專利名稱：一種檢測玻璃幕墻自爆隱患的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及材料檢測領域，具體涉及一種檢測服役玻璃幕墻自爆隱患的方法及裝
置。具體地說，是利用折射光彈原理獲得玻璃幕墻的應力條紋，aw應力條紋的分析 得出玻璃幕墻的內應力分布，從而依據分級標準判別玻璃幕墻的自爆風險。 背景駄
我國已經建成了大量的玻璃幕墻建筑，其中大部分建筑都是采用鋼化玻璃作為幕墻 玻璃進行安裝的。此外，玻璃浴室、玻璃門、玻璃灶臺等都采用鋼化玻璃制造。所謂的 鋼化玻璃是利用加熱到一定溫度后迅速冷卻的方法，或是化學方法進行特殊處理的玻
璃。它的特性是強度高，其抗彎曲5破、耐沖擊強度比普通平板玻璃高3 5倍。鋼化 玻璃的安全性能好，有比較均勻的內應力，破碎后呈網狀裂紋。但是鋼化玻璃在沒有夕卜 力作用下，會發(fā)生自爆5im。 一般認為出廠的鋼化玻璃都存在千分t三的自爆率。如果 高層建筑上的玻璃幕墻發(fā)生自爆，墜落的玻璃碎片會硒傷行人，嚴軍危害到人民群眾的 生命財產安全，因此研究玻璃幕墻自爆的現場檢測技術非常必要。引起玻璃幕墻發(fā)生自 爆的因素主要由兩個方面組成l)玻璃幕墻的安裝應力；2)鋼化玻璃內部雜質引起的應 力集中。如果能夠檢測出鋼化玻璃內部的應力，對其進行定量分析，就可以預測鋼化玻 璃是否會發(fā)生自爆。國內外現有儀器和設備主要針對未出廠的玻璃或鋼化玻璃進行內部 雜質的檢測，有些也進行應力分析，但針對高層建^±的玻璃幕墻尚無檢測設備和方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠現場檢測玻璃幕墻內應力的方法和裝置，并Mil測
得的應力，對玻璃幕，行危15lf呈度分級，達到預測玻璃幕墻自爆的目的。
本發(fā)明利用折射光彈原理，制成一折射光彈儀。利用此折射光彈儀可以觀測鋼化玻 璃的應力條紋。在折射光彈儀的檢偏片一側，安裝圖像記錄與傳輸裝置，用以記錄所觀
測到的應力條紋，并將其傳輸到計^m中。為了肯,對齡玻璃幕ita行檢測，榭斤射 光彈儀、圖像記錄與4輸裝置固定在一個運載小車上，lt暖載小車能夠沿著兩條導軌在 玻璃幕墻上進行上下運動，從而能夠在一定寬度范圍內從上到下逐步觀測整個玻璃幕 墻。如果要進行下一寬度范圍內的觀測，只需將導軌移動到下一寬度范圍內即可。將所觀觀倒的所有應力條紋圖像傳輸到計fft幾中，通過組合并進行應力分析，就可以得到每 土央玻璃的應力大小和應力分布，進而通過標準分級系 行分級，預測玻璃幕墻的自爆 風險。
具體技術方案如下
1) 選取一±央1X1 1112的鋁合金基板，在其上均布多個高亮的二極管發(fā)光器，然后 在發(fā)光器上面覆蓋一個毛玻璃片，在毛玻璃片上貼上一張偏振片(起偏片)，構成一個 大面積均布偏振光源。
2) 將另一偏振片(檢偏片)用鋁合金框固定，并和前述的大面積均布偏振光源成直 角固定，要求兩個偏振片的偏振方向亦成直角放置。
3) 在光源對側的偏振片(檢偏片)外固定一個高分辨率的數碼照相機，用于對測 得的玻璃幕墻應力條郷行照相，并將照片無線傳輸到地面上的計穀幾中。
以上結構組成一折射光彈儀。
