一种快速测量光学平板玻璃弯曲刚度的方法技术

本发明专利技术公开了一种快速测量光学平板玻璃弯曲刚度的方法，在读数显微镜目镜处安装摄像头，摄像头连接有计算机，具体为：调节螺丝给平凸透镜施加应力P；保持应力不变，调整牛顿环测量装置，获取该应力下的牛顿环干涉图像；标准牛顿环的标定，获得图像单位像素对应的实际长度值L

A fast method for measuring bending stiffness of optical flat glass

【技术实现步骤摘要】
一种快速测量光学平板玻璃弯曲刚度的方法
本专利技术属于光学设备
，涉及一种快速测量光学平板玻璃弯曲刚度的方法。
技术介绍
玻璃应用领域广泛，玻璃的力学参数决定了玻璃的应用特征和质量，玻璃的力学参数主要有弹性模量、弯曲刚度和泊松比等，但是，玻璃力学参数的传统测量方法测量过程比较繁琐，只能测量大样品玻璃，不能测量小样平玻璃，且需破坏玻璃样品，重复性不好。以弯曲刚度测量为例，一般常见的光学平板玻璃的弯曲刚度的测量方法主要有静态刚度测量法、谐振激励测量法等。静态刚度测量法是通过确定施加于弹挠性零上的力矩和转角(或力和位移)的大小，直接用胡克定律算出弯曲刚度值，因为玻璃是脆性材料，硬度和刚度都不是很高，所以受到弯曲和扭转很容易破坏，测量的重复性较差，精度不高。谐振激励测量法虽然采用波形分析法和频谱分析得出的弹挠性元件的自然谐振频率的测试精度非常高，但是将该频率转换为刚度系数时所建立的测量模型非常复杂，其准确度无法得到保证，此方法有待进一步研究。而且基于以上方法的测量过程比较繁琐，适用范围比较小。现有的牛顿环应力测量装置(专利名称为：《一种牛顿环应力测量装置》，申请号为：201610247746.1，公告号：CN105865686B，公告号：2018-04-03)，可以精确测量由于螺丝松紧造成的玻璃体发生形变时受到的应力，但不能进行图像采集以及图像处理。中国专利《一种利用光干涉法测量光学平板玻璃弯曲刚度的方法》(申请号为：201611146179.7，公告号为：CN106769459B，公告号：2019-07-30)，用于测量小样品光学平板玻璃的弯曲刚度，人为通过读数显微镜读取在该应力下牛顿环干涉图像中心黑斑的直径Q，然后计算出黑斑的半径r，计算弯曲刚度D，其测量过程较慢、耗费人力，且其测量计算弯曲刚度D的力学模型复杂。本专利技术基于上述问题提出了一种快速测量光学平板玻璃弯曲刚度的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种快速测量光学平板玻璃弯曲刚度的方法，解决了现有技术中存在的光学平板玻璃弯曲刚度测量过程复杂的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种快速测量光学平板玻璃弯曲刚度的方法，在一种牛顿环应力测量装置的读数显微镜目镜处安装摄像头，摄像头连接有计算机，具体按照以下步骤实施：步骤1，在弹性范围内，调节螺丝给平凸透镜施加应力，并通过应力显示仪显示应力传感器测量的施加到光学平板玻璃的中心应力P，记录中心应力P的大小；步骤2，保持步骤1中的中心应力不变，利用钠光源发出钠光，钠光经45°反射镜反射后垂直入射到平凸透镜上，通过摄像头获取读数显微镜目镜处的该应力下的牛顿环干涉图像，并将图像传输给计算机；步骤3，通过标准牛顿环的标定，获得图像单位像素对应的实际长度值L0；步骤4，利用步骤3计算的图像单位像素对应的实际长度值L0，测量牛顿环光干涉图像中心黑斑半径r；步骤5，重复步骤1、2、4，得到不同应力Pi情况下牛顿环干涉图像中心黑斑的半径ri(i＝1，2，…，n)；步骤6，根据步骤5测得的数据，得到不同应力变形情况下光学平板玻璃的弯曲刚度Di(i＝1，2，…，n)，取平均值获得光学平板玻璃的弯曲刚度测量值D，具体为：步骤6.1，根据步骤5得到不同应力Pi情况下牛顿环干涉图像中心黑斑的半径ri(i＝1，2，…，n)，计算不同应力变形情况下光学平板玻璃的弯曲刚度Di：其中，Pi为光学平板玻璃的中心应力，ri为牛顿环干涉图像黑斑的半径，R为平凸透镜的标准曲率半径，h为光学平板玻璃的厚度；步骤6.2，光学平板玻璃的弯曲刚度测量值D为：本专利技术的特征还在于，摄像头通过USB接口端与计算机相连。步骤3具体为：步骤3.1，通过计算机获取标准牛顿环图像制作标准牛顿环，取下步骤2中的牛顿环仪，并将标准牛顿环放置在原来牛顿环仪对应的位置重复步骤2，通过计算机获取标准牛顿环图像；步骤3.2，测量标准牛顿环图像的黑斑面积对经步骤3.1获取的标准牛顿环图像依次通过图像预处理、图像增强处理、灰度转换、二值图像转换、二值图像取反、图像反光背景去除以及霍夫圆检测获取标准牛顿环图像中心黑斑像素面积；步骤3.3，标定图像单位像素对应的实际长度值已知标准牛顿环黑斑半径是R0(mm)，标准牛顿环黑斑对应的图像黑斑像素半径为r0(pixel)，像素面积是S0(pixel2)，则S0＝πr02，则得标准牛顿环像素半径r0(pixel)与黑斑图像像素面积S0(pixel2)对应的关系式：则图像单位像素对应的实际长度值L0(mm/pixel)为：步骤4具体为：依据步骤3.2的方法获得经步骤2获得的牛顿环干涉图像黑斑的像素面积S1(pixel2)，计算图像黑斑的像素半径a1(pixel)，则牛顿环干涉图像黑斑半径的实际测量值r(mm)为：r＝L0a1(4)。步骤3.1中的图像预处理为对采集到的牛顿环干涉图像进行均值滤波以及中值滤波处理，图像增强处理为将经过均值滤波和中值滤波处理后的图像用直方图均衡化进行增强处理。本专利技术的有益效果是：本专利技术利用牛顿环应力测量装置和计算机图像处理技术测量牛顿环黑斑半径并测量小样品光学平板玻璃弯曲刚度，与现有的测量光学平板玻璃弯曲刚度的方法相比，测量方法简单易行，应用范围广，测量精度高，且不损伤玻璃材料，可方便用于测量光学平板玻璃弯曲刚度的测量，实现了小样品玻璃弯曲刚度的快速测量，解决了小样品光学平板玻璃弯曲刚度难以测量的问题。附图说明图1是本专利技术经过改进的牛顿环应力测量装置结构示意图；图2是本专利技术牛顿环光干涉图像和标准牛顿环中心黑斑像素面积测量的主要算法框图；图3是本专利技术中制作的标准牛顿环示意图。图中，1.钠光源，2.读数显微镜，3.反射镜，4.螺丝，5.上盖，6.底座，7.应力传感器，8.通孔，9.应力显示仪，10.光学平板玻璃，11.平凸透镜，12.摄像头，13.计算机。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。一种快速测量光学平板玻璃弯曲刚度的方法，如图1所示，一种牛顿环应力测量装置，包括底座6，底座6的凹槽中放置有应力传感器7，应力传感器7的探头高于底座6的凹槽上表面，应力传感器7的探头上放置有光学平板玻璃10，光学平板玻璃10上放置有平凸透镜11(平凸透镜11由于凸面曲率半径R较大，外观可近似为圆形薄板)，平凸透镜11的凸面与光学平板玻璃10接触，光学平板玻璃10除与平凸透镜11和应力传感器7接触外不与其他任何部件接触，应力传感器7、光学平板玻璃10、平凸透镜11同轴，平凸透镜11的平面边缘上放置有上盖5，上盖5通过螺丝4与底座6连接，螺丝4拧紧的过程中，上盖5不会与底座6相接触，即上盖5与底座6之间有空隙；应力传感器7的信号线穿过底座6上的通孔8与应力显示仪9连接，应力显示仪9用于显示应力传感器7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速测量光学平板玻璃弯曲刚度的方法，其特征在于，在一种牛顿环应力测量装置的读数显微镜(2)目镜处安装摄像头(12)，所述摄像头(12)连接有计算机(13)，具体按照以下步骤实施：/n步骤1，在弹性范围内，调节螺丝(4)给平凸透镜(11)施加应力，并通过应力显示仪(9)显示应力传感器(7)测量的施加到光学平板玻璃(10)的中心应力P，记录中心应力P的大小；/n步骤2，保持步骤1中的中心应力不变，利用钠光源(1)发出钠光，钠光经45°反射镜(3)反射后垂直入射到平凸透镜(11)上，通过摄像头(12)获取读数显微镜(2)目镜处的该应力下的牛顿环干涉图像，并将图像传输给计算机(13)；/n步骤3，通过标准牛顿环的标定，获得图像单位像素对应的实际长度值L

