1 Definition och orsaker till skador under ytan
Skador under ytan av optiska komponenter (SSD, skador under ytan) nämns vanligtvis i optiska applikationer med hög precision som intensiva lasersystem och litografimaskiner, och dess existens begränsar den slutliga bearbetningsnoggrannheten för optiska komponenter och påverkar ytterligare avbildningen prestanda hos optiska system, så det måste ägnas tillräcklig uppmärksamhet. Skador under ytan kännetecknas vanligtvis av sprickor inuti elementets yta och inre spänningsskikt, som orsakas av viss kvarvarande fragmentering och deformation av materialsammansättningen i den närliggande ytan. Skademodellen under ytan visas enligt följande: det översta lagret är det polerade sedimentlagret, och sedan är sprickdefektlagret och spänningsdeformationslagret det undre lagret och materiallagret utan skada är det innersta lagret. Bland dem är sprickdefektskiktet och spänningsdeformationsskiktet skador under ytan.
Underjordisk skademodell av optiska material
Optiska komponenter i materialet är i allmänhet glas, keramik och andra hårda och spröda material, i det tidiga bearbetningsstadiet av komponenterna måste de genomgå fräsning, finslipning och grovpolering, i dessa processer förekommer mekanisk slipning och kemiska reaktioner och spela en roll. Det slipande eller slipande verktyget i kontakt med ytan av elementet har egenskaperna för ojämn partikelstorlek, och kraften från varje kontaktpunkt på ytan av elementet är inte enhetlig, så det konvexa och konkava skiktet och det inre sprickskiktet kommer att tillverkas på glasytan. Materialet som finns i det spruckna skiktet är den komponent som har gått sönder under slipprocessen, men som inte har fallit av ytan, så att skador under ytan kommer att bildas. Oavsett om det är slipning av lösa partiklar eller CNC-slipning kommer detta fenomen att bildas på ytan av materialet. Den faktiska effekten av skador under ytan visas i följande figur:
Återgivning av skador under ytan
2 Metoder för mätning av skador under ytan
Eftersom skador under ytan inte kan ignoreras måste de kontrolleras effektivt av tillverkare av optiska komponenter. För att effektivt kontrollera det är det nödvändigt att noggrant identifiera och detektera storleken på skadorna under ytan på komponentens yta, sedan början av förra seklet har människor utvecklat en mängd olika metoder för att mäta och utvärdera storleken av komponentens underjordiska skada, enligt läget för graden av påverkan på den optiska komponenten, kan den delas in i två kategorier: destruktiv mätning och oförstörande mätning (icke-förstörande testning).
Destruktiv mätmetod, som namnet antyder, är behovet av att ändra ytstrukturen på det optiska elementet, så att skadorna under ytan som inte är lätta att observera kan avslöjas, och sedan använda ett mikroskop och andra instrument för att observera mätmetod är denna metod vanligtvis tidskrävande, men dess mätresultat är tillförlitliga och korrekta. Icke-förstörande mätmetoder, som inte orsakar ytterligare skador på komponentens yta, använder ljus, ljud eller andra elektromagnetiska vågor för att upptäcka det underjordiska skadeskiktet, och använder mängden egenskapsförändringar de inträffar i skiktet för att bedöma storleken på SSD, sådana metoder är relativt bekväma och snabba, men vanligtvis en kvalitativ observation. Enligt denna klassificering visas de nuvarande detekteringsmetoderna för skador under ytan i figuren nedan:
Klassificering och sammanfattning av metoder för upptäckt av skador under ytan
En kort beskrivning av dessa mätmetoder följer:
A. Destruktiva metoder
a) Poleringsmetod
Innan magnetoreologisk polering uppträdde använde optiska arbetare vanligtvis Taper-polering för att analysera skadorna under ytan av optiska komponenter, det vill säga skära den optiska ytan längs en sned vinkel för att bilda en sned inre yta, och sedan polera den sneda ytan. Det anses allmänt att polering inte kommer att förvärra den ursprungliga skadan under ytan. Sprickorna i SSD-lagret kommer att avslöjas tydligare genom nedsänkningskorrosionen med kemiska reagenser. Djupet, längden och annan information för det underjordiska skadeskiktet kan mätas genom optisk observation av den lutande ytan efter nedsänkning. Senare uppfann forskare Ball dimpling-metoden (Ball dimpling), som går ut på att använda ett sfäriskt poleringsverktyg för att polera ytan efter slipning, kasta ut en grop, djupet på gropen måste vara så djupt som möjligt, så att analysen på sidan av gropen kan få information om skador under ytan av den ursprungliga ytan.
