[發明專利]玻璃光彈常數測量裝置及測量方法

在審

• 申請號: 202011485301.X
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112630001A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 李俊杰;韓松;邱巖;苗向陽;丁佐鑫;楊平平;許威;張京玲;左輝霞
• 申請（專利權）人: 中國建材檢驗認證集團股份有限公司
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/04;G01N3/06;G01N3/08;G01N3/20
• 代理公司: 北京恩赫律師事務所 11469
• 代理人: 劉守憲;李善學

本發明公開了一種玻璃光彈常數測量裝置及測量方法，屬于玻璃光彈常數測量技術領域。該裝置包括不透光殼體和計算機，所述不透光殼體內設置有提供豎直方向壓力的壓力加載系統、光源、光路調制系統和相位差采集相機，所述壓力加載系統和相位差采集相機與計算機數據連接；所述光源和相位差采集相機分別設置在所述壓力加載系統的兩側，所述光路調制系統設置在所述光源和壓力加載系統之間；所述壓力加載系統包括工作臺和位于工作臺上方的滑塊，所述工作臺和滑塊分別配備有用于與玻璃試樣下表面和上表面接觸的緩沖墊片。本發明能夠有效解決厚度為1.1mm及以上的玻璃樣品光彈常數測量，解決了以往薄片玻璃無法檢測難題，并且測量快速，精度高。

技術領域

本發明涉及玻璃光彈常數測量領域，特別是指一種玻璃光彈常數測量裝置及測量方法。

背景技術

光彈常數又稱為應力光學常數，是玻璃或其它透明非晶材料應力測量的關鍵參數，對產品殘余應力、結構應力、機械應力的精密測量與計算具有重要的意義。在介紹光彈常數之前，首先要理解玻璃應力的測量原理，應力是玻璃材料重要的檢測項目，對材料產品的質量控制、機械性能評價、失效分析等關鍵領域評價具有重要意義。導致玻璃材料產生應力因素較多，比如退火不均勻導致的熱應力，玻璃成分不均勻導致的結構應力，玻璃自重或者安裝導致的機械應力等，由于玻璃材料的特性，玻璃應力的直接測量較難實現。

在玻璃和透明材料的應力表征領域，常以光程差這一光學參數作為玻璃應力的評價指標，該測量方法為非破壞性方法，操作簡單，然而光程差單位為nm/cm，它只是玻璃材料由于應力雙折射效應導致的一種光學現象，該參數并不是玻璃應力MPa的表征單位。因此，要實現玻璃材料應力的精確測量，就必須建立玻璃光程差與應力之間的關系參數——光彈常數(單位nm/cm/MPa)。要實現玻璃應力的精確測量，需要首先采用光學原理測量玻璃應力光程差，然后除以光彈常數計算出玻璃的應力。因此可以看出，光彈常數是玻璃應力測試必不可少的“橋梁”參數。

傳統上，由于玻璃品種相對較少，加之玻璃的應用領域對玻璃材料應力評價精度要求不高，業內常以特定的估計值作為玻璃光彈常數進行計算，比如一般業內認為鈉鈣玻璃的光彈常數為26nm/cm/MPa，或者26.5nm/cm/MPa，甚至粗略認為玻璃的光彈常數為30nm/cm/MPa；對于石英玻璃，常以36nm/cm/MPa作為應力計算參數。

近年來，隨著玻璃材料在工業領域應用范圍不斷擴大，玻璃材料品種越來越多，特種玻璃的應用及市場領域也越來越寬。在這種趨勢下，玻璃應力高精度測量需求越來越多，尤其是高表面應力的玻璃品種，比如當下比較火熱的化學強化型超薄蓋板玻璃，該玻璃品種經化學強化處理后，其表面壓應力高達900MPa以上，高強的表面應力使化學強化玻璃成為電子玻璃中應用熱點，表面應力的評價成為了電子玻璃的關鍵指標，然而表面應力的測量離不開光彈常數的測試。由于目前行業內光彈常數測量水平不高，且精度較差，導致玻璃應力精確測量行業難題，玻璃光彈常數的測量問題急需解決。

關于玻璃光彈常數測量，上世紀90年代，ISO 10345-1：1992和ISO10345-2：1992標準分別提出了彎曲加載和拉伸加載結合1/4波片補償原理測量光程差的原理測量光彈常數，該方法是目前玻璃光彈常數普遍采用的方法，但是該方法存在以下測量缺陷。

1)相位差(光程差)測量精度差

1/4波片補償原理測量光程差測量的原理是對施加應力后的玻璃樣品進行相位差補償測量進而計算光程差，該方法依靠人眼觀察視場明暗程度來旋轉偏光片的角度進行補償，由于多數玻璃屬于高度透明材料，人眼難以對玻璃試樣中的明暗效果做出準確判定，這直接導致光程差測量誤差較大，當玻璃厚度小于10cm時，測量誤差更大，相位差測量誤差大于5nm，并且每采集一個數據大約需要5min，測試時間長。

2)該方法能基本滿足厚度10mm以上的玻璃品種光彈常數的測試，對于厚度小于10mm的薄片玻璃，由于玻璃透明度較高，玻璃樣品產生的應力該方法基本無法滿足測試，特別是當玻璃厚度小于3mm時，更無法準確測量。