玻璃表面應(yīng)力儀的制作方法
【專利摘要】根據(jù)本實用新型提供了一種玻璃表面應(yīng)力儀，其包括：照明單元，照明單元包括光源；檢測棱鏡，檢測棱鏡具有用于與被檢測玻璃的表面貼合以進行檢測的檢測表面，從所述照明單元入射檢測棱鏡的檢測光在所述檢測表面和被檢測玻璃的表面之間的貼合處被全反射；和成像單元，成像單元布置成接收來自所述檢測棱鏡的出射光并形成檢測圖像，其中，所述照明單元還包括聚光鏡，該聚光鏡被形成和布置為將來自所述光源的光聚焦到所述檢測棱鏡的所述檢測表面上或其附近。所述玻璃表面應(yīng)力儀通過設(shè)置聚光鏡將來自光源的光聚焦到檢測棱鏡的檢測表面上或其附近，這樣有助于提高檢測精度。
【專利說明】
玻璃表面應(yīng)力儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本公開涉及一種光學(xué)檢測裝置，具體地，涉及一種玻璃表面應(yīng)力儀。
【背景技術(shù)】
[0002]玻璃板是日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中都常見的材料。為了衡量玻璃板質(zhì)量、確保玻璃板使用的安全，經(jīng)常需要對玻璃板中的應(yīng)力進行測量。為了檢測玻璃板應(yīng)力，在國標等標準中規(guī)定，采用雙折射的方式測量玻璃的表面應(yīng)力，以表征玻璃內(nèi)部的應(yīng)力水平。目前，實際使用中，測定玻璃表面應(yīng)力的方式主要有兩種:微分表面折射法DSR(DifferentialSurface Refractometry)和表面掠角偏關(guān)法GASP(Grazing Angle Surface Plarimetry)。其中DSR方式由于使用的光學(xué)元件少，檢測儀器的價格相對較低，而被各種檢測機構(gòu)廣為采用。
[0003]然而，現(xiàn)有的DSR方式的玻璃表面應(yīng)力儀并非沒有缺陷。具體而言，圖1a和圖1b示出了現(xiàn)有的DSR方式的玻璃表面應(yīng)力儀的光學(xué)檢測的局部示意圖。如圖1a和Ib所示，從光源I發(fā)出的光是發(fā)散的，該發(fā)散的光照射到檢測棱鏡2的檢測表面2a上，并在檢測棱鏡與玻璃表面之間的界面被反射。在檢測曲面玻璃3(例如用于汽車的擋風(fēng)玻璃)的情況下，如圖1a所示，曲面玻璃和棱鏡接觸點3a處的入射光線不一定包含具有全反射角的光線，因此檢測的誤差較大。對于平面玻璃4檢測，如圖1b所示，存在對被檢測玻璃的折射率的范圍要求窄的問題。另外，上述現(xiàn)有的玻璃表面應(yīng)力儀如果在檢測表面2a上有劃痕或污跡，劃痕或污跡對檢測結(jié)果的影響很大，造成較大的檢測誤差。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，做出了本發(fā)明創(chuàng)造。
[0005]根據(jù)本實用新型，提供了一種玻璃表面應(yīng)力儀，其包括:照明單元，照明單元包括光源;檢測棱鏡，檢測棱鏡具有用于與被檢測玻璃的表面貼合以進行檢測的檢測表面，從所述照明單元入射檢測棱鏡的檢測光在所述檢測表面和被檢測玻璃的表面之間的貼合處被全反射;和成像單元，成像單元布置成接收來自所述檢測棱鏡的出射光并形成檢測圖像，其中，所述照明單元還包括聚光鏡，該聚光鏡被形成和布置為將來自所述光源的光聚焦到所述檢測棱鏡的所述檢測表面上或其附近。
[0006]優(yōu)選，所述光源為白色LED光源。
[0007]優(yōu)選，所述照明單元在所述光源和所述聚光鏡之間還包括光闌和濾光片中的至少一者O
