一種測(cè)量鋼化玻璃表面應(yīng)力的拉曼光譜儀及測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋼化玻璃應(yīng)力檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種測(cè)量鋼化玻璃表面應(yīng)力的拉曼 光譜儀及測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼化玻璃又稱強(qiáng)化玻璃，它是一種預(yù)應(yīng)力玻璃，通常使用化學(xué)或物理的方法，在玻 璃表面形成壓應(yīng)力，玻璃承受外力時(shí)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(yīng)用于建筑門窗、玻璃幕墻、電子儀表等領(lǐng)域。但是鋼化玻璃切割后邊緣會(huì)存在大量 微裂紋，導(dǎo)致玻璃強(qiáng)度降低。尤其是隨著觸控產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，觸控產(chǎn)品本身的規(guī)格要求也 日漸嚴(yán)格，由于觸控面板是由外部施加壓力去進(jìn)行感應(yīng)組件的運(yùn)作方式從而達(dá)到使用效 果，因此產(chǎn)品的機(jī)械抗壓力是各大廠商的重要規(guī)范與指標(biāo)。對(duì)于光學(xué)玻璃，較大應(yīng)力的存在 也嚴(yán)重影響了光學(xué)透光性及成像質(zhì)量。因而，為保證鋼化玻璃制品的使用性能，鋼化玻璃的 應(yīng)力要控制在規(guī)定范圍內(nèi)，這就要求對(duì)鋼化玻璃的表面應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)。
[0003] 目前測(cè)量鋼化玻璃表面應(yīng)力主要采用光波導(dǎo)技術(shù)，即利用折射棱鏡、折射液、待測(cè) 玻璃表面產(chǎn)生倏逝波，結(jié)合光彈效應(yīng)，進(jìn)行鋼化玻璃表面應(yīng)力的測(cè)量。如中國(guó)實(shí)用新型專利 ZL201420643584. X公開(kāi)了 一種新型全自動(dòng)玻璃表面應(yīng)力儀，包括儀器本體、目鏡、光源和雙 折射棱鏡，所述雙折射棱鏡凸出于儀器本體上表面且同時(shí)位于光源的光線射出方向，所述 目鏡的前端位于雙折射棱鏡的光線折射方向上，目鏡的后底部安裝一工業(yè)相機(jī)，所述雙折 射棱鏡的正上方安裝有一滴液器，所述工業(yè)相機(jī)、滴液器均通過(guò)數(shù)據(jù)線連接計(jì)算機(jī)處理器。 利用該應(yīng)力儀測(cè)量鋼化玻璃表面應(yīng)力時(shí)，首先將待測(cè)玻璃放置在雙折射棱鏡上，然后由計(jì) 算機(jī)處理器控制滴液器向待測(cè)玻璃表面滴加少量折射液，由于經(jīng)過(guò)鋼化處理的玻璃在其表 面會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力層，光源發(fā)出的光入射到待測(cè)玻璃表面，在表面應(yīng)力層的作用下產(chǎn)生雙折射， 形成兩束偏振方向互相垂直且傳播方向不同的光束，該兩束光束通過(guò)工業(yè)相機(jī)后被轉(zhuǎn)換成 便于識(shí)別的亮條紋或暗條紋，最后通過(guò)計(jì)算干涉條紋信息從而獲得鋼化玻璃表面應(yīng)力值。 雖然利用該新型全自動(dòng)玻璃表面應(yīng)力儀可以精確且高效地計(jì)算出鋼化玻璃表面應(yīng)力，但 是，由于測(cè)量時(shí)需要將待測(cè)玻璃放置在雙折射棱鏡表面與其相接觸以便發(fā)生全反射，接觸 過(guò)程中極易對(duì)待測(cè)玻璃造成劃損，影響了待測(cè)玻璃的外觀美感及使用性能。