1 Визначення та причини пошкодження надр
Підповерхневе пошкодження оптичних компонентів (SSD, підповерхневе пошкодження) зазвичай згадується у високоточних оптичних додатках, таких як інтенсивні лазерні системи та літографічні машини, і його існування обмежує остаточну точність обробки оптичних компонентів і додатково впливає на зображення. продуктивність оптичних систем, тому їй потрібно приділити достатньо уваги. Підповерхневе пошкодження зазвичай характеризується тріщинами всередині поверхні елемента та внутрішніми напруженими шарами, які викликані деякою залишковою фрагментацією та деформацією складу матеріалу в приповерхневій зоні. Модель пошкодження під поверхнею показана таким чином: верхній шар — це шар відполірованого осаду, потім шар дефекту тріщин і шар деформації напруги — нижній шар, а шар матеріалу без пошкоджень — внутрішній шар. Серед них шар дефекту тріщини та шар деформації напруги є підповерхневими пошкодженнями.
Модель підповерхневих пошкоджень оптичних матеріалів
Оптичні компоненти матеріалу - це, як правило, скло, кераміка та інші тверді та крихкі матеріали, на ранній стадії обробки компонентів потрібно пройти через процеси фрезерування, тонкого шліфування та грубого полірування, у цих процесах існують механічне шліфування та хімічні реакції і грати роль. Абразивний або абразивний інструмент, що контактує з поверхнею елемента, має характеристики нерівномірного розміру частинок, а сила кожної точки контакту на поверхні елемента не є рівномірною, тому опуклий і увігнутий шар і внутрішній шар тріщини будуть вироблятися на скляній поверхні. Матеріал, присутній у шарі з тріщинами, є компонентом, який зламався під час процесу шліфування, але не впав з поверхні, тому утворюється підповерхневе пошкодження. Незалежно від того, чи це абразивне шліфування сипучих частинок, чи шліфування з ЧПУ, це явище буде утворюватися на поверхні матеріалу. Фактичний вплив пошкодження під поверхнею показано на наступному малюнку:
Візуалізація пошкоджень під поверхнею
2 Методи вимірювання пошкоджень надр
Оскільки пошкодження під поверхнею не можна ігнорувати, виробники оптичних компонентів повинні ефективно контролювати їх. Для того, щоб ефективно контролювати це, необхідно точно ідентифікувати та виявити розмір глибинного пошкодження на поверхні компонента, оскільки на початку минулого століття люди розробили різноманітні методи для вимірювання та оцінки розміру. підповерхневого пошкодження компонента, відповідно до режиму ступеня впливу на оптичний компонент, його можна розділити на дві категорії: руйнівне вимірювання та неруйнівне вимірювання (неруйнівний контроль).
Деструктивний метод вимірювання, як випливає з назви, полягає в необхідності змінити поверхневу структуру оптичного елемента, щоб можна було виявити пошкодження під поверхнею, які нелегко спостерігати, а потім використовувати мікроскоп та інші інструменти для спостереження. Цей метод зазвичай займає багато часу, але його результати вимірювань надійні та точні. Методи неруйнівного вимірювання, які не спричиняють додаткового пошкодження поверхні компонента, використовують світлові, звукові чи інші електромагнітні хвилі для виявлення підповерхневого пошкодженого шару та використовують кількість змін властивостей, які вони відбуваються в шарі, для оцінки розміру SSD, такі методи відносно зручні та швидкі, але зазвичай якісні спостереження. Відповідно до цієї класифікації поточні методи виявлення пошкоджень під поверхнею показані на малюнку нижче:
Класифікація та зведення методів виявлення пошкоджень надр
Нижче подано короткий опис цих методів вимірювання:
А. Деструктивні методи
а) Метод полірування
До появи магнітореологічного полірування працівники оптики зазвичай використовували полірування конусністю для аналізу пошкодження під поверхнею оптичних компонентів, тобто розрізання оптичної поверхні під косим кутом для формування косої внутрішньої поверхні, а потім полірування косої поверхні. Загальноприйнято вважати, що полірування не посилить оригінальне пошкодження під поверхнею. Тріщини шару SSD більш чітко виявлятимуться через імерсійну корозію хімічними реагентами. Глибину, довжину та іншу інформацію про підповерхневий пошкоджений шар можна виміряти шляхом оптичного спостереження похилої поверхні після занурення. Пізніше вчені винайшли метод кулькового поглиблення (Ball dimpling), який полягає у використанні сферичного полірувального інструменту для полірування поверхні після шліфування, викидання ямки, глибина ямки повинна бути якомога глибшою, щоб аналіз сторони ями можна отримати інформацію про пошкодження підповерхневої поверхні початкової поверхні.
