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專利名稱：檢測的玻璃中缺陷的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及檢測玻璃中缺陷的方法和裝置。本發(fā)明特指回火(強化)平板玻璃中探查硫化鎳塊的方法和裝置，但本發(fā)明并不局限于這一特定的應用。
在許多現(xiàn)代建筑物中，外表面的大部分是由玻璃面板組成的。每塊玻璃面板的尺寸約為1.5×2米，通常是兩面拋光的。一幢大的高層辦公大樓一般會有5000到10000塊這樣的玻璃面板。在大多數(shù)情況下，出于安全性和強度的原因，玻璃是加熱回火的?；鼗鸩Ａ鋸姸纫韧嘶鸩ＡУ拇?到5倍;并且在破裂時，回火玻璃碎裂成有圓鈍邊緣的小碎塊。
業(yè)已知道，回火玻璃要承受自身的碎裂。這種自身的碎裂雖然比較稀少，但在使用大面積玻璃板的場合(例如對于高層辦公大樓)，都會造成嚴重的問題?？梢源_信，大約0.8%的玻璃面板會遭致自身的碎裂。這在一幢大的高層建筑物中換算有50到100塊玻璃發(fā)生自身碎裂。然而，即使只是一塊玻璃潛伏著碎裂也能導致對生命和財產(chǎn)的重大傷害和損失。如果有缺陷的玻璃面板能鑒別出來，則在其碎裂前就能更換掉它們。
回火玻璃的自身碎裂可歸因于玻璃中有雜質。大多數(shù)情況下，雜質是硫化鎳“塊”。硫化鎳塊外觀上是金屬類多晶體，大致呈球形，直徑范圍為0.1到0.6mm。
現(xiàn)已知道，硫化鎳(NiS)在379℃會發(fā)生金相變換。這種金相變換是從高溫的α-NiS變換至低溫的β-NiS，并伴隨著體積膨脹4.0%?，F(xiàn)已主張，回火玻璃(它處于有應力狀態(tài))內部的NiS雜質的體積膨脹可能導致其自身的碎裂。
眾所周知，將玻璃放置在兩片十字交叉的偏振片之間，就可以觀察到玻璃中的應力。若將單一的偏振片放置在一條光束之前，該偏振片將傳送出平面偏振光。這第一片偏振片可稱為“起偏器”(polariser)。如果將第二片偏振片放置在該平面偏振光之前，使此偏振片的偏振方向與第一偏振片的偏振方向相交成90°，則將沒有光線通過第二偏振光透射出來。這第二偏振片可稱為“檢偏器”(analyser)。
如果將一片無應力的玻璃放置在兩片十字交叉的偏振片(即相互間相對旋轉90°的兩偏振片)之間，則不會有光線透射出來。然而，如果是一片有應力的玻璃片放置在十字交叉的兩偏振片之間，則由于有應力的玻璃能使光線部分地偏振，將會有一些光線透射出來。在玻璃工業(yè)中，應用十字交叉的偏振光來研究玻璃中應力情況的技術，是人們所熟知的。
例如，美國專利US4，026，656敘述的了一種用以檢測吹制的玻璃容器側壁中結塊的裝置。這些結塊會導致在玻璃中形成應力圖案，而當用紅外線照射玻璃容器，并通過十字交叉的偏振濾光片觀看時，就可探知這圖案。使用一部具有電分析電路的電視攝像機(該分析電路與該專利的裝置輸出端相連接)便能自動檢測出應力圖案。
十字交叉偏振片對玻璃中的應力是非常敏感的?；鼗鸬拇安Ａб蚱渲圃旆椒ㄔ斐捎写罅康膬炔繎?。所以，當通過十字交叉的偏振光觀看時回火玻璃，將顯示出相當多的圖案細節(jié)。由于硫化鎳塊是使玻璃碎裂的主要因素，這些結塊一定會在回火玻璃中引起額外的內部應力;但是，此種內部應力可以探查出來，而且可能比整個回火平板玻璃內所發(fā)現(xiàn)的固有應力小得多。迄今，人們普遍認為，回火玻璃中的偏振光應力圖案會比NiS塊產(chǎn)生的應力圖案顯得更強并占主導地位，因而人眼或攝像機是檢測不出NiS塊的。
