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全自動應(yīng)變儀LSM-9100W在透明材料應(yīng)力分析中的應(yīng)用與技術(shù)創(chuàng)新

  • 發(fā)布日期:2025-04-22      瀏覽次數(shù):136
    • 透明材料(如玻璃、光學(xué)塑料、晶體等)的殘余應(yīng)力和雙折射效應(yīng)直接影響其力學(xué)性能與光學(xué)質(zhì)量。日本LuCEO公司推出的全自動應(yīng)變儀LSM-9100W基于Senarmont偏振法,結(jié)合高精度RGB線性極化技術(shù),可實(shí)現(xiàn)0-3000nm延遲量的二維全場測量,測量精度達(dá)1nm,并支持?150mm大尺寸樣品的快速檢測。本文詳細(xì)介紹該儀器的技術(shù)原理、核心優(yōu)勢,并結(jié)合玻璃制造、光學(xué)元件加工及塑料注塑等行業(yè)的應(yīng)用案例,分析其在質(zhì)量控制與工藝優(yōu)化中的關(guān)鍵作用。

      關(guān)鍵詞:應(yīng)力分析、雙折射、Senarmont法、全場測量、透明材料

      1. 引言

      透明材料在制造過程中因溫度梯度、機(jī)械加工或固化收縮等因素會產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力,進(jìn)而導(dǎo)致雙折射現(xiàn)象,影響光學(xué)均勻性(如透鏡成像畸變)或機(jī)械強(qiáng)度(如玻璃自爆)。傳統(tǒng)應(yīng)力檢測方法(如光彈法、激光干涉儀)通常存在測量范圍有限、操作復(fù)雜或僅支持點(diǎn)測量等問題。LSM-9100W全自動應(yīng)變儀通過創(chuàng)新的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和大面積成像技術(shù),實(shí)現(xiàn)了高精度、高效率的二維應(yīng)力分布檢測,為工業(yè)質(zhì)量控制提供了新的解決方案。

      2. 測量原理與技術(shù)特點(diǎn)

      2.1 Senarmont偏振法優(yōu)化設(shè)計(jì)

      LSM-9100W采用改進(jìn)型Senarmont補(bǔ)償法,結(jié)合RGB三波長(420-680nm)線性偏振光,通過檢測樣品引起的相位延遲(Δ)和慢軸方向(θ),計(jì)算雙折射分布(Δn = Δ/d,d為樣品厚度)。相較于傳統(tǒng)單波長測量,多光譜分析可減少材料色散誤差,提高數(shù)據(jù)可靠性。

      2.2 核心技術(shù)創(chuàng)新

      1. 高精度成像系統(tǒng)

        • 1100×1100像素CCD配合高均勻性極化板,實(shí)現(xiàn)1nm級延遲分辨率和0.1°慢軸方向精度。

        • 3D應(yīng)力分布可視化功能,直觀呈現(xiàn)樣品邊緣應(yīng)力集中區(qū)域(如玻璃切割面)。

      2. 超發(fā)光LED光源

        • 寬光譜LED替代傳統(tǒng)激光光源,避免相干噪聲,壽命達(dá)50,000小時,維護(hù)成本降低60%。

      3. 大樣品兼容性

        • ?150mm測量區(qū)域+160mm高度空間,支持曲面玻璃、注塑件等非平面樣品的無損檢測。

      3. 典型行業(yè)應(yīng)用案例

      3.1 玻璃制造:殘余應(yīng)力量化

      在汽車鋼化玻璃生產(chǎn)中,LSM-9100W可快速掃描擋風(fēng)玻璃全表面,檢測壓應(yīng)力層深度(CS層)和邊緣應(yīng)力集中(圖1)。某廠商通過該設(shè)備發(fā)現(xiàn)切割工藝導(dǎo)致的微裂紋區(qū)域延遲量異常(>1200nm),優(yōu)化參數(shù)后不良率下降35%。

      圖1 鋼化玻璃表面應(yīng)力分布(3D視圖)
      (示例:邊緣區(qū)域延遲量顯著高于中心)

      3.2 光學(xué)塑料注塑:成型工藝優(yōu)化

      對于AR透鏡用PMMA材料,注塑冷卻不均會導(dǎo)致雙折射(Δn>5×10??)。LSM-9100W的實(shí)時測量功能可關(guān)聯(lián)模具溫度與延遲量數(shù)據(jù),指導(dǎo)工藝調(diào)整。某案例顯示,將模溫誤差控制在±1℃后,透鏡延遲量從300nm降至80nm以下。

      3.3 光纖預(yù)制棒檢測

      在光纖制造中,預(yù)制棒的雙折射直接影響光纖的偏振模色散(PMD)。通過LSM-9100W的慢軸方向映射,可定位芯層不均勻區(qū)域(圖2),確保PMD<0.1ps/√km,滿足5G通信要求。

      圖2 光纖預(yù)制棒慢軸方向分布圖
      (示例:紅色箭頭指示高雙折射缺陷區(qū))

      4. 對比分析與選型建議

      4.1 與傳統(tǒng)設(shè)備的性能對比

      指標(biāo)LSM-9100W手動補(bǔ)償偏光儀激光干涉儀
      測量范圍0-3000nm0-1000nm0-500nm
      精度±1nm±10nm±0.5nm
      測量面積?150mm全場單點(diǎn)掃描<?50mm
      適用場景工業(yè)質(zhì)檢、工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室小樣品檢測超薄光學(xué)膜檢測

      4.2 選型考量

      • 推薦LSM-9100W的場景:

        • 需大批量檢測玻璃/塑料制品的產(chǎn)線;

        • 大尺寸或曲面樣品的無損測量需求;

        • 長期穩(wěn)定性要求高的連續(xù)作業(yè)環(huán)境。

      • 替代方案:

        • 若僅需實(shí)驗(yàn)室小樣品檢測,可選用低成本手動偏光儀;

        • 超精密光學(xué)元件(如光刻機(jī)透鏡)建議補(bǔ)充干涉儀驗(yàn)證。

      5. 結(jié)論

      LSM-9100W全自動應(yīng)變儀通過Senarmont偏振法與大面積成像技術(shù)的結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了透明材料應(yīng)力與雙折射的高效、高精度檢測。其在玻璃、光學(xué)塑料、光纖等行業(yè)的成功應(yīng)用表明,該設(shè)備不僅能提升產(chǎn)品質(zhì)量,還可為工藝優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。未來,通過集成AI應(yīng)力預(yù)測算法,有望進(jìn)一步拓展其在智能制造中的應(yīng)用價值。


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