Процессор для неразрушающего контроля Советский патент 1984 года по МПК G01B9/21 

Изобретение относится к контролю качества и надежности элементов электронной аппаратуры и может быть использовано для неразрушающего кон роля качества микросхем или модульных электронных схем, а также для исследования тепловых полей и их ви зуализации. Известно устройство, использующе в качестве информативного параметра инфракрасное поле, излучаемое испыrывae Iым образцом 1. Недостатком этого устройства явл ется невозможность определения локал ных перегревов испытываемого образц Известно также устройство, которое содержит точечный инфракрасный радиометр, вдоль которого сканируют образец при помощи координатного стола 1 . Недостатком такого устройства является нгшичие длительных механ15ческих операций при сканировании. Наиболее близким к предлагаемому является оптический процессор, кото рый содержит последовательно расположенные источнр к излучения, блок Ьвода информации (БВИ/, оптическую систему прострг1нственной обработки , включающую голограмглу и индикатор t Недостатком известного устройства является невозможность контроля качества работы элементов электронной аппаратуры. Целью изобретения является расширение функциональных возмолснослей процессора и повьпиение качества конт роля. Цель достигается тем, что в проце сор для неразрушающего контроля, со держащий источник когерентного излучения, блок ввода информации, голограмму и экран, введен оптический блок, выполненный в виде прямоугольного параллелепипеда, состоящего кз двух прямоугольных призм, соединенных по гипотенузе, накоторую нанесено частично отражающее покрытие на боковых гранях параллелепипеда. расположень управляемое зеркало, свя занное с блоком ввода информации, и голограмма, а на верхнем основании его расположен отражатель., и двухканальный оптический переходник с поглощающими стенками, расположенный за голограммой, причем на выходах каналов переходника расположены экра и фотопреобразователь, связанный с в зуальным индикатором, при этом угол разворота каналов переходника равен 2 J 40 , где Э угол наклона гипотенузы призм относительно основания параллелепипеда, б 45° , На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого процессора для неразрушающего контроля качества В процессе источник 1 когерентног излучения оптически связан с фОТОПре образователем 2 и экраном 3,через формирователь 4, оптический блок 5, голограмму 6 и оптический переходник 7, Фотопреобразователь 2 подключен своим выходом к входу иИдикатора 8. БВИ 9 механически связан с оптическим 6ЛО1СОМ 5. Испытываемый образец 10 установлен на входе БВИ 9 и связан с ним тепловым полем. Оптический блок 5 представляет собой разделительный параллелепипед, который состоит из двух прямоугольных трехгранных призм о На три соседние грани параллелепипеда нанесены управляемое зеркало 11., отражатель 12 и голограмма 6, а на общую грань 13 призм - частично отражающее покрытие. Оптический блок 5 является монолитным голографическим интерферометром, в котором излучение источника 1 разделяется частично отражающим покрытием, нанесенныг-i на общую 13, на две волны опорную 14 и ТГнформативную 15. Для получения в интерферометре разноса пространственных частот интерферирующих волн в оптическом блоке 5 общая грань 13 наклонена относительно входной грани на угол G-с 45. Это приводит к тому, что информативная волна .1Д5, которая формируется после двухкратного отражепия( сначала от общей грани, а затем от левой грани, распространяется под С/глом -у- 20 относительно перпендикуляра к левой грани. Опорная волна 14 после двухкратного отражения: сначала от грани параллелепипеда 5, а затем от общей разделительной грани призм, распространяется под углом минус у относительно перпендикуляра к левой грани. Следовательно, конструкция разделительного параллелепипеда формирует две волны, которые относительно перпендикуляра, восстановленного из левой грани параллелепипеда 5, имеют равные по величине и противоположные по знаку углы. При Ьтом величина угла мейду волнами опорной 14 и информативной 15 равна 2 -j 46 и полностью определяется углом наклона разделительной грани 9 относительно основания параллелепипеда 5. Равенство углов прихода волн опорной 14 и информативной 15 на правую плоскость разделительного параллелепипеда 5 приводит к тому, что минус первый дифракционный порядок волны 14(15) совпадает по пространственной частоте с нулевым порядком дифракции волны 15 (14), которые образуются за гoлoгpa LMOй б. Если плечи переходника 7 относительно перпендикуляра к левой грани разнести на угол 2 -у 9 то в верхнем плече переходника выделяются волны, имеющие угол плюс -у, а в нижнем - имеющие угол минус у. Это приводит к тому, что на фотопреобразователе 2 выделяются только две волны: нулевой порядок дифракции информативной волны 15 и минус первый порядок дифракции волны 14, кото рый представляет копию эталонной вол ны, записанной на голограмме. Акалогично на экран 3 придет нулевой поря док дифракции волны 14 опорной и пер вый порядок дифракции волны 15 инфор мативной. Благодаря полному равенств углов прихода опорной и информативной волн на преобразователе 2 и экр.а не 3 возникает фазоразностная интерфогралт.ча, в которой и закодирована информация о контролируемом объекте. Предлагаемое устройство представляет собой двухканальный интерферометр, который состоит из отражателей 12 и 13, разделительного параллелепи педа 5, голограммы б и переходника 7 Монолитное выполнение интерферометра обеспечивает исключение влияния внеш них случайных факторов.- Внешние стен ки 16 переходника 7 покрыты светопог лощающим слоем, что позволяет подавить паразитные порядки дифракции волн 14 и 15 при взаимодействии с го лограммой 6, а также внешние шумы. Длина пространственных каналов оптического переходника 7 выбирается такой, чтобы нулевой и плюс первый порядки дифракции волн 14 и 15 полностью разошлись в пространстве и не перекрывались. На голограмму 6 записана интерференция опорной и информативной волн ДЛЯ случая,когда на входе БВИ 9 установлен контрольный образец. БВИ 9 может быть выполнен, например, из матрицы точечных источников инфракрасного излучения, что позволя ет преобразовать,пространственное распределение теплового поля испытываемого образца в матрицу электрических сигналов, которые через моду.лятор поступают на управляемое зеркало, деформируя его по закону распределения теплового поля испытываемо го образца 10. Процессор работает следующим обра зом. Тепловое поле испытываемого образ ца 10 поступает на вход БВИ 9, где, преобразуясь в сигнал управления, деформирует управляемое зеркало 11. Излучение когерентного источника 1 формируется формирователем 4 в волну с плоским фазовым -фронтом, которая разделяется в оптическом блоке 5 на волны опорную 14 и информативную 15 Волна 14 приходит на :гoлoгpa / мy б, сохраняя плоский фазовый фронт, а во на 15 модулируется по пространственной фазе управляемым зеркалом 12 и также направляется на голограмму б. Волны 14 и 15 дифрагируют на гологра ме 6, образуя шесть порядков дифракции, из которых в оптическом переходнике выделяются две пары волн 17 и 18, которая направляетсч на вход фотопреобразователя 2, где образует интерференционную картину. В свою очередь волны 19 и 20 направляются на экран, где также интерферируют. Пары волн 17 и 18, 19 и 20 имеют одинаковые пространственные частоты, так как углы прихода волн 14 и 15 на голограмму равны по величине и противоположны по знаку (симметричная дифракция ). Волна 17 представляет собой первый порядок дифракции опорной волны 14, поэтому она является точной копией информативной волны контрольного образца, в то время как волна 18 является пpoшeдL:eй составляющей ( нулевым порядком дифракции) информативной волны 15. Пространственное распределение интенсивности на фотопреобразователе 2 является фазоразностной интерференцией информативных волн контрольного и испытываемого образцов, если фазы этих волн контрольного и испытываемого образцов. Если фазы этих волн идентичны (полная идентичность фазовых фронтов волн 17 и 18 означает полную идентичность тепловых полей испытываемого и контрольного образцов), то распределение интенсивности на входе фотопреобразователя 2 равномерное. Если тепловое поле испытываемого образца отличается от пространственного распределения теплового поля контрольного образца, то интенсивность интерференционной картины претерпевает пространственную амплитудную модуляцию. Причем амплитуда модуляции зависит от величины :различияС тепловых полей, а место модуляции однозначно связано с местом возникновения температурного изменения. Вся эта информация преобразуется преобразователем 2 в электрический сигнал, который фиксируется в индикаторе В. Аналогичные рассуждения справедливы для волн Я.9 и 20 с той лишь разницей, что волна 20 является копией опорной волны, которая восстанавливается информативной волной 15, а- волна 19нулевой порядок дифракции опорной волны. Поэтому картина, возникающая на экране 3, также является отображением фазоразностной интерференционной картины. Таким образом, если контролируемый образец исправен, то на входе фотопреобразователя 2 и экране 3 возникает равномерное распределение интенсивности интерферирующих волн. При возникновении в контрольном образце локального дефекта на экране 3 в месте, однозначно связанном србластью возникновения дефекта, возникает изменение интенсивности свечения экрана, что может быть определено визуально.

