Измерение напряжений в стеклянном контейнере с использованием флуоресценции

Измерение напряжений в стеклянном контейнере с использованием флуоресценции

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Сопутствующие заявки на патент

Настоящая заявка связана с тремя другими одновременно поданными заявками на патент, а именно, с заявкой на патент США, под названием "Измерение толщины стенки стеклянного контейнера с использованием флуоресценции", с заявкой на патент США, под названием "Измерение напряжений в стекле с использованием флуоресценции", и с заявкой на патент США, под названием "Измерение толщины стекла с использованием флуоресценции", все из которых переданы правопреемнику по настоящей заявке и все три заявки включены в настоящее описание путем отсылки.

Предпосылки к созданию изобретения

Область изобретения

Настоящее изобретение по существу относится к устройству и способу для измерения напряжений по толщине стекла, например, в стенках стеклянных контейнеров, или в сегментах листового стекла и, более конкретно, к таким устройствам и способам, в которых используется флуоресценция для быстрого и точного определения толщины напряженных слоев и толщины стенок, а также кривой напряжений в стеклянных контейнерах или в сегментах листового стекла.

Существуют две широкие категории стекла, которое применяется в стеклянных контейнерах, таких как бутылки, а именно, "твердое" стекло и "мягкое" стекло. "Твердое" стекло, также именуемое боросиликатным стеклом, изготовлено из двуокиси кремния и оксида бора, требует для производства значительно более высоких температур, труднее поддается формованию и стоит дороже, чем мягкое стекло, хотя обладает прекрасными характеристиками термических напряжений. "Мягкое" стекло или натриево-кальциевое или натриево-кальциево-силикатное стекло производят из углекислого натрия, извести, двуокиси кремния, глинозема с добавлением небольших количеств осветлителя, и такое стекло может производиться при более низких температурах, является более легким для формования и более дешевым в производстве, хотя его характеристики термических напряжений не столь высоки как у твердого стекла. "Мягкое" стекло более распространено и широко используется для изготовления стеклянных контейнеров.

Исходя из соображений себестоимости в настоящее время стеклянные контейнеры изготавливают в первую очередь из натриево-кальциевого стекла, отливая расплавленное стекло в стеклянные контейнеры в формах для выдувания. После того как контейнер извлечен из формы и стекло остынет, в стекле возникают напряжения, поскольку внешняя поверхность стеклянных контейнеров охлаждается быстрее и твердеет, в то время как внутренняя поверхность и внутренние стенки остаются более горячими и сохраняют текучесть. После этого бутылки подвергают процессу отжига для снятия таких напряжений.

Правопреемник по настоящей заявке на патент разработал процесс термического упрочнения таких стеклянных контейнеров. Вместо отжига стеклянных контейнеров для снятия напряжений и внешние и внутренние стенки стеклянных контейнеров быстро охлаждают для получения термически упрочненных контейнеров из натриево-кальциевого стекла, в которые преднамеренно введены профили напряжений по толщине стенки стеклянного контейнера. Эти напряжения являются сжимающими напряжениями и на внутренних, и на внешних стенках стеклянного контейнера и растягивающими напряжениями внутри стенок стеклянного контейнера.

Термически упрочненные контейнеры из натриево-кальциевого стекла, имеющие упомянутые выше характеристики напряжений, являются существенно более прочными и долговечными и значительно меньше подвержены разрушению при воздействии на них механических нагрузок, при погрузочно-разгрузочных работах или при внезапном изменении температуры. Таким образом, улучшенные характеристики напряжений, достигаемые с помощью применения усовершенствованной технологии охлаждения, упомянутой выше, позволяют получить термически упрочненные стеклянные контейнеры, изготавливаемые из натриево-кальциевого стекла.

Хотя по такой усовершенствованной технологии производства стеклянных контейнеров, описанной выше, изготавливают термически упрочненные контейнеры из натриево-кальциевого стекла с прекрасными характеристиками напряжений, специалистам понятно, что необходимо проверять и верифицировать характеристики стеклянных контейнеров, изготовленных по такой технологии, включая характеристики напряжений стеклянных контейнеров. Для проверки характеристик напряжений в стенке термически упрочненного контейнера, изготовленного из натриево-кальциевого силикатного стекла, требуется способность высокоточного определения напряжения в толщине стенки каждого стеклянного контейнера. Несмотря на то, что хорошо известны различные оптические и механические способы обнаружения физических дефектов в стеклянных контейнерах, таких как небольшие трещины в стекле, посторонние включения, известные как "камень", пузыри в стекле, и чрезмерно толстые стенки, контролировать характеристики напряжений в стенках стеклянных контейнеров значительно труднее.

