1 Definiția și cauzele deteriorării subterane
Deteriorarea sub suprafață a componentelor optice (SSD, deteriorarea sub suprafață) este de obicei menționată în aplicațiile optice de înaltă precizie, cum ar fi sistemele laser intense și mașinile de litografie, iar existența acesteia limitează acuratețea procesării finale a componentelor optice și afectează în continuare imaginea. performanța sistemelor optice, deci trebuie acordată suficientă atenție. Deteriorările subterane sunt de obicei caracterizate prin fisuri în interiorul suprafeței elementului și a straturilor de stres interne, care sunt cauzate de o anumită fragmentare reziduală și deformare a compoziției materialului în zona apropiată a suprafeței. Modelul de deteriorare subterană este prezentat după cum urmează: stratul superior este stratul de sediment lustruit, iar apoi stratul de defect de fisurare și stratul de deformare a tensiunii sunt stratul inferior, iar stratul de material fără deteriorare este stratul cel mai interior. Printre acestea, stratul de defect de fisurare și stratul de deformare a tensiunii sunt daune subterane.
Modelul de deteriorare subterană a materialelor optice
Componentele optice ale materialului sunt, în general, sticlă, ceramică și alte materiale dure și casante, în stadiul incipient de procesare a componentelor, trebuie să treacă prin turnare prin frezare, procese de șlefuire fină și procese de lustruire brută, în aceste procese există reacții mecanice de șlefuire și chimice. și joacă un rol. Instrumentul abraziv sau abraziv în contact cu suprafața elementului are caracteristicile unei dimensiuni neuniforme ale particulelor, iar forța fiecărui punct de contact de pe suprafața elementului nu este uniformă, astfel încât stratul convex și concav și stratul de fisurare intern vor să fie produse pe suprafața de sticlă. Materialul prezent în stratul crăpat este componenta care s-a rupt în timpul procesului de măcinare, dar nu a căzut de pe suprafață, astfel încât se vor forma daune sub suprafață. Fie că este vorba de șlefuirea abrazivă a particulelor libere sau de șlefuire CNC, acest fenomen se va forma pe suprafața materialului. Efectul real al daunelor subterane este prezentat în următoarea figură:
Redarea daunelor subterane
2 Metode de măsurare a daunelor subterane
Deoarece daunele subterane nu pot fi ignorate, acestea trebuie controlate eficient de producătorii de componente optice. Pentru a o controla eficient, este necesar să se identifice și să detecteze cu exactitate dimensiunea daunelor subterane pe suprafața componentei, încă de la începutul secolului trecut, oamenii au dezvoltat o varietate de metode pentru a măsura și evalua dimensiunea. de deteriorarea subterană a componentei, în funcție de modul gradului de influență asupra componentei optice, aceasta poate fi împărțită în două categorii: măsurare distructivă și măsurare nedistructivă (încercare nedistructivă).
Metoda de măsurare distructivă, după cum sugerează și numele, este necesitatea de a schimba structura suprafeței elementului optic, astfel încât daunele subterane care nu sunt ușor de observat să poată fi dezvăluite și apoi utilizați un microscop și alte instrumente pentru a observa metoda de măsurare, această metodă este de obicei consumatoare de timp, dar rezultatele măsurătorilor sunt fiabile și precise. Metode de măsurare nedistructive, care nu provoacă daune suplimentare suprafeței componentei, utilizează lumina, sunetul sau alte unde electromagnetice pentru a detecta stratul de deteriorare subterană și utilizează cantitatea de modificări de proprietate pe care le apar în strat pentru a evalua dimensiunea SSD, astfel de metode sunt relativ convenabile și rapide, dar de obicei o observație calitativă. Conform acestei clasificări, metodele actuale de detectare a daunelor subterane sunt prezentate în figura de mai jos:
Clasificarea și rezumatul metodelor de detectare a daunelor subterane
Urmează o scurtă descriere a acestor metode de măsurare:
A. Metode distructive
a) Metoda de lustruire
Înainte de apariția lustruirii magnetoreologice, lucrătorii optici utilizau, de obicei, lustruirea conică pentru a analiza deteriorarea sub suprafață a componentelor optice, adică tăierea suprafeței optice de-a lungul unui unghi oblic pentru a forma o suprafață internă oblică și apoi lustruirea suprafeței oblice. În general, se crede că lustruirea nu va agrava deteriorarea inițială de sub suprafață. Fisurile stratului SSD vor fi dezvăluite mai evident prin coroziunea prin imersie cu reactivi chimici. Adâncimea, lungimea și alte informații ale stratului de deteriorare sub suprafață pot fi măsurate prin observarea optică a suprafeței înclinate după imersare. Mai târziu, oamenii de știință au inventat metoda Ball dimpling (Ball dimpling), care este de a folosi un instrument de lustruire sferic pentru a lustrui suprafața după șlefuire, aruncând o groapă afară, adâncimea gropii trebuie să fie cât mai adâncă posibil, astfel încât analiza a lateralului gropii poate obține informațiile de deteriorare a suprafeței inițiale.