4) 設置兩條鋁型材導軌，倉^夠從高層建筑頂端垂下，靠緊高層建筑的玻璃幕墻， 帶有折射光彈儀、圖像記錄與傳輸裝置的運載小車懸掛于此導軌之上并可沿導軌上下移 動。
5) 在地面設置遠程控制裝置，能夠遙控運載小車的上下運動。
6) 將數碼照相機拍攝到的應力條紋圖像傳輸到計算機終端中，通過安裝在終端上 的圖像處理軟件進行自動組合，然后進行應力分析，以進行玻璃幕m險程度的分級評 判。
本發(fā)明的優(yōu)點是
1、 現場測試玻璃幕墻的應力狀態(tài)。通過將折射光彈儀放置在玻璃幕墻的表面，可 以現場測量幕墻玻璃的內應力，進而根據測得的應力狀態(tài)預測幕墻玻璃的自爆。通腿 項技術，可以對已經建好的玻璃幕墻進行檢驗，而無需將玻璃幕墻搬到實驗室進行檢驗。
2、 實驗裝置簡單，無需人員進行高空作業(yè)。將折射光彈儀、照相機等圖像數據采 集裝置固定在運載小車上，運載小車懸掛在導軌上并通過導軌上下移動，可以對高層建 筑的大面積玻璃幕墻進行檢測，所得到的圖像直接無線傳輸到地面上的計^m終端進行 處理，而無需工作人員進行高空懸掛作業(yè)，降低了人員風險，也節(jié)約了測試成本。
3、 測試結果準確可靠。通過本測試系統(tǒng)可以測試玻璃幕墻的內應力，將所得到的 應力與鋼化玻璃的強度進行比較，就可以預測玻璃發(fā)生自爆的風險程度。測得的應力為 現場玻璃所具有的實際應力，包括鋼化玻璃固有的內應力、安裝應力和雜質弓胞的應力集中等，因此能夠準確反映玻璃的服役狀態(tài)，從而倉,確預報玻璃幕墻的自爆。
4、采用本方法只需在玻璃幕墻的外側就可以完成檢測。這樣就避免了由于室內裝 飾和建筑對玻璃的阻擋而造成的檢測困難，同時在室外檢測也不會影響室內人員的工 作。


圖1為本發(fā)明中所用檢測裝置系統(tǒng)的整體示意圖。
圖2為本發(fā)明中所用的折射光彈儀示意圖。 圖3為本發(fā)明中所用的檢測流程圖。 圖4為現場檢測所得到的某±央玻璃的局部應力條紋圖像。 具體實 式
本發(fā)明利用折射光彈方法，采用相關驢觀測服役玻璃幕墻的應力條紋，mw應 力條，行定量分析，得出玻璃內的應力大小和分布，繼而可以得出玻璃幕墻發(fā)生自爆 的危險，號，從而預測玻璃幕墻的自爆。
本發(fā)明中檢測服役玻璃幕墻自爆隱患的方法，參考圖3所示流程，包括以下步驟
1) 在運動驅控裝置的帶動下，利用折射光彈ft^玻璃幕墻外表面進行分i央掃描；
2) 由圖像記錄裝置記錄下掃描圖像數據，并無線傳輸到計算機；
3) 計對M獲取的分塊圖像i^進行組合并分析，篩選出應力條紋；
4) 計^^幾利用應力分析和評價軟件對篩選出的應力條紋進行定量分析，得出幕墻 玻璃內部應力分布；
5 )計穀幾依據分級標準判別鵬幕墻自爆風險等級并輸出檢測結果。 本發(fā)明主要是利用折射光彈原理，觀測并記錄下玻璃幕墻的應力條紋。利用折射光 彈原理時，要求有主動光源以及暗色背景。所述折射光彈儀設有互 角放置的起偏片 和檢偏片，起偏片后設置高亮度翻寸光源，在暗色背景下，就可在檢偏片后觀領倒玻璃 的應力條紋。利用艦的折射光彈儀，在運動驅控裝置的帶動下，可以對齡玻璃幕墻 外表面進行觀測。每M見測折射光彈儀覆蓋范圍大小的區(qū)域，齡玻璃幕墻由這^H央 區(qū)域組合而成。
