1 Opredelitev in vzroki podzemnih poškodb
Podpovršinska poškodba optičnih komponent (SSD, podpovršinska poškodba) se običajno omenja pri visokonatančnih optičnih aplikacijah, kot so intenzivni laserski sistemi in litografski stroji, njen obstoj pa omejuje končno natančnost obdelave optičnih komponent in dodatno vpliva na slikanje delovanje optičnih sistemov, zato mu je treba posvetiti dovolj pozornosti. Podpovršinske poškodbe so običajno značilne za razpoke znotraj površine elementa in notranje napetostne plasti, ki jih povzročajo nekatere preostale fragmentacije in deformacije sestave materiala v bližini površine. Model podpovršinske poškodbe je prikazan na naslednji način: zgornja plast je plast polirane usedline, nato pa sta plast z napako razpoke in plast deformacije napetosti spodnja plast, plast materiala brez poškodb pa je najbolj notranja plast. Med njimi sta plast defekta razpok in plast deformacije napetosti podpovršinska poškodba.
Model podpovršinskih poškodb optičnih materialov
Optične komponente materiala so na splošno steklo, keramika in drugi trdi in krhki materiali, v zgodnji fazi obdelave komponent je treba iti skozi postopke rezkanja, finega brušenja in grobega poliranja, v teh postopkih obstajajo mehansko brušenje in kemične reakcije in igrajo vlogo. Brusilno ali abrazivno orodje v stiku s površino elementa ima značilnosti neenakomerne velikosti delcev, sila vsake kontaktne točke na površini elementa pa ni enakomerna, zato bodo konveksna in konkavna plast ter notranja razpokana plast izdelani na stekleni površini. Material, ki je prisoten v razpokani plasti, je komponenta, ki se je med postopkom brušenja zlomila, vendar ni odpadla s površine, zato bodo nastale podpovršinske poškodbe. Ne glede na to, ali gre za abrazivno brušenje prostih delcev ali CNC brušenje, bo ta pojav nastal na površini materiala. Dejanski učinek podzemne škode je prikazan na naslednji sliki:
Upodabljanje podzemnih poškodb
2 Metode merjenja podzemnih poškodb
Ker poškodb pod površino ni mogoče prezreti, jih morajo proizvajalci optičnih komponent učinkovito nadzorovati. Da bi ga učinkovito nadzorovali, je treba natančno identificirati in zaznati velikost podpovršinske poškodbe na površini komponente, od zgodnjega dela prejšnjega stoletja so ljudje razvili različne metode za merjenje in ocenjevanje velikosti. podpovršinske poškodbe komponente, glede na način stopnje vpliva na optično komponento, jo lahko razdelimo v dve kategoriji: destruktivno merjenje in nedestruktivno merjenje (nedestruktivno testiranje).
Destruktivna merilna metoda, kot že ime pove, je potreba po spremembi površinske strukture optičnega elementa, tako da je mogoče razkriti podpovršinske poškodbe, ki jih ni enostavno opazovati, in nato uporabiti mikroskop in druge instrumente za opazovanje metoda merjenja je ta metoda običajno zamudna, vendar so rezultati meritev zanesljivi in natančni. Nedestruktivne metode merjenja, ki ne povzročajo dodatnih poškodb na površini komponente, uporabljajo svetlobo, zvok ali druge elektromagnetne valove za odkrivanje podpovršinske poškodovane plasti in uporabljajo količino sprememb lastnosti, do katerih pride v plasti, za oceno velikosti SSD, so takšne metode razmeroma priročne in hitre, vendar običajno kvalitativno opazovanje. V skladu s to klasifikacijo so trenutne metode odkrivanja podzemnih poškodb prikazane na spodnji sliki:
Razvrstitev in povzetek metod za odkrivanje podzemnih poškodb
Sledi kratek opis teh merilnih metod:
A. Destruktivne metode
a) Metoda poliranja
Pred pojavom magnetoreološkega poliranja so optični delavci običajno uporabljali stožčasto poliranje za analizo podpovršinskih poškodb optičnih komponent, to je rezanje optične površine pod poševnim kotom, da se oblikuje poševna notranja površina, in nato poliranje poševne površine. Na splošno velja, da poliranje ne bo poslabšalo prvotne poškodbe pod površino. Razpoke v sloju SSD bodo bolj očitno vidne zaradi potopne korozije s kemičnimi reagenti. Globino, dolžino in druge podatke o podpovršinski poškodovani plasti je mogoče izmeriti z optičnim opazovanjem nagnjene površine po potopitvi. Kasneje so znanstveniki izumili metodo krogličnega vdolbinice (Ball dimpling), ki pomeni uporabo sferičnega polirnega orodja za poliranje površine po brušenju, vrženju jamice ven, globina jamice mora biti čim globlja, tako da analiza strani jame lahko pridobi informacije o podzemni poškodbi prvotne površine.
