1 Definição e causas de danos subterrâneos
O dano subsuperficial de componentes ópticos (SSD, dano subsuperficial) é geralmente mencionado em aplicações ópticas de alta precisão, como sistemas de laser intensos e máquinas de litografia, e sua existência restringe a precisão do processamento final dos componentes ópticos e afeta ainda mais a imagem. desempenho dos sistemas ópticos, por isso precisa receber bastante atenção. Os danos subterrâneos são geralmente caracterizados por fissuras no interior da superfície do elemento e camadas de tensão internas, que são causadas por alguma fragmentação residual e deformação da composição do material na área próxima da superfície. O modelo de dano subterrâneo é mostrado da seguinte forma: a camada superior é a camada de sedimentos polidos e, em seguida, a camada de defeito de trinca e a camada de deformação por tensão são a camada inferior, e a camada de material sem danos é a camada mais interna. Entre elas, a camada de defeito de trinca e a camada de deformação por tensão são danos subterrâneos.
Modelo de dano subterrâneo de materiais ópticos
Os componentes ópticos do material são geralmente vidro, cerâmica e outros materiais duros e quebradiços, na fase inicial de processamento dos componentes, precisam passar por processos de moldagem por fresagem, retificação fina e polimento áspero, nesses processos, existem retificação mecânica e reações químicas e desempenhar um papel. A ferramenta abrasiva ou abrasiva em contato com a superfície do elemento possui características de tamanho de partícula irregular, e a força de cada ponto de contato na superfície do elemento não é uniforme, portanto a camada convexa e côncava e a camada interna de fissura irão ser produzido na superfície do vidro. O material presente na camada fissurada é o componente que se quebrou durante o processo de retificação, mas não caiu da superfície, causando danos subsuperficiais. Quer se trate de retificação abrasiva de partículas soltas ou retificação CNC, esse fenômeno se formará na superfície do material. O efeito real dos danos subterrâneos é mostrado na figura a seguir:
Renderização de danos subterrâneos
2 Métodos de medição de danos subterrâneos
Como os danos subterrâneos não podem ser ignorados, eles devem ser controlados de forma eficaz pelos fabricantes de componentes ópticos. Para controlá-lo efetivamente, é necessário identificar e detectar com precisão o tamanho do dano subterrâneo na superfície do componente. Desde o início do século passado, as pessoas desenvolveram uma variedade de métodos para medir e avaliar o tamanho do dano subterrâneo do componente, de acordo com o modo do grau de influência no componente óptico, pode ser dividido em duas categorias: medição destrutiva e medição não destrutiva (ensaios não destrutivos).
O método de medição destrutivo, como o nome sugere, é a necessidade de alterar a estrutura da superfície do elemento óptico, para que o dano subsuperficial que não é fácil de observar possa ser revelado, e então usar um microscópio e outros instrumentos para observar o método de medição, esse método geralmente consome tempo, mas seus resultados de medição são confiáveis e precisos. Métodos de medição não destrutivos, que não causam danos adicionais à superfície do componente, usam luz, som ou outras ondas eletromagnéticas para detectar a camada de dano subterrâneo e usam a quantidade de mudanças de propriedade que ocorrem na camada para avaliar o tamanho de no SSD, tais métodos são relativamente convenientes e rápidos, mas geralmente uma observação qualitativa. De acordo com esta classificação, os métodos atuais de detecção de danos subterrâneos são mostrados na figura abaixo:
Classificação e resumo dos métodos de detecção de danos subterrâneos
Segue uma breve descrição desses métodos de medição:
A. Métodos destrutivos
a) Método de polimento
Antes do aparecimento do polimento magnetoreológico, os trabalhadores ópticos geralmente usavam o polimento cônico para analisar o dano subsuperficial dos componentes ópticos, ou seja, cortar a superfície óptica ao longo de um ângulo oblíquo para formar uma superfície interna oblíqua e, em seguida, polir a superfície oblíqua. Acredita-se geralmente que o polimento não agravará o dano original na subsuperfície. As rachaduras da camada SSD serão reveladas mais obviamente através da corrosão por imersão com reagentes químicos. A profundidade, comprimento e outras informações da camada danificada subterrânea podem ser medidas por observação óptica da superfície inclinada após a imersão. Mais tarde, os cientistas inventaram o método Ball ondulação (Ball ondulação), que consiste em usar uma ferramenta de polimento esférica para polir a superfície após o lixamento, jogando um poço fora, a profundidade do poço precisa ser o mais profunda possível, para que a análise da lateral do poço pode obter informações sobre danos subterrâneos da superfície original.
Métodos comuns para detectar danos subterrâneos em elementos ópticos
O polimento magnetoreológico (MRF) é uma técnica que utiliza uma tira de fluido magnético para polir componentes ópticos, diferente do polimento tradicional de asfalto/poliuretano. No método de polimento tradicional, a ferramenta de polimento geralmente exerce uma grande força normal na superfície óptica, enquanto o Mr Polishing remove a superfície óptica na direção tangencial, de modo que o Mr Polishing não altera as características originais de dano subsuperficial da superfície óptica. Portanto, Mr Polishing pode ser usado para polir uma ranhura na superfície óptica. Em seguida, a área de polimento é analisada para avaliar o tamanho do dano subterrâneo da superfície óptica original.
