专利名称：一种不规则表面光学玻璃材料应力检测装置及方法
技术领域：
本发明属于光学材料应力检测领域，涉及一种用于适应不规则表面光学玻璃材料应力检测的装置。
背景技术：
目前国内外对光学玻璃应力测试大多数集中于光学玻璃的毛坯阶段，毛坯阶段的玻璃表面可视为平板玻璃，而对加工或焊接后的不规则表面玻璃如球面、非球面应力的评价方法和评价手段非常少，对毛坯阶段的玻璃应力测试与评价往往是非常重要的。对于平板玻璃，光线垂直入射其表面时光线并不发生偏折，仍按照垂直于表面的方向出射，因此易于探测器的接收和处理。而对曲率玻璃测试时，因为光线在带有一定曲率的玻璃中传播时，由于折射作用导致光线发生偏折不能入射至探测器，因此难以实现应力的测试。对于表面粗糙度较大的光学玻璃，由于玻璃表面对光的散射致使到达探测器表面的能量过低，也无法完成应力测试。目前国内外生产的光学玻璃应力测试设备大多数只能用于平板玻璃的测试，如德国i I is应力仪和日本uniopt双频激光应力测试仪等,测试精度均可以达到O. 2nm/cm,工作波段均匀为633nm，但不能用于带有曲率的光学玻璃应力测试；美国Hinds公司应力双折射测量系统(测量精度O. 2nm/cm,工作波段193nm或633nm)可实现对球面、不规则表面玻璃进行应力测试，但是该设备采用了复杂的机械结构和控制算法，测试时须预先知道玻璃的设计参数。因此无法对不规则表面玻璃测试，且价格昂贵，操作较为复杂。

发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有的应力仪只能针对平板玻璃测试的缺点，提供一种成本低、结构简单、高精度用于不规则表面光学玻璃应力检测装置及方法。为了达成所述目的，本发明第一方面，提供一种不规则表面光学玻璃材料应力检测装置包括光源、折射液、被测玻璃、透射窗口、盛装容器、密封塞、探头和支架，其中光源,具有一连接端和一输出端，光源的输出端输出测试光，用于对被测玻璃进行应力测试；被测玻璃，置于折射液中，被测玻璃的折射率与折射液的折射率接近相同，用于补偿应力测试时由于不规则被测玻璃的表面与光源的测试光不垂直引起的光束方向偏折，使光源的测试光对准探头，实现不规则表面光学玻璃材料应力检测；透射窗口，呈十字形分布的结构，沿测试光的光轴方向安装透射窗口，具有透射窗口上表面和透射窗口下表面；盛装容器，具有底板下表面和底板上表面，透射窗口位于盛装容器底部，透射窗口的上表面低于盛装容器的底板上表面的高度，用于防止被测玻璃与透射窗口直接接触产生应力集中；透射窗口的下表面与盛装容器底板下表面共面，实现底部均匀支撑；在盛装容器内注入折射液；
密封塞，位于盛装容器的密封孔中，用于对折射液进行回收；探头，具有接收端，接收端的中心与光源输出端的输出测试光的光轴对准；支架，具有固定端，固定端分别连接光源的连接端和支承盛装容器。优选实施例，所述的折射液在测试光波长下测试率值与被测玻璃在测试光波长下折射率差值彡1X10—3。优选实施例，透射窗口需要抛光，透过率优于98%，双面平行度优于I"。优选实施例,透射窗口与盛装容器底面共面,所述共面保持平面度< O. 01_。优选实施例,透射窗口玻璃材料要求进行优选,应力双折射测量值< O. 4nm/cm;透射窗口玻璃与折射液盛装容器5安装时进行均匀密封，密封后测试应力值< O. 5nm/cm。·优选实施例，光源为应力偏光仪。为了达成所述目的，本发明第二方面，提供一种使用所述装置的不规则表面光学玻璃材料应力检测的方法，利用包括光源、折射液、被测玻璃、透射窗口、盛装容器、密封塞、探头和支架的不规则表面光学玻璃材料应力检测装置，实现对不规则表面被测玻璃材料应力检测的步骤包括步骤I :首先将盛装容器底面由透射窗口密封，盛装容器的四个侧面和底面是非光束透射面，则由金属或有机玻璃容器壁密封；将透射窗口密封的盛装容器中注入与被测玻璃的折射率接近相同折射率的一体积折射液；步骤2 :将不规则表面的被测玻璃放置于盛装容器的底板上；步骤3 :然后再次向盛装容器中注入折射液，直至液体浸泡不规则表面的被测玻璃；通过折射液的浸没，由于不规则表面的被测玻璃与光源的测试光不垂直引起的光束方向偏折，使测试光对准测试探头，完成不规则表面光学玻璃材料应力检测；步骤4:如果需对不规则表面的被测玻璃进行全口径测试，可以旋转被测玻璃的角度，直至完成全口径玻璃应力检测；步骤5 :测试完毕后，打开密封塞，能对折射液进行回收。