Измерение характеристик напряжений стеклянных контейнеров изобретателями выполнялось с использованием погружного полярископа, который требует погружения стеклянного контейнера, подвергающегося проверке, в большой контейнер со средой с согласованным оптическим показателем преломления. Такое устройство выпускается компанией GlassStress Ltd. и называется "Автоматический трансмиссионный полярископ АР-07". Источник света излучает параллельный поляризованный луч, проходящий сквозь большой контейнер так, что луч проходит по касательной сквозь боковую стенку стеклянного контейнера (проходя сквозь боковую стенку стеклянного контейнера), где луч пересекает поле осевого напряжения внутри боковой стенки стеклянного контейнера и меняет свои характеристики поляризации, проходя через разные слои напряжений в боковой стенке.

Для наблюдения интенсивности поляризованного компонента луча, проходящего сквозь боковую стенку стеклянного контейнера, используют камеру. Наблюдая интенсивность луча по мере вращения поляризации входящего луча и снимая множество изображений для каждой ориентации плоскости поляризации, можно определить наличие напряжения в боковой стенке стеклянного контейнера. К сожалению, такой способ с применением погружного полярископа требует погружения стеклянного контейнера в среду с согласованным оптическим показателем преломления, что не позволяет применять этот способ при крупномасштабном производстве. Дополнительно, измерения требуют относительно существенных затрат времени, что также делает этот способ не пригодным для крупномасштабного производства.

Другое устройство, выпускаемое компанией GlassStress Ltd., полярископ с рассеянным светом Scattered Light Polariscope SCALP-03, выполняет измерения напряжений по толщине стекла архитектурных стеклянных панелей и стекол для автомобилей. Этому устройству требуется пять секунд на одно измерение, оно работает только на ограниченной поверхности стекла и по своей природе не пригодно для применения в условиях массового производства. Теория, на которой основана работа этого устройства, изложена в брошюре Johan Anton и Hillar Aben "A Compact Scattering Light Polariscope for Residual Stress Measurement in Glass Plates", представленной на выставке Glass Processing Days в Тампере, Финляндия, 15-18 июня 2003. В кратком изложении, в этом устройстве используется рассеяние поляризованного луча света от лазера, когда он проходит сквозь стекло и луч вращается для вращения направления его поляризации для получения усиленного сигнала.

Таким образом, имеется потребность в устройстве, способном изменять напряжения в боковых стенках стеклянных контейнеров, а также в соответствующем способе измерения напряжений в боковых стенках стеклянных контейнеров. Желательно также, чтобы такое устройство было адаптировано к крупномасштабному производству стеклянных контейнеров так, чтобы оно могло с высокой скоростью выполнять измерения напряжений в боковых стенках стеклянных контейнеров. Поэтому желательно, чтобы такое устройство не требовало погружения стеклянных контейнеров в процессе проверки и, следовательно, не усложняло манипулирование проверяемыми стеклянными контейнерами.

Кроме того, желательно, чтобы такое устройство могло с высокой точностью определять напряжение в боковых стенках стеклянных контейнеров. Было бы полезно, чтобы такое устройство также могло измерять толщину каждого из слоев напряжений в боковых стенках стеклянных контейнеров. При этом было бы желательно, чтобы такое устройство могло измерять толщину боковых стенок стеклянных контейнеров. Такое устройство, предпочтительно, далее должно иметь возможность быстро и точно измерять и напряжение в боковых стенках, и толщину боковых стенок стеклянных контейнеров по всей окружной поверхности стеклянных контейнеров.

