钢化玻璃表面应力测量仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及应力检测装置，尤其涉及一种钢化玻璃表面应力测量仪。
【背景技术】
[0002] 我们知道，钢化玻璃又称强化玻璃，它是一种预应力玻璃，通常使用化学或物理的 方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层压力，从而提高了承载能力， 因而钢化玻璃广泛应用于建筑门窗、玻璃幕墙、电子仪表等领域。虽然经过钢化处理的玻璃 由于产生应力从而提高了其承载力，但是这种应力通常是极不均匀的，会降低钢化玻璃制 品的机械强度和热稳定性，影响玻璃制品的安全使用，严重时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力是各大厂 商的重要规范与指标。对于光学玻璃，较大应力的存在也严重影响了光学透光性及成像质 量。因而，为保证钢化玻璃制品的使用性能，钢化玻璃的应力要控制在规定范围内，这就要 求对钢化玻璃的表面应力进行检测。
[0003]目前市场上常见的钢化玻璃表面应力仪包括光源、折射棱镜、目镜、工业相机，折 射棱镜位于光源的光线发射方向，目镜的一端位于折射棱镜的光折射方向，另一端连接工 业相机，利用这种应力仪检测钢化玻璃表面应力时，将待测玻璃放置在棱镜表面使棱镜与 其相贴合，光源发出的光入射到折射棱镜上，在折射棱镜与待测玻璃的接触面发生全反射。 由于钢化玻璃表面存在应力，入射到玻璃表面的全反射光在应力层的作用下会产生双折 射，形成两束偏振方向互相垂直的光束，该两束光束通过目镜、工业相机后被转换成便于识 别的两组亮、暗条纹相间的条纹列，通过对比两组条纹列中相应亮条纹或暗条纹之间的位 置对应关系计算玻璃表面的应力。然而，利用现有应力仪测量钢化玻璃表面应力时，虽然光 源发出的光经折射棱镜与待测玻璃的接触面发生全反射之后可以得到干涉条纹图像，但是 由于全反射之后有部分满足波导模式的光被待测玻璃表层束缚后从玻璃端面出射，出射的 这部分光能损耗导致工业相机接收到的图像亮度衰减，图像亮度衰减造成亮条纹和暗条纹 之间的对比度变低，条纹边界不清晰。而且，现有应力仪测量时得到的干涉条纹图像中暗条 纹比较细，图像处理时会自动选择对比两组条纹列中相应暗条纹之间的对应关系，从而计 算出钢化玻璃表面的应力。由于暗条纹与亮条纹之间的对比度低，且暗条纹边界不清晰，图 像处理时就无法精确获取两组条纹列中相应暗条纹之间的对应关系，导致现有应力仪测量 误差大，测量精度低。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种测量误差小、测量精度高的 钢化玻璃表面应力测量仪。
[0005] 本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：
[0006] -种钢化玻璃表面应力测量仪，包括光源、光折射元件、成像单元，光折射元件位 于光源的光发射方向，供放置待测玻璃，光源发出的光经光折射元件折射后进入成像单元 成像，其特征在于，所述的光折射元件是沿光路方向设置有第一折射棱镜和第二折射棱镜， 所述的成像单元包括透镜组、偏振装置和图像传感器，透镜组的前端位于第二折射棱镜的 光折射方向，透镜组的后端设有偏振装置，偏振装置的后端设有图像传感器。
[0007] 本发明所述的第一折射棱镜和第二折射棱镜均为等腰三角棱镜，且光源发出的主 光线垂直于第一折射棱镜的腰。
[0008] 本发明所述的第一折射棱镜与第二折射棱镜底边的尺寸相同，且第一折射棱镜底 边的尺寸与第二折射棱镜底边的尺寸之和小于或等于待测玻璃的尺寸。
[0009] 本发明所述的第一折射棱镜和第二折射棱镜相接设置。
[0010] 本发明所述的光源是波长为500-900nm范围的单色光源。
[0011] 本发明所述的光源与第一折射棱镜之间设置有会聚透镜，光源发出的光经会聚透 镜会聚后入射到第一折射棱镜，光源、会聚透镜与第一折射棱镜之间的距离满足高斯光学 公式。
[0012] 本发明所述的光源与图像传感器之间的光路上设置有带通滤波片，带通滤波片的 半峰宽< 3nm。
[0013] 本发明所述的光源与图像传感器之间的光路上还设有衰减片，可以根据需要对光 线强弱进行调节。
[0014] 本发明所述的偏振装置由两片偏振方向互相垂直的偏振片拼接而成。
[0015] 本发明所述的图像传感器可以为C⑶或CMOS中的一种，也可以是基于C⑶或CMOS 的工业相机。