雖然美國專利US4，026，656所述裝置中應用的技術適合于檢驗吹制的玻璃容器(它們并不會有大的應力)，但它不適合應用于回火玻璃;這是因為，其應力圖案是由回火玻璃中固有的大應力造成的。此外，美國專利US4，026，656的裝置其結構較大，安裝位置固定，要求被檢的玻璃物件沿固定的路徑移動。該裝置不便于攜帶，且不適合于就地檢驗建筑物的窗玻璃。應用紅外線、電視攝像機和電子處理電路又增加了裝置的成本和復雜性。
本發(fā)明的一個目的提供一種改進的檢測回火玻璃中的缺陷方法和裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供一種精確檢查和測量玻璃中缺陷的位置的裝置。
本發(fā)明的一種廣泛的形式可提供一種檢測回火玻璃中小應力雜質的方法，它包括以下步驟用偏振光照射該玻璃;
通過一個偏振媒體觀看被照射的玻璃，該偏振媒體的偏振平面與照射光的偏振平面正交;
檢測出具有小雜質特征性的玻璃中所查到應力圖案。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，在十字交叉偏振光中觀看玻璃，盡管回火玻璃中的固有應力引起的圖案存在，就能夠探查出諸如玻璃中雜質之類的缺陷所引起的特征性應力圖案位置。一般把該方法應用于現(xiàn)場檢測建筑物中窗平板玻璃中的雜質。這類雜質主要起因于硫化鎳雜質。
十字交叉偏振光可以是經(jīng)過玻璃透射的光，或者是從玻璃背面反射的光。對前者使用的方法中，光源置于玻璃的一側，并透過玻璃傳播之前經(jīng)受一個偏振片的起偏振，通過一個第一偏振片(或即檢偏器)從玻璃的另一側觀看透射的光，該第二偏振片的偏振平面定向與第一偏振片的成90°。在一種典型應用中，光源置于建筑物窗玻璃的內面，從窗玻璃的外面觀看透射的十字交叉偏振光。
對后者使用的方法中，光源和觀看者都處于窗玻璃的同一側面。自光源發(fā)出的光被偏振，從玻璃的背面上被反射出來，由觀看者通過一個檢偏器進行觀看。
光可以是光譜的可見部分內的普通光。本方法可在黑暗的環(huán)境中實施，例如在夜晚，或者在阻擋外界光線的黑暗殼罩中。
通過試驗已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在十字交叉偏振光下目視檢查回火窗玻璃能夠檢查出其大小被認為可引起自身的NiS塊幾其它缺陷。
本發(fā)明的另一種形式可提供一種檢測回火平板玻璃中雜質的方法，它包括以下步驟用光照射平板玻璃的一側;在平板玻璃的另一側觀看自空氣-玻璃界面上反射出的光，以檢測玻璃中的雜質。
令人驚異的是，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，由反射光來檢查玻璃能檢測出導致玻璃自身碎裂的大部分缺陷。這種方法并不需要光線的正交偏振。由于玻璃的折射率作用所引起的放大特性，小至70μm的缺陷靠此種方法也能由肉眼檢查出來。
本發(fā)明還提供執(zhí)行上述方法的裝置。
本發(fā)明的再一種形式可提供用以檢查平板玻璃中應力導致的雜質和其它缺陷的裝置，它包括光學放大裝置;