Vanliga metoder för att upptäcka skador under ytan av optiska element
Magnetorheologisk polering (MRF) är en teknik som använder en magnetisk vätskeremsa för att polera optiska komponenter, vilket skiljer sig från traditionell asfalt/polyuretanpolering. I den traditionella poleringsmetoden utövar polerverktyget vanligtvis en stor normalkraft på den optiska ytan, medan Mr Polishing tar bort den optiska ytan i tangentiell riktning, så Mr Polishing ändrar inte den optiska ytans ursprungliga skadeegenskaper under ytan. Därför kan Mr Polishing användas för att polera ett spår på den optiska ytan. Därefter analyseras poleringsområdet för att utvärdera storleken på underytans skada på den ursprungliga optiska ytan.
a) Blocklimningsmetod
Denna metod har också använts för att testa skador under ytan. Välj faktiskt ett fyrkantigt prov med samma form och material, polera provets två ytor och använd sedan lim för att limma ihop de två polerade ytorna på provet och slipa sedan ihop sidorna av de två proverna samtidigt tid. Efter malning används kemiska reagenser för att separera de två fyrkantiga proverna. Storleken på den underjordiska skadan som orsakas av slipsteget kan utvärderas genom att observera den separerade polerade ytan med ett mikroskop. Processschemat för metoden är som följer:
Schematiskt diagram över detektering av skador under ytan med blocklimmetod
Denna metod har vissa begränsningar. Eftersom det finns en klibbig yta kanske situationen för den klibbiga ytan inte helt återspeglar den faktiska underytans skada inuti materialet efter slipning, så mätresultaten kan bara återspegla SSD-situationen i viss utsträckning.
a) Kemisk etsning
Metoden använder lämpliga kemiska medel för att erodera det skadade lagret på den optiska ytan. Efter att erosionsprocessen är avslutad utvärderas skadorna under ytan av ytformen och grovheten hos komponentytan och indexförändringen av erosionshastigheten. Vanligt använda kemiska reagens är fluorvätesyra (HF), ammoniumvätefluorid (NH4HF) och andra frätande medel.
b) Tvärsnittsmetod
Provet dissekeras och ett svepelektronmikroskop används för att direkt observera storleken på skadorna under ytan.
c) Färgimpregneringsmetod
Eftersom ytskiktet på det slipade optiska elementet innehåller ett stort antal mikrosprickor kan färgämnen som kan bilda en färgkontrast med det optiska substratet eller kontrastera mot substratet pressas in i materialet. Om underlaget består av ett mörkt material kan fluorescerande färgämnen användas. Skador under ytan kan sedan enkelt kontrolleras optiskt eller elektroniskt. Eftersom sprickorna vanligtvis är mycket fina och inuti materialet, när penetrationsdjupet för färgämnets penetration inte är tillräckligt, representerar det kanske inte mikrosprickans verkliga djup. För att få sprickdjupet så exakt som möjligt har ett antal metoder föreslagits för impregnering av färgämnen: mekanisk förpressning och kall isostatisk pressning, och användning av elektronsondsmikroanalys (EPMA) för att detektera spår av färgämne i mycket låga koncentrationer.
