1 Definitie en oorzaken van ondergrondse schade
De ondergrondse schade aan optische componenten (SSD, ondergrondse schade) wordt meestal genoemd in optische toepassingen met hoge precisie, zoals intense lasersystemen en lithografiemachines, en het bestaan ervan beperkt de uiteindelijke verwerkingsnauwkeurigheid van optische componenten en beïnvloedt verder de beeldvorming prestaties van optische systemen, dus er moet voldoende aandacht aan worden besteed. Ondergrondse schade wordt meestal gekenmerkt door scheuren in het oppervlak van het element en interne spanningslagen, die worden veroorzaakt door enige resterende fragmentatie en vervorming van de materiaalsamenstelling in het nabije oppervlak. Het ondergrondse schademodel wordt als volgt weergegeven: de bovenste laag is de gepolijste sedimentlaag, en vervolgens zijn de scheurdefectlaag en de spanningsvervormingslaag de onderste laag, en de materiaallaag zonder schade is de binnenste laag. Onder hen zijn de scheurdefectlaag en de spanningsvervormingslaag ondergrondse schade.
Ondergronds schademodel van optische materialen
Optische componenten van het materiaal zijn over het algemeen glas, keramiek en andere harde en brosse materialen. In de vroege verwerkingsfase van de componenten moeten ze freesgiet-, fijnslijp- en ruwe polijstprocessen ondergaan. Bij deze processen bestaan er mechanisch slijpen en chemische reacties en een rol spelen. Het schuur- of schuurgereedschap dat in contact komt met het oppervlak van het element heeft de kenmerken van een ongelijkmatige deeltjesgrootte, en de kracht van elk contactpunt op het oppervlak van het element is niet uniform, dus de convexe en concave laag en de interne scheurlaag zullen op het glasoppervlak worden geproduceerd. Het materiaal dat in de gescheurde laag aanwezig is, is het onderdeel dat tijdens het slijpproces is gebroken, maar niet van het oppervlak is gevallen, waardoor er ondergrondse schade zal ontstaan. Of het nu gaat om het schuren van losse deeltjes of het CNC-slijpen, dit fenomeen zal zich op het oppervlak van het materiaal voordoen. Het daadwerkelijke effect van ondergrondse schade wordt weergegeven in de volgende figuur:
Ondergrondse schadeweergave
2 Methoden voor het meten van ondergrondse schade
Omdat schade onder het oppervlak niet kan worden genegeerd, moet deze effectief worden gecontroleerd door fabrikanten van optische componenten. Om dit effectief te kunnen beheersen, is het noodzakelijk om de omvang van de ondergrondse schade aan het oppervlak van het onderdeel nauwkeurig te identificeren en te detecteren. Sinds het begin van de vorige eeuw hebben mensen een verscheidenheid aan methoden ontwikkeld om de omvang te meten en te evalueren van de ondergrondse schade van de component, afhankelijk van de mate van invloed op de optische component, kan deze in twee categorieën worden verdeeld: destructieve meting en niet-destructieve meting (niet-destructief testen).
Destructieve meetmethode is, zoals de naam al doet vermoeden, de noodzaak om de oppervlaktestructuur van het optische element te veranderen, zodat de ondergrondse schade die niet gemakkelijk waarneembaar is, kan worden onthuld, en vervolgens een microscoop en andere instrumenten kan gebruiken om de schade te observeren. meetmethode, deze methode is meestal tijdrovend, maar de meetresultaten zijn betrouwbaar en nauwkeurig. Niet-destructieve meetmethoden, die geen extra schade aan het oppervlak van het onderdeel veroorzaken, waarbij licht, geluid of andere elektromagnetische golven worden gebruikt om de ondergrondse schadelaag te detecteren en de hoeveelheid eigenschapsveranderingen die zich in de laag voordoen, worden gebruikt om de grootte van de laag te beoordelen. de SSD zijn dergelijke methoden relatief handig en snel, maar meestal een kwalitatieve observatie. Volgens deze classificatie zijn de huidige detectiemethoden voor ondergrondse schade weergegeven in onderstaande figuur:
Classificatie en samenvatting van methoden voor detectie van ondergrondse schade
Hieronder volgt een korte beschrijving van deze meetmethoden:
A. Destructieve methoden
a) Polijstmethode
Vóór het verschijnen van magnetorheologisch polijsten gebruikten optische werkers meestal taps polijsten om de schade aan het oppervlak van optische componenten te analyseren, dat wil zeggen door het optische oppervlak langs een schuine hoek te snijden om een schuin intern oppervlak te vormen en vervolgens het schuine oppervlak te polijsten. Algemeen wordt aangenomen dat polijsten de oorspronkelijke schade onder het oppervlak niet zal verergeren. De scheuren in de SSD-laag zullen duidelijker zichtbaar worden door de immersiecorrosie met chemische reagentia. De diepte, lengte en andere informatie van de ondergrondse schadelaag kan worden gemeten door optische observatie van het hellende oppervlak na onderdompeling. Later hebben wetenschappers de Ball dipling-methode uitgevonden (Ball dipling), waarbij een bolvormig polijstgereedschap wordt gebruikt om het oppervlak na het slijpen te polijsten, waarbij een put eruit wordt gegooid, de diepte van de put moet zo diep mogelijk zijn, zodat de analyse van de zijkant van de put kan informatie over ondergrondse schade van het oorspronkelijke oppervlak worden verkregen.