Такое усовершенствованное устройство для измерения напряжений в стеклянных контейнерах должно иметь конструкцию, которая является одновременно и надежной, и долговечной, и оно должно не требовать или почти не требовать обслуживания пользователем на протяжении всего срока службы. Для повышения рыночной привлекательности такой системы измерения напряжений в стеклянных контейнерах она должна быть относительно недорогой, чтобы занять максимально большую долю рынка. Наконец, было бы полезно, чтобы все перечисленные преимущества и достоинства таких устройства и способа измерения напряжения и толщины стекла были бы достигнуты без проявления каких-либо существенных относительных недостатков.

Краткое описание изобретения

Недостатки и ограничения предшествующего уровня техники, описанные выше, настоящим изобретением преодолены. В настоящем изобретении линейно поляризованный свет от лазера направляется в боковую стенку стеклянного контейнера под оптимальным углом относительно боковой стенки стеклянного контейнера для получения оптимального (максимальной интенсивности) сигнала флуоресценции внутри боковой стенки стеклянного контейнера. Это может быть достигнуто с помощью применения прямоугольной равнобедренной сопрягающей призмы (также именуемой призмой 45^о-45^о-90^о) из оптического стекла, расположенной так, чтобы продольная ось ее гипотенузы (самой длинной стороны) была расположена тангенциально к боковой стенке стеклянного контейнера, используя жидкостное сопряжение между сопрягающей призмой и внешней стенкой стеклянного контейнера. Линейно поляризованный лазерный луч направляют в сопрягающую призму через одну из ее коротких граней.

Таким образом, линейно поляризованный лазерный луч входит в боковую стенку стеклянного контейнера извне и, когда он входит в боковую стенку стеклянного контейнера и проходит сквозь нее, этот линейно поляризованный лазерный луч возбуждает электронные состояния некоторых из элементов и создает на своем пути флуоресцентное свечение. Это флуоресцентное свечение на пути лазерного луча в боковой стенке стеклянного контейнера позволяет обнаружить напряжения внутри боковой стенки стеклянного контейнера. Часть этого флуоресцентного света является линейно поляризованной в плоскости, перпендикулярной плоскости поляризации лазерного луча и пути распространения.

Когда такой линейно поляризованный свет движется сквозь поле напряжений в боковой стенке стеклянного контейнера, его характеристика поляризации изменяется с линейной на эллиптическую, на круговую, на эллиптическую, на линейную, и эта последовательность повторяется. (Следует отметить, что для типичных толщин стенок стеклянных контейнеров величина изменения поляризации никогда не пройдет весь путь до круговой поляризации. Поэтому в устройстве по настоящему изобретению нет необходимости обрабатывать закольцованное изменение уровня сигнала, которое происходило бы, если бы изменение действительно проходило через круговую поляризацию.) Флуоресцентный свет с линейной, круговой или эллиптической поляризацией выходит из внешней стенки стеклянного контейнера и распространяется через соединительную среду в сопрягающую призму, и выходит через другую из коротких граней этой призмы.

Выходящий флуоресцентный свет с линейной, круговой или эллиптической поляризацией, прошедший сквозь поле напряжений в стеклянной стенке, затем преобразуется в линейно поляризованные компоненты четвертьволновой пластиной. Четвертьволновую пластину вращают так, чтобы ось наибольшей скорости распространения света в четвертьволновой пластине была совмещена с плоскостью начальной поляризации (в результате флуоресценции) падающего света. Линейно поляризованные компоненты света затем пропускают через сегнетоэлектрический жидкий кристалл ("СЭЖК"), повернутый на 45° относительно четвертьволновой пластины, который поочередно возбуждается двумя разными напряжениями, что заставляет СЭЖК поочередно пропускать каждый компонент флуоресцентного света.

Камера, снабженная полосовым фильтром, который блокирует лазерный свет и пропускает флуоресцентный диапазон частот, поочередно создает изображения линейно поляризованного света, прошедшего через СЭЖК под углом плюс и минус 45° к оси четвертьволновой пластины для создания чередующихся изображений для поляризации плюс и минус 45°, которые имеют два оборота поляризации и разнесены на 90°. Разница между чередующимися изображениями делится на сумму двух изображений для получения нормализованного разностного изображения, на котором имеется линия, изменение интенсивности которой представляет изменение поляризации под влиянием напряжений на флуоресцентный свет, излучаемый из каждой точки вдоль лазерного луча в боковой стенке стеклянного контейнера. (Следует отметить, что если напряжение отсутствует, изменений интенсивности в нормализованном изображении, отражающем разность против суммы, не будет.)