Splošne metode za odkrivanje podpovršinskih poškodb optičnih elementov
Magnetorheološko poliranje (MRF) je tehnika, ki uporablja trak z magnetno tekočino za poliranje optičnih komponent, kar se razlikuje od tradicionalnega poliranja asfalta/poliuretana. Pri tradicionalni metodi poliranja orodje za poliranje običajno deluje z veliko normalno silo na optično površino, medtem ko Mr Polishing odstrani optično površino v tangencialni smeri, tako da Mr Polishing ne spremeni prvotnih značilnosti poškodbe podpovršine optične površine. Zato lahko Mr Polishing uporabimo za poliranje utorov na optični površini. Nato se območje poliranja analizira, da se oceni velikost podpovršinske poškodbe originalne optične površine.
a) Metoda blokovnega lepljenja
Ta metoda je bila uporabljena tudi za testiranje podzemnih poškodb. Pravzaprav izberite kvadratni vzorec enake oblike in materiala, polirajte obe površini vzorca in nato z lepilom zlepite obe polirani površini vzorca skupaj, nato pa stranice obeh vzorcev obrusite skupaj čas. Po mletju se uporabijo kemični reagenti za ločitev dveh kvadratnih vzorcev. Velikost podpovršinske poškodbe, ki jo povzroči faza brušenja, je mogoče oceniti z opazovanjem ločene polirane površine z mikroskopom. Shematski diagram postopka metode je naslednji:
Shematski diagram odkrivanja podzemnih poškodb z blok adhezivno metodo
Ta metoda ima določene omejitve. Ker obstaja lepljiva površina, stanje lepljive površine morda ne odraža v celoti dejanske podpovršinske poškodbe znotraj materiala po brušenju, zato lahko rezultati meritev odražajo stanje SSD le do določene mere.
a) Kemično jedkanje
Metoda uporablja ustrezna kemična sredstva, ki razjedajo poškodovano plast optične površine. Po končanem procesu erozije se poškodba podpovršine oceni glede na obliko površine in hrapavost površine sestavnega dela ter spremembo indeksa stopnje erozije. Običajno uporabljeni kemični reagenti so fluorovodikova kislina (HF), amonijev vodikov fluorid (NH4HF) in druga jedka sredstva.
b) Metoda prereza
Vzorec se secira in z vrstičnim elektronskim mikroskopom se neposredno opazuje velikost podpovršinske poškodbe.
c) Metoda impregnacije z barvilom
Ker površinska plast brušenega optičnega elementa vsebuje veliko število mikrorazpok, se lahko v material vtisnejo barvila, ki lahko tvorijo barvni kontrast z optično podlago ali kontrast s podlago. Če je substrat sestavljen iz temnega materiala, se lahko uporabijo fluorescentna barvila. Podpovršinske poškodbe je mogoče enostavno preveriti optično ali elektronsko. Ker so razpoke običajno zelo drobne in znotraj materiala, ko globina penetracije barvila ni zadostna, morda ne predstavlja prave globine mikrorazpoke. Da bi čim bolj natančno dobili globino razpoke, so bile predlagane številne metode za impregnacijo barvil: mehansko predstiskanje in hladno izostatično stiskanje ter uporaba mikroanalize z elektronsko sondo (EPMA) za odkrivanje sledi barvila pri zelo nizkih koncentracijah.