本发明与现有技术相比有如下优点I.本发明解决了现有偏光应力仪无法实现对不规则表面玻璃应力测试的难题，采用折射液浸泡法补偿光束偏折实现不规则表面玻璃应力检测，检测精度高，方法简便。为了保证不规则表面光学玻璃材料应力测试值的准确性，对应力测试容器的透射窗口应力分布需要严格限制，通过选择低应力的透射窗口材料，降低它对被测不规则表面应力叠加分布测试结果的影响。2.本发明与通过调整偏光应力仪光源和探头空间相对位置实现的非球面玻璃材料应力测试方法相比，具有适应不规则面形多、结构简单、易操作，成本低等特点。本发明能够对各种平面、球面和非球面等不规则表面玻璃进行应力检测，并拓展了现有偏光应力仪功能。


图I为本发明中一种不规则表面光学玻璃材料应力检测的装置示意图；图2为本发明中非球面光学玻璃材料浸泡在盛装容器中补偿不规则表面示意图；图3为本发明中盛装容器及透射窗口分布的一种典型结构示意部件标号说明光源1，连接端11，输出端12，测试光束13 ；折射液2 ；被测玻璃3 ；透射窗口 4,透射窗口上表面41,
透射窗口下表面42;盛装容器5,底板上表面51,底板下表面52,盛装容器底部53 ；密封塞6 ；探头7，接收端71;支架8，固定端81。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步详细说明。如图I、图2和图3所不,一种不规则表面光学玻璃材料应力检测的装置由光源I、折射液2、被测玻璃3、透射窗口 4、盛装容器5、密封塞6、探头7和支架8组成，其中光源I,具有一连接端11和一输出端12,光源I的输出端12输出测试光13,用于对被测玻璃3进行应力测试；被测玻璃3，置于折射液2中，被测玻璃3的折射率与折射液2的折射率接近相同，用于补偿应力测试时由于不规则被测玻璃3的表面与光源I的测试光13不垂直引起的光束方向偏折，使光源I的测试光对准探头7 ;透射窗口 4，呈十字形分布的结构，沿测试光13的光轴方向安装透射窗口，具有透射窗口上表面41和透射窗口下表面42 ;盛装容器5,具有底板上表面51和底板下表面52,透射窗口 4位于盛装容器5的底部，透射窗口上表面41低于盛装容器5的底板上表面51的高度,用于防止被测玻璃3与透射窗口 4直接接触产生应力集中；透射窗口下表面42与盛装容器5的底板下表面52共面，实现底部53均匀支撑；在盛装容器5内注入折射液2 ;密封塞6，位于盛装容器5的密封孔中，用于对折射液2进行回收；探头7，具有接收端71，接收端71的中心与光源I输出端的输出测试光13的光轴对准；支架8，具有固定端81，固定端81分别连接光源I的连接端11和支承盛装容器5。本发明的技术解决技术方案是本发明提出了一种适应不规则表面光学玻璃应力测试盛装容器5。该本发明是由于需要偏光应力仪的测试光穿过折射液2、被测玻璃3和透射窗口 4，其理论基础应力叠加理论和折射液补偿光束偏折理论。应力叠加理论即折射液
