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| 标准编号 | GB/T 36405-2018 (GB/T36405-2018) | | 中文名称 | 平板玻璃应力检测方法 | | 英文名称 | Test method for stress in flat glass | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | Q33 | | 国际标准分类 | 81.040.01 | | 字数估计 | 10,144 | | 发布日期 | 2018-06-07 | | 实施日期 | 2019-05-01 | | 起草单位 | 中国建材检验认证集团秦皇岛有限公司(国家玻璃质量监督检验中心)、中国建筑第四工程局有限公司、台玻长江玻璃有限公司、华测检测认证集团股份有限公司、北京奥博泰科技有限公司、福莱特玻璃集团股份有限公司、福耀玻璃工业集团股份有限公司、佛山市顺德区质量技术监督标准与编码所、湖北省建筑科学研究设计院、四川恒固建设工程检测有限公司、东莞市华喜机电工程有限公司、河北润安建材有限公司、北京信远博恒检测科技有限责任公司、河北宏星检测技术服务有限责任公司 | | 归口单位 | 全国建筑用玻璃标准化技术委员会(SAC/TC 255) | | 提出机构 | 中国建筑材料联合会 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 36405-2018
Test method for stress in flat glass
ICS 81.040.01
Q33
中华人民共和国国家标准
平板玻璃应力检测方法
2018-06-07发布
2019-05-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
中国国家标准化管理委员会 发 布
前言
本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本标准由中国建筑材料联合会提出。
本标准由全国建筑用玻璃标准化技术委员会(SAC/TC255)归口。
本标准起草单位:中国建材检验认证集团秦皇岛有限公司(国家玻璃质量监督检验中心)、中国建筑
第四工程局有限公司、台玻长江玻璃有限公司、华测检测认证集团股份有限公司、北京奥博泰科技有限
公司、福莱特玻璃集团股份有限公司、福耀玻璃工业集团股份有限公司、佛山市顺德区质量技术监督标
准与编码所、湖北省建筑科学研究设计院、四川恒固建设工程检测有限公司、东莞市华喜机电工程有限
公司、河北润安建材有限公司、北京信远博恒检测科技有限责任公司、河北宏星检测技术服务有限责任
公司。
本标准主要起草人:嵇书伟、张喆民、吴筱、黄建斌、李新刚、李垚、李虎、杨伟、徐江、阮洪良、高峰、
何世猛、李军生、周群、沈敏奇、温汉平、桑路明、孟彩清、李根。
平板玻璃应力检测方法
1 范围
本标准规定了平板玻璃应力检测的有关术语和定义、检测原理、应力检测方法和测试报告。
本标准的方法适用于退火平板玻璃板面应力和板厚应力的检测。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 15764 平板玻璃术语
3 术语和定义
GB/T 15764界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
板面应力 planestress
玻璃成型后,在玻璃板面不同区域之间存在的永久张应力或压应力。
3.2
板厚应力 interiorstress
玻璃成型后,在板厚方向由于温度梯度造成的永久应力,其表面为压应力,中心区域为张应力。
3.3
起偏器 polarizer
置于光源与被检测样品之间,将自然光变成为有一定振动方向的平面偏振光的装置。
3.4
检偏器 analyzer
置于被检测样品与观察者之间,用于检偏的偏振装置。
3.5
寻常光与异常光在同一存在应力的玻璃中传播时,单位长度上产生的行程差所折合成的在真空中
传播的行程差。
4 检测原理
玻璃是各向同性体,各方向的折射率相同。如果玻璃中存在应力,各向同性的性质受到破坏,会引
起折射率变化,两主应力方向的折射率不再相同,从而导致双折射,双折射引起光程差,光波双折射的程
度与玻璃中所存在的应力大小成正比。平板玻璃应力检测的原理是通过测量应力双折射来衡量玻璃中
应力的大小。
图1 应力引起的光波双折射示意图
如图1所示,当一束光垂直射入存在应力的玻璃时,这束光在玻璃中分解成两束振动方向互相垂直
