圖像是由經過第一折 射棱鏡后在玻璃內部傳播的這一部分全反射光干涉產生，干涉條紋圖像中亮條紋比較細， 圖像處理時會自動選擇兩組條紋列中相應亮條紋之間的對應關系，由于亮條紋比較清晰， 且亮條紋與暗條紋之間的對比度高，因而圖像處理時可以精確獲取兩組條紋列中相應亮條 紋之間的對應關系，從而精度計算出玻璃表面應力，減小了測量誤差，提高了測量精度。作 為優選方案，本發明所述的第一折射棱鏡和第二折射棱鏡均為等腰三角棱鏡，且光源發出 的主光線垂直于第一折射棱鏡的腰，由于第一折射棱鏡與第二折射棱鏡均為等腰三角棱 鏡，因而垂直于第一折射棱鏡腰的主光線將會以垂直于第二折射棱鏡腰的方式出射，主光 線垂直地入射和出射，大大減小了光能損耗，提高了測量精度。由于第一折射棱鏡與第二折 射棱鏡底邊的尺寸相同，且第一折射棱鏡底邊的尺寸與第二折射棱鏡底邊的尺寸之和小于 或等于待測玻璃的尺寸，沿待測玻璃內部傳播的這部分全反射光能夠被全部耦合至第二折 射棱鏡，避免了光從玻璃端面出射至玻璃外面而造成光能損耗，提高了測量精度。第一折射 棱鏡與第二折射棱鏡相接設置，可以進一步提高本發明應力測量儀的測量精度。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明應力測量儀的一種結構示意圖，也是一種實施例示意圖。
[0018] 圖2為本發明應力測量儀的另一種結構示意圖，也是一種優選實施例示意圖。
[0019] 圖3為利用現有玻璃應力儀測量時得到的干涉條紋圖像。
[0020]圖4為利用本發明應力測量儀測量時得到的干涉條紋圖像。
【具體實施方式】
[0021] 以下描述用于揭露本發明以使本領域技術人員能夠實現本發明。以下描述中的優 選實施例只作為舉例，本領域技術人員可以想到其他顯而易見的變型。在以下描述中界定 的本發明的基本原理可以應用于其他實施方案、變形方案、改進方案、等同方案以及沒有背 離本發明的精神和范圍的其他技術方案。
[0022] 實施例一
[0023] 圖1示出了本發明應力測量儀的一種實施例結構示意圖。如圖1所示，本實施例所 述的鋼化玻璃表面應力測量儀，包括光源10、光折射元件、成像單元，光折射元件位于光源 的光發射方向，供放置待測玻璃70，光源發射的光經折射元件折射后進入成像單元成像。由 圖1可以看出，本實施例所述的光折射元件是沿光路方向設置有第一折射棱鏡20和第二折 射棱鏡30,所述的成像單元包括透鏡組40、偏振裝置50和圖像傳感器60,透鏡組40的前端位 于第二折射棱鏡30的光折射方向，透鏡組40的后端連接偏振裝置50,偏振裝置用于將從第 二折射棱鏡出射的光成分分離成相對于待測玻璃與第二折射棱鏡的接觸面平行的振動和 垂直的振動的兩種光成分，這兩種光成分被顯著識別為兩組亮、暗條紋相間的條紋列。偏振 裝置50的后端設有圖像傳感器60。為了便于圖像傳感器60接收清晰圖像，第二折射棱鏡30、 透鏡組40與圖像傳感器60之間的距離滿足高斯光學公式，
，其中，d2為透 鏡組與圖像傳感器之間的距離，ch為第二折射棱鏡與透鏡組之間的距離，f為透鏡組的焦 距。
[0024]經鋼化處理的玻璃在其表面會產生應力層，入射到玻璃表面的全反射光在其應力 層的作用下會產生雙折射，形成兩束偏振方向互相垂直且傳播方向不同的光束，該兩束光 束通過成像單元被轉換成便于識別的兩組亮、暗條紋相間的條紋列，通過對比兩組條紋列 中相應亮條紋或暗條紋之間的對應關系計算鋼化玻璃表面的應力。但是，由于光源發出的 光在折射棱鏡與待測玻璃接觸面發生全反射之后，有部分滿足波導模式的全反射光被玻璃 表層束縛后沿玻璃內部傳播至玻璃端面出射，出射的這部分光能損耗導致成像單元接收到 的圖像亮度衰減，圖像亮度衰減造成亮條紋和暗條紋之間的對比度變低，如圖3所示，而且 成像單元得到的干涉條紋圖像中暗條紋比較細，圖像處理時會自動選擇對比兩組條紋列中 相應暗條紋之間的對應關系，由于暗條紋與亮條紋之間條紋邊界不清晰，尤其是暗條紋的 邊界不清晰，圖像處理時難以精確獲取兩組條紋列中相應暗條紋之間的對應關系，導致測 量精度低。對此，本發明應力測量儀沿光路方向設置了第一折射棱鏡和第二折射棱鏡，沿玻 璃內部傳播的這部分全反射光被耦合進入第二折射棱鏡，從第二折射棱