專(zhuān)利名稱(chēng)：一種紅外玻璃內(nèi)部缺陷和殘余應(yīng)力檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種玻璃性能的檢測(cè)技術(shù)，尤其是涉及一種紅外玻璃內(nèi)部缺陷和殘余應(yīng)力檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
紅外玻璃能透過(guò)寬光譜不可見(jiàn)光，不能透過(guò)可見(jiàn)光，具有較小的熱差系數(shù)和較高的折射率，其折射率與鍺單晶相差較大，可以與鍺單晶組合構(gòu)成同時(shí)具備消熱差和消色差功能的鏡頭；另外，紅外玻璃適合精密模壓，其生產(chǎn)成本較低；目前紅外玻璃已廣泛應(yīng)用于槍瞄、導(dǎo)航、星際生命探測(cè)、車(chē)載夜視等需要紅外熱成像的領(lǐng)域。但是隨著科技的快速發(fā)展， 各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)t外玻璃的質(zhì)量要求也日益提高，為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量和精度，獲得清晰的熱像，人們對(duì)造成紅外玻璃成像精度低的內(nèi)部缺陷(包括條紋、氣泡、析晶、分相和裂紋)和造成紅外玻璃易碎的殘余應(yīng)力的檢測(cè)提出了要求。目前雖然市場(chǎng)上公開(kāi)的一些玻璃內(nèi)部缺陷和殘余應(yīng)力測(cè)量方法，但是實(shí)行這些檢測(cè)方法的前提是玻璃能夠透過(guò)可見(jiàn)光，由于紅外玻璃不透可見(jiàn)光，使用上述檢測(cè)方法檢測(cè)紅外玻璃內(nèi)部缺陷和殘余應(yīng)力需要克服很多問(wèn)題，給檢測(cè)帶來(lái)很大困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可方便地在同一裝置上完成對(duì)紅外玻璃內(nèi)部條紋、氣泡、析晶、分相、裂紋和殘余應(yīng)力的檢測(cè)的紅外玻璃內(nèi)部缺陷和殘余應(yīng)力的檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為一種紅外玻璃內(nèi)部缺陷和殘余應(yīng)力檢測(cè)裝置，包括按順序排列的紅外光源、擴(kuò)束鏡、直徑可調(diào)的光欄、樣品架和紅外攝像裝置，其特征在于還包括起偏器和檢偏器，所述的起偏器設(shè)置在所述的光欄和所述的樣品架之間，所述的檢偏器可在所述的起偏器和所述的樣品架之間或所述的樣品架和所述的紅外相機(jī)之間任意切換，所述的樣品架連接有位置控制器，所述的紅外光源、所述的位置控制器和所述的紅外攝像裝置分別與控制計(jì)算機(jī)連接。所述的紅外攝像裝置為帶有紅外濾光片和廣角鏡頭的紅外相機(jī)。使用上述的檢測(cè)裝置的紅外玻璃內(nèi)部缺陷和殘余應(yīng)力的檢測(cè)方法，其特征在于它包括以下步驟首先調(diào)節(jié)各光學(xué)元件，使其中心同高且處于系統(tǒng)光軸上，然后將待測(cè)紅外玻璃樣品置于樣品架上，調(diào)節(jié)光欄的直徑，使其與待測(cè)紅外玻璃樣品的直徑相同；a、將檢偏器設(shè)置在起偏器與樣品架之間，檢測(cè)待測(cè)紅外玻璃樣品的內(nèi)部缺陷，具體步驟為(1)、使檢偏器或起偏器繞光軸旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)檢偏器和起偏器的偏振方向之間的夾角，使通過(guò)待測(cè)紅外玻璃樣品后的光線(xiàn)的光強(qiáng)落在紅外攝像裝置的線(xiàn)性工作區(qū)域內(nèi)；O)、調(diào)節(jié)紅外攝像裝置使待測(cè)紅外玻璃樣品的后表面成像在紅外攝像裝置的焦平面上，在控制計(jì)算機(jī)的顯示屏上得到待測(cè)紅外玻璃樣品內(nèi)部缺陷的投影圖，進(jìn)而檢測(cè)出待測(cè)紅外玻璃樣品內(nèi)部的條紋、氣泡、析晶、分相和微裂紋，通過(guò)控制計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