另外，為提高應(yīng) 力儀的測(cè)量精度，在測(cè)量過(guò)程中需要向待測(cè)玻璃表面滴加折射液，測(cè)量結(jié)束之后需要對(duì)待 測(cè)玻璃表面進(jìn)行擦拭，從而增加了整個(gè)測(cè)量工序的復(fù)雜性，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，影響了測(cè)量效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種測(cè)量鋼化玻璃表面應(yīng)力的拉 曼光譜儀及測(cè)量方法，可以避免測(cè)量過(guò)程中對(duì)待測(cè)玻璃造成劃損，且測(cè)量工序簡(jiǎn)單，測(cè)量效 率高。
[0005] 本發(fā)明解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足所采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種測(cè)量鋼化玻璃表面應(yīng)力的拉曼光譜儀，包括光源、拉曼信號(hào)采集裝置、拉曼光 譜分析裝置，其特征在于，所述的拉曼信號(hào)采集裝置包括沿光路依次設(shè)置的半透半反鏡、微 透鏡陣列、聚焦透鏡、成像光纖束、顯微系統(tǒng)、位移掃描控制機(jī)構(gòu)，待測(cè)樣品位于顯微系統(tǒng)后 端的位移掃描控制機(jī)構(gòu)上，顯微系統(tǒng)將光源發(fā)射的光聚焦在待測(cè)樣品上以產(chǎn)生拉曼信號(hào)； 所述的拉曼光譜分析裝置包括半透半反鏡后端依次設(shè)置的成像透鏡、出射狹縫、光譜儀，由 待測(cè)樣品散射的拉曼信號(hào)經(jīng)半透半反鏡反射后，通過(guò)成像透鏡、出射狹縫進(jìn)入光譜儀進(jìn)行 光譜分析。
[0007] 本發(fā)明所述的光源與半透半反鏡之間依次設(shè)有整形透鏡、入射狹縫、準(zhǔn)直透鏡，整 形透鏡與準(zhǔn)直透鏡同光軸設(shè)置，且整形透鏡與準(zhǔn)直透鏡均設(shè)置在以入射狹縫為焦平面、焦 點(diǎn)在入射狹縫的中心位置上，使光源發(fā)射的光經(jīng)入射狹縫后形成點(diǎn)光源，減少雜散光的影 響，提高了本發(fā)明拉曼光譜儀的測(cè)量精度。
[0008] 本發(fā)明所述的光譜儀為多通道光纖光譜儀，因而本發(fā)明可以同時(shí)配置多個(gè)拉曼信 號(hào)采集裝置，能夠同時(shí)并行探測(cè)多路拉曼信號(hào)，使本發(fā)明拉曼光譜儀可以同時(shí)測(cè)量多個(gè)樣 品的應(yīng)力信息，提高了本發(fā)明的測(cè)量效率。
[0009] 本發(fā)明所述的多通道光纖光譜儀的光線陣列間距小于所述的拉曼信號(hào)陣列間距， 使本發(fā)明產(chǎn)生的拉曼信號(hào)能夠全部耦合至多通道光纖光譜儀，提高了本發(fā)明拉曼光譜儀的 測(cè)量精度。
[0010] 本發(fā)明所述的光譜儀的響應(yīng)波長(zhǎng)帶寬為50nm，既提高了本發(fā)明拉曼光譜儀的分辨 率，使本發(fā)明分辨率可以達(dá)到〇.〇2nm，又提高了本發(fā)明的掃描速度。
[0011] 本發(fā)明所述的光譜儀連接有數(shù)據(jù)處理裝置，可以對(duì)拉曼光譜分析裝置所得數(shù)據(jù)進(jìn) 行快速處理，完成鋼化玻璃表面應(yīng)力的精確測(cè)量。
[0012] 本發(fā)明所述的光源為激光光源，所發(fā)射的激光波長(zhǎng)為532nm、514nm、635nm、785nm 中的一種。
[0013] 本發(fā)明還提供了一種利用所述的拉曼光譜儀測(cè)量鋼化玻璃表面應(yīng)力的方法，其特 征在于，包括以下步驟：
[0014] 1、設(shè)置拉曼光譜儀的測(cè)試參數(shù)，使光源的激光功率為2-lOmw，拉曼光譜儀的曝光 時(shí)間為2-1 Os。
[0015] 2、利用光波導(dǎo)法測(cè)出待測(cè)樣品的應(yīng)力分布。
