集約式鋼化玻璃表面應力儀的製作方法

2023-12-09 07:35:41 2

本發明屬於光學檢測領域，尤其涉及一種集約式鋼化玻璃表面應力儀。

背景技術：

鋼化玻璃又稱強化玻璃，它是一種預應力玻璃，通常使用化學或物理的方法，在玻璃表面形成壓應力，玻璃承受外力時首先抵消表層壓力，從而提高了承載能力，因而鋼化玻璃廣泛應用於建築門窗、玻璃幕牆、電子儀表等領域。但是鋼化玻璃切割後邊緣會存在大量微裂紋，導致玻璃強度降低。尤其是隨著觸控產業的蓬勃發展，觸控產品本身的規格要求也日漸嚴格，由於觸控面板是由外部施加壓力去進行感應組件的運作方式從而達到使用效果，因此產品的機械抗壓力是各大廠商的重要規範與指標。對於光學玻璃，較大應力的存在也嚴重影響了光學透光性及成像質量。因而，為保證鋼化玻璃製品的使用性能，鋼化玻璃的應力要控制在規定範圍內，這就要求對鋼化玻璃的表面應力進行檢測。

目前市場上常見的鋼化玻璃表面應力儀主要採用光波導原理來探測鋼化玻璃表面應力，如中國實用新型專利201420643584.X公開了一種新型全自動玻璃表面應力儀，包括儀器本體、目鏡、目鏡角度調節器、光源和雙折射稜鏡，所述目鏡設於目鏡角度調節器上，所述目鏡角度調節器固定在儀器本體上，所述雙折射稜鏡凸出於儀器本體上表面，所述光源設於儀器本體內，所述目鏡的前端位於雙折射稜鏡的光線折射方向上，所述雙折射稜鏡位於光源的光線射出方向上，所述目鏡的後底部安裝一工業相機，所述雙折射稜鏡的正上方安裝有一滴液器以及一雷射厚度測量儀，所述工業相機、滴液器和雷射厚度測量儀均通過數據線連接計算機處理器。利用該應力儀檢測鋼化玻璃表面應力時，將待測玻璃放置在雙折射稜鏡表面使雙折射稜鏡與其相貼合，光源發出的光需要入射到雙折射稜鏡上，在雙折射稜鏡與待測玻璃的接觸面發生全反射。為了提高測量精度，需要對光源的入射角度進行適時調整，以便形成最佳光線入射到雙折射稜鏡上。在該專利中，還公開了一套調節光源入射角度的升降機構，所述升降機構是在所述儀器本體內設有光源升降架，所述光源升降架與部分凸出儀器本體的光源升降調節手輪傳動連接，所述光源固定於光源升降架上。雖然該升降機構可以對光源入射角度進行調節，但是由於該升降機構尺寸比較大，因而造成應力儀整體結構龐大，不利於應力儀小型化，限制了應力儀在自動化生產領域中的靈活應用。另外，現有應力儀光源需要通過LED燈珠、聚光碗、擴散片、透鏡相互配合，以達到使光線均一的目的，這種方式結構複雜，同時又受限於LED燈珠及聚光碗的工藝，難以確保所有設備的投影光斑一致，從而影響了應力儀檢測的精度及穩定性。

