СПОСОБ КОНТРОЛЯ САПФИРОВЫХ ПЛАСТИН С ШЕРОХОВАТЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ Российский патент 1997 года по МПК G01N21/89 

Изобретение относится к дефектоскопическим методам контроля сапфировых пластин, в частности к способам обнаружения пузырьковых дефектов в пластинах со шлифованными поверхностями, например сапфировых часовых стеклах.

Известен способ контроля пластин, например, сапфировых часовых стекол на наличие дефектов, заключающихся в визуальном просмотре пластин, смачиваемых этиловым спиртом (см. [1] ). Сапфировые часовые стекла, поступающие после операции шлифовки, имеют матовые поверхности, что сильно затрудняет обнаружение дефектов, находящихся внутри пластин. В результате не все дефектные пластины отбраковываются, а с другой стороны в брак попадает часть годной продукции. Такой контроль также неэффективен при серийном производстве, т.к. требует большого количества контролеров.

Известен способ для контроля стеклянных изделий (см.[2]) Способ включает просвечивание изделия световым завесом и регистрацию рассеянного излучения, по которому определяют наличие дефектов. Однако в случае сильно рассеивающей поверхности, например шлифованной, возникает высокий уровень фона, который не позволяет распознавать слабые дефекты в объеме образца, а слой, находящийся непосредственно вблизи поверхности, вообще не может быть проконтролирован, что делает невозможным регистрацию объемных дефектов в относительно тонких пластинах. Способ предполагает использование матрицы фотоприемников в качестве регистрирующего элемента, в среднем же и дальнем инфракрасном диапазоне они дороги и обладают низкой чувствительностью.

Известен наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому способ для контроля пластин на наличие дефектов (см.[3]). Способ заключается в сканировании образца лазерным излучением и регистрации картины рассеянного дефектами излучения, находящимися внутри исследуемого образца. Однако указанный способ не обеспечивает обнаружение дефектов в объеме тонких пластин, а также под шлифованными поверхностями. Кроме того, требуется наличие плоской полированной грани на торце пластины для ввода лазерного излучения.

Целью изобретения является повышение эффективности и качества контроля сапфировых пластин с шероховатыми поверхностями.

Указанная цель достигается тем, что в способе контроля пластин на наличие дефектов, включающем сканирование пластины лазерным излучением и регистрацию рассеянного излучения, сканирование пластины проводят со стороны фронтальной шероховатой поверхности CO-лазером с длиной волны излучения 5-6 мкм и диаметром пучка ,
где λ-длина волны зондирующего излучения;
h-толщина пластины,
а регистрируют рассеянное излучение, прошедшее через торцевую поверхность пластины.

На фиг. 1 приведена схема распространения рассеянного излучения от поверхностей и от дефекта, величина и яркость стрелок качественно характеризуют величину интенсивности рассеяния.

На фиг. 1 показаны пучок 1 лазерного излучения, исследуемая пластина 2, рассеяние 3 от объемного дефекта; рассеяние 4 от поверхности; регистрируемое рассеянное излучение 5.

На фиг.2а,б представлены изображения пластин в рассеянном излучении, белые пятна соответствуют наличию дефектов в пластине.

Сканирующий пучок лазерного излучения 1, проходя через материал пластины 2, рассеивается на имеющихся в ней дефектах 3, что приводит к изменению интенсивности рассеянного излучения по сравнению с бездефектной областью, что при регистрации обнаруживается как появление ярких пятен в изображении платины.

Сканирование пластины CO-лазером с длиной волны 5-6 мкм обусловлено тем, что указанная длина волны, с одной стороны, находится в полосе пропускания материала пластины-сапфира, а с другой стороны, обеспечивает проникновение пучка через шероховатую поверхность, так как размер неровностей на ней в несколько раз меньше длины волны излучения. Интервал значений 5-6 мкм излучения является технической характеристикой CO-лазера и приведенное выше обоснование справедливо как для верхней, так и для нижней его границы.

Величина рассеяния от поверхностей 4 пропорциональна синусу угла наблюдения по отношению к ее плоскости, т.е. для уменьшения влияния поверхностей необходимо регистрировать излучение 5 под малыми углами. Излучение, рассеянное под углами полного внутреннего отражения, распространяется в ней, как в световоде к краям (см. фиг.1). Угол, в пределах которого регистрируется излучение, должен быть мал для того, чтобы уменьшить влияние рассеяния от шероховатых поверхностей, и рассеянное излучение под этими углами не может выйти через поверхности и полностью достигает торцов благодаря волноводному эффекту, т.е. необходимо осуществлять регистрацию излучения, вышедшего через торцы пластины. Это позволяет практически свести к нулю уровень фона при регистрации рассеянного излучения и, следовательно, уменьшить пороговое значение обнаружения изменения интенсивности.

Для выбора оптимального значения оценим минимальный диаметр луча, который определяет наилучшее разрешение. Дифракционное расхождение на глубине пластины не должно превышать диаметр входящего пучка. Для длины волны l и диаметра луча d пучок разойдется на величину , где h- толщина пластины, т. е. минимальный диаметр луча

Предложенный способ для контроля пластин с шероховатой поверхностью был применен для отбраковки пластин искусственного сапфира, предназначенных для часовых стекол, уже на стадии шлифовки, например для контроля дефектов, представляющих собой скопление пузырей микронного масштаба. При толщине пластин h= 1мм и исходя из приведенной формулы и длины волны CO-лазера с максимумом интенсивности, приходящимся на 5,5 мкм, диаметр излучения , например 100 мкм.

Пластины зондировались тонким пучком света CO-лазера в области среднего ИК диапазона с длиной волны 5-6 мкм, регистрация проводилась одноэлементным приемником с полосой 2-6 мкм на основе InSb, после обработки зарегистрированного сигнала было получено изображение, приведенное на фиг.2. Дефектным областям соответствуют светлые пятна. После применения предложенного способа возврат пластин с последующих стадий обработки практически прекратился.

Использование. Предлагаемое изобретение относится к дефектоскопическим методам контроля пластин, в частности к способам для обнаружения дефектов в пластинах со шлифованными поверхностями, например, сапфировых часовых стеклах. Сущность изобретения: в способе контроля пластин на наличие дефектов, включающем сканирование пластины лазерным излучением и регистрацию рассеянного излучения, сканирование проводят CO-лазером с длиной волны излучения 5-6 мкм и диаметром пучка ; где λ - длина волны просвечивающего излучения, n - толщина пластины, и регистрируют излучение, прошедшее через торцевую поверхность пластины. 2 ил.

Способ контроля сапфировых пластин с шероховатыми поверхностями на наличие дефектов, включающий сканирование пластины лазерным излучением и регистрацию рассеянного излучения, отличающийся тем, что сканирование проводят со стороны фронтальной шероховатой поверхности CO-лазером с длиной волны излучения 5 6 мкм и диаметром пучка

где λ - длина волны просвечивающего излучения;
h толщина пластины, и регистрируют излучение, прошедшее через торцевую поверхность пластины.