B, oförstörande metoder
a) Uppskattningsmetod
Uppskattningsmetoden uppskattar huvudsakligen djupet av skador under ytan enligt storleken på partikelstorleken på det slipande materialet och storleken på komponentens ytjämnhet. Forskare använder ett stort antal tester för att fastställa det motsvarande förhållandet mellan partikelstorleken hos det slipande materialet och djupet av skadorna under ytan, samt matchningstabellen mellan storleken på ytjämnheten hos komponenten och underytan. ytskador. Skadan under ytan på den aktuella komponentytan kan uppskattas genom att använda deras korrespondens.
b) Optisk koherenstomografi (OCT)
Optisk koherenstomografi, vars grundprincip är Michelson-interferens, utvärderar den uppmätta informationen genom interferenssignalerna från två ljusstrålar. Denna teknik används vanligtvis för att observera biologiska vävnader och ge tvärsnittstomografi av vävnadens struktur under ytan. När OCT-teknik används för att observera skadorna under ytan på den optiska ytan, måste brytningsindexparametern för det uppmätta provet beaktas för att erhålla det faktiska sprickdjupet. Metoden kan enligt uppgift upptäcka defekter på ett djup av 500μm med en vertikal upplösning på bättre än 20μm. Men när den används för SSD-detektering av optiska material är ljuset som reflekteras från SSD-lagret relativt svagt, så det är svårt att bilda störningar. Dessutom kommer ytspridning också att påverka mätresultaten, och mätnoggrannheten behöver förbättras.
c) Laserspridningsmetod
Laserbestrålning på den fotometriska ytan, med användning av laserns spridningsegenskaper för att bedöma storleken på skadorna under ytan, har också studerats omfattande. Vanliga sådana inkluderar total intern refektionsmikroskopi (TIRM), konfokal laserskanningsmikroskopi (CLSM) och intersecting polarization confocal microscopy (CPCM). korspolarisationskonfokalmikroskopi, etc.
d) Scanning akustiskt mikroskop
Scanning akustisk mikroskopi (SAM), som en ultraljudsdetekteringsmetod, är en oförstörande testmetod som används flitigt för att upptäcka inre defekter. Denna metod används vanligtvis för att mäta prover med släta ytor. När ytan på provet är mycket grov kommer mätnoggrannheten att minska på grund av påverkan av ytspridda vågor.
3 Metoder för kontroll av skador under ytan
Det är vårt yttersta mål att effektivt kontrollera skadorna under ytan av optiska komponenter och få komponenter som helt tar bort SSDS. Under normala omständigheter är djupet av skador under ytan proportionell mot storleken på slipmedlets partikelstorlek, ju mindre partikelstorlek slipmedlet är, desto grundare blir skadorna under ytan, därför genom att minska slipningens granularitet och helt slipning, kan du effektivt förbättra graden av skador under ytan. Bearbetningsdiagrammet för underjordisk skadekontroll i etapper visas i figuren nedan:
Skador under ytan kontrolleras i etapper
Det första steget av slipning kommer helt att ta bort skadorna under ytan på den tomma ytan och producera en ny underyta i detta steg, och sedan i det andra steget av slipningen är det nödvändigt att ta bort SSD:n som genererades i det första steget och producera nya underjordiska skador återigen, bearbetning i sin tur och kontrollera partikelstorleken och renheten hos slipmedlet, och slutligen erhålla den förväntade optiska ytan. Detta är också den bearbetningsstrategi som optisk tillverkning har följt i hundratals år.
Dessutom, efter slipningsprocessen, kan betning av komponentens yta effektivt avlägsna skadorna under ytan, vilket förbättrar ytkvaliteten och förbättrar bearbetningseffektiviteten.
Kontakta:
Email:jasmine@pliroptics.com ;
Telefon/Whatsapp/Wechat:86 19013265659
web:www.pliroptics.com
Lägg till: Byggnad 1, nr 1558, underrättelseväg, qingbaijiang, chengdu, sichuan, Kina
Posttid: 2024-apr-18