Gebruikelijke methoden voor het detecteren van ondergrondse schade aan optische elementen
Magnetorheologisch polijsten (MRF) is een techniek waarbij gebruik wordt gemaakt van een magnetische vloeistofstrip om optische componenten te polijsten, wat anders is dan traditioneel polijsten van asfalt/polyurethaan. Bij de traditionele polijstmethode oefent het polijstgereedschap gewoonlijk een grote normaalkracht uit op het optische oppervlak, terwijl Mr Polishing het optische oppervlak in de tangentiële richting verwijdert, zodat Mr Polishing de oorspronkelijke schade-eigenschappen van het optische oppervlak onder het oppervlak niet verandert. Daarom kan Mr Polishing worden gebruikt om een groef op het optische oppervlak te polijsten. Vervolgens wordt het polijstgebied geanalyseerd om de omvang van de ondergrondse schade aan het oorspronkelijke optische oppervlak te evalueren.
a) Bloklijmmethode
Deze methode is ook gebruikt om ondergrondse schade te testen. Selecteer in feite een vierkant monster met dezelfde vorm en hetzelfde materiaal, polijst de twee oppervlakken van het monster en gebruik vervolgens lijm om de twee gepolijste oppervlakken van het monster aan elkaar te lijmen, en slijp vervolgens de zijkanten van de twee monsters tegelijkertijd. tijd. Na het malen worden chemische reagentia gebruikt om de twee vierkante monsters te scheiden. De omvang van de ondergrondse schade veroorzaakt door de slijpfase kan worden beoordeeld door het gescheiden gepolijste oppervlak met een microscoop te observeren. Het processchema van de werkwijze is als volgt:
Schematisch diagram van detectie van ondergrondse schade met behulp van bloklijmmethode
Deze methode heeft bepaalde beperkingen. Omdat er een kleverig oppervlak is, weerspiegelt de situatie van het kleverige oppervlak mogelijk niet volledig de werkelijke ondergrondse schade in het materiaal na het slijpen, zodat de meetresultaten de SSD-situatie slechts tot op zekere hoogte kunnen weerspiegelen.
a) Chemisch etsen
De methode maakt gebruik van geschikte chemische middelen om de beschadigde laag van het optische oppervlak te eroderen. Nadat het erosieproces is voltooid, wordt de ondergrondse schade beoordeeld aan de hand van de oppervlaktevorm en ruwheid van het componentoppervlak en de indexverandering van de erosiesnelheid. Veelgebruikte chemische reagentia zijn fluorwaterstofzuur (HF), ammoniumwaterstoffluoride (NH4HF) en andere bijtende middelen.
b) Doorsnedemethode
Het monster wordt ontleed en er wordt een scanning-elektronenmicroscoop gebruikt om de omvang van de ondergrondse schade direct waar te nemen.
c) Kleurstofimpregnatiemethode
Omdat de oppervlaktelaag van het geslepen optische element een groot aantal microscheurtjes bevat, kunnen kleurstoffen die een kleurcontrast kunnen vormen met het optische substraat of contrasteren met het substraat in het materiaal worden gedrukt. Als het substraat uit een donker materiaal bestaat, kunnen fluorescerende kleurstoffen worden gebruikt. Schade aan de ondergrond kan dan eenvoudig optisch of elektronisch worden gecontroleerd. Omdat de scheuren meestal erg fijn zijn en zich in het materiaal bevinden, vertegenwoordigt de penetratiediepte van de kleurstof mogelijk niet de werkelijke diepte van de microscheur als de penetratiediepte van de kleurstof niet voldoende is. Om de scheurdiepte zo nauwkeurig mogelijk te verkrijgen, zijn een aantal methoden voorgesteld voor het impregneren van kleurstoffen: mechanisch voorpersen en koud isostatisch persen, en het gebruik van elektronenprobe-microanalyse (EPMA) om sporen van kleurstof bij zeer lage concentraties te detecteren.
