透明材料（如玻璃、光學(xué)塑料、晶體等）的殘余應(yīng)力和雙折射效應(yīng)直接影響其力學(xué)性能與光學(xué)質(zhì)量。日本LuCEO公司推出的全自動(dòng)應(yīng)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(shí)現(xiàn)0-3000nm延遲量的二維全場測量，測量精度達(dá)1nm，并支持?150mm大尺寸樣品的快速檢測。本文詳細(xì)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(xué)元件加工及塑料注塑等行業(yè)的應(yīng)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(yīng)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(jī)械加工或固化收縮等因素會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致雙折射現(xiàn)象，影響光學(xué)均勻性（如透鏡成像畸變）或機(jī)械強(qiáng)度（如玻璃自爆）。傳統(tǒng)應(yīng)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(fù)雜或僅支持點(diǎn)測量等問題。LSM-9100W全自動(dòng)應(yīng)變儀通過創(chuàng)新的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和大面積成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高精度、高效率的二維應(yīng)力分布檢測，為工業(yè)質(zhì)量控制提供了新的解決方案。

2. 測量原理與技術(shù)特點(diǎn)

2.1 Senarmont偏振法優(yōu)化設(shè)計(jì)

LSM-9100W采用改進(jìn)型Senarmont補(bǔ)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(jì)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。

2.2 核心技術(shù)創(chuàng)新

1. 高精度成像系統(tǒng)

• 1100×1100像素CCD配合高均勻性極化板，實(shí)現(xiàn)1nm級(jí)延遲分辨率和0.1°慢軸方向精度。

• 3D應(yīng)力分布可視化功能，直觀呈現(xiàn)樣品邊緣應(yīng)力集中區(qū)域（如玻璃切割面）。

2. 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(dá)50,000小時(shí)，維護(hù)成本降低60%。

3. 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。

3. 典型行業(yè)應(yīng)用案例

3.1 玻璃制造：殘余應(yīng)力量化

在汽車鋼化玻璃生產(chǎn)中，LSM-9100W可快速掃描擋風(fēng)玻璃全表面，檢測壓應(yīng)力層深度（CS層）和邊緣應(yīng)力集中（圖1）。某廠商通過該設(shè)備發(fā)現(xiàn)切割工藝導(dǎo)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(yīng)力分布（3D視圖）
（示例：邊緣區(qū)域延遲量顯著高于中心）

3.2 光學(xué)塑料注塑：成型工藝優(yōu)化

對于AR透鏡用PMMA材料，注塑冷卻不均會(huì)導(dǎo)致雙折射（Δn>5×10??）。LSM-9100W的實(shí)時(shí)測量功能可關(guān)聯(lián)模具溫度與延遲量數(shù)據(jù)，指導(dǎo)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。

3.3 光纖預(yù)制棒檢測

在光纖制造中，預(yù)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(yù)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)）

4. 對比分析與選型建議

4.1 與傳統(tǒng)設(shè)備的性能對比

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(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(shí)驗(yàn)室小樣品檢測，可選用低成本手動(dòng)偏光儀；

• 超精密光學(xué)元件（如光刻機(jī)透鏡）建議補(bǔ)充干涉儀驗(yàn)證。

5. 結(jié)論

LSM-9100W全自動(dòng)應(yīng)變儀通過Senarmont偏振法與大面積成像技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了透明材料應(yīng)力與雙折射的高效、高精度檢測。其在玻璃、光學(xué)塑料、光纖等行業(yè)的成功應(yīng)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(yīng)力預(yù)測算法，有望進(jìn)一步拓展其在智能制造中的應(yīng)用價(jià)值。