RU2502954C1 - Способ визуально-оптического контроля поверхности - Google Patents
Способ визуально-оптического контроля поверхности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2502954C1 RU2502954C1 RU2012130299/28A RU2012130299A RU2502954C1 RU 2502954 C1 RU2502954 C1 RU 2502954C1 RU 2012130299/28 A RU2012130299/28 A RU 2012130299/28A RU 2012130299 A RU2012130299 A RU 2012130299A RU 2502954 C1 RU2502954 C1 RU 2502954C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anomalies
- defects
- layer
- laser radiation
- scattered
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
Abstract
Способ визуально-оптического контроля поверхности глазом или с помощью микроскопа заключается в том, что между эталонной и контролируемой поверхностями помещают слой жидкости толщиной не более 10 мкм с показателем преломления больше, чем у контактирующих с ней оптических деталей, вводят в этот слой лазерное излучение, идущее по слою с полным внутренним отражением, и наблюдают свет, сконцентрированный и рассеянный на аномалиях и дефектах поверхности. В слой жидкости может быть введено поляризованное лазерное излучение, а наблюдают рассеянный от аномалий и дефектов свет через скрещенный по поляризации анализатор. Технический результат - возможность фиксировать наличие локальных аномалий поверхности глубиной меньше 0,05 мкм на больших площадях и без дорогостоящего оборудования. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к физике поверхностей, а точнее к визуально-оптическому контролю поверхностей.
Известно несколько способов визуального контроля чистоты оптических поверхностей /1, 2/, позволяющих при освещении и наблюдении поверхностей фиксировать на них аномалии (дефекты, шероховатости) с размерами в доли микрона.
Так, в «Методах контроля», п 2.2 /1/ при определении наличия дефектов (царапин и точек) предлагается поверхности деталей просматривать в косонаправленном пучке проходящего или отраженного света, т.е. под углом к оси детали, на фоне черного экрана, когда источником света служит лампа накаливания мощностью от 60 до 100 Вт (прототип).
Ограничение размера выявляемых аномалий связано с тем, что длина волны света в оптическом диапазоне составляет около 0.5 мкм, дефекты и аномалии с размерами по глубине меньше 0,05 мкм в используемых способах обычно остаются незамеченными. Но для ряда приложений контролирование наличия таких дефектов представляет интерес.
Контактные профилометры, использующие в качестве датчика иглу, ощупывающую контролируемую поверхность, позволяют фиксировать на ней аномалии, начиная от нанометров /2/, но для осмотра больших поверхностей они требуют существенных финансовых затрат и времени.
Задачей, решаемой изобретением, является создание способа визуально-оптического контроля, позволяющего фиксировать наличие локальных аномалий поверхности глубиной меньше 0,05 мкм на больших площадях и без дорогостоящего оборудования.
Для решения этой задачи предложено использовать тонкие жидкие пленки между эталонной (бездефектной, используемой для сравнения) и контролируемой оптической поверхностью (плоской или изогнутой) из жидкостей с показателем преломления больше, чем у контактирующих с ней оптических деталей, для получения полного внутреннего отражения света в пленке. В пленку сбоку вводится лазерный свет (Фиг.1), и при таком освещении аномалии на контролируемой поверхности становятся видны из-за рассеянного на них света, а царапины с жидкостью в них становятся световыми волноводами, концентрирующими введенное в пленку излучение, и из-за этого становятся особенно хорошо видны при наблюдении на темном фоне (так же, как это происходит с лазерными треками в тонких пленках /3/).
Схема наблюдения показана на Фиг.1, где 1 - эталон, 2 - контролируемая поверхность с дефектами, 3 - слой жидкости (меньше 10 мкм) между 1 и 2, 4 - фокусируемый лазерный луч, 5 - рассеянное на дефектах излучение.
Для уменьшения фоновой засветки лазерное излучение может быть поляризовано, а наблюдение аномалий при этом можно проводить через анализатор со скрещенной поляризацией. Глубины аномалий поверхности в данном способе не определяются, но отмеченные в способе места дефектов можно затем детально проверить профилометром.
Выбор жидкости определяется ее показателем преломления (известен набор жидкостей с показателями преломления до n=2 /4/) и совместимостью с материалом контролируемых деталей (исключающей их повреждение). Толщина пленки выбирается из условия, при котором свет концентрируется в зоне, например, царапины, т.е. после полного внутреннего отражения от поверхности царапины и последующего отражения от контрольной подложки свет снова возвращается в царапину. Для этого необходимо иметь малую толщину пленки, сравнимую или меньше ожидаемой ширины царапин. Дальнейшее уменьшение толщины пленки затрудняет ввод в нее лазерного излучения, поэтому оптимальный диапазон толщин пленки обычно выбирают меньше 10 мкм и составляет (1-5) мкм.
