1 Определение и причины повреждения недр
Подповерхностное повреждение оптических компонентов (SSD, подповерхностное повреждение) обычно упоминается в высокоточных оптических приложениях, таких как мощные лазерные системы и литографические машины, и его существование ограничивает конечную точность обработки оптических компонентов и дополнительно влияет на качество изображения. производительность оптических систем, поэтому этому необходимо уделять достаточно внимания. Подповерхностные повреждения обычно характеризуются трещинами внутри поверхности элемента и слоями внутренних напряжений, которые вызваны некоторой остаточной фрагментацией и деформацией состава материала в приповерхностной области. Модель подповерхностного повреждения показана следующим образом: верхний слой представляет собой слой полированного осадка, затем слой трещинных дефектов и слой деформации напряжения являются нижним слоем, а слой материала без повреждений является самым внутренним слоем. Среди них слой дефектов трещин и слой деформации напряжения являются подповерхностными повреждениями.
Модель подповерхностного повреждения оптических материалов
Оптические компоненты материала, как правило, представляют собой стекло, керамику и другие твердые и хрупкие материалы, на ранней стадии обработки компонентов необходимо пройти процессы фрезерования, тонкого шлифования и грубой полировки, в этих процессах существуют механическое шлифование и химические реакции. и сыграть роль. Абразивный или абразивный инструмент, контактирующий с поверхностью элемента, имеет характеристики неравномерного размера частиц, а сила каждой точки контакта на поверхности элемента неравномерна, поэтому выпуклый и вогнутый слой, а также слой внутренних трещин будут производиться на поверхности стекла. Материал, присутствующий в слое с трещинами, — это компонент, который сломался в процессе шлифования, но не отвалился от поверхности, поэтому образуются подповерхностные повреждения. Будь то абразивное шлифование сыпучих частиц или шлифование на станке с ЧПУ, это явление будет образовываться на поверхности материала. Фактический эффект подземного повреждения показан на следующем рисунке:
Рендеринг подземных повреждений
2 метода измерения повреждений недр
Поскольку нельзя игнорировать подповерхностные повреждения, производители оптических компонентов должны эффективно контролировать их. Чтобы эффективно его контролировать, необходимо точно идентифицировать и обнаружить размер подповерхностного повреждения на поверхности детали, поскольку с начала прошлого века люди разработали множество методов измерения и оценки размера Подповерхностное повреждение детали по способу степени воздействия на оптический компонент можно разделить на две категории: разрушающее измерение и неразрушающее измерение (неразрушающий контроль).
Метод разрушающего измерения, как следует из названия, заключается в необходимости изменить структуру поверхности оптического элемента, чтобы можно было выявить подповерхностные повреждения, которые нелегко наблюдать, а затем использовать микроскоп и другие инструменты для наблюдения за процессом. метод измерения, этот метод обычно требует много времени, но результаты его измерений надежны и точны. Методы неразрушающего измерения, которые не вызывают дополнительных повреждений поверхности компонента, используют свет, звук или другие электромагнитные волны для обнаружения слоя подповерхностных повреждений и используют величину изменений свойств, которые они происходят в слое, для оценки размера SSD такие методы относительно удобны и быстры, но обычно дают качественное наблюдение. Согласно этой классификации, современные методы обнаружения подповерхностных повреждений показаны на рисунке ниже:
Классификация и краткое описание методов обнаружения недр
Ниже приводится краткое описание этих методов измерения:
А. Деструктивные методы
а) Метод полировки
До появления магнитореологической полировки работники оптики обычно использовали коническую полировку для анализа подповерхностных повреждений оптических компонентов, то есть резку оптической поверхности под косым углом для формирования наклонной внутренней поверхности, а затем полировку наклонной поверхности. Обычно считается, что полировка не усугубит первоначальные повреждения подповерхностного слоя. Трещины слоя SSD будут более явно выявляться при иммерсионной коррозии химическими реагентами. Глубину, длину и другую информацию о подповерхностном слое повреждения можно измерить путем оптического наблюдения наклонной поверхности после погружения. Позже учёные изобрели метод Ball Dimpleing (Шариковое углубление), который заключается в использовании сферического полировального инструмента для полировки поверхности после шлифования, выбрасывании ямки, глубина ямы должна быть как можно более глубокой, чтобы анализ со стороны ямы можно получить информацию о повреждении подповерхностных слоев исходной поверхности.
Общие методы обнаружения подповерхностных повреждений оптических элементов
Магнитореологическая полировка (MRF) — это метод, в котором для полировки оптических компонентов используется полоса магнитной жидкости, которая отличается от традиционной полировки асфальта/полиуретана. При традиционном методе полировки полировальный инструмент обычно оказывает большую нормальную силу на оптическую поверхность, в то время как Mr Polishing удаляет оптическую поверхность в тангенциальном направлении, поэтому Mr Polishing не меняет исходные характеристики подповерхностного повреждения оптической поверхности. Таким образом, Mr Polishing можно использовать для полировки канавок на оптической поверхности. Затем анализируется область полировки, чтобы оценить размер подповерхностного повреждения исходной оптической поверхности.
а) Способ склеивания блоков
Этот метод также использовался для проверки подземных повреждений. Фактически, выберите квадратный образец одинаковой формы и материала, отполируйте две поверхности образца, а затем с помощью клея склейте две полированные поверхности образца вместе, а затем одновременно отшлифуйте стороны двух образцов вместе. время. После измельчения два квадратных образца разделяются химическими реагентами. Размер подповерхностного повреждения, вызванного стадией шлифования, можно оценить, наблюдая за отделенной полированной поверхностью под микроскопом. Принципиальная схема способа выглядит следующим образом:
Принципиальная схема обнаружения подповерхностных повреждений методом блочного клея
Этот метод имеет определенные ограничения. Поскольку имеется липкая поверхность, ситуация с липкой поверхностью может не полностью отражать фактическое повреждение подповерхностных слоев внутри материала после шлифования, поэтому результаты измерений могут лишь в определенной степени отражать ситуацию с SSD.
