[发明专利]一种透明平板或模型材料应力检测方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量透明平板材料应力的方法和装置。

背景技术

众所周知，透明平板或模型材料如玻璃、有机玻璃，聚碳酸脂、环氧树脂等材料具有暂时双折射性能。国内外的透明平板或模型材料非接触应力测量装置，均采用光弹性应力分析方法。以透明平板玻璃为例，试验测试表明，透明平板玻璃主应力差通常小于I级。故对玻璃表面应力的测量问题，要从光强来确定它的主应力差(σ₁-σ₂)大小，属于非整数条纹级处理范畴，不能应用通常光弹方法中的整数条纹级分析技术。

对于这种非整数条纹级数处理，国内外出现的各种装置，无论在线或离线的玻璃表面应力测量装置，大都采用补偿法。

补偿法就是在线偏振或圆偏振布置的应力光学检测系统中，当光路中未插入被测应力物体时，系统处于平衡(如消光)状态。一旦插入被应力物体，就破坏了原来的平衡，可旋转偏振片或插入一个应力光学补偿器到检测系统中，直至系统恢复到平衡状态(消光状态)。其偏振片旋转的角度或补偿器插入的距离就是对被测对象主应力差的直接描述，如赛纳蒙(Senarmont)法、巴比纳特(Babinet)法等方法。

补偿法的共同特点是必须具有一个旋转偏振片或移动补偿器的精密机械装置，它的机械精密程度直接影响测量精度。

另外，对于在线大视场测量玻璃带的应力，玻璃带宽度通常在3米以上，通常将偏振布置的光学系统分为发射和接受两部分，分别安装在被测玻璃带上、下两侧，由电动机带动它们横向移过玻璃带，得到对玻璃带一次横扫描过程的应力测量。对这种在线应力检测系统，必需有一套在移动过程中保证玻璃带两侧的设备对中并同步横向移动的机械装置。这不仅增加了装置的复杂程度，又降低了它的可靠性。

总之，国内外应用于透明平板如玻璃工业的应力测量装置都需要精密机械补偿机构和伺服电机调零机构；被测玻璃板上下表面都有部件，需要上下部件对中同步移动的同步传动机构，由此带来维护困难，运行可靠性差，测量精度难以保证。

发明内容

为了提高玻璃应力测量装置的可维护性和测量精度，解决大视场应力测量问题，本发明提供了一种透明平板玻璃应力在线自动检测方法和装置，该装置方法将微型计算机-数字图象处理技术应用于工业现场的在线应力检测。

本发明装置可分为四部分组成：光源1、光学系统2、接收器4，5和微型计算机——图象处理系统6。如附图1所示。

光学系统2由起偏器21、1/4波片22、偏振保持光栅23、空间滤波器24、分析镜25、26、聚焦透镜27、28组成；接收器4由CCD感光单元41，接收器5CCD感光单元51组成；计算机图象采集处理系统6由数字图象采集模块、通用或嵌入式计算机及相关显示与通信模块组成。

放置在起偏器21与被测应力的玻璃3之间的1/4波片22，其快轴与起偏器21偏振轴成45°；穿过1/4波片22的光束经过偏振保持光栅23和空间滤波器24后，分裂成与被测玻璃3表面法线呈左右对称的两束光以小角度的方式入射，经被测玻璃3的上、下表面反射后变为四束光，射向光学系统2光路中对应的两个分析镜25和26后，分别投射到CCD感光单元41和51；分析镜25和26的偏振轴分别与起偏器2偏振轴线的夹角为+θ和-θ，并取θ＝45°分析镜25的偏振轴分别与起偏器偏振轴的夹角为+θ和-θ，并取θ＝45°；接收器4，5使用光学系统2中的聚焦透镜27，28，将近似共路的参照光束与测量光束在空间上分离，并采用同一CCD感光变换单元41、51对同一侧的参照光束与测量光束进行光电变换；接收器4，5同时摄取两幅偏振光图像，经A/D转换后，形成数字图象存入计算机图象处理系统6，计算机对采集的数字图像进行运算处理，得到玻璃带横向各点的应力差；根据投射到接收器4，5、CCD感光变换单元41、51上的光束强度I1u、I1d和I2u、I2d，其中I1u、I1d分别对应于左侧入射经透明平板材料(3)上下表面反射光束，I2u、I2d对应于右侧入射经透明平板3上下表面反射光束，计算从分析镜出来的光强为：

I1u:=k1·A122]]>