Построив график такой интенсивности вдоль этой линии, можно получить номинально повернутую S-образную кривую запаздывания, подбирая полином, который при дифференцировании даст параболу, которая представляет напряжение по толщине боковой стенки правильно термоупрочненного стеклянного контейнера в проверяемом положении. В системе измерения напряжений в стеклянном контейнере по настоящему изобретению после надлежащей калибровки длина линии света пропорциональна толщине боковой стенки стеклянного контейнера. Парабола напряжений показывает и тип, и величину напряжения в боковой стенке стеклянного контейнера, при этом на сжатие указывает отрицательная величина, а на растяжение указывает положительная величина параболы напряжений. Соответственно, используя систему и способ измерения напряжений в стеклянном контейнере по настоящему изобретению, можно определить и напряжение в боковой стенке стеклянного контейнера, и толщину стенки стеклянного контейнера.

После калибровки система и способ измерения напряжений в стеклянном контейнере по настоящему изобретению могут быстро определить наличие напряжений и толщину боковой стенки стеклянного контейнера. В иллюстративном варианте контейнер между измерениями можно поворачивать приблизительно на двадцать градусов. Для данного варианта стеклянный контейнер поворачивается для проведения восемнадцати измерений в положениях, разнесенных на двадцать градусов, и, тем самым, проходит полную проверку толщины стенки и напряжений по окружной поверхности стеклянного контейнера. Стеклянные контейнеры, выходящие за допустимый диапазон толщины стенки и напряжений, могут отбраковываться и направляться на переработку.

Система и способ измерения напряжений в стеклянном контейнере по настоящему изобретению относительно просты для внедрения в процесс контроля на холодном конце. Можно подавать поток жидкой сопрягающей среды небольшого объема для заполнения интерфейса между сопрягающей призмой и боковой стенкой стеклянного контейнера, при этом жидкая сопрягающая среда собирается в поддоне, расположенном под устройством для измерения напряжения в стеклянном контейнере. Применяемая жидкая сопрягающая среда должна иметь коэффициент преломления, близкий к коэффициенту преломления стекла, одной приемлемой сопрягающей средой может быть, например, вода. Поскольку требуемые измерения и повороты могут осуществляться очень быстро, вполне возможно применение системы и способа измерения напряжений в стеклянном контейнере по настоящему изобретению в условиях высокопроизводительной линии по производству и контролю стеклянных контейнеров.

Альтернативно, свет можно подавать в стеклянный контейнер и выводить из него, используя в качестве сопрягающей среды воздух, заполняющий интерфейс между сопрягающей призмой и боковой стенкой стеклянного контейнера. Хотя воздух может обладать меньшей эффективностью сопряжения, чем оптимальная сопрягающая среда, специалистам понятно, что применение воздуха, а не жидкой сопрягающей среды, дает важные преимущества в области логистики высокоскоростного процесса контроля, поскольку нет необходимости в устройствах для подачи, улавливании и восстановлении сопрягающей жидкости, если в качестве сопрягающей среды применяется воздух. Это способствует ускорению измерений и поворота, поскольку нет необходимости смачивать контролируемые стеклянные контейнеры, что еще более облегчает встраивание системы и способа измерения напряжений в стеклянных контейнерах по настоящему изобретению в высокоскоростную линию по производству и контролю стеклянных контейнеров.

Система и способ измерения напряжений в стеклянных контейнерах по настоящему изобретению также применимы для измерения распределения напряжений в подвергшемся термическому упрочнению листовом стекле или в изогнутых сегментах стекла и способны быстро и точно измерять и напряжения, и толщину стенок плоского стекла или изогнутых сегментов стекла. Сопрягающая среда, используемая для подачи света в плоское или изогнутое стекло и для вывода света из него, может быть жидкостью или воздухом. Если используется жидкость, она может наноситься тонким слоем на проверяемый лист из стекла или, альтернативно, распыляться в легкий туман на поверхность плоского стекла или изогнутых сегментов стекла.