技術實現要素：

本發明的目的是解決上述現有技術的不足，提供一種小型化程度高的集約式鋼化玻璃表面應力儀，該應力儀集成度高、精度高且檢測結果穩定。

本發明解決上述現有技術的不足所採用的技術方案是：

一種集約式鋼化玻璃表面應力儀，包括工作檯板、照明單元、光折射單元、成像單元、圖像處理單元，所述照明單元與所述成像單元位於所述工作檯板下方，所述光折射單元位於所述工作檯板上，供放置待檢樣品，所述照明單元、所述光折射單元與所述成像單元構成一條光路，所述光折射單元位於所述照明單元的光發射方向，所述成像單元位於所述光路後端，所述照明單元發射出的光入射到光折射單元上的待檢樣品中，經全反射之後進入所述成像單元成像，所述成像單元連接所述圖像處理單元，所述圖像處理單元對所述成像單元獲得的圖像進行計算處理，其特徵在於，所述照明單元包括光源和光源調節機構，所述光源調節機構是，所述工作檯板下方設置有固定座和調節塊，所述固定座設置在所述工作檯板下側上，所述調節塊經銷軸與所述固定座鉸接，所述調節塊上設有上下貫通的調節螺紋孔，所述調節螺紋孔內設有調節螺杆，所述調節螺杆的一端頂靠在支撐塊上，所述支撐塊為所述調節塊以銷軸為軸心旋轉提供動力支撐點，所述調節螺杆的另一端設有旋鈕，所述固定座與所述調節塊之間設有復位彈簧，所述光源設置在所述調節塊上。光源調節機構的設置，使本發明應力儀在使用時僅通過旋轉旋鈕即可實現對光源入射角度的細微調節，不但簡化了整體結構，提高了本發明應力儀整機的集成度，而且使光源入射角度可以調節的更加靈活，提高了本發明的檢測精度和檢測效率。

本發明所述的支撐塊設置在所述固定座一側上，所述調節螺紋孔與所述光源分別位於所述銷軸的兩側。

本發明所述的支撐塊設置在所述工作檯板下側上，所述調節塊的一端經銷軸與所述固定座鉸接，所述調節塊另一端設有光源，所述調節螺紋孔設置在所述調節塊中部。

本發明所述的光源一端的調節塊上設有直線軸承，所述直線軸承內設有可沿其自由滑動的滑動軸，所述滑動軸上設有光源固定座，所述光源固定座上設有至少一個光源。通過在光源固定座上設置至少一個光源，使本發明應力儀可以根據應力檢測的實際情況，選擇合適的光源，擴大了本發明應力儀的適用範圍，提高了本發明檢測的靈活性。

本發明所述的光源為LED陣列光源。光源通過採用LED陣列光源，不但優化了本發明應力儀的光學系統，簡化了整體結構，而且光源發出的光線亮度高、均一效果好，提高了本發明應力儀的檢測精度，同時又降低了製造成本。

本發明所述的光折射單元是在所述工作檯板上設有稜鏡臺，所述稜鏡臺中部設有上下貫通的稜鏡槽，所述稜鏡槽內設有稜鏡，所述待檢樣品放置在所述稜鏡上，所述光源發射出的光經所述稜鏡入射到所述待檢樣品、在所述待檢樣品內傳播後經所述稜鏡進入到所述成像單元成像。

本發明所述稜鏡為等腰三稜鏡，所述等腰三稜鏡的底面略凸出於所述稜鏡槽上表面，所述待檢樣品放置在所述等腰三稜鏡的底面上。光源發射出的光線由等腰三稜鏡的其中一個腰面入射到等腰三稜鏡的底面上，在等腰三稜鏡底面與待檢樣品的接觸面發生全反射，全反射之後的光線由三稜鏡的另一個腰面出射。

本發明所述的稜鏡槽橫截面形狀、尺寸大小與所述等腰三稜鏡底面的形狀、尺寸大小相匹配，所述稜鏡槽與所述等腰三稜鏡緊密相接，形成封閉式稜鏡臺，有效防止了檢測過程中向三稜鏡底面滴加的折射液流到三稜鏡腰面、從而影響檢測精度的不良現象。

本發明所述的稜鏡臺上設有吸氣孔，所述吸氣孔均布在所述稜鏡槽的外周邊，與所述吸氣孔相配合的稜鏡臺下表面設有抽氣孔，稜鏡臺上表面和下表面之間設有吸氣通道，所述吸氣孔與所述抽氣孔通過所述吸氣通道相連，所述抽氣孔連接抽氣裝置。抽氣裝置通過抽氣孔、吸氣通道、吸氣孔將待檢樣品與吸氣孔之間的空氣抽成真空，由於三稜鏡位於吸氣孔圍成的空間之內，因而待檢樣品可以與三稜鏡更好的貼合，即使待檢樣品表面存在一定的翹曲，也可以通過本發明吸氣孔將其與三稜鏡貼合，提高了本發明應力儀的檢測精度和效率。