它裝裝置，可適于可解脫地固定到玻璃上該光學放大裝置能可調節(jié)地安裝該安裝裝置上，從而它能在平板玻璃的至少一部分上移動。
光學平放大裝置通常包括一個變焦的立體顯微鏡，顯微鏡上裝配有一個光源。
在優(yōu)選實施例中，該安裝裝置包括一個桿，在其一端帶著吸墊，以便可解脫地吸附固定在玻璃上。顯微鏡安裝在桿上，可沿著桿滑動，以使在第一方向上移動。裝在桿棒上的微鏡本身可調節(jié)，還能在與第一方向正交的第二方向上移動。該第一和第二方向限定一個平面，與平板平行板玻璃平面相平行。這樣，可將顯微鏡置于被查缺陷的中心處。
玻璃中缺陷的深度的測量是隨著調整折射率使顯微鏡交替地聚焦于玻璃表面和缺陷上并根據(jù)顯微鏡的兩焦平面的差值得以測量的。該聚焦方法適當?shù)嘏浜鲜褂靡粋€數(shù)字游標刻度規(guī)可作到精確的測量。在顯微鏡的觀看目鏡上還裝配一個十字線，以求得更好的測量精確度。
在優(yōu)選的實施例中，將一個照相機配置在顯微鏡上的一個投影鏡頭上，以能進行攝影照相，得到該缺陷的放大圖像，以供進一步的分析和測量。
將該安裝裝置固定在窗玻璃上，使顯微鏡定位垂直于窗玻璃平面，就能使本發(fā)明的裝置能夠用于現(xiàn)場檢查和探查窗玻璃中的缺陷。于是，采用上面敘述的十字交叉偏振光技術或者反射光技術一旦檢測出一個缺陷后，借助于由顯微鏡給出的光學放大作用，可以對此缺陷作進一步的檢查、測量和/或照相。
為了更充分地了解本發(fā)明并付諸實踐，現(xiàn)參照附圖舉例說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。


圖1是示出一種應用透射的十字交叉偏振光來檢測窗玻璃中缺陷的裝置的原理圖;
圖2示出應用反射的十字交叉偏振光來檢測窗玻璃中缺陷的一種裝置的原理圖;
圖3示出顯微鏡和照相機組合體的側視圖;
圖4示出圖3中顯微鏡和照相機組合體安裝配置的端部視圖;
圖5示出由于折射率作用引起的影像失真。
發(fā)明者意外發(fā)現(xiàn)，回火玻璃中諸如雜質塊和氣泡之類的小雜質在十字交叉偏振光下是可以看得見的，即使回火玻璃因制造過程中產(chǎn)生大量的內應力的情況下也是如此。尺寸范圍約為0.1至0.6mm的結塊和氣泡可以由肉眼檢測出來。尺寸小于0.1mm的微粒不可能導致玻璃自身碎裂，而尺寸大于0.6mm的顆粒不用專門的技術不可檢測出來。
任一種合適的光源都可采用。最好，十字交叉偏振光是普通的光，亦即光譜中可見部分的光線。通常，在十字交叉偏振光下觀看時，小的雜物的應力特征呈現(xiàn)為“蝴蝶”圖案。
應用反射的或透射的十字交叉偏振光都可以對玻璃進行檢查?，F(xiàn)在，參考圖1和圖2來分別地說明檢測建筑物窗玻璃缺陷的這兩種應用技術。
如圖1中所示，光盒10內裝有一個合適的光源，例如一支或多支熒光管，由一個偏振片11覆蓋住。投射到偏振片11上的光線必須盡量地均勻。光盒放置于窗玻璃12的內側，而觀看者從建筑物的外側觀看窗玻璃。對于摩天大樓，可以用窗玻璃清潔員吊籃或建筑物腳手架(BMU)來運載和支持觀看者13所希望的位置上。觀看者13通過第二偏振片或即“檢偏器”14觀看自光盒10透射過來的光線，檢偏器14的偏振角方向與起偏器11的偏振角方向相交成90°。實際上，觀看者13可以戴上一副上面裝有檢偏器偏振片14的護目鏡來觀看。