對分郞見測至啲應力條紋，禾,數碼照相機等圖像記魏置記錄下來，然后利用無 線傳輸設備傳輸到計穀幾中等待進一步處理。計穀幾采用軟件系慰寸采集至啲圖!魏行 處理首先根據圖片攝取的位置和邊界特征，將同一塊玻璃的多幅圖{,行組合，形成 一±央玻璃的整幅圖像；然后采用當前廣泛應用的商業(yè)干涉條紋圖像處理軟件，對所獲取的圖像進行特征條紋提取，其過程主要包括圖像增強和圖像復原。圖像增強;^用增強 輪廓邊緣、灰度變換、二值化處理、線條細化、消除局部小區(qū)域等技術來突出圖像中的 有用信息，去除無關的干擾信息。圖像復原縣用濾波、平消化、幾何變換等來M^、或 消除圖像的損傷和退化，包括圖像模糊、干擾和噪聲、幾何畸z變等。經增強、復原后， 便可進行圖像的特征提取和分析。圖像分析的一般方法是借助像素間的灰度相關關系及 有關經驗知識，利用邊緣監(jiān)測和區(qū)域分割技術，將干涉條紋的邊緣輪廓、位置、大小、 中心確定下來，進而計算條紋間的位置距離。
得到應力條紋后，計算機就可以基于下面所述的算式運行應力分析和iWr軟件計算 出玻璃平面內每一點所對應的主應力(包括該點的最大主應力)，將玻璃平面內所有點 的最大主應力進行比乾可以得出玻璃平面內的最大主應力極值。這個最大主應力極值 可作為判斷玻璃幕±嗇自爆風險的指標。
主應力差公式
cti-ct2=^"，式中/為應力條紋值，"為玻璃厚度，"為條紋級次，q、
^為平面內的兩個主應力。 平衡方程公式
式中， 、 、、=、為坐標軸乂方向、y方向的應力及剪應力，這
些應力可以同主應力q、 q相互轉換。
主應力計算公式
i
最大剪應力公式:式中，T^為最大剪應力。
主應力方向角公式
式中，^為主應力方向角。
主應力與應力分量關系式
0\ = 7少+(￡7! -<72)C0S26>
cr少= —(?！?lt;r2)cos2e
對得到的每i央玻璃的應力條紋圖像，通過以上應力分析和評價軟件進行定量的應力 分析計算。首先根據應力條紋及玻璃的f、 d、 n值，計算出玻璃平面內每一點的主應力
。、K，即得到該點的最大主應力(一般規(guī)定用CT，表示該點的最大主應力)。比
較玻璃平面內每點的最大主應力值，可以得出玻璃平面內所有點最大主應力的最 大值(或極值)，可以稱此最大主應力極值為a—。
此時獲得的應力包括玻璃的內應力、安裝應力以及由雜質等弓胞的應力集中。根據 玻璃的強度準則，最大主應力是決定玻璃是否會發(fā)生破壞的指標，因此得出幕墻玻璃內
的最大主應力值極值^T一 ，就可以將其與玻璃的應有強度C7b比較，從而判斷玻璃幕墻
的自爆風險。
幕墻玻璃的應有強度由生產廠家提供，^取類似的樣品進行測i^f得。
玻璃幕墻的自爆風險評級按以下進行。設"為某一±央幕墻玻璃內最大主應力的極值
與玻璃應有弓賊的比值，即
^ — "1 max
式中，巧_為某一±央幕墻玻璃內所有測得的最大主應力中的最大值；CTb為該i央幕
墻玻璃應有的弓鵬。如果c^1.3，貝lj認為該土央幕墻玻璃是安全的，i憤等級為"安全"; 如果1.3<"1.6，貝IJ認為該塊幕墻玻璃是比魏險的，i憤等級為"比鵬險，繼續(xù)監(jiān) 測"；如果1.6<"^2.0，則認為該i央幕墻玻璃是危險的，評價等級為"危險，建議更換";如果《>2.0，貝U認為該塊幕墻玻璃是非常危險的，i憤等級為"特別危險，立即更換"。 依據所述的分級評價方法，就可以給出玻璃幕墻自爆的風險等級，同時給出檢測報告和 建議。
