[发明专利]玻璃光弹常数测量装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种玻璃光弹常数测量装置及测量方法，属于玻璃光弹常数测量技术领域。该装置包括不透光壳体和计算机，所述不透光壳体内设置有提供竖直方向压力的压力加载系统、光源、光路调制系统和相位差采集相机，所述压力加载系统和相位差采集相机与计算机数据连接；所述光源和相位差采集相机分别设置在所述压力加载系统的两侧，所述光路调制系统设置在所述光源和压力加载系统之间；所述压力加载系统包括工作台和位于工作台上方的滑块，所述工作台和滑块分别配备有用于与玻璃试样下表面和上表面接触的缓冲垫片。本发明能够有效解决厚度为1.1mm及以上的玻璃样品光弹常数测量，解决了以往薄片玻璃无法检测难题，并且测量快速，精度高。

技术领域

本发明涉及玻璃光弹常数测量领域，特别是指一种玻璃光弹常数测量装置及测量方法。

背景技术

光弹常数又称为应力光学常数，是玻璃或其它透明非晶材料应力测量的关键参数，对产品残余应力、结构应力、机械应力的精密测量与计算具有重要的意义。在介绍光弹常数之前，首先要理解玻璃应力的测量原理，应力是玻璃材料重要的检测项目，对材料产品的质量控制、机械性能评价、失效分析等关键领域评价具有重要意义。导致玻璃材料产生应力因素较多，比如退火不均匀导致的热应力，玻璃成分不均匀导致的结构应力，玻璃自重或者安装导致的机械应力等，由于玻璃材料的特性，玻璃应力的直接测量较难实现。

在玻璃和透明材料的应力表征领域，常以光程差这一光学参数作为玻璃应力的评价指标，该测量方法为非破坏性方法，操作简单，然而光程差单位为nm/cm，它只是玻璃材料由于应力双折射效应导致的一种光学现象，该参数并不是玻璃应力MPa的表征单位。因此，要实现玻璃材料应力的精确测量，就必须建立玻璃光程差与应力之间的关系参数——光弹常数(单位nm/cm/MPa)。要实现玻璃应力的精确测量，需要首先采用光学原理测量玻璃应力光程差，然后除以光弹常数计算出玻璃的应力。因此可以看出，光弹常数是玻璃应力测试必不可少的“桥梁”参数。

传统上，由于玻璃品种相对较少，加之玻璃的应用领域对玻璃材料应力评价精度要求不高，业内常以特定的估计值作为玻璃光弹常数进行计算，比如一般业内认为钠钙玻璃的光弹常数为26nm/cm/MPa，或者26.5nm/cm/MPa，甚至粗略认为玻璃的光弹常数为30nm/cm/MPa；对于石英玻璃，常以36nm/cm/MPa作为应力计算参数。

近年来，随着玻璃材料在工业领域应用范围不断扩大，玻璃材料品种越来越多，特种玻璃的应用及市场领域也越来越宽。在这种趋势下，玻璃应力高精度测量需求越来越多，尤其是高表面应力的玻璃品种，比如当下比较火热的化学强化型超薄盖板玻璃，该玻璃品种经化学强化处理后，其表面压应力高达900MPa以上，高强的表面应力使化学强化玻璃成为电子玻璃中应用热点，表面应力的评价成为了电子玻璃的关键指标，然而表面应力的测量离不开光弹常数的测试。由于目前行业内光弹常数测量水平不高，且精度较差，导致玻璃应力精确测量行业难题，玻璃光弹常数的测量问题急需解决。

关于玻璃光弹常数测量，上世纪90年代，ISO 10345-1：1992和ISO10345-2：1992标准分别提出了弯曲加载和拉伸加载结合1/4波片补偿原理测量光程差的原理测量光弹常数，该方法是目前玻璃光弹常数普遍采用的方法，但是该方法存在以下测量缺陷。

1)相位差(光程差)测量精度差

1/4波片补偿原理测量光程差测量的原理是对施加应力后的玻璃样品进行相位差补偿测量进而计算光程差，该方法依靠人眼观察视场明暗程度来旋转偏光片的角度进行补偿，由于多数玻璃属于高度透明材料，人眼难以对玻璃试样中的明暗效果做出准确判定，这直接导致光程差测量误差较大，当玻璃厚度小于10cm时，测量误差更大，相位差测量误差大于5nm，并且每采集一个数据大约需要5min，测试时间长。

2)该方法能基本满足厚度10mm以上的玻璃品种光弹常数的测试，对于厚度小于10mm的薄片玻璃，由于玻璃透明度较高，玻璃样品产生的应力该方法基本无法满足测试，特别是当玻璃厚度小于3mm时，更无法准确测量。