本公開涉及一種光學檢測裝置，具體地，涉及一種玻璃表面應力檢測裝置。

背景技術：

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力進行測量。為了檢測玻璃板應力，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力，以表征玻璃內(nèi)部的應力水平。目前，實際使用中，測定玻璃表面應力的方式主要有：微分表面折射法DSR(Differential Surface Refractometry)、表面掠角偏光法GASP(Grazing Angle Surface Plarimetry)，以及近期愛沙尼亞推出了透射激光的方法。其中DSR測量方法由于使用的光學元件少，檢測儀器的價格相對較低，而被各種檢測機構(gòu)廣為采用。而GASP測量方法對表面應力比較低的鋼化玻璃具有較高的測量精度，適用于建筑上使用的半鋼化玻璃的表面應力檢測。

然而，現(xiàn)有的適用于GASP測量方法的玻璃表面應力檢測裝置在測量過程中需要調(diào)節(jié)反射鏡的水平位置以及俯仰角度范圍，手動調(diào)整的部件較多，操作繁瑣，效率低。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術中存在的上述缺陷或不足，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、操作容易的便攜式玻璃表面應力檢測裝置。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種玻璃表面應力檢測裝置，用于檢測從折射率n₁到折射率n₂范圍內(nèi)(n₁<n₂)的玻璃的表面應力，其包括：照明單元，用于提供偏振照明光，該照明單元包括光源；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到檢測棱鏡的至少部分光在所述檢測表面和被檢測玻璃的表面之間的貼合處發(fā)生全反射，部分光線進入玻璃表面?zhèn)鲗?，然后從檢測棱鏡被導出；成像單元，其包括透鏡組，該成像單元布置成接收來自所述檢測棱鏡的光并形成檢測圖像；和反射鏡，布置在所述檢測棱鏡和成像單元之間，用于將來自所述檢測棱鏡的光反射至所述成像單元，其中，所述反射鏡布置在當所述全反射的臨界角為arcsin(n₁/n₀)時從所述檢測棱鏡導出的光束的照射區(qū)域與當所述臨界角為arcsin(n₂/n₀)時從所述檢測棱鏡導出的光束的照射區(qū)域的重疊區(qū)域中，其中n₀是檢測棱鏡的折射率。

優(yōu)選地，所述反射鏡布置為僅在俯仰方向上是可調(diào)的。

優(yōu)選地，所述玻璃表面應力檢測裝置還包括用于調(diào)節(jié)所述反射鏡的俯仰角度的調(diào)節(jié)裝置。

優(yōu)選地，所述檢測棱鏡構(gòu)造為使得用于將光導出檢測棱鏡的表面與所述檢測表面所成的夾角在arcsin(n₁/n₀)到arcsin(n₂/n₀)的范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，所述照明單元的光源包括激光器和準直擴束鏡，所述準直擴束鏡擴大來自所述激光器的光束的直徑。

優(yōu)選地，所述成像單元還包括石英楔和檢偏器，來自所述反射鏡的光依次經(jīng)由所述石英楔和檢偏器進入所述透鏡組。

優(yōu)選地，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到所述檢測表面的反射面。

根據(jù)本發(fā)明，反射鏡的布置使得其在檢測不同玻璃材料的時候都能夠接收到從檢測棱鏡導出的光，從而使得無需調(diào)節(jié)反射鏡的水平位置。這一方面使得能夠進一步簡化檢測裝置的結(jié)構(gòu)，另一方面也方便了檢測裝置的操作。

附圖說明

通過參照以下附圖所作的對非限制性實施例的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯，附圖中相同的附圖標記表示相同或相應的部件和特征。

圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例1的玻璃表面應力檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1所示的玻璃表面應力檢測裝置的反射鏡的布局示意圖；

圖3示出了可以應用于圖1所示玻璃表面應力檢測裝置的檢測棱鏡的一個示例。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本申請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發(fā)明，而非對該發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與發(fā)明相關的部分。

圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例1的玻璃表面應力檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

