194617. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés átlátszó anyagból készült tárgyak káros mechanikai feszültségeinek optikai vizsgálatára
1 194 617 2 A találmány tárgya egyrészt méréstechnikai eljárás átlátszó anyagból készült tárgyak káros mechanikai feszültségeinek optikai módszerrel történő kimutatására, mérésére és térbeli feltérképezésére, másrészt olyan méréstechnikai berendezés, mely ezen eljárást képes önműködően és gyorsan végrehajtani. Ismeretes, hogy különféle átlátszó tárgyak, mint pl. üvegből, plexiből, műanyagból stb. készült csövek, lemezek, palackok, lámpabúrák, injekciós ampullák stb. előállítása során a technológia jellege folytán ezen termékek általában jelentős hőhatásokat szenvednek el. Ennek hátrányos következményeként azután maradandó belső mechanikai feszültségek léphetnek fel és ezért az így előállított tárgyak később elrepedhetnek vagy káros mértékben deformálódhatnak. Ezek a káros hatások főleg olyan termékeknél igen kritikusak, melyek későbbi használatuk során is ismételt rendszeres hőhatásnak lesznek kitéve, mint pl. fénycsövek, lámpaburák, injekciós fecskendők stb. Fontos technológiai igény ezért a káros belső mechanikai feszültségek felderítése. Ennek egyik célja, hogy a káros feszültségű munkadarabok még a további feldolgozás előtt kiselejtezhetők legyenek, megtakarítván ezzel a további feldolgozás költségeit. A káros feszültség kimutatásán túlmenően további cél a feszültségek nagyságának és geometriai elrendeződésének megmérése is, ugyanis ezen információ alapján lehetséges általában a technológiai eljárás paramétereinek célszerűbb, kevesebb selejtet eredményező beállítása. A káros belső feszültségek optikai vizsgálatára szolgáló méréstechnikai módszerek és eszközök általában az ún. feszültségoptikai kettőstörés jelenségé; hasznosítják. Ennek lényege, hogy mechanikai feszültség hatására az átlátszó szilárd anyagok kettős fénytörési tulajdonságúvá válnak, ami azt jelenti, hogy bennük a dielektromos állandó, a törésmutató és ezzel a fénysebesség is irányfüggővé válik. E jelenség leírásával, fizikai magyarázatával és méréstechnikai hasznosításával a szakirodalom részletesen foglalkozik (így pl.: F. A. Jenkins-H. E. White: „Fundamentals of Optics”, McGRAWHILL 1957; „Üvegipari Kézikönyv” Műszaki Kiadó 1964; Vermes M.: „A poláros fény” Műszaki Kiadó 1067.). A jelenség lényege, hogy belső mechanikai feszültség esetén a törésmutató irányfüggését jellemző gömb ellipszoiddá torzul és ezen ellipszoid főtengelyei egybeesnek a feszültségi főirányokkal, továbbá az ellipszoid gömbtől való eltérése, azaz a főtengelyek közötti különbség közel arányos lesz a mechanikai feszültség mértékével. Sík lemez esetén a feszültségi főtengelyek közül kettő gyakorlatilag a lemez felületével párhuzamos. Ha a lemezen síkban polarizált fényt bocsátunk keresztül, úgy az a lemezen belül két egymásra merőleges polarizációs síkú fényösszetevőre bomlik a feszültségi főirányoknak megfelelően. Mivel a két fénykomponens haladási sebessége eltérő, ezért az eredetileg azonos fázishelyzetben rezgő fénykomponensek között fáziskülönbség lép fel, így a lemez másik oldalán kilépő fény, mely az eltolt fázisú fénykomponensek rekombinációjából jön létre, a belépő fényhez képest eltérő polarizációs állapotú lesz. Általános esetben a kilépő fény elliptikusán polarizálttá válik. A polarizációs állapot megváltozása azután megfelelő segédeszközökkel kimutatható. Az ismertetett jelenség hasznosítására többféle méréstechnikai módszer és eszköz ismeretes. Az egyik ilyen ismert módszer szerint a vizsgálandó tárgyat, pl. üveglemezt lineárisan poláros fehér fénynyalábbal világítják át, majd a tárgyon áthaladt fényt a megvilágitó fény polarizációs síkjára merőleges áteresztési irányú polárszűrőn, ún. analizátoron keresztül ernyőre vetítik, vagy esetleg közvetlenül szemmel detektálják. Az ernyőn színes csíkok, ún. izokromáták láthatók, melyek jellemzőek a feszültségek síkbeli eloszlására és annak mértékére. Egy-egy ilyen színes csík ott jelenik meg, ahol a belső feszültség következtében az illető színű fény hullámhosszán a tárgyon belüli két fentebb ismertetett fénykomponens közötti fázistolás optikai úthosszban kifejezett mértéke a fél hullámhossz valamelyik páratlan számú többszörösével megegyezik, vagy ahhoz közel áll. Ezen módszerrel a feszültségállapot igen alapos elemzése végezhető el, használatát azonban megnehezíti az a körülmény, hogy amennyiben a megvilágitó fény polarizációs síkja véletlenül eleve párhuzamos valamelyik feszültségi főiránnyal, úgy a fény polarizációs állapota jelentős mechanikai feszültség esetén is változatlan marad. Ezért vagy már a vizsgálat előtt ismerni kell a feszültségi főirányokat, vagy pedig a tárgy elforgatásával kell megkeresni a? eredményes vizsgálathoz szükséges megfelelő beállítást. A színes izokromátok kiértékelése mindenesetre meglehetősen körülményes és nehezen automatizálható. Ezen nehézségek miatt ez a módszer elsősorban labormérésekre, vagy mintavételes manuális gyártás közbeni minőségellenőrzőre alkalmas, nem pedig minden egyes munkadarab gyártás közbeni automatikus mérésére. Egy másik ismert módszernél síkban poláros monokromatikus fénnyalábot alkalmaznak a tárgy átvilágítására és az ezzel kapott sötét csíkok rendszere mind a fentebb említett izokromátákat, mind pedig a fő feszültségi irányvonalakat leíró ún. izoklin görbéket tartalmazza. Ezek különválasztása bonyolult elemző munkával lehetséges. Ezen módszer másik hátránya, hogy vékonyfalú tárgyak kis mechanikai feszültségeinek kimutatására nem alkalmas, mivel az izokromáták megjelenéséhez szükséges mechanikai feszültség mértéke akár egy nagyságrenddel is meghaladhatja a káros feszültségszintet. A már károsnak minősíthető mechanikai feszültség ui. esetleg csak a félhullámhossz töredékének megfelelő fázistolást hoz létre a tárgyon belüli két fénykomponens között. Egy további ismert módszernél az eljárás irányfüggését és az izoklin görbék zavaró hatását oly módon küszöbölik ki, hogy síkbeli polarizáció helyett cirkulárisán poláros monokromatikus fényt alkalmaznak, majd a tárgyon áthaladt fényt először ún. Ä./4 típusú lemezen, majd polárszűrőn át5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
