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干涉色o:p> |
無靈敏色片時(shí)的光程差 nm |
靈敏色片時(shí)的光程差 nm |
黑 |
0 |
565 |
灰 |
150 |
415 |
淡黃 |
250 |
315 |
黃 |
300 |
265 |
桔黃 |
450 |
115 |
紅 |
500 |
65 |
紫 |
565 |
0 |
蘭 |
600 |
|
蘭綠 |
650 |
|
綠黃 |
750 |
|
黃 |
850 |
|
桔 |
950 |
|
紅 |
1050 |
|
紫 |
1130 |
|
綠 |
1300 |
|
綠黃 |
1400 |
|
粉紅 |
1500 |
|
紫 |
1695 |
另一種較為_的顏色對比法是采用一套至少包括6片的標(biāo)準(zhǔn)光程片組，將被測玻璃樣品在偏光下與標(biāo)準(zhǔn)片對比干涉色，從而判斷應(yīng)力大小。
標(biāo)準(zhǔn)光程片是一種均勻的雙折射片，每片的光程差人為控制在21.8 –23.8 nm之間，直徑至少30mm，同－組內(nèi)各片的光程差基本一致。
通過增減標(biāo)準(zhǔn)光程片數(shù)目，使玻璃樣品的干涉色與標(biāo)準(zhǔn)片組的干涉色相同，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)片的片數(shù)及各片光程數(shù)據(jù)，_能計(jì)算出玻璃中的應(yīng)力值。
2.2 Senarmont定量應(yīng)力測定法
此種方法采用的光學(xué)元件及其方向匹配關(guān)系請參照圖2。
起偏器及檢偏器的偏振方向均須與水平線成45o，它們之間_相互垂直。被測樣品主應(yīng)力之一的方向_與水平線一致，即主應(yīng)力方向須與偏振方向成45o，如樣品是瓶子等圓柱形制品，則將瓶子水平放置、使瓶子軸線與水平線重合即可。
檢偏器是可以旋轉(zhuǎn)的，轉(zhuǎn)動角度由刻度指示。使用時(shí)，先將檢偏器轉(zhuǎn)至0刻度處；然后放置被測樣品，調(diào)整樣品方向，使被測點(diǎn)主應(yīng)力的方向與偏振方向成45o；再轉(zhuǎn)動檢偏器，直到被測點(diǎn)變得_暗；記下轉(zhuǎn)角讀數(shù)，每度相當(dāng)于3.14
nm 光程差。
根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向可判斷出是壓應(yīng)力還是張應(yīng)力。如順時(shí)針轉(zhuǎn)動檢偏器能使被測點(diǎn)變暗，則為張應(yīng)力，反之為壓應(yīng)力。需要指出，如四分之一波片轉(zhuǎn)動90o安裝，則檢偏器旋轉(zhuǎn)方向所代表的應(yīng)力性質(zhì)正好相反，讀數(shù)_值不變。如果對儀器有疑問，可取25
X 200mm的平板玻璃測其板芯應(yīng)力，已知板芯應(yīng)力是張應(yīng)力，故能用來驗(yàn)證儀器的應(yīng)力測試方向。
四分之一波片的精度對此方法的測定精度有較大影響，－般要求該波片的光程誤差在+/- 2
nm之內(nèi)。Senarmont法適用于測定己知應(yīng)力方向的玻璃制品，如平板玻璃、瓶子、玻璃管等。對于應(yīng)力方向復(fù)雜的制品，采用Tardy方法比較方便。
2.3 Tardy定量應(yīng)力測試方法
與Senarmont法不同：Tardy法增加了－塊四分之－波片，兩塊四分之一波片的光軸均與偏振方向成45o，兩塊波片均能從光路中移走；玻璃樣品中的主應(yīng)力方向與偏振方向重合。其余部分與Senarmont法類似。
測試時(shí)，先將兩塊四分之－波片撤離光路；然后放入被測樣品，此時(shí)可從檢偏器中看見樣品上黑色的應(yīng)力等傾線，即在此線上，應(yīng)力方向均相同并與偏振方向一致；再調(diào)整樣品的放置方向，使等傾線通過被測點(diǎn)；將二塊四分之－波片推入光路，等傾線即消失；此時(shí)可旋轉(zhuǎn)檢偏器，直至被測點(diǎn)光線_弱；后面步驟同Senarmont法。
由于Tardy法要求應(yīng)力方向與偏振方向一致，故可利用等傾線性質(zhì)實(shí)現(xiàn)方向的相對調(diào)整，不必準(zhǔn)確確定應(yīng)力的實(shí)際方向。