[0016] 本发明的有益效果是，由于本发明应力测量仪的光折射元件是沿光路方向设置有 第一折射棱镜和第二折射棱镜，待测玻璃放置在第一折射棱镜和第二折射棱镜之上，光源 发射的光入射到第一折射棱镜之后，在第一折射棱镜与待测玻璃的接触面发生全反射，其 中有部分满足波导模式的全反射光被待测玻璃表层束缚后，沿玻璃内部传播。由于沿光路 方向还设置有第二折射棱镜，沿玻璃内部传播的这部分全反射光被耦合进入第二折射棱 镜，从第二折射棱镜出射后，进入到第二折射棱镜后端的成像单元进行成像。由于经过第一 折射棱镜后在玻璃内部传播的这部分全反射光没有在玻璃端面传出至玻璃外面，而是被耦 合进入第二折射棱镜后由成像单元接收，因而成像单元接收到的图像亮度没有衰减，亮条 纹和暗条纹之间的对比度高，条纹边界清晰。由于成像单元接收到的图像是由经过第一折 射棱镜后在玻璃内部传播的这一部分全反射光干涉产生，干涉条纹图像中亮条纹比较细， 图像处理时会自动选择两组条纹列中相应亮条纹之间的对应关系，由于亮条纹比较清晰， 且亮条纹与暗条纹之间的对比度高，因而图像处理时可以精确获取两组条纹列中相应亮条 纹之间的对应关系，从而精度计算出玻璃表面应力，减小了测量误差，提高了测量精度。作 为优选方案，本发明所述的第一折射棱镜和第二折射棱镜均为等腰三角棱镜，且光源发出 的主光线垂直于第一折射棱镜的腰，由于第一折射棱镜与第二折射棱镜均为等腰三角棱 镜，因而垂直于第一折射棱镜腰的主光线将会以垂直于第二折射棱镜腰的方式出射，主光 线垂直地入射和出射，大大减小了光能损耗，提高了测量精度。由于第一折射棱镜与第二折 射棱镜底边的尺寸相同，且第一折射棱镜底边的尺寸与第二折射棱镜底边的尺寸之和小于 或等于待测玻璃的尺寸，沿待测玻璃内部传播的这部分全反射光能够被全部耦合至第二折 射棱镜，避免了光从玻璃端面出射至玻璃外面而造成光能损耗，提高了测量精度。第一折射 棱镜与第二折射棱镜相接设置，可以进一步提高本发明应力测量仪的测量精度。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明应力测量仪的一种结构示意图，也是一种实施例示意图。
[0018] 图2为本发明应力测量仪的另一种结构示意图，也是一种优选实施例示意图。
[0019] 图3为利用现有玻璃应力仪测量时得到的干涉条纹图像。
[0020] 图4为利用本发明应力测量仪测量时得到的干涉条纹图像。
【具体实施方式】
[0021] 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。以下描述中的优 选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定 的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背 离本发明的精神和范围的其他技术方案。
[0022] 实施例一
[0023] 图1示出了本发明应力测量仪的一种实施例结构示意图。如图1所示，本实施例 所述的钢化玻璃表面应力测量仪，包括光源10、光折射元件、成像单元，光折射元件位于光 源的光发射方向，供放置待测玻璃70,光源发射的光经折射元件折射后进入成像单元成像。 由图1可以看出，本实施例所述的光折射元件是沿光路方向设置有第一折射棱镜20和第二 折射棱镜30,所述的成像单元包括透镜组40、偏振装置50和图像传感器60,透镜组40的前 端位于第二折射棱镜30的光折射方向，透镜组40的后端连接偏振装置50,偏振装置用于将 从第二折射棱镜出射的光成分分离成相对于待测玻璃与第二折射棱镜的接触面平行的振 动和垂直的振动的两种光成分，这两种光成分被显著识别为两组亮、暗条纹相间的条纹列。 偏振装置50的后端设有图像传感器60。为了便于图像传感器60接收清晰图像，第二折射 棱镜30、透镜组40与图像传感器60之间的距离满足高斯光学公式，S卩：+ =+ + ，其 中，d2为透镜组与图像传感器之间的距离，屯为第二折射棱镜与透镜组之间的距离，f为透 镜组的焦距。
[0024] 经钢化处理的玻璃在其表面会产生应力层，入射到玻璃表面的全反射光在其应力 层的作用下会产生双折射，形成两束偏振方向互相垂直且传播方向不同的光束，该两束光 束通过成像单元被转换成便于识别的两组亮、暗条纹相间的条纹列，通过对比两组条纹列 中相应亮条纹或暗条纹之间的对应关系计算钢化玻璃表面的应力。但是，由于光源发出的 光在折射棱镜与待测玻璃接触面发生全反射之后，有部分满足波导模式的全反射光被玻璃 表层束缚后沿玻璃内部传播至玻璃端面出射，出射的这部分光能损耗导致成像单元接收到 的图像亮度衰减，图像亮度衰减造成亮条纹和暗条纹之间的对比度变低，如图3所示，而且 成像单元得到的干涉条纹图像中暗条纹比较细，图像处理时会自动选择对比两组条纹列中 相应暗条纹之间的对应关系，由于暗条纹与亮条纹之间条纹边界不清晰，尤其是暗条纹的 边界不清晰，图像处理时难以精确获取两组条纹列中相应暗条纹之间的对应关系，导致测 量精度低。对此，本发明应力测量仪沿光路方向设置了第一折射棱镜和第二折射棱镜，沿玻 璃内部传播的这部分全反射光被耦合进入第二折射棱镜，从第二折射棱镜出射后