B, niet-destructieve methoden
a) Schattingsmethode
De schattingsmethode schat hoofdzakelijk de diepte van de ondergrondse schade op basis van de grootte van de deeltjesgrootte van het schurende materiaal en de grootte van de oppervlakteruwheid van het onderdeel. Onderzoekers gebruiken een groot aantal tests om de corresponderende relatie tussen de deeltjesgrootte van het schurende materiaal en de diepte van de ondergrondse schade vast te stellen, evenals de matchingtabel tussen de grootte van de oppervlakteruwheid van het onderdeel en de sub-oppervlakte-ruwheid. oppervlakte schade. De ondergrondse schade van het huidige componentoppervlak kan worden geschat door hun correspondentie te gebruiken.
b) Optische coherentietomografie (OCT)
Optische coherentietomografie, waarvan het basisprincipe Michelson-interferentie is, evalueert de gemeten informatie aan de hand van de interferentiesignalen van twee lichtbundels. Deze techniek wordt vaak gebruikt om biologische weefsels te observeren en tomografie in dwarsdoorsnede van de ondergrondse structuur van het weefsel te geven. Wanneer de OCT-techniek wordt gebruikt om de ondergrondse schade aan een optisch oppervlak waar te nemen, moet de brekingsindexparameter van het gemeten monster in aanmerking worden genomen om de werkelijke scheurdiepte te verkrijgen. De methode kan naar verluidt defecten detecteren op een diepte van 500 μm met een verticale resolutie van beter dan 20 μm. Wanneer het echter wordt gebruikt voor SSD-detectie van optische materialen, is het door de SSD-laag gereflecteerde licht relatief zwak, waardoor het moeilijk is om interferentie te vormen. Bovendien zal oppervlakteverstrooiing ook de meetresultaten beïnvloeden en moet de meetnauwkeurigheid worden verbeterd.
c) Laserverstrooiingsmethode
Laserbestraling op het fotometrische oppervlak, waarbij gebruik wordt gemaakt van de verstrooiingseigenschappen van de laser om de omvang van de ondergrondse schade te beoordelen, is ook uitgebreid bestudeerd. Veel voorkomende zijn onder meer totale interne refectiemicroscopie (TIRM), confocale laserscanmicroscopie (CLSM) en kruisende polarisatie confocale microscopie (CPCM). confocale microscopie met kruispolarisatie, enz.
d) Akoestische scanmicroscoop
Scanning-akoestische microscopie (SAM), als ultrasone detectiemethode, is een niet-destructieve testmethode die veel wordt gebruikt om interne defecten op te sporen. Deze methode wordt meestal gebruikt om monsters met gladde oppervlakken te meten. Wanneer het oppervlak van het monster erg ruw is, zal de meetnauwkeurigheid afnemen als gevolg van de invloed van oppervlakteverstrooide golven.
3 Methoden voor ondergrondse schadebeheersing
Het is ons uiteindelijke doel om de ondergrondse schade van optische componenten effectief te beheersen en componenten te verkrijgen die SSD's volledig verwijderen. Onder normale omstandigheden is de diepte van de ondergrondse schade evenredig met de grootte van de deeltjesgrootte van het schuurmiddel; hoe kleiner de deeltjesgrootte van het schuurmiddel, hoe ondieper de ondergrondse schade. Daarom, door de korreligheid van het slijpen te verminderen, en volledig slijpen, kunt u de mate van ondergrondse schade effectief verbeteren. Het verwerkingsschema van de ondergrondse schadebestrijding in fasen is weergegeven in onderstaande figuur:
Ondergrondse schade wordt in fasen beheerst
De eerste fase van het slijpen zal de ondergrondse schade op het blanco oppervlak volledig verwijderen en in deze fase een nieuwe ondergrond produceren, en vervolgens in de tweede fase van het slijpen is het noodzakelijk om de SSD die in de eerste fase is gegenereerd te verwijderen en nieuwe ondergrondse schade te veroorzaken nogmaals, verwerking op zijn beurt, en controle van de deeltjesgrootte en zuiverheid van het schuurmiddel, en uiteindelijk het verwachte optische oppervlak verkrijgen. Dit is ook de verwerkingsstrategie die de optische productie al honderden jaren volgt.
Bovendien kan het beitsen van het oppervlak van het onderdeel na het slijpproces de schade aan het oppervlak effectief verwijderen, waardoor de oppervlaktekwaliteit en de verwerkingsefficiëntie worden verbeterd.
Contact:
Email:jasmine@pliroptics.com ;
Telefoon/Whatsapp/Wechat:86 19013265659
web:www.pliroptics.com
Toevoegen: Gebouw 1, nr. 1558, inlichtingenweg, qingbaijiang, chengdu, Sichuan, China
Posttijd: 18 april 2024