的偏振光:寻常光o光和异常光e光,两者光能量之和等于入射光的总光能量。其中o光在有应力的玻
璃中的传播速率与入射角无关,e光的传播速率随入射角大小和玻璃内应力的性质变化。
当入射光与玻璃的应力方向成直角时,o光与e光在玻璃中传播的速率差最大;当入射光与玻璃的
应力方向一致时,o光与e光的速率差趋向于零。因而,只有在入射光方向与应力方向不平行时才产生
双折射现象。玻璃受到单向张应力时,其光学性质如同单轴正晶体,e光的折射率大于o光的折射率,
即e光在有张应力的玻璃中传播的速率小于o光;玻璃受单向压应力时,光学性质如同单轴负晶体,e
光的折射率小于o光的折射率,即e光在有压应力的玻璃中传播的速率大于o光。玻璃中的应力越大,
e光的传播速率变化也越大,而o光的传播速率不变。
平行光垂直光轴通过晶片时,产生的双折射光程差最大,即光束方向对应于最大双折射方向。对玻
璃来说,垂直于光轴的方向就是垂直于玻璃的主应力方向。
以垂直于主应力方向测得的双折射光程差值来表征应力的大小。双折射光程差由式(1)计算:
Δ=dne-no()×106 (1)
式中:
Δ---双折射光程差,单位为纳米(nm);
d ---光在玻璃中传播的距离,单位为毫米(mm);
ne---异常光e光的折射率;
no---寻常光o光的折射率。
一般难以对双折射光程差进行直接测量,而是对相位差进行测量进而计算得出双折射光程差。双
折射光程差Δ和相位差之间的关系为:
Δ=
δλ
2π
(2)
式中:
δ---被测玻璃样品的相位差测量值,单位为弧度(rad);
λ---测量光波的波长,单位为纳米(nm)。
平板玻璃的应力按式(3)计算。
σ=
Cd×106
×Δ (3)
式中:
σ---检测点的应力,单位为兆帕(MPa);
Δ---检测点的双折射光程差,单位为纳米(nm);
C---被测玻璃的应力光学常数,单位为每兆帕(MPa-1);
d---光在玻璃中传播的距离,单位为毫米(mm)。
5 应力检测方法
5.1 板面应力检测方法
5.1.1 检测装置
检测板面应力的装置光学示意图见图2,入射的均匀自然光经起偏器P1成为线偏振光,经被测玻璃
样品G成为椭圆偏振光,再由检偏器P2转变为线偏振光,最后由面阵相机D记录被测样品表面的光场
信号。起偏器P1与检偏器P2的主方向相互正交,且与参考坐标系x轴成α角,被测样品的快、慢轴方向
分别为f、s,其中快轴f与参考坐标系x轴成θ角。面阵相机D距检偏器P2一定距离,确保以小视场
角对被测样品的干涉条纹实现成像。被测样品G固定于光路中,起偏器P1与检偏器P2同步旋转,转角
为α。
说明:
P1---起偏器;
G---被测玻璃样品;
P2---检偏器;
D---面阵相机。
图2 板面应力检测装置的光学示意图
检测装置包含机电控制、数字图像采集、数字图像分析处理及计算等功能的测控软件。用于测量、
计算并显示板面应力分布图、板面应力平均值和最大值。
5.1.2 应力计算
由面阵相机D记录的光场图像信号强度I(x,y,α)由式(4)表示。
I(x,y,α)=
I0
[1-cosδ(x,y)]sin2[2θ(x,y)-2α] (4)
式中:
I(x,y,α)---光场图像信号强度;
I0 ---入射自然光强度,由标定得到;
δ(x,y) ---被测样品的双折射相位差,单位为弧度(rad);
θ(x,y) ---被测样品的快轴f与参考坐标系x轴的夹角,单位为弧度(rad);
α ---起偏器与检偏器的同步转角。
式(4)描述的信号为时间周期性信号,由测得的峰谷值按式(5)计算出被测样品的双折射相位差。
δ(x,y)=2sin-1
2[Ip(x,y)-Iy(x,y)]
I0
(5)
式中:
Ip(x,y)---面阵相机采集到的(x,y)点处光强度峰值;
Iv(x,y)---面阵相机采集到的(x,y)点处光强度谷值;
I0 ---同式(4)。
利用面阵相机记录的序列数字图像,提取任一检测点(x,y)的原始光强度测量数据,如图3所示。
图3 某检测点的原始测量数据
将原始测量数据进行正弦拟合,得到拟合曲线,由拟合曲线计算出光强度的峰谷值,按式(5)计算被
测样品的双折射相位差,按式(2)计算双折射光程差Δ(x,y)。
平板玻璃的板面应力按式(6)计算。
σ(x,y)=
Cd×106
×Δ(x,y) (6)
式中:
σ(x,y)---被测玻璃(x,y)点的应力,单位为兆帕(MPa);
Δ(x,y)---被测玻璃(x,y)点的双折射光程差,单位为纳米(nm);
C ---被测玻璃的应力光学常数,单位为每兆帕(MPa-1),钠钙硅玻璃的应力光学常数取
2.6×10-6MPa-1;
d ---光在玻璃中传播的距离,单位为毫米(mm),取玻璃板厚实测值。