本發明所述的工作檯板上設有限位治具，所述限位治具設置在所述稜鏡臺相鄰兩側的延伸方向上，所述限位治具本體上設有多個限位柱，多個限位柱圍繞形成容納待檢樣品的空間。限位治具的設置可以對待檢樣品的位置進行限定，使待檢樣品與吸氣孔之間更好的配合，提高了本發明的檢測精度。

本發明所述的限位柱為限位螺栓，所述限位治具本體上表面設有與限位螺栓相配合的限位螺紋孔。限位柱採用螺栓及螺紋孔相互配合的方式，對限位柱的具體位置不做限定，可以根據待檢樣品大小的實際情況進行相應調整，擴大了本發明應力儀的適用範圍。

本發明所述的成像單元是沿所述光路方向依次設置有透鏡組、偏振片和圖像傳感器，所述透鏡組的前端位於所述稜鏡的光射出方向，對所述稜鏡射出的光進行匯聚，所述透鏡組的後端設有偏振片，所述偏振片將所述透鏡組匯聚後的光分離成相對於所述稜鏡與所述待檢樣品的邊界面平行振動和垂直振動的兩種光成分，所述偏振片的後端設有圖像傳感器，所述圖像傳感器將接收到的光進行光電轉換，將構成圖像的多個像素的逐個亮度值作為數字圖像數據輸出到圖像處理裝置。

本發明的有益效果是，由於本發明應力儀的照明單元包括光源和光源調節機構，所述光源調節機構是，所述工作檯板下方設置有固定座和調節塊，所述固定座設置在所述工作檯板下側上，所述調節塊經銷軸與所述固定座鉸接，所述調節塊上設有上下貫通的調節螺紋孔，所述調節螺紋孔內設有調節螺杆，所述調節螺杆的一端頂靠在支撐塊上，所述支撐塊為所述調節塊以銷軸為軸心旋轉提供動力支撐點，所述調節螺杆的另一端設有旋鈕，所述固定座與所述調節塊之間設有復位彈簧，所述光源設置在所述調節塊上，因而使用本發明應力儀檢測鋼化玻璃表面應力時，僅需要通過調節旋鈕即可輕鬆實現對光源入射角度的細微調整，提高了本發明的易操作性，而且整個光源調節機構結構小巧，簡化了本發明應力儀整體結構，提高了集成度，從而縮小了應力儀整機體積，使本發明應力儀能夠進一步小型化，滿足了在自動化生產領域靈活應用的需求。由於光源固定座可沿調節塊自由滑動，且所述光源固定座上設有至少一個光源，因而在使用本發明應力儀時，使用者可以根據應力檢測的實際情況，選擇合適的光源，擴大了本發明應力儀的適用範圍，提高了本發明檢測的靈活性。光源選用LED陣列光源，不但優化了本發明應力儀的光學系統，簡化了整體結構，而且光源發出的光線亮度高、均一效果好，提高了本發明應力儀的檢測精度，同時又降低了製造成本。由於本發明稜鏡槽橫截面形狀、尺寸大小與三稜鏡底面的形狀、尺寸大小相匹配，因而稜鏡槽與三稜鏡得以緊密相接，形成封閉式稜鏡臺，有效防止了檢測過程中向三稜鏡底面滴加的折射液流到三稜鏡腰面、從而影響檢測精度的不良現象。稜鏡臺上設有吸氣孔，所述吸氣孔均布在所述稜鏡槽的外周邊，通過吸氣孔可以將待檢樣品與吸氣孔之間的空氣抽成真空，因而即使待檢樣品表面存在一定的翹曲，也可以通過本發明吸氣孔將其與三稜鏡貼合，提高了本發明應力儀的檢測精度和效率。

附圖說明

圖1為本發明應力儀的一種實施例結構示意圖，也是一種優選實施例示意圖。

圖2為本發明稜鏡臺的結構示意圖。

圖3為本發明稜鏡臺和限位治具的結構示意圖。

圖4為本發明應力儀另一種實施例結構示意圖。

圖5、圖6為本發明第二種實施例中光源調節機構的結構示意圖。

具體實施方式

以下描述用於揭露本發明以使本領域技術人員能夠實現本發明。以下描述中的優選實施例只作為舉例，本領域技術人員可以想到其他顯而易見的變型。在以下描述中界定的本發明的基本原理可以應用於其他實施方案、變形方案、改進方案、等同方案以及沒有背離本發明的精神和範圍的其他技術方案。

