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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(zhì)量。日本LuCEO公司推出的全自動應變儀LSM-9100W基于Senarmont偏振法，結(jié)合高精度RGB線性極化技術(shù)，可實現(xiàn)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(shù)原理、核心優(yōu)勢，并結(jié)合玻璃制造、光學元件加工及塑料注塑等行業(yè)的應用案例，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：應力分析、雙折射、Senarmont法、全場測量、透明材料
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(chǎn)生內(nèi)部應力，進而導致雙折射現(xiàn)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(tǒng)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(chuàng)新的光學系統(tǒng)設(shè)計和大面積成像技術(shù)，實現(xiàn)了高精度、高效率的二維應力分布檢測，為工業(yè)質(zhì)量控制提供了新的解決方案。
LSM-9100W采用改進型Senarmont補償法，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。
高精度成像系統(tǒng)
1100×1100像素CCD配合高均勻性極化板，實現(xiàn)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(xiàn)樣品邊緣應力集中區(qū)域（如玻璃切割面）。
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50,000小時，維護成本降低60%。
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。
在汽車鋼化玻璃生產(chǎn)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(shè)備發(fā)現(xiàn)切割工藝導致的微裂紋區(qū)域延遲量異常（>1200nm），優(yōu)化參數(shù)后不良率下降35%。
圖1 鋼化玻璃表面應力分布（3D視圖）
（示例：邊緣區(qū)域延遲量顯著高于中心）
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(guān)聯(lián)模具溫度與延遲量數(shù)據(jù)，指導工藝調(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。
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(qū)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(qū)）
| 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(yè)質(zhì)檢、工藝優(yōu)化 | 實驗室小樣品檢測 | 超薄光學膜檢測 |
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。
LSM-9100W全自動應變儀通過Senarmont偏振法與大面積成像技術(shù)的結(jié)合，實現(xiàn)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(yè)的成功應用表明，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應力預測算法，有望進一步拓展其在智能制造中的應用價值。
