石英玻璃亚表面微裂纹的偏振激光散射检测方法

吕启鑫; 石芳媛; 白倩; 蒋效雄; 姜丽丽

doi:10.37188/OPE.20233114.2031

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石英玻璃亚表面微裂纹的偏振激光散射检测方法

现代应用光学 | 更新时间：2023-08-26

- 石英玻璃亚表面微裂纹的偏振激光散射检测方法
- Polarized laser scattering detection method for subsurface microcracks in quartz glass
- 光学精密工程 2023年31卷第14期页码：2031-2039
- 作者机构：
  
  1.大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室，辽宁大连 116024
  2.中国船舶集团有限公司第七〇七研究所，天津 300409
- 作者简介：
  
  [ "吕启鑫（1998-），男，山东聊城人，硕士研究生，2019年于山东理工大学获得学士学位，主要从事硬脆性材料亚表面裂纹检测的研究。E-mail：17864302873@163.com" ]
  [ "白倩（1982-），女，山东菏泽人，博士，副教授，博士生导师，2004年于西北工业大学获得学士学位，2012年于帝国理工学院获得博士学位，主要从事硬脆性材料亚表面裂纹检测以及增减材复合制造的研究。E-mail： baiqian@dlut.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2022YFB3403602)
- DOI：10.37188/OPE.20233114.2031
  中图分类号： TN247
- 收稿日期：2023-01-16，
  
  修回日期：2023-03-15，
  
  纸质出版日期：2023-07-25
- 稿件说明：
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吕启鑫,石芳媛,白倩等.石英玻璃亚表面微裂纹的偏振激光散射检测方法[J].光学精密工程,2023,31(14):2031-2039.

LÜ Qixin,SHI Fangyuan,BAI Qian,et al.Polarized laser scattering detection method for subsurface microcracks in quartz glass[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(14):2031-2039.
吕启鑫,石芳媛,白倩等.石英玻璃亚表面微裂纹的偏振激光散射检测方法[J].光学精密工程,2023,31(14):2031-2039. DOI： 10.37188/OPE.20233114.2031.

LÜ Qixin,SHI Fangyuan,BAI Qian,et al.Polarized laser scattering detection method for subsurface microcracks in quartz glass[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(14):2031-2039. DOI： 10.37188/OPE.20233114.2031.

摘要

石英玻璃等光学硬脆材料在加工过程中不可避免地产生亚表面微裂纹，从而对光学元件的使役性能具有显著影响。因此，石英玻璃亚表面微裂纹的无损检测对于优化石英玻璃加工工艺进而提高加工质量具有十分重要的意义。提出了基于偏振激光散射（Polarized Laser Scattering， PLS）的石英玻璃亚表面微裂纹检测方法，搭建了PLS无损检测系统。通过压痕实验以20 mN，50 mN，100 mN压力制备亚表面微裂纹深度为5.27 μm，9.7 μm，15.42 μm的压痕试样，使用PLS检测系统对压痕试样进行无损检测，探究PLS信号与亚表面微裂纹深度的对应关系。通过不同粒径磨粒（1~20 μm）研磨制备亚表面微裂纹深度为1~10 μm的研磨试样，发现研磨PLS检测信号与亚表面裂纹深度之间呈幂函数关系。搭建的PLS检测系统可以对深度小于10 μm的石英玻璃亚表面微裂纹进行有效检测与量化。PLS检测系统检测结果可实现研磨石英玻璃微裂纹检测，进而为亚表面微裂纹控制及加工工艺优化提供指导。

Abstract

Subsurface microcracking is an unavoidable consequence of the quartz glass grinding process， and it significantly affects the service performance of optical components. Therefore， nondestructive detection of subsurface microcracks in quartz glass is crucial for grinding process optimization. Accordingly， herein， a polarized laser scattering （PLS）-based method for detecting subsurface microcracks in quartz glass was developed. For this， a PLS nondestructive inspection platform was established. Indentation specimens with subsurface microcrack depths of 5.27， 9.7， and 15.42 μm were prepared via indentation experiments at pressure values of 20， 50， and 100 mN， respectively. Furthermore， ground specimens with subsurface microcrack depths ranging from 1-10 μm were prepared via grinding with different abrasive particle sizes （1-20 μm）. A power function relationship between the PLS detection signal and subsurface crack depth was discovered. The developed PLS detection system effectively detected and quantified subsurface microcracks with depths less than 10 μm. Thus， the developed PLS detection system enables microcrack detection in ground quartz glass， providing valuable guidance for subsurface microcrack control and process optimization.

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