ASTM C 1279-2009 退火、热处理和全钢化平玻璃边缘和表面应力的无损光弹性无损测量标准方法 译文.doc

译文
名称：ASTM C1279-2009
退火、热处理和全钢化平玻璃边缘和表面应力光弹性无损测量标准方法
1.总则
1.1这个测试方法覆盖了退火、热增强和全钢平板玻璃的边缘和表面应力检测。
1.2这个测试方法是无损的。
1.3这个测试方法是用光线传输，即光线透过玻璃。
1.4这个测试方法不适于化学钢化玻璃。
1.5使用过程描述，表面应力只能在浮法玻璃的锡面上检测。
1.6表面应力的测量仪器设计的表面反射指数是被规范在一定范围内。
1.7值的单位为SI单位。没有其他的测量单位包括在标准中。
1.8这个标准未明确顾及安全的地方，如果有的话，与此相关联的可以使用。这个使用人应当建立适当安全和健康行为和决定其先期使用的适用性。
2.涉及文件
2.1ASTM标准
C162玻璃技术和玻璃生产
C770测量玻璃应力的方法-光系数
C1048热处理浮法玻璃规范-Kind HS、KindFT镀膜和非镀膜玻璃
E691产品和实验室内研究测试方法的测试精度操作
2.2其他文件
工程标准手册
钢化玻璃表面和边缘应力
3.术语
3.1定义：
3.1.1分析仪-一个偏振元件，在被测样品和观察者之间指定位置。
3.1.2起偏器-一个单向平面偏振方向透射光的光源装配。位置在光源和待测样品之中。
3.1.3光程差补偿片-一个光学设备，一种产生高质量透过光程差的双折射材料：位置在待测样品和分析仪之间。
3.2这种方法的条款定义，涉及C162术语。
4.测试方法概要
4.1这个标准里面描述了两种测试方法：
4.1.1步骤A-描述一种使用接近平行的光线传播到表面上的表面应力测试方法。
4.1.2步骤B-描述一种使用光线垂直方向传播到玻璃表面上边缘应力测试方法。
4.2两种方法都使用光弹性的基本概念。因为要产生应力，材料应具有各向异性和双折射性。当偏振光传播通过各向异性材料，沿着最大和最小主应力方向分解成不同速度和振动方向的光线，这两光线产生相对光程差，相对光程差与测量的应力成正比；而且可以用补偿片精确检测。使用额外背景看钢化玻璃的表面和边缘应力。
5.注意事项和使用
5.1热增强玻璃和全钢化玻璃的强度和性能受热处理过程影响重大。
5.2边缘和表面应力水平被GTA的工程标准手册C1048和外来标准所规定。
5.3这种方法提供了直接方便的无损检测退火和热处理玻璃残余的表面和边缘应力。
6.操作原则
6.1过程A：测量表面应力：
6.1.1测量表面应力要求能够使入射偏振光线在邻近表面的薄层中传播的光学仪器（注1）。棱镜就是起到这种作用。光线以临界角ic入射，用楔形补偿器测量基于表面应力产生的光程差（见图1）。
6.1.2光束以临界角ic和45°偏振入射到棱镜边缘。一个石英补偿片Wc放置在新产生光路中，在样品表面产生的光程差Rs中加上补偿片产生的光程差Rc。分析器A放置在视野和补偿片Wc之间，会产生可见的具有稳定的光程差R的条纹或线条，其中：
R=Rs+Rc
因为样品产生的光程差和表面应力S成正比，光线路径t，因此，可以得出：
Rs=C*S*t=C*S*ax
其中：R：相对光程差
C：光弹系数
S：路径t垂直方向上的表面应力
t：在进口和出口点1、2之间的光传播路径
a：几何因子（与棱镜设计有关）a=t/x，这个常量被制造商所确定。
6.1.3补偿片增加的本体光程差是个与长度y有关的线性变量，按一下计算：
Rc=b*y
b是一个常量，由补偿片制造商确定。观察者在补偿片上看到的总的光程差R。
R=Rs+Rc=a*C*S*x+b*y
6.1.4R的条纹值是不变的，因此斜线见图2。角度θ是这些相对平行的包含光线的条纹倾斜角、见图1和图2。这种测量应力是与斜角θ的切线成正比，使用量角仪和校准设备常数K Mpa（psi），被制造商确定。