Таким образом, можно видеть, что согласно настоящему изобретению предлагается система измерения напряжений в стеклянном контейнере и связанный с ней способ измерения напряжений в боковых стенках стеклянного контейнера или в листовом стекле, или в изогнутых сегментах стекла. Система и способ измерения напряжений в стеклянном контейнере по настоящему изобретению применимы в крупномасштабном производстве стеклянных контейнеров или листового стекла, или изогнутых сегментов стекла, и, таким образом, способны выполнять высокоскоростные измерения напряжений в боковых стенках стеклянных контейнеров, или в листовом стекле, или в изогнутых сегментах стекла. Система и способ измерения напряжений в стеклянном контейнере по настоящему изобретению не требуют погружения стеклянных контейнеров или листового стекла, или изогнутых сегментов стекла в жидкость в процессе контроля, тем самым не увеличивая затраты на манипулирование стеклянными контейнерами, листовым стеклом или изогнутыми сегментами стекла.

Система и способ измерения напряжений в стеклянном контейнере по настоящему изобретению позволяют с высокой точностью определить наличие напряжений в боковых стенках стеклянного контейнера или в плоском стекле, или в изогнутых сегментах стекла. Система и способ измерения напряжений в стеклянном контейнере по настоящему изобретению также могут измерять толщину каждого из слоев напряжений в боковых стенках стеклянных контейнеров или в листовом стекле, или в изогнутых сегментах стекла. Система и способ измерения напряжений в стеклянном контейнере по настоящему изобретению способны быстро и точно измерять и напряжения, и толщину в боковых стенках стеклянных контейнеров, по всей окружной поверхности стеклянных контейнеров, или во множестве положений в листовом стекле или в изогнутых сегментах стекла.

Система измерения напряжений в стеклянном контейнере по настоящему изобретению имеет конструкцию, являющуюся и надежной, и долговечной, и не требует, или почти не требует, ремонта пользователем на протяжении всего срока службы. Система измерения напряжений в стеклянном контейнере по настоящему изобретению имеет относительно недорогую конструкцию для повышения ее рыночной привлекательности, что позволяет ей занять более широкий сегмент рынка. Наконец, система и способ измерения напряжений в стеклянном контейнере по настоящему изобретению обладают всеми вышеупомянутыми преимуществами и достигают все вышеупомянутые цели, и не имеют существенных относительных недостатков.

Краткое описание чертежей

Эти и другие преимущества настоящего изобретения будут более понятны из нижеследующего подробного описания со ссылками на приложенные чертежи, где:

Фиг.1 - изометрический вид нижней половины стеклянного контейнера, схематически иллюстрирующий трехмерную систему координат в стеклянном контейнере для описания поля напряжений.

Фиг.2 - результат анализа кривой интенсивности света, соотнесенной с запаздыванием на пути поляризованного света, при этом кривая интенсивности света расположена над параболой напряжений, при этом обе кривые построены по толщине боковой стенки стеклянного контейнера, имеющего оптимальную параболу напряжений.

Фиг.3 - диаграмма, иллюстрирующая в чрезвычайно схематической форме систему измерения напряжений в стеклянном контейнере по настоящему изобретению.

Фиг.4 - вид в изометрии существенных компонентов системы измерения напряжений в стеклянном контейнере по настоящему изобретению, показанной на фиг.3, используемой для оценки стенки стеклянного контейнера с опциональной призмой, используемой для того, чтобы сделать устройство более компактным.

Фиг.5 - вид сверху устройства и стеклянного контейнера по фиг.4 и схематическое изображение устройства, используемого для вращения стеклянного контейнера.

Фиг.6 - боковая проекция устройства и стеклянного контейнера по фиг.4 и 5, иллюстрирующая вход светового луча в боковую стенку стеклянного контейнера.

Фиг.7 - вид в изометрии устройства и стеклянного контейнера по фиг.4-6, установленных на установочном устройстве, используемом для поддержки различных компонентов, примыкающих к роторному устройству для перемещения стеклянных контейнеров, также иллюстрирующий систему распределения сопрягающей среды, через которую свет вводится в стеклянный контейнер и выводится из него.

Фиг.8 - вид в изометрии устройства по фиг.7, иллюстрирующий механизм регулируемой опоры для этого устройства.