實施例一

圖1示出了本發明集約式鋼化玻璃表面應力儀的一種實施例結構示意圖，也是一種優選實施例示意圖。如圖1所示，本實施例所述的應力儀包括工作檯板10、照明單元20、光折射單元30、成像單元40、圖像處理單元（圖中未示出），所述照明單元20與所述成像單元40位於所述工作檯板10下方，所述光折射單元30位於所述工作檯板上，供放置待檢樣品，所述照明單元、所述光折射單元與所述成像單元構成一條光路，所述光折射單元位於所述照明單元的光發射方向，所述成像單元位於所述光路後端，所述照明單元發射出的光入射到光折射單元上的待檢樣品中，經全反射之後進入所述成像單元成像，所述成像單元連接所述圖像處理單元，所述圖像處理單元對所述成像單元獲得的圖像進行計算處理，所述照明單元包括光源21和光源調節機構，所述光源調節機構對所述光源入射到所述光折射單元的光角度進行調節，使光源發射出的光能夠以臨界角度入射到光折射單元中，在光折射單元與待檢樣品的接觸面發生全反射，提高了本發明應力儀的測量精度。

由圖1可以看出，所述光源調節機構是，所述工作檯板10下方設置有固定座22和調節塊23，所述固定座22設置在所述工作檯板10下側上，所述調節塊23經銷軸24與所述固定座22鉸接，所述調節塊23上設有上下貫通的調節螺紋孔，所述調節螺紋孔內設有調節螺杆25，所述調節螺杆的一端頂靠在支撐塊26上，在本實施例中，為便於生產加工，所述支撐塊26設置在所述固定座22一側上，所述支撐塊26為所述調節塊23以銷軸24為軸心旋轉時提供動力支撐點，如圖1所示，所述支撐塊優選為圓形，所述調節塊23以銷軸為軸心旋轉時，所述調節螺杆25的一端能夠一直頂靠在所述支撐塊26上。所述調節螺杆25的另一端設有旋鈕27，旋轉旋鈕27時，調節螺杆25與調節螺紋孔相互配合，調節螺杆向上運動，由於支撐塊固定不動，此時支撐塊便會對調節塊施加一個與調節螺杆運動方向相反的力，使調節塊能夠以銷軸24為軸心旋轉。所述固定座22與所述調節塊23之間設有復位彈簧28，所述復位彈簧28能夠為所述調節螺杆25提供向所述支撐塊26緊靠的力，使所述調節螺杆25的一端能一直頂靠在所述支撐塊上，提高了本發明應力儀的穩定性和測量精度，如圖1所示，本實施例中所述復位彈簧與所述調節螺杆位於所述銷軸的兩側，所述復位彈簧優選為壓簧。光源21設置在所述調節塊23上，所述光源與所述調節螺紋孔位於所述銷軸的兩側，光源21發射出的光入射到所述光折射單元30中。

光源調節機構的設置，使本發明應力儀在使用時僅通過旋轉旋鈕即可實現對光源入射角度的調節，不但簡化了整體結構，提高了本發明應力儀整機的集成度，而且使光源入射角度可以調節的更加靈活，提高了本發明的檢測精度和檢測效率。作為優選實施方式，本實施例所述的光源為LED陣列光源。光源通過採用LED陣列光源，不但優化了本發明應力儀的光學系統，簡化了整體結構，而且光源發出的光線亮度高、均一效果好，提高了本發明應力儀的檢測精度，同時又降低了製造成本。當然，為提高檢測精度，在檢測過程中需要向待檢樣品表面滴加少量折射液，為防止滴加的折射液流到光源上，從而對光源造成損壞，可以在光源前端設置透明擋板。