Metode comune pentru detectarea deteriorării subterane a elementelor optice
Lustruirea magnetoreologică (MRF) este o tehnică care utilizează o bandă de fluid magnetic pentru a lustrui componentele optice, care este diferită de lustruirea tradițională cu asfalt/poliuretan. În metoda tradițională de lustruire, unealta de lustruire exercită de obicei o forță normală mare pe suprafața optică, în timp ce Mr Polishing îndepărtează suprafața optică în direcția tangențială, astfel încât Mr Polishing nu modifică caracteristicile originale de deteriorare a suprafeței optice. Prin urmare, Mr Polishing poate fi folosit pentru a lustrui o canelură pe suprafața optică. Apoi, zona de lustruire este analizată pentru a evalua dimensiunea deteriorării subterane a suprafeței optice originale.
a) Metoda de lipire în bloc
Această metodă a fost folosită și pentru a testa daunele subterane. De fapt, selectați o probă pătrată cu aceeași formă și material, lustruiți cele două suprafețe ale eșantionului și apoi utilizați adeziv pentru a lipi cele două suprafețe lustruite ale eșantionului împreună, apoi șlefuiți părțile laterale ale celor două mostre în același timp. timp. După măcinare, se folosesc reactivi chimici pentru a separa cele două probe pătrate. Dimensiunea deteriorării subterane cauzate de etapa de șlefuire poate fi evaluată prin observarea suprafeței lustruite separate cu un microscop. Schema schematică a procesului a metodei este următoarea:
Diagrama schematică a detectării daunelor subterane prin metoda blocului adeziv
Această metodă are anumite limitări. Deoarece există o suprafață lipicioasă, situația suprafeței lipicioase poate să nu reflecte pe deplin daunele reale ale subteranei din interiorul materialului după șlefuire, astfel încât rezultatele măsurătorii pot reflecta doar într-o anumită măsură situația SSD.
a) Gravarea chimică
Metoda folosește agenți chimici adecvați pentru a eroda stratul deteriorat al suprafeței optice. După finalizarea procesului de eroziune, deteriorarea subterană este evaluată prin forma suprafeței și rugozitatea suprafeței componentei și modificarea indicelui ratei de eroziune. Reactivii chimici utilizați în mod obișnuit sunt acidul fluorhidric (HF), acidul fluorhidric de amoniu (NH4HF) și alți agenți corozivi.
b) Metoda secțiunii transversale
Eșantionul este disecat și se folosește un microscop electronic cu scanare pentru a observa direct dimensiunea daunelor subterane.
c) Metoda de impregnare cu vopsea
Deoarece stratul de suprafață al elementului optic de pământ conține un număr mare de microfisuri, coloranții care pot forma un contrast de culoare cu substratul optic sau contrastul cu substratul pot fi presați în material. Dacă substratul constă dintr-un material întunecat, pot fi utilizați coloranți fluorescenți. Daunele subterane pot fi apoi verificate cu ușurință optic sau electronic. Deoarece fisurile sunt de obicei foarte fine și în interiorul materialului, atunci când adâncimea de penetrare a pătrunderii colorantului nu este suficientă, este posibil să nu reprezinte adâncimea reală a microfisurii. Pentru a obține cât mai exact adâncimea fisurii, au fost propuse o serie de metode de impregnare a coloranților: prepresare mecanică și presare izostatică la rece și utilizarea microanalizei cu sonde electronice (EPMA) pentru a detecta urmele de colorant la concentrații foarte scăzute.
