集约式钢化玻璃表面应力仪的制作方法

本发明属于光学检测领域，尤其涉及一种集约式钢化玻璃表面应力仪。

背景技术：

钢化玻璃又称强化玻璃，它是一种预应力玻璃，通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层压力，从而提高了承载能力，因而钢化玻璃广泛应用于建筑门窗、玻璃幕墙、电子仪表等领域。但是钢化玻璃切割后边缘会存在大量微裂纹，导致玻璃强度降低。尤其是随着触控产业的蓬勃发展，触控产品本身的规格要求也日渐严格，由于触控面板是由外部施加压力去进行感应组件的运作方式从而达到使用效果，因此产品的机械抗压力是各大厂商的重要规范与指标。对于光学玻璃，较大应力的存在也严重影响了光学透光性及成像质量。因而，为保证钢化玻璃制品的使用性能，钢化玻璃的应力要控制在规定范围内，这就要求对钢化玻璃的表面应力进行检测。

目前市场上常见的钢化玻璃表面应力仪主要采用光波导原理来探测钢化玻璃表面应力，如中国实用新型专利201420643584.X公开了一种新型全自动玻璃表面应力仪，包括仪器本体、目镜、目镜角度调节器、光源和双折射棱镜，所述目镜设于目镜角度调节器上，所述目镜角度调节器固定在仪器本体上，所述双折射棱镜凸出于仪器本体上表面，所述光源设于仪器本体内，所述目镜的前端位于双折射棱镜的光线折射方向上，所述双折射棱镜位于光源的光线射出方向上，所述目镜的后底部安装一工业相机，所述双折射棱镜的正上方安装有一滴液器以及一激光厚度测量仪，所述工业相机、滴液器和激光厚度测量仪均通过数据线连接计算机处理器。利用该应力仪检测钢化玻璃表面应力时，将待测玻璃放置在双折射棱镜表面使双折射棱镜与其相贴合，光源发出的光需要入射到双折射棱镜上，在双折射棱镜与待测玻璃的接触面发生全反射。为了提高测量精度，需要对光源的入射角度进行适时调整，以便形成最佳光线入射到双折射棱镜上。在该专利中，还公开了一套调节光源入射角度的升降机构，所述升降机构是在所述仪器本体内设有光源升降架，所述光源升降架与部分凸出仪器本体的光源升降调节手轮传动连接，所述光源固定于光源升降架上。虽然该升降机构可以对光源入射角度进行调节，但是由于该升降机构尺寸比较大，因而造成应力仪整体结构庞大，不利于应力仪小型化，限制了应力仪在自动化生产领域中的灵活应用。另外，现有应力仪光源需要通过LED灯珠、聚光碗、扩散片、透镜相互配合，以达到使光线均一的目的，这种方式结构复杂，同时又受限于LED灯珠及聚光碗的工艺，难以确保所有设备的投影光斑一致，从而影响了应力仪检测的精度及稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种小型化程度高的集约式钢化玻璃表面应力仪，该应力仪集成度高、精度高且检测结果稳定。

本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：

一种集约式钢化玻璃表面应力仪，包括工作台板、照明单元、光折射单元、成像单元、图像处理单元，所述照明单元与所述成像单元位于所述工作台板下方，所述光折射单元位于所述工作台板上，供放置待检样品，所述照明单元、所述光折射单元与所述成像单元构成一条光路，所述光折射单元位于所述照明单元的光发射方向，所述成像单元位于所述光路后端，所述照明单元发射出的光入射到光折射单元上的待检样品中，经全反射之后进入所述成像单元成像，所述成像单元连接所述图像处理单元，所述图像处理单元对所述成像单元获得的图像进行计算处理，其特征在于，所述照明单元包括光源和光源调节机构，所述光源调节机构是，所述工作台板下方设置有固定座和调节块，所述固定座设置在所述工作台板下侧上，所述调节块经销轴与所述固定座铰接，所述调节块上设有上下贯通的调节螺纹孔，所述调节螺纹孔内设有调节螺杆，所述调节螺杆的一端顶靠在支撑块上，所述支撑块为所述调节块以销轴为轴心旋转提供动力支撑点，所述调节螺杆的另一端设有旋钮，所述固定座与所述调节块之间设有复位弹簧，所述光源设置在所述调节块上。光源调节机构的设置，使本发明应力仪在使用时仅通过旋转旋钮即可实现对光源入射角度的细微调节，不但简化了整体结构，提高了本发明应力仪整机的集成度，而且使光源入射角度可以调节的更加灵活，提高了本发明的检测精度和检测效率。