Загальні методи виявлення підповерхневих пошкоджень оптичних елементів
Магнітореологічне полірування (MRF) — це техніка, яка використовує стрічку магнітної рідини для полірування оптичних компонентів, що відрізняється від традиційного полірування асфальту/поліуретану. У традиційному методі полірування інструмент для полірування зазвичай чинить велику нормальну силу на оптичну поверхню, тоді як Mr Polishing видаляє оптичну поверхню в тангенціальному напрямку, тому Mr Polishing не змінює початкові характеристики пошкодження під поверхнею оптичної поверхні. Тому Mr Polishing можна використовувати для полірування канавки на оптичній поверхні. Потім область полірування аналізується для оцінки розміру пошкодження під поверхнею вихідної оптичної поверхні.
а) Метод склеювання блоків
Цей метод також використовувався для перевірки пошкоджень під поверхнею. Насправді виберіть квадратний зразок однакової форми та матеріалу, відполіруйте дві поверхні зразка, а потім за допомогою клею склейте дві поліровані поверхні зразка разом, а потім відшліфуйте сторони двох зразків разом час. Після подрібнення використовуються хімічні реактиви для розділення двох квадратних зразків. Розмір підповерхневого пошкодження, викликаного стадією шліфування, можна оцінити, спостерігаючи за відокремленою полірованою поверхнею за допомогою мікроскопа. Принципова технологічна схема способу виглядає наступним чином:
Принципова схема виявлення пошкоджень підґрунтя блочно-клейовим методом
Цей метод має певні обмеження. Оскільки є липка поверхня, стан липкої поверхні може не повністю відображати фактичне пошкодження підповерхні всередині матеріалу після шліфування, тому результати вимірювань можуть лише певною мірою відображати ситуацію з SSD.
а) Хімічне травлення
У цьому методі використовуються відповідні хімічні агенти для руйнування пошкодженого шару оптичної поверхні. Після завершення процесу ерозії пошкодження під поверхнею оцінюється за формою поверхні та шорсткістю поверхні компонента та зміною індексу швидкості ерозії. Зазвичай використовуваними хімічними реагентами є плавикова кислота (HF), фтористий водень амонію (NH4HF) та інші корозійні речовини.
б) Метод перетину
Зразок розсікають і за допомогою скануючого електронного мікроскопа безпосередньо спостерігають за розміром підповерхневого пошкодження.
в) Метод просочення барвником
Оскільки поверхневий шар шліфованого оптичного елемента містить велику кількість мікротріщин, барвники, які можуть утворювати колірний контраст з оптичною підкладкою або контрастувати з підкладкою, можуть бути втиснуті в матеріал. Якщо підкладка складається з темного матеріалу, можна використовувати флуоресцентні барвники. Після цього пошкодження під поверхнею можна легко перевірити оптично чи електронно. Оскільки тріщини зазвичай дуже дрібні та знаходяться всередині матеріалу, коли глибина проникнення барвника недостатня, вона може не відображати справжню глибину мікротріщини. Щоб якомога точніше визначити глибину тріщини, було запропоновано ряд методів просочування барвників: механічне попереднє пресування та холодне ізостатичне пресування, а також використання електронного зондового мікроаналізу (EPMA) для виявлення слідів барвника при дуже низьких концентраціях.
