[發(fā)明專利]玻璃器壁的光學(xué)和幾何參數(shù)測量裝置及其測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410070026.3
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103792208A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張宗權(quán);苗潤才;姚志;王文成;劉志存;魯百佐;楊宗立;辛經(jīng)緯;杜毅鵬;崔永貞;劉雅琳
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西師范大學(xué)
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01B11/06
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責(zé)任公司 61201
• 代理人: 申忠才

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到玻璃器壁光學(xué)、幾何參數(shù)的測量裝置與測量方法。

背景技術(shù)

玻璃容器與玻璃管使用的廣泛性人所共知，由于其優(yōu)異穩(wěn)定的化學(xué)、光學(xué)和機械性能，成為化學(xué)化工、食品衛(wèi)生、電光源、太陽能等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域以及實驗室和科學(xué)研究中必不可少的器具和材料，因此玻璃器壁的光學(xué)、幾何參數(shù)的測量成為其制造和使用中不可缺少的環(huán)節(jié)。

傳統(tǒng)的玻璃容器和玻璃管壁厚的測量方法有超聲測量法和電容測量法，由于其測量過程復(fù)雜、設(shè)備操作難度大且測量精度差，影響了其推廣與應(yīng)用。近年來采用光學(xué)方法測量玻璃器壁光學(xué)、幾何參數(shù)的技術(shù)受得了本專業(yè)領(lǐng)域技術(shù)人員的充分關(guān)注，專利公開號為CN102809351A發(fā)明名稱為“透明和半透明玻璃瓶壁厚檢測裝置及方法”的發(fā)明專利，專利公開號為CN1049492C、發(fā)明名稱為為“透明容器壁厚度的測量”的發(fā)明專利，提供了一種利用激光和光電傳感器測量玻璃器壁厚度的測量方法與裝置，其特征在于利用激光束傾斜入射玻璃器壁，根據(jù)器壁內(nèi)、外表面對入射光束反折射形成的兩束光之間的距離與器壁厚度間的函數(shù)關(guān)系，測量玻璃器壁的厚度。其不足在于，測量系統(tǒng)復(fù)雜，用于薄壁容器壁厚的測量誤差較大，并且無法獲得器壁的光學(xué)參數(shù)。專利公開號為CN101701912A發(fā)明名稱為“一種無損測量透明毛細管管壁折射率的方法及裝置”的發(fā)明專利，公開了一種利用平行光通過裝有已知折射率液體的毛細管會聚焦點位置與管壁折射率之間的關(guān)系，測量管壁折射率的方法與裝置。但其測量系統(tǒng)復(fù)雜，調(diào)試難度大，特別是管壁的幾何尺寸R、r必須是已知的，這使得其應(yīng)用具有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的一個技術(shù)問題在于克服上述專利的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、測量精度高的玻璃器壁的光學(xué)和幾何參數(shù)測量裝置。

本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題在于為玻璃器壁的光學(xué)和幾何參數(shù)測量裝置提供一種方法簡單、操作簡便、測量精度較高的測量方法。

解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：在支架上一側(cè)設(shè)置待測量圓柱狀玻璃容器、另一側(cè)設(shè)置上半導(dǎo)體激光器和下半導(dǎo)體激光器，在待測量圓柱狀玻璃容器器壁外表面局部設(shè)置一層白色油漆或白色玻璃油墨構(gòu)成的光散射成像層。

本發(fā)明的圓柱狀玻璃容器5壁外表面設(shè)置光散射成像層后對綠色激光的透射率為55%～70﹪。

采用上述測量裝置測量圓柱狀玻璃容器器壁的光學(xué)和幾何參數(shù)的方法，由下述步驟組成：

1、在待測量圓柱狀玻璃容器側(cè)壁外表面的局部位置，絲印一層白色玻璃油墨或噴涂一層白色油漆構(gòu)成光散射成像層，光散射成像層對綠色激光的透射率為70%～80﹪。

2、在待測量圓柱狀玻璃容器中充入已知折射率的透明液體，液面位于上半導(dǎo)體激光器與下半導(dǎo)體激光器的中心線之間。

3、接通下半導(dǎo)體激光器的電源，所產(chǎn)生的激光束垂直入射于待測量圓柱狀玻璃容器側(cè)壁下部外表面的光散射成像層上，在光散射成像層上形成以激光束入射點為中心的大橢圓形暗斑，大橢圓形暗斑的長軸與待測圓柱狀玻璃容器的中心線平行，測量大橢圓形暗斑的長軸長度，圓柱狀玻璃容器器壁的折射率、壁厚與內(nèi)裝液體的折射率與大橢圓形暗斑的長軸長度之間的關(guān)系為：

nx=nLL2+16ΔR2---(1)]]>

（1）式中，n為圓柱狀玻璃容器中液體的折射率，L為大橢圓形暗斑的長軸長度，單位為mm，n_x為圓柱狀玻璃容器器壁的折射率，△R為圓柱狀玻璃容器的側(cè)壁厚度，單位為mm。

4、接通上半導(dǎo)體激光器的電源，所產(chǎn)生的激光束垂直入射于待測量圓柱狀玻璃容器側(cè)壁上部外表面的光散射成像層上，在光散射成像層上形成以激光束入射點為中心的小橢圓形暗斑，小橢圓形暗斑的長軸與待測圓柱狀玻璃容器的中心線平行，測量小橢圓形暗斑的長軸長度，圓柱狀玻璃容器器壁的折射率、壁厚與小橢圓形暗斑的長軸長度之間的關(guān)系為：