本發(fā)明所提供的檢測裝置系統(tǒng)，如圖1所示，包括一折射光彈儀l， 一運動驅控裝 置3、 4， 一圖像記錄和傳輸裝置2， 一計算機6。
其中折射光彈儀示意圖如圖2所示，包括起偏片7、檢偏片8和漫翻寸光源9。選 取一塊1X1 1112的鋁合金基板，在其上均布多個高亮的二極管發(fā)光器，然后在光源上面 覆蓋一個毛玻璃片，就構成一個漫tm光源9。在毛玻璃片上貼上一張偏振片作為起偏 片7，構成一個大面積均布偏振光源。將另一偏振片(檢偏片8)用鋁合金框固定，并 和前述的大面積均布偏振光源腿角固定，要求兩個偏振片的偏振方向亦成直角放置。 當漫翻寸光源ffiil起偏片7照射到幕墻玻璃上(玻璃背后為暗色背景)，則一部分光會 沿45度角反射到檢偏片上。這樣在檢偏片后就可以觀測到玻璃的應力條紋。采用雌 置對整個玻璃幕墻進行掃描就可以得到各塊玻璃的應力條紋圖像。
該運動驅控裝置包括兩條導軌3和運載小車4。兩條導軌3由建筑物頂端垂下，并 采用真空吸盤裝置吸附在玻璃幕墻表面進行固定。兩條導軌為平行設置，并有很好的光 潔度和潤滑條件，能夠保證運行于其上的運載小車上下運動。運載小車4為具有電機驅 動的小車，倉的多帶動附于其上的折射光彈皿圖像記^置沿著兩條導軌運動，小車的 電源采用電池供電。運載小車4上裝有遠程接收器，遠程控帝係統(tǒng)5安裝于地面上的計 算機6中，肯,無線控制運載小車完j^; 需的運動。小車4的運動受地面遠程控制系統(tǒng) 5的控制，能夠實5肚行、下行、定位停止等功能。
該圖像記錄和^f!r裝置2主要由高分辨率的數碼照相機和無線傳輸設備組成。數碼 照相機固定在檢偏片外，其冬ISf倉,覆蓋旨檢偏片的范圍，并具有自動對焦功能。在 運載小車運動至U指定位置時停下，通過高分辨率數碼照相機拍攝此時的應力條紋圖像，
然后通過無線^tr設^f專輸至哋面上的計算機中等待處理。同時記剝匕時拍攝的具體位置。
計算機6除裝載遠程控制系統(tǒng)5外，還需裝,力分析和評價軟件。計算機6接收 到應力條紋圖像后，由其中的應力分析和評價軟件進行處理。首先對全部應力條紋圖像 進行組合整理，得出每塊玻璃對應的應力條紋圖像。然后由應力分析系統(tǒng)根據應力條紋 進行計算，得出每i央玻璃的定量的應力分布。將這些定量的應力分析結果與所測玻璃的強度進行比較，就可以得出玻璃幕墻自爆的風險，同時對其進行分級處理，并給出檢測 和建議的報告。
具體實施檢測的流程參見圖3。首先將兩個導軌3從樓頂架設下來，將折射光彈儀 1、圖像記錄和傳輸裝置2、運載小車4架設至IJ導軌上。通itt也面上的遠程控制系統(tǒng)5， 控制運載小車，帶動折射光彈儀、圖像記錄和傳輸裝置沿著導軌上下運動。當運載小車 定位到合適的位置時，能夠從折射光彈儀的檢偏片夕卜觀須倒應力條紋。此時采用遠程操 控系統(tǒng)，操作數碼照相機進行拍照，然后將圖像數據，傳輸到地面上的計算機中。對
一塊或多±央玻璃幕^￡行照相后，所有的圖像都集中到地面的計im6中，由計算機6