[0008]根據(jù)一些實施例，所述照明單元還可以包括將來自所述聚光鏡的光引導(dǎo)至所述檢測棱鏡的反射鏡。根據(jù)另一些實施例，所述檢測棱鏡可以包括對進入檢測棱鏡的檢測光進行反射并將其引導(dǎo)到所述檢測表面的反射面。
[0009]所述聚光鏡的焦距優(yōu)選不大于25mm。
[0010]優(yōu)選，所述玻璃表面應(yīng)力儀還包括遮光外罩，所述照明單元、檢測棱鏡和成像單元容納在該遮光外罩中，并且所述遮光外罩形成有檢測孔，所述檢測棱鏡的檢測表面從所述檢測孔伸出。更優(yōu)選地，所述檢測孔位于所述遮光外罩底部，并且在所述遮光外罩與所述檢測棱鏡之間圍繞所述檢測孔設(shè)置有遮光密封件。所述檢測棱鏡的檢測表面從所述檢測孔伸出的距離優(yōu)選是可調(diào)的。
[0011]優(yōu)選，所述成像單元包括沿著光路依次設(shè)置的第一反射鏡、透鏡組、第二反射鏡、分析鏡和感光元件，并且穿過所述遮光外罩可設(shè)置有對所述第一反射鏡的位置進行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)件。
[0012]優(yōu)選，所述玻璃表面應(yīng)力儀還包括:設(shè)置在所述遮光外罩內(nèi)的數(shù)據(jù)處理單元，所述感光元件與數(shù)據(jù)處理單元電連接;和形成在所述遮光外罩的表面上或支撐在所述遮光外罩上的顯示單元，該顯示單元電連接至所述數(shù)據(jù)處理單元，用于顯示所述檢測圖像。
[0013]優(yōu)選，所述成像單元還包括第三反射鏡和目視觀察單元，該第三反射鏡設(shè)置在所述第二反射鏡和分析鏡之間，其能夠在第一位置和第二位置之間旋轉(zhuǎn)，在所述第一位置，該第三反射鏡將來自第二反射鏡的光引導(dǎo)至所述分析鏡，并且在所述第二位置，該第三反射鏡將來自第二反射鏡的光引導(dǎo)至所述目視觀察單元，所述目視觀察單元從所述遮光外罩露出。
[0014]根據(jù)本實用新型的玻璃表面應(yīng)力儀通過設(shè)置聚光鏡將來自光源的光聚焦到檢測棱鏡的檢測表面上或其附近，這樣有助于提高檢測精度。
【附圖說明】
[0015]通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本申請的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0016]圖1a是現(xiàn)有技術(shù)玻璃表面應(yīng)力儀檢測曲面玻璃時的局部示意圖；
[0017]圖1b是現(xiàn)有技術(shù)玻璃表面應(yīng)力儀檢測平面玻璃時的局部示意圖；
[0018]圖2a是根據(jù)本實用新型實施例的玻璃表面應(yīng)力儀用于檢測曲面玻璃的局部示意圖；
[0019]圖2b是根據(jù)本實用新型實施例的玻璃表面應(yīng)力儀用于檢測平面玻璃的局部示意圖；
[0020]圖3是根據(jù)本實用新型第一實施例的玻璃表面應(yīng)力儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖4是根據(jù)第一實施例的變型的玻璃表面應(yīng)力儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5是根據(jù)第一實施例的另一變型的玻璃表面應(yīng)力儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖6是根據(jù)本實用新型第二實施例的玻璃表面應(yīng)力儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋相關(guān)發(fā)明創(chuàng)造，而非對其的限定。
