近幾年我國玻璃行業(yè)發(fā)展迅猛，截止目前全國已有超過100條的浮法玻璃生產(chǎn)線，產(chǎn)量超過2億重箱，大部分國家排名靠前。

    在浮法玻璃質(zhì)量檢驗指標(biāo)中，光學(xué)變形是較重要的一項技術(shù)指標(biāo)，也是衡量一個國家浮法玻璃技術(shù)水平的重要指標(biāo)。

    所謂光學(xué)變形是指人透過玻璃觀察景物時，因玻璃表面的不平整和內(nèi)部折射率的不均勻而產(chǎn)生的景物變形程度，目前國內(nèi)外都統(tǒng)一采用斑馬法來測試評價浮法玻璃的光學(xué)變形。

    一、光學(xué)變形的斑馬法測試原理

    浮法玻璃光學(xué)變形的斑馬法測試原理如下圖：

    觀察者透過玻璃觀察均勻照明的斑馬幕，上條紋的變形情況。試樣按拉引方向垂直放置，視線透過試樣觀察屏幕條紋，首先讓條紋明顯變形，然后慢慢轉(zhuǎn)動試樣直到變形消失。記錄此時的入射角度（《浮法玻璃》國家標(biāo)準(zhǔn)）。這個入射角就是業(yè)內(nèi)所稱的斑馬角，或稱光學(xué)變形角。用這個角度來評價浮法玻璃的光學(xué)變形質(zhì)量。

    二、國內(nèi)外斑馬法測試技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

    我國的浮法玻璃標(biāo)準(zhǔn)要求建筑級玻璃斑馬角達到50度，汽車級和制鏡級的玻璃要求60度以上，國外高等浮法玻璃的斑馬角可以達到70度以上。但由于我國的浮法玻璃技術(shù)相對落后，這項指標(biāo)一般在45~65度之間，質(zhì)量差的甚至低于40度。

    斑馬法評價浮法玻璃光學(xué)變形質(zhì)量是非�？茖W(xué)和直觀的，因此全部標(biāo)準(zhǔn)化籌備（ISO）和世界各國都采用這種方法，但這種方法存在一個致命的弱點，就是在9米遠，人眼視神經(jīng)的分辨率不足以準(zhǔn)確判定斑馬線變形的臨界角，全部公認由人眼判定斑馬角時，測量的不確定度為±3度。而如果采用數(shù)碼攝像機取代人眼，目前市場上數(shù)碼攝像機較高的分辨率為2048×1280，仍然不足以分辨由玻璃引起的斑馬線的微小變形。

    因此，為了解決斑馬法評價浮法玻璃光學(xué)變形質(zhì)量的自動化測試難題，目前國內(nèi)外開展了大量的研究工作并研制了相應(yīng)的商品化的測試設(shè)備，這些測試設(shè)備的測試方法主要分以下兩類：

    靠前類是采用其他光學(xué)方法進行變形測量，然后將所測的參數(shù)換算為斑馬角。生產(chǎn)這種方法測試設(shè)備的主要國外公司有德國的Innomess公司，德國Lasor公司，英國的Image     Automation公司和Inspection Systems公司。國內(nèi)也有幾家單位對此項工作進行了多年研發(fā)，但都沒有成功。這種方法的主要特點是測量速度快，非常適合浮法玻璃產(chǎn)品生產(chǎn)線的質(zhì)量檢驗，其主要用途為檢驗浮法玻璃生產(chǎn)過程中的各種缺點，所以這類測試方法和測試設(shè)備在國內(nèi)外浮法玻璃生產(chǎn)線上普遍使用。但對于斑馬法這一評價浮法玻璃光學(xué)變形質(zhì)量重要參數(shù)，這類方法并不是強項，它是將光學(xué)變形也作為一種缺點來處理，所以，雖然這類設(shè)備也能給出斑馬角的測試數(shù)據(jù)，但也只能定性地表征斑馬角在某一角度范圍，而并不能準(zhǔn)確測量出浮法玻璃光學(xué)變形質(zhì)量的斑馬角，以滿足浮法玻璃質(zhì)量分級的要求。因此，國內(nèi)外浮法玻璃生產(chǎn)廠家一般還需要配備專門用于測量斑馬角的測試設(shè)備。另外，這類設(shè)備體積龐大、造價昂貴，安裝調(diào)試非常復(fù)雜，并不適合于質(zhì)量檢驗部門的評價測試使用。 

    第二類斑馬角測試設(shè)備就是完全按照經(jīng)典的斑馬角測試方法要求，采用莫爾條紋技術(shù)將玻璃的光學(xué)變形角度進行放大，并采用計算機圖像處理技術(shù)，對放大后的變形圖像進行處理，從而提高測試精度和實現(xiàn)自動化測量，并有效的提高了質(zhì)量評估的可靠性。

    在光學(xué)測試技術(shù)領(lǐng)域，莫爾條紋具有光學(xué)干涉使得變形具有放大的特性是光學(xué)測量中的基本原理，采用此項技術(shù)在很多領(lǐng)域中得到了應(yīng)用，如各種變形測量、曲面形狀測量和溫度測量等方面。但這些測量基本上都是定性，而要用于定量的準(zhǔn)確測量，由于涉及到的技術(shù)難度很大，以及其它的一些光學(xué)器件技術(shù)問題，莫爾條紋技術(shù)現(xiàn)在一般很少采用。所以在浮法玻璃光學(xué)變形質(zhì)量評估中，目前國外也只有美國的Strainoptic Technologies公司研發(fā)出采用這種測試方法的測試設(shè)備，但從該公司的網(wǎng)址上看，此設(shè)備并不是該公司的主推產(chǎn)品，資料也很少。我們經(jīng)過廣泛的資料調(diào)研和與國外同行的交流，發(fā)現(xiàn)此種設(shè)備并沒有在浮法玻璃光學(xué)變形質(zhì)量評估中得到廣泛的使用。從這些表面現(xiàn)象來看，這種技術(shù)未得到廣泛的使用，一定有其技術(shù)上的難點和未克服問題而不能滿足質(zhì)量評估的需求。