中的應力分析和i憤軟件進行圖像組合、解析，并根據應力條紋計算應力，將計算出的 應力與玻璃的 艘進行對比，就可以對玻璃的危險程度進行分級，從而達到預觀啵璃幕 墻自爆的目的。導軌的寬度決定了一次能測得的玻璃幕墻寬度，如要進行下一歹啲測量， 移動整個導軌到下一列即可。
以下結合具體實施例詳細說明本發(fā)明。實施例只為具體說明本發(fā)明的檢測方案，不 作為對本發(fā)明其它實施方式的限制。
檢測實例
待檢玻璃幕墻中國建筑材料科學研究總院某棟玻璃幕墻，每i央玻璃尺寸為1.8X
2 m2。
檢測裝置采用前述檢測裝置系統(tǒng)，包括一折射光彈儀、 一運動驅控裝置、 一圖像 記錄和微裝置、4十算機。
操作過程如前戶;M，將導軌從玻璃幕墻頂部垂下并固定，然后使用運載小車帶動
折射光彈儀、圖像記錄和傳輸裝置沿導軌上下運動，同時采集幕墻玻璃的應力條紋圖像， 并將圖像傳送至附算機中進行分析處理，得出各點最大主應力和玻璃平面內的最大主應
力極值。由于折射光彈儀的幅面為1X1 m2，為完成整塊玻璃的檢測，需要將導軌平移 lm的距離。
檢測結果圖4為所測得的某塊玻璃的局部應力條紋圖像(圖中較亮區(qū)域中的暗色 部分為應力條紋)。由應力條紋可得/為15， ^為12mm，"為2，經應力分析軟件進行分 析可知，該塊玻璃平面內的最大主應力極值^mM為109MPa，而從廠家已知玻璃的3， 值為80MPa，比值"為1.36，故判定其等級為"比較危險，繼續(xù)監(jiān)測"。
權利要求
1、一種檢測玻璃幕墻自爆隱患的方法，其特征在于通過折射光彈原理，獲取幕墻玻璃的應力條紋圖像，然后對應力條紋進行圖像處理和定量分析，得出應力的大小和分布，從而正確計算安裝應力、內應力及應力集中，據此可以根據應力水平對玻璃幕墻自爆的風險進行評價。
2、 根據權利要求1所述檢測玻璃幕墻自爆隱患的方法，其特征在于，檢測按以下 步職行1) 在運動驅控裝置的帶動下，利用折射光彈ft^玻璃幕墻外表面進行分塊掃描；2) 用圖像記皿置記錄下掃描圖像 ，并無線傳輸到計算機；3) 計對似寸獲取的分塊圖像 進行組合并分析，篩選出應力條紋；4) 計算機利用應力分析和評價軟件對 出的應力條鄉(xiāng)行定量分析，得出幕墻 玻璃內部應力分布；5) 計對幾依據分級標準判別鵬幕墻自爆風險等級并輸出檢測結果。
3、 根據權利要求1或2所述檢測玻璃幕墻自爆隱患的方法，其特征在于，戶腿折 射光彈儀設有互成直角放置的起偏片和檢偏片，起偏片后設高離Mf光源，檢偏片后 設置圖像記錄裝置。
4、根據權利要求1或2所述檢測玻璃幕墻自爆隱患的方法，其特征在于，所述步 驟3)是將所有獲得的應力條紋圖片進行組合，得出針對每塊幕墻玻璃的應力條紋。
5、根據權利要求1或2戶腿檢測玻璃幕墻自爆隱患的方法，其特征在于，戶腿步 驟4)的應力分析和im軟件通過以下公式進行定量分析，獲得幕墻玻璃的綜合內應力 (包括安 力、固有內應力及應力集中)的數值 主應力差公式q一^-丟"，式中/為應力條紋值，d為玻璃厚度，"為條紋級次；CTl、^為平面內的兩個主應力。平衡方程公式 3義<formula>formula see original document page 3</formula>式中， 、 、、、為坐標軸x方向、y方向的應力及剪應力，這 些應力可以同主應力。