全自動應變儀LSM-9100W在透明材料應力分析中的應用與技術創新

發布日期：2025-04-22      瀏覽次數：23

透明材料（如玻璃、光學塑料、晶體等）的殘余應力和雙折射效應直接影響其力學性能與光學質量。日本LuCEO公司推出的全自動應變儀LSM-9100W基于Senarmont偏振法，結合高精度RGB線性極化技術，可實現0-3000nm延遲量的二維全場測量，測量精度達1nm，并支持?150mm大尺寸樣品的快速檢測。本文詳細介紹該儀器的技術原理、核心優勢，并結合玻璃制造、光學元件加工及塑料注塑等行業的應用案例，分析其在質量控制與工藝優化中的關鍵作用。

關鍵詞：應力分析、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、機械加工或固化收縮等因素會產生內部應力，進而導致雙折射現象，影響光學均勻性（如透鏡成像畸變）或機械強度（如玻璃自爆）。傳統應力檢測方法（如光彈法、激光干涉儀）通常存在測量范圍有限、操作復雜或僅支持點測量等問題。LSM-9100W全自動應變儀通過創新的光學系統設計和大面積成像技術，實現了高精度、高效率的二維應力分布檢測，為工業質量控制提供了新的解決方案。

2. 測量原理與技術特點

2.1 Senarmont偏振法優化設計

LSM-9100W采用改進型Senarmont補償法，結合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），計算雙折射分布（Δn = Δ/d，d為樣品厚度）。相較于傳統單波長測量，多光譜分析可減少材料色散誤差，提高數據可靠性。

2.2 核心技術創新

1. 高精度成像系統

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

• 3D應力分布可視化功能，直觀呈現樣品邊緣應力集中區域（如玻璃切割面）。

2. 超發光LED光源

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

3. 大樣品兼容性

• ?150mm測量區域+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. 典型行業應用案例

3.1 玻璃制造：殘余應力量化

在汽車鋼化玻璃生產中，LSM-9100W可快速掃描擋風玻璃全表面，檢測壓應力層深度（CS層）和邊緣應力集中（圖1）。某廠商通過該設備發現切割工藝導致的微裂紋區域延遲量異常（>1200nm），優化參數后不良率下降35%。

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

3.2 光學塑料注塑：成型工藝優化

對于AR透鏡用PMMA材料，注塑冷卻不均會導致雙折射（Δn>5×10??）。LSM-9100W的實時測量功能可關聯模具溫度與延遲量數據，指導工藝調整。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 光纖預制棒檢測

在光纖制造中，預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域（圖2），確保PMD<0.1ps/√km，滿足5G通信要求。

圖2 光纖預制棒慢軸方向分布圖
（示例：紅色箭頭指示高雙折射缺陷區）

4. 對比分析與選型建議

4.1 與傳統設備的性能對比

指標	LSM-9100W	手動補償偏光儀	激光干涉儀
測量范圍	0-3000nm	0-1000nm	0-500nm
精度	±1nm	±10nm	±0.5nm
測量面積	?150mm全場	單點掃描	<?50mm
適用場景	工業質檢、工藝優化	實驗室小樣品檢測	超薄光學膜檢測

4.2 選型考量

• 推薦LSM-9100W的場景：

• 需大批量檢測玻璃/塑料制品的產線；

• 大尺寸或曲面樣品的無損測量需求；

• 長期穩定性要求高的連續作業環境。

• 替代方案：

• 若僅需實驗室小樣品檢測，可選用低成本手動偏光儀；

• 超精密光學元件（如光刻機透鏡）建議補充干涉儀驗證。

5. 結論

LSM-9100W全自動應變儀通過Senarmont偏振法與大面積成像技術的結合，實現了透明材料應力與雙折射的高效、高精度檢測。其在玻璃、光學塑料、光纖等行業的成功應用表明，該設備不僅能提升產品質量，還可為工藝優化提供數據支撐。未來，通過集成AI應力預測算法，有望進一步拓展其在智能制造中的應用價值。