1 Ορισμός και αιτίες των υπογείων ζημιών
Η υποεπιφανειακή ζημιά των οπτικών εξαρτημάτων (SSD, υποεπιφανειακή βλάβη) αναφέρεται συνήθως σε οπτικές εφαρμογές υψηλής ακρίβειας, όπως συστήματα έντονων λέιζερ και μηχανές λιθογραφίας, και η ύπαρξή της περιορίζει την ακρίβεια τελικής επεξεργασίας των οπτικών εξαρτημάτων και επηρεάζει περαιτέρω την απεικόνιση απόδοση των οπτικών συστημάτων, επομένως πρέπει να δοθεί αρκετή προσοχή. Οι υποεπιφανειακές βλάβες χαρακτηρίζονται συνήθως από ρωγμές στο εσωτερικό της επιφάνειας του στοιχείου και εσωτερικά στρώματα τάσης, που προκαλούνται από κάποιο υπολειπόμενο κατακερματισμό και παραμόρφωση της σύνθεσης του υλικού στην κοντινή επιφάνεια. Το μοντέλο υποεπιφανειακής ζημιάς παρουσιάζεται ως εξής: το ανώτερο στρώμα είναι το στιλβωμένο στρώμα ιζήματος, και στη συνέχεια το στρώμα ελαττώματος ρωγμής και το στρώμα παραμόρφωσης τάσης είναι το κάτω στρώμα και το στρώμα υλικού χωρίς ζημιά είναι το πιο εσωτερικό στρώμα. Μεταξύ αυτών, η στρώση ελαττώματος ρωγμής και η στρώση παραμόρφωσης τάσης είναι υποεπιφανειακές ζημιές.
Μοντέλο υποεπιφανειακής βλάβης οπτικών υλικών
Τα οπτικά συστατικά του υλικού είναι γενικά γυαλί, κεραμικά και άλλα σκληρά και εύθραυστα υλικά, στο πρώιμο στάδιο επεξεργασίας των εξαρτημάτων, πρέπει να περάσουν από χύτευση άλεσης, λεπτή λείανση και τραχιές διαδικασίες στίλβωσης, σε αυτές τις διεργασίες υπάρχουν μηχανική λείανση και χημικές αντιδράσεις και παίζουν ρόλο. Το λειαντικό ή λειαντικό εργαλείο σε επαφή με την επιφάνεια του στοιχείου έχει τα χαρακτηριστικά του ανομοιόμορφου μεγέθους σωματιδίων και η δύναμη κάθε σημείου επαφής στην επιφάνεια του στοιχείου δεν είναι ομοιόμορφη, επομένως το κυρτό και κοίλο στρώμα και το στρώμα εσωτερικής ρωγμής θα παράγονται στη γυάλινη επιφάνεια. Το υλικό που υπάρχει στο ραγισμένο στρώμα είναι το συστατικό που έχει σπάσει κατά τη διαδικασία λείανσης, αλλά δεν έχει πέσει από την επιφάνεια, επομένως θα δημιουργηθούν υποεπιφανειακές βλάβες. Είτε πρόκειται για λειαντική λείανση χαλαρών σωματιδίων είτε για λείανση CNC, αυτό το φαινόμενο θα σχηματιστεί στην επιφάνεια του υλικού. Η πραγματική επίδραση της υποεπιφανειακής ζημιάς φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:
Απόδοση φθορών στο υπόγειο
2 Μέθοδοι μέτρησης υποεπιφανειακών ζημιών
Δεδομένου ότι η υποεπιφανειακή ζημιά δεν μπορεί να αγνοηθεί, πρέπει να ελέγχεται αποτελεσματικά από τους κατασκευαστές οπτικών εξαρτημάτων. Για να τον ελεγχθεί αποτελεσματικά, είναι απαραίτητο να εντοπιστεί και να ανιχνευθεί με ακρίβεια το μέγεθος της υποεπιφανειακής ζημιάς στην επιφάνεια του εξαρτήματος, από τις αρχές του περασμένου αιώνα, οι άνθρωποι έχουν αναπτύξει μια ποικιλία μεθόδων για τη μέτρηση και την αξιολόγηση του μεγέθους της υποεπιφανειακής ζημιάς του εξαρτήματος, ανάλογα με τον τρόπο του βαθμού επιρροής στο οπτικό εξάρτημα, μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες: καταστροφική μέτρηση και μη καταστροφική μέτρηση (μη καταστροφική δοκιμή).