、q相互轉換； 主應力計算公式<formula>formula see original document page 3</formula>最大剪應力公式-<formula>formula see original document page 3</formula>式中，r^為最大剪應力； 主應力方向角公式<formula>formula see original document page 3</formula>式中，^為主應力方向角；主應力與應力分量關系式 <formula>formula see original document page 3</formula>
6、 根據權禾腰求1或2所述檢測玻璃幕墻自爆隱患的方法，其特征在于，戶腿步 驟5)是將定Si十算出的玻璃的應力大小，與玻璃的應有5販比較，得出鵬幕墻自爆 的危險程度分級。
7、 用于權利要求1至6任一所述檢測玻璃幕墻自爆隱患方法中的檢測裝置系統(tǒng)， 其特征在于，至少包括一折射光彈儀， 一運動驅控裝置， 一圖像記錄和傳輸裝置、 一至少裝載有遠程控制系統(tǒng)和應力分析和iWr軟件的計算機；運動驅控驢裝設可運動的折射光彈儀，圖像記^置裝設于折射光彈儀后，并通過無線^tf與計算機相連。
8、 根據權利要求7所述檢測裝置系統(tǒng)，其特征在于，所述折射光彈儀設有互成直角放置的起偏片和檢偏片，起偏片后設高亮度艦光源，檢偏片后裝設圖像記錄裝置。
9、 根據權利要求7所述檢測裝置系統(tǒng)，其特征在于，所述運動驅控裝置包括從玻 璃幕墻建筑頂端垂下的兩條導軌和沿導軌能夠上下運動的運載小車，運載小車上設有遠 程接收器，通過計算機中的遠程控制系鄉(xiāng)旨揮運載小車帶動折射光彈儀、圖像記錄和傳 輸裝置運動。
10、 根據權利要求7所述檢測裝置系統(tǒng)，其特征在于，戶;M圖像記錄和傳輸裝置為數碼照相機和無線傳辦交備組成，ffia數碼照相機將折射光彈似見測到的應力條紋記錄下來，然后通過無線#$俞設備傳纟^+#|幾等待處理；計ffin^接收到的應力條紋圖像進 行組合處理，得出每i央玻璃的整體應力條紋圖像，然后對其進行應力分in十算，從而得 出該塊玻璃的應力大小，最后根據分級標準判別玻璃幕墻自爆風險等級并輸出檢測結 果。
全文摘要
本發(fā)明檢測玻璃幕墻自爆隱患的方法及裝置，涉及一種檢測玻璃幕墻內應力的方法和測試系統(tǒng)，用以預測玻璃幕墻的自爆隱患。該方法通過折射光彈原理，獲取幕墻玻璃的應力條紋圖像，然后對應力條紋進行圖像處理和定量分析，得出應力的大小和分布，從而正確估算安裝應力、內應力及應力集中。據此可以根據應力水平對玻璃幕墻自爆的風險進行評價。該測試系統(tǒng)包括一折射光彈儀，一運動驅控裝置，一圖像記錄和傳輸裝置，及裝有應力分析和評價軟件的計算機。本發(fā)明解決了服役玻璃幕墻內應力檢測和自爆隱患評價的難題，對保障服役玻璃幕墻的安全有重要意義，有廣泛的應用前景。
文檔編號G01N33/38GK101413936SQ200810167250
公開日2009年4月22日 申請日期2008年10月16日 優(yōu)先權日2007年10月16日
發(fā)明者萬德田, 劉立忠, 包亦望, 巖 邱, 松 韓 申請人:中國建筑材料科學研究總院