，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，同时， 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，如图4所示，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，由于亮条纹的边界非常清晰，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 精确计算出玻璃表面应力，减小了测量误差，提高了测量精度。
[0025] 实施例二
[0026] 图2示出了本发明应力测量仪的一种优选实施例。如图2所示的应力测量仪，包 括光源10、第一折射棱镜20、第二折射棱镜30、透镜组40、偏振装置50以及图像传感器60， 第一折射棱镜20和第二折射棱镜30供放置待测玻璃70,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的后端设有偏振装置50,偏振装置50的后端设有图像传感 器60。作为优选实施方式，本实施例中所述的第一折射棱镜20和第二折射棱镜30均为等 腰三角棱镜，且光源10发出的主光线垂直于第一折射棱镜20的腰，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。本实施例中，第一折射棱镜20与第二折射棱镜30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70的尺寸，因而经过第一折射棱镜全反射后在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30,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。从图2可以看出，第一折射棱镜20与第二折射棱镜30相接设置，可以进一 步提高本发明应力测量仪的测量精度。
[0027] 本实施例中的光源10是能发射出具有中心波长的单色光的光源，可以排除其它 波长光的影响，以便得到清晰的干涉条纹图像。本实施例中优选中心波长为500-900nm范 围的单色光源。由于光源发出的光为发散光，为了使光源发射的光最大程度地入射到第一 折射棱镜20,本实施例中在光源10与第一折射棱镜20之间设置有会聚透镜11，光源发出 的光经会聚透镜11会聚后入射到第一折射棱镜，光源10、会聚透镜11与第一折射棱镜20 之间的距离满足高斯光学公式，即= _i_其中，（14为会聚透镜与第一折射棱镜之 '4 J? '3. 间的距离，f。为会聚透镜的焦距，(13为光源与会聚透镜之间的距离。为了操作方便，本发明 测量仪还设置有用于安装会聚透镜11的透镜支架14,透镜支架由第一支撑板、第二支撑板 和第三支撑板构成，其中，第一支撑板上安装会聚透镜，第二支撑板与第一支撑板的夹角为 90°，第三支撑板与第二支撑板的夹角为120°，使用时将第三支撑板以垂直于工作台的方 式放置，光源10发出的光线经第一支撑板上的会聚透镜会聚后入射到第一折射棱镜20。为 使光源发出的主光线垂直于第一折射棱镜的入射边，透镜支架14的第一支撑板呈与入射 边平行的方向设置，因而此时第一折射棱镜为等边三角棱镜，为了使垂直于第一折射棱镜 入射边的主光线以垂直于第二折射棱镜出射边的方式出射，第二折射棱镜也为等边三角棱 镜。由于第一折射棱镜和第二折射棱镜均为等边三角棱镜，提高了本发明应力仪的集成度， 使本发明装置占据空间更小，结构合理，使用便利。
[0028] 本发明所述的光源也可以不是单色光源，对此，可以在光源与图像传感器之间的 光路上设置带通滤波片对光源发射出的光进行滤波使之成为单色光。当然，即使光源是单 色光源，也可以在光源与图像传感器之间的光路上设置带通滤波片，对光源发射的光进一 步提纯，使之成为半峰宽更窄的单色光。本实施例中，光源与会聚透镜之间的光路上设置有 带通滤波片12,带通滤波片12的半峰宽< 3nm。本实施例光源与图像传感器之间的光路上 还设有衰减片13,使用者可以根据实际情况对光线强弱进行调节。
[0029] 本发明所述的偏振装置是由两片偏振方向互相垂直的偏振片拼接而成，两片偏振 片后端设有图像传感器，所述的图像传感器可以为CCD或CMOS中的一种，也可以是基于CCD 或CMOS的工业相机。在本实施例中，图像传感器为基于C⑶的工业相机61，用于光电转换， 将接收到的亮、暗条纹的光学信号转换为数字信号。
[0030] 作为优选实施方式，本实施例所述的图像传感器60还可以根据需要连接数据处 理单元80,数据处理单元80根据图像传感器的输入信号实现对待测玻璃表面应力的实时 采集和分析，完成钢化玻璃表面应力的精确检测。该数据处理单元80可以是具有数据处理 软件的通用计算机，或者是专用数据处理器。
[0031] 使用本发明应力测量仪检测钢化玻璃表面应力时，首先根据待测玻璃的尺寸选择 合适的第一折射棱镜和第二折射棱镜，第一折射棱镜与第二折射棱镜为等腰三角棱镜的时 候，本发明应力测量仪的测量精度更高。当第一折射棱镜的底边尺寸与第二折射棱镜的底 边尺寸相同，且尺寸之和小于或等于待测玻璃的尺寸时，测量精度得以进一步提高。将待测 玻璃放置第一折射棱镜与第二折射棱镜之上，使第一折射棱镜与第二折射棱镜的底边完全 与待测玻璃相接触，接触面可以滴少量折射液以便待测玻璃与第一折射棱镜和第二折射棱 镜更好的相贴合，从而提高测量精度。调整光源，最好使光源以主光线垂直于第一折射棱镜 入射边的角度设置，光源发出的光在第一折射棱镜与待测玻璃的接触面发生全反射，其中 一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第二折射棱镜处时， 被耦合进入第二折射棱镜，从第二棱镜出射后，进入到第二折射棱镜后端的成像单元，成像 单元中的透镜组对接收到的光进行适当调整后入射到后端的偏振装置，经过偏振装置的光 被显著识别为两组亮、暗条纹相间的条纹列，图像传感器将接收到的亮、暗相间的条纹列进 行光电转换后，将得到的电信号输入到数据处理单元完成最终钢化玻璃表面应力的精确测 量。
[0032] 本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例 而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在 实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
【主权项】
1. 一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。2. 根据权利要求1所述的钢化玻璃表面应力测量仪，其特征在于，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。3. 根据权利要求2所述的钢化玻璃表面应力测量仪，其特征在于，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。4. 根据权利要求2或3所述的钢化玻璃表面应力测量仪，其特征在于，所述的第一折射 棱镜和第二折射棱镜相接设置。5. 根据权利要求1或2所述的钢化玻璃表面应力测量仪，其特征在于，所述的光源是波 长为500-900nm范围的单色光源。6. 根据权利要求1或2所述的钢化玻璃表面应力测量仪，其特征在于，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。7. 根据权利要求1或2所述的钢化玻璃表面应力测量仪，其特征在于，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。8. 根据权利要求1或2所述的钢化玻璃表面应力测量仪，其特征在于，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。9. 根据权利要求1或2所述的钢化玻璃表面应力测量仪，其特征在于，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。10. 根据权利要求1或2所述的钢化玻璃表面应力测量仪，其特征在于，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。
【专利摘要】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，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。由于光源发出的光经第一折射棱镜全反射之后沿玻璃内部传播的这部分光被耦合进入第二折射棱镜，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，提高了测量精度。
【IPC分类】G01L1/24
【公开号】CN105333980
【申请号】CN201510844432
【发明人】孙晓敏
【申请人】苏州精创光学仪器有限公司
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年11月27日