-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur einfachen
Messung der Breite der Orientierungsfläche (nachstehend als "OF"
bezeichnet), welche die kristallographische Orientierung eines
Einkristall-Rohlings angibt.
-
Die Messung der OF-Breite in der Fläche eines
zylindrischen Einkristall-Rohlings wurde durch Ablesen von
Einteilungen einer Skale, wie etwa einer Schieblehre, die auf dem
entsprechenden OF-Bereich angeordnet wird, ausgeführt. Eine
derartige manuelle Messung erfordert jedoch viel Arbeit und
damit können Messfehler nicht ausgeschlossen werden. Daher gab
es ein Bedürfnis für ein einfaches und genaues Verfahren zum
Messen der OF-Breite. Aus zahlreichen Dokumenten, wie etwa der
US-A-4300836 sind optische Abtastvorrichtungen bekannt,
mit denen ein Profil eines Gegenstandes abgetastet und
abgebildet wird.
-
Die Erfindung wurde im Lichte der oben angesprochenen
Probleme im Stand der Technik gemacht. Daher besteht die
Hauptaufgabe dieser Erfindung in der Bereitstellung eines
Verfahrens zum Messen der OF-Breite eines Einkristall-Rohlings
unter Verwendung einer optischen, kontaktlosen
Distanzmeßvorrichtung, mit der die Arbeit und die Meßfehler, welche bei dem
oben angegebenen manuellen Verfahren unvermeidbar auftreten,
vermieden werden können und eine einfache und genaue Messung,
falls notwendig automatisch, verwirklicht werden kann.
-
Erfindungsgemäß wird bereitgestellt ein Verfahren zum
Messen der OF-Breite eines Einkristall-Rohlings unter
Verwendung eines Gerätes mit einer optischen, kontaktlosen
Distanzmeßvorrichtung mit einem Sensor, einer Einrichtung zum
Festlegen der OF des Einkristall-Rohlings, so daß sie dem Sensor
zugewandt ist, einer Einrichtung zum Scannen des Sensors in
einer senkrecht zur Hauptachse des Einkristall-Rohlings
verlaufenden Richtung und einer Einrichtung zum Messen der Scann-
Entfernung mit den Schritten: Erfassen der Grenzpunkte
zwischen der OF und der runden Oberfläche des Einkristall-
Rohlings aus der durch das Scannen des Sensor zu messenden
Distanz während einer Erfassung der Entfernung zwischen dem
Sensor und der die OF enthaltenden Rohling-Oberfläche, Messen der
Scannentfernung A des Sensors zwischen der ersten Position, an
der ein Grenzpunkt erfaßt wird, und der zweiten Position, an
der ein Grenzpunkt erfaßt wird, Erfassen der ersten Entfernung
l&sub1; zwischen dem ersten Grenzpunkt und dem Sensor und der
zweiten Entfernung l&sub2; zwischen dem Sensor und dem zweiten
Grenzpunkt zum Erhalt von B = l&sub1; - l&sub2; und Berechnen der OF-Breite
C gemäß der folgenden Gleichung (1):
-
C² = A² + B² .... (1).
-
Mit der optischen, kontaktlosen Distanzmeßvorrichtung
gemäß dieser Erfindung kann die Position eines Gegenstandes
durch Bilden einer Abbildung auf einem Fotopositionsdetektor
mit reflektiertem Licht, das zur Bildung eines Fokus in der
Nähe des Gegenstandes von einer Lichtquelle abgegeben wurde
und von dem Gegenstand reflektiert wurde, gemessen werden, und
durch Einsatz einer Positionsänderung der Abbildung, die der
Position des Gegenstandes entspricht.
-
Als Distanzmeßvorrichtung können beispielsweise Laser
verwendende Distanzsenoren verwendet werden.
-
Das erfindungsgemäße Meßprinzip wird unter Bezugnahme auf
Fig. 1 erläutert. Ein Sensor 6 einer optischen, kontaktlosen
Distanzmeßvorrichtung weist eine längs einer Scannwelle 11
scannbare Struktur auf. Die Scannentfernung längs der
Scannwelle 11 kann entweder mechanisch oder elektrisch gemessen
werden.
-
Zur mechanischen Messung gibt es beispielsweise ein
Verfahren zum Erhalt der Scannentfernung über die Durchmesser und
Anzahl der Umdrehungen von Zahnrädern, die in einem
Kontaktbereich zwischen dem Sensor und der Scannwelle 11 vorgesehen
sind. Zur elektrischen Messung kann beispielsweise ein
Verfahren gewählt werden, daß durch Bereitstellen einer linearen
Skala 12 mit in vorgegebenen Intervallen auf der Scannwelle 11
angeordneten magnetischen Materialien und Hinzufügen einer
Vorrichtung zum Erfassen des Magnetfeldes zum Sensor 6
ermöglicht wird, um dadurch die Anzahl magnetischer Materialien zum
Erhalt der Scannentfernung zu zählen.