玻璃表面應力檢測裝置100用于檢測從折射率n₁到折射率n₂范圍內(nèi)(n₁<n₂)的玻璃的表面應力，其包括：照明單元10、檢測棱鏡20和成像單元30。

照明單元10用于提供偏振照明光，該照明單元包括光源11。

在圖1所示示例中，照明單元10中的光源11包括激光器12和準直擴束鏡13。激光器12發(fā)出的激光單色性好、相干性好、方向性好、亮度高。準直擴束鏡13用于擴大來自激光器12的光束的直徑。然而，在此方面，本發(fā)明并不限于此；在根據(jù)本發(fā)明的玻璃表面應力檢測裝置中，光源也可以采取其它合適的形式。例如，光源可以包括單色LED，并且不限于使用準直擴束鏡。

檢測棱鏡20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20a，從照明單元10入射到檢測棱鏡20的至少部分光在檢測表面20a和被檢測玻璃的表面之間的貼合處發(fā)生全反射，然后從檢測棱鏡20被導出。檢測棱鏡20還可以包括對進入檢測棱鏡20的光進行反射并將其引導到檢測表面的反射面20b。如圖1所示，成像單元30可以包括沿光路依次設置的石英楔32、檢偏器33和透鏡34。該成像單元30布置成接收來自檢測棱鏡20的光并形成檢測圖像。

玻璃表面應力檢測裝置100在工作時，來自照明單元10的會聚光束進入檢測棱鏡20，并照射到檢測表面20a上，其中具有全反射臨界角的至少部分光進入被檢測玻璃表面，沿玻璃表面?zhèn)鞑ヒ欢尉嚯x后被檢測表面20a耦合導出。由于玻璃表面應力作用，光束產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，因此，從檢測表面20a導出的光中包含了一個方向上的光程差。所述導出的光在經(jīng)過石英楔32，再經(jīng)檢偏器33后發(fā)射至透鏡組34。利用石英楔32可以使光產(chǎn)生在另一個不同方向上的光程差，其與由于雙折射引起的光程差疊加，使光線干涉產(chǎn)生傾斜的干涉條紋。玻璃表面應力值與干涉條紋的傾斜角正切函數(shù)成正比。測定干涉條紋的傾斜角，就可以計算出玻璃表面應力值。

以上參照圖1所示的玻璃表面應力檢測裝置100的結(jié)構(gòu)僅僅是示例性的，檢測裝置100還可以包括其他在此沒有描述的部件或用于替代上述介紹的部件的、具有類似功能的部件。

根據(jù)本發(fā)明實施例的玻璃表面應力檢測裝置100還包括反射鏡31。反射鏡31布置在檢測棱鏡20和成像單元30之間，用于將來自檢測棱鏡20的光反射至成像單元30。根據(jù)本發(fā)明，反射鏡31布置在當所述全反射的臨界角為arcsin(n₁/n₀)時從檢測棱鏡20導出的光束的照射區(qū)域與當所述臨界角為arcsin(n₂/n₀)時從檢測棱鏡20導出的光束的照射區(qū)域的重疊區(qū)域中，其中n₀是檢測棱鏡的折射率。

由于不同折射率的玻璃對應的全反射的臨界角不同，所以在實際檢測過程中，從檢測棱鏡20導出的光束的照射區(qū)域也是變化的。因此，現(xiàn)有gasp技術的玻璃表面應力檢測裝置中，需要調(diào)節(jié)反射鏡的水平位置和俯仰角度，以將所述導出的光束引導到成像單元中。

在根據(jù)本發(fā)明實施例的玻璃表面應力裝置100中，通過將反射鏡31布置在當所述全反射的臨界角為arcsin(n₁/n₀)時從檢測棱鏡20導出的光束的照射區(qū)域與當所述臨界角為arcsin(n₂/n₀)時從檢測棱鏡20導出的光束的照射區(qū)域的重疊區(qū)域中，使得反射鏡能夠在檢測不同的玻璃材料的時候都能夠接收到從檢測棱鏡20導出的光，而無需調(diào)節(jié)反射鏡的水平位置。這一方面使得能夠進一步簡化檢測裝置的結(jié)構(gòu)，另一方面也方便了檢測裝置的操作。

在一些示例中，反射鏡31優(yōu)選布置為僅在俯仰方向上是可調(diào)的。例如，玻璃表面應力檢測裝置100可以僅包括用于調(diào)節(jié)反射鏡31的俯仰角度的調(diào)節(jié)裝置(未示出),用于調(diào)節(jié)進入成像單元30的光的角度。