B, неруйнівні методи
а) Метод оцінки
Метод оцінки в основному оцінює глибину пошкодження під поверхнею відповідно до розміру частинок абразивного матеріалу та розміру шорсткості поверхні компонента. Дослідники використовують велику кількість тестів, щоб встановити відповідне співвідношення між розміром частинок абразивного матеріалу та глибиною пошкодження під поверхнею, а також таблицю відповідності між розміром шорсткості поверхні компонента та під- пошкодження поверхні. За їхньою відповідністю можна оцінити приповерхневу пошкодженість поверхні поточного компонента.
б) Оптична когерентна томографія (ОКТ)
Оптична когерентна томографія, основним принципом якої є інтерференція Майкельсона, оцінює виміряну інформацію через сигнали інтерференції двох пучків світла. Цей метод зазвичай використовується для спостереження за біологічними тканинами та проведення томографії поперечного перерізу підповерхневої структури тканини. Коли метод ОКТ використовується для спостереження за пошкодженням під поверхнею оптичної поверхні, для отримання фактичної глибини тріщини необхідно враховувати параметр показника заломлення виміряного зразка. Повідомляється, що метод може виявляти дефекти на глибині 500 мкм з вертикальною роздільною здатністю краще ніж 20 мкм. Однак, коли він використовується для виявлення SSD оптичних матеріалів, світло, відбите від шару SSD, є відносно слабким, тому важко створити перешкоди. Крім того, поверхневе розсіювання також впливатиме на результати вимірювань, і точність вимірювань потребує підвищення.
в) Метод лазерного розсіювання
Лазерне опромінення фотометричної поверхні з використанням розсіювальних властивостей лазера для оцінки розміру пошкодження під поверхнею також було широко вивчено. До поширених належать мікроскопія повного внутрішнього відбиття (TIRM), конфокальна лазерна скануюча мікроскопія (CLSM) і конфокальна мікроскопія пересічної поляризації (CPCM). крос-поляризаційна конфокальна мікроскопія тощо.
г) скануючий акустичний мікроскоп
Скануюча акустична мікроскопія (SAM), як ультразвуковий метод виявлення, є неруйнівним методом контролю, який широко використовується для виявлення внутрішніх дефектів. Цей метод зазвичай використовується для вимірювання зразків з гладкими поверхнями. Коли поверхня зразка дуже шорстка, точність вимірювання буде знижена через вплив поверхневих розсіяних хвиль.
3 Методи боротьби з пошкодженням надр
Наша кінцева мета — ефективно контролювати пошкодження під поверхнею оптичних компонентів і отримати компоненти, які повністю виключають SSDS. За звичайних умов глибина пошкодження під поверхнею пропорційна розміру частинок абразиву, чим менший розмір частинок абразиву, тим дрібніше пошкодження під поверхнею, отже, за рахунок зменшення зернистості шліфування та повного шліфування, ви можете ефективно покращити ступінь пошкодження під поверхнею. Схема обробки поетапного контролю за пошкодженням надр наведена на малюнку нижче:
Пошкодження надр контролюють поетапно
Перший етап шліфування повністю усуне пошкодження внутрішньої поверхні на порожній поверхні та створить нову нижню поверхню на цьому етапі, а потім на другому етапі шліфування необхідно видалити SSD, створений на першій стадії, і створити нове пошкодження внутрішньої поверхні знову, обробка по черзі, контроль розміру частинок і чистоти абразиву, і, нарешті, отримання очікуваної оптичної поверхні. Це також стратегія обробки, якої дотримувалося оптичне виробництво протягом сотень років.
Крім того, після процесу шліфування травлення поверхні компонента може ефективно усунути пошкодження під поверхнею, тим самим покращуючи якість поверхні та підвищуючи ефективність обробки.
Контакти:
Email:jasmine@pliroptics.com ;
Телефон/Whatsapp/Wechat: 86 19013265659
веб:www.pliroptics.com
Додати: Будинок 1, № 1558, розвідувальна дорога, Цінбайцзян, Ченду, Сичуань, Китай
Час публікації: 18 квітня 2024 р