本发明所述的支撑块设置在所述固定座一侧上，所述调节螺纹孔与所述光源分别位于所述销轴的两侧。

本发明所述的支撑块设置在所述工作台板下侧上，所述调节块的一端经销轴与所述固定座铰接，所述调节块另一端设有光源，所述调节螺纹孔设置在所述调节块中部。

本发明所述的光源一端的调节块上设有直线轴承，所述直线轴承内设有可沿其自由滑动的滑动轴，所述滑动轴上设有光源固定座，所述光源固定座上设有至少一个光源。通过在光源固定座上设置至少一个光源，使本发明应力仪可以根据应力检测的实际情况，选择合适的光源，扩大了本发明应力仪的适用范围，提高了本发明检测的灵活性。

本发明所述的光源为LED阵列光源。光源通过采用LED阵列光源，不但优化了本发明应力仪的光学系统，简化了整体结构，而且光源发出的光线亮度高、均一效果好，提高了本发明应力仪的检测精度，同时又降低了制造成本。

本发明所述的光折射单元是在所述工作台板上设有棱镜台，所述棱镜台中部设有上下贯通的棱镜槽，所述棱镜槽内设有棱镜，所述待检样品放置在所述棱镜上，所述光源发射出的光经所述棱镜入射到所述待检样品、在所述待检样品内传播后经所述棱镜进入到所述成像单元成像。

本发明所述棱镜为等腰三棱镜，所述等腰三棱镜的底面略凸出于所述棱镜槽上表面，所述待检样品放置在所述等腰三棱镜的底面上。光源发射出的光线由等腰三棱镜的其中一个腰面入射到等腰三棱镜的底面上，在等腰三棱镜底面与待检样品的接触面发生全反射，全反射之后的光线由三棱镜的另一个腰面出射。

本发明所述的棱镜槽横截面形状、尺寸大小与所述等腰三棱镜底面的形状、尺寸大小相匹配，所述棱镜槽与所述等腰三棱镜紧密相接，形成封闭式棱镜台，有效防止了检测过程中向三棱镜底面滴加的折射液流到三棱镜腰面、从而影响检测精度的不良现象。

本发明所述的棱镜台上设有吸气孔，所述吸气孔均布在所述棱镜槽的外周边，与所述吸气孔相配合的棱镜台下表面设有抽气孔，棱镜台上表面和下表面之间设有吸气通道，所述吸气孔与所述抽气孔通过所述吸气通道相连，所述抽气孔连接抽气装置。抽气装置通过抽气孔、吸气通道、吸气孔将待检样品与吸气孔之间的空气抽成真空，由于三棱镜位于吸气孔围成的空间之内，因而待检样品可以与三棱镜更好的贴合，即使待检样品表面存在一定的翘曲，也可以通过本发明吸气孔将其与三棱镜贴合，提高了本发明应力仪的检测精度和效率。

本发明所述的工作台板上设有限位治具，所述限位治具设置在所述棱镜台相邻两侧的延伸方向上，所述限位治具本体上设有多个限位柱，多个限位柱围绕形成容纳待检样品的空间。限位治具的设置可以对待检样品的位置进行限定，使待检样品与吸气孔之间更好的配合，提高了本发明的检测精度。

本发明所述的限位柱为限位螺栓，所述限位治具本体上表面设有与限位螺栓相配合的限位螺纹孔。限位柱采用螺栓及螺纹孔相互配合的方式，对限位柱的具体位置不做限定，可以根据待检样品大小的实际情况进行相应调整，扩大了本发明应力仪的适用范围。

本发明所述的成像单元是沿所述光路方向依次设置有透镜组、偏振片和图像传感器，所述透镜组的前端位于所述棱镜的光射出方向，对所述棱镜射出的光进行汇聚，所述透镜组的后端设有偏振片，所述偏振片将所述透镜组汇聚后的光分离成相对于所述棱镜与所述待检样品的边界面平行振动和垂直振动的两种光成分，所述偏振片的后端设有图像传感器，所述图像传感器将接收到的光进行光电转换，将构成图像的多个像素的逐个亮度值作为数字图像数据输出到图像处理装置。