)位置控制器，控制待測(cè)紅外玻璃樣品上下左右移動(dòng)，同步得到待測(cè)紅外玻璃樣品在不同方位的投影圖；b、將檢偏器設(shè)置在樣品架與紅外攝像裝置之間，檢測(cè)待測(cè)紅外玻璃樣品的殘余應(yīng)力，具體步驟為(1)、移去待測(cè)紅外玻璃樣品，繞光軸轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器，使檢偏器的偏振方向與起偏器的偏振方向正交出現(xiàn)全暗視場(chǎng)；O)、將待測(cè)紅外玻璃樣品放回原處，通過(guò)觀(guān)察待測(cè)紅外玻璃樣品后表面是否出現(xiàn)明暗條紋，判斷待測(cè)紅外玻璃樣品內(nèi)部是否存在殘余應(yīng)力；(3)、當(dāng)待測(cè)紅外玻璃樣品后表面出現(xiàn)明暗條紋，則判斷待測(cè)紅外玻璃樣品內(nèi)部存在殘余應(yīng)力，轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器使暗條紋變亮，記下此時(shí)檢偏器轉(zhuǎn)動(dòng)的角度θ，根據(jù)公式3. 14 θ / nm計(jì)算得出殘余應(yīng)力的大小。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)設(shè)置檢偏器和起偏器，起偏器固定設(shè)置在待測(cè)紅外玻璃樣品之前，而檢偏器位置可以移動(dòng)，當(dāng)檢偏器位于待測(cè)紅外玻璃樣品之前時(shí)，兩個(gè)起偏器和檢偏器組合成光衰減器，采用透射成像的方法，直觀(guān)的得到紅外玻璃內(nèi)部缺陷圖像；當(dāng)檢偏器移動(dòng)至待測(cè)紅外玻璃樣品之后和紅外相機(jī)之前時(shí)，利用應(yīng)力雙折射產(chǎn)生的光程差即可獲得殘余應(yīng)力，在同一檢測(cè)裝置上分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)紅外玻璃內(nèi)部缺陷和殘余應(yīng)力的檢測(cè)，成本低、精度高。


圖1為本發(fā)明檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1所示，一種紅外玻璃內(nèi)部缺陷檢測(cè)裝置，包括按順序排列的紅外光源1、紅外擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡2、直徑可調(diào)的光欄3、起偏器4、檢偏器5和紅外相機(jī)7，紅外光源1和紅外相機(jī)7分別與控制計(jì)算機(jī)8連接，控制計(jì)算機(jī)8與位置控制器9的輸入端連接，位置控制器9 的輸出端與樣品架(圖未顯示)連接，用于控制待測(cè)紅外玻璃樣品6的位置。以下結(jié)合圖1，對(duì)使用本發(fā)明的檢測(cè)裝置來(lái)檢測(cè)內(nèi)部缺陷和殘余應(yīng)力的方法具體介紹如下待測(cè)紅外玻璃樣品6為Φ30Χ IOmm的圓柱形硫系玻璃，其兩個(gè)端面加工成平行的光學(xué)平面，待測(cè)紅外玻璃樣品6在1. 0 μ m處的透過(guò)率50 60%，考慮到光源與面陣CXD的市場(chǎng)價(jià)格，紅外光源1選擇波長(zhǎng)為1. 064 μ m的TEMcitl模工作的Nd3+ =YAG連續(xù)激光器，紅外相機(jī)7為采用Si面陣CCD的相機(jī)，將紅外光源1安裝在俯仰方位可調(diào)的二維微調(diào)架上，紅外擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡2安裝在上下左右俯仰方位可調(diào)的四維微調(diào)架上，光欄3安裝在上下可調(diào)的二維微調(diào)架上，起偏器4和檢偏器5分別安裝在上下左右可調(diào)并可繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)和帶有轉(zhuǎn)角刻度的三維微調(diào)架上，待測(cè)紅外玻璃樣品6和紅外相機(jī)7分別安裝在上下左右俯仰方位可調(diào)的四維微調(diào)架上。