本實施例中所述的光折射單元30是在所述工作檯板10上設有稜鏡臺31，所述稜鏡臺31中部設有上下貫通的稜鏡槽32，所述稜鏡槽內設有稜鏡33，所述待檢樣品放置在所述稜鏡33上，所述光源21發射出的光經所述稜鏡33入射到所述待檢樣品、在所述待檢樣品內傳播後經所述稜鏡進入到所述成像單元成像。如圖2所示，本實施例所述稜鏡33為等腰三稜鏡，所述等腰三稜鏡的底面略凸出於所述稜鏡槽32上表面，所述待檢樣品放置在所述等腰三稜鏡的底面上。光源21發射出的光線由等腰三稜鏡的其中一個腰面入射到等腰三稜鏡的底面上，在等腰三稜鏡底面與待檢樣品的接觸面發生全反射，全反射之後的光線由三稜鏡的另一個腰面出射。作為優選實施方式，本實施例所述的稜鏡槽32橫截面形狀、尺寸大小與所述等腰三稜鏡底面的形狀、尺寸大小相匹配，所述稜鏡槽與所述等腰三稜鏡緊密相接，形成封閉式稜鏡臺，有效防止了檢測過程中向三稜鏡底面滴加的折射液流到三稜鏡腰面、從而影響檢測精度的不良現象。由圖1、圖2可以看出，本實施例所述的稜鏡臺31上設有吸氣孔34，所述吸氣孔均布在所述稜鏡槽32的外周邊，與所述吸氣孔34相配合的稜鏡臺下表面設有抽氣孔35，稜鏡臺上表面和下表面之間設有吸氣通道，所述吸氣孔與所述抽氣孔通過所述吸氣通道相連，所述抽氣孔35通過抽氣管路36連接抽氣裝置。抽氣裝置通過抽氣孔、吸氣通道、吸氣孔將待檢樣品與吸氣孔34之間的空氣抽成真空，由於三稜鏡位於吸氣孔圍成的真空之內，因而待檢樣品可以與三稜鏡更好的貼合，即使待檢樣品表面存在一定的翹曲，也可以通過本發明吸氣孔34將其與三稜鏡貼合，提高了本發明應力儀的檢測精度和效率。本實施例通過將吸氣孔設置在稜鏡臺上，無需分別設置稜鏡臺與吸氣臺，不但簡化了應力儀整體結構，減小了尺寸，降低了製造成本，而且提高了本發明應力儀的穩定性。

作為優選實施方式，如圖3所示，本實施例所述的工作檯板10上還設有限位治具11，所述限位治具11設置在所述稜鏡臺31相鄰兩側的延伸方向上，所述限位治具11本體上設有多個限位柱12，多個限位柱圍繞形成容納待檢樣品的空間。限位治具的設置可以對待檢樣品的位置進行限定，使待檢樣品與吸氣孔之間更好的配合，提高了本發明的檢測精度。本實施例所述的限位柱12為限位螺栓，所述限位治具11本體上表面設有與限位螺栓相配合的限位螺紋孔。限位柱採用螺栓及螺紋孔相互配合的方式，對限位柱的具體位置不做限定，可以根據待檢樣品大小的實際情況進行相應調整，擴大了本發明應力儀的適用範圍。為提高操作便利性，本實施例所述的限位治具11本體上還設有便於取放待檢樣品的操作孔13。使用者通過操作孔13移動待檢樣品到合適位置，應力檢測完之後，再通過操作孔9將玻璃取出。由圖3可以看出，本實施例所述的限位治具11和稜鏡臺31上還設有緊固螺紋孔14，緊固螺紋孔通過與緊固螺栓相互配合，把限位治具與稜鏡臺固定到工作檯板上，提高了本發明應力儀的穩固性。

