《平板玻璃應(yīng)力檢驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布

【中玻網(wǎng)】一、標(biāo)準(zhǔn)概況

　　經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)成為世界上很大的平板玻璃生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)，擁有360余條浮法玻璃生產(chǎn)線，產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到12.91億重量箱，2017年的平板玻璃產(chǎn)量達(dá)到了7.9億重量箱。然而，我國(guó)平板玻璃的內(nèi)在質(zhì)量與國(guó)外高質(zhì)量的玻璃相比還有不小的差距。

　　近些年平板玻璃原片應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)較為缺失、廠商對(duì)玻璃原片應(yīng)力的有效質(zhì)量控制不夠，導(dǎo)致玻璃原片在殘余應(yīng)力方面的質(zhì)量存在不足。為此，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局和中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)發(fā)布了《平板玻璃應(yīng)力檢驗(yàn)方法》，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB/T 36405-2018，將于2019年5月1日實(shí)施。

　　玻璃的導(dǎo)熱性較差，且有一定的熱膨脹系數(shù)。在退火過(guò)程中，不論是板厚方向還是板面方向，只要有溫度梯度存在，又不能做到理想退火，就會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力過(guò)大會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)加工的質(zhì)量。一般殘余應(yīng)力分為板面應(yīng)力和板厚應(yīng)力，二者都是影響平板玻璃原片質(zhì)量的重要參數(shù)。

　　該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)平板玻璃板面應(yīng)力和板厚應(yīng)力的檢驗(yàn)方法給出了詳細(xì)規(guī)定，有助于提高平板玻璃質(zhì)量、化解過(guò)剩產(chǎn)能。

　　二、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

　　2.1適用范圍

　　該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了平板玻璃的板面應(yīng)力和板厚應(yīng)力檢驗(yàn)的有關(guān)術(shù)語(yǔ)和定義、檢驗(yàn)原理、檢驗(yàn)方法和測(cè)試報(bào)告。

　　該標(biāo)準(zhǔn)的方法適用于退火平板玻璃板面應(yīng)力和板厚應(yīng)力的檢驗(yàn)。

　　2.2術(shù)語(yǔ)和定義

　　該標(biāo)準(zhǔn)定義了表征平板玻璃殘余應(yīng)力的“板面應(yīng)力”和“板厚應(yīng)力”兩個(gè)術(shù)語(yǔ)，也對(duì)檢驗(yàn)裝置中的部件“起偏器”、“檢偏器”和光學(xué)參數(shù)“雙折射光程差”進(jìn)行了定義。

　　2.3檢驗(yàn)原理

　　透明材料的應(yīng)力檢驗(yàn)方法有多種，目前適用于小應(yīng)力的檢驗(yàn)方法有簡(jiǎn)式偏光法、四分之一波片法、旋轉(zhuǎn)偏光法等。

　　該標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合了平板玻璃的特點(diǎn)和對(duì)兩種應(yīng)力檢驗(yàn)的需求，規(guī)定板面應(yīng)力的檢驗(yàn)采用基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的旋轉(zhuǎn)偏光法，板厚應(yīng)力的檢驗(yàn)采用基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的簡(jiǎn)式偏光法。這兩種檢驗(yàn)方法的基本原理是一致的，都是通過(guò)測(cè)量應(yīng)力雙折射光程差來(lái)表征平板玻璃中應(yīng)力的大小。實(shí)際測(cè)量中，一般難以對(duì)雙折射光程差進(jìn)行直接測(cè)量，而是對(duì)相位差進(jìn)行測(cè)量，再通過(guò)相應(yīng)計(jì)算得出雙折射光程差，再由雙折射光程差計(jì)算出應(yīng)力值。

　　2.4應(yīng)力檢驗(yàn)方法

　　2.4.1板面應(yīng)力檢驗(yàn)方法

　　板面應(yīng)力是在玻璃板面不同區(qū)域之間存在的應(yīng)力或壓應(yīng)力，是由退火窯橫向溫度不均引起的，應(yīng)力方向與玻璃拉引方向一致，玻璃板面應(yīng)力分布示意圖見(jiàn)圖1。板面應(yīng)力并非只存在于玻璃表面，而是將玻璃當(dāng)作二維平面時(shí)存在的應(yīng)力。

