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)力檢測裝置。

背景技術(shù)：

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(biāo)等標(biāo)準(zhǔn)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：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GASP方式對表面應(yīng)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(yīng)力檢測。

GASP的測量原理是：入射偏振光束進入玻璃表面薄層，平行玻璃表面運行一段距離后離開玻璃，由于玻璃表面應(yīng)力作用，光束產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，其光程差可借助石英楔精確測出。石英楔可制成多種精度等級，因此無論應(yīng)力大小如何，GASP均可精確地予以測定。

然而，現(xiàn)有的GASP方式的玻璃表面應(yīng)力檢測裝置在測量過程中需要調(diào)節(jié)入射光角度以及入射點兩個自由度，在出射后需要調(diào)節(jié)反射鏡的位置以及角度，手動調(diào)整的部件較多，操作繁瑣，效率低，無法在強光下工作，適應(yīng)能力低，并且設(shè)備體積大，攜帶不方便。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)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(yīng)力檢測裝置。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種玻璃表面應(yīng)力檢測裝置，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，來自所述照明單元的光中的至少部分光以全反射臨界角入射至所述檢測棱鏡的檢測表面，并在沿被檢測玻璃表面?zhèn)鞑ブ笥伤鰴z測表面從所述被檢測玻璃表面耦合導(dǎo)出；和成像單元，其包括沿光路依次設(shè)置的石英楔、檢偏振片和透鏡組，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，其中，所述照明單元還包括柱面鏡，該柱面鏡設(shè)置在所述光源和所述檢測棱鏡之間，具有正的徑向屈光力，并且柱面鏡布置為使得其軸向垂直于所述至少部分光與所述檢測表面的法線共同所在的光路法線平面。

優(yōu)選地，所述光源可以包括激光器和準(zhǔn)直擴束鏡，所述準(zhǔn)直擴束鏡擴大來自所述激光器的光束的直徑。

優(yōu)選地，所述光源還可以包括設(shè)置在所述激光器與所述準(zhǔn)直擴束鏡之間的折光系統(tǒng)，該折光系統(tǒng)將激光器與準(zhǔn)直擴束鏡之間的光路折疊180度。

優(yōu)選地，所述照明單元還可以包括沿光路設(shè)置在所述柱面鏡后面的起偏器。

優(yōu)選地，所述照明單元還可以包括沿光路設(shè)置在所述光源與所述檢測棱鏡之間的光闌，用于遮擋入射至所述檢測表面的光中入射角小于全反射臨界角的至少部分光。更優(yōu)選地，所述光闌沿垂直于光路的方向是位置可調(diào)的。

所述檢測棱鏡還可以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。

所述成像單元還可以包括設(shè)置在所述檢測棱鏡與所述石英楔之間的反射鏡以及用于調(diào)節(jié)該反射鏡位置和姿態(tài)的調(diào)節(jié)裝置。

優(yōu)選地，玻璃表面應(yīng)力檢測裝置還可以包括遮光外罩，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露出。

優(yōu)選地，玻璃表面應(yīng)力檢測裝置還可以包括圖像檢測單元，其檢測通過所述成像單元形成的圖像。

優(yōu)選地，所述玻璃表面應(yīng)力檢測裝置還可以包括：設(shè)置在所述遮光外罩內(nèi)的數(shù)據(jù)處理單元，所述圖像檢測單元與數(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。

本發(fā)明中，通過加入柱面鏡將照明光會聚，使得入射到檢測棱鏡的檢測表面上的光具有不同的入射角，其中包含了臨界角，這樣使得能夠減輕甚至省去了人工調(diào)節(jié)入射角的工作。相應(yīng)地，這樣可以省略用于調(diào)節(jié)入射角的部件，從而使得玻璃表面應(yīng)力檢測裝置的整體結(jié)構(gòu)更加緊湊。

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(biāo)記表示相同或相應(yīng)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(yīng)力檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例2的玻璃表面應(yīng)力檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例3的玻璃表面應(yīng)力檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例4的玻璃表面應(yīng)力檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

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?？梢岳斫獾氖牵颂幩枋龅木唧w實施例僅僅用于解釋相關(guān)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(guān)的部分。

圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例1的玻璃表面應(yīng)力檢測裝置100的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，玻璃表面應(yīng)力檢測裝置100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。照明單元10還包括柱面鏡15，該柱面鏡15設(shè)置在光源和檢測棱鏡20之間，柱面鏡15布置為使得其軸向垂直于光路法線平面。這里光路法線平面指的是入射光線與法線共同所在的平面。

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，來自所述照明單元10的光中的至少部分光以全反射臨界角入射至檢測表面20a，并在沿被檢測玻璃表面?zhèn)鞑ブ笥伤鰴z測表面從所述被檢測玻璃表面20a耦合導(dǎo)出。

成像單元30包括沿光路依次設(shè)置的石英楔32、檢偏振片33和透鏡組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。

在所示示例中，來自光源的光束通過柱面鏡15將產(chǎn)生會聚的扇形會聚光束，扇形會聚光束被引導(dǎo)到檢測棱鏡20的檢測表面上。扇形會聚光束在進入檢測棱鏡20時具有不同的入射角，這些入射角中包含全反射臨界角。因此，通過柱面鏡產(chǎn)生扇形會聚光束使得入射到檢測棱鏡20的檢測表面20a上的光中的至少部分光具有全反射臨界角，這部分光可以被用于通過GASP方法檢測玻璃表面應(yīng)力。相比于現(xiàn)有技術(shù)中的玻璃表面應(yīng)力檢測裝置，根據(jù)本發(fā)明實施例的玻璃表面應(yīng)力檢測裝置可以減輕甚至省卻調(diào)節(jié)光線入射檢測表面20a時的入射角的工作；相應(yīng)地，也使得裝置的結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊。

在圖1所示示例中，照明單元10中的光源包括激光器12和準(zhǔn)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(zhǔn)直擴束鏡13用于擴大來自激光器12的光束的直徑，從而使得進入柱面鏡15的光束為準(zhǔn)直光束。

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(yīng)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(zhǔn)直擴束鏡。

照明單元10還可以包括起偏器16，用于選擇一定偏振方向的光來照射檢測棱鏡20。所述一定偏振方向例如為與光路法線平面成近似45°的方向，但是并不限于此。起偏器16可以設(shè)置在檢測棱鏡之前的光路中的任何適當(dāng)?shù)奈恢?，例如如圖1所示設(shè)置在柱面鏡15和檢測棱鏡20之間。在光源包括激光器的情況下，可以使用或不使用起偏器16。

檢測棱鏡20可以為三角棱鏡、入射面為圓弧型的矩形棱鏡等。圖1中示出的檢測棱鏡20為方形棱鏡。檢測棱鏡20具有用于與被檢測玻璃的表面貼合的檢測表面20a。檢測棱鏡20還包括對進入檢測棱鏡20的光進行反射并將其引導(dǎo)到檢測表面的反射面20b。

檢測棱鏡20可以包括導(dǎo)入棱鏡21和導(dǎo)出棱鏡22，這兩部分可以用金屬隔板或光闌隔開。

來自柱面鏡15的扇形會聚光束進入檢測棱鏡20，并以不同的入射角照射到檢測表面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(dǎo)出。由于玻璃表面應(yīng)力作用，光束產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，因此，從檢測表面20a導(dǎo)出的光中包含了一個方向上的光程差。

所述導(dǎo)出的光在經(jīng)過石英楔32，再經(jīng)檢偏振片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(yīng)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(yīng)力值。

成像單元30還可以包括設(shè)置在檢測棱鏡20與石英楔32之間的反射鏡31以及用于調(diào)節(jié)該反射鏡31的位置和姿態(tài)的調(diào)節(jié)裝置(圖中未顯示)。反射鏡31置于檢測棱鏡20和石英楔32之間，且臨近檢測棱鏡20，以將從檢測棱鏡20出射的光反射進入石英楔32。臨近檢測棱鏡20的反射鏡31的位置可以由使用者經(jīng)由調(diào)節(jié)裝置進行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)進入透鏡組34的光的角度。調(diào)節(jié)裝置可以絲組件，以提高易用性和調(diào)節(jié)的精度。

根據(jù)本發(fā)明實施例的玻璃表面應(yīng)力檢測裝置100還可以包括圖像檢測單元35，其檢測通過成像單元30形成的圖像。圖像檢測單元35可以為電荷藕合器件圖像傳感器(Charge Coupled Device，CCD)相機，從檢測棱鏡20入射的臨界角度的光經(jīng)過透鏡組34后成像到CCD相機35上。CCD相機作為一種新型光電探測器件,具有存儲和轉(zhuǎn)移信息電荷的能力,能夠直接完成空間信息的采集、轉(zhuǎn)換、存儲和輸出。