為了避免外界光線的干擾，檢查工作應在黑暗環(huán)境中進行，通常是在夜晚。另外，也可以在窗玻璃的任一側附加上不透明的殼罩，以阻擋外界光線。
采用所示例的技術，用肉眼能檢測出小到100μm的硫化鎳的結塊的特征性蝴蝶圖案。
利用反射的十字交叉偏振光，亦可以就地查尋出窗玻璃中的小結塊和其它缺陷。如圖2所示，光盒20和附屬的起偏器21放置于觀看者23的頭部上方。也就是，光盒20和觀看者23處于窗玻璃的同一側。一般，如果觀看者站在窗外的腳手架上，光盒可以安裝在觀看者頭部上方的腳手架結構框上。觀看者23通過檢偏器24觀看自窗玻璃22上反射出來的光線。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，反射模式的偏振光所揭示出的玻璃中的應力情況，其效果即使不優(yōu)于也至少等于透射模式的。在反射模式中，入射的偏振光從玻璃背面上反射出來。在反射面上，偏振平面并無大的改變，但光線將通過玻璃兩次，它使觀看者看到的應力反差放大。
透射的十字交叉偏振光方法只適用于透明的或了望的窗玻璃，與之不同，反射的十字交叉偏振光方法能適用于供透視的和不供透視的(例如拱肩窗)兩類玻璃。
象透射光方法一樣，反射光方法也要在黑暗環(huán)境中進行，例如是夜晚，或是阻擋住外界光線的不透明罩幕圍繞的空間內。
由于玻璃內部物體的影像被放大等于折射率的值，缺陷的可見度得以增強。所以，在具有折射率為1.518的玻璃中，一個尺寸為70μm的物體對肉眼呈現(xiàn)為106μm。
更令人驚奇的是，發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，采用不偏振的反射光也能檢測出窗玻璃中小的結塊和缺陷。觀看窗玻璃的方式與圖2中所示的相同，但不使用檢偏器偏振光24。對于光盒給出的均勻照射光，自窗玻璃上反射的光線呈現(xiàn)為一個均勻的白背景光。在這個白背景光襯托下.小的結塊或缺陷投影出一個暗影。小至70μm的核塊也能用肉眼觀看到。
硫化鎳塊或其它缺陷一旦被檢測出后，采用光學放大技術可以更仔細地進行分析。本發(fā)明也提供出用光學方法分析玻璃中具體缺陷的裝置，在圖3和圖4中示出了這種裝置的一個實施例。該裝置可應用于(1)對缺陷進行照相;
(2)測量缺陷的直徑;
(3)測量缺陷離玻璃前表面的距離。
圖3和圖4中所示的裝置可以應用一個無擱架的立體光學顯微鏡和照相機來簡便而經(jīng)濟地構成。如圖3中所示，變焦立體顯微鏡30具有的放大范圍通常為9到60倍，它配置有一個熒光環(huán)照明器31作為其光源。最好加上一個濾光片35來校正熒光光源31的光色，并將一個十字線安裝到顯微鏡目鏡36上，以保證聚焦精確度。
在顯微鏡30上裝置一個3.3X的投影鏡頭32，將影像投影到照相機33的背面。此外，裝設上一個數(shù)字游標刻度規(guī)34，以便測量聚焦平面的變化。數(shù)字游標刻度規(guī)34適合于連接到一個齒輪齒條傳動型顯微鏡聚焦組件37上。影像放大率由顯微鏡變焦控制鈕38進行調節(jié)。
顯微鏡30的通常垂直定位以供常規(guī)使用。然而，當在這一應用中用于垂直的窗玻璃時，顯微鏡30安裝在一個安裝設備40(圖4)上，因而大致工作在水平方向上。顯微鏡組件30固定在一個支架和滑塊組體的支架部分41上。這支架部分41安裝至一個滑塊部分47上，而滑塊部分47可沿水平桿43滑動。