[0016] 3、將待測(cè)樣品置于拉曼信號(hào)采集裝置的光斑焦點(diǎn)并垂直于探測(cè)光束處，啟動(dòng)拉曼 光譜儀進(jìn)行掃描，獲取此時(shí)的拉曼峰值。
[0017] 4、通過(guò)位移掃描控制機(jī)構(gòu)控制待測(cè)樣品上下位移進(jìn)行Z軸掃描，隨著Z軸的變化會(huì) 出現(xiàn)不同的拉曼峰值，獲取不同Z軸位置處的拉曼光譜，利用光譜處理軟件獲取拉曼峰的波 數(shù)，并測(cè)出與待測(cè)樣品同種材料的玻璃無(wú)應(yīng)力時(shí)的拉曼峰值。
[0018] 5、利用步驟2中獲得的應(yīng)力分布，以及不同位置的拉曼峰值之差與應(yīng)力值之差，計(jì) 算應(yīng)力頻移因子σ，最后利用應(yīng)力-頻移公式F = 〇A ω (F為鋼化玻璃表面應(yīng)力，σ為應(yīng)力頻移 因子，△ ω為拉曼頻移），計(jì)算出待測(cè)樣品的表面應(yīng)力。
[0019] 本發(fā)明所述的測(cè)量鋼化玻璃表面應(yīng)力的方法還包括對(duì)待測(cè)樣品的鋼化深度進(jìn)行 測(cè)量的步驟，所述測(cè)量鋼化深度的步驟為:所述的步驟4中，當(dāng)Ζ軸的變化不出現(xiàn)新的拉曼峰 值時(shí)，拉曼光譜儀停止掃描，此時(shí)的Ζ軸位置即為待測(cè)樣品的鋼化深度。
[0020] 本發(fā)明的有益效果是，由于本發(fā)明采用拉曼光譜法進(jìn)行鋼化玻璃表面應(yīng)力測(cè)量， 因而避免了傳統(tǒng)光波導(dǎo)法測(cè)量過(guò)程中對(duì)待測(cè)玻璃造成的劃損。與傳統(tǒng)拉曼光譜儀不同，本 發(fā)明拉曼光譜儀包括光源、拉曼信號(hào)采集裝置、拉曼光譜分析裝置，且所述的拉曼信號(hào)采集 裝置包括沿光路依次設(shè)置的半透半反鏡、微透鏡陣列、聚焦透鏡、成像光纖束、顯微系統(tǒng)、位 移掃描控制機(jī)構(gòu)，待測(cè)樣品位于顯微系統(tǒng)后端的位移掃描控制機(jī)構(gòu)上，顯微系統(tǒng)將光源發(fā) 射的光聚焦在待測(cè)樣品上以產(chǎn)生拉曼信號(hào);所述的拉曼光譜分析裝置包括半透半反鏡后端 依次設(shè)置的成像透鏡、出射狹縫、光譜儀，由待測(cè)樣品散射的拉曼信號(hào)經(jīng)半透半反鏡反射 后，通過(guò)成像透鏡、出射狹縫進(jìn)入光譜儀進(jìn)行光譜分析，因而在利用本發(fā)明拉曼光譜儀測(cè)量 鋼化玻璃表面應(yīng)力時(shí)，拉曼信號(hào)采集裝置可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)信號(hào)同時(shí)采集，降低了結(jié)構(gòu)成本，提 高了測(cè)量效率。同時(shí)，拉曼信號(hào)采集裝置通過(guò)采用成像光纖束接收拉曼信號(hào)，提高了本發(fā)明 拉曼光譜儀的測(cè)量靈敏度和光能利用率，進(jìn)一步提高了測(cè)量精度。由于本發(fā)明所述的光源 與半透半反鏡之間還依次設(shè)有整形透鏡、入射狹縫、準(zhǔn)直透鏡，可以對(duì)光源發(fā)出的光進(jìn)行整 形、聚焦，使光源發(fā)射的光經(jīng)入射狹縫后形成點(diǎn)光源，減少了雜散光的影響，提高了本發(fā)明 拉曼光譜儀的測(cè)量精度。由于本發(fā)明所述的光譜儀為多通道光纖光譜儀，因而在利用本發(fā) 明測(cè)量鋼化玻璃表面應(yīng)力時(shí)，可以同時(shí)配置多個(gè)拉曼信號(hào)采集裝置，并行探測(cè)多路拉曼信 號(hào)，使本發(fā)明可以同時(shí)測(cè)量多個(gè)待測(cè)樣品的應(yīng)力信息，提高了本發(fā)明拉曼光譜儀的測(cè)量效 率。