Минимально заметная в таком способе глубина визуально фиксируемых дефектов и отклонений определяется мощностью введенного в пленку лазерного излучения, и при использовании широкодоступных источников типа лазерной указки мощностью 10 мВт (532 нм) она из-за резонансного накопления и концентрации света в волноводной царапине при ширине (1-5 мкм), по оценкам /3, см. порог образования трека, стр.4/, может составлять доли нанометра.
Пример 1. Между эталонной и контролируемой плоскими кварцевыми подложками марки КУ (n=1,46) размером 6×6 см2 создают пленку бензола (n=1,5) толщиной от 1 до 5 мкм. В пленку сбоку линзой с фокусным расстоянием 5 см фокусируют излучение лазерной указки (10 мВт, 532 нм). Меняя место ввода лазерного излучения, через прозрачную эталонную подложку глазом или через микроскоп в зоне освещения лазером наблюдают на темном фоне проявляющиеся из-за рассеянного света на поверхности контролируемой подложки дефекты и царапины.
На Фиг.2 показан вид рассеянного на дефектах света в слое бензола толщиной 5 мкм между эталонной и контролируемой плоскими кварцевыми подложками марки КУ (n=1,46) размером 6×6 см2, где 1 - лазерный луч, 2 - длинная царапина на поверхности, 3 - мелкие дефекты от полировки.
Пример 2. Между эталонной и контролируемой плоскими стеклянными подложками марки К8 (n=1,5) диаметром 6 см создают пленку дийодметана (n=1,7) толщиной от 1 до 5 мкм. В пленку сбоку линзой с фокусным расстоянием 5 см фокусируют излучение лазерной указки (10 мВт, 532 нм). Меняя место ввода лазерного излучения, через прозрачную эталонную подложку глазом или через микроскоп в зоне освещения лазером наблюдают на темном фоне проявляющиеся из-за рассеянного света на поверхности контролируемой подложке дефекты и царапины.
На Фиг.3 показан вид рассеянного на дефектах света в слое дийодметана (n=1,7) толщиной 5 мкм между эталонной и контролируемой плоскими стеклянными подложками марки К8 (n=1,5) диаметром 6 см.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет без особых затрат визуально определить наличие групп или отдельных дефектов на контролируемой поверхности.
Возможные применения.
Выявление мелких аномалий и дефектов может быть использовано как экспресс-метод для контроля качества и износа шлифовального оборудования, а также в научных целях при отборе особо гладких поверхностей для изучения свойств лазерных треков в тонких пленках на подложках /5/.
Литература
1. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР. ДЕТАЛИ ОПТИЧЕСКИЕ. КЛАССЫ ЧИСТОТЫ ПОВЕРХНОСТЕЙ. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ГОСТ 11141-84. Издание официальное ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ, (с.7).
2. Ким К.Ю. Диссертация к.т.н. «Исследование и разработка оптического метода бесконтактного контроля шероховатости поверхностей». Москва. 2009.
3. Стойлов Ю.Ю. Патент на изобретение «Способ получения световодных каналов в жидкой среде». RU 2403596 С11 (2009).
4. Иоффе Б.В. «Рефрактометрические методы в химии» Л. «Химия». 1983. (с.311-312).
