1 Определение и причини за подповърхностно увреждане
Подповърхностното увреждане на оптичните компоненти (SSD, подповърхностно увреждане) обикновено се споменава във високопрецизни оптични приложения като интензивни лазерни системи и литографски машини и неговото съществуване ограничава крайната точност на обработка на оптичните компоненти и допълнително засяга изображенията производителност на оптичните системи, така че трябва да му се обърне достатъчно внимание. Подповърхностните повреди обикновено се характеризират с пукнатини вътре в повърхността на елемента и вътрешни напрегнати слоеве, които са причинени от някаква остатъчна фрагментация и деформация на състава на материала в близката повърхностна област. Моделът на подповърхностно увреждане е показан по следния начин: най-горният слой е слой от полиран седимент, а след това слоят с дефект на пукнатина и слой от деформация на напрежението са долният слой, а материалният слой без повреда е най-вътрешният слой. Сред тях дефектният слой на пукнатина и деформационният слой на напрежението са подповърхностни повреди.
Модел на подповърхностно увреждане на оптични материали
Оптичните компоненти на материала обикновено са стъкло, керамика и други твърди и крехки материали, в ранния етап на обработка на компонентите трябва да преминат през процеси на фрезоване, фино смилане и грубо полиране, в тези процеси съществуват механично смилане и химични реакции и играят роля. Абразивът или абразивният инструмент в контакт с повърхността на елемента има характеристиките на неравномерен размер на частиците и силата на всяка контактна точка върху повърхността на елемента не е еднаква, така че изпъкналият и вдлъбнатият слой и вътрешният слой на пукнатини ще се произвеждат върху стъклената повърхност. Материалът, присъстващ в напукания слой, е компонентът, който се е счупил по време на процеса на смилане, но не е паднал от повърхността, така че ще се образува подповърхностно увреждане. Независимо дали става въпрос за абразивно шлайфане на свободни частици или CNC шлайфане, това явление ще се образува на повърхността на материала. Действителният ефект от увреждането под повърхността е показан на следната фигура:
Изобразяване на подземни щети
2 Методи за измерване на подземни повреди
Тъй като увреждането под повърхността не може да бъде пренебрегнато, то трябва да бъде ефективно контролирано от производителите на оптични компоненти. За да се контролира ефективно, е необходимо точно да се идентифицира и открие размерът на подповърхностното увреждане на повърхността на компонента, тъй като в началото на миналия век хората са разработили различни методи за измерване и оценка на размера на подповърхностното увреждане на компонента, според режима на степента на влияние върху оптичния компонент, той може да бъде разделен на две категории: разрушително измерване и безразрушително измерване (безразрушително изпитване).
Разрушителният метод на измерване, както подсказва името, е необходимостта от промяна на повърхностната структура на оптичния елемент, така че подповърхностното увреждане, което не е лесно за наблюдение, да може да бъде разкрито, и след това да се използва микроскоп и други инструменти, за да се наблюдава метод на измерване, този метод обикновено отнема време, но резултатите от измерването му са надеждни и точни. Методи за измерване без разрушаване, които не причиняват допълнителни щети на повърхността на компонента, използват светлина, звук или други електромагнитни вълни за откриване на подповърхностния слой на увреждане и използват размера на промените в свойствата, които настъпват в слоя, за да оценят размера на SSD, такива методи са относително удобни и бързи, но обикновено са качествено наблюдение. Съгласно тази класификация настоящите методи за откриване на щети под повърхността са показани на фигурата по-долу:
Класификация и обобщение на методите за откриване на подземни повреди
Следва кратко описание на тези методи за измерване:
А. Разрушителни методи
а) Метод на полиране
Преди появата на магнитореологичното полиране, оптичните работници обикновено използваха конусовидно полиране, за да анализират подповърхностното увреждане на оптичните компоненти, тоест разрязване на оптичната повърхност под наклонен ъгъл, за да се образува наклонена вътрешна повърхност, и след това полиране на наклонената повърхност. Обикновено се смята, че полирането няма да влоши първоначалните щети под повърхността. Пукнатините на слоя SSD ще бъдат по-очевидно разкрити чрез потапяне на корозия с химически реагенти. Дълбочината, дължината и друга информация за подповърхностния слой на увреждане може да бъде измерена чрез оптично наблюдение на наклонената повърхност след потапяне. По-късно учените изобретиха метода на топката (Ball dimpling), който се състои в използване на сферичен полиращ инструмент за полиране на повърхността след шлайфане, изхвърляне на яма, дълбочината на ямата трябва да бъде възможно най-дълбока, така че анализът от страната на ямата може да получи информация за подземните щети на оригиналната повърхност.