另外，玻璃表面應力檢測裝置100還可以包括外罩40。該外罩優(yōu)選為遮光外罩。遮光外罩40容納上述照明單元10、檢測棱鏡20和成像單元30等，用于遮蔽來自外部的雜散光。遮光外罩40上可以形成有檢測孔(未示出)，檢測棱鏡20的檢測表面20a從檢測孔露出。

圖2為圖1所示的玻璃表面應力檢測裝置100中的反射鏡的布局的示意圖。

假設n₀是檢測棱鏡20的折射率，被檢測玻璃的折射率范圍為n₁～n₂(n₁<n₂)。例如，普通的浮法玻璃的折射率為1.52，而肖特的浮法玻璃的折射率為1.47，則n₁為1.47，n₂為1.52。

如圖2所示，光束a和b在檢測棱鏡20的檢測表面20a與被檢測玻璃的表面的貼合處的全反射臨界角α₁和β₁分別為：

α₁＝arcsin(n₁/n₀)

β₁＝arcsin(n₂/n₀)。

光束a和b從檢測棱鏡20被導出時發(fā)生折射。在圖2所示的示例中，檢測棱鏡20的用于導出光束的表面垂直于檢測表面20a，這種情況下，折射之后的光束a和b對應的出射角分別為α₂和β₂，α₂和β₂滿足：

sin(α₂)＝sin(90-α₁)*n₀

sin(β₂)＝sin(90-β₁)*n₀。

光束a和b的照射區(qū)域相互交叉形成A、B、C、D 4個區(qū)域。區(qū)域A中可以觀察到光束a，觀察不到光束b；區(qū)域B可以觀察到光束a和光束b；區(qū)域C可以觀察到光線b,觀察不到光束a；而區(qū)域D則觀察不到光束a和光束b。B區(qū)域即為當所述全反射的臨界角為arcsin(n₁/n₀)時從檢測棱鏡20導出的光束的照射區(qū)域與當所述臨界角為arcsin(n₂/n₀)時從檢測棱鏡20導出的光束的照射區(qū)域的重疊區(qū)域。

現(xiàn)有技術中的檢測裝置一般將反射鏡放在A區(qū)域或者C區(qū)域內(nèi)來回移動調(diào)節(jié)反射鏡的水平位置。根據(jù)本發(fā)明實施例的玻璃表面應力檢測裝置100中,將反射鏡31放在B區(qū)域。這樣不需要移動反射鏡31就可以觀察到光線a和光線b。在使用根據(jù)本發(fā)明實施例的玻璃表面應力檢測裝置100檢測不同折射率的玻璃的表面應力時，不需要調(diào)節(jié)反射鏡31的水平位置。這樣，檢測裝置100可以構(gòu)造為使得反射鏡31僅在俯仰方向上可調(diào)，省去了水平位置調(diào)節(jié)機構(gòu)，使得檢測裝置結(jié)構(gòu)更簡單緊湊，同時也方便了操作。

從圖2的圖示中可以看到，光束a和b在從檢測棱鏡20被導出時在表面20b上發(fā)生折射，該折射使得兩束光彼此偏離更遠。為了使得光束a和b在從檢測棱鏡20出射之后能夠有更大的重疊區(qū)域B，本發(fā)明還提出了如圖3所示的可以應用于圖1所示玻璃表面應力檢測裝置的檢測棱鏡。

如圖3所示，檢測棱鏡20的用于將光導出檢測棱鏡的表面20b與檢測表面20a形成夾角θ，該夾角θ在arcsin(n₁/n₀)到arcsin(n₂/n₀)的范圍內(nèi)。通過將夾角θ設置在上述范圍內(nèi)，可以使得表面20b基本上垂直于光束a和b，這樣光束a和b在表面20b處發(fā)生折射而導致的方向偏轉(zhuǎn)較小，從而光束a和b在出射之后的重疊區(qū)域B較大。這樣有利于將反射鏡31布置在重疊區(qū)域B中。

以上描述僅為本申請的較佳實施例以及對所運用技術原理的說明。本領域技術人員應當理解，本申請中所涉及的發(fā)明范圍，并不限于上述技術特征的特定組合而成的技術方案，同時也應涵蓋在不脫離所述發(fā)明構(gòu)思的情況下，由上述技術特征或其等同特征進行任意組合而形成的其它技術方案。例如上述特征與本申請中公開的(但不限于)具有類似功能的技術特征進行互相替換而形成的技術方案。