B, nedestruktivne metode
a) Metoda ocenjevanja
Metoda ocenjevanja v glavnem ocenjuje globino podpovršinske poškodbe glede na velikost delcev abrazivnega materiala in velikost površinske hrapavosti komponente. Raziskovalci uporabljajo veliko število testov za ugotavljanje ustreznega razmerja med velikostjo delcev abrazivnega materiala in globino podpovršinske poškodbe ter tabelo ujemanja med velikostjo površinske hrapavosti komponente in pod-površine. površinske poškodbe. Podpovršinsko poškodbo površine trenutne komponente je mogoče oceniti z uporabo njihove korespondence.
b) Optična koherentna tomografija (OCT)
Optična koherentna tomografija, katere osnovni princip je Michelsonova interferenca, ovrednoti izmerjene informacije preko interferenčnih signalov dveh svetlobnih snopov. Ta tehnika se običajno uporablja za opazovanje bioloških tkiv in tomografijo prečnega prereza podpovršinske strukture tkiva. Ko se tehnika OCT uporablja za opazovanje podpovršinske poškodbe optične površine, je treba upoštevati parameter lomnega količnika izmerjenega vzorca, da se pridobi dejanska globina razpoke. Metoda naj bi lahko zaznala napake na globini 500 μm z navpično ločljivostjo, ki je boljša od 20 μm. Ko pa se uporablja za zaznavanje SSD optičnih materialov, je svetloba, ki se odbija od plasti SSD, relativno šibka, zato je težko oblikovati motnje. Poleg tega bo na rezultate meritev vplivalo tudi površinsko sipanje, zato je treba izboljšati natančnost meritev.
c) Metoda laserskega sipanja
Lasersko obsevanje na fotometrični površini z uporabo razpršilnih lastnosti laserja za oceno velikosti podpovršinskih poškodb je bilo prav tako obsežno raziskano. Pogosti vključujejo mikroskopijo s popolno notranjo refleksijo (TIRM), konfokalno lasersko skenirajočo mikroskopijo (CLSM) in konfokalno mikroskopijo s presečno polarizacijo (CPCM). navzkrižnopolarizacijska konfokalna mikroskopija itd.
d) vrstični akustični mikroskop
Vrstična akustična mikroskopija (SAM) kot ultrazvočna metoda odkrivanja je nedestruktivna metoda testiranja, ki se pogosto uporablja za odkrivanje notranjih napak. Ta metoda se običajno uporablja za merjenje vzorcev z gladkimi površinami. Če je površina vzorca zelo hrapava, bo natančnost merjenja zmanjšana zaradi vpliva površinsko razpršenih valov.
3 Metode nadzora podzemne škode
Naš končni cilj je učinkovito nadzorovati podpovršinske poškodbe optičnih komponent in pridobiti komponente, ki popolnoma odstranijo SSDS. V normalnih okoliščinah je globina podpovršinske poškodbe sorazmerna z velikostjo delcev abraziva, manjša kot je velikost abraziva, manjša je podpovršinska poškodba, zato z zmanjšanjem zrnatosti brušenja in v celoti z brušenjem lahko učinkovito izboljšate stopnjo poškodb pod površino. Diagram obdelave nadzora podzemnih poškodb po stopnjah je prikazan na spodnji sliki:
Podzemne poškodbe se nadzorujejo po stopnjah
Prva stopnja brušenja bo v celoti odstranila podpovršinsko poškodbo na prazni površini in ustvarila novo podpovršino v tej fazi, nato pa je v drugi fazi brušenja potrebno odstraniti SSD, ustvarjen v prvi fazi, in ustvariti novo podpovršino. spet obdelava po vrsti in nadzor velikosti delcev in čistosti abraziva ter končno pridobitev pričakovane optične površine. To je tudi strategija obdelave, ki ji optična proizvodnja sledi že stotine let.
Poleg tega lahko luženje površine komponente po postopku brušenja učinkovito odstrani podpovršinske poškodbe, s čimer se izboljša kakovost površine in izboljša učinkovitost obdelave.
Kontakt:
Email:jasmine@pliroptics.com ;
Telefon/Whatsapp/Wechat: 86 19013265659
splet:www.pliroptics.com
Dodaj: Stavba 1, št. 1558, obveščevalna cesta, Qingbaijiang, Chengdu, Sečuan, Kitajska
Čas objave: 18. aprila 2024