Καταστροφική μέθοδος μέτρησης, όπως υποδηλώνει το όνομα, είναι η ανάγκη αλλαγής της επιφανειακής δομής του οπτικού στοιχείου, έτσι ώστε να μπορεί να αποκαλυφθεί η υποεπιφανειακή ζημιά που δεν είναι εύκολο να παρατηρηθεί και στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί μικροσκόπιο και άλλα όργανα για την παρατήρηση μέθοδος μέτρησης, αυτή η μέθοδος είναι συνήθως χρονοβόρα, αλλά τα αποτελέσματα της μέτρησής της είναι αξιόπιστα και ακριβή. Μη καταστροφικές μέθοδοι μέτρησης, οι οποίες δεν προκαλούν πρόσθετη ζημιά στην επιφάνεια του εξαρτήματος, χρησιμοποιούν φως, ήχο ή άλλα ηλεκτρομαγνητικά κύματα για να ανιχνεύσουν το υπόγειο στρώμα ζημιάς και χρησιμοποιούν το μέγεθος των αλλαγών ιδιοτήτων που συμβαίνουν στο στρώμα για να εκτιμήσουν το μέγεθος του στον SSD, τέτοιες μέθοδοι είναι σχετικά βολικές και γρήγορες, αλλά συνήθως μια ποιοτική παρατήρηση. Σύμφωνα με αυτήν την ταξινόμηση, οι τρέχουσες μέθοδοι ανίχνευσης για υποεπιφανειακές ζημιές φαίνονται στο παρακάτω σχήμα:
Ταξινόμηση και περίληψη μεθόδων ανίχνευσης φθορών στο υπόγειο
Μια σύντομη περιγραφή αυτών των μεθόδων μέτρησης ακολουθεί:
Α. Καταστροφικές μέθοδοι
α) Μέθοδος στίλβωσης
Πριν από την εμφάνιση της μαγνητορεολογικής στίλβωσης, οι οπτικοί εργάτες χρησιμοποιούσαν συνήθως το Taper Polishing για να αναλύσουν την υποεπιφανειακή ζημιά των οπτικών εξαρτημάτων, δηλαδή κόβοντας την οπτική επιφάνεια κατά μήκος μιας λοξής γωνίας για να σχηματιστεί μια λοξή εσωτερική επιφάνεια και στη συνέχεια γυάλισμα της λοξής επιφάνειας. Γενικά πιστεύεται ότι το γυάλισμα δεν θα επιδεινώσει την αρχική υποεπιφανειακή ζημιά. Οι ρωγμές του στρώματος SSD θα αποκαλυφθούν πιο εμφανώς μέσω της διάβρωσης κατά την εμβάπτιση με χημικά αντιδραστήρια. Το βάθος, το μήκος και άλλες πληροφορίες του στρώματος ζημιάς κάτω από την επιφάνεια μπορούν να μετρηθούν με οπτική παρατήρηση της κεκλιμένης επιφάνειας μετά τη βύθιση. Αργότερα, οι επιστήμονες επινόησαν τη μέθοδο Ball dimpling (Ball dimpling), η οποία είναι η χρήση ενός σφαιρικού εργαλείου στίλβωσης για να γυαλίσει την επιφάνεια μετά το τρίψιμο, ρίχνοντας ένα λάκκο έξω, το βάθος του λάκκου πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο βαθύ, έτσι ώστε η ανάλυση της πλευράς του λάκκου μπορεί να λάβει τις πληροφορίες για την υποεπιφανειακή ζημιά της αρχικής επιφάνειας.