本實施例所述的成像單元40是沿所述光路方向依次設置有透鏡組、偏振片和圖像傳感器，所述透鏡組的前端位於所述稜鏡的光射出方向、對所述稜鏡射出的光進行匯聚，所述透鏡組的後端設有偏振片，所述偏振片將所述透鏡組匯聚後的光分離成相對於所述稜鏡與所述待檢樣品的邊界面平行振動和垂直振動的兩種光成分，所述偏振片的後端設有圖像傳感器，所述圖像傳感器將接收到的光進行光電轉換，將構成圖像的多個像素的逐個亮度值作為數字圖像數據輸出到圖像處理裝置。當然，成像單元可以選用現有技術中的雙偏振工業相機，由於此為現有成熟技術，因而在此對其不再詳述。值得一提的是，由圖1可以看出，在本實施例中，所述成像單元40通過銷軸鉸接在所述固定座上，便於對成像單元的角度進行調節，以便調整合適的角度，使全反射之後的光線進入成像單元成像。成像單元40連接圖像處理單元（圖中未示出），所述圖像處理單元對所述成像單元獲得的圖像進行計算處理，圖像處理單元可以是具有數據處理軟體的通用計算機，或者是專用數據處理器，在此同樣不再詳述。

實施例二

圖2示出了本發明應力儀的另一種結構，如圖2所示，一種集約式鋼化玻璃表面應力儀，包括工作檯板10、照明單元20、光折射單元30、成像單元40、圖像處理單元（圖中未示出），所述照明單元與所述成像單元位於所述工作檯板下方，所述光折射單元位於所述工作檯板上，供放置待檢樣品，所述照明單元、所述光折射單元與所述成像單元構成一條光路，所述光折射單元位於所述照明單元的光發射方向，所述成像單元位於所述光路後端，所述照明單元發射出的光入射到光折射單元上的待檢樣品中，經全反射之後進入所述成像單元成像，所述成像單元連接所述圖像處理單元，所述圖像處理單元對所述成像單元獲得的圖像進行計算處理，所述照明單元20包括光源21和光源調節機構，由圖4可以看出，本實施例中所述光源調節機構是，所述工作檯板10下方設置有固定座22和調節塊23，所述固定座22設置在所述工作檯板10下側上，所述調節塊23的一端經銷軸24與所述固定座22鉸接，所述光源21設置在所述調節塊23另一端，光源21發射出的光入射到所述光折射單元30中。所述調節塊23中部設有上下貫通的調節螺紋孔，所述調節螺紋孔內設有調節螺杆25，所述調節螺杆的上端頂靠在支撐塊上，所述支撐塊為所述調節塊以銷軸為軸心旋轉提供動力支撐點，所述支撐塊設置在所述工作檯板10下側上，當然，為了便於生產加工，所述支撐塊也可以與所述工作檯板一體成型，如圖4所示，所述支撐塊與所述工作檯板一體成型，所述調節螺杆25上端頂靠在所述支撐塊上，也就是說，調節螺杆25上端頂靠在所述工作檯板10下側上，所述調節螺杆的下端設有旋鈕27，如圖5所示，所述固定座22與所述調節塊23之間設有復位彈簧28，所述復位彈簧28能夠為所述調節螺杆25提供向所述工作檯板下側緊靠的力，使調節螺杆頂端頂靠在所述工作檯板下側上，本實施例中所述復位彈簧28優選為拉簧。

作為一種改進，如圖5、圖6所示，本實施例所述的光源一端的調節塊23上設有直線軸承230，所述直線軸承內設有可沿其自由滑動的滑動軸231，所述滑動軸231上設有光源固定座210，所述光源固定座210上設有至少一個光源21。由圖5可以看出，本實施例中所述光源固定座210上設有兩個光源21，所述光源21為LED陣列光源。兩個光源21的波長彼此不同，使用時可以根據應力檢測的實際情況，選擇合適波長的光源，擴大了本發明應力儀的適用範圍，提高了本發明應力檢測的靈活性。

本實施例中其它結構與實施例一相同，在此不再贅述。

本領域的技術人員應理解，上述描述及附圖中所示的本發明的實施例只作為舉例而並不限制本發明。值得一提的是，實施例一與實施例二中的技術特徵可以相互組合，比如，實施例二中的直線軸承、滑動軸、光源固定座同樣可以應用在實施例一中，這並不限定本發明的保護範圍，本發明的目的已經完整並有效地實現。本發明的功能及結構原理已在實施例中展示和說明，在沒有背離所述原理下，本發明的實施方式可以有任何變形或修改。