Точное измерение размеров области, его амплитуды и местонахождения выполянется автоматически индикатором 8 по электрическому сигналу, поступающему с фотопреобразователя 2.

Предлагаемый процессор позволяет обеспечить высокочастотный контроль качества элементов электронной аппаратуры; визуализировать на экране тепловое поле испытываемого образца, что особенно важно при исследовании тепловых полей; имитировать тепловое поле образца при разработке новых элементов, подключая вместо БВИ имитатор теплового поля; разрабатывать и изучать динамические модели различных устройств электронной аппаратуры; обеспечить быстрый переход от одного типа изделий к другому замено голограммы; выявлять локальные дефекты тонкоструктурных элементов типа микросхем; выполнять при необходимости контроль качества не всего испытываемого образца, а только отдельного участка, представляющего собой наибольший интерес, обеспечить всокое быстродействие Процесса контроля качества, таккак все основные операции по обработке сигнала выполняются пространственной оптической системой; кроме того благодаря монолитности исполнения интерферометра снижается влияние вибраций и других случайных факторов на результаты контроля, что повышает качество контроля. При замене БВИ процессор может быть использован для контроля любых пространственных параметров, например механических нагрузок в деталях.

ПРОЦЕССОР ДЛЯ НЕРАЗРУШАЩЕГОКОНТРОЛЯ, содержащий источник когерентного излучения, блок ввода информации, голограмму и экран, о тлича. ющийся тем, что, с целью I расширения функциональных возможностей процессора и повышения качества контроля, в процессор введен оптический блок, выполненный в виде прямоугольного параллелепипеда, состоящего из двух прямоугольных призм, соединенных по гипотенузе, на которую нанесено частино отражающее покрытие, на боковых гранях параллелепипеда расположены управляемое зеркало, связанное с блоком ввода информации, и голограмма, на верхнем основании его расположен отражатель, и двухканальный оптический переходник с поглощающими стенками, расположенный за голограммой, причем на выходах каналов переходника расположены экран и фотопреобразователь, связанный с визуальным индикатором, при этом угол разворота каналов переход(Л ника равен 2-у 49 , где 9 - угол : наклона гипотенузы призм относительно основания.параллелепипеда, 0 45° .