Συνήθεις μέθοδοι ανίχνευσης υποεπιφανειακών βλαβών οπτικών στοιχείων
Η μαγνητορεολογική στίλβωση (MRF) είναι μια τεχνική που χρησιμοποιεί μια μαγνητική λωρίδα ρευστού για τη στίλβωση οπτικών εξαρτημάτων, η οποία είναι διαφορετική από την παραδοσιακή στίλβωση ασφάλτου/πολυουρεθάνης. Στην παραδοσιακή μέθοδο στίλβωσης, το εργαλείο στίλβωσης συνήθως ασκεί μεγάλη κανονική δύναμη στην οπτική επιφάνεια, ενώ το Mr Polishing αφαιρεί την οπτική επιφάνεια στην εφαπτομενική κατεύθυνση, έτσι ώστε το Mr Polishing να μην αλλάζει τα αρχικά χαρακτηριστικά υποεπιφανειακής βλάβης της οπτικής επιφάνειας. Επομένως, το Mr Polishing μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να γυαλίσει ένα αυλάκι στην οπτική επιφάνεια. Στη συνέχεια, η περιοχή στίλβωσης αναλύεται για να αξιολογηθεί το μέγεθος της υποεπιφανειακής βλάβης της αρχικής οπτικής επιφάνειας.
α) Μέθοδος μπλοκ κόλλησης
Αυτή η μέθοδος έχει επίσης χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο υποεπιφανειακών ζημιών. Στην πραγματικότητα, επιλέξτε ένα τετράγωνο δείγμα με το ίδιο σχήμα και υλικό, γυαλίστε τις δύο επιφάνειες του δείγματος και, στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε κόλλα για να κολλήσετε τις δύο γυαλισμένες επιφάνειες του δείγματος μεταξύ τους και, στη συνέχεια, αλέστε τις πλευρές των δύο δειγμάτων μαζί ταυτόχρονα φορά. Μετά την άλεση, χρησιμοποιούνται χημικά αντιδραστήρια για τον διαχωρισμό των δύο τετράγωνων δειγμάτων. Το μέγεθος της υποεπιφανειακής ζημιάς που προκαλείται από το στάδιο λείανσης μπορεί να εκτιμηθεί παρατηρώντας τη διαχωρισμένη γυαλισμένη επιφάνεια με ένα μικροσκόπιο. Το σχηματικό διάγραμμα της διαδικασίας της μεθόδου έχει ως εξής:
Σχηματικό διάγραμμα ανίχνευσης υποεπιφανειακής ζημιάς με τη μέθοδο της κόλλας
Αυτή η μέθοδος έχει ορισμένους περιορισμούς. Επειδή υπάρχει μια κολλώδης επιφάνεια, η κατάσταση της κολλώδους επιφάνειας μπορεί να μην αντικατοπτρίζει πλήρως την πραγματική υποεπιφανειακή ζημιά στο εσωτερικό του υλικού μετά την λείανση, επομένως τα αποτελέσματα της μέτρησης μπορούν να αντικατοπτρίζουν την κατάσταση του SSD μόνο σε κάποιο βαθμό.
α) Χημική χάραξη
Η μέθοδος χρησιμοποιεί κατάλληλους χημικούς παράγοντες για τη διάβρωση του κατεστραμμένου στρώματος της οπτικής επιφάνειας. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας διάβρωσης, η υποεπιφανειακή ζημιά αξιολογείται από το σχήμα της επιφάνειας και την τραχύτητα της επιφάνειας του εξαρτήματος και τη μεταβολή του δείκτη του ρυθμού διάβρωσης. Τα χημικά αντιδραστήρια που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι το υδροφθορικό οξύ (HF), το υδροφθόριο αμμώνιο (NH4HF) και άλλοι διαβρωτικοί παράγοντες.
β) Μέθοδος διατομής
Το δείγμα τεμαχίζεται και χρησιμοποιείται ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης για την άμεση παρατήρηση του μεγέθους της υποεπιφανειακής βλάβης.
