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
浮法玻璃生產線，產量超過2億重箱，全球排名第一。
在
浮法玻璃質量檢驗指標中，光學
變形是最重要的一項技術指標，也是衡量一個國家浮法
玻璃技術水平的重要指標。
所謂光學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部
折射率的不均勻而產生的景物變形程度，目前國內外都統(tǒng)一采用斑馬法來測試評價浮法玻璃的光學變形。
一、光學變形的斑馬法測試原理
浮法玻璃光學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》國家標準）。這個入射角就是業(yè)內所稱的斑馬角，或稱光學變形角。用這個角度來評價浮法玻璃的光學變形質量。
二、國內外斑馬法測試技術發(fā)展現狀和趨勢
我國的浮法玻璃標準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，國外高檔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相對落后，這項指標一般在45~65度之間，質量差的甚至低于40度。
斑馬法評價浮法玻璃光學變形質量是非常科學和直觀的，因此國際標準化組織（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，人眼視神經的分辨率不足以精確判定斑馬線變形的臨界角，國際公認由人眼判定斑馬角時，測量的不確定度為±3度。而如果采用數碼攝像機取代人眼，目前市場上數碼攝像機最高的分辨率為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變形質量的自動化測試難題，目前國內外開展了大量的研究工作并研制了相應的商品化的測試
設備，這些測試設備的測試方法主要分以下兩類：
第一類是采用其他光學方法進行變形測量，然后將所測的參數換算為斑馬角。生產這種方法測試設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品生產線的質量檢測，其主要用途為檢測浮法玻璃生產過程中的各種缺陷，所以這類測試方法和測試設備在國內外浮法玻璃生產線上普遍使用。但對于斑馬法這一評價浮法玻璃光學變形質量重要參數，這類方法并不是強項，它是將光學變形也作為一種缺陷來處理，所以，雖然這類設備也能給出斑馬角的測試數據，但也只能定性地表征斑馬角在某一角度范圍，而并不能精確測量出浮法玻璃光學變形質量的斑馬角，以滿足浮法玻璃質量分級的要求。因此，國內外浮法玻璃生產廠家一般還需要配備專
門用于測量斑馬角的測試設備。另外，這類設備體積龐大、造價昂貴，安裝調試非常復雜，并不適合于質量檢驗部門的評價測試使用。
第二類斑馬角測試設備就是完全按照經典的斑馬角測試方法要求，采用莫爾條紋技術將玻璃的光學變形角度進行放大，并采用計算機圖像處理技術，對放大后的變形圖像進行處理，從而提高測試
精度和實現自動化測量，并有效的提高了質量評估的
可靠性。
在光學測試技術領域，莫爾條紋具有光學干涉使得變形具有放大的特性是光學測量中的基本原理，采用此項技術在很多領域中得到了應用，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，而要用于定量的精確測量，由于涉及到的技術難度很大，以及其它的一些光學器件技術問題，莫爾條紋技術現在一般很少采用。所以在浮法玻璃光學變形質量評估中，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備，但從該公司的網址上看，此設備并不是該公司的主推產品，資料也很少。我們經過廣泛的資料調研和與國外同行的交流，發(fā)現此種設備并沒有在浮法玻璃光學變形質量評估中得到廣泛的使用。從這些表面現象來看，這種技術未得到廣泛的使用，一定有其技術上的難點和未克服問題而不能滿足質量評估的需求。
下圖為Strainoptic Technologies公司采用莫爾條紋技術研制的斑馬角測試設備結構示意圖：
三、浮法玻璃光學變形自動測量系統(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變形，那么在莫爾板上所形成的干涉條紋將對玻璃的光學變形進行放大顯示，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變形量的大小，由所計算的光學變形量的大小，結合被檢玻璃所轉動的角度確定出斑馬角的準確數值。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。
（2） 另外，這種方法和結構如果要保證干涉圖形的成象質量，還對莫爾板提出了很高的精度要求。而目前的技術雖然可以實現，但也是存在造價昂貴的問題。
（3） 由于莫爾板內的莫爾條紋比較細，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雜計算機圖像處理技術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，如果在實際檢測中使用，也只能近距離檢測小塊玻璃的光學變形，而此設備的實際使用技術條件也確實如此。由此可知，其技術的關鍵是設法提高莫爾干涉條紋的成象質量。
2．采用虛擬莫爾技術的斑馬角測試裝置
通過對國外測試裝置的分析研究，結合我們在實際玻璃質量評估中的實際經驗，我們提出了采用虛擬莫爾技術來作為精確測試斑馬角的方法。
所謂虛擬莫爾技術，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。而虛擬莫爾技術在保留了普通莫爾技術所具有放大光學變形量的特點基礎上，通過我們對此項關鍵技術的突破，使得虛擬莫爾技術恰恰還具有速度快、精度高和易于自動化處理的特點。
將虛擬莫爾技術應用于斑馬角測試中，其結構就是在以上的國外測試系統(tǒng)結構上，去掉鏡頭成象系統(tǒng)和莫爾板，CCD鏡頭直接采集莫爾屏經過被檢玻璃后的投影圖像，此投影圖像經過計算機的莫爾干涉模擬計算，自動得到光學變形的量值大小。
采用虛擬莫爾技術，除了此技術本身所具有的優(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，通過我們獨立設計開發(fā)的算法和軟件，采用普通的數碼攝像機和計算機系統(tǒng)，有效的保證了投影條紋的質量，在能夠檢測出條紋微小變形的同時，還可以保證檢測的實時性。根據此方案，我們研制出了這種測試設備，通過實際檢測，目前已經能分辨玻璃轉動0.2度所引起的變形，測量的重復性優(yōu)于1度，大大優(yōu)于國標所規(guī)定的技術指標。目前該設備已在國家玻璃質檢中心和安徽方興科技股份有限公司使用，效果良好。
該項技術目前已向國家專利局申請了發(fā)明專利和實用新型專利。