а) Химическое травление
В этом методе используются подходящие химические агенты для разрушения поврежденного слоя оптической поверхности. После завершения процесса эрозии подповерхностное повреждение оценивается по форме поверхности и шероховатости поверхности детали, а также по изменению индекса скорости эрозии. Обычно используемыми химическими реагентами являются плавиковая кислота (HF), фторид аммония (NH4HF) и другие коррозионные агенты.
б) Метод поперечного сечения
Образец рассекается и используется сканирующий электронный микроскоп для непосредственного наблюдения за размером подповерхностного повреждения.
в) Метод пропитки красителем
Поскольку поверхностный слой шлифованного оптического элемента содержит большое количество микротрещин, в материал могут быть впрессованы красители, которые могут образовывать цветовой контраст с оптической подложкой или контрастировать с подложкой. Если подложка состоит из темного материала, можно использовать флуоресцентные красители. Подповерхностные повреждения можно легко проверить оптически или электронно. Поскольку трещины обычно очень мелкие и находятся внутри материала, когда глубина проникновения красителя недостаточна, она может не отражать истинную глубину микротрещины. Для максимально точного получения глубины трещины предложен ряд методов пропитки красителей: механическое предварительное прессование и холодное изостатическое прессование, а также использование электронно-зондового микроанализа (ЭЗМА) для обнаружения следов красителя в очень низких концентрациях.
Б, неразрушающие методы
а) Метод оценки
Метод оценки в основном оценивает глубину подповерхностного повреждения в зависимости от размера частиц абразивного материала и размера шероховатости поверхности детали. Исследователи используют большое количество тестов для установления соответствующей зависимости между размером частиц абразивного материала и глубиной подповерхностного повреждения, а также таблицу соответствия между размером шероховатости поверхности детали и подповерхностного повреждения. повреждение поверхности. Подповерхностное повреждение поверхности текущего компонента можно оценить, используя их соответствие.
б) Оптическая когерентная томография (ОКТ)
Оптическая когерентная томография, основным принципом которой является интерференция Майкельсона, оценивает измеренную информацию посредством интерференционных сигналов двух лучей света. Этот метод обычно используется для наблюдения за биологическими тканями и проведения поперечной томографии подповерхностной структуры ткани. Когда метод ОКТ используется для наблюдения за подповерхностными повреждениями оптической поверхности, для определения фактической глубины трещины необходимо учитывать параметр показателя преломления измеряемого образца. Сообщается, что этот метод может обнаруживать дефекты на глубине 500 мкм с вертикальным разрешением лучше 20 мкм. Однако когда он используется для обнаружения оптических материалов SSD, свет, отраженный от слоя SSD, относительно слаб, поэтому интерференцию трудно сформировать. Кроме того, поверхностное рассеяние также повлияет на результаты измерений, и точность измерений необходимо повысить.
в) Метод лазерного рассеяния
Лазерное облучение фотометрической поверхности с использованием рассеивающих свойств лазера для оценки размера подповерхностного повреждения также широко изучалось. Общие из них включают микроскопию полного внутреннего отражения (TIRM), конфокальную лазерную сканирующую микроскопию (CLSM) и конфокальную микроскопию пересекающейся поляризации (CPCM). кроссполяризационная конфокальная микроскопия и др.
г) Сканирующий акустический микроскоп.
Сканирующая акустическая микроскопия (САМ), как метод ультразвукового обнаружения, является методом неразрушающего контроля, широко используемым для обнаружения внутренних дефектов. Этот метод обычно используется для измерения образцов с гладкими поверхностями. Если поверхность образца очень шероховатая, точность измерения будет снижена из-за влияния поверхностных рассеянных волн.
3 метода борьбы с повреждениями недр
Наша конечная цель — эффективно контролировать подповерхностные повреждения оптических компонентов и получать компоненты, которые полностью устраняют твердотельные накопители. В нормальных условиях глубина подповерхностного повреждения пропорциональна размеру абразивных частиц, чем меньше размер частиц абразива, тем меньше подповерхностное повреждение, следовательно, за счет уменьшения зернистости шлифования и полного шлифование позволяет эффективно улучшить степень повреждения подповерхностных слоев. Схема обработки подземных повреждений поэтапно представлена на рисунке ниже:
Повреждения подповерхностных слоев контролируются поэтапно.
Первый этап шлифования полностью удалит подповерхностные повреждения на поверхности заготовки и на этом этапе создаст новую подповерхностную поверхность, а затем на втором этапе шлифования необходимо удалить SSD, образовавшийся на первом этапе, и создать новые подповерхностные повреждения. снова обрабатывая по очереди, контролируя размер частиц и чистоту абразива и, наконец, получая ожидаемую оптическую поверхность. Это также стратегия обработки, которой придерживается оптическое производство на протяжении сотен лет.
Кроме того, после процесса шлифования травление поверхности компонента может эффективно устранить подповерхностные повреждения, тем самым улучшая качество поверхности и повышая эффективность обработки.
Контакт:
Email:jasmine@pliroptics.com ;
Телефон/Whatsapp/Wechat: 86 19013265659
сеть:www.pliroptics.com
Добавить:Корпус 1, № 1558, разведывательная дорога, Цинбайцзян, Чэнду, Сычуань, Китай
Время публикации: 18 апреля 2024 г.