γ) Μέθοδος εμποτισμού βαφής
Επειδή το επιφανειακό στρώμα του εδάφους οπτικού στοιχείου περιέχει μεγάλο αριθμό μικρορωγμών, χρωστικές που μπορούν να σχηματίσουν χρωματική αντίθεση με το οπτικό υπόστρωμα ή αντίθεση με το υπόστρωμα μπορούν να συμπιεστούν στο υλικό. Εάν το υπόστρωμα αποτελείται από σκούρο υλικό, μπορούν να χρησιμοποιηθούν φθορίζουσες βαφές. Οι υποεπιφανειακές ζημιές μπορούν στη συνέχεια να ελεγχθούν εύκολα οπτικά ή ηλεκτρονικά. Επειδή οι ρωγμές είναι συνήθως πολύ λεπτές και μέσα στο υλικό, όταν το βάθος διείσδυσης της διείσδυσης της βαφής δεν είναι αρκετό, μπορεί να μην αντιπροσωπεύει το πραγματικό βάθος της μικρορωγμής. Προκειμένου να επιτευχθεί το βάθος της ρωγμής όσο το δυνατόν ακριβέστερα, έχουν προταθεί διάφορες μέθοδοι για τον εμποτισμό βαφών: μηχανική προπίεση και ψυχρή ισοστατική συμπίεση και χρήση μικροανάλυσης ανιχνευτών ηλεκτρονίων (EPMA) για την ανίχνευση ιχνών βαφής σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις.
Β, μη καταστροφικές μέθοδοι
α) Μέθοδος εκτίμησης
Η μέθοδος εκτίμησης εκτιμά κυρίως το βάθος της υποεπιφανειακής ζημιάς σύμφωνα με το μέγεθος του μεγέθους των σωματιδίων του λειαντικού υλικού και το μέγεθος της τραχύτητας της επιφάνειας του εξαρτήματος. Οι ερευνητές χρησιμοποιούν μεγάλο αριθμό δοκιμών για να καθορίσουν την αντίστοιχη σχέση μεταξύ του μεγέθους των σωματιδίων του λειαντικού υλικού και του βάθους της υποεπιφανειακής ζημιάς, καθώς και του πίνακα αντιστοίχισης μεταξύ του μεγέθους της επιφανειακής τραχύτητας του εξαρτήματος και του υπο- επιφανειακή ζημιά. Η υποεπιφανειακή ζημιά της τρέχουσας επιφάνειας του εξαρτήματος μπορεί να εκτιμηθεί χρησιμοποιώντας την αντιστοιχία τους.
β) Οπτική Τομογραφία Συνοχής (OCT)
Η οπτική τομογραφία συνοχής, βασική αρχή της οποίας είναι η παρεμβολή Michelson, αξιολογεί τις μετρούμενες πληροφορίες μέσω των σημάτων παρεμβολής δύο ακτίνων φωτός. Αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται συνήθως για την παρατήρηση βιολογικών ιστών και τη τομογραφία διατομής της υποεπιφανειακής δομής του ιστού. Όταν χρησιμοποιείται η τεχνική OCT για την παρατήρηση της υποεπιφανειακής βλάβης της οπτικής επιφάνειας, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η παράμετρος του δείκτη διάθλασης του μετρούμενου δείγματος για να ληφθεί το πραγματικό βάθος ρωγμής. Η μέθοδος μπορεί να ανιχνεύσει ελαττώματα σε βάθος 500μm με κατακόρυφη ανάλυση καλύτερη από 20μm. Ωστόσο, όταν χρησιμοποιείται για ανίχνευση SSD οπτικών υλικών, το φως που ανακλάται από το στρώμα SSD είναι σχετικά ασθενές, επομένως είναι δύσκολο να σχηματιστούν παρεμβολές. Επιπλέον, η επιφανειακή σκέδαση θα επηρεάσει επίσης τα αποτελέσματα των μετρήσεων και η ακρίβεια της μέτρησης πρέπει να βελτιωθεί.