[0025]圖2a和圖2b分別示出了根據(jù)本實用新型實施例的玻璃表面應(yīng)力儀用于檢測曲面玻璃和平面玻璃時的局部示意圖。如圖所示，根據(jù)本實用新型的玻璃表面應(yīng)力儀在光源11之后增添了用于會聚光束的聚光鏡12。光源11發(fā)出的光通過聚光鏡12的會聚，可選地再通過反射鏡13的反射，入射檢測棱鏡20。光線在檢測棱鏡20的檢測表面20a上或其附近聚焦。將根據(jù)本實用新型的玻璃表面應(yīng)力儀放置在玻璃上，使得檢測棱鏡20的檢測表面20a與玻璃表面貼合。檢測棱鏡20和玻璃表面之間可以施以適當(dāng)?shù)恼凵渎势ヅ浣橘|(zhì)，例如匹配液或凝膠。來自光源的光被聚光鏡聚焦至貼合處(例如與曲面玻璃30的接觸點30a)，使得光線在所述檢測表面和被檢測玻璃的表面之間的貼合處被全反射。該發(fā)生全反射的光線攜帶了玻璃表面應(yīng)力引起的玻璃雙折射能力的信息，并可由后續(xù)的成像單元來檢測。
[0026]根據(jù)本實用新型，玻璃表面應(yīng)力儀中利用聚光鏡將來自光源的、通常為發(fā)散光束的光會聚至與檢測棱鏡的檢測表面上或其附近。在檢測曲面玻璃時，使光束聚焦在檢測表面與玻璃表面貼合處。這樣可以保證照射貼合處的光線中包含了盡可能多的具有滿足全反射條件的入射角的光線，提高了應(yīng)力檢測結(jié)果的準確度。在檢測平面玻璃時，根據(jù)本實用新型的玻璃表面應(yīng)力儀能夠更好地適應(yīng)玻璃表面應(yīng)力造成的折射率變化大的情況。另外，這有助于減小檢測棱鏡的檢測表面上的劃痕或污跡對檢測結(jié)果的影響。
[0027]下面具體介紹本實用新型的實施例。
[0028]圖3為根據(jù)本實用新型第一實施例的玻璃表面應(yīng)力儀的結(jié)構(gòu)示意圖。圖示的玻璃表面應(yīng)力儀包括照明單元、檢測棱鏡200和成像單元。
[0029]如圖3所示，根據(jù)本實用新型的玻璃表面應(yīng)力儀還可以包括外罩400，并且該外罩優(yōu)選為遮光外罩。遮光外罩400容納上述照明單元、檢測棱鏡和成像單元，其遮蔽來自外部的雜散光，界定應(yīng)力儀的外形。
[0030]如圖3所示，照明單元包括依次設(shè)置的光源11、光闌102、濾色鏡103、聚光鏡104和反射鏡105。
[0031]為節(jié)能和供電電壓的便利考慮，照明單元使用的光源101優(yōu)選為LED光源。在本實施例中，提供了光闌102，其用于調(diào)整光強。如果光源101的光強合適，可以不使用光闌。濾色鏡103可以為例如干涉濾光片，其用于對光源發(fā)射的光進行提純，以提高檢測精度。如果光源101的單色性滿足檢測精度的要求，可以不使用濾光鏡103。在本實施例中，光源101例如采用LED白光光源，并通過光闌102和濾光鏡103調(diào)整和改善用于檢測的光線的特性，從而確保檢測精度。
[0032]聚光鏡104如以上參照圖2a和2b已經(jīng)討論的，其被形成和布置為將來自所述光源的光聚焦到檢測棱鏡200的檢測表面200a上或其附近。聚光鏡104可以例如由凸透鏡構(gòu)成。所述聚光鏡的焦距以及物距和像距通過光程計算，使得光進入棱鏡后會聚在檢測棱鏡的檢測表面上或其附近，使得光學(xué)檢測面較小。為了縮小整個設(shè)備的體積，聚光鏡的焦距優(yōu)選不大于25毫米。