2、被测玻璃3和透射窗口 4中，折射液2由于是各向同性介质，对叠加应力不贡献；叠加应力分布主要与被测玻璃3和透射窗口 4有关，随着的主应力方向(Θ i、Θ 2)的夹角而变化，当主应力方向夹角Θ 2_ 9 : = O时，应力大小为二者之和为最大；当主应力方向夹角Q2-Q1= 90° ,应力大小为二者之差为最小；当Q2-Q1处于O至90°之间,合应力大小处于中间。由于对被测不规则被测玻璃3表面每点主应力方向进行标定比较复杂，并且目前没有准确的合成算法，因此现阶段需要对透射窗口 4应力进行优选，选择应力双折射基本可以忽略((O. 5nm/cm)的被测玻璃3材料,这在小口径玻璃材料中选择还是比较容易的。折射液补偿光束偏折理论要求折射液2的折射率值与被测玻璃3相当(折射液2与被测玻璃3在此波长下折射率差值< IX 10_3)，此时垂直入射光束不发生偏折，保证了偏光应力仪为光源I与探头7的准确对准。光源1，为应力偏光仪光源，具有一连接端11和一输出端12，光源I的连接端11与支架8的固定端81连接，光源I的输出端12输出测试光束13对被测玻璃3进行应力测 试。折射液2，主要作用补偿应力测试时由于被测不规则表面与应力仪的测试光束不垂直引起的光束方向偏折。为了使光源I和探头7达到适合探测的对准精度，需要折射液2的折射率与被测玻璃3在此波长下的折射率差值< IX 10 3。被测玻璃3，为光学球面玻璃或非球面玻璃。透射窗口 4，透过率优于98%，双面平行度优于I"。为减小透射窗口 4应力分布的不均匀性，其口径及厚度大小一般不超过Φ 12mmX3mm,其典型布局如图，呈十字形分布，其应力延迟为< O. 4nm/cm ;透射窗口上表面41应低于盛装容器5的底板上表面51高度，防止被测玻璃3与透射窗口 4直接接触产生应力集中；透射窗口下表面42应与盛装容器5的底板下表面52共面，实现盛装容器底部53均匀支撑，避免应力集中。盛装容器5，尺寸根据被测玻璃3大小进行设计，侧面材料为有机玻璃，其具有高度透明性、机械强度高、重量轻(约为金属铝的43% )、易于加工等优点。密封塞6，其作用是应力测试时防止折射液2渗漏，应力测试完毕后打开密封塞6对折射液2进行回收。探头7，为应力偏光探头，接收端71的中心与光源I输出端的输出测试光13的光轴对准。支架8，主要作用是连接光源I和支承盛装容器5。本发明的盛装容器5的底面由透射窗口 4密封，盛装容器4的四个侧面和底面是非光束透射面，则由金属或有机玻璃容器壁密封；密封的盛装容器5中装有与被测玻璃3折射率基本相同的折射液2，将不规则表面被测玻璃3浸入含有折射液盛装容器中，通过折射液2的浸没，补偿应力测试时由于被测不规则表面与应力仪的测试光13不垂直引起的光束方向偏折，使测试光13对准测试探7头，完成不规则表面光学玻璃材料应力检测。为了实现被测玻璃3全口径应力检测，需要对被测玻璃3绕盛装容器4中心进行手动或自动旋转，本发明还利用包括光源I、折射液2、被测玻璃3、透射窗口 4、盛装容器5、密封塞6、探头7和支架8的不规则表面光学玻璃材料应力检测装置，实现不规则表面光学玻璃材料应力检测的步骤包括步骤I :首先将盛装容器5底面由透射窗口 4密封，盛装容器4的四个侧面和底面是非光束透射面，则由金属或有机玻璃容器壁密封；将透射窗口 4密封的盛装容器5中注入与被测玻璃3的折射率接近相同折射率的一体积折射液2 ；步骤2 :将不规则表面的被测玻璃3放置于盛装容器5的底板上；步骤3 :然后再次向盛装容器5中注入折射液2，直至折射液体浸泡不规则表面的被测玻璃3 ;通过折射液2的浸没，由于不规则表面的被测玻璃3与光源I的测试光13不垂直引起的光束方向偏折，使测试光13对准测试探头7，完成不规则表面光学玻璃材料应力检测；步骤4 :如果需对不规则表面的被测玻璃3进行全口径测试，可以旋转被测玻璃3的角度，直至完成全口径被测玻璃3的应力检测；步骤5 :测试完毕后，打开密封塞6，能对折射液2进行回收。