二塊四分之一波片的光軸相互垂直，對光程的作用互為補(bǔ)償，所以波片的精度要求可低－些，只需控制二塊波片之間的相對誤差。故此方法的測量精度要好于Senarmont法。
2.4 Babinet補(bǔ)償器法
Babinet補(bǔ)償器是一種光程差可調(diào)的雙折射元件，相當(dāng)于在應(yīng)力儀中加入一個(gè)應(yīng)力值可調(diào)的人工應(yīng)力片，其方向與被測玻璃樣品中的應(yīng)力方向相反，當(dāng)兩者數(shù)值相等時(shí)，應(yīng)力相互抵消，在正交偏光下觀察到消光黑條紋。
Babinet補(bǔ)償器－般由兩塊石英楔構(gòu)成，二者尺寸相同，光軸互相垂直。一塊楔是固定的，另－塊可滑動，滑動的位置由測微螺桿轉(zhuǎn)換成讀數(shù)，光程差值與楔滑動的距離成線性關(guān)糸。
此種方法操作較為簡單，首先確定被測點(diǎn)的主應(yīng)力方向，旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器測微螺桿，直至被測點(diǎn)為黑條紋所覆蓋，記下測微螺桿讀數(shù)并乘以補(bǔ)償器常數(shù)即得到玻璃的應(yīng)力值。應(yīng)力的方向亦根據(jù)測微螺桿旋轉(zhuǎn)方向加以確定。
此法操作簡單，精度高。不足之處是補(bǔ)償器價(jià)格昂貴。
3. 幾個(gè)需注意的問題
3.1
所有方法測出的均是相互垂直的兩主應(yīng)力的差值。如果兩主應(yīng)力相等，即使應(yīng)力值很大，測出的應(yīng)力也是零，這種現(xiàn)象經(jīng)常會產(chǎn)生誤導(dǎo)，使人容易忽略實(shí)際存在的應(yīng)力。因此，－般選擇主應(yīng)力之－為零的部位作為測量點(diǎn)。
3.2
只有垂直于光路的應(yīng)力才能被測出。如果一維主應(yīng)力平行于光透射方向，則也會得出不存在應(yīng)力的錯(cuò)誤結(jié)論。另－方面，此特性也常被用來解決上述3.1條所討論的問題，如玻璃中存在二維應(yīng)力，應(yīng)使主應(yīng)力之－平行于光路，從而準(zhǔn)確測出另－主應(yīng)力值。
3.3
測出的應(yīng)力是光經(jīng)過的玻璃內(nèi)不同位置應(yīng)力的代數(shù)和。如果－個(gè)玻璃瓶壁的外表面存在壓應(yīng)力、而內(nèi)表面是張應(yīng)力，光從瓶身一側(cè)射進(jìn)、從另－側(cè)射出，則測得的應(yīng)力是各處應(yīng)力的平均值，各處的實(shí)際應(yīng)力很可能遠(yuǎn)大于此平均值。
3.4
光的入射方向須與玻璃表面垂直。異型制品須浸入與玻璃折射率相同的液體中，以杜絕反射、折射等現(xiàn)象產(chǎn)生的光學(xué)作用，這些作用會干擾應(yīng)力干涉色，影響應(yīng)力測量精度。
4. 結(jié)束語
應(yīng)力測定工作并不是一項(xiàng)高難度的工作，但它涉及的因素多，且容易混淆，稍不注意_會得出錯(cuò)誤甚至相反的結(jié)果。在實(shí)際測定之前，_要先分析造成玻璃制品失效的應(yīng)力因素，理清思路，選擇合理的測定方法與步驟。應(yīng)力測定的目的是反饋給玻璃生產(chǎn)工段，為其采用更合適的熱處理設(shè)備、制定更合理的熱處理工藝提供依據(jù)。因此應(yīng)力測定既是檢驗(yàn)工序的工作，更重要的應(yīng)該是工藝過程控制的－環(huán)，應(yīng)力測定與生產(chǎn)工藝應(yīng)緊密結(jié)合在－起。
干涉色o:p> |
無靈敏色片時(shí)的光程差 nm |
靈敏色片時(shí)的光程差 nm |
黑 |
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灰 |
150 |
415 |
淡黃 |
250 |
315 |
黃 |
300 |
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桔黃 |
450 |
115 |
紅 |
500 |
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紫 |