首先將檢偏器5設(shè)置在起偏器4和樣品架之間，由起偏器4和檢偏器5組合成光衰減器，將待測(cè)紅外玻璃樣品6放置在樣品架上，檢測(cè)待測(cè)紅外玻璃樣品6的內(nèi)部缺陷。紅外光源1輸出的光束經(jīng)過(guò)紅外擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡2后，光束擴(kuò)成Φ 35 50mm的平行光束，調(diào)節(jié)光欄 3通光口徑到Φ30πιπι，調(diào)節(jié)起偏器4和檢偏器5的兩個(gè)偏振方向的相對(duì)角度，使通過(guò)待測(cè)紅外樣品6的光強(qiáng)落在紅外相機(jī)7的線(xiàn)性工作區(qū)域，微調(diào)放置待測(cè)紅外玻璃樣品6的四維微調(diào)架，使Φ30πιπι的平行光束垂直入射到待測(cè)紅外玻璃樣品6中，并讓光束中心與待測(cè)紅外玻璃樣品6中心重合。紅外相機(jī)7鏡頭前置有透紅外的濾光片(1-2.5μπι)，可以消除小于 1 μ m的雜散光，微調(diào)紅外相機(jī)7鏡頭，使待測(cè)紅外玻璃樣品6后表面成像到紅外相機(jī)7焦平面上，將紅外相機(jī)7與控制計(jì)算機(jī)8連接，則在電腦屏上可顯示待測(cè)紅外玻璃樣品6內(nèi)部缺陷的投影圖?？刂朴?jì)算機(jī)8通過(guò)驅(qū)動(dòng)位置驅(qū)動(dòng)器9調(diào)節(jié)待測(cè)紅外玻璃樣品6的位置，利用紅外相機(jī)7同步拍攝多幅圖像，比對(duì)分析可以消除由于光源的不均勻帶來(lái)的背景干擾。分析沿著待測(cè)紅外玻璃樣品6圓柱軸線(xiàn)出現(xiàn)的不同位置的投影圖，在相機(jī)分辨率為亞毫米條件下，檢測(cè)到影響待測(cè)紅外玻璃樣品6質(zhì)量的條紋、氣泡、析晶、分相和微裂紋等內(nèi)部缺陷。在檢測(cè)得到待測(cè)紅外玻璃樣品6的內(nèi)部缺陷數(shù)據(jù)后，將檢偏器5移到待測(cè)紅外玻璃樣品6之后，如圖1中虛線(xiàn)所示的位置，紅外相機(jī)7之前，起偏器4保持位于待測(cè)紅外玻璃樣品6之前不變；將待測(cè)紅外玻璃樣品6輕輕取下，旋轉(zhuǎn)調(diào)整檢偏器5的偏振方向，使其與起偏器4的偏振方向正交出現(xiàn)全暗視場(chǎng)，以此時(shí)檢偏器5角度為基準(zhǔn)，再將待測(cè)紅外玻璃樣品6輕輕放回原位，此時(shí)出現(xiàn)明暗應(yīng)力條紋，證明存在殘余應(yīng)力，再調(diào)整檢偏器5的偏振方向，使暗條紋變亮，記下相應(yīng)的轉(zhuǎn)角θ，那么待測(cè)紅外玻璃樣品6內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力雙折射光程差的相對(duì)值可以用θ來(lái)表示，根據(jù)公式3.14 θ/nm得到待測(cè)紅外玻璃樣品6應(yīng)力雙折射光程差的參考數(shù)據(jù)，即殘余應(yīng)力的參考數(shù)據(jù)，除以樣品長(zhǎng)度可得到單位長(zhǎng)度玻璃產(chǎn)生的應(yīng)力雙折射光程差。上述實(shí)施例中的樣品架和各種調(diào)整架均可以使用本技術(shù)領(lǐng)域的成熟產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種紅外玻璃內(nèi)部缺陷和殘余應(yīng)力檢測(cè)裝置，包括按順序排列的紅外光源、擴(kuò)束鏡、 直徑可調(diào)的光欄、樣品架和紅外攝像裝置，其特征在于還包括起偏器和檢偏器，所述的起偏器設(shè)置在所述的光欄和所述的樣品架之間，所述的檢偏器可在所述的起偏器和所述的樣品架之間或所述的樣品架和所述的紅外相機(jī)之間任意切換，所述的樣品架連接有位置控制器，所述的紅外光源、所述的位置控制器和所述的紅外攝像裝置分別與控制計(jì)算機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外玻璃內(nèi)部缺陷和殘余應(yīng)力檢測(cè)裝置，其特征在于所述的紅外攝像裝置為帶有紅外濾光片和廣角鏡頭的紅外相機(jī)。