    下圖為Strainoptic Technologies公司采用莫爾條紋技術(shù)研制的斑馬角測試設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖：

    三、浮法玻璃光學(xué)變形自動測量系統(tǒng)的研制

    1．國外莫爾條紋斑馬角測試方法的存在的問題

    我們通過對美國Strainoptic Technologies公司SD-1900光學(xué)變形測試系統(tǒng)進行了仔細的分析，并做了大量的模擬試驗，發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)所采用的方法在軟硬件上存在以下問題：

   （1） 在測試系統(tǒng)中采用了莫爾屏作為投影條紋，并使其投影在探測系統(tǒng)中的莫爾板上，從而形成干涉條紋，如果被檢玻璃存在光學(xué)變形，那么在莫爾板上所形成的干涉條紋將對玻璃的光學(xué)變形進行放大顯示，然后由CCD鏡頭拍攝下變形圖形，并由計算機進行處理計算出光學(xué)變形量的大小，由所計算的光學(xué)變形量的大小，結(jié)合被檢玻璃所轉(zhuǎn)動的角度確定出斑馬角的準(zhǔn)確數(shù)值。雖然這種方法從理論上這是十分可行的，并且采用莫爾條紋技術(shù)可以將用人眼所觀察到的變形量放大十幾到幾十倍，但由于莫爾屏要通過透鏡系統(tǒng)成象在莫爾板上，如果要保證干涉條紋的成象質(zhì)量以便于計算機進行處理，這就對鏡頭系統(tǒng)提出了非常高的要求。而要達到這樣的鏡頭要求，費用將非常昂貴，并且根本無法保證批量化生產(chǎn)。

   （2） 另外，這種方法和結(jié)構(gòu)如果要保證干涉圖形的成象質(zhì)量，還對莫爾板提出了很高的精度要求。而目前的技術(shù)雖然可以實現(xiàn)，但也是存在造價昂貴的問題。

   （3） 由于莫爾板內(nèi)的莫爾條紋比較細，從外觀上看，莫爾板基本上是黑色的，所以為保證干涉圖形有很強的對比度，以便于計算機進行分析處理，就必須要求莫爾屏有很高的明暗對比度，而實際情況是很難達到，這樣就不得不通過復(fù)雜計算機圖像處理技術(shù)對干涉條紋圖形進行處理，從而占有大量的測試時間，使得測試周期非常緩慢而在實際檢驗中并無實用效果。如果采用提高計算機或圖像處理硬件速度的方法，將大大加大測試設(shè)備的成本。

    綜上所述，通過以上的分析可以看出，美國公司此套斑馬角測試系統(tǒng)確實有很大的局限性，如果在實際檢驗中使用，也只能近距離檢驗小塊玻璃的光學(xué)變形，而此設(shè)備的實際使用技術(shù)條件也確實如此。由此可知，其技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)法提高莫爾干涉條紋的成象質(zhì)量。

    2．采用虛擬莫爾技術(shù)的斑馬角測試裝置

    通過對國外測試裝置的分析研究，結(jié)合我們在實際玻璃質(zhì)量評估中的實際經(jīng)驗，我們提出了采用虛擬莫爾技術(shù)來作為準(zhǔn)確測試斑馬角的方法。

    所謂虛擬莫爾技術(shù)，就是由計算機生成虛擬的莫爾板。而從莫爾屏所投來的條紋圖像與虛擬莫爾板的疊加、干涉和處理都由計算機來完成。而虛擬莫爾技術(shù)在保留了普通莫爾技術(shù)所具有放大光學(xué)變形量的特點基礎(chǔ)上，通過我們對此項關(guān)鍵技術(shù)的打破，使得虛擬莫爾技術(shù)恰恰還具有速度快、精度高和易于自動化處理的特點。

    將虛擬莫爾技術(shù)應(yīng)用于斑馬角測試中，其結(jié)構(gòu)就是在以上的國外測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，去掉鏡頭成象系統(tǒng)和莫爾板，CCD鏡頭直接采集莫爾屏經(jīng)過被檢玻璃后的投影圖像，此投影圖像經(jīng)過計算機的莫爾干涉模擬計算，自動得到光學(xué)變形的量值大小。 

    采用虛擬莫爾技術(shù)，除了此技術(shù)本身所具有的優(yōu)點外，還避免了上面所分析的國外測試方法所存在的問題，通過我們單獨設(shè)計開發(fā)的算法和軟件，采用普通的數(shù)碼攝像機和計算機系統(tǒng)，有效的保證了投影條紋的質(zhì)量，在能夠檢驗出條紋微小變形的同時，還可以保證檢驗的實時性。根據(jù)此方案，我們研制出了這種測試設(shè)備，通過實際檢驗，目前已經(jīng)能分辨玻璃轉(zhuǎn)動0.2度所引起的變形，測量的重復(fù)性優(yōu)于1度，大大優(yōu)于國標(biāo)所規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。目前該設(shè)備已在國家玻璃質(zhì)檢中心和安徽方興科技股份有限公司使用，效果良好。

    該項技術(shù)目前已向國家專利局申請了發(fā)明專利和實用新型專利。