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蘭 |
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蘭綠 |
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綠黃 |
750 |
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黃 |
850 |
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桔 |
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紅 |
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綠 |
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綠黃 |
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粉紅 |
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紫 |
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另一種較為_的顏色對比法是采用一套至少包括6片的標(biāo)準(zhǔn)光程片組，將被測玻璃樣品在偏光下與標(biāo)準(zhǔn)片對比干涉色，從而判斷應(yīng)力大小。
標(biāo)準(zhǔn)光程片是一種均勻的雙折射片，每片的光程差人為控制在21.8 –23.8 nm之間，直徑至少30mm，同－組內(nèi)各片的光程差基本一致。
通過增減標(biāo)準(zhǔn)光程片數(shù)目，使玻璃樣品的干涉色與標(biāo)準(zhǔn)片組的干涉色相同，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)片的片數(shù)及各片光程數(shù)據(jù)，_能計(jì)算出玻璃中的應(yīng)力值。
2.2 Senarmont定量應(yīng)力測定法
此種方法采用的光學(xué)元件及其方向匹配關(guān)系請參照圖2。
起偏器及檢偏器的偏振方向均須與水平線成45o，它們之間_相互垂直。被測樣品主應(yīng)力之一的方向_與水平線一致，即主應(yīng)力方向須與偏振方向成45o，如樣品是瓶子等圓柱形制品，則將瓶子水平放置、使瓶子軸線與水平線重合即可。
檢偏器是可以旋轉(zhuǎn)的，轉(zhuǎn)動角度由刻度指示。使用時(shí)，先將檢偏器轉(zhuǎn)至0刻度處；然后放置被測樣品，調(diào)整樣品方向，使被測點(diǎn)主應(yīng)力的方向與偏振方向成45o；再轉(zhuǎn)動檢偏器，直到被測點(diǎn)變得_暗；記下轉(zhuǎn)角讀數(shù)，每度相當(dāng)于3.14
nm 光程差。
根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向可判斷出是壓應(yīng)力還是張應(yīng)力。如順時(shí)針轉(zhuǎn)動檢偏器能使被測點(diǎn)變暗，則為張應(yīng)力，反之為壓應(yīng)力。需要指出，如四分之一波片轉(zhuǎn)動90o安裝，則檢偏器旋轉(zhuǎn)方向所代表的應(yīng)力性質(zhì)正好相反，讀數(shù)_值不變。如果對儀器有疑問，可取25
X 200mm的平板玻璃測其板芯應(yīng)力，已知板芯應(yīng)力是張應(yīng)力，故能用來驗(yàn)證儀器的應(yīng)力測試方向。
四分之一波片的精度對此方法的測定精度有較大影響，－般要求該波片的光程誤差在+/- 2
nm之內(nèi)。Senarmont法適用于測定己知應(yīng)力方向的玻璃制品，如平板玻璃、瓶子、玻璃管等。對于應(yīng)力方向復(fù)雜的制品，采用Tardy方法比較方便。
2.3 Tardy定量應(yīng)力測試方法
與Senarmont法不同：Tardy法增加了－塊四分之－波片，兩塊四分之一波片的光軸均與偏振方向成45o，兩塊波片均能從光路中移走；玻璃樣品中的主應(yīng)力方向與偏振方向重合。其余部分與Senarmont法類似。