3.一種使用權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置的紅外玻璃內(nèi)部缺陷和殘余應(yīng)力的檢測(cè)方法， 其特征在于它包括以下步驟首先調(diào)節(jié)各光學(xué)元件，使其中心同高且處于系統(tǒng)光軸上，然后將待測(cè)紅外玻璃樣品置于樣品架上，調(diào)節(jié)光欄的直徑，使其與待測(cè)紅外玻璃樣品的直徑相同；a、將檢偏器設(shè)置在起偏器與樣品架之間，檢測(cè)待測(cè)紅外玻璃樣品的內(nèi)部缺陷，具體步驟為(1)、使檢偏器或起偏器繞光軸旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)檢偏器和起偏器的偏振方向之間的夾角，使通過(guò)待測(cè)紅外玻璃樣品后的光線(xiàn)的光強(qiáng)落在紅外攝像裝置的線(xiàn)性工作區(qū)域內(nèi)；O)、調(diào)節(jié)紅外攝像裝置使待測(cè)紅外玻璃樣品的后表面成像在紅外攝像裝置的焦平面上，在控制計(jì)算機(jī)的顯示屏上得到待測(cè)紅外玻璃樣品內(nèi)部缺陷的投影圖，進(jìn)而檢測(cè)出待測(cè)紅外玻璃樣品內(nèi)部的條紋、氣泡、析晶、分相和微裂紋，通過(guò)控制計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)位置控制器，控制待測(cè)紅外玻璃樣品上下左右移動(dòng)，同步得到待測(cè)紅外玻璃樣品在不同方位的投影圖；b、將檢偏器設(shè)置在樣品架與紅外攝像裝置之間，檢測(cè)待測(cè)紅外玻璃樣品的殘余應(yīng)力， 具體步驟為(1)、移去待測(cè)紅外玻璃樣品，繞光軸轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器，使檢偏器的偏振方向與起偏器的偏振方向正交出現(xiàn)全暗視場(chǎng)；O)、將待測(cè)紅外玻璃樣品放回原處，通過(guò)觀(guān)察待測(cè)紅外玻璃樣品后表面是否出現(xiàn)明暗條紋，判斷待測(cè)紅外玻璃樣品內(nèi)部是否存在殘余應(yīng)力；(3)、當(dāng)待測(cè)紅外玻璃樣品后表面出現(xiàn)明暗條紋，則判斷待測(cè)紅外玻璃樣品內(nèi)部存在殘余應(yīng)力，轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器使暗條紋變亮，記下此時(shí)檢偏器轉(zhuǎn)動(dòng)的角度θ，根據(jù)公式3. 14θ/ηπι計(jì)算得出殘余應(yīng)力的大小。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種紅外玻璃內(nèi)部缺陷和殘余應(yīng)力檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，檢測(cè)裝置包括按順序排列的紅外光源、擴(kuò)束鏡、直徑可調(diào)的光欄、樣品架和紅外攝像裝置，特點(diǎn)是還包括起偏器和檢偏器，起偏器設(shè)置在光欄和樣品架之間，檢偏器可在起偏器和樣品架之間或樣品架和紅外相機(jī)之間任意切換，樣品架連接有位置控制器，紅外光源、位置控制器和紅外攝像裝置分別與控制計(jì)算機(jī)連接，優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)移動(dòng)檢偏器位置，在同一檢測(cè)裝置上分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)紅外玻璃內(nèi)部缺陷和殘余應(yīng)力的檢測(cè)，成本低、精度高。
文檔編號(hào)G01L1/24GK102226771SQ20111007340
公開(kāi)日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者吳禮剛, 宋寶安, 張巍, 徐鐵鋒, 戴世勛, 林常規(guī), 沈祥, 王訓(xùn)四, 聶秋華, 黃國(guó)松 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)