5.1.3 样品
5.1.3.1 样品制备
5.1.3.1.1 生产线取样
在平板玻璃有效板宽内,沿板宽方向,尽量多地切裁600mm×600mm的样品,按顺序编号并标记
拉引方向。
5.1.3.1.2 成品取样
随机抽取一片成品,沿同一方向或板宽方向尽量多地切裁600mm×600mm的样品。
5.1.3.2 样品处理
清洗样品,保证表面洁净、无附着物。
5.1.4 检测区域的确定
样品中部直径500mm为检测区域。
5.1.5 检测步骤
检测步骤如下:
a) 测量被测样片的厚度,精确到0.1mm;
b) 开启应力检测仪,使起偏器与检偏器的主方向相互正交;
c) 将被测样品置于起偏器与检偏器之间,样品表面垂直于检测光路,各样片按拉引方向横向
摆放;
d) 按仪器使用规范,通过测控软件操作应力检测仪,完成检测区域的应力检测和计算;
e) 按样品编号记录应力分布图及检测区域内各点的应力测量值。
5.1.6 检测结果表示
5.1.6.1 板面应力分布图
按式(6)计算被测样品检测区域内的应力值,在xy坐标平面上将应力值取绝对值,用灰度或彩色
绘制被测样品板面应力分布。
5.1.6.2 板面应力平均值
张应力和压应力均取正值,计算检测区域内应力的算术平均值。
5.1.6.3 板面应力最大值
检测区域内应力绝对值的最大值。
5.2 板厚应力检测方法
5.2.1 检测装置
板厚应力检测装置的光学示意图见图4,起偏器P1 与检偏器P2 正交,单色点光源经透镜准直成平
行光。被测玻璃样品G为长条状,放置在P1 和P2 之间,入射平行光穿过样品的长边端面,被测玻璃的
应力干涉图由面阵相机D的远心成像镜头成像在像面上。设置起偏器P1、检偏器P2 的偏振方向正交,
被测玻璃样品的原板表面分别与P1、P2 成45°夹角。样品检测位置示意图见图5。
说明:
P1---起偏器;
G---被测玻璃样品;
P2---检偏器;
D---面阵相机。
图4 板厚应力检测装置的光学示意图
图5 样品检测位置示意图
检测装置包含机电控制、数字图像采集、数字图像分析处理及计算等功能的测控软件,用于测量、计
算并显示板厚应力分布图和板厚应力最大值。
5.2.2 光强标定
保持起偏器P1 和被测样品G不动,将检偏器P2 的偏振方向调节至与样品长边平行的位置(即0°
位置),此时面阵相机检测到的光强分布关系式见式(7),式中Io与T 不需实际测量。同一批次相同裁
切尺寸的被测样品只需标定一次光强。
I'(x,y)=
4IoT
(7)
式中:
I'(x,y)---相机检测到的光强分布;
Io ---准直光束的入射光强;
T ---被测样品沿入射方向的透射比。
5.2.3 相位差测量
将检偏器P2 的偏振方向调节至与起偏器P1 正交的位置,此时面阵相机检测到的光强分布关系式
见式(8)。
I(x,y)=
4IoT
[1-cosδ(x,y)] (8)
式中:
I(x,y)---相机检测到的光强分布;
Io ---同式(7);
T ---同式(7);
δ(x,y)---检测点的应力双折射相位差,单位为弧度(rad)。
检测点的应力双折射相位差按式(9)计算。
δ(x,y)=cos-1 1-
I(x,y)
I'(x,y)
êê
úú (9)
5.2.4 应力计算
按式(2)计算双折射光程差Δ(x,y)。各检测点的板厚应力按式(10)计算。
σ(x,y)=
Cd×106
×Δ(x,y) (10)
式中:
σ(x,y)---被测样品的应力值,单位为兆帕(MPa);
C ---被测玻璃的应力光学常数,单位为每兆帕(MPa-1),钠钙硅玻璃的应力光学常数取
2.6×10-6MPa-1;
d ---光在玻璃中传播的距离,单位为毫米(mm),取被测样品中部两抛光面间的距离实
测值;
Δ(x,y)---被测样品的双折射光程差,单位为纳米(nm)。
5.2.5 板厚应力分布曲线
式(10)中对于不同的y,分别在x方向样品中部取对应的20个相邻像素点,计算出对应各y值下
的应力算术平均值的分布曲线σ(y),并对σ(y)做平滑及拟合处理,y按玻璃板厚均匀取50个点,得到
板厚应力分布曲线σ(y),如图6所示。
说明:
t---玻璃板厚,单位为毫米(mm)。
图6 某检测点的板厚应力分布曲线
5.2.6 样品
5.2.6.1 样品制备
5.2.6.1.1 生产线取样
在平板玻璃有效板宽内,沿板宽方向,以两边部为起终点,尽量多地切裁300mm×25mm的样品,
300mm方向为板宽方向,并按顺序编号,尽......
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