本发明的有益效果是，由于本发明应力仪的照明单元包括光源和光源调节机构，所述光源调节机构是，所述工作台板下方设置有固定座和调节块，所述固定座设置在所述工作台板下侧上，所述调节块经销轴与所述固定座铰接，所述调节块上设有上下贯通的调节螺纹孔，所述调节螺纹孔内设有调节螺杆，所述调节螺杆的一端顶靠在支撑块上，所述支撑块为所述调节块以销轴为轴心旋转提供动力支撑点，所述调节螺杆的另一端设有旋钮，所述固定座与所述调节块之间设有复位弹簧，所述光源设置在所述调节块上，因而使用本发明应力仪检测钢化玻璃表面应力时，仅需要通过调节旋钮即可轻松实现对光源入射角度的细微调整，提高了本发明的易操作性，而且整个光源调节机构结构小巧，简化了本发明应力仪整体结构，提高了集成度，从而缩小了应力仪整机体积，使本发明应力仪能够进一步小型化，满足了在自动化生产领域灵活应用的需求。由于光源固定座可沿调节块自由滑动，且所述光源固定座上设有至少一个光源，因而在使用本发明应力仪时，使用者可以根据应力检测的实际情况，选择合适的光源，扩大了本发明应力仪的适用范围，提高了本发明检测的灵活性。光源选用LED阵列光源，不但优化了本发明应力仪的光学系统，简化了整体结构，而且光源发出的光线亮度高、均一效果好，提高了本发明应力仪的检测精度，同时又降低了制造成本。由于本发明棱镜槽横截面形状、尺寸大小与三棱镜底面的形状、尺寸大小相匹配，因而棱镜槽与三棱镜得以紧密相接，形成封闭式棱镜台，有效防止了检测过程中向三棱镜底面滴加的折射液流到三棱镜腰面、从而影响检测精度的不良现象。棱镜台上设有吸气孔，所述吸气孔均布在所述棱镜槽的外周边，通过吸气孔可以将待检样品与吸气孔之间的空气抽成真空，因而即使待检样品表面存在一定的翘曲，也可以通过本发明吸气孔将其与三棱镜贴合，提高了本发明应力仪的检测精度和效率。

附图说明

图1为本发明应力仪的一种实施例结构示意图，也是一种优选实施例示意图。

图2为本发明棱镜台的结构示意图。

图3为本发明棱镜台和限位治具的结构示意图。

图4为本发明应力仪另一种实施例结构示意图。

图5、图6为本发明第二种实施例中光源调节机构的结构示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

实施例一

图1示出了本发明集约式钢化玻璃表面应力仪的一种实施例结构示意图，也是一种优选实施例示意图。如图1所示，本实施例所述的应力仪包括工作台板10、照明单元20、光折射单元30、成像单元40、图像处理单元（图中未示出），所述照明单元20与所述成像单元40位于所述工作台板10下方，所述光折射单元30位于所述工作台板上，供放置待检样品，所述照明单元、所述光折射单元与所述成像单元构成一条光路，所述光折射单元位于所述照明单元的光发射方向，所述成像单元位于所述光路后端，所述照明单元发射出的光入射到光折射单元上的待检样品中，经全反射之后进入所述成像单元成像，所述成像单元连接所述图像处理单元，所述图像处理单元对所述成像单元获得的图像进行计算处理，所述照明单元包括光源21和光源调节机构，所述光源调节机构对所述光源入射到所述光折射单元的光角度进行调节，使光源发射出的光能够以临界角度入射到光折射单元中，在光折射单元与待检样品的接触面发生全反射，提高了本发明应力仪的测量精度。

由图1可以看出，所述光源调节机构是，所述工作台板10下方设置有固定座22和调节块23，所述固定座22设置在所述工作台板10下侧上，所述调节块23经销轴24与所述固定座22铰接，所述调节块23上设有上下贯通的调节螺纹孔，所述调节螺纹孔内设有调节螺杆25，所述调节螺杆的一端顶靠在支撑块26上，在本实施例中，为便于生产加工，所述支撑块26设置在所述固定座22一侧上，所述支撑块26为所述调节块23以销轴24为轴心旋转时提供动力支撑点，如图1所示，所述支撑块优选为圆形，所述调节块23以销轴为轴心旋转时，所述调节螺杆25的一端能够一直顶靠在所述支撑块26上。所述调节螺杆25的另一端设有旋钮27，旋转旋钮27时，调节螺杆25与调节螺纹孔相互配合，调节螺杆向上运动，由于支撑块固定不动，此时支撑块便会对调节块施加一个与调节螺杆运动方向相反的力，使调节块能够以销轴24为轴心旋转。所述固定座22与所述调节块23之间设有复位弹簧28，所述复位弹簧28能够为所述调节螺杆25提供向所述支撑块26紧靠的力，使所述调节螺杆25的一端能一直顶靠在所述支撑块上，提高了本发明应力仪的稳定性和测量精度，如图1所示，本实施例中所述复位弹簧与所述调节螺杆位于所述销轴的两侧，所述复位弹簧优选为压簧。光源21设置在所述调节块23上，所述光源与所述调节螺纹孔位于所述销轴的两侧，光源21发射出的光入射到所述光折射单元30中。