Фиг.9 - вид в изометрии устройства по фиг.8 с удаленными для ясности элементами кожуха, вместе с проверяемым контейнером.

Фиг.10 - первое из чередующихся изображений, снятое камерой при первом угле поворота поляризации.

Фиг.11 - второе из чередующихся изображений, снятое камерой при втором угле поворота поляризации, ортогональном к первому углу поворота поляризации.

Фиг.12 - нормализованное разностное изображение, полученное вычитанием второго изображения, показанного на фиг.11, из первого изображения, показанного на фиг.10.

Фиг.13 - изображение на дисплее, иллюстрирующее линию интенсивности части нормализованного разностного изображения, показанного на фиг.12, построенной по длине стенки стеклянного контейнера, вместе с другой информацией, также отображаемой на дисплее.

Фиг.14 - диаграмма последовательности, иллюстрирующая способ, применяемый в иллюстративном варианте для измерения напряжения в стекле и толщины стенки; и

Фиг.15 - вид в изометрии существенных компонентов системы измерения напряжений в стеклянном контейнере по настоящему изобретению по фиг.3, используемой для оценки толщины сегмента листового стекла с сопрягающей призмой, используемой для того, чтобы сделать устройство более компактным, и с сопрягающей средой, наносимой на поверхность сегмента листового стекла для подачи света в сегмент плоского стекла и вывода света из него.

Подробное описание иллюстративных вариантов

Прежде чем переходить к описанию иллюстративных вариантов системы и способа измерения напряжений в стеклянном контейнере по настоящему изобретению, следует кратко описать некоторые принципы, лежащие в основе настоящего изобретения. Как показано на фиг.1, имеется система координат для трехмерного напряжения в стеклянном контейнере 30 (нижняя часть которого показана на фиг.1). Радиальное напряжение определено поперек стенки стеклянного контейнера 30 в первом из трех относительно ортогональных друг к другу направлений. Кольцевое напряжение определено по окружной поверхности стеклянного контейнера 30 во втором из трех относительно ортогональных друг к другу направлений. Осевое напряжение определено вдоль высоты стеклянного контейнера 30 в третьем из трех относительно ортогональных друг к другу направлений.

Термическое упрочнение стеклянного контейнера 30 заключается в быстром охлаждении внутренней и внешней поверхностей стеклянного контейнера 30, пока температура внутренней и внешней поверхностей стеклянного контейнера не опустится ниже температуры фазового перехода, "замораживая" тем самым структуру поверхности стеклянного контейнера 30, в то же время оставляя стекло, расположенное между поверхностями, в текучем состоянии, пока его температура не достигнет температуры фазового перехода, после чего стеклянному контейнеру 30 дают остыть до комнатной температуры. Этот процесс улучшает характеристики напряжений стеклянного контейнера 30, делая его существенно более прочным и надежным. Когда температура контейнера достигает комнатной, внутренняя и внешняя поверхности стеклянного контейнера 30 будут подвергаться сжатию, а внутренняя структура стенок стеклянного контейнера 30 будет подвергаться растяжению. При правильно проводимом процессе охлаждения величина кольцевого напряжения и осевого напряжения на поверхности стеклянного контейнера 30 (и, разумеется, в каждой точке по толщине стенок стеклянного контейнера 30) должны быть почти равны. Таким образом, напряжения вдоль толщины стенок стеклянного контейнера 30 должны меняться от сжатия на внешних стенках до растяжения внутри стенок и до сжатия на внутренних стенках, при практически отсутствующем результирующем радиальном напряжении.

Система и способ измерения напряжений в стеклянном контейнере по настоящему изобретению используют флуоресцентный свет, создаваемый лазерным лучом, проходящим сквозь стенку стеклянного контейнера от источника линейно поляризованного света для определения напряжений в стенке стеклянного контейнера. Когда поляризованный свет проходит сквозь напряженное стекло, фаза света изменяется по мере того, как он проходит сквозь поле напряжений. Линейно поляризованный флуоресцентный свет, излучаемый вдоль всего пути лазерного луча внутри стенки стеклянного контейнера, приобретает эллиптическую поляризацию или круговую поляризацию при прохождении сквозь напряженную стенку стеклянного контейнера.