[0033]在光線進入檢測棱鏡200之前的光路中，可以選擇性地設(shè)置反射鏡105，用于折疊光路，從而減小應(yīng)力儀的整體體積。本實用新型并不限于使用或者不使用該反射鏡105。
[0034]檢測棱鏡200可以為三角棱鏡、入射面為圓弧型的矩形棱鏡等。圖3中示出的檢測棱鏡200為方形棱鏡。檢測棱鏡200具有用于與被檢測玻璃的表面貼合的檢測表面200a。通過對光源出射的光進行了濾光，可以使入射檢測棱鏡的光成為單色性好的光，減少了檢測光從玻璃-棱鏡界面出射后光源光譜寬度對測量的不利影響。光源的入射角通過科學(xué)計算確定，配合相應(yīng)參數(shù)的檢測棱鏡的使用，避免了操作人員在多個臺階中選擇而影響測量精度。
[0035]遮光外罩400上可以開設(shè)有檢測孔401，檢測棱鏡的檢測表面200a從檢測孔401伸出。優(yōu)選，檢測棱鏡的檢測表面200a從檢測孔401伸出的距離是可調(diào)的。例如，遮光外罩400外部可以具有連接至檢測棱鏡200的調(diào)節(jié)裝置，用以調(diào)節(jié)檢測棱鏡伸出遮光外罩的距離。此夕卜，優(yōu)選，檢測孔401位于遮光外罩底部，并且在遮光外罩400與檢測棱鏡200之間圍繞檢測孔401設(shè)置有遮光密封件(未示出)，以避免雜散光經(jīng)由該檢測孔401進入檢測棱鏡。
[0036]成像單元包括依光路依次設(shè)置的透鏡組301、分析鏡302和感光元件303。
[0037]優(yōu)選地，成像單元還可以包括至少兩個反射鏡。例如，如圖1所示，成像單元包括第一反射鏡300a，第二反射鏡300b和第三反射鏡300c。第一反射鏡300a置于檢測棱鏡200和透鏡組301之間，且臨近檢測棱鏡200，以將從檢測棱鏡出射的光反射進入透鏡組301。第二反射鏡300b和第三反射鏡300c的反射面相對設(shè)置，且均置于透鏡組301和分析鏡302之間，用以將由透鏡組301聚焦的光導(dǎo)向分析鏡302，再經(jīng)由分析鏡后射入諸如(XD/CM0S/PMT等的感光元件303成像，在感光元件上呈現(xiàn)出反應(yīng)玻璃表面應(yīng)力的臺階差圖像。優(yōu)選地，臨近檢測棱鏡200的第一反光鏡300a的位置可以由使用者經(jīng)由調(diào)節(jié)件300d進行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)進入透鏡組301的光的角度，使得臨界角度的光經(jīng)過透鏡組后照射到感光元件上，呈現(xiàn)高質(zhì)量的臺階差圖像。調(diào)節(jié)件300d優(yōu)選為螺絲，以提高易用性和調(diào)節(jié)的精度。
[0038]分析鏡302例如可以采用兩片互相垂直的偏振片拼接或者采用一個或者多個偏振分光棱鏡實現(xiàn)。
[0039]與感光元件303電連接的數(shù)據(jù)處理單元(未圖示)對臺階差圖像進行處理，從而得到玻璃的表面應(yīng)力。數(shù)據(jù)處理單元可以通過具有數(shù)據(jù)處理軟件的通用計算機實現(xiàn)，或者使用專用的小型數(shù)據(jù)處理器實現(xiàn)，例如，單片機，F(xiàn)PGA，CPLD等。小型的數(shù)據(jù)處理器可以集成在感光元件303中。
[0040]此時為了能夠直觀讓使用者了解檢測結(jié)果，玻璃表面應(yīng)力儀可以包括形成在遮光外罩表面上或突出于該表面的顯示單元。顯示單元可以包括顯示檢測結(jié)果的圖形圖像界面，以及控制內(nèi)置于檢測裝置內(nèi)的小型數(shù)據(jù)處理器進行諸如初始化、清零、校準、故障檢測等實體或虛擬按鍵。顯示單元可以為觸摸顯示屏。