γ) Μέθοδος σκέδασης λέιζερ
Η ακτινοβολία λέιζερ στη φωτομετρική επιφάνεια, χρησιμοποιώντας τις ιδιότητες σκέδασης του λέιζερ για την εκτίμηση του μεγέθους της υποεπιφανειακής βλάβης, έχει επίσης μελετηθεί εκτενώς. Τα κοινά περιλαμβάνουν το μικροσκόπιο ολικής εσωτερικής ανάκλασης (TIRM), το ομοεστιακό μικροσκόπιο σάρωσης με λέιζερ (CLSM) και το συνεστιακό μικροσκόπιο τομής πόλωσης (CPCM). ομοεστιακή μικροσκοπία διασταυρούμενης πόλωσης κ.λπ.
δ) Ακουστικό μικροσκόπιο σάρωσης
Η ακουστική μικροσκοπία σάρωσης (SAM), ως μέθοδος ανίχνευσης υπερήχων, είναι μια μη καταστροφική μέθοδος δοκιμών που χρησιμοποιείται ευρέως για την ανίχνευση εσωτερικών ελαττωμάτων. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται συνήθως για τη μέτρηση δειγμάτων με λείες επιφάνειες. Όταν η επιφάνεια του δείγματος είναι πολύ τραχιά, η ακρίβεια μέτρησης θα μειωθεί λόγω της επίδρασης των επιφανειακών διάσπαρτων κυμάτων.
3 Μέθοδοι ελέγχου υποεπιφανειακών ζημιών
Είναι ο απώτερος στόχος μας να ελέγξουμε αποτελεσματικά τις υποεπιφανειακές βλάβες των οπτικών εξαρτημάτων και να αποκτήσουμε εξαρτήματα που αφαιρούν πλήρως τα SSDS. Υπό κανονικές συνθήκες, το βάθος της υποεπιφανειακής ζημιάς είναι ανάλογο με το μέγεθος του μεγέθους του λειαντικού σωματιδίου, όσο μικρότερο είναι το μέγεθος των σωματιδίων του λειαντικού, τόσο μικρότερη είναι η υποεπιφανειακή ζημιά, επομένως, μειώνοντας την κοκκοποίηση της λείανσης και πλήρως λείανση, μπορείτε να βελτιώσετε αποτελεσματικά τον βαθμό της υποεπιφανειακής ζημιάς. Το διάγραμμα επεξεργασίας του ελέγχου των βλαβών κάτω από την επιφάνεια σε στάδια φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:
Οι βλάβες στο υπόγειο ελέγχονται σταδιακά
Το πρώτο στάδιο λείανσης θα αφαιρέσει πλήρως την υποεπιφανειακή ζημιά στην κενή επιφάνεια και θα δημιουργήσει μια νέα υπόγεια επιφάνεια σε αυτό το στάδιο, και στη συνέχεια στο δεύτερο στάδιο λείανσης, είναι απαραίτητο να αφαιρέσετε το SSD που δημιουργήθηκε στο πρώτο στάδιο και να δημιουργήσετε νέα υποεπιφανειακή ζημιά και πάλι, επεξεργασία με τη σειρά του, και έλεγχος του μεγέθους των σωματιδίων και της καθαρότητας του λειαντικού, και τελικά λαμβάνεται η αναμενόμενη οπτική επιφάνεια. Αυτή είναι και η στρατηγική επεξεργασίας που ακολουθεί η οπτική κατασκευή εδώ και εκατοντάδες χρόνια.
Επιπλέον, μετά τη διαδικασία λείανσης, η αποξήρανση της επιφάνειας του εξαρτήματος μπορεί να αφαιρέσει αποτελεσματικά την υποεπιφανειακή ζημιά, βελτιώνοντας έτσι την ποιότητα της επιφάνειας και βελτιώνοντας την αποτελεσματικότητα επεξεργασίας.
Επαφή:
Email:jasmine@pliroptics.com ;
Τηλέφωνο/Whatsapp/Wechat:86 19013265659
ιστός:www.pliroptics.com
Προσθήκη:Κτίριο 1, Νο. 1558, δρόμος πληροφοριών, Qingbaijiang, Chengdu, Sichuan, Κίνα
Ώρα δημοσίευσης: Απρ-18-2024