B, metode nedistructive
a) Metoda de estimare
Metoda de estimare estimează în principal adâncimea deteriorării sub suprafață în funcție de dimensiunea particulelor de material abraziv și de dimensiunea rugozității suprafeței componentei. Cercetătorii folosesc un număr mare de teste pentru a stabili relația corespunzătoare între dimensiunea particulelor materialului abraziv și adâncimea deteriorării sub suprafață, precum și tabelul de potrivire între dimensiunea rugozității suprafeței componentei și sub- deteriorarea suprafeței. Deteriorarea subterană a suprafeței componentei curente poate fi estimată folosind corespondența acestora.
b) Tomografie cu coerență optică (OCT)
Tomografia cu coerență optică, al cărei principiu de bază este interferența Michelson, evaluează informațiile măsurate prin semnalele de interferență a două fascicule de lumină. Această tehnică este utilizată în mod obișnuit pentru a observa țesuturile biologice și pentru a realiza tomografia în secțiune transversală a structurii subterane a țesutului. Când tehnica OCT este utilizată pentru a observa deteriorarea subterană a suprafeței optice, parametrul indicelui de refracție al probei măsurate trebuie luat în considerare pentru a obține adâncimea reală a fisurii. Metoda poate detecta defecte la o adâncime de 500 μm cu o rezoluție verticală mai bună de 20 μm. Cu toate acestea, atunci când este utilizat pentru detectarea SSD a materialelor optice, lumina reflectată de stratul SSD este relativ slabă, deci este dificil să se formeze interferențe. În plus, împrăștierea suprafeței va afecta și rezultatele măsurătorilor, iar precizia măsurării trebuie îmbunătățită.
c) Metoda de împrăștiere cu laser
Iradierea cu laser pe suprafața fotometrică, folosind proprietățile de împrăștiere ale laserului pentru a evalua dimensiunea daunelor subterane, a fost de asemenea studiată pe larg. Cele obișnuite includ microscopia cu refecție internă totală (TIRM), microscopia confocală cu scanare cu laser (CLSM) și microscopia confocală cu polarizare intersectată (CPCM). microscopie confocală cu polarizare încrucișată etc.
d) Microscop acustic cu scanare
Microscopia acustică de scanare (SAM), ca metodă de detectare cu ultrasunete, este o metodă de testare nedistructivă care este utilizată pe scară largă pentru a detecta defectele interne. Această metodă este de obicei utilizată pentru măsurarea probelor cu suprafețe netede. Când suprafața probei este foarte aspră, precizia măsurării va fi redusă datorită influenței undelor împrăștiate la suprafață.
3 Metode de control al daunelor subterane
Scopul nostru final este să controlăm eficient deteriorarea subterană a componentelor optice și să obținem componente care îndepărtează complet SSDS. În circumstanțe normale, adâncimea deteriorării sub suprafață este proporțională cu dimensiunea particulelor abrazive, cu cât dimensiunea particulelor abraziv este mai mică, cu atât deteriorarea sub suprafață este mai mică, prin urmare, prin reducerea granularității de măcinare și complet. șlefuirea, puteți îmbunătăți în mod eficient gradul de deteriorare sub suprafață. Diagrama de procesare a controlului daunelor subterane în etape este prezentată în figura de mai jos:
Daunele subterane sunt controlate în etape
Prima etapă de șlefuire va elimina complet daunele subterane pe suprafața goală și va produce o nouă suprafață în această etapă, iar apoi în a doua etapă de șlefuire, este necesar să îndepărtați SSD-ul generat în prima etapă și să produceți noi daune subterane. din nou, procesând la rândul său, și controlați dimensiunea particulelor și puritatea abrazivului și, în final, obțineți suprafața optică așteptată. Aceasta este și strategia de procesare pe care a urmat-o producția optică de sute de ani.
În plus, după procesul de măcinare, decaparea suprafeței componentei poate elimina eficient daunele subterane, îmbunătățind astfel calitatea suprafeței și îmbunătățind eficiența prelucrării.
Contact:
Email:jasmine@pliroptics.com ;
Telefon/Whatsapp/Wechat: 86 19013265659
web:www.pliroptics.com
Adăugați:Clădirea 1, No.1558, intelligence road, qingbaijiang, chengdu, sichuan, china
Ora postării: 18-apr-2024