光源调节机构的设置，使本发明应力仪在使用时仅通过旋转旋钮即可实现对光源入射角度的调节，不但简化了整体结构，提高了本发明应力仪整机的集成度，而且使光源入射角度可以调节的更加灵活，提高了本发明的检测精度和检测效率。作为优选实施方式，本实施例所述的光源为LED阵列光源。光源通过采用LED阵列光源，不但优化了本发明应力仪的光学系统，简化了整体结构，而且光源发出的光线亮度高、均一效果好，提高了本发明应力仪的检测精度，同时又降低了制造成本。当然，为提高检测精度，在检测过程中需要向待检样品表面滴加少量折射液，为防止滴加的折射液流到光源上，从而对光源造成损坏，可以在光源前端设置透明挡板。

本实施例中所述的光折射单元30是在所述工作台板10上设有棱镜台31，所述棱镜台31中部设有上下贯通的棱镜槽32，所述棱镜槽内设有棱镜33，所述待检样品放置在所述棱镜33上，所述光源21发射出的光经所述棱镜33入射到所述待检样品、在所述待检样品内传播后经所述棱镜进入到所述成像单元成像。如图2所示，本实施例所述棱镜33为等腰三棱镜，所述等腰三棱镜的底面略凸出于所述棱镜槽32上表面，所述待检样品放置在所述等腰三棱镜的底面上。光源21发射出的光线由等腰三棱镜的其中一个腰面入射到等腰三棱镜的底面上，在等腰三棱镜底面与待检样品的接触面发生全反射，全反射之后的光线由三棱镜的另一个腰面出射。作为优选实施方式，本实施例所述的棱镜槽32横截面形状、尺寸大小与所述等腰三棱镜底面的形状、尺寸大小相匹配，所述棱镜槽与所述等腰三棱镜紧密相接，形成封闭式棱镜台，有效防止了检测过程中向三棱镜底面滴加的折射液流到三棱镜腰面、从而影响检测精度的不良现象。由图1、图2可以看出，本实施例所述的棱镜台31上设有吸气孔34，所述吸气孔均布在所述棱镜槽32的外周边，与所述吸气孔34相配合的棱镜台下表面设有抽气孔35，棱镜台上表面和下表面之间设有吸气通道，所述吸气孔与所述抽气孔通过所述吸气通道相连，所述抽气孔35通过抽气管路36连接抽气装置。抽气装置通过抽气孔、吸气通道、吸气孔将待检样品与吸气孔34之间的空气抽成真空，由于三棱镜位于吸气孔围成的真空之内，因而待检样品可以与三棱镜更好的贴合，即使待检样品表面存在一定的翘曲，也可以通过本发明吸气孔34将其与三棱镜贴合，提高了本发明应力仪的检测精度和效率。本实施例通过将吸气孔设置在棱镜台上，无需分别设置棱镜台与吸气台，不但简化了应力仪整体结构，减小了尺寸，降低了制造成本，而且提高了本发明应力仪的稳定性。

作为优选实施方式，如图3所示，本实施例所述的工作台板10上还设有限位治具11，所述限位治具11设置在所述棱镜台31相邻两侧的延伸方向上，所述限位治具11本体上设有多个限位柱12，多个限位柱围绕形成容纳待检样品的空间。限位治具的设置可以对待检样品的位置进行限定，使待检样品与吸气孔之间更好的配合，提高了本发明的检测精度。本实施例所述的限位柱12为限位螺栓，所述限位治具11本体上表面设有与限位螺栓相配合的限位螺纹孔。限位柱采用螺栓及螺纹孔相互配合的方式，对限位柱的具体位置不做限定，可以根据待检样品大小的实际情况进行相应调整，扩大了本发明应力仪的适用范围。为提高操作便利性，本实施例所述的限位治具11本体上还设有便于取放待检样品的操作孔13。使用者通过操作孔13移动待检样品到合适位置，应力检测完之后，再通过操作孔9将玻璃取出。由图3可以看出，本实施例所述的限位治具11和棱镜台31上还设有紧固螺纹孔14，紧固螺纹孔通过与紧固螺栓相互配合，把限位治具与棱镜台固定到工作台板上，提高了本发明应力仪的稳固性。