　　圖1玻璃板面應(yīng)力分布示意圖

　　對(duì)于板面應(yīng)力，簡(jiǎn)式偏光法不易定量測(cè)量，更難測(cè)量應(yīng)力分布；四分之一波片法適合定量測(cè)量某一點(diǎn)的應(yīng)力，操作過(guò)程復(fù)雜，測(cè)量應(yīng)力分布較為困難，測(cè)大板面玻璃時(shí)對(duì)波片要求很高；傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)偏光法是單點(diǎn)測(cè)量，測(cè)量板面不同區(qū)域間的應(yīng)力分布較為困難，且難以找到應(yīng)力很大點(diǎn)。

　　該標(biāo)準(zhǔn)采用基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的旋轉(zhuǎn)偏光法測(cè)量平板玻璃的板面應(yīng)力。使用該方法，可以同時(shí)對(duì)視場(chǎng)內(nèi)的各點(diǎn)應(yīng)力進(jìn)行定量測(cè)量，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量。由于不使用四分之一波片，使得檢驗(yàn)裝置易于實(shí)現(xiàn)并有利于測(cè)量大板面玻璃。

　　本部分內(nèi)容主要包括檢驗(yàn)裝置、應(yīng)力計(jì)算、樣品及檢驗(yàn)區(qū)域、檢驗(yàn)步驟和結(jié)果表示。

　　(1)檢驗(yàn)裝置

　　規(guī)定了板面應(yīng)力的檢驗(yàn)光路，給出了板面應(yīng)力檢驗(yàn)裝置的光學(xué)示意圖。

　　(2)應(yīng)力計(jì)算

　　由面陣相機(jī)記錄的光場(chǎng)圖像信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算出被測(cè)樣品的雙折射相位差，并通過(guò)計(jì)算得到相應(yīng)的雙折射光程差，再根據(jù)光程差計(jì)算出樣品的板面應(yīng)力值。

　　(3)樣品和檢驗(yàn)區(qū)域

　　樣品尺寸為600mm×600mm。應(yīng)清洗樣品，保證表面潔凈、無(wú)附著物。樣品中部直徑500mm為檢驗(yàn)區(qū)域。

　　(4)檢驗(yàn)步驟

　　規(guī)定了檢驗(yàn)平板玻璃板面應(yīng)力的操作和步驟。

　　(5)檢驗(yàn)結(jié)果表示

　　檢驗(yàn)結(jié)果以板面應(yīng)力分布圖、板面應(yīng)力平均值和很大值表示。

　　2.4.2板厚應(yīng)力檢驗(yàn)方法

　　板厚應(yīng)力是由玻璃表面與板芯在冷卻時(shí)產(chǎn)生的溫差所引起，在板厚方向由于溫度梯度造成的應(yīng)力，靠近玻璃兩表面處為近似相等的壓應(yīng)力，在板芯區(qū)域?yàn)閺垜?yīng)力，板厚應(yīng)力分布示意圖見(jiàn)圖2。

　　圖2板厚應(yīng)力分布示意圖

　　對(duì)于板厚應(yīng)力，由于已知張壓應(yīng)力的大致分布和應(yīng)力方向，測(cè)量方法有簡(jiǎn)式偏光法和旋轉(zhuǎn)偏光法。傳統(tǒng)的簡(jiǎn)式偏光法原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，但定量測(cè)量較為困難；傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)偏光法可以定量測(cè)量某一點(diǎn)處的應(yīng)力，但測(cè)量多點(diǎn)應(yīng)力時(shí)工作量非常大。

　　該標(biāo)準(zhǔn)采用基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的簡(jiǎn)式偏光法測(cè)量平板玻璃的板厚應(yīng)力。使用該方法的檢驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，并可以快速、準(zhǔn)確地測(cè)量板厚應(yīng)力分布。

　　本部分內(nèi)容主要包括檢驗(yàn)裝置、光強(qiáng)標(biāo)定、相位差測(cè)量、應(yīng)力計(jì)算及板厚應(yīng)力分布曲線、樣品、檢驗(yàn)步驟和結(jié)果表示。