Общи методи за откриване на подповърхностни повреди на оптични елементи
Магнитореологичното полиране (MRF) е техника, която използва лента с магнитна течност за полиране на оптични компоненти, което е различно от традиционното полиране на асфалт/полиуретан. При традиционния метод на полиране инструментът за полиране обикновено упражнява голяма нормална сила върху оптичната повърхност, докато Mr Polishing премахва оптичната повърхност в тангенциална посока, така че Mr Polishing не променя оригиналните характеристики на повреда под повърхността на оптичната повърхност. Следователно Mr Polishing може да се използва за полиране на жлеб върху оптичната повърхност. След това зоната за полиране се анализира, за да се оцени размерът на подповърхностното увреждане на оригиналната оптична повърхност.
а) Метод на блоково залепване
Този метод също е използван за тестване на щети под повърхността. Всъщност изберете квадратна проба със същата форма и материал, полирайте двете повърхности на пробата и след това използвайте лепило, за да залепите двете полирани повърхности на пробата заедно и след това смилайте страните на двете проби заедно едновременно време. След смилането се използват химически реагенти за разделяне на двете квадратни проби. Размерът на подповърхностното увреждане, причинено от етапа на смилане, може да бъде оценен чрез наблюдение на отделената полирана повърхност с микроскоп. Схематичната диаграма на процеса на метода е както следва:
Схематична диаграма за откриване на подповърхностни повреди чрез блоков адхезивен метод
Този метод има определени ограничения. Тъй като има лепкава повърхност, положението на лепкавата повърхност може да не отразява напълно действителното подповърхностно увреждане вътре в материала след смилане, така че резултатите от измерването могат да отразяват ситуацията на SSD само до известна степен.
а) Химическо ецване
Методът използва подходящи химически агенти за разяждане на увредения слой на оптичната повърхност. След приключване на процеса на ерозия, щетите под повърхността се оценяват чрез формата на повърхността и грапавостта на повърхността на компонента и промяната на индекса на скоростта на ерозия. Често използвани химични реагенти са флуороводородна киселина (HF), амониев хидроген флуорид (NH4HF) и други корозивни агенти.
б) Метод на напречното сечение
Пробата се дисектира и се използва сканиращ електронен микроскоп за директно наблюдение на размера на подповърхностното увреждане.
в) Метод на импрегниране с багрило
Тъй като повърхностният слой на шлифования оптичен елемент съдържа голям брой микропукнатини, багрила, които могат да образуват цветен контраст с оптичния субстрат или контраст със субстрата, могат да бъдат пресовани в материала. Ако субстратът се състои от тъмен материал, могат да се използват флуоресцентни багрила. Повредите под повърхността могат лесно да бъдат проверени оптично или електронно. Тъй като пукнатините обикновено са много фини и вътре в материала, когато дълбочината на проникване на багрилото не е достатъчна, тя може да не представлява истинската дълбочина на микропукнатината. За да се получи възможно най-точно дълбочината на пукнатината, бяха предложени редица методи за импрегниране на багрила: механично предварително пресоване и студено изостатично пресоване и използване на микроанализ с електронна сонда (EPMA) за откриване на следи от багрило при много ниски концентрации.