Система и способ измерения напряжений в стеклянном контейнере по настоящему изобретению используют принцип оптики, согласно которому нормально прозрачные изотропные вещества становятся оптически анизотропными при возникновении в них внутренних напряжений. Это явление, известное как двойное лучепреломление при напряжении, существует как разность между коэффициентами преломления между двумя ортогонально поляризованными модами и меняется от точки к точке внутри стенки стеклянного контейнера с изменением напряжения в стенке стеклянного контейнера. Запаздывание - это разница в длине оптического пути между двумя ортогонально поляризованными модами, и настоящее изобретение определяет запаздывание по световому пути в стенке стеклянного контейнера по интенсивности излученного флуоресцентного света от всего пути лазерного луча внутри стенки стеклянного контейнера в двух ортогонально поляризованных модах.

Угол обзора и угол поляризации света, излучаемого при флуоресценции, выбирают так, чтобы максимизировать разность между двумя ортогональными поляризованными модами, оцениваемыми в рамках ограничений описываемого изобретения. Возвращаясь к фиг.1, при наблюдении под углом 45° к касательной к кольцу (окружной поверхности стеклянного контейнера 30) осевое напряжение действует полностью в вертикальном направлении, но этот угол означает, что горизонтальное направление будет частичной комбинацией окружного и радиального направлений. Из-за описанных выше эффектов преломления это угол нельзя уменьшить, чтобы наблюдать по касательной, как в иммерсионном полярископе.

На фиг.2 показаны две кривые, из которых верхняя кривая является кривой запаздывания на пути от внешней стенки 32 до средней точки 34 стенки и до внутренней стенки 36 стеклянного контейнера с идеальным распределением напряжений внутри его стенки. Под кривой запаздывания показана парабола, величины которой являются производными от величин кривой запаздывания. Эта параболическая кривая является параболой напряжений и представляет собой расчетную кривую напряжений от внешней стенки 32 до внутренней стенки 36 контейнера и имеет идеальное распределение напряжений по стенке, изменяющихся от сжатия на внешней стенке 32 до растяжения внутри стенки (включая среднюю точку 34) до сжатия на внутренней стенке 36. Стеклянные контейнеры, имеющие несоответствующие характеристики, отбраковываются, и система и способ измерения напряжений в стеклянном контейнере по настоящему изобретению предназначены для оценки стеклянных контейнеров и определения параболы напряжений для выявления стеклянных контейнеров, имеющих несоответствующие характеристики напряжений, чтобы их можно было отбраковать.

На фиг.3 в чрезвычайно схематической форме относительно стеклянного контейнера 30 показан иллюстративный вариант системы измерения напряжений в стеклянном контейнере по настоящему изобретению. (Специалистам понятно, что принципы работы, демонстрируемые в отношении работы этого примера, где используется стеклянный контейнер 30, показанный на фиг.3, в равной степени применимы и к листовому стеклу или изогнутому стеклу.) Источник 40 лазерного излучения создает пучок 42 линейно поляризованного света, который подается во внешнюю стенку 32 стеклянного контейнера 30 под оптимальным углом (будет описан ниже). Источник 40 лазерного излучения любо установлен способом, допускающим его вращение для вращения плоскости поляризации линейно поляризованного светового пучка, либо, альтернативно, между источником 40 лазерного излучения и внешней стенкой 32 стеклянного контейнера 30 можно установить полуволновую пластину 44 для поворота плоскости поляризации линейно поляризованного светового пучка 42 в требуемую ориентацию. Это направление поляризации будет лежать в плоскости, параллельной плоскости, ортогональной к оси флуоресцентного света, выходящего из боковой стенки стеклянного контейнера в направлении камеры 60 на основе ПЗС-матрицы.

Линейно поляризованный световой пучок 42 преломляется и входит в боковую стенку контейнера 30, где он показан как преломленный световой пучок 46, который многократно меняет свои характеристики поляризации от линейно поляризованного до эллиптически поляризованного до поляризованного по кругу, до эллиптически поляризованного и, обратно, до линейно поляризованного, по мере того, как он проходит через поле напряжений, и генерирует флуоресцентный свет 48, который будет иметь зависящий от поляризации компонент в каждой точке вдоль светового пучка 42 в боковой стенке стеклянного контейнера 30. Поляризация флуоресцентного света 48, ортогонального лазерному пучку 46, будет в первую очередь линейной, но с фиксированным изменением интенсивности в зависимости от имеющегося напряжения при входе в стекло, плюс от некоторых других факторов, включая цвет стекла.