5. Старцев А.В., Стойлов Ю.Ю. «ЛАЗЕРНЫЕ ТРЕКИ В РАДУЖНОЙ ЖИДКОЙ ПЛЕНКЕ НА ТВЕРДОЙ ПОДЛОЖКЕ». Препринт ФИАН №6 (2012). http://ellphi.lebedev.ru/wp-content/uploads/2012/06/preprint_06-12.pdf
Claims (2)
1. Способ визуально-оптического контроля поверхности глазом или с помощью микроскопа, отличающийся тем, что между эталонной и контролируемой поверхностями помещают слой жидкости толщиной не более 10 мкм с показателем преломления больше, чем у контактирующих с ней оптических деталей, вводят в этот слой лазерное излучение, идущее по слою с полным внутренним отражением, и наблюдают свет, сконцентрированный и рассеянный на аномалиях и дефектах поверхности.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в слой жидкости вводят поляризованное лазерное излучение, а наблюдают рассеянный от аномалий и дефектов свет через скрещенный по поляризации анализатор.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012130299/28A RU2502954C1 (ru) | 2012-07-17 | 2012-07-17 | Способ визуально-оптического контроля поверхности |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012130299/28A RU2502954C1 (ru) | 2012-07-17 | 2012-07-17 | Способ визуально-оптического контроля поверхности |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2502954C1 true RU2502954C1 (ru) | 2013-12-27 |
Family
ID=49817773
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012130299/28A RU2502954C1 (ru) | 2012-07-17 | 2012-07-17 | Способ визуально-оптического контроля поверхности |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2502954C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4645337A (en) * | 1984-10-31 | 1987-02-24 | Ppg Industries, Inc. | System for detecting variations in surface composition of an article |
SU1307313A1 (ru) * | 1985-07-08 | 1987-04-30 | Ленинградское высшее инженерное морское училище им.адм.С.О.Макарова | Способ контрол прозрачных объектов |
US4808813A (en) * | 1986-05-05 | 1989-02-28 | Hughes Aircraft Company | Self contained surface contamination sensor for detecting external particulates and surface discontinuities |
JP2000074848A (ja) * | 1998-08-27 | 2000-03-14 | Hoya Corp | 透光性物質の不均一性検査方法及びその検査装置 |
JP2001305072A (ja) * | 2000-04-25 | 2001-10-31 | Advantest Corp | 基板の欠陥検出方法及び装置 |
-
2012
- 2012-07-17 RU RU2012130299/28A patent/RU2502954C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4645337A (en) * | 1984-10-31 | 1987-02-24 | Ppg Industries, Inc. | System for detecting variations in surface composition of an article |
SU1307313A1 (ru) * | 1985-07-08 | 1987-04-30 | Ленинградское высшее инженерное морское училище им.адм.С.О.Макарова | Способ контрол прозрачных объектов |
US4808813A (en) * | 1986-05-05 | 1989-02-28 | Hughes Aircraft Company | Self contained surface contamination sensor for detecting external particulates and surface discontinuities |
JP2000074848A (ja) * | 1998-08-27 | 2000-03-14 | Hoya Corp | 透光性物質の不均一性検査方法及びその検査装置 |
JP2001305072A (ja) * | 2000-04-25 | 2001-10-31 | Advantest Corp | 基板の欠陥検出方法及び装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Saito et al. | Measurement of surface orientations of transparent objects by use of polarization in highlight | |
US7800749B2 (en) | Inspection technique for transparent substrates | |
Trost et al. | Evaluation of subsurface damage by light scattering techniques | |
TW201447271A (zh) | 使用表面增強電場之缺陷偵測 | |
US9696207B2 (en) | Method of enhancing contrast in prism coupling measurements of stress | |
Terrier et al. | Segmentation of rough surfaces using a polarization imaging system | |
JP2013167857A (ja) | 顕微鏡及び検査装置 | |
Liu et al. | 3D dark-field confocal microscopy for subsurface defects detection | |
JP3507319B2 (ja) | 光学的特性測定装置 | |
Liu et al. | A novel surface plasmon resonance sensor based on fiber butt-joint technology | |
Li et al. | 3D defect distribution detection by coaxial transmission dark-field microscopy | |
Chen et al. | Back focal plane imaging of Tamm plasmons and their coupled emission | |
Li et al. | Two important mechanisms damaging KH 2 PO 4 crystal processed by ultraprecision fly cutting and their relationships with cutting parameters | |
Kranenberg et al. | Subsurface damage identification in optically transparent materials using a nondestructive method | |
RU2502954C1 (ru) | Способ визуально-оптического контроля поверхности | |
JP2011163839A (ja) | 基板の検査方法及び基板の検査装置 | |
KR100974478B1 (ko) | 액정 배향막 표면 검사 장치 및 방법 | |
Chen et al. | Automatic detection of quartz glass subsurface defects by laser scattering method based on an ellipsoidal mirror | |
Sheu et al. | Capturing a reflective cross-sectional image of an optical fiber with partially coherent laser light to measure the refractive index profile of a multimode optical fiber | |
Sakata et al. | Ellipsometry-like analysis of polarization state for micro cracks using stress-induced light scattering method | |
Draheim et al. | Subsurface damage of optical components and the influence on scattering properties | |
Terborg | Lens-free interferometric microscope for transparent materials | |
JPH11190699A (ja) | 透光性物質の不均一性検査方法及びその装置 | |
JP2009210476A (ja) | クラック検査装置およびクラック検査方法 | |
Jinkuan et al. | Generation mechanism and suppression technique of laser scatter bright stripe on mirror surface |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170718 |