-
In Fig. 1 ist ein Einkristall-Rohling 2, dessen OF-Breite
gemessen wird, an einer Stelle festgelegt, an der eine OF 4
des Einkristall-Rohlings 2 dem Sensor 6 zugewandt ist. Ein von
einer Lichtquelle 8 des Sensors 6 abgegebener Laserstrahl wird
auf die OF 4 projiziert und davon ungleichmäßig reflektiert
und nur der reflektierte Lichtstrahl, der mit der optischen
Achse eines Fotopositionssensors 10 zusammenfällt, wird
gemessen. Der von der OF 4 und der Winkelhalbierenden zwischen den
optischen Achsen des von der Lichtquelle 8 abgegebenen
Lichtstrahls und des von dem Fotopositionssensor 10 zu messenden
Lichtstrahls bestimmte Winkel liegt vorzugsweise im Bereich
von ± 15 º und besonders bevorzugt im Bereich von ± 5 .º
-
Zusätzlich ist der Einkristall-Rohling 2 mit einem
Rohlinghalter (nicht dargestellt) so festgelegt, daß die
Hauptachse der OF 4 in der senkrecht zur Scannwelle 11 des
Sensors 6 verlaufenden Richtung angeordnet ist.
-
Erfindungsgemäß kann eine Querschnittform auf der Seite
einer OF eines Einkristall-Rohlings mit einer optischen,
kontaktlosen Distanzmeßvorrichtung mit einem Sensor gemessen
werden, indem der Sensor längs der senkrecht zur Hauptachse der
OF verlaufenden Richtung gescannt wird, während die Entfernung
zwischen der OF und dem Sensor gemessen wird. Darüber hinaus
kann die OF-Breite nach dem Satz von Pythagoras durch Erfassen
der beiden Grenzpunkte zwischen der OF und der runden
Oberfläche des Einkristall-Rohlings aus der gemessenen
Querschnittform und anschließendes Ermitteln der jeweiligen Entfernungen
zwischen den beiden Grenzpunkten und dem Sensor und der
Differenz zwischen diesen Entfernungen berechnet werden.
-
Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung
deutlicher.
-
Fig. 1 ist eine diagrammartige Ansicht, in der das
Prinzip eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Messen
der OF-Breite eines Einkristall-Rohlings
veranschaulicht ist.
-
Fig. 2 ist ein einen Ablauf eines erfindungsgemäßen
Verfahrens darstellendes Flußdiagramm
-
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, in der
Distanzdaten der OF des Einkristall-Rohlings dargestellt
sind, die mit einer optischen, kontaktlosen
Distanzmeßvorrichtung gemessen wurden, und in der
die Stellung der OF-Breite C bezüglich der
Scannentfernung A und der Differenz B zwischen der
ersten Entfernung 11 und der zweiten Entfernung 12
dargestellt ist.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Messen der OF-Breite
eines Einkristall-Rohlings wird nachstehend in weiteren
Einzelheiten unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung
erläutert.
-
Fig. 1 zeigt diagrammartig das Prinzip des
erfindungsgemäßen Verfahrens zum Messen der OF-Breite.
-
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 2 einen
zylindrischen Einkristall-Rohling in dessen Längsrichtung eine OF 4
gebildet ist. Ein Sensor 6 ist so angeordnet, daß er der OF 4
des Einkristall-Rohlings 2 zugewandt ist und bewegbar auf
einer sich senkrecht zur Hauptachse des Einkristall-Rohlings
erstreckenden Scannwelle 11 angebracht ist. Ferner bezeichnet
Bezugszeichen 12 eine auf der Scannwelle 11 vorgesehene
linerare Skale.
-
Der Sensor 6 weist eine Lichtquelle 8 und einen
Fotopositionssensor 10 auf. Von der Lichtquelle 8 wird ein
Lichtstrahl, beispielsweise ein Laserstrahl, abgegeben und auf die
Oberfläche des Einkristall-Rohlings 2 projiziert. Dann wird
ein Teil des ungleichmäßig von der Rohlingoberfläche
reflektierten Lichtstrahls mit dem Fotopositionssensor 10 erfaßt, um
dadurch die Entfernung zwischen dem Sensor 6 und der
Oberfläche des Einkristall-Rohlings 2 zu messen. Demgemäß kann die
Oberflächengestaltung des Einkristall-Rohlings 2 durch Scannen
des Sensors 6 längs der Scannwelle 11, wobei der Sensor 6 dem
Einkristall-Rohling 2 zugewandt ist, einfach erfaßt werden.