B, безразрушителни методи
а) Метод на оценка
Методът за оценка основно оценява дълбочината на подповърхностното увреждане според размера на размера на частиците на абразивния материал и размера на грапавостта на повърхността на компонента. Изследователите използват голям брой тестове, за да установят съответната връзка между размера на частиците на абразивния материал и дълбочината на повредата под повърхността, както и таблицата за съответствие между размера на грапавостта на повърхността на компонента и под- повреди на повърхността. Подповърхностните щети на текущата повърхност на компонента могат да бъдат оценени чрез използване на тяхното съответствие.
б) Оптична кохерентна томография (OCT)
Оптичната кохерентна томография, чийто основен принцип е интерференцията на Майкелсон, оценява измерената информация чрез интерферентните сигнали на два светлинни лъча. Тази техника обикновено се използва за наблюдение на биологични тъкани и томография на напречно сечение на подповърхностната структура на тъканта. Когато OCT техниката се използва за наблюдение на подповърхностното увреждане на оптичната повърхност, трябва да се вземе предвид параметърът на индекса на пречупване на измерената проба, за да се получи действителната дълбочина на пукнатината. Съобщава се, че методът може да открие дефекти на дълбочина от 500 μm с вертикална разделителна способност по-добра от 20 μm. Въпреки това, когато се използва за SSD откриване на оптични материали, светлината, отразена от SSD слоя, е относително слаба, така че е трудно да се образуват смущения. В допълнение, повърхностното разсейване също ще повлияе на резултатите от измерването и точността на измерване трябва да бъде подобрена.
в) Метод на лазерно разсейване
Лазерното облъчване на фотометричната повърхност, използвайки свойствата на разсейване на лазера за оценка на размера на подповърхностното увреждане, също е широко проучено. Често срещаните включват микроскопия с пълно вътрешно отражение (TIRM), конфокална лазерна сканираща микроскопия (CLSM) и пресичаща се поляризационна конфокална микроскопия (CPCM). кръстосана поляризационна конфокална микроскопия и др.
г) Сканиращ акустичен микроскоп
Сканиращата акустична микроскопия (SAM), като ултразвуков метод за откриване, е метод за безразрушителен тест, който се използва широко за откриване на вътрешни дефекти. Този метод обикновено се използва за измерване на проби с гладки повърхности. Когато повърхността на пробата е много грапава, точността на измерване ще бъде намалена поради влиянието на повърхностно разсеяните вълни.
3 Методи за контрол на подземните щети
Нашата крайна цел е да контролираме ефективно подповърхностното увреждане на оптичните компоненти и да получим компоненти, които напълно премахват SSDS. При нормални обстоятелства дълбочината на подповърхностното увреждане е пропорционална на размера на размера на абразивните частици, колкото по-малък е размерът на частиците на абразива, толкова по-плитко е подповърхностното увреждане, следователно, чрез намаляване на грануларността на шлайфане и напълно смилане, можете ефективно да подобрите степента на подповърхностно увреждане. Диаграмата за обработка на контрола на щетите под повърхността на етапи е показана на фигурата по-долу:
Подземните щети се контролират на етапи
Първият етап на шлайфане ще премахне напълно подповърхностното увреждане на празната повърхност и ще създаде ново подповърхност в този етап, а след това във втория етап на шлайфане е необходимо да се премахне SSD, генериран в първия етап, и да се произведе ново подповърхностно увреждане отново, обработка на свой ред и контрол на размера на частиците и чистотата на абразива и накрая получаване на очакваната оптична повърхност. Това е и стратегията за обработка, която оптичното производство следва от стотици години.
В допълнение, след процеса на смилане, ецването на повърхността на компонента може ефективно да премахне повредата под повърхността, като по този начин подобри качеството на повърхността и ефективността на обработката.
Контакт:
Email:jasmine@pliroptics.com ;
Телефон/Whatsapp/Wechat:86 19013265659
уеб:www.pliroptics.com
Добавяне: Сграда 1, No.1558, разузнавателен път, qingbaijiang, Чънду, Съчуан, Китай
Време на публикуване: 18 април 2024 г