以上所述仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种不规则表面光学玻璃材料应力检测装置，其特征在于包括光源、折射液、被测玻璃、透射窗口、盛装容器、密封塞、探头和支架，其中 光源，具有一连接端和一输出端，光源的输出端输出测试光，用于对被测玻璃进行应力测试; 被测玻璃，置于折射液中，被测玻璃的折射率与折射液的折射率接近相同，用于补偿应力测试时由于不规则被测玻璃的表面与光源的测试光不垂直引起的光束方向偏折，使光源的测试光对准探头，实现不规则表面光学玻璃材料应力检测； 透射窗口，呈十字形分布的结构，沿测试光的光轴方向安装透射窗口，具有透射窗口上表面和透射窗口下表面； 盛装容器，具有底板上表面和底板下表面，透射窗口位于盛装容器的底部，透射窗口上表面低于盛装容器的底板上表面的高度，用于防止被测玻璃与透射窗口直接接触产生应力集中；透射窗口下表面与盛装容器的底板下表面共面，实现底部均匀支撑；在盛装容器内注入折射液； 密封塞，位于盛装容器的密封孔中，用于对折射液进行回收； 探头，具有接收端，接收端的中心与光源输出端的输出测试光的光轴对准； 支架，具有固定端，固定端分别连接光源的连接端和支承盛装容器。
2.如权利要求I所述的不规则表面光学玻璃材料应力检测装置，其特征在于所述的折射液在测试光波长下测试率值与被测玻璃在测试光波长下折射率差值< 1X10 3。
3.如权利要求I所述的不规则表面光学玻璃材料应力检测装置，其特征在于透射窗口需要抛光，透过率优于98%，双面平行度优于I"。
4.如权利要求I所述的不规则表面光学玻璃材料应力检测装置，其特征在于透射窗口与盛装容器的底面共面，所述共面保持平面度< O. 01_。
5.如权利要求4所述的不规则表面光学玻璃材料应力检测装置，其特征在于透射窗口为玻璃材料要求进行优选应力双折射测量值< O. 4nm/cm ;透射窗口玻璃与折射液的盛装容器安装时进行均勻密封，密封后测试应力值< O. 5nm/cm。
6.如权利要求I所述的不规则表面光学玻璃材料应力检测装置，其特征在于光源为应力偏光仪。
7.如权利要求I所述的不规则表面光学玻璃材料应力检测装置，其特征在于探头为应力偏光探头。
8.使用权利要求I所述装置的不规则表面光学玻璃材料应力检测的方法，利用包括光源、折射液、被测玻璃、透射窗口、盛装容器、密封塞、探头和支架的不规则表面光学玻璃材料应力检测装置，实现对不规则表面被测玻璃材料应力检测的步骤包括 步骤I :首先将盛装容器底面由透射窗口密封，盛装容器的四个侧面和底面是非光束透射面，则由金属或有机玻璃容器壁密封；将透射窗口密封的盛装容器中注入与被测玻璃的折射率接近相同折射率的一体积折射液； 步骤2 :将不规则表面的被测玻璃放置于盛装容器的底板上； 步骤3 :然后再次向盛装容器中注入折射液，直至液体浸泡不规则表面的被测玻璃；通过折射液的浸没，由于不规则表面的被测玻璃与光源的测试光不垂直引起的光束方向偏折，使测试光对准测试探头，完成不规则表面光学玻璃材料应力检测；步骤4 :如果需对不规则表面的被测玻璃进行全口径测试，可以旋转被测玻璃的角度，直至完成全口径玻璃应力检测； 步骤5 :测试完毕后，打开密封塞，能对折射液进行回收。
全文摘要
本发明是一种不规则表面光学玻璃材料应力检测装置，其中包括光源、折射液、被测玻璃、透射窗口、盛装容器、密封塞、探头和支架，光源输出测试光；被测玻璃置于折射液中，使测试光对准探头；透射窗口呈十字形分布，沿测试光的光轴方向安装透射窗口；透射窗口位于盛装容器底部，透射窗口的上表面低于盛装容器的底板上表面的高度；透射窗口的下表面与盛装容器的底板下表面共面；在盛装容器内注入折射液；密封塞位于盛装容器的密封孔中；探头的接收端的中心与光源输出端的输出测试光的光轴对准；支架的固定端分别连接光源的连接端和支承盛装容器，实现对不规则表面光学玻璃材料应力检测，本发明还提供一种不规则表面光学玻璃材料应力检测方法。
文档编号G01L1/24GK102914396SQ201210405299
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月22日 优先权日2012年10月22日
发明者吴时彬, 林昭恒, 杨伟, 胡明鹏 申请人:中国科学院光电技术研究所