　　(1)檢驗(yàn)裝置

　　規(guī)定了板厚應(yīng)力的檢驗(yàn)光路，給出了板厚應(yīng)力檢驗(yàn)裝置的光學(xué)示意圖。并對(duì)樣品的檢驗(yàn)位置進(jìn)行了圖示說(shuō)明。

　　(2)光強(qiáng)標(biāo)定

　　測(cè)量板厚應(yīng)力時(shí)，需進(jìn)行光強(qiáng)分布的標(biāo)定。

　　同一批次相同裁切尺寸的被測(cè)樣品只需標(biāo)定一次光強(qiáng)。

　　(3)相位差測(cè)量

　　根據(jù)面陣相機(jī)檢驗(yàn)到的光強(qiáng)分布和標(biāo)定的光強(qiáng)分布計(jì)算樣品檢驗(yàn)點(diǎn)的應(yīng)力雙折射相位差。

　　(4)應(yīng)力計(jì)算和板厚應(yīng)力分布曲線

　　由樣品檢驗(yàn)點(diǎn)的雙折射相位差計(jì)算得到相應(yīng)的雙折射光程差，再根據(jù)光程差計(jì)算出該檢驗(yàn)點(diǎn)的板厚應(yīng)力值。并規(guī)定了板厚應(yīng)力分布曲線的計(jì)算。

　　(5)樣品

　　樣品尺寸為300mm×25mm，其中300mm為板寬方向。對(duì)樣品的兩個(gè)通光的長(zhǎng)端面精磨并拋光，拋光面相互平行。應(yīng)清洗樣品，保證表面潔凈、無(wú)附著物。

　　(6)檢驗(yàn)步驟

　　規(guī)定了檢驗(yàn)平板玻璃板厚應(yīng)力的操作和步驟。

　　(7)檢驗(yàn)結(jié)果表示

　　檢驗(yàn)結(jié)果以板厚應(yīng)力分布曲線、板厚應(yīng)力很大值表示。

　　三、標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)

　　該標(biāo)準(zhǔn)是平板玻璃殘余應(yīng)力定量測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)，既考慮了平板玻璃的板面應(yīng)力，也考慮了板厚應(yīng)力，沒(méi)有可直接采用的國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。

　　目前，國(guó)外的退火玻璃殘余應(yīng)力定量測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)有美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)ASTM C 978-04《Standard Test Method for Photoelastic Determination of Residual Stress in a Transparent Glass Matrix Using a Polarizing Microscope and Optical Retardation Compensation Procedures》（使用偏光顯微鏡和光程差補(bǔ)償測(cè)定透明玻璃原片殘余應(yīng)力的光彈法），該標(biāo)準(zhǔn)是通過(guò)測(cè)量雙折射光程差計(jì)算得到板厚應(yīng)力，操作起來(lái)較為復(fù)雜，且每次測(cè)量只能得到一個(gè)檢驗(yàn)位置的應(yīng)力。如需測(cè)量應(yīng)力分布，則必須測(cè)量多次才能完成。此外，該標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有提到板面應(yīng)力及其檢驗(yàn)方法。

　　與上述標(biāo)準(zhǔn)相比，GB/T 36405-2018《平板玻璃應(yīng)力檢驗(yàn)方法》規(guī)定了板面應(yīng)力和板厚應(yīng)力的檢驗(yàn)方法，并可按照該標(biāo)準(zhǔn)由軟件完成測(cè)量和計(jì)算，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、快速、自動(dòng)化的檢驗(yàn)。同時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢驗(yàn)方法均采用面陣相機(jī)采集測(cè)量整個(gè)檢驗(yàn)區(qū)域的圖像信號(hào)，一次測(cè)量就能得到多點(diǎn)的應(yīng)力值和應(yīng)力分布，可大大提高檢驗(yàn)效率。

　　四、結(jié)語(yǔ)

　　GB/T 36405-2018《平板玻璃應(yīng)力檢驗(yàn)方法》是平板玻璃行業(yè)基礎(chǔ)的內(nèi)在質(zhì)量測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施后，將促進(jìn)平板玻璃行業(yè)重視內(nèi)在質(zhì)量的提高，同時(shí)也有利于檢驗(yàn)和控制水平的不斷完善，從而提升我國(guó)平板玻璃的總體質(zhì)量水平。