同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種利用所述的拉曼光譜儀測(cè)量鋼化玻璃表面應(yīng)力的方法，測(cè)量 工序簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高，使本發(fā)明拉曼光譜儀和所述測(cè)量方法具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為本發(fā)明拉曼光譜儀的一種結(jié)構(gòu)示意圖，也是一種優(yōu)選實(shí)施例示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 以下描述用于揭露本發(fā)明以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。以下描述中的優(yōu) 選實(shí)施例只作為舉例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其他顯而易見(jiàn)的變型。在以下描述中界定 的本發(fā)明的基本原理可以應(yīng)用于其他實(shí)施方案、變形方案、改進(jìn)方案、等同方案以及沒(méi)有背 離本發(fā)明的精神和范圍的其他技術(shù)方案。
[0023] 實(shí)施例一
[0024] 圖1示出了本發(fā)明拉曼光譜儀的一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，也是一種優(yōu)選實(shí)施例示 意圖。如圖1所示，本實(shí)施例所述的測(cè)量鋼化玻璃表面應(yīng)力的拉曼光譜儀，包括光源10、拉曼 信號(hào)采集裝置、拉曼光譜分析裝置，所述的拉曼信號(hào)采集裝置包括沿光路依次設(shè)置的半透 半反鏡21、微透鏡陣列22、聚焦透鏡23、成像光纖束24、顯微系統(tǒng)25、位移掃描控制機(jī)構(gòu)26， 待測(cè)樣品40位于顯微系統(tǒng)25后端的位移掃描控制機(jī)構(gòu)26上，位移掃描控制機(jī)構(gòu)26根據(jù)測(cè)量 過(guò)程控制待測(cè)樣品進(jìn)行位移，增加了操作便利性，顯微系統(tǒng)25將光源10發(fā)射的光聚焦在待 測(cè)樣品40上以產(chǎn)生拉曼信號(hào)。本發(fā)明所述的拉曼光譜分析裝置包括半透半反鏡21后端依次 設(shè)置的成像透鏡31、出射狹縫32、光譜儀33,由待測(cè)樣品40散射的拉曼信號(hào)經(jīng)半透半反鏡21 反射后，通過(guò)成像透鏡31、出射狹縫32進(jìn)入光譜儀33進(jìn)行光譜分析。
[0025] 本發(fā)明所述的光源10為激光光源，單色性好，且具有非常高的準(zhǔn)直性，激光光源所 發(fā)射的激光波長(zhǎng)為532nm、514nm、635nm、785nm中的一種。作為優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)施例激光 光源所發(fā)射的激光波長(zhǎng)為532nm。由圖1中可以看出，本發(fā)明所述的拉曼信號(hào)采集裝置還包 括依次設(shè)置于所述的光源10與半透半反鏡21之間的整形透鏡27、入射狹縫28、準(zhǔn)直透鏡29， 且整形透鏡與準(zhǔn)直透鏡均設(shè)置在以入射狹縫為焦平面、焦點(diǎn)在入射狹縫的中心位置上。整 形透鏡27對(duì)光源10發(fā)射的光進(jìn)行整形聚焦，使光源發(fā)射的光經(jīng)入射狹縫28后形成點(diǎn)光源， 減少了雜散光的影響，提高了本發(fā)明拉曼光譜儀的測(cè)量精度。光源10發(fā)出的光經(jīng)入射狹縫 28后成為以入射狹縫為輻射中心的散射光，準(zhǔn)直透鏡29對(duì)經(jīng)入射狹縫出射的散射光進(jìn)行準(zhǔn) 直后入射到半透半反鏡21上，減少了光能損失，進(jìn)一步提高了測(cè)量精度。
[0026]本實(shí)施例所述的光譜儀33為多通道光纖光譜儀，因而在利用本發(fā)明拉曼光譜儀測(cè) 量鋼化玻璃表面應(yīng)力時(shí)，可以同時(shí)配置多個(gè)拉