[0041]可選擇的，第三反射鏡300c可以省略，或者第三反射鏡300c為可旋轉(zhuǎn)的反射鏡。
[0042]圖4示出了根據(jù)第一實施例的一個變型的玻璃表面應(yīng)力儀，其中第三反射鏡設(shè)置為可旋轉(zhuǎn)的反射鏡。如圖4所示，成像單元還進一步包括目視觀察單元500。在該變型中，第三反射鏡300c設(shè)置在第二反射鏡300b和分析鏡302之間，目視觀察單元500與感光單元303相對于第三反射鏡300c共軛。第三反射鏡300c能夠在第一位置和第二位置之間旋轉(zhuǎn)。在第一位置，該第三反射鏡300c將來自第二反射鏡300b的光引導(dǎo)至分析鏡302，使感光元件303進行圖像記錄實現(xiàn)電子測量，類似于DSLR相機的工作方式。在第二位置，該第三反射鏡300c將來自第二反射鏡300b的光引導(dǎo)至目視觀察單元500，從而可以以目視觀察單元45觀測并人工計算結(jié)果。目視觀察單元500從遮光外罩400露出。
[0043]圖5示出了根據(jù)第一實施例的另一個變型的玻璃表面應(yīng)力儀，其與根據(jù)第一實施例的玻璃表面應(yīng)力儀基本相同，不同之處在于，第一實施例中可選地包括的、形成在遮光外罩表面上或突出于該表面的顯示單元被支撐在遮光外罩上的分立的顯示單元600所替代。具體地，如圖5所示，顯示單元600通過支架601支撐于遮光外罩400上，并與前述數(shù)據(jù)處理單元電連接。顯示單元600可以包括顯示檢測結(jié)果的圖形圖像界面，以及控制內(nèi)置于檢測裝置內(nèi)的小型數(shù)據(jù)處理器進行諸如初始化、清零、校準、故障檢測等實體或虛擬按鍵。顯示單元可以為觸摸顯示屏。優(yōu)選地，顯示單元600還進一步集成有計算模塊，用于完成至少部分數(shù)據(jù)處理任務(wù)。
[0044]應(yīng)該理解的是，本實用新型的玻璃表面應(yīng)力儀并不限于以上描述的成像單元的特定功能或構(gòu)造。具體而言，盡管以上第一實施例及其變型中，成像單元包括分析鏡和感光元件，但是根據(jù)本實用新型的玻璃表面應(yīng)力儀可以具有任意其它適合形式的成像單元。例如成像單元可以簡單地實現(xiàn)為用于通過肉眼直接觀察被全反射的光產(chǎn)生的干涉條紋的目視觀察系統(tǒng)，可以不包括反射鏡或者包括更多或更少的反射鏡，等等。
[0045]圖6示出了根據(jù)本實用新型第二實施例的玻璃表面應(yīng)力儀，其余根據(jù)第一實施例的玻璃表面應(yīng)力儀基本相同，主要的不同之處在于，反射鏡105被檢測棱鏡200中的反射表面200b所取代。具體地，如圖6所示，來自照明單元的光線進入檢測棱鏡200之后，在反射表面200b出被反射，從而被引導(dǎo)到檢測棱200的檢測表面200a。反射表面200b優(yōu)選為檢測棱鏡200的下底側(cè)面。通過將反射鏡和檢測棱鏡集成在一起，可以進一步縮短整體光路所占據(jù)的空間，實現(xiàn)小型化；同時，簡化了安裝，并避免了由于反射鏡105相對于檢測棱鏡的位置誤差而帶來的檢測精度降低。
