[发明专利]硬脆性光学材料亚表面损伤层厚度的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬脆性光学材料亚表面损伤层厚度的测量方法，用于测量从平面到球面、非球面等多种光学元件。该方法对硬脆性光学材料亚表面损伤有放大作用，可以实现超精密磨削造成的微小亚表面损伤层厚度的测量。

背景技术

目前，现有的硬脆性光学材料亚表面损伤测量方法，较为准确的有磁流变抛光技术结合光学显微镜观测斜面，如：文献Suratwala T I，Wong L L，Miller P E etal.，Sub-surface mechanical damagedistribution during grinding of fused silica[J].Journalof Non-Crystalline Solids，2006，352：5601-5617所述。测量材料为常用的光学玻璃平面样品，该方法在被测样品表面上使用磁流变抛光技术加工一检测性微小斜面，利用光学显微镜对斜面进行扫描，结合图像处理的方法求得斜面上的裂纹层宽度，再由斜面倾角求得亚表面损伤层厚度。该方法由于要使用光学显微镜对磁流变抛光出的斜面进行观测，使用和调试光学显微镜复杂，而且对所测工件大小有一定尺寸的限制，这种方法图像处理结果不直观，不宜于工程化的实际应用。且尚未对球面、非球面样品的测量进行说明。

发明内容

针对背景技术所存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种硬脆性光学材料亚表面损伤层厚度的测量方法，该方法利用磁流变抛光加工出剖切平面，使用粗糙度测量工具对其进行扫描，测量平面上不同位置的粗糙度，以表面粗糙度的变化趋势间接标定光学材料亚表面的损伤层，具有可工程化、快捷、实用的特点。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种硬脆性光学材料亚表面损伤层厚度的测量方法，其特征在于，包括下述步骤：

第一步，将被测工件安装于磁流变抛光机上，采用磁流变抛光的工艺，在工件光学表面上加工出一倾角为θ的微小斜面，斜剖亚表面损伤层，将亚表面损伤层中的裂纹、孔洞展现在斜面上，形成表面裂纹、孔洞；

第二步，使用腐蚀性化学试剂处理加工后的斜面，并去除抛光液残留杂质以及去除覆盖亚表面裂纹的微薄抛光重积层，将裂纹更进一步暴露、放大；

第三步，使用粗糙度轮廓仪或白光干涉仪从斜面上起始边界附近沿斜面不断进给、扫描，连续测量斜面上不同位置处的粗糙度值，记录数值并记下斜面上起始边界扫描点的位置坐标X₁；

第四步，由测得的粗糙度值数据，得到斜面上的进给值与粗糙度值之间的变化曲线，经数据处理得到粗糙度值趋向平稳的临界点或极点，记下该点的位置坐标X₂；

第五步，根据上述两点坐标X₁和X₂，求得两点之间的距离L₁＝X₂-X₁，即斜面上的裂纹层长度为L₁，由斜面倾角θ，得到对应亚表面裂纹层深度d₁＝L₁sinθ；

第六步，使用X射线应力分析仪在斜面上测得内应力区域，得到内应力层的宽度L₂，这样亚表面损伤层在斜面上的宽度即为L＝L₁+L₂，再由斜面倾角θ，得到对应亚表面损伤层深度d＝Lsinθ。

上述方法中，使用粗糙度轮廓仪或白光干涉仪从斜面上起始边界附近沿斜面不断进给、扫描过程中，同时对加工出的微小斜面进行倾角θ的检验，根据所得误差对第五、第六步所述的亚表面裂纹层深度、亚表面损伤层深度进行校正。

本发明另一种硬脆性光学材料亚表面损伤层厚度的测量方法，其特征在于，包括下述步骤：

第一步，将被测工件安装于磁流变抛光机上，采用磁流变抛光的工艺，在球面或非球面的任一位置剖出一圆形平面，斜剖亚表面损伤层，将亚表面损伤层中的裂纹、孔洞展现在圆形平面上，形成表面裂纹、孔洞；

第二步，使用腐蚀性化学试剂处理加工后的圆形平面，去除抛光液残留杂质以及去除覆盖亚表面裂纹的微薄抛光重积层，将裂纹更进一步暴露、放大；

第三步，在圆形平面的圆周上任选一点P₁(X₁，Y₁，Z₁)，使用白光干涉仪从选定扫描点P₁沿水平半径从样品圆周到中心进行扫描，测得该半径上不同位置的粗糙度值数据，并记录；