-
Bei dieser Ausführungsform kann die Scannentfernung des
Sensors 6 längs der Scannwelle 11 entweder mit der vorstehend
erläuterten mechanischen Einrichtung oder mit einer eine
lineare Skala 12 enthaltenden elektrischen Einrichtung vermessen
werden.
-
Ein Ablauf zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Messen der OF-Breite unter Verwendung des Sensors 6 wird
unter Bezugnahme auf Fig. 1 und ein in Fig. 2 dargestelltes
Flußdiagramm erläutert.
-
Zunächst werden der Einkristall-Rohling 2 und der Sensor
6 so angeordnet, daß die OF 4 dem Sensor 6 zugewandt ist
(Schritt 100). Dann wird der Scannbetrieb von einer
vorgegebenen Scann-Startposition außerhalb des ersten Grenzpunktes 13
zwischen der OF 4 und der runden Rohlingoberfläche 16
aufgenommen (Schritt 101).
-
Während des Scannbetriebs des Sensors 6 werden
Distanzdaten der OF 4 und die entsprechenden Daten der Scannentfernung
des Sensors 6 aufgenommen (Schritt 102). Die aufgenommenen
Daten werden an einen Rechner (nicht dargestellt) abgegeben.
-
Der Scannbetrieb wird beendet, wenn der Sensor 6 eine
vorgegebene Scann-Endposition außerhalb des zweiten
Grenzpunktes
14 zwischen der OF 4 und der runden Rohlingoberfläche 16
erreicht (Schritt 103).
-
Danach berechnet der Rechner die gemessene Form gemäß
einem vorgegebenen Programm, um dadurch automatisch den ersten
Grenzpunkt 13 und den zweiten Grenzpunkt 14 auf Grundlage der
Änderung der gemessenen Form zu ermitteln (Schritt 104).
-
Dann wird die Scannentfernung A des Sensors 6 zwischen
der Position, an der der erste Grenzpunkt 13 erfaßt wird, und
derjenigen, an der der zweiten Grenzpunkt 14 erfaßt wird,
gemessen und die erste Entfernung 11 zwischen dem ersten
Grenzpunkt 13 und dem Sensor 6 bzw. die zweite Entfernung 12
zwischen dem zweiten Grenzpunkt 14 und dem Sensor 6 werden erfaßt
(Schritt 105). Danach wird B = l&sub1; - l&sub2; berechnet (Schritt
106).
-
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, in der die
Distanzdaten der OF 4 des Einkristall-Rohlings 2, die mit der
optischen, kontaktlosen Distanzmeßvorrichtung gemessen werden,
dargestellt sind. In derselben Zeichnung sind auch die
Scannentfernung A, die erste Entfernung l&sub1; zwischen dem ersten
Grenzpunkt 13 und dem Sensor 6 und die zweite Entfernung l&sub2;
zwischen dem Sensor 6 und dem zweiten Grenzpunkt 14 sowie B =
l&sub1; - l&sub2; dargestellt.
-
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, stellen die Scannentfernung A
und die Differenz B zwischen der ersten entfernung l&sub1; und der
zweiten Entfernung l&sub2; die Basis bzw. die Höhe eines
rechtwinkligen Dreiecks dar. Daher kann der Satz von Pythagoras zum
Ermitteln der OF Breite C verwendet werden.
-
Demgemäß kann die OF-Breite C mit der folgenden Gleichung
(1) berechnet werden (Schritt 107):
-
C² = A² + B² .... (1).
-
Wie vorstehend erläutert wird erfindungsgemäß ein
Verfahren zum Messen der OF-Breite eines Einkristall-Rohlings unter
Verwendung einer optischen, kontaktlosen
Distanzmeßvorrichtung, bereitgestellt. Daher wird es möglich, die bei manuellen
Verfahren nach dem Stand der Technik unvermeidbare Arbeit und
das Auftreten von Meßfehlern zu vermeiden, um dadurch ein
einfaches und genaues Verfahren zum kontaktlosen Messen der
Breite der Einkristall-Rohling-Oberfläche bereitzustellen, und
es kann, falls erforderlich, eine automatische Messung
ausgeführt werden.
-
Nach Erhalt der Lehre dieser Offenbarung stehen für den
Fachmann verschiedenartige Abänderungen zur Verfügung, ohne
daß damit von der Lehre dieser Offenbarung abgewichen wird.