[0046]本實用新型不限于上述實施例，說明書中的各種實施方式僅用于進行說明，其并不對本實用新型的保護范圍起到限定作用。在不脫離本實用新型范圍的情況下，可以進行各種變形和修改。在本領(lǐng)域技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，在本實用新型公開的實施方式基礎(chǔ)上所做的任何省略、替換或修改將落入本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種玻璃表面應(yīng)力儀，包括: 照明單元，其包括光源； 檢測棱鏡，其具有用于與被檢測玻璃的表面貼合以進行檢測的檢測表面，從所述照明單元入射檢測棱鏡的光在所述檢測表面和被檢測玻璃的表面之間的貼合處被全反射;和 成像單元，其布置成接收來自所述檢測棱鏡的出射光并形成檢測圖像， 其特征在于， 所述照明單元還包括聚光鏡，該聚光鏡被形成和布置為將來自所述光源的光聚焦到所述檢測棱鏡的所述檢測表面上或其附近。2.如權(quán)利要求1所述的玻璃表面應(yīng)力儀，其特征在于，所述光源為白色LED光源。3.如權(quán)利要求1所述的玻璃表面應(yīng)力儀，其特征在于，所述照明單元在所述光源和所述聚光鏡之間還包括光闌和濾光片中的至少一者。4.如權(quán)利要求1所述的玻璃表面應(yīng)力儀，其特征在于，所述照明單元還包括將來自所述聚光鏡的光引導(dǎo)至所述檢測棱鏡的反射鏡。5.如權(quán)利要求1所述的玻璃表面應(yīng)力儀，其特征在于，所述檢測棱鏡還包括對進入檢測棱鏡的光進行反射并將其引導(dǎo)到所述檢測表面的反射面。6.如權(quán)利要求1所述的玻璃表面應(yīng)力儀，其特征在于，所述聚光鏡的焦距不大于25mm。7.如權(quán)利要求1-6中任一項所述的玻璃表面應(yīng)力儀，其特征在于，還包括遮光外罩，所述照明單元、檢測棱鏡和成像單元容納在該遮光外罩中，并且所述遮光外罩形成有檢測孔，所述檢測棱鏡的檢測表面從所述檢測孔伸出。8.如權(quán)利要求7所述的玻璃表面應(yīng)力儀，其特征在于，所述檢測孔位于所述遮光外罩底部，并且在所述遮光外罩與所述檢測棱鏡之間圍繞所述檢測孔設(shè)置有遮光密封件。9.如權(quán)利要求7所述的玻璃表面應(yīng)力儀，其特征在于，所述檢測棱鏡的檢測表面從所述檢測孔伸出的距離是可調(diào)的。10.如權(quán)利要求7所述的玻璃表面應(yīng)力儀，其特征在于，所述成像單元包括沿著光路依次設(shè)置的第一反射鏡、透鏡組、第二反射鏡、分析鏡和感光元件，并且穿過所述遮光外罩可設(shè)置有對所述第一反射鏡的位置進行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)件。11.如權(quán)利要求10所述的玻璃表面應(yīng)力儀，其特征在于，還包括: 設(shè)置在所述遮光外罩內(nèi)的數(shù)據(jù)處理單元，所述感光元件與數(shù)據(jù)處理單元電連接;和 形成在所述遮光外罩的表面上或支撐在所述遮光外罩上的顯示單元，該顯示單元電連接至所述數(shù)據(jù)處理單元，用于顯示所述檢測圖像。12.如權(quán)利要求10所述的玻璃表面應(yīng)力儀，其特征在于，所述成像單元還包括第三反射鏡和目視觀察單元，該第三反射鏡設(shè)置在所述第二反射鏡和分析鏡之間，其能夠在第一位置和第二位置之間旋轉(zhuǎn)，在所述第一位置，該第三反射鏡將來自第二反射鏡的光引導(dǎo)至所述分析鏡，并且在所述第二位置，該第三反射鏡將來自第二反射鏡的光引導(dǎo)至所述目視觀察單元，所述目視觀察單元從所述遮光外罩露出。
【文檔編號】G01L1/25GK205449356SQ201521128724
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月29日
【發(fā)明人】李俊峰
【申請人】北京杰?？萍加邢薰? 南通杰福光學(xué)儀器科技有限公司