一些真空墊44裝配在水平桿43的兩端。這些真空墊44用來將安裝設備40可裝卸地固定到窗玻璃上，它們可以是平板玻璃吸附提升裝置那類的式樣。在將安裝設備40裝配到窗玻璃上時，使各真空墊44頂住窗玻璃，轉動真空墊44上的手柄45，便可在該墊下形成真空。
支架和滑塊組件允許顯微鏡30在X和Y方向上移動?；瑝K部分47是一個套管狀組件，它環(huán)繞著水平桿43?；瑝K47的套管狀部分前側和后側上固定的聚四氟乙烯帶帽螺絲維持住支架和滑塊組件相對于水平桿43的抗扭強度。
滑塊47由兩個螺絲46支持在水平桿43上，螺絲46的尖端有聚四氟乙烯(商標名稱Teflon)襯套。將兩個螺絲46同時旋轉，可使支架和滑塊組件垂直移動(Y方向)。由于在聚四氟乙烯襯套和水平桿43機部之間只有小的摩擦接觸，所以支架和滑塊組件可在水平方向(X方向)上勻滑地平移。
利用顯微鏡30本身上的齒輪齒條聚焦裝置37可使顯微鏡進行聚焦(使之沿Z方向移動)。
支架和滑塊組件以及水平桿43都用鋁適當?shù)刂瞥桑蛘哂闷渌膹姸雀?、重量輕的材料制造。
使用中，應用十字交叉偏振光在窗玻璃中一旦檢測出一個缺陷后，依靠安裝設備40將顯微鏡和照相機組合體裝置到窗玻璃上，并將顯微鏡對準缺陷的中央。通過顯微鏡可對缺陷進行攝影。對一個劃線的刻度規(guī)也進行攝影，以校準照相機上的放大率。對于所示的實施例，最大放大率為90倍，一張10×15cm的照片對應于窗玻璃上1.2×1.8mm的視野。玻璃中缺陷的大小可從照相片上測量出來。
通過立體顯微鏡30進行觀看將是偏心的，也就是，光軸并不垂直地窗玻璃表面。偏心光軸的應用可給出這樣的優(yōu)點，除了玻璃背面上的物體之外，對于其它物體均可直接地拍攝其正面，又觀看從玻璃背面上來的物體的反射光，從而拍攝該物體的反面。
玻璃內缺陷的深度借助在玻璃表面上作出一個標志來測量，例如應用一支記號筆。將顯微鏡聚焦在玻璃表面上，并將數(shù)字游標刻度規(guī)設定于0。然后，顯微鏡聚焦在缺陷本身上，缺陷的深度能從數(shù)字刻度規(guī)34上讀出。數(shù)字刻度規(guī)的精度達到0.01mm。不過，目鏡的聚焦精度典型值僅是0.1mm。所以，顯微鏡目鏡上的十字線對于獲得聚焦位置的精確度是很有益的。
玻璃厚度的測量有類似情況，即是先聚焦在前表面的標志上，重調定數(shù)字刻度規(guī)至0，然后聚焦在前表面標志的背面反射層上。玻璃的厚度便是數(shù)字刻度規(guī)34所測得的距離的一半。
能夠測量玻璃內缺陷的位置是十分有用的。回火玻璃中，在玻璃厚度約20%的兩側表面內，承受著高的壓力(屬壓縮區(qū)域)，而在玻璃厚度的中間60%范圍內，承受著高的拉力(屬拉伸區(qū)域)。處在壓縮區(qū)域內的缺陷通常是無害的。然而，處在拉伸區(qū)域內的缺陷會導致玻璃自身破碎。測量出缺陷離玻璃前表面的玻璃的厚度，就有可能確認該缺陷是否處于拉伸區(qū)域內。已發(fā)現(xiàn)，回火玻璃中有危害的缺陷其尺寸一般在0.1mm到0.6mm范圍內。上面敘述的聚焦方法可做到對玻璃中這類缺陷的深度定位具有0.1mm的精度，這已相當足夠。