測試時(shí)，先將兩塊四分之－波片撤離光路；然后放入被測樣品，此時(shí)可從檢偏器中看見樣品上黑色的應(yīng)力等傾線，即在此線上，應(yīng)力方向均相同并與偏振方向一致；再調(diào)整樣品的放置方向，使等傾線通過被測點(diǎn)；將二塊四分之－波片推入光路，等傾線即消失；此時(shí)可旋轉(zhuǎn)檢偏器，直至被測點(diǎn)光線_弱；后面步驟同Senarmont法。
由于Tardy法要求應(yīng)力方向與偏振方向一致，故可利用等傾線性質(zhì)實(shí)現(xiàn)方向的相對調(diào)整，不必準(zhǔn)確確定應(yīng)力的實(shí)際方向。
二塊四分之一波片的光軸相互垂直，對光程的作用互為補(bǔ)償，所以波片的精度要求可低－些，只需控制二塊波片之間的相對誤差。故此方法的測量精度要好于Senarmont法。
2.4 Babinet補(bǔ)償器法
Babinet補(bǔ)償器是一種光程差可調(diào)的雙折射元件，相當(dāng)于在應(yīng)力儀中加入一個(gè)應(yīng)力值可調(diào)的人工應(yīng)力片，其方向與被測玻璃樣品中的應(yīng)力方向相反，當(dāng)兩者數(shù)值相等時(shí)，應(yīng)力相互抵消，在正交偏光下觀察到消光黑條紋。
Babinet補(bǔ)償器－般由兩塊石英楔構(gòu)成，二者尺寸相同，光軸互相垂直。一塊楔是固定的，另－塊可滑動，滑動的位置由測微螺桿轉(zhuǎn)換成讀數(shù)，光程差值與楔滑動的距離成線性關(guān)糸。
此種方法操作較為簡單，首先確定被測點(diǎn)的主應(yīng)力方向，旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器測微螺桿，直至被測點(diǎn)為黑條紋所覆蓋，記下測微螺桿讀數(shù)并乘以補(bǔ)償器常數(shù)即得到玻璃的應(yīng)力值。應(yīng)力的方向亦根據(jù)測微螺桿旋轉(zhuǎn)方向加以確定。
此法操作簡單，精度高。不足之處是補(bǔ)償器價(jià)格昂貴。
3. 幾個(gè)需注意的問題
3.1
所有方法測出的均是相互垂直的兩主應(yīng)力的差值。如果兩主應(yīng)力相等，即使應(yīng)力值很大，測出的應(yīng)力也是零，這種現(xiàn)象經(jīng)常會產(chǎn)生誤導(dǎo)，使人容易忽略實(shí)際存在的應(yīng)力。因此，－般選擇主應(yīng)力之－為零的部位作為測量點(diǎn)。
3.2
只有垂直于光路的應(yīng)力才能被測出。如果一維主應(yīng)力平行于光透射方向，則也會得出不存在應(yīng)力的錯(cuò)誤結(jié)論。另－方面，此特性也常被用來解決上述3.1條所討論的問題，如玻璃中存在二維應(yīng)力，應(yīng)使主應(yīng)力之－平行于光路，從而準(zhǔn)確測出另－主應(yīng)力值。
3.3
測出的應(yīng)力是光經(jīng)過的玻璃內(nèi)不同位置應(yīng)力的代數(shù)和。如果－個(gè)玻璃瓶壁的外表面存在壓應(yīng)力、而內(nèi)表面是張應(yīng)力，光從瓶身一側(cè)射進(jìn)、從另－側(cè)射出，則測得的應(yīng)力是各處應(yīng)力的平均值，各處的實(shí)際應(yīng)力很可能遠(yuǎn)大于此平均值。
3.4
光的入射方向須與玻璃表面垂直。異型制品須浸入與玻璃折射率相同的液體中，以杜絕反射、折射等現(xiàn)象產(chǎn)生的光學(xué)作用，這些作用會干擾應(yīng)力干涉色，影響應(yīng)力測量精度。
4. 結(jié)束語
應(yīng)力測定工作并不是一項(xiàng)高難度的工作，但它涉及的因素多，且容易混淆，稍不注意_會得出錯(cuò)誤甚至相反的結(jié)果。在實(shí)際測定之前，_要先分析造成玻璃制品失效的應(yīng)力因素，理清思路，選擇合理的測定方法與步驟。應(yīng)力測定的目的是反饋給玻璃生產(chǎn)工段，為其采用更合適的熱處理設(shè)備、制定更合理的熱處理工藝提供依據(jù)。因此應(yīng)力測定既是檢驗(yàn)工序的工作，更重要的應(yīng)該是工藝過程控制的－環(huán)，應(yīng)力測定與生產(chǎn)工藝應(yīng)緊密結(jié)合在－起。