在实际过程（见一下9.1）中，操作者测量观察到的条纹的倾斜角θ。
注1.本章所涉及的表面应力测量仪器是由宾夕法尼亚州北威尔士的应变光学技术设计的。

Note2.浮法玻璃的应力常数通常为2.55到2.65 布儒斯特。可以使用C770测量标准中所描述的方法来校准。
6.2步骤B：测量边缘应力
6.2.1测量边缘应力是使用一个楔形补偿的偏振设备来完成的，见示意图3.
6.2.2偏振光与样品边缘之间的角度必须为45°，同时分析仪必须垂直偏振方向。整体放大应该至少20倍，以便能够清晰可见刻度板和靠近边缘的光弹性条纹。刻度板在样品邻近位置必须有小于0.1mm（0.004in）刻度。补偿片的分辨率至少5nm，同时补偿片应该被制造商用565nm的波片校准，其校准结果表达为nm/div。

斜角区域的测量深度

6.2.3补偿器通常使用线性楔形类（babinet）或均匀的babinet-soleil类型补偿器。线性楔形类型的要求刻度板放置在楔形补偿器附近而且直线运动幅度和导螺杆及参考刻度板定位楔子位置。
6.2.4均匀区域不要求刻度板，和必须装有测量楔子相对运动的导螺杆。
7.抽样
7.1 A 测量表面应力—测量点数依产品规格确定或按C1048拟定的草案要求。
7.2 B测量边缘应力—从每条边缘中点获取读数。
8.环境
8.1为了避免热应力，样品应该在测试整个过程中达到环境温度。
9.测量步骤
9.1 A—测量表面应力
9.1.1清理表面上得任何油污或其他化学沉积物。
9.1.2样品锡面上的测量点位置放置一些滴特定指数的液体（折射油）。指数（折射率）应该高于被测玻璃的折射率同时要低于棱镜的折射率。
9.1.3按照供应商规定执行光路校准，以在补偿片上获得清晰的等间隔条纹图像。

9.1.4使用量角器测量这些条纹对称平面上的角度θ（单位°）（见图2）
9.1.5已知被测量位置点得表面应力均匀（α1、α2、α3三个方向相差1°以内）或者测量方向被特殊规定，对7.1规定的每个位置进行测量。
9.1.5.1在不确定最大和最小应力的情况下（不规则几何、接近边缘、或不均匀热处理过程），沿着α1、α2、α3方向定位设备，测量每个方向的样式条纹角度θ1、θ2、θ3。
按以下选择α1、α2、α3：
α1 平行于最近边缘
α2 与最近边缘成45°角
α3 垂直于最近边缘（见图4）
9.2 B—测量边缘应力：
9.2.1使用千分尺，测量样品应力测量点处的厚度。
9.2.2靠近玻璃边缘位置放置设备。测量用分划线放在临近设备的位置。
9.2.3使用分划线，测量不透光的密封或者斜角区域（磨边）深度（mm）。如果斜角区域（见图5）深度低于0.25mm，使用视觉推断观察到的条纹样式（见9.2.4）。当深度等于或大于0.25mm时，使用公式推断（见9.2.6）
9.2.4使用视觉推断测量—观察接近样品边缘的光弹性条纹样式（见图6a和图6b）。校准楔子（或双楔子）直到黑色条纹达到边缘，图6b。或穿过边缘十字线（单楔子，图6a）
9.2.4.1当使用双楔子，校准导螺杆，使双楔子移动，直到黑色条纹到达边缘（图6b）而且获得楔子位置的滚筒读数De。
9.2.4.2当使用单楔子补偿器，校准楔子位置直到黑色条纹穿过边缘十字准线（图6a）而且在导螺杆行驶滚筒上得补偿器上获得刻度读数De。
9.2.5使用单楔子或双楔子在玻璃边缘中心获得度数Re，用滚筒读数或刻度乘以校准因子b。

其中：Re 光程差（nm）
De滚筒读数或刻度
b补偿器校准，nm/偏差
9.2.5使用测量推断公式—边缘缝导致边缘读数困难（d＞2.5mm），在分划板刻度设定的x1和x2（图6a和图6b）两个点之间测量光程差R1和R2。这些点对应表1筛选。光程差R1和R2（nm）是在点x1和x2处使用补偿器测量的光程差值。边缘光程差Re（nm）从以下公式获得：