На излученный линейно поляризованный флуоресцентный свет 48 от лазерного пучка 46 воздействуют напряжения, создавая запаздывание на пути выхода так, что флуоресцентный свет 48 представляет лишь один конкретный луч, исходящий из области, расположенной рядом с центром толщины стенки контейнера. Важно отметить, что световой пучок 46 будет генерировать флуоресцентный свет на всей своей длине, и линия флуоресцентного света, из которой флуоресцентный свет 48 представляет лишь один конкретный луч, выходит из стеклянного контейнера 30 через внешнюю стенку 32, где он образует линию света, которая должна быть преобразована в изображение, из которого световой пучок 50 представляет один луч.

Четвертьволновая пластина 52, установленная под соответствующим углом, используется для преобразования эллиптически поляризованных компонентов светового пучка 50, что позволяет оценить, в какой степени линейно поляризованный флуоресцентный свет 48 стал поляризованным по кругу или эллиптически поляризованным. Ось четвертьволновой пластины 52 расположена под углом так, чтобы находиться на одной линии с линейно поляризованным светом, излучаемым флуоресценцией вдоль светового пучка 46. Устройство 54 поворота плоскости поляризации используется для модуляции состояния поляризации теперь линейно поляризованного светового пучка 50 на плюс/минус 45° относительно оси четвертьволновой пластины 52, которая сама находится под углом 45^о относительно линейно поляризованного света, излучаемого флуоресценцией вдоль светового пучка 46. Устройство 54 поворота плоскости поляризации является элементом на сегнетоэлектрическом жидком кристалле ("СЭЖК"), возбуждаемым переменным положительным и отрицательным напряжением, поступающим от привода 56 устройства поворота плоскости поляризации.

Модулированный таким образом линейно поляризованный световой пучок 50 затем проходит через фильтр 58 длинных волн, который пропускает флуоресцентный свет (и, предпочтительно, не пропускает свет с частотой линейно поляризованного светового пучка 42), и флуоресцентная часть линейно поляризованного светового пучка 50 наблюдается камерой 60 на ПЗС-матрице. Альтернативно, вместо фильтра 58 длинных волн можно использовать полосовой фильтр или узкополосный режекторный фильтр. При чередующемся положительном и отрицательном напряжении, создаваемом приводом 56 устройства 54 поворота плоскости поляризации, камера 60 на ПЗС-матрице создает чередующиеся изображения. Эти чередующиеся изображения снимаются с камеры модулем 62 приема изображений и схематически обозначены как первое изображение 64, созданное, когда привод 56 устройства поворота плоскости поляризации подает на устройство 54 поворота плоскости поляризации положительное напряжение, и второе изображение 66, созданное, когда привод 56 устройства поворота плоскости поляризации подает на устройство 54 поворота плоскости поляризации отрицательное напряжение. (Специалистам понятно, что созданные чередующиеся изображения имеют разные состояния для анализа поляризации, и чередование может создаваться и другим устройством, например, используя два сенсора с поляризующим светоделителем.)

Эти два изображения 64 и 66 подвергаются обработке, при которой второе изображение 66 вычитают из первого изображения 64 и результат делят на сумму двух изображений 64 и 66, получая нормализованное разностное изображение 68. Подвергая нормализованное разностное изображение 68 в модуле 70 анализу изображений можно получить кривую запаздывания и параболу напряжений, сходные с показанными на фиг.2, а обрабатывая эти данные можно получить толщину каждого слоя напряжений в стенке стеклянного контейнера и толщину самой стенки. Этот анализ более подробно будет описан со ссылками на фиг.13.

Следует отметить, что для определения толщины самой стенки и/или толщины каждого из слоев напряжений в стенке стеклянного контейнера нет необходимости использовать нормализованное разностное изображение 68. Вместо этого, обрабатывая данные любого из изображений 64 и 66, можно определить толщину самой стенки и толщину каждого из слоев напряжений в стенке стеклянн