另外，玻璃表面應(yīng)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。

圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例2的玻璃表面應(yīng)力檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例中的結(jié)構(gòu)與前述實施例1的結(jié)構(gòu)基本相同，即檢測棱鏡20和成像系統(tǒng)30采用相同的元件和結(jié)構(gòu)，不同之處在于，玻璃表面應(yīng)力檢測裝置100’的照明系統(tǒng)10’中，在激光器12和擴束鏡13之間設(shè)置了折光系統(tǒng)14，該折光系統(tǒng)14將激光器12與擴束鏡13之間的光路折疊180°。

一般，激光器12的體積較大，例如高度尺寸可達約為7-8cm。如果將激光器12的中心軸線對準(zhǔn)準(zhǔn)直擴束鏡13的中心軸線而布置在準(zhǔn)直擴束鏡13的正上方，則玻璃表面應(yīng)力檢測裝置100’的整體高度尺寸會較大。通過利用折光系統(tǒng)14將激光器12與準(zhǔn)直擴束鏡13之間的光路折疊180度，可以顯著減小裝置100’的高度尺寸。如圖2所示，折光系統(tǒng)14可以包括多個反射鏡。作為替代，折光系統(tǒng)14也可以包括至少一個棱鏡。

圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例3的玻璃表面應(yīng)力檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例中的結(jié)構(gòu)與前述實施例1的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于，玻璃表面應(yīng)力檢測裝置100”的照明單元10還包括沿光路設(shè)置在光源11與檢測棱鏡20之間的光闌17，以限制入射至檢測棱鏡20的檢測表面與被檢測玻璃表面之間的光線范圍，特別是用于遮擋入射至所述檢測表面的光中入射角小于全反射臨界角的至少部分光。

具體來說，從照明單元10發(fā)出的一部分入射角度小于全反射角臨界角的光線進入被檢測玻璃中后反射回來，再次進入檢測棱鏡20而成為干擾光線。光闌17的作用即是在入射至檢測棱鏡20前遮擋這部分可能會成為干擾光線的入射光。進一步地，光闌17沿垂直于光路的方向是位置可調(diào)的，以適用于不同的應(yīng)用場合，特別是由于被檢測玻璃的折射率不同而使得全反射臨界角不同的場合。如圖2所示，光闌17可以放置于光源11與柱面鏡15之間。圖示中光闌17的位置僅用于示例，本發(fā)明并不限于此。例如光闌17還可以放置于柱面鏡15與檢測棱鏡20之間，如果照明單元10包括起偏器16，光闌17也可以布置在柱面鏡15與起偏器16之間或者起偏器16與檢測棱鏡20之間。

圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例4的玻璃表面應(yīng)力檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，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。

為了讓使用者能夠直觀地了解檢測結(jié)果，玻璃表面應(yīng)力檢測裝置還可以包括：設(shè)置在遮光外罩40內(nèi)的數(shù)據(jù)處理單元(圖中未示出)，圖像檢測單元35與數(shù)據(jù)處理單元電連接；以及形成在遮光外罩40的表面上或支撐在遮光外罩40上的顯示單元90，如圖4所示。顯示單元90可以包括顯示檢測結(jié)果的圖形圖像界面，以及控制內(nèi)置于遮光外罩40內(nèi)的小型數(shù)據(jù)處理單元進行諸如初始化、清零、校準(zhǔn)、故障檢測等實體或虛擬按鍵。顯示單元90可以為觸摸顯示屏。進一步地，顯示單元90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)。

應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的玻璃表面應(yīng)力檢測裝置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，成像單元包括透鏡組，但是根據(jù)本發(fā)明的玻璃表面應(yīng)力檢測裝置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。

以上描述僅為本申請的較佳實施例以及對所運用技術(shù)原理的說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本申請中所涉及的發(fā)明范圍，并不限于上述技術(shù)特征的特定組合而成的技術(shù)方案，同時也應(yīng)涵蓋在不脫離所述發(fā)明構(gòu)思的情況下，由上述技術(shù)特征或其等同特征進行任意組合而形成的其它技術(shù)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(shù)特征進行互相替換而形成的技術(shù)方案。