9.2.7使用千分尺测量样品上待测应力点位置的厚度。

10.计算和解释
10.1A 表面应力测量—当使用9.1.5得到测量角时，用以下公式计算表面应力S：

其中K是设备校准常数，由制造商确定，单位Mpa（psi）
10.1.1通过比较在三个方向α1、α2、α3读数S来评估应力状态，这种情况下表面应力是定向的。如果三个方向相同测量产生的角θ1、θ2、θ3值相差1°以内，则计算平均角，即得到的表面应力为以下公式9和公式10：

如果测量角θ1、θ2、θ3相差超过1°，那么使用等式7，得到在α1、α2、α3三个方向上的三个应力值S1、S2、S3，按等式11和等式12计算主应力Smax和Smin。

10.2B：测量边缘应力—从光程差Re计算边缘应力：

其中：D 补偿器刻度读数，表示导螺杆滚筒或刻度
Re =D*b补偿器读数（nm）
T玻璃样品厚度（mm）
CB 应力光学常数，布儒斯特（1Brwstr=10-12/Pa或nm/psi*in）
Se 应力Mpa（psi）
注意3 转化Mpa为PSI单位， Se的Mpa值乘以145即可。
11.报告
11.1 报告中至少应包括：
11.1.1样品生产日期
11.1.2 样品标识（材料）
11.1.3 抽样规则
11.1.4 玻璃厚度
11.1.5表面测量：
11.1.5.1测量位置
11.1.5.2测量方向
11.1.5.3每个位置和计算应力的θ1、θ2、θ3值
11.1.6边缘测量：
11.1.6.1测量位置
11.1.6.2倒角尺寸
11.1.6.3样品测量点厚度
11.1.6.4推断方法是用—可视化推断值（9.2.3）或计算值（9.2.5）
11.1.6.5边缘应力平均值

12.精度和偏差
过程A
12.1按照E691作法，引导实验室间循环测试确定表面应力测量的精度和偏差。表2概括这个研究的结果，这个测试里面，7个实验室使用过程A测量6件样品。每个结果是反复3次的平均值。样品按应力水平在一个泛的范围内排列。详细分析原始数据和ASTM提出的研究报告格式的中间计算。
12.1.1在所有样品相同位置（点A）收集的数据统计分析，总结出的结果如表2显示，而且列表中包含有测量条纹角度和计算应力值。测试数据从每个样片收集5个点。在每个样片上，相当大的表面应力差异被测出来，产生大量的数据分散性。每个样片的应力差异实际上高于单个点的再现性测量。
12.1.2在表2中，重复性标准偏差Sr表达为实验室内重现性测量的平均值，同时标准偏差Sx表达为实验室内偏差。从使用公式4测量出的角度计算应力。无法保证所有循环测试中使用的设备都被校准确定成与工厂要求的一致。
12.1.3偏差—校准和设备常数K用于转化条纹角度θ为应力，受材料光弹性常数C和测量样品折射率影响。在批量相同材料作为测试样品中，忽略这些仅仅在校准设备时才能消除的更改将导致系统错误。

过程B
12.2根据E691方法确定边缘应力测量精度和偏差，开展实验室间循环测试。表3总结这个研究成果。每个测试结果是3个重复测试的结果平均值。使用8个样品，包括热增强和钢化玻璃，厚度范围2到12mm。数据详细分析以及中间计算包含在ASTM研究报告的文件中。

12.2.1通过参与的实验室使用过程B收集的数据进行统计分析的结果总结如表3所示。每个测试结果是所有四条边中间应力测量的平均值得到的。在磨边超过0.25mm的情况下，使用推断过程。所有结果表达为Mpa（psi）
12.2.2在表3中，重复性标准偏差Sr表达为实验室内再现性平均值及标准偏差Sx表达为实验室内偏差。从光程差和使用样品的光弹性常数Cb=2.65计算应力值，等式12。
12.2.3补偿器使用在过程B要求的校准中。没有保证所有实验室最近都有校准他们的补偿器。
13.关键词
13.1退火玻璃：热增强玻璃；偏振光检测；应力测量；钢化玻璃

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