玻璃的折射率對于所覺察的玻璃內缺陷的尺寸和位置有生大影響。如圖5中所示，由于空氣-玻璃界面處折射率的改變，進入玻璃的光線在玻璃表面處發(fā)生彎曲，使結塊的視在位置比實際位置較靠近觀看者。此外，視在的影像比實際物體的尺寸是放大了。人們熟知，由于這一作用，缺陷靠近了玻璃前表面“折射率的系數(shù)值”倍，并放大了“折射率的系數(shù)值”倍。也就是說，以于通常的回火窗玻璃，實際距離等于視在距離乘以1.52(玻璃的折射率)，而實際尺寸等于視在尺寸除以1.52。在測量缺陷的尺寸和位置中，應計入折射率的這個影響。
上面所述只說明了本發(fā)明的某些實施例，顯然，本技術領域內的熟練人員可以對此作出變型，但偏離不開本發(fā)明的范疇。例如，也可以在制造階段檢查玻璃，而不只是在安裝之后。此外，上面敘述的檢查方法可以在應用一個計算機控制的掃描機構、電視攝像機及一臺計算機和/或其它數(shù)據(jù)存儲裝置下，實現(xiàn)自動化操作。
權利要求
1.一種用以檢測回火玻璃中應力導致雜質的方法，其特征在于包括以下步驟用偏振光照射玻璃；通過一個偏振媒體觀看被照射的玻璃，該偏振媒體的偏振平面指向與照射光的偏振平面指向正交；在玻璃中檢測出查尋到的、表征雜質的應圖案。
2.根據(jù)權利要求1中所述的方法，其特征在于，玻璃是平板窗玻璃，該方法是在黑暗環(huán)境中就玻璃所在處實施例的。
3.權利要求2中所述的方法，其特征在于，對被照射的玻璃的觀看是利用透射過玻璃的光線從平板玻璃照明光源的對側進行的。
4.權利要求2中所述的方法，其特征在于，對被照射的玻璃的觀看是利用自平板玻璃遠側表面反射出來的光線從平板玻璃照明光源的同一側進行的。
5.一種用于檢測回火平板玻璃中雜質的方法，其特征在于包括以下步驟用光線照射平板玻璃的一側;觀看從平板玻璃另一側空氣-玻璃界面上反射出來的光線，以檢測玻璃中的雜質。
6.一種用于檢測回火平板玻璃中雜質和其它缺陷的裝置，其特征在于包括光學放大裝置;安裝裝置，適合于可裝卸地固定在玻璃上，光學放大裝置可調節(jié)地被安裝到該安裝裝置上，以在平板玻璃的至少一部分上移動。
7.權利要求6中所述的裝置，其特征在于，所述的光學放大裝置包含有一個變焦立體顯微鏡。
8.權利要求7中所述的裝置，其特征在于，所述的安裝裝置包含有一個帶有吸墊的延伸部體，吸墊可吸附上或脫離開玻璃;一個顯微鏡座沿著延伸部件可以滑動，并可在橫切延伸部件軸的的方向上移動，在使用時顯微鏡座上安裝適合的顯微鏡。
9.權利要求8中所述的裝置，其特征在于，顯微鏡上有一個游標刻度規(guī)，用以測量聚焦平面位置的變化。
10.權利要求8中所述的裝置，其特征在于，顯微鏡上裝有一個投影鏡頭接頭，并包含有一架安裝在投影鏡頭接頭上的照相機。
11.權利要求10中所述的裝置，其特征在于，當顯微鏡安裝在顯微鏡座上時，其光軸對于平板玻璃表面有傾斜角。
全文摘要
觀看十字交叉偏振光照射下的玻璃就地檢測回火平板窗玻璃中的應力產(chǎn)生的雜質和其它缺陷。一個光盒通過起偏器照射窗玻璃，利用透射光或反射光通過檢偏器觀看該窗玻璃。盡管回火玻璃內的固有應力形成光影圖案，但可以檢測出小雜質的特征性應力圖案。應用安裝裝置上的顯微鏡可就地仔細檢查窗玻璃中的缺陷。利用安裝于顯微鏡投影鏡頭上的照相機可對雜質作攝影檢查。用顯微鏡聚焦機構上的游標刻度規(guī)可測量出玻璃中雜質的深度。
文檔編號G01N21/21GK1087424SQ9311816
公開日1994年6月1日 申請日期1993年9月29日 優(yōu)先權日1992年9月29日
發(fā)明者約翰·巴里, 羅斯·米勒 申請人:昆士蘭大學