【技术特征摘要】
1.一种快速测量光学平板玻璃弯曲刚度的方法，其特征在于，在一种牛顿环应力测量装置的读数显微镜(2)目镜处安装摄像头(12)，所述摄像头(12)连接有计算机(13)，具体按照以下步骤实施：
步骤1，在弹性范围内，调节螺丝(4)给平凸透镜(11)施加应力，并通过应力显示仪(9)显示应力传感器(7)测量的施加到光学平板玻璃(10)的中心应力P，记录中心应力P的大小；
步骤2，保持步骤1中的中心应力不变，利用钠光源(1)发出钠光，钠光经45°反射镜(3)反射后垂直入射到平凸透镜(11)上，通过摄像头(12)获取读数显微镜(2)目镜处的该应力下的牛顿环干涉图像，并将图像传输给计算机(13)；
步骤3，通过标准牛顿环的标定，获得图像单位像素对应的实际长度值L0；
步骤4，利用步骤3计算的图像单位像素对应的实际长度值L0，测量牛顿环光干涉图像中心黑斑半径r；
步骤5，重复步骤1、2、4，得到不同应力Pi情况下牛顿环干涉图像中心黑斑的半径ri(i＝1，2，…，n)；
步骤6，根据步骤5测得的数据，得到不同应力变形情况下光学平板玻璃的弯曲刚度Di(i＝1，2，…，n)，取平均值获得光学平板玻璃的弯曲刚度测量值D，具体为：
步骤6.1，根据步骤5得到不同应力Pi情况下牛顿环干涉图像中心黑斑的半径ri(i＝1，2，…，n)，计算不同应力变形情况下光学平板玻璃的弯曲刚度Di：



其中，Pi为光学平板玻璃的中心应力，ri为牛顿环干涉图像黑斑的半径，R为平凸透镜的标准曲率半径，h为光学平板玻璃的厚度；
步骤6.2，光学平板玻璃的弯曲刚度测量值D为：





2.根据权利要求1所述的一种快速测量光学平板玻璃弯曲刚度的方法，其特征在于，所述摄像头(12)通过USB接口端与计...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭长立，黄璋，高峰，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61