本实施例所述的成像单元40是沿所述光路方向依次设置有透镜组、偏振片和图像传感器，所述透镜组的前端位于所述棱镜的光射出方向、对所述棱镜射出的光进行汇聚，所述透镜组的后端设有偏振片，所述偏振片将所述透镜组汇聚后的光分离成相对于所述棱镜与所述待检样品的边界面平行振动和垂直振动的两种光成分，所述偏振片的后端设有图像传感器，所述图像传感器将接收到的光进行光电转换，将构成图像的多个像素的逐个亮度值作为数字图像数据输出到图像处理装置。当然，成像单元可以选用现有技术中的双偏振工业相机，由于此为现有成熟技术，因而在此对其不再详述。值得一提的是，由图1可以看出，在本实施例中，所述成像单元40通过销轴铰接在所述固定座上，便于对成像单元的角度进行调节，以便调整合适的角度，使全反射之后的光线进入成像单元成像。成像单元40连接图像处理单元（图中未示出），所述图像处理单元对所述成像单元获得的图像进行计算处理，图像处理单元可以是具有数据处理软件的通用计算机，或者是专用数据处理器，在此同样不再详述。

实施例二

图2示出了本发明应力仪的另一种结构，如图2所示，一种集约式钢化玻璃表面应力仪，包括工作台板10、照明单元20、光折射单元30、成像单元40、图像处理单元（图中未示出），所述照明单元与所述成像单元位于所述工作台板下方，所述光折射单元位于所述工作台板上，供放置待检样品，所述照明单元、所述光折射单元与所述成像单元构成一条光路，所述光折射单元位于所述照明单元的光发射方向，所述成像单元位于所述光路后端，所述照明单元发射出的光入射到光折射单元上的待检样品中，经全反射之后进入所述成像单元成像，所述成像单元连接所述图像处理单元，所述图像处理单元对所述成像单元获得的图像进行计算处理，所述照明单元20包括光源21和光源调节机构，由图4可以看出，本实施例中所述光源调节机构是，所述工作台板10下方设置有固定座22和调节块23，所述固定座22设置在所述工作台板10下侧上，所述调节块23的一端经销轴24与所述固定座22铰接，所述光源21设置在所述调节块23另一端，光源21发射出的光入射到所述光折射单元30中。所述调节块23中部设有上下贯通的调节螺纹孔，所述调节螺纹孔内设有调节螺杆25，所述调节螺杆的上端顶靠在支撑块上，所述支撑块为所述调节块以销轴为轴心旋转提供动力支撑点，所述支撑块设置在所述工作台板10下侧上，当然，为了便于生产加工，所述支撑块也可以与所述工作台板一体成型，如图4所示，所述支撑块与所述工作台板一体成型，所述调节螺杆25上端顶靠在所述支撑块上，也就是说，调节螺杆25上端顶靠在所述工作台板10下侧上，所述调节螺杆的下端设有旋钮27，如图5所示，所述固定座22与所述调节块23之间设有复位弹簧28，所述复位弹簧28能够为所述调节螺杆25提供向所述工作台板下侧紧靠的力，使调节螺杆顶端顶靠在所述工作台板下侧上，本实施例中所述复位弹簧28优选为拉簧。

作为一种改进，如图5、图6所示，本实施例所述的光源一端的调节块23上设有直线轴承230，所述直线轴承内设有可沿其自由滑动的滑动轴231，所述滑动轴231上设有光源固定座210，所述光源固定座210上设有至少一个光源21。由图5可以看出，本实施例中所述光源固定座210上设有两个光源21，所述光源21为LED阵列光源。两个光源21的波长彼此不同，使用时可以根据应力检测的实际情况，选择合适波长的光源，扩大了本发明应力仪的适用范围，提高了本发明应力检测的灵活性。

本实施例中其它结构与实施例一相同，在此不再赘述。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。值得一提的是，实施例一与实施例二中的技术特征可以相互组合，比如，实施例二中的直线轴承、滑动轴、光源固定座同样可以应用在实施例一中，这并不限定本发明的保护范围，本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。