a) Método de colagem em bloco
Este método também tem sido usado para testar danos subterrâneos. Na verdade, selecione uma amostra quadrada com o mesmo formato e material, polir as duas superfícies da amostra e, em seguida, usar adesivo para colar as duas superfícies polidas da amostra e, em seguida, lixar os lados das duas amostras ao mesmo tempo. tempo. Após a moagem, reagentes químicos são usados para separar as duas amostras quadradas. O tamanho do dano subterrâneo causado pela etapa de retificação pode ser avaliado observando a superfície polida separada com um microscópio. O diagrama esquemático do processo do método é o seguinte:
Diagrama esquemático da detecção de danos subterrâneos pelo método de adesivo em bloco
Este método tem certas limitações. Como há uma superfície pegajosa, a situação da superfície pegajosa pode não refletir totalmente o dano real do subsolo dentro do material após a retificação, portanto, os resultados da medição só podem refletir a situação do SSD até certo ponto.
a) Gravura química
O método utiliza agentes químicos adequados para erodir a camada danificada da superfície óptica. Após a conclusão do processo de erosão, o dano subterrâneo é avaliado pelo formato da superfície e rugosidade da superfície do componente e pela alteração do índice da taxa de erosão. Os reagentes químicos comumente usados são ácido fluorídrico (HF), fluoreto de hidrogênio de amônio (NH4HF) e outros agentes corrosivos.
b) Método de seção transversal
A amostra é dissecada e um microscópio eletrônico de varredura é usado para observar diretamente o tamanho do dano subterrâneo.
c) Método de impregnação de corante
Como a camada superficial do elemento óptico de base contém um grande número de microfissuras, corantes que podem formar um contraste de cor com o substrato óptico ou contraste com o substrato podem ser pressionados no material. Se o substrato consistir em um material escuro, podem ser usados corantes fluorescentes. Danos subterrâneos podem então ser facilmente verificados óptica ou eletronicamente. Como as fissuras costumam ser muito finas e no interior do material, quando a profundidade de penetração do corante não é suficiente, pode não representar a verdadeira profundidade da microfissura. Para obter a profundidade da fissura com a maior precisão possível, vários métodos foram propostos para impregnação de corantes: pré-prensagem mecânica e prensagem isostática a frio, e o uso de microanálise por sonda eletrônica (EPMA) para detectar vestígios de corante em concentrações muito baixas.
B, métodos não destrutivos
a) Método de estimativa
O método de estimativa estima principalmente a profundidade do dano subsuperficial de acordo com o tamanho da partícula do material abrasivo e o tamanho da rugosidade superficial do componente. Os pesquisadores utilizam um grande número de testes para estabelecer a relação correspondente entre o tamanho da partícula do material abrasivo e a profundidade do dano subsuperficial, bem como a tabela de correspondência entre o tamanho da rugosidade superficial do componente e o sub- danos superficiais. O dano subterrâneo da superfície do componente atual pode ser estimado usando sua correspondência.
b) Tomografia de Coerência Óptica (OCT)
A tomografia de coerência óptica, cujo princípio básico é a interferência de Michelson, avalia as informações medidas através dos sinais de interferência de dois feixes de luz. Esta técnica é comumente usada para observar tecidos biológicos e fornecer tomografia transversal da estrutura subterrânea do tecido. Quando a técnica OCT é usada para observar o dano subterrâneo da superfície óptica, o parâmetro do índice de refração da amostra medida deve ser considerado para obter a profundidade real da fissura. O método pode detectar defeitos a uma profundidade de 500 μm com uma resolução vertical melhor que 20 μm. No entanto, quando é usado para detecção de SSD de materiais ópticos, a luz refletida da camada SSD é relativamente fraca, por isso é difícil formar interferência. Além disso, a dispersão superficial também afetará os resultados da medição e a precisão da medição precisa ser melhorada.
c) Método de espalhamento de laser
A irradiação do laser na superfície fotométrica, utilizando as propriedades de espalhamento do laser para avaliar o tamanho do dano subterrâneo, também tem sido extensivamente estudada. Os mais comuns incluem microscopia de reflexão interna total (TIRM), microscopia confocal de varredura a laser (CLSM) e microscopia confocal de polarização cruzada (CPCM). microscopia confocal de polarização cruzada, etc.
d) Microscópio acústico de varredura
A microscopia acústica de varredura (SAM), como método de detecção ultrassônica, é um método de teste não destrutivo amplamente utilizado para detectar defeitos internos. Este método é geralmente usado para medir amostras com superfícies lisas. Quando a superfície da amostra é muito rugosa, a precisão da medição será reduzida devido à influência das ondas espalhadas pela superfície.
3 Métodos de controle de danos subterrâneos
Nosso objetivo final é controlar efetivamente os danos subterrâneos dos componentes ópticos e obter componentes que removam completamente os SSDS. Em circunstâncias normais, a profundidade do dano subsuperficial é proporcional ao tamanho do tamanho da partícula abrasiva, quanto menor o tamanho da partícula do abrasivo, mais raso o dano subsuperficial, portanto, reduzindo a granularidade da moagem, e totalmente moagem, você pode efetivamente melhorar o grau de dano subsuperficial. O diagrama de processamento do controle de danos subterrâneos em etapas é mostrado na figura abaixo:
Danos subterrâneos são controlados em etapas
A primeira etapa de retificação removerá totalmente o dano de subsuperfície na superfície em bruto e produzirá uma nova subsuperfície nesta etapa, e então na segunda etapa de retificação, é necessário remover o SSD gerado na primeira etapa e produzir novos danos de subsuperfície novamente, processando por sua vez, e controlando o tamanho das partículas e a pureza do abrasivo e, finalmente, obtendo a superfície óptica esperada. Esta é também a estratégia de processamento que a fabricação óptica tem seguido há centenas de anos.
Além disso, após o processo de retificação, a decapagem da superfície do componente pode remover efetivamente os danos subterrâneos, melhorando assim a qualidade da superfície e melhorando a eficiência do processamento.
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Horário da postagem: 18 de abril de 2024
